JP2022149250A - Foot sole tactile device and vr system - Google Patents

Foot sole tactile device and vr system Download PDF

Info

Publication number
JP2022149250A
JP2022149250A JP2021051312A JP2021051312A JP2022149250A JP 2022149250 A JP2022149250 A JP 2022149250A JP 2021051312 A JP2021051312 A JP 2021051312A JP 2021051312 A JP2021051312 A JP 2021051312A JP 2022149250 A JP2022149250 A JP 2022149250A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sole
pressure
ground
subject
foot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021051312A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
義哉 中村
Yoshiya Nakamura
弘樹 今村
Hiroki Imamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soka University
Original Assignee
Soka University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soka University filed Critical Soka University
Priority to JP2021051312A priority Critical patent/JP2022149250A/en
Publication of JP2022149250A publication Critical patent/JP2022149250A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a foot sole tactile device capable of generating a tactile sense corresponding to various ground surface states in accordance with a human movement of walking.SOLUTION: A foot sole tactile device 40 includes: an input device 10 having a pressure-sensitive sensor 12 for foot soles; plural foot sole side syringes 22 abutting on each of plural places of foot soles; an output device 20 having a stepping motor 26 for driving the foot sole side syringe 22; a pedestal 28 for mounting the input device 10 and the output device 20; and a control device 30 for receiving a detection signal and an external signal from the input device 10 and outputting an output signal to the output device 20. The control device 30 drives each of the foot sole side syringes 22 such that pressure detected by the pressure-sensitive sensor 12 becomes a value corresponding to ground surface information Q when receiving the ground surface information Q.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 公開日:令和2年12月11日 公開場所:電子通信情報学会 公開方法:学会(同年12月18日)の要旨集に掲載Patent Law Article 30, Paragraph 2 applied Date of publication: December 11, 2020 Publication location: The Institute of Electronics, Communication and Information Engineers Publication method: Published in abstracts of the conference (December 18 of the same year)

本発明は、足裏に対して触覚を発生させる足裏触覚デバイス、当該足裏触覚デバイスを備えるVRシステムに関する。 The present invention relates to a sole haptic device that generates a tactile sensation on the sole and a VR system that includes the sole haptic device.

現在、Virtual Reality(VR)技術がシミュレーション、トレーニング等の様々な分野に取り入れられ、人々の生活に役立っている。また、VR技術と触覚技術とが組み合わされ、遠隔地から仮想空間上の3次元オブジェクトに触れる体験等が可能となっている。このような技術は、手の触覚のみならず、足の触覚にも応用されている。 Currently, Virtual Reality (VR) technology has been introduced into various fields such as simulation and training, and is useful in people's lives. Also, by combining VR technology and tactile technology, it is possible to experience touching a three-dimensional object in a virtual space from a remote location. Such technology is applied not only to the tactile sense of the hand but also to the tactile sense of the foot.

下記の特許文献1(公知技術1)のスマートシューズにおいては、シューズ上に組み込まれたコントローラが、1つ以上のセンシング要素から受け取られたデータを用いて圧力マッピング表示を生成する。圧力マッピング表示は、モバイルデバイスのユーザインターフェース中に提示される。 In the smart shoe of US Pat. No. 6,200,006 (Public Art 1), a controller embedded on the shoe uses data received from one or more sensing elements to generate a pressure mapping display. A pressure mapping display is presented in the user interface of the mobile device.

当該コントローラは、当該センシング要素からのデータを用いて、動きアニメーション表示を生成することができる。動きアニメーション表示は、スマートシューズを履いている人と同様に動き得るアバターを含み、その人の動きはアバターに実質的に反映される(特許文献1/段落0051,0052、図6)。 The controller can use data from the sensing elements to generate a motion animation display. The motion animation display includes an avatar that can move like a person wearing smart shoes, and the person's movements are substantially reflected in the avatar (Patent Document 1/paragraph 0051,0052, FIG. 6).

また、近年では、足裏の位置に複数のシリンジを備えた装置をスライドさせ、触覚を得ることができる触覚デバイスが知られている。この装置では、スライドさせたときに各シリンジを押し上げるように制御することで、足裏に触覚を発生させることができる(公知技術2)。 Also, in recent years, a tactile device has been known that can obtain a tactile sensation by sliding a device having a plurality of syringes on the sole of the foot. This device can generate a tactile sensation on the sole of the foot by controlling each syringe to be pushed up when it is slid (publicly known technique 2).

特表2020-518296号公報Japanese Patent Publication No. 2020-518296

公知技術1のスマートシューズは、固い表面(剛体)上であれば圧力マッピングを行い易いが、比較的柔らかい表面(可塑性体)上においては、正確な圧力マッピングが難しいという問題があった。 The smart shoes of known technique 1 have a problem that it is easy to perform pressure mapping on a hard surface (rigid body), but accurate pressure mapping is difficult on a relatively soft surface (plastic body).

また、公知技術2の触覚デバイスは、足裏の触覚の大小を被験者に認識させることができる点で優れているが、スライド動作のみを想定しており、足を持ち上げる動作には対応していない。そのため、3次元オブジェクトの表面をなぞる触覚は得られるが、歩行しているとき人が足裏で感じるような触覚は得られなかった。 In addition, the tactile device of known technology 2 is excellent in that it allows the subject to recognize the size of the tactile sensation of the sole of the foot. . Therefore, although the tactile sensation of tracing the surface of a three-dimensional object can be obtained, the tactile sensation felt by the sole of a person's foot while walking cannot be obtained.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人が歩行する動作に対応させて、様々な地面状態に応じた触覚を発生させることができる足裏触覚デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and aims to provide a sole tactile device capable of generating tactile sensations corresponding to various ground conditions in response to the walking motion of a person. aim.

第1発明は、被験者の足裏に対して触覚を発生させる足裏触覚デバイスであって、
前記足裏にかかる圧力を検出する感圧センサを有する入力装置と、前記足裏の複数箇所のそれぞれに当接するように設けられた複数の当接部と、前記当接部のそれぞれを駆動させる1又は複数の駆動部とを有する出力装置と、前記入力装置及び前記出力装置を搭載する台座と、前記入力装置からの検出信号と前記入力装置以外からの外部信号とを受信し、前記出力装置に出力信号を出力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記外部信号として少なくとも地面の固さ情報を有する地面情報を受信したとき前記駆動部を制御し、前記感圧センサで検出される圧力が前記地面情報に応じた値となるように前記当接部の各々を駆動させることを特徴とする。
A first invention is a sole tactile device that generates a tactile sensation with respect to the sole of a subject's foot,
An input device having a pressure-sensitive sensor for detecting pressure applied to the sole, a plurality of abutment portions provided to abut on a plurality of locations of the sole, and driving each of the abutment portions. an output device having one or more driving units; a base on which the input device and the output device are mounted; a detection signal from the input device and an external signal from other than the input device; a control device that outputs an output signal to
The control device controls the drive unit when ground information having at least information about the hardness of the ground is received as the external signal, and the pressure detected by the pressure sensor becomes a value corresponding to the ground information. and driving each of the contact portions.

第1発明の足裏触覚デバイスは、入力装置と、出力装置と、制御装置とを備えている。制御装置は、外部信号として地面情報(地面の固さ情報)を受信したとき、足裏触覚デバイスの被験者がその触覚を感じることができるように、当接部の各々を駆動させる。特に、使用時には、感圧センサが常に圧力を検出しているため、制御装置は、その圧力が地面情報に応じた値となるように当接部の各々を駆動して制御する。これにより、本デバイスは、様々な固さの地面に応じた触覚を発生させることができる。 A sole haptic device of the first invention comprises an input device, an output device, and a control device. When receiving ground information (ground hardness information) as an external signal, the control device drives each of the contact parts so that the subject using the sole tactile device can feel the tactile sensation. In particular, since the pressure sensor constantly detects pressure during use, the control device drives and controls each of the contact portions so that the pressure becomes a value corresponding to the ground information. This allows the device to generate tactile sensations in response to ground surfaces of varying hardness.

