JP4002970B2 - Haptic human navigation system and device used therefor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力覚情報提示デバイスを利用して人を目的地に誘導する力覚型ヒューマンナビゲーションシステム及びそれに用いるデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カーナビ(カーナビゲーションシステム)が普及し、その装置の低価格化・高機能化が進んでいる。運転者は運転を始める前に目的地をカーナビ装置に入力すると、ディスプレイ画面上に現在位置、進行方向が表示され、分岐点・交差点においては詳細図がポップアップされたり、音声ガイドが注意を促してくれるサービスを受けることができる。運転者は運転をしながら瞬間的な判断で次への経路を選んでいくことは大変なストレスであり、そのためカーナビは特に初めての地を訪れる時などは抜群の利便性を発揮してくれる。
【0003】
しかし、運転者は運転時に、ディスプレイ画面上に表示された地名・住所やランドマークを手がかりに、地図と現実空間を照合するなどの「地図を読む能力」が必要とされるため、加齢にともなう視力や空間認識力の低下によって、読地図能力の低下や標識などの見落としが増えてくる。また、複雑な交差点にさしかかった時にはディスプレイ画面に詳細図がポップアップされるが、ディスプレイ画面を見るために、運転中に脇見をすることは好ましいことではない。また、5差路や直交していない道路などでは音声ガイドでは十分に説明できない時がある。
【0004】
最近では、カーナビの利便性が認知されるにともない、GPS(Global Positioning System)モジュールが装備できるPDA−GPSやGPS機能が搭載された携帯電話機が発売されるなど、所謂「ヒューマンナビ」「ウォーキングナビ」「ヒトナビ」などと呼ばれる手の平サイズの携帯型ナビゲーション環境が整いつつある。また、カーナビとPDA(Personal Digital Assistant)間でナビ情報(ナビゲーション情報)を共有してカーナビ・ヒトナビが連携したシームレスな環境も提供されてきている。
【0005】
しかしながら、カーナビの運転時の視認性問題と同様に、携帯型のヒトナビを利用する場合にも、ユーザがチラチラとナビの画面に視線を落としながら見知らぬ街を歩くことは容易なことではない。また、ユーザが店舗のショーウィンドウや仲間との会話を楽しみながら目的地を目指す場合には、視覚情報及び聴覚情報だけに頼ったナビは適当ではない。
【0006】
これらの問題を解決するために、視覚や音声によることなくルート案内を行うナビゲーション装置が提案されてきている。例えば、運転中に左折または右折すべき交差点を振動手段によって知らせる装置(特許文献1)や、右折すべき場所でハンドルに右回転の衝撃を与えたり、左右に配置された振動手段のうち右側の振動手段のみを振動させて右折を知らせたりする装置(特許文献2)が提案されている。また、前後左右の4つに可動ペグを配置し、進行方向に対応した可動ペグを上昇させる方向指示キューを備えた触覚方向指示装置(特許文献3)も提案されている。しかし、これらは歩行時の使用には適当ではなく、触覚感覚を用いた方向指示装置は方向分解能が低く、直感的に進行すべき方向が理解し難い。
【0007】
ヒューマンナビゲーションシステムでは、携帯が可能であり、人が歩きながら使用するためにも小型で非接地型が望ましく、方向を指示するには触覚感覚を利用するよりもトルクなどの力覚感覚を用いた方が直感的で理解しやすい。非接地型の力覚情報提示デバイスとしては、ジャイロモーメントとジンバル構造を用いたトルク提示装置が開発され、これと赤外線距離センサを組み合わせた領域提示システムによってバーチャルな壁を知覚させることで人を誘導する方法が提案されている(非特許文献1)。しかし、ジンバル構造では提示できるトルク方向が制限されており、また、構造が複雑になり制御が煩雑となる問題点もある。
【0008】
これに対して、3軸直交座標に配置された3つのジャイロモータの回転を独立に制御することで任意の方向・大きさにトルクを呈示することができる非接地・可搬型の力覚情報提示デバイス(非特許文献2)が提案されている。3つのジャイロモータによって発生された角運動量合成ベクトルを制御することでトルクを発生させているため、構造が比較的に簡単であり、制御も容易である。しかし、質量および慣性モーメントのバランス、人の自然な動きによって発生する擾乱トルクが解決すべき点となっている。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−160087号公報
【0010】
【特許文献2】
特開平09−133545号公報
【0011】
【特許文献3】
特開2000−352521号公報
【0012】
【非特許文献1】
吉江 将之、矢野博明、岩田 洋夫、「ジャイロモーメントを用いた非設置型力覚提示装置の開発」、ヒューマンインタフェース学会研究報告集、vol.3, No.5,pp. 25-30 (2000)
【非特許文献2】
田中洋吉、酒井勝隆、河野優香、福井幸男、山下樹里、中村則雄、“Mobile Torque Display and Haptic Characteristics of Human Palm”, INTERNATIONAL CONFERENCE ON ARTIFICIAL REALITY AND TELEXISTENCE, pp.115-120(2001/12)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、運転時にカーナビの視認性および音声ガイドの理解度が問題であるのと同様に、携帯型のヒューマンナビゲーションシステムを利用する場合にも、チラチラとナビの画面に視線を落としながら見知らぬ街を歩くことは容易なことではなく、また、店舗のショーウィンドウや仲間との会話を楽しみながら目的地を目指す場合には視覚情報及び聴覚情報だけに頼ったナビは適当ではない。
【0014】
そこで、ディスプレイや音声ガイドによる視覚・聴覚情報に加えて、触覚・力覚感覚などを利用して進行すべき方向を直感的に理解しやすい形で提示することが必要である。
【0015】
本発明の目的は、上述のような従来技術の課題に鑑み、ディスプレイや音声ガイドによる視覚・聴覚情報に加えて、力覚感覚を利用して進行すべき方向を直感的に理解しやすい形で提示する力覚型ヒューマンナビゲーションシステム、それに用いる力覚情報提示デバイス、およびそのヒューマンナビゲーション方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のヒューマンナビゲーションシステムは、ユーザが目的地の位置情報を入力するための目的地入力手段と、現在位置を測位する位置・方位測定手段と、電車・地下鉄・バスなどの時刻表・乗り換え情報、および駅構内や駅ビルなどの立体地図を含む地図地理情報を予め格納している地図地理情報記憶手段と、前記目的地入力手段から得られる前記目的地の位置情報と前記位置・方位測定手段から得られる前記現在位置の位置情報とを前記地図地理情報記憶手段に格納されている前記地図地理情報に照らし合わせ、最短時間、最短距離、最低料金、歩行スピードなどの評価基準を基に最適ルートを検索するルート検索手段と、前記最適ルートの位置・方位情報と前記現在位置の位置・方位情報とからユーザが現在進むべき進行方向を算出する演算手段と、前記演算手段で算出された方向の情報に応じてその方向に向かう力をユーザに対し提示することで前記目的地までユーザを誘導する力覚情報出力手段とを有することを特徴とする。
【0017】
ここで、前記演算手段は、検索された前記ルート経路の接線ベクトルおよび法線ベクトルから算出された誘導されるべき方位と、電子コンパスから求められたユーザの体の向きとを比較することで、該ユーザの体の向きに対する誘導すべき角度を求め、求めた該角度を前記ユーザが現在進むべき進行方向として出力することを特徴とすることができる。
【0018】
また、前記演算手段は、前記目的地と前記最適ルートの位置・方位情報と前記現在位置の位置・方位情報とから前記目的地までの距離情報を算出し、前記力覚情報出力手段は、前記演算手段で演算された前記目的地までの距離情報を力覚感覚の強度に関連付けて提示することを特徴とすることができる。
【0019】
また、前記力覚情報出力手段は、前記ユーザが現在進むべき方向と共に、前記目的地の方角を提示可能とすることを特徴とすることができる。
【0020】
また、前記力覚情報出力手段は、3次元の任意の方向を指し示すことができ、これにより高さ方向の情報が提示することができ、そのため、地図上では同じ位置で表わされる路面を歩くことと陸橋・歩道橋を歩くこと、地下を歩くことことを区別して誘導することができることを特徴とすることができる。
【0021】
また、前記演算手段で算出された前記ユーザが現在進むべき進行方向の情報に応じて変化する触覚をユーザに対し提示することで前記目的地までユーザを誘導する触覚情報出力手段を更に有することを特徴とすることができる。
【0022】
また、前記触覚情報出力手段は、複数のアクチュエータを備えた触覚情報出力デバイスによって、ナビゲーション用の文字・シンボル・図形などの点字情報を含む触覚情報をを提示することを特徴とすることができる。
