JP2021086416A - 体感刺激提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕に体感刺激を提示する体感刺激提示装置を提供する。【解決手段】本発明による一態様の体感刺激提示装置１は、モーター５ａの駆動制御で使用者の腕Ｈへのひねり感覚を体感させる第１のねじれ刺激を提示する第１の刺激提示部２１と、モーター５ｂの駆動制御で第２のねじれ刺激を提示する第２の刺激提示部２２と、モーター５ｃの駆動制御で少なくとも第１の刺激提示部２１を軸方向にスライド移動させ、使用者の腕Ｈへの押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を提示するすべりネジ２３と、振動アクチュエーター４１の駆動制御で使用者の手のひらで触わらせる触覚刺激提示デバイスとして構成される触覚刺激提示部４と、所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、モーター５ａ，５ｂ，５ｃ、並びに振動アクチュエーター４１の駆動を制御する制御ユニット３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、体感刺激を提示する体感刺激提示装置に関する。

近年、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、触覚刺激提示技術とバーチャルリアリティを組み合わせて仮想物体に触れた体験を実現する技術が盛んに開発されている。例えば、スポーツ中継番組は映像と音声によって視聴するだけでなく、ボールやラケットの衝撃などの選手に加わる身体感覚を視聴者が同時に体感しながら視聴するサービスが多く提案されている。その中でも振動等の触覚刺激を用いて、例えば球技等のボールによる衝撃を触覚で感じるシステムの開発が盛んに行われている。これらの体感型のスポーツ視聴サービスは、晴眼者には、より臨場感が高く選手になったように感じられ、一方、視覚障害者にとっても視覚以外の触覚情報によって状況を把握できることからインクルーシブなサービスとしても注目されている。

触覚刺激のうち振動刺激は、皮膚への接触感（仮想物体に触れた感覚）や、瞬間的に提示すれば衝撃として感じられ、バットやラケット等にボールが当たったときの感触を感じることができる。このことから、振動刺激を提示することができる触覚デバイス（足や体に提示するサッカーもある）を用いて球技等のスポーツでボールによって生じる衝撃を感じさせ、あたかも自分がプレーしているかのようなことが疑似体験できるイベントが多く開催されている。球技等で使用されるバットやラケッを手に持つのと同様に触覚提示デバイスを手に持って振動させれば、ボールを受けたときの衝撃として感じ取ることができる。振動刺激を提示する触覚デバイスとして用いられる振動アクチュエーターは、偏心モーターやソレノイド、スピーカーなどを利用できるため、構造が簡単で安価に製作できることから普及している。

また、手首を使用する触覚刺激として、手首と手のひらとの間に生じる力覚刺激を提示することで物体形状を提示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、触覚刺激のうち電気刺激を腕に提示することで、衝撃として感じさせるものもある（例えば、非特許文献１参照）。

このように、従来の体感刺激を提示するサービスは、技術的にも簡単なシステムで構築できる触覚刺激による体感提示が多く、体感できる競技種目が球技等に限定されてしまうことが多い。これは、競技に使用される道具（バットやラケット等）を介して感じる触覚刺激を、触覚刺激提示デバイスによる道具に置き換えて触覚刺激をヒトに伝達することと整合性が取りやすいためである。

特開２０１８−７３１９０号公報

"Unlimited Hand,"H2L,Inc.,［online］、［令和1年10月11日検索］、インターネット〈http://unlimitedhand.com/〉

上述したように、従来の体感刺激を提示するサービスは、技術的にも簡単なシステムで構築できる触覚刺激による体感提示が多く、体感できる競技種目が球技等に限定されてしまうことが多い。

一方、球技だけでなく、例えば柔道や空手、相撲、レスリングといったヒト同士が直接、体を使って競技を行うようなものでも、選手の身体に生じる感覚を体感提示できるデバイスとすることが望ましい。

例えば、ヒト同士が直接、接触し対峙して競うレスリングや柔道等の場合など、触覚刺激による衝撃だけではなく、腕へのひねりや引っ張り等の刺激を提示可能とするデバイスとすることが望ましい。つまり、従来の触覚刺激提示デバイスでは、このような腕へのひねりや引っ張り等の刺激を提示することができず、レスリングや柔道等のスポーツ中継番組等の体感を楽しむためのサービスには利用できない。

従って、腕へのひねり感覚を体感させるねじれ刺激、好適には腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を体感刺激として提示する体感刺激提示装置が要望される。

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕へのひねり感覚を体感させるねじれ刺激、好適には使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激、より好適には使用者の手のひらへの衝撃を体感させる触覚刺激、を体感刺激として提示する体感刺激提示装置を提供することにある。