第1発明の足裏触覚デバイスにおいて、前記地面情報は、地面の3次元座標情報をさらに有し、前記制御装置は、前記3次元座標情報に基づいて前記当接部の各々を駆動させることが好ましい。 In the sole haptic device of the first invention, the ground information further includes three-dimensional coordinate information of the ground, and the control device can drive each of the contact parts based on the three-dimensional coordinate information. preferable.

地面情報は、地面の固さ情報に加えて、地面の3次元座標情報を有している。このため、制御装置は、圧力が当該地面情報に応じた値となるように当接部の各々を駆動して制御する。これにより、本デバイスは、所定の位置、傾斜又は凹凸のある地面に応じた触覚を発生させることができる。 The ground information has three-dimensional coordinate information of the ground in addition to the hardness information of the ground. Therefore, the control device drives and controls each of the contact portions so that the pressure becomes a value corresponding to the ground information. This allows the device to generate a haptic sensation in response to a given position, slope or uneven ground.

第2発明は、両足に対応した上記の足裏触覚デバイスと、前記足裏触覚デバイスを装着した被験者のアバターを仮想空間上で表示可能な画像表示装置と、前記被験者の足の動きに連動して前記アバターの足が動くように画像処理を行う画像処理装置と、を備えるVRシステムであって、
前記入力装置は、前記被験者の足が移動したとき、前記台座の移動量を検出する移動量検出部と、前記台座の加速度及び角速度を計測することにより前記被験者の移動方向を検出する移動方向検出部とをさらに有し、前記制御装置は、前記感圧センサが検出した圧力と、前記移動量検出部が検出した前記移動量と、前記移動方向検出部が検出した前記移動方向とを前記画像処理装置に送信し、前記画像表示装置において、前記画像処理装置に基づいて前記アバターを動作させることを特徴とする。
A second aspect of the present invention includes the above-mentioned sole tactile sense devices corresponding to both feet, an image display device capable of displaying in a virtual space the avatar of the subject wearing the sole tactile sense devices, and an image display device that is linked to the movement of the subject's feet. and an image processing device that performs image processing so that the legs of the avatar move,
The input device includes a movement amount detection unit that detects the amount of movement of the pedestal when the subject's leg moves, and a movement direction detection unit that detects the movement direction of the subject by measuring the acceleration and angular velocity of the pedestal. The control device detects the pressure detected by the pressure-sensitive sensor, the movement amount detected by the movement amount detection section, and the movement direction detected by the movement direction detection section in the image. The avatar is transmitted to a processing device, and the avatar is operated on the image display device based on the image processing device.

第2発明のVRシステムは、上記足裏触覚デバイスと、被験者のアバターを仮想空間上で表示可能な画像表示装置と、アバターの足が被験者の足と連動して動くように画像処理を行う画像処理装置とを備えている。足裏触覚デバイスの被験者が足を動かすと台座が移動するため、感圧センサの圧力、移動量検出部の移動量、そして移動方向検出部の移動方向が制御装置に送信され、制御信号が画像処理装置に送信される。これにより、本システムは、画像表示装置において、アバターが被験者の足の動きを再現することができる。 The VR system of the second invention comprises the foot tactile device, an image display device capable of displaying the subject's avatar in a virtual space, and an image that performs image processing so that the avatar's feet move in conjunction with the subject's feet. and a processor. Since the pedestal moves when the subject using the sole tactile device moves his or her foot, the pressure of the pressure sensor, the amount of movement detected by the movement amount detector, and the movement direction of the movement direction detector are sent to the controller, and the control signal is transmitted to the image. sent to the processor. As a result, the present system enables the avatar to reproduce the movement of the subject's legs on the image display device.

第2発明のVRシステムにおいて、前記アバターが前記仮想空間上で歩行したとき、前記地面情報に基づいて前記駆動部を制御することにより前記当接部の各々を駆動させることが好ましい。 In the VR system of the second aspect of the invention, when the avatar walks in the virtual space, it is preferable to drive each of the contact parts by controlling the drive part based on the ground information.

例えば、アバターが仮想空間上で凹凸のある固い地面を歩行したとき、地面情報を受けた制御装置が駆動部を制御する。このとき、制御装置が地面状態に応じて各当接部の各々を駆動させるので、被験者が当該地面状態に応じた足裏の触覚を得ることができる。 For example, when an avatar walks on a hard, uneven ground surface in a virtual space, the control device that receives the ground information controls the drive unit. At this time, since the control device drives each of the contact portions according to the ground condition, the subject can obtain a tactile sensation of the sole according to the ground condition.

また、第2発明のVRシステムにおいて、前記移動量検出部は、前記被験者の足が移動したとき、磁石が埋め込まれたローラが回転することにより前記移動量を検出するホールセンサであり、前記ホールセンサは、前記感圧センサの圧力検出時に前記移動量を検出可能であることが好ましい。 In the VR system of the second invention, the movement amount detection unit is a hall sensor that detects the movement amount by rotating a roller in which a magnet is embedded when the subject's leg moves, and the hall sensor detects the movement amount. It is preferable that the sensor can detect the movement amount when the pressure sensor detects the pressure.

移動量検出部は、被験者の足(台座)が移動してローラが回転したとき、ホールセンサが磁石の磁気を検出することで移動量を検出する。また、ホールセンサは、感圧センサの圧力検出時に前記移動量を検出可能であるため、ローラの空転は検出されず、アバターの不要な動きを抑えることができる。 When the subject's foot (pedestal) moves and the roller rotates, the movement amount detection unit detects the movement amount by the Hall sensor detecting the magnetism of the magnet. Further, since the Hall sensor can detect the movement amount when the pressure sensor detects the pressure, idle rotation of the roller is not detected, and unnecessary movement of the avatar can be suppressed.

本発明の第1実施形態に係るVRシステムの概要を説明する図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure explaining the outline|summary of the VR system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係る足裏触覚デバイスの詳細を説明する図。The figure explaining the detail of the sole haptic device which concerns on 1st Embodiment. 被験者が歩行したときの足裏の接触パターンの一例を示す図。The figure which shows an example of the contact pattern of a sole when a test subject walks. 足裏触覚デバイスの足裏側シリンジの配列を説明する図。The figure explaining the arrangement|sequence of the sole syringe of a sole tactile device. 被験者が歩行したときの圧力変化のタイミングチャート。Timing chart of pressure changes when the subject walks. VRシステムで行われる各種制御のフローチャート(前半)。Flowchart (first half) of various controls performed in the VR system. VRシステムで行われる各種制御のフローチャート(後半)。Flowchart (second half) of various controls performed in the VR system. 本発明の第2実施形態に係るVRシステムに含まれる足裏触覚デバイスの詳細を説明する図。The figure explaining the detail of the sole haptic device included in the VR system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の足裏触覚デバイスの入出力の相関グラフを示す図。The figure which shows the correlation graph of the input/output of the sole haptic device of 2nd Embodiment.

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る足裏触覚デバイス、当該足裏触覚デバイスを備えるVRシステムの実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a sole haptic device according to the present invention and a VR system including the sole haptic device will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態のVRシステム1の概要を示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an outline of a VR system 1 according to a first embodiment of the invention.