【0023】
また、前記演算手段で算出された前記ユーザが現在進むべき進行方向の情報を音声メッセージに変換して伝えることにより前記目的地までユーザを誘導する聴覚情報出力手段を更に有することを特徴とすることができる。
【0024】
また、前記聴覚情報出力手段は、前記現在位置と前記最適ルートを基に、ユーザの誘導に役立つ参考情報を前記地図地理情報記憶手段に格納されている前記地図地理情報から逐次抽出し、抽出した該参考情報を音声に変換して伝えることを特徴とすることができる。
【0025】
また、前記演算手段は、振動センサで測定された歩くピッチと前記位置情報から求まる移動速度から歩幅を推定し、その歩幅で所要時間で目的地に到達できる歩行ピッチを推定して、電車などの乗換えを考慮した最適な目標歩行スピード、今の歩行スピード、不足スピードの少なくともいずれかを前記聴覚情報出力手段を介して聴覚的に提示することを特徴とすることができる。
【0026】
また、前記地図地理情報記憶手段に格納されている前記地図地理情報から読み出した地図を表示し、前記ルート検索手段で検索された前記最適ルート、前記目的地入力手段から入力された前記目的地、および前記位置・方位測定手段から入力した前記現在位置を前記地図上にマーキングして表示することにより前記目的地までユーザを誘導する視覚情報出力手段を更に有することを特徴とすることができる。
【0027】
また、前記演算手段は、振動センサで測定された歩くピッチと前記位置情報から求まる移動速度から歩幅を推定し、その歩幅で所要時間で目的地に到達できる歩行ピッチを推定して、電車などの乗換えを考慮した最適な目標歩行スピード、今の歩行スピード、不足スピードの少なくともいずれかを前記視覚情報出力手段を介して視覚的に提示することを特徴とすることができる。
【0028】
また、前記力覚情報出力手段よって提示された力覚情報に同期して、該力覚情報、前記現在位置の位置・方位情報、前記最適ルートの位置・方位情報とを時刻情報と一緒に記録し、該記録情報をいつでも参照可能な外部記憶手段を更に有することを特徴とすることができる。
【0029】
また、前記外部記憶手段は、撮像手段が受像する街並みなどの環境映像と、音響入力手段が収音する会話を含めた環境音とを時刻情報と共に記録することを特徴とすることができる。
【0030】
また、2つ以上の前記ヒューマンナビゲーションシステム間で情報およびデータ交換を行うための通信手段と、通信相手のヒューマンナビゲーションシステムから前記通信手段を介して送られる映像や音声・会話・周囲音をモニターする監視手段と、遠隔地のユーザを目的地まで誘導するための操作情報を入力する情報入力手段と、該情報入力手段から入力された前記操作情報に応じて前記通信手段を介して前記通信相手のヒューマンナビゲーションシステムの出力手段に対して制御情報を出力する制御手段とを更に有することを特徴とすることができる。
【0031】
また、前記監視手段は、前記通信手段を通じて遠隔地にある前記外部記憶手段に記録されている情報を読み出してモニターすることが可能なことを特徴とすることができる。
【0032】
また、前記目的地入力手段は、マウス、入力ペン、デイスプレイ付きタッチパネル等の操作手段を包含し、該操作手段を介して経度・緯度、住所、郵便番号、電話番号の少なくとも1つが入力されることで前記目的地を選択し、該目的地の位置情報を生成することを特徴とすることができる。
【0033】
また、前記位置・方位測定手段は、GPS信号、地磁気方位データ、PHS位置情報データ、ビーコンデータ、近接位置の位置データの少なくともいずれか一つを利用することを特徴とすることができる。
【0034】
また、前記ヒューマンナビゲーションシステムは、GPS受信機、電子コンパス、および地図地理情報が内蔵した携帯電話機、PHS電話機、およびPDAなどのモバイル機器に内蔵されていることを特徴とすることができる。
【0035】
また、前記ヒューマンナビゲーションシステムの前記力覚情報出力手段は、GPS受信機、電子コンパス、および地図地理情報を内蔵した携帯電話機、PHS電話機、およびPDAなどのモバイル機器とは別体の把持可能なデバイスであって、該モバイル機器と無線等の情報伝送手段を介して情報交換が可能なことを特徴とすることができる。
【0036】
また、前記力覚情報出力手段は、3つのジャイロモータ、もしくは重心近くで対峙させた3組のツイン・ジャイロモータ、もしくはジンバル構造のジャイロモータなどの複数個のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によってトルクを発生させることを特徴とすることができる。
【0037】
また、前記力覚情報出力手段は、前記角運動量ベクトルを円軌道、もしくは楕円軌道、もしくは、単振動軌道に沿ってトレースするように変化させることで前記目的地の方向、もしくは誘導すべき方向、もしくは知りたい方位を提示することを特徴とすることができる。
【0038】
上記目的を達成するため、本発明の力覚情報提示デバイスは、ユーザを目的地に誘導するために、誘導すべき方向と距離とに応じて変化する力をユーザに対し提示する力覚情報提示デバイスであって、3軸上に配置・固定された3つのジャイロモータ、もしくは一対のツイン・ジャイロモータを3組用いてこれらを重心近くで対峙させた3組のツイン・ジャイロモータなどの複数個のジャイロモータと、前記誘導すべき方向と距離の入力情報に応じて、前記複数個のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によって、前記誘導すべき方向と距離に対応したトルクを発生させる制御手段とを有することを特徴とする。
【0039】
ここで、前記一対のツイン・ジャイロモータは、同一方向、および反対方向に回転させることが可能で、反対方向に回転させることで角運動量の合成が打ち消され、ジャイロモータが回転していても見かけ上は回転していないのと同じ状態になり、トルクを発生させないまま反対方向に高速回転させた状態から片方のジャイロモータだけを電磁ブレーキなどによって急峻な制動をかけることによって大きな角運動量の変化が生じ、大きなトルクを提示することができることを特徴とすることができる。
【0040】
また、前記制御手段は、前記複数個のジャイロモータの前記角運動量ベクトルを円軌道、もしくは楕円軌道、もしくは、単振動軌道に沿ってトレースするように変化させることで、前記目的地の方向、もしくは誘導すべき方向、もしくは知りたい方位を力覚で提示させることを特徴とすることができる。
【0041】
また、前記制御手段は、前記複数個のジャイロモータの前記角運動量ベクトルを円軌道、もしくは楕円軌道、もしくは、単振動軌道に沿ってトレースするように変化させることで、前記目的地の方向、もしくは誘導すべき方向、もしくは知りたい方位を力覚で提示させることを特徴とすることができる。
【0042】
上記目的を達成するため、本発明のヒューマンナビゲーション方法は、目的地の位置情報を入力させる目的地入力ステップと、現在位置を測位する位置・方位測定ステップと、前記目的地の位置情報と前記現在位置の位置・方位情報とを地図地理情報記憶に予め記録されている電車・地下鉄・バスなどの時刻表・乗り換え情報、および駅構内や駅ビルなどの立体地図を含む地図地理情報に照らし合わせ、最短時間、最短距離、最低料金、歩行スピードなどの評価基準を基に、最適ルートを検索するルート検索ステップと、前記最適ルートの位置・方位情報と前記現在位置の位置・方位情報とから誘導すべき方向を算出する演算ステップと、算出された方向の情報に応じて該方向に力を提示する力覚情報提示デバイスを介して前記目的地までユーザを誘導する力覚提示情報出力ステップとを有することを特徴とする。
【0043】
上記目的を達成するため、本発明のプログラムは、誘導すべき方向と距離とに応じて変化する力をユーザに対し提示する力覚情報提示デバイスを用いてユーザを目的地に誘導するヒューマンナビゲーションをコンピュータで制御するためのコンピュータで読み取り可能なプログラムであって、該プログラムは、目的地の位置情報を入力する目的地入力ステップと、現在位置を測位する位置・方位測定ステップと、前記目的地の位置情報と前記現在位置の位置・方位情報とを地図地理情報記憶装置に予め記録されている電車・地下鉄・バスなどの時刻表・乗り換え情報、および駅構内や駅ビルなどの立体地図を含む地図地理情報に照らし合わせ、最短時間、最短距離、最低料金、歩行スピードなどの評価基準を基に最適ルートを検索するルート検索ステップと、前記最適ルートの位置・方位情報と前記現在位置の位置・方位情報とから誘導すべき方向とを算出する演算ステップと、算出された方向の情報に応じて変化する力を前記力覚情報提示デバイスを介してユーザに対し提示することで前記目的地までユーザを誘導する力覚提示情報出力ステップとを有することを特徴とする。
【0044】
また、本発明の記録媒体は、前記のプログラムをコンピュータが読み出し可能に記憶したことを特徴とする。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0046】