本発明の体感刺激提示装置は、所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕に体感刺激を提示する体感刺激提示装置であって、前記使用者の腕へのひねり感覚を体感させる第１のねじれ刺激を提示する機構として構成される第１の刺激提示部と、前記ねじれ刺激の提示を制御する制御ユニットと、を備え、前記第１の刺激提示部は、出力軸に第１の駆動ギヤが設けられた第１のモーターと、前記第１の駆動ギヤに噛合して回動する環状の第１の被動ギヤと、前記第１の被動ギヤの内周面を相対回動可能に外周面上で支持して前記使用者の腕を挿通する筒部を有するとともに、前記第１のモーターを固定支持する第１のフレームと、前記第１のフレームの筒部に対し前記第１の被動ギヤを相対回動可能に支持させた状態で該筒部に設けられた開口部を介して前記第１の被動ギヤの内周面上に着脱可能に取着され、前記使用者の腕の皮膚に摩擦を付与する第１の摩擦パッドと、を有し、前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第１のモーターの駆動を制御して前記第１のねじれ刺激を提示する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の体感刺激提示装置において、前記使用者の腕へのひねり感覚を体感させる第２のねじれ刺激を提示する機構として構成される第２の刺激提示部を更に備え、前記第２の刺激提示部は、出力軸に第２の駆動ギヤが設けられた第２のモーターと、前記第２の駆動ギヤに噛合して回動する環状の第２の被動ギヤと、前記第２の被動ギヤの内周面を相対回動可能に外周面上で支持して前記使用者の腕を挿通する筒部を有するとともに、前記第２のモーターを固定支持する第２のフレームと、前記第２のフレームの筒部に対し前記第２の被動ギヤを相対回動可能に支持させた状態で該筒部に設けられた開口部を介して前記第２の被動ギヤの内周面上に着脱可能に取着され、前記使用者の腕の皮膚に摩擦を付与する第２の摩擦パッドと、を有し、前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第２のモーターの駆動を制御して前記第２のねじれ刺激を提示する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の体感刺激提示装置において、第３のモーターの駆動制御で、少なくとも前記第１の刺激提示部を軸方向にスライド移動させ、前記使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を提示する伸縮機構を更に備え、前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第３のモーターの駆動を制御して前記伸縮刺激を提示する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の体感刺激提示装置において、触覚刺激を提示するアクチュエーターの駆動制御で、当該使用者の手のひらで触わらせる触覚刺激提示デバイスとして構成される触覚刺激提示部を更に備え、前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記アクチュエーターの駆動を制御して前記触覚刺激を提示する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の体感刺激提示装置において、アームレストとして機能するアーム部を更に備え、前記触覚刺激提示部は、前記アーム部により、前記第１の刺激提示部及び前記第２の刺激提示部を収容するケース、或いは、前記第２の刺激提示部における前記第２のフレームに連結固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕へのひねり感覚を体感させるねじれ刺激、好適には使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激、より好適には使用者の手のひらへの衝撃を体感させる触覚刺激、を体感刺激として提示する体感刺激提示装置を構成することができる。

例えば、本発明によれば、腕に装着した体感刺激提示装置を構成するデバイスによって腕の皮膚を伸縮させることで、選手が競技中に腕を引っ張ったり押したりする感覚を擬似的に提示することができる。さらに、腕の皮膚に回転方向の力を加えることで擬似的にひねりの感覚も提示することができる。また、付属する触覚刺激提示デバイスを手のひらで触わらせ、例えば瞬間的に振動刺激として提示することで、上記の腕を引っ張ったり、押したり、ひねったりする感覚と同時に擬似的に衝撃も提示することができる。これらの構成によって、ヒト同士が直接、接触し対峙して競うレスリングや柔道等の競技、或いは戦闘ゲーム等の対戦を体感して楽しむことができるようになる。

本発明による一実施例の体感刺激提示装置の概略構成を示す図である。 本発明による一実施例の体感刺激提示装置における伸縮・ねじれ刺激提示部の概略構成を示す図である。 本発明による一実施例の体感刺激提示装置における伸縮・ねじれ刺激提示部の概略構成を示す分解斜視図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置における伸縮・ねじれ刺激提示部の第１の刺激提示部の概略構成を示す左断面側面図、及び第２の刺激提示部の概略構成を示す右断面側面図である。 本発明による一実施例の体感刺激提示装置における制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置におけるねじれ刺激提示動作と、使用者の腕へのひねり感覚を体感させるねじれ刺激を示す図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置における伸縮刺激提示動作と、使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を示す図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置における触覚刺激提示動作と、使用者の手のひらへの衝撃感覚を体感させる触覚刺激の例として振動刺激を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による一実施例の体感刺激提示装置１を説明する。

（全体構成）
図１は、本発明による一実施例の体感刺激提示装置１の概略構成を示す図である。図１に示す本実施例の体感刺激提示装置１は、伸縮・ねじれ刺激提示部２、制御ユニット３、触覚刺激提示部４、及びアーム部１０を備える。

伸縮・ねじれ刺激提示部２は、使用者の腕Ｈに装着する伸縮・ねじれ刺激提示デバイスであり、その詳細な構造については後述するが、第１の刺激提示部２１と、第２の刺激提示部２２と、すべりネジ２３と、ケース２０と、を備える。

第１の刺激提示部２１は、使用者の腕Ｈを挿通し、制御ユニット３による制御によってモーター５ａを駆動して使用者の腕Ｈへのひねり感覚を体感させる第１のねじれ刺激を提示する機構として構成される。