VRシステム1は、主に入力装置10、出力装置20、制御装置30、コンピュータ50及びヘッドマウントディスプレイ60で構成されている。また、入力装置10、出力装置20及び制御装置30は、後述する足裏触覚デバイス40を構成する。 The VR system 1 mainly includes an input device 10 , an output device 20 , a control device 30 , a computer 50 and a head mounted display 60 . The input device 10, the output device 20, and the control device 30 constitute a sole tactile device 40, which will be described later.

入力装置10は、感圧センサ12と、ホールセンサ14と、慣性計測装置16とからなる。感圧センサ12は、被験者が足裏触覚デバイス40を装着したとき、足裏触覚デバイス40の底部が地面に接触しているか否かを判定する圧力センサである。 The input device 10 comprises a pressure sensor 12 , a hall sensor 14 and an inertial measurement device 16 . The pressure sensor 12 is a pressure sensor that determines whether or not the bottom of the sole tactile device 40 is in contact with the ground when the subject wears the sole tactile device 40 .

ホールセンサ14は、半導体のホール効果を利用した磁気センサである。詳細は後述するが、ホールセンサ14がローラに埋め込まれた磁石の接近を検知することにより、足裏触覚デバイス40の移動量を検出する。 The Hall sensor 14 is a magnetic sensor that utilizes the Hall effect of a semiconductor. Although details will be described later, the amount of movement of the sole tactile device 40 is detected by detecting the approach of the magnet embedded in the roller by the Hall sensor 14 .

また、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)16は、加速度センサにより並進方向の運動を検出し、角速度(ジャイロ)センサにより回転方向の運動を検出する装置である。慣性計測装置16は、合計6軸の運動を計測して足裏触覚デバイス40の向きを決定する。感圧センサ12、ホールセンサ14及び慣性計測装置16の各検出信号は、制御装置30に送信される。 An inertial measurement unit (IMU) 16 is a device that detects motion in a translational direction with an acceleration sensor and motion in a rotational direction with an angular velocity (gyro) sensor. The inertial measurement unit 16 determines the orientation of the sole tactile device 40 by measuring a total of six axes of motion. Detection signals from the pressure sensor 12 , Hall sensor 14 and inertial measurement device 16 are sent to the control device 30 .

出力装置20は、足裏側シリンジ22と、モータ側シリンジ24と、ステッピングモータ26とからなる。足裏側シリンジ22、モータ側シリンジ24及びステッピングモータ26は、制御装置30からの出力信号を受信して駆動し、被験者の足裏に与える圧力を調整することができる。 The output device 20 comprises a sole syringe 22 , a motor-side syringe 24 and a stepping motor 26 . The sole syringe 22, the motor side syringe 24, and the stepping motor 26 can be driven by receiving an output signal from the control device 30 to adjust the pressure applied to the sole of the subject.

足裏側シリンジ22(本発明の「当接部」)は、被験者の足F(図2参照)の足裏に当接するように立てて設けられたシリンジであり、モータ側シリンジ24は、ステッピングモータ26と接続されたシリンジである。なお、本実施形態の「シリンジ」は円筒部とピストンからなり、空気圧によりピストンが移動する、いわゆるエアシリンダである。 The foot sole syringe 22 (the "contact portion" of the present invention) is a syringe provided upright so as to contact the sole of the subject's foot F (see FIG. 2), and the motor side syringe 24 is a stepping motor. 26 and connected syringe. The "syringe" of this embodiment is a so-called air cylinder consisting of a cylindrical portion and a piston, the piston being moved by air pressure.

ステッピングモータ26(本発明の「駆動部」)は、入力パルス信号の数に応じて回転するモータであり、正確な位置決めを行うことができる。今回使用するステッピングモータ26は、軸部が直線運動することによりモータ側シリンジ24を駆動させるアクチュエータである。 The stepping motor 26 (the “driving unit” of the present invention) is a motor that rotates according to the number of input pulse signals, and can perform accurate positioning. The stepping motor 26 used this time is an actuator that drives the motor-side syringe 24 by linearly moving the shaft portion.

制御装置30は、入力装置10及び出力装置20と信号の送受信が可能であり、コンピュータ50とは有線又は無線で制御信号の送受信が可能となっている。今回、制御装置30として、ワンボードマイコン“Arduino(登録商標)”を使用した。また、コンピュータ50は、ゲームエンジン“Unity(登録商標)”を搭載しており、所定の画像処理を行って映像信号を作成し、仮想空間上のアバターの動作に反映させる。 The control device 30 can transmit and receive signals to and from the input device 10 and the output device 20, and can transmit and receive control signals to and from the computer 50 in a wired or wireless manner. This time, a one-board microcomputer “Arduino (registered trademark)” was used as the control device 30 . Also, the computer 50 is equipped with a game engine “Unity (registered trademark)”, performs predetermined image processing, creates a video signal, and reflects it in the motion of the avatar in the virtual space.

当該映像信号による映像は、被験者が装着可能な表示装置であるヘッドマウントディスプレイ60にて表示される。また、制御装置30は、アバターが存在する仮想空間における地面の形状及び材質(地面テクスチャ)、そして被験者の足の動きに合わせてステッピングモータ26を駆動し、被験者の足裏への圧力による触覚を再現する。なお、当該アバターは、コンピュータ50のディスプレイに表示してもよいので、ヘッドマウントディスプレイ60はVRシステム1の必須の構成ではない。 An image based on the image signal is displayed on a head-mounted display 60, which is a display device that can be worn by the subject. In addition, the control device 30 drives the stepping motor 26 in accordance with the shape and material (ground texture) of the ground in the virtual space where the avatar exists, and the movement of the subject's feet, and senses the tactile sensation of pressure on the soles of the subject's feet. Reproduce. Note that the avatar may be displayed on the display of the computer 50 , so the head-mounted display 60 is not an essential component of the VR system 1 .

ここで、図2に、第1実施形態に係る足裏触覚デバイス40(被験者が装着した状態)の詳細を示す。 Here, FIG. 2 shows details of the sole tactile device 40 (worn by the subject) according to the first embodiment.

足裏触覚デバイス40において、複数の足裏側シリンジ22は、足裏の複数箇所のそれぞれに当接するように台座28上に設けられている。台座28の下面側には、感圧センサ12a,12b、ホールセンサ14及び慣性計測装置16が設けられている。また、台座28は、被験者の足Fを足裏触覚デバイス40に固定するためのバンド29を有している。 In the sole tactile device 40, a plurality of sole syringes 22 are provided on a pedestal 28 so as to come into contact with a plurality of locations on the sole. Pressure sensors 12a and 12b, Hall sensors 14, and an inertial measurement device 16 are provided on the lower surface side of the pedestal 28. As shown in FIG. The pedestal 28 also has a band 29 for fixing the subject's foot F to the sole tactile device 40 .

図示するように、感圧センサ12a,12bは、それぞれ台座28の前後方向に1つずつ配置されている。例えば、アバターの存在する仮想空間の地面が柔軟な可塑性体である場合は、感圧センサ12a,12bが踏み込む足の力に応じた圧力の差異を検出する。そして、制御装置30が制御情報として地面情報Qを受信したとき、地面テクスチャ(可塑性体の地面)に応じてステッピングモータ26を駆動させる。なお、可塑性体の地面とは、例えば、ラバー状、スポンジ状又はゼリー状の地面、マット、砂場、草原、雪面等の表面上を意味する。 As illustrated, the pressure sensors 12a and 12b are arranged one by one in the front-rear direction of the pedestal 28, respectively. For example, if the ground in the virtual space where the avatar exists is a flexible plastic body, the pressure sensors 12a and 12b detect the difference in pressure according to the force of the stepping foot. Then, when the control device 30 receives the ground information Q as the control information, it drives the stepping motor 26 according to the ground texture (plastic ground). The plastic ground means, for example, a rubber-like, sponge-like or jelly-like ground, a mat, a sandbox, a meadow, a snow surface, or the like.