図1は、本発明の一実施形態における力覚型ヒューマンナビゲーションシステム(以下、ハプティックナビと称する)の概略構成を示す。ハプティックナビ100は、目的地入力装置102により目的地の位置情報がユーザにより入力される。入力された目的地の位置情報は位置・方位測定装置103により測位された現在位置情報と比較され、その比較結果と地図地理情報記憶装置105に予め記憶されている電車・地下鉄・バスなどの時刻表・乗り換え情報、および駅構内や駅ビルなどの立体地図を含む地図地理情報をもとに、ルート検索装置106によって、最短時間、最短距離、最低料金、歩行スピードなどの評価基準に照らし合わせて最適ルートの候補が計算される。
【0047】
デイスプレイと撮像デバイスとを含む視覚情報入出力装置110、スピーカとマイクを含む聴覚情報入出力装置111、もしくは触覚情報出力デバイスと触覚センサを含む触覚情報入出力装置112の少なくともいずれか一つに提示された上記最適ルートの候補から、ユーザにより希望する最適ルートが後述の図5に示すような外部入出力装置104を用いて選択される。選択された最適ルートに関する情報がメモリ108に一時記憶される。
【0048】
ユーザ(すなわち、ハプティックナビ100)の移動に伴った現在位置の更新に伴い、CPU101においてユーザの誘導に関する情報が計算され、それにより得られた誘導情報が、視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、および力覚情報提示デバイスと力覚センサとを含む力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか一つを介してユーザに提示される。ユーザは提示されたこれらの誘導情報をもとに目的地に無事にたどり着くことができる。
【0049】
特に、力覚情報入出力装置113は、3次元の任意の方向を指し示すことができ、これにより高さ方向の情報が提示することができ、そのため、地図上では同じ位置で表わされる路面を歩くこと、と陸橋・歩道橋を歩くこと、地下を歩くこと、とを区別して誘導することができる。
【0050】
目的地までのルート途中において、視覚情報入出力装置110のカメラ(図示しない)によって撮像された街並みなどの環境映像、聴覚情報入出力装置111のマイク(図示しない)によってユーザが道を尋ねた時の会話や環境音などが収集され、これら環境映像や環境音などが、視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112の少なくともいずれか一つによって提示された情報、および力覚情報入出力装置113によって提示された情報、CPU101の時刻情報、位置・方位測定装置103の位置情報、方位情報、外部入出力装置104の入力情報などと一緒に、メモリカード(図示しない)のような外部記憶装置109に誘導記録情報として記録される。外部記憶装置109に記録された誘導記録情報は、目的地到着後に、通信装置107を介してインターネットに接続された個人のホームサーバなどに自動的に転送・保存することもできる。
【0051】
外部記憶装置109に記録された情報は、ルート途中でも目的地到着後でも、視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、および力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか一つを介して参照することができる。
【0052】
通信装置107は、図2で後述するように、遠隔地にある他のハプティックナビとインターネットのような通信回線を介して情報およびデータ交換を行う際に使用される。例えば、目的地の情報を遠隔のハプティックナビから入力したり、外部記憶装置109に逐次記録されている誘導記録情報を通信装置107を介して遠隔地のハプティックナビの視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、および力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか一つで参照したりすることができる。また、遠隔地のハプティックナビの視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、および力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか一つを介して遠隔地にいる被誘導対象者を適確に誘導することもできる。
【0053】
図2は、2つ以上のハプティックナビ間の通信方法を示す。通信装置107、207と通信回線220を介して、複数のハプティックナビ100、200間で情報およびデータ交換が可能である。通信装置107、207と通信回線220を通じて、遠隔地にあるハプティックナビ200の視覚情報入出力装置210および聴覚情報入出力装置211により収集した遠隔地の街並みの映像や環境音を、通信相手のハプティックナビ100の視覚情報入出力装置110および聴覚情報入出力装置111でモニタしたり、聴覚情報入出力装置111と211を介して遠隔地にいるユーザと音声会話をすることで遠隔地の誘導先の状況を理解し、遠隔操作で遠隔地の視覚情報入出力装置210および聴覚情報入出力装置211に遠隔誘導に必要な情報を提示したり、遠隔地の触覚情報入出力装置212および力覚情報入出力装置213を制御することで、遠隔地にいる被誘導ユーザを正しく目的地まで遠隔誘導することができる。この誘導方法は、視覚障害者、聴覚障害者や、ボケ老人、幼児、あるいは観光客等の誘導などに適している。インターネットに接続されているサーバ(図示しない)にアップロードされたリアルタイムな各種情報などを本発明のハプティックナビで逐次モニタ・検索してダウンロードし、例えばあらたな道路や橋、地下道、鉄道等が開通した、道路工事などである道路が通行止めになっている、お祭りなどのイベントである道路が夕刻まで非常に混雑しているなどの日々変化する、あるいは時々刻々変化する最新情報も適切に反映することができる。同様なことはナビゲーションに関わるアプリケーション・プログラムや機能についても最新版に更新することができる。
【0054】
図3は、図1の目的地入力装置102を用いた目的地の位置情報の入力方法を示す。上記の視覚情報入出力装置110のタッチパネルと一体のディスプレイ(図示しない)に表示された地図画面301上の目的地を、マウス(図示しない)でクリックするか、ペン(図示しない)や指でタッチすることにより目的地(星印と白抜きの矢印で示す)が選択され、目的地の対応する緯度・経度の位置情報が地図地理情報記憶装置105から読み出される。また、視覚情報入出力装置110に表示された「経度・緯度の入力」欄302、「住所による緯度・経度検索」欄303、「郵便番号による緯度・経度検索」欄304、「電話番号による緯度・経度検索」欄305を用いて、位置情報を、後述の図5に示すような外部入手出力装置104や操作キー(図示しない)から入力することもできる。以上の検索内容を聴覚IF902の音声認識を用いて入力することも可能である。
【0055】
図4は、図1の位置・方位測定装置103を用いて位置・方位情報を測定する方法を示す。位置・方位測定装置103は、GPSユニット402、電子コンパスユニット403、PHS(Personal Handyphone System)位置情報サービスユニット404、ビーコンユニット405、近接位置センサユニット406から構成されている。GPSユニット402は、いわゆるGPS(Global Positioning System)信号を受信し、受信したGPSデータが図1のCPU101に送られる。GPS衛星からの信号はアンテナ4021で受信され、RF(無線周波数増幅器)4022で増幅され、デコーダ4023でデコード(復号化)される。同様に、電子コンパスユニット403では測定された地磁気をもとに得られた方位データがCPU101に送られ、PHS位置情報サービスユニット404でアンテナ基地局との通信から得られた位置データがCPU101に送られ、ビーコンユニット405で得られたいわゆるビーコンデータがCPU101に送られる。近接位置センサユニット406では、電磁波、赤外線、超音波などを用いた位置測定機器で測定された位置データがCPU101に送られる。
【0056】
図5は、図1の外部入出力装置104を用いてデータの入力および出力を行う方法を示す。外部入出力装置104の表面の指502が添えられる部分に複数のアクチュエータおよび圧力センサ(例えば、圧電素子)を備えた入出力デバイス501が配置されている。これら入出力デバイス501を指502などで押すことで、視覚情報入出力装置110上のメニュー項目を選択することができる。また、入出力デバイス501は点字ディスプレイなどで使われるペグが取り付けられており、点字情報などを提示することができる。外部入出力装置104として、これらアクチュエータおよび圧力センサなど以外のもの、たとえば電磁スイッチ、マイクロスイッチ、弾性部材等を利用したものを接続しても良い。
【0057】
図6は、図1の地図地理情報記憶装置105を用いて地図および地理情報の読み出し、および書き込み保存を行うときの情報の流れを示す。
【0058】
地図情報ICカード601がセットされると、CPU101を通じて地図地理情報記憶装置105に地図地理情報が記憶され、記憶された地図地理情報はその後、CPU101を介して呼び出され、視覚情報入出力装置110等に出力されることができる。
【0059】