第２の刺激提示部２２は、使用者の腕Ｈを挿通し、制御ユニット３による制御によってモーター５ｂを駆動して使用者の腕Ｈへのひねり感覚を体感させる第２のねじれ刺激を提示する機構として構成される。

すべりネジ２３は、モーター５ｃの出力軸として構成され、制御ユニット３による制御によってモーター５ｃを駆動して、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の互いの間隔をスライド移動で伸縮させることができ、モーター５ｃ及びすべりネジ２３は、使用者の腕Ｈへの押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を提示する伸縮機構として構成される。

ケース２０は、使用者の腕Ｈを挿通する筒状体で形成され、ケース２０内で、第１の刺激提示部２１をスライド移動可能に支持するとともに第２の刺激提示部２２をスライド移動不能に固定支持するように構成される。

触覚刺激提示部４は、当該使用者の手のひらで触わらせる触覚刺激提示デバイスとして構成され、制御ユニット３の制御によって、本例では球状体のケース４０内に、手のひらへの衝撃を体感させる振動刺激を提示する振動アクチュエーター４１を収容する形態となっている。振動アクチュエーター４１は、偏心モーター、ソレノイド、振動スピーカー等とすることができる。

制御ユニット３は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、各モーター５ａ，５ｂ，５ｃと、振動アクチュエーター４１と、を駆動制御する機能部である。本例では、制御ユニット３内に、各モーター５ａ，５ｂ，５ｃ、及び振動アクチュエーター４１を、それぞれハーネスで有線接続して駆動するための駆動部が設けられている。

アーム部１０は、ケース２０と触覚刺激提示部４とを連結固定する部材であり、アームレストとしても機能する。また、図示していないが、アーム部１０を例えば机などに固定する形態としてもよく、これにより使用者の腕Ｈの疲れを緩和させることができる。

図１に示す本実施例の体感刺激提示装置１は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕Ｈを引っ張ったり、押したり、ひねったりする感覚と同時に、使用者の手のひらに対し擬似的に衝撃も提示できるものとなっている。

尚、図１に示す例では、ケース２０を用いて、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２を支持する例としているが、ケース２０を省略するときは、アーム部１０は、第２の刺激提示部２２と触覚刺激提示部４とを連結固定する形態とすることもできる。

（伸縮・ねじれ刺激提示部）
図２は、本発明による一実施例の体感刺激提示装置１における伸縮・ねじれ刺激提示部２の概略構成を示す図である。また、図３は、伸縮・ねじれ刺激提示部２の概略構成を示す分解斜視図である。

まず、図２に示すように、ケース２０は、合成樹脂で形成され、第１の刺激提示部２１をスライド移動可能に収容して支持するとともに、第２の刺激提示部２２をスライド移動不能に収容して固定支持するように構成される。尚、本例のケース２０は、図３に示すように、第１ケース及び第２ケースの嵌合により、第１の刺激提示部２１をスライド移動可能に収容して支持するとともに、第２の刺激提示部２２をスライド移動不能に収容して固定支持するものとしている。図３に示すように、図示上方のケース２０（第１ケース）は、半円筒状の外形を有し、その縁部に段差２０ｂが形成され、段差２０ｂ上に複数の爪部２０ｃが形成されている。また、図示下方のケース２０（第２ケース）も同様に、半円筒状の外形を有し、その縁部に段差２０ｄが形成され、段差２０ｄ上に複数の嵌合孔２０ｅが形成されている。ケース２０（第１ケース）とケース２０（第２ケース）の各段差２０ｂ，２０ｄが互いに係合し、段差２０ｂ上の複数の爪部２０ｃがそれぞれ対応する段差２０ｄ上の複数の嵌合孔２０ｅに嵌合することで 一体となって、筒状体のケース２０が構成される。尚、ケース２０（第２ケース）の外周面上にはアーム部１０の一端が固定されている。

ところで、図２及び図３において、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２は、ほぼ同様な構成要素で構成されることから、同様な構成要素については同一の参照番号を付している。

図２に示すように、第１の刺激提示部２１は、出力軸に駆動ギヤ９が設けられたモーター５ａと、この駆動ギヤ９に噛合して回動する環状の被動ギヤ７と、この被動ギヤ７の内周面を相対回動可能に外周面上で支持し、使用者の腕Ｈを挿通する筒部６１ａを有する本体フレーム６１と、この本体フレーム６１における筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で蓋着して固定するとともに、モーター５ａを外周壁上で固定支持する環状の蓋フレーム６２と、該筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で該筒部６１ａに設けられた互いに対向する一対の開口部６ａを介してそれぞれ当該被動ギヤ７の内周面上に着脱可能に取着され、使用者の腕Ｈの皮膚に摩擦を付与する摩擦パッド８と、を備える。即ち、モーター５ａの駆動制御で、第１の刺激提示部２１における被動ギヤ７を本体フレーム６１に対し相対回動させると、その被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激を提示するようになっている。第１の刺激提示部２１において、本体フレーム６１と蓋フレーム６２は、一体となってフレームを構成し、被動ギヤ７を相対回動可能に支持する。