制御装置30に送信される地面情報Qは、仮想空間上の3次元座標(x,y,z)に加えて、地面の固さのパラメータρを含む。制御装置30は、地面情報Q(x,y,z,ρ)に基づいて、足裏に圧力の強弱が発生するようにステッピングモータ26の駆動を調整する。 The ground information Q transmitted to the control device 30 includes the three-dimensional coordinates (x, y, z) in the virtual space as well as a ground hardness parameter ρ. Based on the ground information Q (x, y, z, ρ), the control device 30 adjusts the drive of the stepping motor 26 so that the strength of the pressure is generated on the sole.

例えば、地面情報Qの座標(x0,y0,z0,ρ1)、(x0,y5,z0,ρ1)、(x5,y0,z0,ρ1)、(x5,y5,z0,ρ1)で囲まれる平面領域は地面の固さがρ1であり、それ以外の領域は地面の固さがρ2(<ρ1)であるとする。この場合、制御装置30は、当該領域内では足裏に、床反力に応じた同等のフィードバック圧力P1が発生するように制御するが、当該平面領域の外側に移動したとき、フィードバック圧力P1よりもΔPだけ小さいフィードバック圧力P2が発生するように制御する。 For example, the plane surrounded by the coordinates (x0, y0, z0, ρ1), (x0, y5, z0, ρ1), (x5, y0, z0, ρ1), (x5, y5, z0, ρ1) of the ground information Q It is assumed that the area has a ground hardness of ρ1, and the other area has a ground hardness of ρ2 (<ρ1). In this case, the control device 30 controls so that the same feedback pressure P1 corresponding to the floor reaction force is generated on the sole within the region, but when the foot moves outside the plane region, the feedback pressure P1 is higher than the feedback pressure P1. is controlled so that a feedback pressure P2 smaller by ΔP is generated.

また、地面情報Qは、z座標の値が徐々に変化する傾斜面、又はz座標の値がランダムに変化する凹凸面を表すことができる。このような地面情報Qが入力された場合には、制御装置30は、足裏の各位置(つま先、中央、踵等)で異なるフィードバック圧力Pが発生するように制御する。 Further, the ground information Q can represent an inclined surface whose z-coordinate value changes gradually, or an uneven surface whose z-coordinate value changes randomly. When such ground information Q is input, the control device 30 performs control so that different feedback pressures P are generated at each position of the sole (toe, center, heel, etc.).

ホールセンサ14は、前側の感圧センサ12aの下方に配置されている。ホールセンサ14は、主に足裏触覚デバイス40の前後方向に回転するローラ14aを有し、ローラ14aが回転したときに接近する磁石14bの磁気を検知して、足(台座28)の移動量を検出する。当該移動量は、上述のアバターの動作に反映される。後側の感圧センサ12bの下方には、ローラ14a’が設けられ、足が移動し易い構成となっているが、ホールセンサ及び磁石は有していない。 The Hall sensor 14 is arranged below the pressure sensor 12a on the front side. The Hall sensor 14 mainly has a roller 14a that rotates in the front-rear direction of the sole tactile device 40, detects the magnetism of the magnet 14b approaching when the roller 14a rotates, and detects the amount of movement of the foot (pedestal 28). to detect The amount of movement is reflected in the above-described action of the avatar. A roller 14a' is provided below the pressure sensor 12b on the rear side so that the foot can be easily moved, but neither a Hall sensor nor a magnet is provided.

また、ホールセンサ14は、感圧センサ12aが圧力を検知しているときにのみ移動量を検知する。これにより、ローラ14a,14a’の空転時にアバターが移動してしまうことを防止することができる。 Also, the Hall sensor 14 detects the amount of movement only when the pressure sensor 12a is detecting pressure. As a result, it is possible to prevent the avatar from moving when the rollers 14a and 14a' idle.

慣性計測装置16は、台座28の最も後方側に配置されている。両足に対応した足裏触覚デバイス40の慣性計測装置16の各々は、左右の足の向きを計測する。制御装置30は、計測された左足の向きと右足の向きがなす角を二等分した方向をアバターの進行方向として設定する。 The inertial measurement device 16 is arranged on the rearmost side of the pedestal 28 . Each inertial measurement device 16 of the sole tactile device 40 corresponding to both feet measures the orientation of the left and right feet. The control device 30 sets, as the traveling direction of the avatar, the direction obtained by bisecting the angle formed by the measured orientation of the left leg and the orientation of the right leg.

ステッピングモータ26は、台座28とは別体となっている。ステッピングモータ26は、制御装置30からの出力信号を受信して、被験者の足裏に地面テクスチャに応じた触覚を発生させる。モータ側シリンジ24はステッピングモータ26の鉄心と結合されている The stepping motor 26 is separate from the pedestal 28 . The stepping motor 26 receives an output signal from the control device 30 and generates a tactile sensation on the subject's sole corresponding to the ground texture. The motor-side syringe 24 is coupled with the iron core of the stepping motor 26

また、足裏側シリンジ22とモータ側シリンジ24とは、チューブ25で接続されている。このため、モータ側シリンジ24及びステッピングモータ26は、足裏側シリンジ22と物理的距離を離すことができる。ステッピングモータ26が駆動(直線運動)してモータ側シリンジ24が押し出されると、チューブ25を介して足裏側シリンジ22が押し上げられ、足裏に圧力が発生する。 Also, the foot sole syringe 22 and the motor side syringe 24 are connected by a tube 25 . Therefore, the motor-side syringe 24 and the stepping motor 26 can be physically separated from the sole syringe 22 . When the stepping motor 26 is driven (linear motion) and the motor-side syringe 24 is pushed out, the sole syringe 22 is pushed up through the tube 25 and pressure is generated on the sole.

詳細は後述するが、本実施形態の足裏側シリンジ22は10分割されているため、足裏に圧力を発生させる面を細分化して地面テクスチャの触覚を再現する。なお、ステッピングモータを複数用意して、1つのステッピングモータで2個の足裏側シリンジを駆動させる等の態様としてもよい。 Although the details will be described later, since the sole syringe 22 of the present embodiment is divided into 10 parts, the surface that generates pressure on the sole is subdivided to reproduce the tactile sensation of the ground texture. Alternatively, a plurality of stepping motors may be prepared and one stepping motor may be used to drive two sole syringes.

次に、図3~図5を参照して、足裏触覚デバイス40を装着した被験者が歩行したときの圧力検出について説明する。 Next, pressure detection when the subject wearing the sole tactile device 40 walks will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.

まず、図3に、被験者が歩行したときの足裏の接触パターンの一例を示す。当該接触パターンは、被験者が足裏触覚デバイス40を装着したときも同様である。 First, FIG. 3 shows an example of the contact pattern of the sole when the subject walks. The contact pattern is the same when the subject wears the sole tactile device 40 .

まず、(a)時刻T=tは、被験者の足が地面に着地する直前の状態である。その後、(b)時刻T=tにて踵から地面に着地し、さらに(c)時刻T=tにて足裏の踵部分が地面に接触する。 First, (a) time T= t0 is the state immediately before the subject's foot touches the ground. After that, (b) the heel lands on the ground at time T=t1, and (c) the heel part of the sole contacts the ground at time T = t2.