目的地入力装置102から目的地が入力されると、CPU101は地図地理情報記憶装置105から目的地を含む地図を視覚情報入出力装置110に表示し、地図地理情報記憶装置105から目的地設定に関連する参考情報があればそれを読み出して、視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか1つに出力する。
【0060】
その後、位置・方位測定装置103で現在位置・方位が入力されると、CPU101はルート検索装置106に制御を渡し、ルート検索装置106はメモリ108に格納してある目的地の位置情報とその入力された位置・方位情報とを地図地理情報記憶装置105に格納されている地図地理情報に照らし合わせ、外部入出力装置104からユーザに入力させた最短時間、最短距離、最低料金、歩行スピードなどの評価基準を基に最適ルートの候補を検索し、検索した結果を最適ルートの候補をCPU101に報告する。CPU101は報告された最適ルートの候補を視覚情報入力出力装置110に表示すると共に、その候補情報を聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112の少なくともいずれか一つ、必要ならば力覚情報入出力装置113にも出力する。
【0061】
最適ルートの候補が外部入出力装置104を通じてユーザにより選定されると、CPU101は選定されたルートを視覚情報入出力装置110の表示図面上に太線、フラッシュなどで強調表示すると共に、そのルートについての参考情報を地図地理情報記憶装置105から読み出して、視覚情報入出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか1つに出力する。
【0062】
ユーザが移動して、位置・方位測定装置103から入力する現在位置・方位が変わるに従い、逐次、CPU101は視覚情報入力出力装置110の表示図面上のルートの強調表示上の現在位置を移動すると共に、ルート検索装置106が目的地の位置情報と最適ルートの位置・方位情報と現在位置の位置・方位情報とからユーザが現在進むべき進行方向(即ち、誘導方向)と目的地までの距離、および最適な歩行スピードとを算出し、その算出結果をCPU101が視覚情報入力出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか1つに出力する。歩行スピードは、振動センサで測定された歩くピッチと前記位置情報から求まる移動速度から歩幅を推定し、その歩幅で所要時間で目的地に到達できる歩行ピッチを推定して、電車などの乗換えを考慮した最適な目標歩行スピード、今の歩行スピード、不足スピードの少なくともいずれかが上記入出力装置に出力される。同時に、CPU101は地図地理情報記憶装置105からユーザの誘導に役立つ参考情報があればそれを読み出して、読み出した参考情報を視覚情報入力出力装置110、聴覚情報入出力装置111、触覚情報入出力装置112、力覚情報入出力装置113の少なくともいずれか一つに出力する。
【0063】
図7は、図1のルート検索装置106を用いて目的地までのルート検索および誘導情報の計算方法を示す。目的地入力装置102から入力した目的地情報および位置・方位測定装置103から入力する位置情報・方位情報、および地図地理情報記憶装置105から読み出される地図・地理情報をもとに、ルート検索装置106において、最適なルート候補が計算・検索される。
【0064】
最適なルート候補からユーザにより所望のルートが選択され、その選択されたルートの経路軌跡701上の現在位置702における接線ベクトル703および法線ベクトルが、ルート検索装置106において、微分や差分などによって求められる。接線ベクトル703はその地点での進行方向を示しており、また、法線ベクトル(図示しない)の反対のベクトルがカーブを曲がるための求心力、つまり、物体の進行方向を力学的に修正するために必要な力ベクトルを意味している。そのため、人を誘導するために必要な方位情報は、人間の感覚特性を考慮して、この接線ベクトルおよび法線ベクトルから算出される。
【0065】
【外1】
【0066】
さらに、ルート検索装置106において、電子コンパスユニット403などから求められたユーザの体の向き704と接線ベクトル703および法線ベクトルが比較されて、それによりユーザの体の向きに対する誘導すべき角度705が求められる。
【0067】
人は、車とは異なり、装置で決定された経路をなぞるように歩くことはなく、路上の障害物や人を避けたり、目を引くものには近づいたりしながら目的地を目指す。つまり、ユーザは、目的地に向かって、カーナビ用およびヒューマンナビ用の電子地図で探索された経路以外を歩くことも行うため、目的地の大まかな方向706が提示されるだけでも十分に利用価値があると考えられる。
【0068】
目的地までの距離情報も図1の力覚感覚入出力装置113の力覚感覚の強度に関連付けることができる。例えば、音源に近づけば音量が大きくなるように、目的地に近づけば力覚感覚の強度が大きくなる提示の仕方や、反対に、目的地を起点にしてゴムを伸ばした時のように目的地から遠くなれば強度が大きくなるという提示の仕方がある。この2通りのやり方は、それぞれに一長一短があり、前者の場合は、犬が臭いを頼りに探索するように自然法則に合致しているが、遠くに離れて目視が難しい時ほど力覚強度が弱くなり、迷いやすいという問題点もあるが、例えば、力覚感覚出力の最大強度および最小強度を予め設定し、力覚感覚出力が最大強度を超えないように、かつまた最小強度よりも小さくならないように制御することで、効果的な提示も可能である。また、距離に依存させず一定の力覚強度を提示する方法もある。
【0069】
図8は、図1の視覚情報入出力装置110を用いたナビゲーション情報の提示方法および街並みなどの環境映像を記録する方法を示す。図8の(A)は、視覚情報入出力装置110の全方位型の環境映像の記録方法の一構成例を示し、同図に示すように、360度視野角の環境映像801が液晶ディスプレイ805の例えば裏面等に取り付けた円錐形反射鏡802を介してCCDカメラ803で読み込まれる。読み込まれた環境映像のデータは、視覚IF(インターフェース装置)804を介してCPU101に送られて利用されたり、図1の外部記憶装置109に記録される。また、ナビゲーション用の地図301(図3参照)および情報が液晶ディスプレイ805に提示される。
【0070】
図8の(B)は、視覚情報入出力装置110の単方位型の環境映像の記録方法の一構成例を示し、上記の円錐形反射鏡802とCCDカメラ803の代わりに、単一のCCDカメラ806に置換した構成のものである。この場合は、一方向の環境映像がCCDカメラ806により読み込まれ、読み込まれた環境映像のデータは、上記と同様に、視覚IF804を介してCPU101に送られて利用されたり、外部記憶装置109に記録される。
【0071】
図9は、図1の聴覚情報入出力装置111を用いてナビゲーション用音声ガイドおよび報知音・警告音などの音響情報を提示する方法および環境音を記録する方法を示す。聴覚情報入出力装置111は、マイクロフォン901、聴覚IF(インターフェース装置)902、スピーカ903を有する。音響および音声ガイドは聴覚IF902で合成され、スピーカ903を介してユーザに提示される。環境音はマイクロフォン901および聴覚IF902を介して、CPU101に送られて利用されたり、外部記憶装置109に記録される。聴覚IF902の音声認識機能を用いて入力装置にもなる。
【0072】
図10は、図1の触覚情報入出力装置112を用いてナビゲーション用点字情報の提示方法を示す。入出力デバイス1001は図5に示した外部入出力装置104の入出力デバイス501と同一物とすることもできる。触覚情報入出力装置112の表面の指が添えられる部分に複数のアクチュエータおよび圧力センサを備えた入出力デバイス1001が配置されている。この入出力デバイス1001は点字ディスプレイなどで使われるペグが取り付けられており、CPU101から送られてきたナビゲーション用情報が触覚IF(インターフェース装置)1002を介して駆動力に変換されて入出力デバイス1001に送られ、点字による文字・シンボル・図形を含む点字情報などの触覚情報によって提示することができる。
【0073】
図11は、図1の力覚情報入出力装置113を用いてナビゲーション用力覚情報を提示する方法を示す。力覚情報の提示には、空間に配置・固定された複数個のジャイロモータ1101を力覚IF(インターフェース装置)1102を介して各ジャイロモータを独立に駆動制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によってトルクを発生させることができる。この時、複数のジャイロモータ1101はx、y、z系の直交座標に固定される方が効率的である。力覚情報入出力装置113の姿勢・位置情報はその内部の姿勢・位置情報センサ1103によって測定され、力覚情報入出力装置113自身の動きによって発生する擾乱トルクがCPU101によって計算され、力覚IF1102を介して擾乱トルクがキャンセルするように複数のジャイロモータ1101が制御される。姿勢・位置情報センサ1103には歩くピッチを測定するための振動センサ(図示しない)が含まれる。
【0074】