より具体的には、図３に示すように、第１の刺激提示部２１において、出力軸に合成樹脂で形成された駆動ギヤ９が設けられたモーター５ａの本体は、合成樹脂で形成された環状の蓋フレーム６２の外周壁上に設けられたモーター固定部６ｂに接着又は係合により固定支持される。環状の蓋フレーム６２は、使用者の腕Ｈを挿通するために開口した内周壁６２ａを有し、内周壁６２ａの一方の縁部には段差６２ｂが形成されている。

この駆動ギヤ９に噛合して回動する合成樹脂で形成された環状の被動ギヤ７の内周面７１は、合成樹脂で形成された本体フレーム６１における筒部６１ａの外周面上で相対回動可能に支持される。そして、この本体フレーム６１における筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で、筒部６１ａの先端部が環状の蓋フレーム６２の段差６２ｂに嵌め込まれ、接着等により蓋着して固定される。筒部６１ａを含む本体フレーム６１は、使用者の腕Ｈを挿通するために開口した内周壁６１ｂを有している。

更に、本体フレーム６１における筒部６１ａには、互いに対向する一対の開口部６ａが設けられている。そして、この筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で、一対の開口部６ａを介してそれぞれ当該被動ギヤ７の内周面７１上に、使用者の腕Ｈの皮膚に対して摩擦を付与する摩擦パッド８が着脱可能に取着される。本例では、当該被動ギヤ７の内周面７１上には面ファスナー（例えば雌）７２が形成され、四角錐台状の摩擦パッド８の一面には面ファスナー（例えば雄）８１が形成され、面ファスナー７２と面ファスナー８１が着脱可能となっている。

被動ギヤ７の内周面７１上に取着される摩擦パッド８は、筒部６１ａの開口部６ａから露出され、使用者の腕Ｈの皮膚に接触するように設置される。使用者の腕Ｈの皮膚に対する摩擦パッド８の相対移動で、摩擦パッド８と皮膚との間の摩擦によって使用者の腕Ｈの皮膚を僅かにねじらせたり伸縮させたりすることができる。本例の摩擦パッド８は袋状になっており、例えば内部をゲル状やスポンジ、中空等の柔らかい物質で充填し、その袋を摩擦係数の高いゴムや皮、ビニール等のシートとしている。使用者の腕Ｈの太さの違いは、摩擦パッド８を取り外して大きさを変えることで対応することができる。

また、被動ギヤ７に摩擦パッド８が取着された状態では、摩擦パッド８と開口部６ａとの間で、被動ギヤ７の筒部６１ａに対する相対回動方向の隙間が所定角度内で回動可能な範囲が規制される一方で、筒部６１ａの軸方向（使用者の腕Ｈの挿通方向）の隙間が小さくほぼ軸方向の相対移動が無い状態に規制されるものとなっている。このため、本体フレーム６１が筒部６１ａの軸方向にスライド移動するときは被動ギヤ７も一体となってスライド移動する。また、モーター５ａの駆動制御で、第１の刺激提示部２１における被動ギヤ７を本体フレーム６１に対し相対回動させると、その被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激が提示されるようになる。

一方、第２の刺激提示部２２は、出力軸に駆動ギヤ９が設けられたモーター５ｂと、この駆動ギヤ９に噛合して回動する環状の被動ギヤ７と、この被動ギヤ７の内周面７１を相対回動可能に外周面上で支持し、使用者の腕Ｈを挿通する筒部６１ａを有する本体フレーム６１と、この本体フレーム６１における筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で蓋着して固定するとともに、モーター５ｂを外周壁上で固定支持する環状の蓋フレーム６２と、該筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で該筒部６１ａに設けられた互いに対向する一対の開口部６ａを介してそれぞれ当該被動ギヤ７の内周面上に着脱可能に取着され、使用者の腕Ｈの皮膚に摩擦を付与する摩擦パッド８と、を備える。即ち、モーター５ｂの駆動制御で、第２の刺激提示部２２における被動ギヤ７を本体フレーム６１に対し相対回動させると、その被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激を提示するようになっている。第２の刺激提示部２２においても、本体フレーム６１と蓋フレーム６２は、一体となってフレームを構成し、被動ギヤ７を相対回動可能に支持する。

より具体的には、図３に示すように、第２の刺激提示部２２において、出力軸に駆動ギヤ９が設けられたモーター５ｂの本体は、環状の蓋フレーム６２の外周壁上に設けられたモーター固定部６ｂに接着又は係合により固定支持される。環状の蓋フレーム６２は、使用者の腕Ｈを挿通するために開口した内周壁６２ａを有し、内周壁６２ａには段差６２ｂが形成されている。

尚、蓋フレーム６２、及び本体フレーム６１における筒部６１ａに対し相対回動可能に支持させる被動ギヤ７は、第１の刺激提示部２１用と第２の刺激提示部２２用とで同形状である。このため、第２の刺激提示部２２においても、本体フレーム６１における筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で、筒部６１ａの先端部が環状の蓋フレーム６２の段差６２ｂに嵌め込まれ、接着等により蓋着して固定される。筒部６１ａを含む本体フレーム６１は、使用者の腕Ｈを挿通するために開口した内周壁６１ｂを有している。