そして、(d)時刻T=tにて足裏全体が地面に接触した状態となり、(e)時刻T=tにて踵が地面から離れる。さらに、(f)時刻T=tにてつま先のみ地面に接触した状態となり、(g)時刻T=tにて足裏全体が地面から離れる。すなわち、時刻T=t~tが被験者の片足の一歩の動作である。 Then, (d) at time T=t3 , the entire sole comes into contact with the ground, and ( e) at time T=t4, the heel separates from the ground. Further, at ( f) time T= t5 , only the toes come into contact with the ground, and (g) at time T=t6, the entire sole leaves the ground. That is, the time T=t 0 to t 6 is the motion of one step of the subject.

次に、図4に、足裏触覚デバイス40の足裏側シリンジ22の配列を示す。足裏側シリンジ22は、シリンジ22a~22jを2×5で配列しており、それぞれが独立して駆動する。 Next, FIG. 4 shows the arrangement of the sole syringes 22 of the sole tactile device 40 . The sole syringe 22 has syringes 22a to 22j arranged in a matrix of 2×5, which are driven independently.

ここで、シリンジ22aのフィードバック圧力は「f11」であり、シリンジ22bのフィードバック圧力は「f12」である。つま先部分にかかる圧力F1は、シリンジ22aの圧力f11とシリンジ22bの圧力f12との和で与えられる。 Here, the feedback pressure of the syringe 22a is "f11" and the feedback pressure of the syringe 22b is "f12". The pressure F1 applied to the toe portion is given by the sum of the pressure f11 of the syringe 22a and the pressure f12 of the syringe 22b.

また、シリンジ22cのフィードバック圧力は「f21」であり、シリンジ22dのフィードバック圧力は「f22」であるため、つま先に隣接する部分にかかる圧力F2は、シリンジ22cの圧力f21とシリンジ22dの圧力f22との和で与えられる。 Further, since the feedback pressure of the syringe 22c is "f21" and the feedback pressure of the syringe 22d is "f22", the pressure F2 applied to the portion adjacent to the toe is the pressure f21 of the syringe 22c and the pressure f22 of the syringe 22d. given by the sum of

同様にして、シリンジ22iのフィードバック圧力は「f51」であり、シリンジ22jのフィードバック圧力は「f52」であるため、踵部分にかかる圧力F5は、シリンジ22iの圧力f51とシリンジ22jの圧力f52との和で与えられる。 Similarly, since the feedback pressure of the syringe 22i is "f51" and the feedback pressure of the syringe 22j is "f52", the pressure F5 applied to the heel is the sum of the pressure f51 of the syringe 22i and the pressure f52 of the syringe 22j. given in sum.

足裏側シリンジ22を構成するシリンジは2×5の配列に限られず、例えば、より細かい3×6の配列としてもよい。特に、可塑性体の地面の場合、土踏まずの部分も地面と接触するため、より正確に足裏の触覚を再現することができる。 The syringes forming the sole syringe 22 are not limited to the 2×5 arrangement, and may be arranged in a finer 3×6 arrangement, for example. In particular, in the case of a plastic ground, the tactile sensation of the sole can be reproduced more accurately because the arch of the foot is also in contact with the ground.

また、足裏側シリンジ22を構成するシリンジは、つま先に隣接する部分の2箇所(例えば、拇指球と小指球)、踵部分の1箇所のような最小の構成としてもよい。特に、固い地面の場合、土踏まずの部分は地面と接触しないため、この部分のシリンジを省略したり、仮想空間上のアバターが凹凸のある地面を歩行した場合にのみ作動するシリンジを設けるようにしたりしてもよい。 In addition, the syringes constituting the sole syringe 22 may have a minimum configuration such as two locations adjacent to the toes (for example, the ball of the thumb and the ball of the little finger) and one location at the heel. In particular, when the ground is hard, the arch of the foot does not come into contact with the ground, so we omit the syringe for this part, or provide a syringe that works only when the avatar in the virtual space walks on uneven ground. You may

次に、図5を参照して、足裏触覚デバイス40を装着した被験者が歩行したときの圧力変化のタイミングチャートを説明する。なお、図5において、横軸が時刻T[s]、縦軸が圧力P[N/m]である。 Next, a timing chart of pressure changes when the subject wearing the sole tactile device 40 walks will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the horizontal axis is time T [s] and the vertical axis is pressure P [N/m 2 ].

図示するように、時刻T=t~tの期間において、踵部分の圧力F5が20[N/m]まで上昇するような触覚が発生する。踵部分は、時刻T=tで地面から完全に離れてしまうため、時刻T=t~tの期間で圧力F5が徐々に減少するように制御される。 As shown in the figure, during the period from time T=t 0 to t 1 , a tactile sensation is generated as if the pressure F5 on the heel portion rises to 20 [N/m 2 ]. Since the heel part is completely separated from the ground at time T= t4 , the pressure F5 is controlled to gradually decrease during the period from time T=t1 to t4 .

また、踵に隣接する部分の圧力F4は、時刻T=t~tの期間において徐々に上昇し、時刻T=t~tの期間において徐々に減少するように制御される。 Further, the pressure F4 in the portion adjacent to the heel is controlled so as to gradually increase during the period of time T = t1 - t2 and gradually decrease during the period of time T=t2 - t4.

一方、つま先部分は、時刻T=tで地面に接触するため、時刻T=t~tの期間で圧力F1が徐々に増加し、時刻T=tから減少するように制御される。 On the other hand, since the toe portion touches the ground at time T=t3 , the pressure F1 is controlled to gradually increase during the period from time T= t3 to t4 and decrease from time T=t5. .

つま先に隣接する部分は、時刻T=t~tの期間において圧力F2が約14[N/m]まで上昇するような触覚が発生する。その後、圧力F2は、時刻T=t~tの期間において徐々に減少するように制御される。 At the portion adjacent to the toe, a tactile sensation is generated such that the pressure F2 rises to about 14 [N/m 2 ] during the period of time T=t 2 to t 5 . After that, the pressure F2 is controlled so as to gradually decrease during the period of time T=t 2 to t 4 .

また、足裏中央の圧力F3は、時刻T=tと時刻T=tの間の時刻から上昇し、時刻T=tで最大となり、その後、徐々に減少するように制御される。 Also, the pressure F3 at the center of the sole is controlled so that it rises from time T = t1 and time T=t2 , reaches a maximum at time T=t3, and then gradually decreases.

上記結果は、地面が比較的固い場合の例であるが、足裏触覚デバイス40を用いることで、被験者の足裏に地面を歩いた時の触覚を発生させることができる。地面が柔らかい場合においても、足裏に発生させる触覚は同様の傾向になると考えられるが、圧力Pの値は小さくなる。本実施形態のステッピングモータ26は、このような圧力の調整が可能となっている。 The above result is an example of a case where the ground is relatively hard, but by using the sole tactile device 40, it is possible to generate a tactile sensation when walking on the sole of the subject's foot. Even when the ground is soft, the tactile sensation generated on the sole is considered to have the same tendency, but the value of the pressure P becomes smaller. The stepping motor 26 of this embodiment is capable of such pressure adjustment.

次に、図6A、図6Bを参照して、VRシステム1で行われる各種制御のフローチャートを説明する。なお、ここでは、被験者が両足に足裏触覚デバイス40を装着していることを前提とする。 Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, flowcharts of various controls performed in the VR system 1 will be described. Here, it is assumed that the subject wears the sole tactile device 40 on both feet.

図6Aにおいて、まず、アバターの表示を開始する(ステップS01)。これにより、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ60によって、仮想空間上で動作するアバター(特に、アバター視点の風景)を確認することができる。 In FIG. 6A, first, display of an avatar is started (step S01). Thereby, the subject can confirm the avatar operating in the virtual space (in particular, the scenery from the avatar's viewpoint) through the head-mounted display 60 .

