JP2020204951A - Force sense generating apparatus - Google Patents

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鈴木　克俊
Katsutoshi Suzuki
克俊 鈴木
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Abstract

To provide a small-size force sense generating apparatus which can obtain high sense of presence.SOLUTION: A force sense generating apparatus according to the present invention has a rotation driving part (a first motor 10), a plurality of rotatory weights 21, 22 rotated by the rotation driving part, a bracket 12 for supporting the rotation driving part, and a rotation driving part (a second motor 30) for rotating the rotation driving part together with the bracket around a rotation center in a direction different from a rotation center of the rotation driving part. A rotation shaft of the rotation driving part is connected to the bracket. The plurality of rotary weights are disposed on both sides relative to the rotation shaft of the rotation driving part. The bracket is disposed between the plurality of rotary weights.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、力覚生成装置に関するものである。 The present invention relates to a force sensation generator.

近年、バーチャルリアリティに関する技術が普及しており、一般にバーチャルリアリティを体験できる機会が増えつつある。例えば、ゲーム機のコントローラやコンピュータ入力装置において、バーチャルリアリティによる力覚を生じさせ、臨場感等を体感することのできるものが開示されている。 In recent years, technologies related to virtual reality have become widespread, and the opportunities for experiencing virtual reality are increasing in general. For example, a controller of a game machine or a computer input device that can generate a sense of force by virtual reality and experience a sense of reality is disclosed.

特開平１０−０９７３７５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-097375

しかしながら、上記のような力覚を生じさせる装置は、現状においては、高価であり、また、大型なものが多いため、容易に臨場感等を体感することができなかった。このため、小型であって、臨場感を得ることのできるものが求められている。 However, at present, the devices that generate the above-mentioned force sensation are expensive and many of them are large, so that it is not possible to easily experience the sense of presence. For this reason, there is a demand for a compact product that can provide a sense of realism.

本実施の形態の一観点によれば、回転駆動部と、前記回転駆動部により回転駆動される複数の回転錘と、前記回転駆動部を支持するブラケットと、前記回転駆動部の回転中心とは異なる方向を回動中心として前記ブラケットとともに前記回転駆動部を回動させる回動駆動部と、を有し、前記回動駆動部の回動軸は、前記ブラケットに接続されており、前記複数の回転錘は、前記回動駆動部の回動軸を中心に両側に配置されており、前記ブラケットは、前記複数の回転錘の間に配置されていることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, the rotation drive unit, the plurality of rotary weights rotationally driven by the rotation drive unit, the bracket supporting the rotation drive unit, and the rotation center of the rotation drive unit are It has a rotation drive unit that rotates the rotation drive unit together with the bracket around different directions as rotation centers, and the rotation shaft of the rotation drive unit is connected to the bracket, and the plurality of rotation drive units are connected to the bracket. The rotary weights are arranged on both sides of the rotary shaft of the rotary drive unit, and the brackets are arranged between the plurality of rotary weights.

開示の力覚生成装置によれば、小型で、高い臨場感を得ることができる。 According to the disclosed force sensation generator, it is possible to obtain a high sense of presence with a small size.