また、本体フレーム６１についても、後述するモーター５ｃ、すべりネジ２３、及びガイド棒２４に係る伸縮機構に係る部位を除き、第１の刺激提示部２１用と第２の刺激提示部２２用とで同形状である。従って、第２の刺激提示部２２においても、筒部６１ａに対し被動ギヤ７を相対回動可能に支持させた状態で、一対の開口部６ａを介してそれぞれ当該被動ギヤ７の内周面７１上に、使用者の腕Ｈの皮膚に対して摩擦を付与する摩擦パッド８が着脱可能に取着される。摩擦パッド８についても、第１の刺激提示部２１用と第２の刺激提示部２２用とで同形状である。ただし、第２の刺激提示部２２については、モーター５ｂの駆動制御で、第２の刺激提示部２２における被動ギヤ７を本体フレーム６１に対し相対回動させることで、その被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激が提示されるようになる。

ここで、第２の刺激提示部２２の本体フレーム６１において、筒部６１ａより外方に突出するフランジ状部位に、モーター５ｃの本体を固定支持するモーター固定部６ｇが設けられている。モーター５ｃの出力軸は、金属材料で形成された長尺なすべりネジ２３で構成されている。このすべりネジ２３の先端は、モーター５ｃの本体側から第２の刺激提示部２２の本体フレーム６１における当該フランジ状部位に設けられた貫通孔６ｅに対し非係合に挿通された後、第１の刺激提示部２１の本体フレーム６１における同様のフランジ状部位に設けられた螺合孔６ｃに対し係合して螺入され、金属材料で形成された留め具２３ａで係止される。即ち、モーター５ｃの駆動制御で、すべりネジ２３を回転させると、第１の刺激提示部２１が第２の刺激提示部２２に対し相対的に直線移動（スライド移動）し、これにより第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の間隔を伸縮させ、摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚に伸縮刺激を提示するようになっている。

また、第２の刺激提示部２２の本体フレーム６１において、筒部６１ａより外方に突出するフランジ状部位に、金属材料で形成された円柱状の長尺なガイド棒２４の基端を固定するガイド棒固定部６ｆが設けられている。このガイド棒２４の先端は、第１の刺激提示部２１の本体フレーム６１における当該フランジ状部位に設けられた貫通孔６ｄに対し非係合に挿通された後、金属材料で形成された留め具２４ａで係止される。即ち、ガイド棒２４は、第２の刺激提示部２２に対する第１の刺激提示部２１の相対的なスライド移動を案内するようになっている。

ケース２０には、第２の刺激提示部２２における本体フレーム６１の筒部６１ａより外方に突出するフランジ状部位をスライド移動不能に接着又は嵌合等により固定するための固定部２０ａが設けられている。一方、第１の刺激提示部２１における本体フレーム６１の筒部６１ａより外方に突出するフランジ状部位は、ケース２０の内壁でスライド移動可能に摺動支持されている。モーター５ｃの本体は、ケース２０に固定する形態としてもよい。

尚、本例ではガイド棒２４を用いて第２の刺激提示部２２に対する第１の刺激提示部２１の相対的なスライド移動を案内するようになっているため、ケース２０を省略して、第２の刺激提示部２２の本体フレーム６１にアーム部１０の一端を固定することもできる。

図４（ａ）,（ｂ）は、図３に対して、それぞれ伸縮・ねじれ刺激提示部２における第１の刺激提示部２１の概略構成を示す左断面側面図、及び第２の刺激提示部２２の概略構成を示す右断面側面図である。

図４（ａ）,（ｂ）にそれぞれ示すように、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２は、それぞれモーター５ａ，５ｂの駆動制御で、各被動ギヤ７をそれぞれの本体フレーム６１に対し相対回動させると、各被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激を提示するようになっている。第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２におけるそれぞれの被動ギヤ７の回動は、Ａ方向又はＢ方向に同期して回動するように制御ユニット３によって制御される。そして、被動ギヤ７の回動範囲は、軸中心Ｏを基準に所定角度（開口部６ａの中心から摩擦パッド８の大きさに依存する所定角度±θ）内で回動可能な範囲が規制される。この所定角度±θは、摩擦パッド８の大きさに依存して、制御ユニット３側で設定される。

（制御ユニット）
図５は、本発明による一実施例の体感刺激提示装置１における制御ユニット３の概略構成を示すブロック図である。制御ユニット３は、センサーデータ受信部３１、メタデータ受信部３２、制御部３３、及び記憶部３４を備える。

センサーデータ受信部３１は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータを入力し、制御部３３に出力する機能部である。センサーデータは、例えば、当該使用者の身体動作を検出するセンサー（画像認識装置、又は直接身体に貼付されたモーションセンサー等）から得られるデータとすることができる。

メタデータ受信部３２は、スポーツ等の動きを示すメタデータを入力し、制御部３３に出力する機能部である。メタデータは、例えば競技のわざ等を記号化して記述したデータとすることができる。