その後、被験者が動かした足が左足か否かが判定される(ステップS02)。動かした足が左足と判定された場合にはステップS03に進み、右足と判定された場合にはステップS13(図6B参照)に進む。 After that, it is determined whether or not the leg moved by the subject is the left leg (step S02). If the moved leg is determined to be the left leg, the process proceeds to step S03, and if the moved leg is determined to be the right leg, the process proceeds to step S13 (see FIG. 6B).

初めに、動かした足が左足と判定された場合(ステップS02で「YES」)を説明する。この場合、慣性計測装置16によって左足の向きを計測する(ステップS03)。続いて、アバターの左足の向きを決定する(ステップS04)。具体的には、アバターの左足の向きが慣性計測装置16で計測された左足の向きと一致するように制御される。 First, the case where the moved leg is determined to be the left leg ("YES" in step S02) will be described. In this case, the orientation of the left foot is measured by the inertial measurement device 16 (step S03). Next, the orientation of the avatar's left leg is determined (step S04). Specifically, the orientation of the left leg of the avatar is controlled so as to match the orientation of the left leg measured by the inertial measurement device 16 .

このとき、アバターの右足の向きも同時に決定するため、アバターの進行方向が決定する(ステップS05)。進行方向は、慣性計測装置16で計測された左足の向きと右足の向きから計算により決定される。 At this time, since the orientation of the right leg of the avatar is also determined at the same time, the direction of travel of the avatar is determined (step S05). The direction of travel is determined by calculation from the directions of the left and right feet measured by the inertial measurement device 16 .

次に、左足の感圧センサ12がオンしているか否かが判定される(ステップS06)。これは、左足の足裏触覚デバイス40が地面と接触しているかの判定である。感圧センサ12がオンしている場合にはステップS07に進み、オンしていない場合にはステップS08に進む。 Next, it is determined whether or not the pressure sensor 12 for the left leg is turned on (step S06). This is a determination as to whether the sole tactile device 40 for the left foot is in contact with the ground. If the pressure sensor 12 is on, the process proceeds to step S07, and if not, the process proceeds to step S08.

感圧センサ12がオンしている場合(ステップS06で「YES」)、アバターの左足を着地させる(ステップS07)。一方、感圧センサ12がオンしていない場合(ステップS06で「NO」)、アバターの左足を地面から離す(ステップS08)。このとき、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ60によって、左足の動きに対応したアバターの動作を確認することができる。 If the pressure sensor 12 is on ("YES" in step S06), the left foot of the avatar is landed (step S07). On the other hand, if the pressure sensor 12 is not turned on ("NO" in step S06), the left leg of the avatar is lifted off the ground (step S08). At this time, the subject can confirm the motion of the avatar corresponding to the motion of the left leg on the head-mounted display 60 .

ステップS07の後、左足のホールセンサ14がオンしているか否かが判定される(ステップS09)。左足のホールセンサ14がオンしている場合にはステップS10に進み、オンしていない場合にはステップS12に進む。 After step S07, it is determined whether or not the hall sensor 14 on the left leg is turned on (step S09). If the hall sensor 14 on the left foot is on, the process proceeds to step S10, and if not, the process proceeds to step S12.

左足のホールセンサ14がオンしている場合(ステップS09で「YES」)、アバターの右足を移動する(ステップS10)。ここでは、ステップS05(図6BのステップS05’)の進行方向の情報を利用する。歩行の動作では、片足を前に進めると逆足は相対的に後ろに下がることになるため、地面に着いた状態である左足とは逆足(右足)が進行方向に移動する。 If the hall sensor 14 of the left leg is on ("YES" in step S09), the avatar's right leg is moved (step S10). Here, information on the traveling direction in step S05 (step S05' in FIG. 6B) is used. In a walking motion, when one foot is advanced forward, the opposite foot is relatively lowered backward, so the opposite foot (right foot) moves in the direction of movement as opposed to the left foot which is on the ground.

次に、左足用のステッピングモータ26を制御する(ステップS11)。これにより、仮想空間の地面テクスチャに応じた圧力(触覚)が生じるように、左足の足裏触覚デバイス40(足裏側シリンジ22)が動作する。その後、ステップS12に進む。 Next, the stepping motor 26 for the left leg is controlled (step S11). As a result, the sole tactile device 40 (sole syringe 22) of the left foot operates so as to generate pressure (tactile sensation) according to the ground texture in the virtual space. After that, the process proceeds to step S12.

次に、動かした足が右足と特定された場合(ステップS02で「YES」)を説明する。図6Bにおいて、慣性計測装置16によって右足の向きを計測する(ステップS13)。続いて、アバターの右足の向きを決定する(ステップS14)。ここでは、アバターの右足の向きが慣性計測装置16で計測された右足の向きと一致するように制御される。そして、アバターの進行方向が決定する(ステップS05’)。 Next, the case where the moved leg is identified as the right leg ("YES" in step S02) will be described. In FIG. 6B, the orientation of the right foot is measured by the inertial measurement device 16 (step S13). Next, the orientation of the avatar's right leg is determined (step S14). Here, the orientation of the avatar's right leg is controlled so as to match the orientation of the right leg measured by the inertial measurement device 16 . Then, the traveling direction of the avatar is determined (step S05').

次に、右足の感圧センサ12がオンしているか否かが判定される(ステップS16)。これは、右足の足裏触覚デバイス40が地面と接触しているかの判定である。感圧センサ12がオンしている場合にはステップS17に進み、オンしていない場合にはステップS18に進む。 Next, it is determined whether or not the pressure sensor 12 for the right leg is turned on (step S16). This is a determination as to whether the sole tactile device 40 of the right foot is in contact with the ground. If the pressure sensor 12 is on, the process proceeds to step S17, and if not, the process proceeds to step S18.

感圧センサ12がオンしている場合(ステップS16で「YES」)、アバターの右足を着地させる(ステップS17)。一方、感圧センサ12がオンしていない場合(ステップS16で「NO」)、アバターの右足を地面から離す(ステップS18)。このとき、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ60によって、右足の動きに対応したアバターの動作を確認することができる。 If the pressure sensor 12 is on ("YES" in step S16), the avatar's right foot is landed (step S17). On the other hand, if the pressure sensor 12 is not turned on ("NO" in step S16), the avatar's right foot is lifted off the ground (step S18). At this time, the subject can confirm the motion of the avatar corresponding to the motion of the right leg on the head-mounted display 60 .

ステップS17の後、右足のホールセンサ14がオンしているか否かが判定される(ステップS19)。右足のホールセンサ14がオンしている場合にはステップS20に進み、オンしていない場合にはステップS12(図6A)に進む。 After step S17, it is determined whether or not the hall sensor 14 on the right leg is turned on (step S19). If the hall sensor 14 on the right foot is on, the process proceeds to step S20, otherwise the process proceeds to step S12 (FIG. 6A).

右足のホールセンサ14がオンしている場合(ステップS19で「YES」)、アバターの左足を移動する(ステップS20)。具体的には、地面に着いた状態である右足とは逆足(左足)が進行方向に移動する。なお、ステップS05’(図6AのステップS05)の進行方向の情報を利用する。 If the hall sensor 14 of the right leg is on ("YES" in step S19), the left leg of the avatar is moved (step S20). Specifically, the opposite foot (left foot) from the right foot, which is on the ground, moves in the advancing direction. Note that the traveling direction information in step S05' (step S05 in FIG. 6A) is used.