本実施の形態における力覚生成装置の外観正面図External front view of the force sensation generator according to the present embodiment 本実施の形態における力覚生成装置の外観斜視図External perspective view of the force sensation generator according to the present embodiment 本実施の形態における力覚生成装置の分解斜視図An exploded perspective view of the force sensation generator according to the present embodiment. 本実施の形態における力覚生成装置の側面図Side view of the force sensation generator in this embodiment 本実施の形態における力覚生成装置の構成を説明するブロック図A block diagram illustrating the configuration of the force sensation generator according to the present embodiment. 本実施の形態における力覚生成装置の要部の斜視図Perspective view of the main part of the force sensation generator in the present embodiment 本実施の形態における力覚生成装置の要部の正面図Front view of the main part of the force sensation generator in this embodiment 本実施の形態における力覚生成装置の要部の側面図Side view of the main part of the force sensation generator in this embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。また、本願においては、Ｘ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１−Ｙ２方向及びＺ１−Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１−Ｚ２方向及びＸ１−Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。 The embodiment for carrying out will be described below. The same members and the like are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Further, in the present application, the X1-X2 direction, the Y1-Y2 direction, and the Z1-Z2 direction are defined as directions orthogonal to each other. Further, the surface including the X1-X2 direction and the Y1-Y2 direction is described as the XY surface, the surface including the Y1-Y2 direction and the Z1-Z2 direction is described as the YZ surface, and the Z1-Z2 direction and the X1-X2 direction are described as the YZ surface. The including surface is referred to as a ZX surface.

（力覚発生装置の構造）
本実施の形態における力覚生成装置について説明する。本実施の形態における力覚生成装置は、例えば、手に持った状態で使用するものであり、内部において発生した振動を手に伝えることにより、人に力覚として情報を伝えるものである。このため、本実施の形態における力覚生成装置は、ゲーム機のコントローラ、各種リモコン、携帯機器等の手に持って操作するものに用いることができるものであり、空中に把持した状態で用いられる。 (Structure of force sensation generator)
The force sensation generator in the present embodiment will be described. The force sensation generator in the present embodiment is used, for example, while being held in a hand, and transmits information as a force sensation to a person by transmitting the vibration generated inside to the hand. Therefore, the force sensation generator in the present embodiment can be used for a controller of a game machine, various remote controllers, a portable device, or the like that is held and operated in the hand, and is used in a state of being held in the air. ..

本実施の形態における力覚生成装置について、図１から図５に基づき説明する。図１は、本実施の形態における力覚生成装置の正面図であり、図２は斜視図であり、図３は分解斜視図であり、図４は断面図であり、図５は内部の構成のブロック図である。 The force sensation generator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. 1 is a front view of the force sensation generator according to the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view, FIG. 3 is an exploded perspective view, FIG. 4 is a sectional view, and FIG. 5 is an internal configuration. It is a block diagram of.

本実施の形態における力覚生成装置は、第１のモータ１０、第１の回転錘２１、第２の回転錘２２、第２のモータ３０等を有しており、筐体上部４１、４つの筐体側部４２、筐体下部４３により形成されている筐体の内部に入れられている。筐体上部４１、４つの筐体側部４２、筐体下部４３は樹脂材料により形成されている。 The force sensation generator in the present embodiment includes a first motor 10, a first rotary weight 21, a second rotary weight 22, a second motor 30, and the like, and has 41, 4 upper parts of the housing. It is housed inside a housing formed by a housing side portion 42 and a housing lower portion 43. The upper portion 41 of the housing, the four side portions 42 of the housing, and the lower portion 43 of the housing are made of a resin material.

第１のモータ１０は、図４において、回転軸１１をＸ１−Ｘ２方向とするものであり、回転軸１１のＸ１側には第１の回転錘２１が取り付けられており、回転軸１１のＸ２側には第２の回転錘２２が取り付けられている。即ち、第１のモータ１０の両側に、各々第１の回転錘２１と第２の回転錘２２が設けられている。 In FIG. 4, the first motor 10 has a rotating shaft 11 in the X1-X2 direction, and a first rotating weight 21 is attached to the X1 side of the rotating shaft 11, and X2 of the rotating shaft 11 is attached. A second rotary weight 22 is attached to the side. That is, the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 are provided on both sides of the first motor 10, respectively.

第１の回転錘２１と第２の回転錘２２は、ホイール状の形状のものであり、真鍮等の金属により形成されている。第１の回転錘２１と第２の回転錘２２は、同一形状であって、同じ大きさものであり、同時に回転する。第１のモータ１０は、ブラケット１２の内部に設置されており、ブラケット１２は第１のモータ１０を支持している。 The first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 have a wheel-like shape and are made of a metal such as brass. The first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 have the same shape and the same size, and rotate at the same time. The first motor 10 is installed inside the bracket 12, and the bracket 12 supports the first motor 10.