図12は、力覚情報入出力装置113のトルク発生手段として、3個のジャイロモータ1101を利用したデバイス1201を示す。x軸、y軸、z軸に固定された3個の回転子の回転数 ωx、ωy、ωz を独立に制御して、それぞれの回転子が発生する角運動量を合成することで、任意の方向に角運動量ベクトルを発生させる。そして、モータを加減速させた時に伴う角運動量の変化によって発生するトルクの反作用として外部にトルクを取り出す。
【0075】
【外2】
【0076】
ここで、x、y、z軸方向の角速度の比ωx:ωy:ωzを変えることで任意の方向に角運動量ベクトルの発生方向を制御することができる。この制御方法は制御が容易であり、変化に富んだ3次元力覚感覚を提示できる利点がある。
【0077】
このように、3個のジャイロモータ1101を利用したデバイス1201は、3次元の任意の方向を指し示すことができ、これにより高さ方向の情報が提示することができので、前述のように、地図上では同じ位置で表わされる路面を歩くことと、陸橋・歩道橋を歩くこと、地下を歩くこと、とを区別して誘導することができる利点を有する。
【0078】
図13は、力覚情報入出力装置113のトルク発生手段として、3組のツイン・ジャイロモータ1101を利用した力覚情報提示デバイス1301を示す。図13の(A)はその力覚情報提示デバイス1301の構成の原理を示す模式図であり、図13の(B)と(C)は実際に作成したデバイス1301の詳細な構成を示し、同図(B)はモータ固定用のフレーム1302に相当するハウジング(筐体)1304のみを断面の切り欠きで示した正面図、同図(C)はその平面図である。1303はジャイロモータ1101の電動モータ部分であり、1305は支持部材、1306は指示枠材である。フレーム1302は例えば円筒形、あるいは球形に形成され、ユーザの手に握られる。
【0079】
図12の例では3個のモータ1101が同図に示すようにねじれの位置に配置させていたが、質量バランスや慣性モーメントの向上を図るために、図13に示すように慣性質量部分を重心近くで対峙させた3組のツイン・ジャイロモータ方式のデバイスを本発明者らは考え出した。また、モータ固定用のフレーム1302、1304の形状も、フレーム自体の慣性モーメントが小さくなるように、図12に示すような立方体形状1202から点対称構造である球形に近づけた。慣性質量を重心に集中させることで、人の動きで生じる余計な慣性力の低減を図っている。このツイン・ジャイロモータは、同一方向、および反対方向に回転させることが可能で、反対方向に回転させることで角運動量の合成が打ち消され、ジャイロモータが回転していても見かけ上は回転していないのと同じ状態になり、トルクを発生させないまま反対方向に高速回転させた状態から片方のジャイロモータだけを電磁ブレーキなどによって急峻な制動をかけることによって大きな角運動量の変化が生じ、大きなトルクを提示することができる。
【0080】
図14は、力覚情報入出力装置113のトルク発生手段として、ジンバル構造1402を用いたデバイス1401を示す。ジャイロスコープのようにジンバル構造1402を用いて角速度ω0で回転する回転子1403の姿勢を2つのジンバル軸1404、1405の周りに回転角Ω1、Ω2で制御する。この構成では、大きな1つのジャイロモータを使用するので、図12および図13に示した構成に比べて比較的大きなトルクを発生させることができるが、構造が複雑になったり、力学的強度が低下したり、提示できるトルクに制限がある。
【0081】
図15と図16は、図1の通信装置107を用いたハプティックナビ100の利用形態を示す。ハプティックナビ100の第1の利用形態としては、図15に示すように、GPS受信機、電子コンパス、および地図地理情報が内蔵された携帯電話機、PHS電話機、およびPDAなどのモバイル機器にハプティックナビ100を内蔵させた一体型モバイル機器1501が挙げられる。
【0082】
ハプティックナビ100の第2の利用の形態としては、図16に示すように、GPS受信機、電子コンパス、および地図地理情報が内蔵された携帯電話機、PHS電話機、およびPDAなどのモバイル機器1602と、それとは別個の1つのケースに納めたハプティックナビ100の少なくとも入出力装置部分1601とを、通信装置107A、107Bを介して電波、赤外線、超音波、ケーブル、コネクタなどの伝送手段で接続する別体型の形態が挙げられる。
【0083】
ここでは、第1の利用形態である一体型モバイル機器1501が扱いやすく望ましいが、力覚情報入出力が内蔵されたデバイス自身の重量が増えると力覚情報を提示した時のトルクに対する感覚が低下するので、第2の利用形態である分離型デバイス1601も効果的である。
【0084】
図17は、図1の力覚情報入出力装置113を用いて力覚情報を提示する方法およびその制御方法の1例を示す。角運動量ベクトルを図17の(A)に示すように円軌道1701をトレースするように変化させ、また、図17の(B)に示すように、楕円軌道1702をトレースするように変化させることで目的地の方向1703や誘導すべき方向や知りたい方位を提示することができる。ここで、単振動軌道は楕円軌道1702に含まれる。
【0085】
(他の実施の形態)
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムを、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがその供給されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、MO、CD−ROM、CD−R、CD−RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード(ICメモリカード)、ROM、DVD(DVD−ROM、DVD−R)などがある。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば、ディスプレイや音声ガイドによる視覚・聴覚情報に加えて、力覚感覚を利用して進行すべき方向を直感的に理解しやすい形で提示する力覚型ヒューマンナビゲーションシステムが実現できる。
【0087】
よって、本発明のヒューマンナビゲーションシステムを用いれば、次の効果が得られる。
(1)霧の中や暗闇などの視界が悪い場所でもナビゲーションシステムの利用が効果的になる。
(2)森林・原野などのランドマークがない場所でもナビゲーションシステムの利用が効果的になる。
(3)地震によってビルなどが倒壊した場合の災害時においても有効である。
(4)更に、視覚情報提示装置・聴覚情報提示装置・触覚情報提示装置・力覚情報提示装置の少なくともいずれか一つとそれ以外の装置群をワイヤレスに接続することで装着感・操作性を向上させることができる。
【0088】
このように、本発明のヒューマンナビゲーションシステムは、視覚障害者、聴覚障害者および晴眼者にも効果的な誘導デバイスである。また、本発明のヒューマンナビゲーションシステムは、人を目的地に誘導する他に、ロボットの誘導およびカーナビとしても利用することができる。
【0089】
また、ヒューマンナビゲーションシステムで用いる本発明の力覚情報提示デバイスとしては、以下の利点がある。
(a)制御方式として、複数のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によってトルクを発生させる方法を用いているため、制御が容易であり、変化に富んだ3次元力覚感覚を提示できる。
(b)また、慣性質量部分を重心近くで対峙させた3組のツイン・ジャイロモータ方式を用いたり、モータ固定用のフレーム形状を点対称構造である球形に近づけることで、質量バランスや慣性モーメントが向上している。慣性質量を重心に集中させることで、人の動きで生じる余計な慣性力の低減が図られている。
(c)ジンバル構造を用いた場合には、ジンバル構造自身が余計な慣性モーメントを持ち擾乱トルクを発生させる。また、ジンバルの可動部分の構造が煩雑となる。これに対して、本発明の複数のジャイロモータを固定した方法では、構造が単純となり、力学的に強い強度が得られる。また、小型化した場合にも構造が単純なため加工が容易である。
(d)非接地型のため、従来のように接地用アームやワイヤが不要であり、身体の動きを拘束しない。複数の力覚情報入出力装置が干渉せずに共存できる。ユーザの動作・行動への制限が少なく、小型・携帯性に優れており、屋内・屋外を含む広範囲での使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の力覚型ヒューマンナビゲーションシステム(ハプティックナビ)の概略構成を示すブロック図である。
【図2】2つ以上のハプティックナビ間の通信方法を説明するブロック図である。
【図3】図1の目的地入力装置を用いて目的地の位置情報を入力する方法を説明する平面図である。
【図4】位置・方位情報を測定する図1の位置・方位測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図5】図1の外部入出力装置を用いてデータの入力および出力を行う方法を説明する概念図である。
【図6】図1の地図地理情報記憶装置を用いて地図および地理情報の読み出し、および書き込み保存を行うときの情報の流れを示すブロック図である。
【図7】図1のルート検索装置を用いて目的地までのルート検索および誘導情報の計算を行う方法を説明する概念図である。