次に、右足用のステッピングモータ26を制御する(ステップS21)。これにより、仮想空間の地面テクスチャに応じた圧力(触覚)が生じるように、右足の足裏触覚デバイス40(足裏側シリンジ22)が動作する。その後、ステップS12に進む。 Next, the stepping motor 26 for the right foot is controlled (step S21). As a result, the sole tactile device 40 (sole syringe 22) of the right foot operates so as to generate pressure (tactile sensation) according to the ground texture in the virtual space. After that, the process proceeds to step S12.

最後に、アバターの動作を停止する(ステップS12)。具体的には、足裏触覚デバイス40の検出信号に対応したアバターの動作が終了となるため、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ60によって、仮想空間上の停止したアバターを確認することができる。以上のように、VRシステム1の被験者は、仮想空間の映像を見つつ地面テクスチャに応じた足裏の触覚を得ることで、あたかも仮想空間を歩行したような体験をすることができる。 Finally, the motion of the avatar is stopped (step S12). Specifically, since the motion of the avatar corresponding to the detection signal of the sole tactile device 40 ends, the subject can confirm the stopped avatar in the virtual space through the head-mounted display 60 . As described above, the subject of the VR system 1 can experience as if he/she were walking in the virtual space by obtaining the tactile sensation of the sole corresponding to the ground texture while viewing the image of the virtual space.

[第2実施形態]
次に、図7、図8を参照して、第2実施形態に係る足裏触覚デバイス70を説明する。なお、第1実施形態の足裏触覚デバイス40と同じ構成については同じ符号を付し、一部説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a sole haptic device 70 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. In addition, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the sole tactile device 40 of the first embodiment, and a partial description thereof is omitted.

図7に示す足裏触覚デバイス70において、複数の足裏側シリンジ22は、足裏の複数箇所のそれぞれに当接するように台座28上に設けられている。台座28は、その下面側に感圧センサ12a,12b、ホールセンサ14,14’及び慣性計測装置16が設けられている。 In the sole tactile device 70 shown in FIG. 7, a plurality of sole syringes 22 are provided on a pedestal 28 so as to abut on a plurality of locations on the sole. The pedestal 28 is provided with pressure sensors 12a, 12b, Hall sensors 14, 14', and an inertial measurement device 16 on its lower surface side.

ホールセンサ14’は、後方の感圧センサ12bの下方に取り付けられており、ローラ14a’を有し、ローラ14a’の磁石14b’の接近を検知して足(台座28)の移動量を検出する。被験者の歩行は、つま先だけ地面に接地している時間と、踵だけ地面に接地している時間があるため(図3参照)、足裏触覚デバイス70の前方及び後方でそれぞれ移動量を検出した方が正確な数値が得られる。 The hall sensor 14' is attached below the rear pressure sensor 12b, has a roller 14a', detects the approach of the magnet 14b' of the roller 14a', and detects the amount of movement of the foot (pedestal 28). do. During the walking of the subject, there are times when only the toes are in contact with the ground and times when only the heels are in contact with the ground (see FIG. 3). gives more accurate numbers.

なお、ホールセンサ14から得られた移動量と、ホールセンサ14’から得られた移動量とは、何れか一方(最大値又は最小値)の値を採用したり、双方の平均値を採用したりして適宜調整すればよい。 For the amount of movement obtained from the Hall sensor 14 and the amount of movement obtained from the Hall sensor 14', either one (maximum value or minimum value) may be adopted, or the average value of both may be adopted. and adjust accordingly.

感圧センサ12a,12bは、第1実施形態と同様にそれぞれ足裏触覚デバイス70の前後方向に1つずつ配置されている。さらに、第2実施形態では、足裏側シリンジ22の各々が、足裏と接触する上面側に感圧センサ13を備えている。 The pressure sensors 12a and 12b are arranged one by one in the front-rear direction of the sole tactile device 70, as in the first embodiment. Furthermore, in the second embodiment, each of the sole syringes 22 has a pressure sensor 13 on the upper surface side that contacts the sole.

足裏側シリンジ22が10個のシリンジ22a~22jで構成されるとき(図4参照)、それぞれのシリンジ22a~22jに対して感圧センサ13a~13jが配置される。これにより、被験者の足裏の圧力を正確に検出することができる。 When the sole syringe 22 is composed of ten syringes 22a-22j (see FIG. 4), pressure sensors 13a-13j are arranged for the respective syringes 22a-22j. As a result, the pressure on the sole of the subject's foot can be accurately detected.

ステッピングモータ26は、制御装置30からの出力信号を受信して、被験者の足裏に地面テクスチャに応じた触覚を発生させる。入力装置10の圧力信号(倍率)が変化すると、それに伴い出力装置20の圧力信号(倍率)が変化する。 The stepping motor 26 receives an output signal from the control device 30 and generates a tactile sensation on the subject's sole corresponding to the ground texture. When the pressure signal (magnification) of the input device 10 changes, the pressure signal (magnification) of the output device 20 changes accordingly.

最後に、図8を参照して、足裏触覚デバイス70の入出力の相関グラフを説明する。相関グラフにおいて、横軸は感圧センサ12,13による入力倍率であり、縦軸はステッピングモータ26の出力倍率である。 Finally, with reference to FIG. 8, an input/output correlation graph of the sole tactile device 70 will be described. In the correlation graph, the horizontal axis is the input magnification by the pressure sensors 12 and 13 and the vertical axis is the output magnification of the stepping motor 26 .

図示するように、感圧センサ12,13による入力倍率が1.0未満の場合、ステッピングモータ26の出力倍率は0であり、圧力(出力信号)は出力されない。しかし、入力倍率が1.0に到達すると出力倍率が1.0となり、入力倍率が1.5のとき出力倍率が1.5というように比例関係となる。足裏触覚デバイス70は、これを応用して所望の出力を得ることができる。 As shown, when the input magnification from the pressure sensors 12 and 13 is less than 1.0, the output magnification of the stepping motor 26 is 0 and no pressure (output signal) is output. However, when the input magnification reaches 1.0, the output magnification becomes 1.0, and when the input magnification reaches 1.5, the output magnification becomes 1.5. The sole haptic device 70 can apply this to obtain a desired output.

以上、本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。上記各実施形態の足裏側シリンジ22及びモータ側シリンジ24は何れもエアシリンダであったが、それぞれ上下動を制御することが可能なアクチュエータ(例えば、油圧式又は機械式のシリンダ)に置き換え可能である。 As described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. The sole syringe 22 and the motor side syringe 24 in each of the above embodiments are both air cylinders, but they can be replaced with actuators (for example, hydraulic or mechanical cylinders) capable of controlling vertical movement. be.

また、ホールセンサ14の代わりに光学的に移動量を検出するセンサを用いてもよいし、ステッピングモータ26の代わりにソレノイドコイル等を用いた駆動部を採用してもよい。 Further, instead of the Hall sensor 14, a sensor that optically detects the amount of movement may be used, and instead of the stepping motor 26, a driving unit using a solenoid coil or the like may be used.

1…VRシステム、10…入力装置、12,12a,12b,13,13a~13j…感圧センサ、14,14’…ホールセンサ、14a,14a’…ローラ、14b,14b’…磁石、16…慣性計測装置、20…出力装置、22…足裏側シリンジ、22a~22j…シリンジ、24…モータ側シリンジ、25…チューブ、26…ステッピングモータ、28…台座、29…バンド、30…制御装置、40,70…足裏触覚デバイス、50…コンピュータ、60…ヘッドマウントディスプレイ。 Reference Signs List 1 VR system 10 Input device 12, 12a, 12b, 13, 13a to 13j Pressure sensor 14, 14' Hall sensor 14a, 14a' Roller 14b, 14b' Magnet 16 Inertial measurement device 20 Output device 22 Foot sole syringe 22a to 22j Syringe 24 Motor side syringe 25 Tube 26 Stepping motor 28 Pedestal 29 Band 30 Control device 40 , 70... Foot tactile device, 50... Computer, 60... Head-mounted display.