第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２は、ＹＺ面に平行な面の形状が円形であり、Ｘ１−Ｘ２方向に厚い円盤状に形成されている。第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２は、回転した際のモーメントは大きい方が好ましい。このため、図４に示されるように、第１の回転錘２１の円盤の外周縁には、第１のモータ１０側に延設された延設部２１ａが設けられており、第２の回転錘２２の円盤の外周縁には、第１のモータ１０側に延設された延設部２２ａが設けられている。 The first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 have a circular surface parallel to the YZ surface, and are formed in a thick disk shape in the X1-X2 direction. It is preferable that the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 have a large moment when they are rotated. Therefore, as shown in FIG. 4, an extension portion 21a extending to the side of the first motor 10 is provided on the outer peripheral edge of the disk of the first rotary weight 21, and the second rotation. An extension portion 22a extending to the side of the first motor 10 is provided on the outer peripheral edge of the disk of the weight 22.

第２のモータ３０は、回転軸３１をＺ１−Ｚ２方向とするものであり、第２のモータ３０の回転軸３１は、Ｚ１側のブラケット１２に接続されており、ブラケット１２及びブラケット１２の内部の第１のモータ１０を回転させることができる。本実施の形態においては、第１のモータ１０を回転駆動部と記載し、第２のモータ３０を回動駆動部と記載し、回転軸３１を回動軸と記載する場合がある。本実施の形態においては、回転軸１１と、回動軸となる回転軸３１は直交している。 The second motor 30 has a rotating shaft 31 in the Z1-Z2 direction, and the rotating shaft 31 of the second motor 30 is connected to the bracket 12 on the Z1 side, and is inside the bracket 12 and the bracket 12. The first motor 10 of the above can be rotated. In the present embodiment, the first motor 10 may be described as a rotation drive unit, the second motor 30 may be described as a rotation drive unit, and the rotation shaft 31 may be described as a rotation shaft. In the present embodiment, the rotation axis 11 and the rotation axis 31 serving as the rotation axis are orthogonal to each other.

第２のモータ３０は、第１のモータ１０、ブラケット１２、第１の回転錘２１、第２の回転錘２２により形成されるものを回転させる。このため、第２のモータ３０の回転軸３１上は、第１のモータ１０、ブラケット１２、第１の回転錘２１、第２の回転錘２２により形成されるものの重心が存在していることが好ましい。尚、第２のモータ３０を回転軸３１を中心に回転させることにより、第１のモータ１０の回転軸１１も回転するが、この回転軸１１の回転により形成される面は、ＸＹ面に平行な面である。 The second motor 30 rotates what is formed by the first motor 10, the bracket 12, the first rotary weight 21, and the second rotary weight 22. Therefore, on the rotating shaft 31 of the second motor 30, the center of gravity of what is formed by the first motor 10, the bracket 12, the first rotating weight 21, and the second rotating weight 22 exists. preferable. By rotating the second motor 30 around the rotation shaft 31, the rotation shaft 11 of the first motor 10 also rotates, but the surface formed by the rotation of the rotation shaft 11 is parallel to the XY plane. It is a face.

本実施の形態における力覚生成装置の筐体は、筐体上部４１、４つの筐体側部４２、筐体下部４３により形成されており、この筐体の内部には、２つの円盤状のプレート４４、４５が設けられている。第２のモータ３０はプレート４５の中央部分に支持された状態で、筐体内部に設置されている。 The housing of the force sensation generator in the present embodiment is formed by the housing upper portion 41, the four housing side portions 42, and the housing lower portion 43, and two disk-shaped plates are inside the housing. 44 and 45 are provided. The second motor 30 is installed inside the housing while being supported by the central portion of the plate 45.