【図8】ナビゲーション情報を提示および街並みなどの環境映像を記録する図1の視覚情報入出力装置の構成例を示すブロック図である。
【図9】ナビゲーション用音響および音声ガイド情報を提示し、環境音を記録する図1の聴覚情報入出力装置の構成例を示すブロック図である。
【図10】図1の触覚情報入出力装置を用いてナビゲーション用点字情報などの触覚情報を提示する方法を説明する概念図である。
【図11】図1の力覚情報入出力装置を用いてナビゲーション用力覚情報を提示する方法を説明する概念図である。
【図12】図1の力覚情報入出力装置のトルク発生手段として、3つのジャイロモータを利用した構成例を示す模式図である。
【図13】図1の力覚情報入出力装置のトルク発生手段として、3組みのジャイロモータを利用した構成例を示し、(A)は模式図、(B)はハウジングのみ切り欠きで示した力覚情報提示デバイスの正面図、(C)は同じく平面図である。
【図14】図1の力覚情報入出力装置のトルク発生手段として、ジンバル構造を利用した構成例を示す模式図である。
【図15】図1のハプティックナビの利用形態として一体型ユニットの一例を示す概念図である。
【図16】図1のハプティックナビの別の利用形態として通信装置を用いた分離型ユニットの一例示す概念図である。
【図17】図1の力覚情報入出力装置を用いて力覚情報を提示する方法および制御する方法を説明する概念図である。
【符号の説明】
100 ハプティックナビ(力覚型ヒューマンナビゲーションシステム)
101 CPU
102 目的地入力装置
103 位置・方位測定装置
104 外部入出力装置
105 地図地理情報記憶装置
106 ルート検索装置
107 通信装置
108 メモリ
109 外部記憶装置
110 視覚情報入出力装置
111 聴覚情報入出力装置
112 触覚情報入出力装置
113 力覚情報入出力装置
210 視覚情報入出力装置
211 聴覚情報入出力装置
213 力覚情報入出力装置
301 地図画面
302 経度・緯度の入力表示欄
303 住所による緯度・経度検索表示欄
304 郵便番号による緯度・経度検索表示欄
305 電話番号による緯度・経度検索表示欄
402 GPSユニット
403 電子コンパスユニット
404 PHS位置情報サービスユニット
405 ビーコンユニット
406 近接位置センサユニット
501 入出力デバイス
701 ルートの経路軌跡
702 現在位置
703 接線ベクトル
704 ユーザの体の向き
705 誘導すべき角度
801 環境映像
802 円錐形反射鏡
803 CCDカメラ
804 視覚IF
805 液晶ディスプレイ
806 CCDカメラ
901 マイクロフォン
902 聴覚IF
903 スピーカ
1001 入出力デバイス
1002 触覚IF
1101 ジャイロモータ
1102 力覚IF
1103 姿勢・位置情報センサ
1201 3つのジャイロモータを利用した力覚情報提示デバイス
1301 3組のツイン・ジャイロモータを利用した力覚情報提示デバイス
1401 ジンバル構造を利用した力覚情報提示デバイス
1402 ジンバル構造
1403 角速度ω0で回転する回転子
1404 回転角Ω1のジンバル軸
1405 回転角Ω2のジンバル軸
1501 ハプティックナビがモバイル機器に内蔵された形態のデバイス
1601 ハプティックナビがモバイル機器と分離した形態のデバイス
1701 角運動量ベクトルの円軌道
1702 角運動量ベクトルの楕円軌道
1703 目的地の方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention The force Haptic human navigation system that uses a sense information presentation device to guide people to their destination And devices used therefor About.
[0002]
[Prior art]
In recent years, car navigation systems (car navigation systems) have become widespread, and the price and functionality of such devices have been increasing. When the driver inputs the destination to the car navigation system before starting driving, the current position and the direction of travel are displayed on the display screen, and detailed maps are popped up at the junctions and intersections. You can receive a service. It is extremely stressful for the driver to select the next route by driving while making a driving decision, so car navigation systems are particularly convenient when visiting the first place.
[0003]
However, the driver needs to have the ability to read the map, such as collating the map with the real space, using the place name, address, and landmark displayed on the display screen as clues. Accompanying the decline in visual acuity and spatial recognition, the reading map ability declines and oversights such as signs increase. Further, when a complicated intersection is reached, a detailed view pops up on the display screen, but it is not preferable to look aside while driving to see the display screen. In addition, there are times when the voice guide cannot fully explain on a five-way difference or a non-orthogonal road.
[0004]
Recently, with the recognition of the convenience of car navigation systems, PDA-GPS that can be equipped with GPS (Global Positioning System) modules and mobile phones equipped with GPS functions have been released. A palm-sized portable navigation environment called “Hitonavi” is being prepared. In addition, a seamless environment in which navigation information (navigation information) is shared between a car navigation system and a PDA (Personal Digital Assistant) and the car navigation system and the human navigation system cooperate with each other has been provided.
[0005]
However, similarly to the visibility problem when driving a car navigation system, even when using a portable human navigation system, it is not easy for a user to walk in an unknown city while dropping his gaze on the screen of the navigation screen. In addition, when a user aims at a destination while enjoying a show window of a store or a conversation with friends, navigation relying only on visual information and auditory information is not appropriate.