尚、本実施例では、センサーデータ受信部３１及びメタデータ受信部３２が受信するそれぞれのセンサーデータ及びメタデータは、オンラインのリアルタイムを想定しているが、オフライン処理で得られるものとしてもよい。

制御部３３は、コンピュータ（マイクロコンピュータを含む）を用いて構成され、データ選択部３３１、解析部３３２、及び駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４を備える。

データ選択部３３１は、入力されたセンサーデータを使用するか、或いは入力されたメタデータを使用するかを予め制御部の設定により決定し、使用するとして決定したセンサーデータ又はメタデータを解析部３３２に出力する機能部である。

解析部３３２は、使用するとして決定したセンサーデータ又はメタデータを、記憶部３４に記憶される予め定めた駆動基準データに基づいて解析し、被動ギヤ７の回動範囲内で、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２における各被動ギヤ７の回転方向及び回動量と回転速度、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２間の伸縮方向及び伸縮量と伸縮速度、並びに、振動アクチュエーター４１の振動時間及び振動量と振動周波数を決定し、対応する駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４を制御して、それぞれ対応するモーター５ａ，５ｂ，５ｃ、及び振動アクチュエーター４１を駆動する機能部である。

つまり、解析部３３２は、センサー（図示略）からの身体動作に関するセンサーデータ、若しくは競技のわざ等を記述したメタデータについて、記憶部３４に記憶される予め定めた駆動基準データを参照し、対応する使用者の腕Ｈの皮膚へのねじれ刺激としての回転方向及び回転量と回転速度、並びに伸縮刺激としての伸縮方向及び伸縮量と伸縮速度、並びに、触覚刺激としての振動時間及び振動量と振動周波数を算出する。続いて、解析部３３２は、その算出した情報を基に、対応する駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４を制御して、それぞれ対応するモーター５ａ，５ｂ，５ｃ、及び振動アクチュエーター４１を駆動する。

駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃは、それぞれモーター５ａ，５ｂ，５ｃを駆動するドライバである。

駆動部３３４は、振動アクチュエーター４１を駆動するドライバである。

記憶部３４は、使用するとして決定したセンサーデータ又はメタデータに基づいた駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４の駆動を制御するための予め定めた駆動基準データを記憶している。駆動基準データは、センサーデータ又はメタデータに対応付けられた使用者の腕Ｈの皮膚へのねじれ刺激としての回転方向及び回転量と回転速度、並びに伸縮刺激としての伸縮方向及び伸縮量と伸縮速度、並びに触覚刺激としての振動時間及び振動量と振動周波数とについて、予め定めたテーブル又は関数で表されている。また、制御部３３の機能を実現するためのプログラムを記憶している。即ち、制御部３３を構成するコンピュータにより当該プログラムを読み出して実行することで、制御部３３の機能を実現する。

尚、本実施例の制御ユニット３は、全体としてコンピュータにより機能させることもできる。当該コンピュータに、本発明に係る各構成要素を実現させるためのプログラムは、当該コンピュータの内部又は外部に備えられるメモリ（図示せず）に記憶される。コンピュータに備えられる中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの制御で、各構成要素の機能を実現するための処理内容が記述されたプログラムを、適宜、メモリから読み込んで、制御ユニット３の各構成要素の機能をコンピュータに実現させることができる。ここで、各構成要素の機能をハードウェアの一部で実現してもよい。

（ねじれ刺激提示動作）
図６（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置１におけるねじれ刺激提示動作と、使用者の腕Ｈへのひねり感覚を体感させるねじれ刺激を示す図である。

図６（ａ）に示すように、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２は、それぞれモーター５ａ，５ｂの駆動制御で、各被動ギヤ７をそれぞれの本体フレーム６１に対し相対回動させると、各被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚にねじれ刺激を提示するようになっている。そして、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２におけるそれぞれの被動ギヤ７の回動は、Ａ方向又はＢ方向に同期して回動するように制御ユニット３によって制御される。

ここで、第１の刺激提示部２１における被動ギヤ７と、第２の刺激提示部２２における被動ギヤ７を互いに同方向に回動させてもよいし、互いに逆方向に回動させてもよい。第１の刺激提示部２１における被動ギヤ７と、第２の刺激提示部２２における被動ギヤ７を互いに逆方向に回動させることで、さらに強いねじれ刺激を与えることができる。

このようなねじれ刺激により、図６（ｂ）に示すように、使用者の腕Ｈが、仮想的に他者の腕Ｈ’における手のひらで把持され、ひねられる感覚をもたらす。即ち、本実施例の体感刺激提示装置１は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕Ｈへのひねり感覚を体感させるねじれ刺激を体感刺激として提示することができる。

（伸縮刺激提示動作）
図７（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置１における伸縮刺激提示動作と、使用者の腕Ｈへの押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を示す図である。

図７（ａ）に示すように、第１の刺激提示部２１及び第２の刺激提示部２２は、モーター５ｃの駆動制御で、互いの間隔をスライド移動で伸縮させることができ、このスライド移動により、各被動ギヤ７に取着される摩擦パッド８による摩擦で使用者の腕Ｈの皮膚に伸縮刺激を提示するようになっている。