ブラケット１２のＺ１側には、第２のモータ３０の回転軸３１と同一軸上に存在する回転軸１３が設けられている。筐体上部４１の内側には、中央部分に円形の開口部を有する円盤状のベアリングホルダ４６が取り付けられており、ベアリングホルダ４６の内側にベアリング４７の外側が取り付けられており、ベアリング４７の内側には回転軸１３が接続されている。本実施の形態においては、第１の回転錘２１と第２の回転錘２２は、第２のモータ３０の回転軸３１を中心に対称となるように設置されている。 On the Z1 side of the bracket 12, a rotating shaft 13 existing on the same axis as the rotating shaft 31 of the second motor 30 is provided. A disk-shaped bearing holder 46 having a circular opening in the central portion is attached to the inside of the upper portion 41 of the housing, the outside of the bearing 47 is attached to the inside of the bearing holder 46, and the inside of the bearing 47. The rotation shaft 13 is connected to the. In the present embodiment, the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 are installed so as to be symmetrical with respect to the rotary shaft 31 of the second motor 30.

尚、図１から図４には図示はしないが、本実施の形態における力覚生成装置は、図５に示されるように、モータドライバ６１及びＣＰＵ（Central Processing Unit）等により形成された制御部６２が設けられている。モータドライバ６１には、第１のモータ１０及び第２のモータ３０が接続されており、第１のモータ１０及び第２のモータ３０における回転を制御する。制御部６２には、モータドライバ６１及び加速度センサ５０が接続されている。加速度センサ５０は、力覚生成装置の筐体の内部に取り付けられており、制御部６２は、モータドライバ６１の制御を行うが、加速度センサ５０において得られた情報に基づきモータドライバ６１の制御を行うことができる。尚、筐体の内部には、加速度センサ５０が設けられている。 Although not shown in FIGS. 1 to 4, the force sensation generator in the present embodiment is a control unit formed by a motor driver 61, a CPU (Central Processing Unit), or the like, as shown in FIG. 62 is provided. A first motor 10 and a second motor 30 are connected to the motor driver 61, and control the rotation of the first motor 10 and the second motor 30. A motor driver 61 and an acceleration sensor 50 are connected to the control unit 62. The acceleration sensor 50 is mounted inside the housing of the force sensation generator, and the control unit 62 controls the motor driver 61, but controls the motor driver 61 based on the information obtained by the acceleration sensor 50. It can be carried out. An acceleration sensor 50 is provided inside the housing.

（力覚発生装置の動作）
次に、本実施の形態における力覚発生装置の動作について説明する。図６は、筐体内部の本実施の形態における力覚生成装置の要部を示す斜視図であり、図７は正面図であり、図８は側面図である。 (Operation of force sensation generator)
Next, the operation of the force sensation generator in the present embodiment will be described. FIG. 6 is a perspective view showing a main part of the force sensation generator according to the present embodiment inside the housing, FIG. 7 is a front view, and FIG. 8 is a side view.

本実施の形態における力覚生成装置では、第１のモータ１０により、第１のモータ１０の両側に取り付けられている第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２を回転軸１１を中心に回転させる。このときの回転軸１１の回転数は、例えば、２０００回転／分である。このように、回転軸１１を中心に第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２を回転させることにより、ジャイロ効果により、回転軸１１の方向を保ち、この状態を維持しようとする。従って、回転軸１１はジャイロ軸となる。 In the force sensation generator according to the present embodiment, the first motor 10 causes the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 attached to both sides of the first motor 10 to be centered on the rotary shaft 11. Rotate. The rotation speed of the rotation shaft 11 at this time is, for example, 2000 rotations / minute. By rotating the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 around the rotary shaft 11 in this way, the direction of the rotary shaft 11 is maintained by the gyro effect, and this state is maintained. Therefore, the rotation shaft 11 becomes a gyro shaft.