Claims (5)

被験者の足裏に対して触覚を発生させる足裏触覚デバイスであって、
前記足裏にかかる圧力を検出する感圧センサを有する入力装置と、
前記足裏の複数箇所のそれぞれに当接するように設けられた複数の当接部と、前記当接部のそれぞれを駆動させる1又は複数の駆動部とを有する出力装置と、
前記入力装置及び前記出力装置を搭載する台座と、
前記入力装置からの検出信号と前記入力装置以外からの外部信号とを受信し、前記出力装置に出力信号を出力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記外部信号として少なくとも地面の固さ情報を有する地面情報を受信したとき前記駆動部を制御し、前記感圧センサで検出される圧力が前記地面情報に応じた値となるように前記当接部の各々を駆動させることを特徴とする足裏触覚デバイス。
A sole haptic device that generates a tactile sensation with respect to the sole of a subject's foot,
an input device having a pressure sensor that detects pressure applied to the sole;
an output device having a plurality of abutment portions provided to respectively abut on a plurality of locations of the sole, and one or more driving portions for driving each of the abutment portions;
a pedestal on which the input device and the output device are mounted;
a control device that receives a detection signal from the input device and an external signal from other than the input device and outputs an output signal to the output device;
The control device controls the drive unit when ground information having at least information about the hardness of the ground is received as the external signal, and the pressure detected by the pressure sensor becomes a value corresponding to the ground information. A foot tactile device characterized by driving each of the abutment portions.
前記地面情報は、地面の3次元座標情報をさらに有し、
前記制御装置は、前記3次元座標情報に基づいて前記当接部の各々を駆動させることを特徴とする請求項1に記載の足裏触覚デバイス。
The ground information further includes three-dimensional coordinate information of the ground,
The sole tactile device according to claim 1, wherein the control device drives each of the contact parts based on the three-dimensional coordinate information.
両足に対応した請求項1又は2に記載の足裏触覚デバイスと、
前記足裏触覚デバイスを装着した被験者のアバターを仮想空間上で表示可能な画像表示装置と、
前記被験者の足の動きに連動して前記アバターの足が動くように画像処理を行う画像処理装置と、を備えるVRシステムであって、
前記入力装置は、前記被験者の足が移動したとき、前記台座の移動量を検出する移動量検出部と、前記台座の加速度及び角速度を計測することにより前記被験者の移動方向を検出する移動方向検出部とをさらに有し、
前記制御装置は、前記感圧センサが検出した圧力と、前記移動量検出部が検出した前記移動量と、前記移動方向検出部が検出した前記移動方向とを前記画像処理装置に送信し、
前記画像表示装置において、前記画像処理装置に基づいて前記アバターを動作させることを特徴とするVRシステム。
a sole tactile device according to claim 1 or 2 corresponding to both feet;
an image display device capable of displaying in a virtual space an avatar of a subject wearing the sole haptic device;
a VR system comprising an image processing device that performs image processing so that the avatar's legs move in conjunction with the movement of the subject's legs,
The input device includes a movement amount detection unit that detects the amount of movement of the pedestal when the subject's leg moves, and a movement direction detection unit that detects the movement direction of the subject by measuring the acceleration and angular velocity of the pedestal. and further comprising
The control device transmits the pressure detected by the pressure sensor, the movement amount detected by the movement amount detection unit, and the movement direction detected by the movement direction detection unit to the image processing device,
A VR system in which the avatar is operated based on the image processing device in the image display device.
前記制御装置は、前記アバターが前記仮想空間上で歩行したとき、前記地面情報に基づいて前記駆動部を制御することにより前記当接部の各々を駆動させることを特徴とする請求項3に記載のVRシステム。 4. The control device according to claim 3, wherein when the avatar walks in the virtual space, the control device drives each of the contact portions by controlling the driving portion based on the ground information. 's VR system. 前記移動量検出部は、前記被験者の足が移動したとき、磁石が埋め込まれたローラが回転することにより前記移動量を検出するホールセンサであり、
前記ホールセンサは、前記感圧センサの圧力検出時に前記移動量を検出可能であることを特徴とする請求項3又は4に記載のVRシステム。
The movement amount detection unit is a Hall sensor that detects the movement amount by rotating a roller embedded with a magnet when the subject's foot moves,
5. The VR system according to claim 3, wherein the Hall sensor can detect the amount of movement when the pressure sensor detects the pressure.
JP2021051312A 2021-03-25 2021-03-25 Foot sole tactile device and vr system Pending JP2022149250A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021051312A JP2022149250A (en) 2021-03-25 2021-03-25 Foot sole tactile device and vr system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021051312A JP2022149250A (en) 2021-03-25 2021-03-25 Foot sole tactile device and vr system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022149250A true JP2022149250A (en) 2022-10-06

Family

ID=83462977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021051312A Pending JP2022149250A (en) 2021-03-25 2021-03-25 Foot sole tactile device and vr system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022149250A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10712812B2 (en) Foot operated navigation and interaction for virtual reality experiences
Schmidt et al. Level-ups: Motorized stilts that simulate stair steps in virtual reality
JP6368329B2 (en) System and method for providing tactile stimulation based on position
US20110242316A1 (en) Shoe-integrated tactile display for directional navigation
De Tinguy et al. Enhancing the stiffness perception of tangible objects in mixed reality using wearable haptics
KR101624787B1 (en) virtual reality simulator and walking mimicking shoes
Je et al. Elevate: A walkable pin-array for large shape-changing terrains
US20190204909A1 (en) Apparatus and Method of for natural, anti-motion-sickness interaction towards synchronized Visual Vestibular Proprioception interaction including navigation (movement control) as well as target selection in immersive environments such as VR/AR/simulation/game, and modular multi-use sensing/processing system to satisfy different usage scenarios with different form of combination
JP3847634B2 (en) Virtual space simulation device
CN110476140B (en) Information processing system, information processing method, and information processing program
WO2018122600A2 (en) Apparatus and method of for natural, anti-motion-sickness interaction towards synchronized visual vestibular proprioception interaction including navigation (movement control) as well as target selection in immersive environments such as vr/ar/simulation/game, and modular multi-use sensing/processing system to satisfy different usage scenarios with different form of combination
WO2018053055A1 (en) Methods and devices for information acquisition, detection, and application of foot gestures
US20210275098A1 (en) Methods and devices for information acquisition, detection, and application of foot gestures
JP2022149250A (en) Foot sole tactile device and vr system
Wittchen et al. Designing Interactive Shoes for Tactile Augmented Reality
JP2015223334A (en) Display system
US20200293106A1 (en) Methods and systems for controlling a displacement of a virtual point of view in a virtual reality environment
Wang et al. Push-Ups: Enhancing Kinesthetic Experience with Shape-Forming Devices on the Feet Soles
Ujitoko et al. Interpretation of tactile sensation using an anthropomorphic finger motion interface to operate a virtual avatar
KR20170137650A (en) Apparatus and method for providing haptic feedback through shoes
Gu et al. Analysis of the Treadmill Utilization for the Development of a Virtual Reality Walking Interface
KR20190065806A (en) VR haptic Tracking System and VR haptic tracking method of walking with Roller based Treadmill system
Barrera et al. Hands-free navigation methods for moving through a virtual landscape walking interface virtual reality input devices
US20100238110A1 (en) Locomotion interface device for involving bipedal movement in control over computer or video media
US20230229237A1 (en) Human computer interaction devices

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20210412