[0006]
In order to solve these problems, navigation devices that provide route guidance without using visual or voice have been proposed. For example, a device (Patent Document 1) for notifying an intersection that should turn left or right during driving by a vibrating means (Patent Document 1), giving a right-turn impact to a steering wheel at a place to turn right, A device (Patent Document 2) that notifies only of a right turn by vibrating only the vibration means has been proposed. There has also been proposed a tactile direction indicating device (Patent Document 3) provided with a direction indicating cue that arranges movable pegs on the front, rear, left and right, and raises the movable peg corresponding to the traveling direction. However, these are not suitable for use during walking, and a direction indicating device using a tactile sensation has a low direction resolution, and it is difficult to intuitively understand the direction to proceed.
[0007]
The human navigation system is portable and is preferably small and non-grounded so that it can be used while a person walks. Force direction such as torque is used to indicate direction rather than tactile sense. It is more intuitive and easier to understand. As a non-grounding type haptic information presentation device, a torque presentation device using a gyro moment and a gimbal structure was developed, and a person is guided by perceiving a virtual wall by an area presentation system that combines this with an infrared distance sensor. Has been proposed (Non-Patent Document 1). However, in the gimbal structure, the torque direction that can be presented is limited, and there is a problem that the structure becomes complicated and the control becomes complicated.
[0008]
In contrast, non-grounding / portable force information presentation that can present torque in any direction and size by independently controlling the rotation of three gyro motors arranged in three-axis orthogonal coordinates. A device (Non-Patent Document 2) has been proposed. Since the torque is generated by controlling the angular momentum combined vector generated by the three gyro motors, the structure is relatively simple and the control is easy. However, the balance of mass and moment of inertia and the disturbance torque generated by the natural movement of a person are to be solved.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-160087
[0010]
[Patent Document 2]
JP 09-133545 A
[0011]
[Patent Document 3]
JP 2000-352521 A
[0012]
[Non-Patent Document 1]
Masae Yoshie, Hiroaki Yano, Hiroo Iwata, "Development of Non-Installation Type Force Display Device Using Gyro Moment", Research Report of Human Interface Society, vol.3, No.5, pp. 25-30 (2000)
[Non-Patent Document 2]
Tanaka Yokichi, Sakai Katsutaka, Kawano Yuka, Fukui Yukio, Yamashita Juri, Nakamura Norio, “Mobile Torque Display and Haptic Characteristics of Human Palm”, INTERNATIONAL CONFERENCE ON ARTIFICIAL REALITY AND TELEXISTENCE, pp.115-120 (2001/12)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, the visibility of the car navigation system and the level of understanding of the voice guide are problematic, as well as when using a portable human navigation system. It is not easy to walk around the city, and navigation that relies solely on visual and auditory information is not appropriate when aiming for a destination while enjoying a shop window or talking with friends.
[0014]
Therefore, in addition to visual and auditory information using a display and a voice guide, it is necessary to present the direction to be advanced in a form that is easy to understand intuitively using tactile sensation and force sense.
[0015]
In view of the above-described problems of the prior art, the object of the present invention is to make it easy to intuitively understand the direction to proceed using a force sense in addition to visual and auditory information using a display and a voice guide. The present invention provides a haptic human navigation system to be presented, a haptic information presentation device used therefor, and a human navigation method thereof.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a human navigation system of the present invention includes destination input means for a user to input position information of a destination, position / orientation measuring means for positioning a current position, train / subway / bus Map geographic information storage means for storing in advance map geographic information including timetables / transfer information such as station maps and three-dimensional maps such as station buildings and station buildings, and location information of the destination obtained from the destination input means And the position information of the current position obtained from the position / orientation measuring means is compared with the map geographic information stored in the map geographic information storage means, such as the shortest time, the shortest distance, the minimum fee, the walking speed, etc. The route search means for searching for the optimum route based on the evaluation criteria, the position / orientation information of the optimum route, and the position / orientation information of the current position are used by the user. A calculation means for calculating a traveling direction to be advanced, and a haptic information output means for guiding the user to the destination by presenting the user with a force toward the direction according to the direction information calculated by the calculation means. It is characterized by having.
[0017]
Here, the computing means compares the direction to be derived calculated from the tangent vector and normal vector of the searched route route with the orientation of the user's body obtained from the electronic compass, An angle to be guided with respect to the orientation of the user's body is obtained, and the obtained angle is output as a traveling direction in which the user should proceed.
[0018]
Further, the calculation means calculates distance information to the destination from the destination, the position / orientation information of the optimum route and the position / orientation information of the current position, and the force information output means The distance information to the destination calculated by the calculation means can be presented in association with the strength of the force sense.
[0019]
The haptic information output means may be capable of presenting the direction of the destination as well as the direction in which the user should proceed.
[0020]
In addition, the force information output means can indicate an arbitrary direction in three dimensions, and can thereby present information in the height direction, so that it walks on the road surface represented by the same position on the map. It can be characterized by being able to distinguish between walking on the overpass and pedestrian bridge and walking on the basement.
[0021]
And tactile information output means for guiding the user to the destination by presenting to the user a tactile sensation that changes according to the information on the direction of travel of the user that the user should proceed. Can be a feature.
[0022]
Further, the haptic information output means can present haptic information including braille information such as characters, symbols, and graphics for navigation by a haptic information output device including a plurality of actuators.
[0023]
In addition, the information processing apparatus further includes an auditory information output unit that guides the user to the destination by converting the information on the traveling direction that the user should currently travel calculated by the calculating unit into a voice message. Can do.
[0024]
The auditory information output means sequentially extracts and extracts reference information useful for user guidance from the map geographic information stored in the map geographic information storage means based on the current position and the optimum route. The reference information may be converted into voice and transmitted.
[0025]
Further, the computing means estimates the stride from the walking pitch measured by the vibration sensor and the moving speed obtained from the position information, estimates the walking pitch that can reach the destination in the required time with the stride, and It is characterized in that at least one of the optimum target walking speed considering the transfer, the current walking speed, and the insufficient speed is presented auditorially via the auditory information output means.
[0026]
Further, the map read from the map geographic information stored in the map geographic information storage means is displayed, the optimum route searched by the route search means, the destination inputted from the destination input means, And visual information output means for guiding the user to the destination by marking and displaying the current position input from the position / orientation measuring means on the map.
[0027]
Further, the computing means estimates the stride from the walking pitch measured by the vibration sensor and the moving speed obtained from the position information, estimates the walking pitch that can reach the destination in the required time with the stride, and It is possible to visually present at least one of an optimum target walking speed considering the transfer, the current walking speed, and the insufficient speed through the visual information output means.
[0028]
In addition, in synchronization with the haptic information presented by the haptic information output means, the haptic information, the position / orientation information of the current position, and the position / orientation information of the optimum route are recorded together with time information. In addition, an external storage means that can refer to the recorded information at any time can be further provided.
[0029]
Further, the external storage means can record an environmental image such as a cityscape received by the imaging means and an environmental sound including a conversation collected by the sound input means together with time information.
[0030]
Also, a communication means for exchanging information and data between two or more human navigation systems, and a video, voice / conversation / ambient sound sent from the communication partner's human navigation system via the communication means are monitored. Monitoring means, information input means for inputting operation information for guiding a remote user to the destination, and the communication partner via the communication means according to the operation information input from the information input means Control means for outputting control information to the output means of the human navigation system can be further provided.
[0031]
Further, the monitoring means can read and monitor information recorded in the external storage means at a remote place through the communication means.
[0032]
The destination input means includes operation means such as a mouse, an input pen, and a touch panel with a display, and at least one of longitude / latitude, address, postal code, and telephone number is input via the operation means. The destination may be selected in step (b) to generate position information of the destination.
[0033]
The position / orientation measuring means may use at least one of a GPS signal, geomagnetic orientation data, PHS position information data, beacon data, and proximity position data.
[0034]
The human navigation system may be incorporated in a mobile device such as a GPS receiver, an electronic compass, and a cellular phone, a PHS phone, and a PDA that incorporate map geographic information.
[0035]
The haptic information output means of the human navigation system is a GPS receiver, an electronic compass, and a device that can be grasped separately from mobile devices such as a mobile phone, a PHS phone, and a PDA that incorporates map geographic information. In this case, information can be exchanged with the mobile device via information transmission means such as radio.