本実施の形態においては、このように第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２を回転させた状態で、第２のモータ３０の回転軸３１を回転させる。第２のモータ３０の回転軸３１には、内部に第１のモータ１０が設置されているブラケット１２と接続されており、第２のモータ３０の回転軸３１を回転させることにより、ブラケット１２及びブラケット１２の内部の第１のモータ１０が回転する。第１のモータ１０の回転軸１１には第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２が接続されているため、これらも回転するが、ジャイロ効果の反作用により揺動が生じ、この揺動が、筐体を介し人に伝わり、人が力覚を感じる。 In the present embodiment, the rotary shaft 31 of the second motor 30 is rotated in the state where the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 are rotated in this way. The rotating shaft 31 of the second motor 30 is connected to a bracket 12 in which the first motor 10 is installed, and by rotating the rotating shaft 31 of the second motor 30, the bracket 12 and The first motor 10 inside the bracket 12 rotates. Since the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 are connected to the rotary shaft 11 of the first motor 10, they also rotate, but swing occurs due to the reaction of the gyro effect, and this swing occurs. However, it is transmitted to people through the housing, and people feel a sense of power.

例えば、本実施の形態における力覚生成装置を手に持った状態で動かした場合、この動きは筐体内部に設けられた加速度センサ５０により検知され、加速度センサ５０により検知された加速度の情報は制御部６２に伝達される。制御部６２では、手の動きに対応して、手の動きと反対方向の動きが第２のモータ３０において生じるように、モータドライバ６１を制御し、第２のモータ３０の回転軸３１を回転させる。これにより、ジャイロ効果の反作用による揺動が生じ、この揺動が、筐体を介し人に伝わり、人が力覚を感じる。 For example, when the force sensation generator according to the present embodiment is moved while being held in the hand, this movement is detected by the acceleration sensor 50 provided inside the housing, and the acceleration information detected by the acceleration sensor 50 is obtained. It is transmitted to the control unit 62. The control unit 62 controls the motor driver 61 so that the movement in the direction opposite to the movement of the hand occurs in the second motor 30 in response to the movement of the hand, and rotates the rotation shaft 31 of the second motor 30. Let me. As a result, rocking occurs due to the reaction of the gyro effect, and this rocking is transmitted to the person through the housing, and the person feels a sense of force.

第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２は重い方が好ましい。このため、本実施の形態においては、第１のモータ１０の両側に、第１の回転錘２１と第２の回転錘２２とを設けることにより、力覚生成装置を大型にすることなく、第１の回転錘２１及び第２の回転錘２２を大きくして、重くすることができる。 It is preferable that the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 are heavy. Therefore, in the present embodiment, by providing the first rotary weight 21 and the second rotary weight 22 on both sides of the first motor 10, the force sensation generator does not become large. The rotary weight 21 of 1 and the rotary weight 22 of 2 can be made larger and heavier.

本実施の形態における力覚生成装置は、例えば、フライトシミュレーションゲームにおいて、操作者が触れている部分に揺動による力覚を与えることにより、ゲームの出力が画像や音響のみである場合に比べて、迫力ある臨場感を操作者に与えることができる。これにより、より一層ゲームの満足感を感じることができる。 In a flight simulation game, for example, the force sensation generator according to the present embodiment gives a force sensation by swinging to a portion touched by the operator, so that the output of the game is only image or sound. , It is possible to give the operator a powerful sense of presence. As a result, the satisfaction of the game can be further felt.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the embodiments are not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

１０ 第１のモータ
１１ 回転軸
１２ ブラケット
１３ 回転軸
２１ 第１の回転錘
２２ 第２の回転錘
３０ 第２のモータ
３１ 回転軸
４１ 筐体上部
４２ 筐体側部
４３ 筐体下部
４４ プレート
４５ プレート
４６ ベアリングホルダ
４７ ベアリング
５０ 加速度センサ 10 First motor 11 Rotating shaft 12 Bracket 13 Rotating shaft 21 First rotary weight 22 Second rotary weight 30 Second motor 31 Rotating shaft 41 Upper housing 42 Housing side 43 Lower housing 44 Plate 45 Plate 46 Bearing holder 47 Bearing 50 Acceleration sensor