このような伸縮刺激として、例えば第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２との間隔を短時間に収縮させる収縮刺激を提示することで、図７（ｂ）に示すように、使用者の腕Ｈが、仮想的に他者の腕Ｈ’における手のひらで把持され、押し込まれる感覚をもたらす。また、伸縮刺激として、例えば第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２との間隔を短時間に伸長させる伸長刺激を提示することで、図７（ｂ）に示すように、使用者の腕Ｈが、仮想的に他者の腕Ｈ’における手のひらで把持され、引っ張られる感覚をもたらす。即ち、本実施例の体感刺激提示装置１は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕Ｈへの押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を体感刺激として提示することができる。

（触覚刺激提示動作）
図８（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施例の体感刺激提示装置１における触覚刺激提示動作と、使用者の手のひらへの衝撃感覚を体感させる触覚刺激の例として振動刺激を示す図である。

図８（ａ）に示すように、触覚刺激提示部４は、振動アクチュエーター４１の駆動制御で、使用者の腕Ｈから延びる手のひらに振動刺激を提示するようになっている。

このような振動刺激により、例えば振動アクチュエーター４１を短時間、振動させることで、図８（ｂ）に示すように、使用者の腕Ｈから延びる手のひらが、仮想的に他者の腕Ｈ’における手のひらとの接触で、強い衝撃を受ける感覚を擬似的にもたらす。即ち、本実施例の体感刺激提示装置１は、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の手のひらへの衝撃を体感させる触覚刺激を体感刺激として提示することができる。

このように、使用者の腕Ｈがひねられる感覚や押されたり引っ張られたりする感覚に、使用者の手のひらで衝撃も加わり、例えば対戦スポーツであれば、その激しさを疑似体験させることができる。

尚、上述した実施例では、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２のそれぞれについて、一対の摩擦パッド８を設けるとして説明したが、それぞれ１つとしてもよいし、或いは３つ以上としてもよい。

また、上述した実施例では、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の双方に、摩擦パッド８を設ける例を説明したが、第２の刺激提示部２２をケース２０に対し固定する場合では、第１の刺激提示部２１にのみ摩擦パッド８を設けて、第２の刺激提示部２２には摩擦パッド８や被動ギヤ７、モーター５ｂ等の設置を省略した形態としてよい。この場合でも、ねじれ刺激や伸縮刺激を付与することができ、更に、摩擦パッド８の設置位置の調整で、このようなねじれ刺激や伸縮刺激を付与する箇所を可変とすることができる。

また、上述した実施例では、触覚刺激提示部４を構成するケース４０は、球状体とする以外にも、手のひらに触れる外枠の形状は触りやすい形状であればよく、例えば手のひらに合ったコンピューターマウス（ポインティングデバイス）形状としてもよい。また、触覚刺激提示部４として、コンピューターマウス自体を使用することもでき、この場合には、そのコンピューターマウスのボタンやポインティング機能を用いることで、インタラクティブな操作のコントローラとすることも可能である。また、本例における触覚刺激提示部４は、振動刺激を提示する振動アクチュエーター４１を設ける例を説明したが、特許文献１に開示されるような力覚刺激を提示するアクチュエーターを設ける形態や、非特許文献１に開示されるような電気刺激を提示するアクチュエーターを設ける形態とすることもできる。

また、上述した実施例では、主として、体感刺激提示装置１のケース２０は、第１の刺激提示部２１をスライド移動可能に支持するとともに第２の刺激提示部２２をスライド移動不能に固定支持するように構成される例を説明したが、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の双方をケース２０内でスライド移動可能に支持する形態としてもよい。更に、ケース２０に固定部２０ａを設けずに、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の双方がスライド移動する形態とする場合、モーター５ｃの本体をケース２０に固定する形態とすることもでき、モーター５ｃの駆動で、第１の刺激提示部２１と第２の刺激提示部２２の双方がスライド移動する機構（例えば、すべりネジ２３を複数設けてギヤ機構を介してその双方を駆動する形態等）を設けてもよい。また、ケース２０にガイドレールを設け、そのガイドレールに係合する溝を第１の刺激提示部２１の本体フレーム６１におけるフランジ状部位に設けて、ガイド棒２４を省略してもよい。

また、上述した実施例では、制御ユニット３は、各モーター５ａ，５ｂ，５ｃ、及び振動アクチュエーター４１を、それぞれハーネスで有線接続して駆動するための駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４が設けられているとして説明したが、これらの駆動部３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４をそれぞれ伸縮・ねじれ刺激提示部２及び触覚刺激提示部４の各ケース２０，４０内に収容し、且つＷｉＦｉ等の近距離無線通信部を設けておき、更に制御ユニット３側でもＷｉＦｉ等の近距離無線通信部を設けて無線で相互通信することで、各モーター５ａ，５ｂ，５ｃ、及び振動アクチュエーター４１を駆動制御する形態としてもよい。

また、上述した実施例では、ケース２０、被動ギヤ７、駆動ギヤ９、本体フレーム６１、及び蓋フレーム６２等について、合成樹脂を用いて形成するとして説明したが、アルミニウム合金やマグネシウム合金等を用いたダイキャスト成形で形成してもよい。

従って、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

本発明によれば、スポーツ等の動きを示す所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕へのひねり感覚を体感させるねじれ刺激、好適には使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激、より好適には使用者の手のひらへの衝撃を体感させる触覚刺激、を体感刺激として提示することができるので、体感刺激を提示する種々の用途に有用である。

１ 体感刺激提示装置
２ 伸縮・ねじれ刺激提示部
３ 制御ユニット
４ 触覚刺激提示部
５ａ, ５ｂ，５ｃ モーター
６ａ 被動ギヤの開口部
６ｂ モーター固定部
６ｃ 螺合孔
６ｄ，６ｅ 貫通孔
６ｆ ガイド棒固定部
６ｇ モーター固定部
７ 被動ギヤ
８ 摩擦パッド
９ 駆動ギヤ
１０ アーム部
２０ ケース
２０ａ 固定部
２０ｂ 段差
２０ｃ 爪部
２０ｄ 段差
２０ｅ 嵌合孔
２１ 第１の刺激提示部
２２ 第２の刺激提示部
２３ すべりネジ
２３ａ 留め具
２４ ガイド棒
２４ａ 留め具
３１ センサーデータ受信部
３２ メタデータ受信部
３３ 制御部
３４ 記憶部
４０ 触覚刺激提示部のケース
４１ 振動アクチュエーター
６１ 本体フレーム
６１ａ 本体フレームの筒部
６１ｂ 本体フレームの内周壁
６２ 蓋フレーム
６２ａ 蓋フレームの内周壁
６２ｂ 蓋フレームの内周壁の段差
７１ 被動ギヤの内周面
７２ 面ファスナー（雌）
８１ 面ファスナー（雄）
３３１ データ選択部
３３２ 解析部
３３３ａ，３３３ｂ，３３３ｃ，３３４ 駆動部

Claims (5)

1. 所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、使用者の腕に体感刺激を提示する体感刺激提示装置であって、
   前記使用者の腕へのひねり感覚を体感させる第１のねじれ刺激を提示する機構として構成される第１の刺激提示部と、
   前記ねじれ刺激の提示を制御する制御ユニットと、を備え、
   前記第１の刺激提示部は、
   出力軸に第１の駆動ギヤが設けられた第１のモーターと、
   前記第１の駆動ギヤに噛合して回動する環状の第１の被動ギヤと、
   前記第１の被動ギヤの内周面を相対回動可能に外周面上で支持して前記使用者の腕を挿通する筒部を有するとともに、前記第１のモーターを固定支持する第１のフレームと、
   前記第１のフレームの筒部に対し前記第１の被動ギヤを相対回動可能に支持させた状態で該筒部に設けられた開口部を介して前記第１の被動ギヤの内周面上に着脱可能に取着され、前記使用者の腕の皮膚に摩擦を付与する第１の摩擦パッドと、を有し、
   前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第１のモーターの駆動を制御して前記第１のねじれ刺激を提示する機能を有することを特徴とする体感刺激提示装置。
2. 前記使用者の腕へのひねり感覚を体感させる第２のねじれ刺激を提示する機構として構成される第２の刺激提示部を更に備え、
   前記第２の刺激提示部は、
   出力軸に第２の駆動ギヤが設けられた第２のモーターと、
   前記第２の駆動ギヤに噛合して回動する環状の第２の被動ギヤと、
   前記第２の被動ギヤの内周面を相対回動可能に外周面上で支持して前記使用者の腕を挿通する筒部を有するとともに、前記第２のモーターを固定支持する第２のフレームと、
   前記第２のフレームの筒部に対し前記第２の被動ギヤを相対回動可能に支持させた状態で該筒部に設けられた開口部を介して前記第２の被動ギヤの内周面上に着脱可能に取着され、前記使用者の腕の皮膚に摩擦を付与する第２の摩擦パッドと、を有し、
   前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第２のモーターの駆動を制御して前記第２のねじれ刺激を提示する機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の体感刺激提示装置。
3. 第３のモーターの駆動制御で、少なくとも前記第１の刺激提示部を軸方向にスライド移動させ、前記使用者の腕への押し込み又は引っ張り感覚を体感させる伸縮刺激を提示する伸縮機構を更に備え、
   前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記第３のモーターの駆動を制御して前記伸縮刺激を提示する機能を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の体感刺激提示装置。
4. 触覚刺激を提示するアクチュエーターの駆動制御で、当該使用者の手のひらで触わらせる触覚刺激提示デバイスとして構成される触覚刺激提示部を更に備え、
   前記制御ユニットは、前記所定のセンサーデータやメタデータに基づいて、前記アクチュエーターの駆動を制御して前記触覚刺激を提示する機能を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の体感刺激提示装置。
5. アームレストとして機能するアーム部を更に備え、
   前記触覚刺激提示部は、前記アーム部により、前記第１の刺激提示部及び前記第２の刺激提示部を収容するケース、或いは、前記第２の刺激提示部における前記第２のフレームに連結固定されていることを特徴とする、請求項２、或いは請求項２を引用する請求項３又は４に記載の体感刺激提示装置。

Images