Claims (7)

回転駆動部と、
前記回転駆動部により回転駆動される複数の回転錘と、
前記回転駆動部を支持するブラケットと、
前記回転駆動部の回転中心とは異なる方向を回動中心として前記ブラケットとともに前記回転駆動部を回動させる回動駆動部と、を有し、
前記回動駆動部の回動軸は、前記ブラケットに接続されており、
前記複数の回転錘は、前記回動駆動部の回動軸を中心に両側に配置されており、
前記ブラケットは、前記複数の回転錘の間に配置されていることを特徴とする力覚生成装置。 Rotation drive unit and
A plurality of rotary weights rotationally driven by the rotary drive unit,
A bracket that supports the rotary drive unit and
It has a rotation drive unit that rotates the rotation drive unit together with the bracket with the rotation center in a direction different from the rotation center of the rotation drive unit.
The rotation shaft of the rotation drive unit is connected to the bracket.
The plurality of rotary weights are arranged on both sides of the rotation shaft of the rotation drive unit.
The force sense generation device, wherein the bracket is arranged between the plurality of rotary weights. 回転駆動部と、
前記回転駆動部により回転駆動される２つの回転錘と、
前記回転駆動部を回動させる回動駆動部と、を有し、
前記２つの回転錘は、前記回動駆動部の回転軸を中心に両側に配置され、
前記回転駆動部を支持するブラケットを有し、
前記回動駆動部の回動軸は、前記ブラケットに接続されており、
前記ブラケットは、前記２つの回転錘の間に配置されていることを特徴とする力覚生成装置。 Rotation drive unit and
Two rotary weights that are rotationally driven by the rotary drive unit,
It has a rotation drive unit that rotates the rotation drive unit, and
The two rotary weights are arranged on both sides of the rotary shaft of the rotary drive unit.
It has a bracket that supports the rotary drive unit, and has
The rotation shaft of the rotation drive unit is connected to the bracket.
The force sense generating device, wherein the bracket is arranged between the two rotary weights. 前記２つの回転錘は、前記回動駆動部の回転軸を中心に対称に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の力覚生成装置。 The force sensation generator according to claim 2, wherein the two rotary weights are arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the rotation drive unit. 前記２つの回転錘は、同じ重さであることを特徴とする請求項２または３に記載の力覚生成装置。 The force sensation generator according to claim 2 or 3, wherein the two rotary weights have the same weight. 前記回動駆動部より、前記回転駆動部、前記回転錘、前記ブラケットにより形成されるものを回動させるものであって、
前記回転駆動部、前記回転錘、前記ブラケットにより形成されるものの重心は、前記回動駆動部の回動軸上に存在していることを特徴とする請求項１または２に記載の力覚生成装置。 From the rotation drive unit, the one formed by the rotation drive unit, the rotary weight, and the bracket is rotated.
The force sense generation according to claim 1 or 2, wherein the center of gravity of the rotation drive unit, the rotary weight, and the bracket is located on the rotation axis of the rotation drive unit. apparatus. 前記回転錘の外周縁には、前記回転駆動部の側に延びる延設部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の力覚生成装置。 The force sensation generating device according to any one of claims 1 to 5, wherein an extension portion extending toward the rotation driving portion is provided on the outer peripheral edge of the rotary weight. 前記回転駆動部の回転軸と、前記回動駆動部の回動軸とは、直交していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の力覚生成装置。 The force sensation generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotation axis of the rotation drive unit and the rotation axis of the rotation drive unit are orthogonal to each other.
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