[0036]
Further, the force information output means can independently control a plurality of gyro motors such as three gyro motors, three twin gyro motors opposed to each other near the center of gravity, or a gimbal motor having a gimbal structure. The angular momentum vector is synthesized in an arbitrary direction and magnitude, and torque is generated by time differentiation.
[0037]
Further, the force information output means, the direction of the destination, or the direction to be guided by changing the angular momentum vector so as to trace along a circular or elliptical or simple vibration orbit, Or it can be characterized by presenting the direction to be known.
[0038]
In order to achieve the above object, the haptic information presentation device of the present invention provides haptic information presentation that presents a user with a force that changes according to the direction and distance to be guided in order to guide the user to the destination. Multiple devices, such as three gyro motors arranged and fixed on three axes, or three twin gyro motors using three pairs of twin gyro motors and facing each other near the center of gravity The angular momentum vector is synthesized in an arbitrary direction and size by independently controlling the plurality of gyro motors according to the input information of the gyro motor and the direction and distance to be guided. And control means for generating a torque corresponding to the direction to be guided and the distance.
[0039]
Here, the pair of twin gyro motors can be rotated in the same direction and in the opposite directions. By rotating in the opposite directions, the composition of angular momentum is negated, and even if the gyro motor is rotating, it appears. The top is in the same state as when it is not rotating, and a large change in angular momentum is caused by applying sharp braking with only one gyro motor by electromagnetic brake etc. from a state where it is rotated at high speed in the opposite direction without generating torque. It can be characterized in that it can be produced and a large torque can be presented.
[0040]
Further, the control means changes the angular momentum vectors of the plurality of gyro motors so as to trace along a circular or elliptical or simple vibration orbit, or the direction of the destination or A direction to be guided or a direction to be known can be presented by force.
[0041]
Further, the control means changes the angular momentum vectors of the plurality of gyro motors so as to trace along a circular or elliptical or simple vibration orbit, or the direction of the destination or A direction to be guided or a direction to be known can be presented by force.
[0042]
To achieve the above object, the human navigation method of the present invention includes a destination input step for inputting destination position information, a position / orientation measuring step for measuring the current position, the position information for the destination, and the current position. Compare the location / direction information of the location with the timetable / transfer information of trains, subways, buses, etc. recorded in advance in the map geographic information memory, and map geographic information including 3D maps such as station premises and station buildings, Based on evaluation criteria such as the shortest time, the shortest distance, the minimum fee, and walking speed, the route search step for searching for the optimal route, and the position / orientation information of the optimal route and the position / orientation information of the current position are used for guidance. A calculation step for calculating a power direction and a haptic information presenting device that presents a force in the direction according to the calculated direction information to the destination. And having a force sense presentation information output step of inducing THE.
[0043]
In order to achieve the above object, the program of the present invention performs human navigation for guiding a user to a destination using a haptic information presentation device that presents the user with a force that changes according to the direction and distance to be guided. A computer-readable program for controlling by a computer, the program comprising: a destination input step for inputting destination position information; a position / orientation measurement step for positioning a current position; Map including location information and time / location information such as trains, subways, buses, etc., which are recorded in advance in the map geographic information storage device, and three-dimensional maps such as station premises and station buildings. A route that searches for the best route based on evaluation criteria such as the shortest time, the shortest distance, the minimum fee, and walking speed in light of geographic information A search step; a calculation step for calculating a direction to be derived from the position / orientation information of the optimum route and the position / orientation information of the current position; and a force that changes according to the calculated direction information. And a force sense presentation information output step of guiding the user to the destination by presenting to the user via the sense information presentation device.
[0044]
The recording medium of the present invention is characterized in that the above-mentioned program is stored so as to be readable by a computer.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0046]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a haptic human navigation system (hereinafter referred to as haptic navigation) in an embodiment of the present invention. In the
[0047]
Presented to at least one of a visual information input /
[0048]
As the current position is updated along with the movement of the user (that is, haptic navigation 100), the
[0049]
In particular, the haptic information input /
[0050]
In the middle of the route to the destination, when a user asks for directions by an environmental image of a cityscape taken by a camera (not shown) of the visual information input /
[0051]
Information recorded in the
[0052]
As will be described later with reference to FIG. 2, the
[0053]
FIG. 2 shows a communication method between two or more haptic navigations. Information and data can be exchanged between the plurality of
[0054]
FIG. 3 shows a method for inputting destination position information using the
[0055]
FIG. 4 shows a method of measuring position / orientation information using the position /
[0056]
FIG. 5 shows a method of inputting and outputting data using the external input /
[0057]
FIG. 6 shows a flow of information when the map and geographic
[0058]
When the map
[0059]
When the destination is input from the
[0060]
After that, when the current position / orientation is input by the position /
[0061]
When a candidate for the optimum route is selected by the user through the external input /
[0062]
As the user moves and the current position / orientation input from the position /
[0063]
FIG. 7 shows a route search method to the destination using the
[0064]
A desired route is selected by the user from the optimum route candidates, and the
[0065]
[Outside 1]
[0066]
Further, the
[0067]
Unlike a car, a person does not walk to follow the route determined by the device, and avoids obstacles and people on the road or approaches an eye-catching object while aiming for a destination. In other words, since the user also walks other than the route searched for on the electronic map for car navigation and human navigation toward the destination, it is sufficiently useful to present the rough direction 706 of the destination. It is thought that there is.
[0068]
The distance information to the destination can also be associated with the strength of the force sense of the force sense input /
[0069]
FIG. 8 shows a method for presenting navigation information using the visual information input /
[0070]
FIG. 8B shows an example of the configuration of the unidirectional environmental image recording method of the visual information input /
[0071]
FIG. 9 shows a method of presenting acoustic information such as a navigation voice guide and notification / warning sounds and a method of recording environmental sounds using the auditory information input /
[0072]
FIG. 10 shows a method for presenting Braille information for navigation using the haptic information input /
[0073]
FIG. 11 shows a method of presenting navigation force information using the force information input /
[0074]
FIG. 12 shows a
[0075]
[Outside 2]
[0076]
Here, the ratio ω of the angular velocities in the x-, y-, and z-axis directions x : Ω y : Ω z By changing, the generation direction of the angular momentum vector can be controlled in an arbitrary direction. This control method is easy to control and has the advantage of presenting a variety of three-dimensional force sensations.
[0077]
As described above, the
[0078]
FIG. 13 shows a haptic
[0079]
In the example of FIG. 12, the three
[0080]
FIG. 14 shows a
[0081]
FIGS. 15 and 16 show a usage form of the
[0082]
As a second form of use of the
[0083]
Here, the integrated
[0084]
FIG. 17 shows an example of a method of presenting haptic information using the haptic information input /
[0085]
(Other embodiments)
The embodiment of the present invention has been described in detail above. However, the present invention supplies a software program for realizing the functions of the above-described embodiment directly or remotely to a system or apparatus, and the computer of the system or apparatus performs This includes a case where it is also achieved by reading and executing the supplied program. As a recording medium for supplying the program, for example, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, MO, CD-ROM, CD-R, CD-RW, magnetic tape, nonvolatile memory card (IC memory card), ROM And DVD (DVD-ROM, DVD-R).
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in addition to visual and auditory information using a display and a voice guide, a haptic type that presents a direction to proceed using a haptic sensation in an easily understandable form. A human navigation system can be realized.
[0087]
Therefore, if the human navigation system of the present invention is used, the following effects can be obtained.
(1) Use of the navigation system is effective even in places with poor visibility such as in fog or darkness.
(2) Use of the navigation system is effective even in places where there are no landmarks such as forests and wilderness.
(3) It is also effective in the event of a disaster when a building collapses due to an earthquake.
(4) Furthermore, at least one of the visual information presentation device, the auditory information presentation device, the tactile information presentation device, and the haptic information presentation device and the other device group are wirelessly connected to improve the wearing feeling and operability. Can be made.
[0088]
As described above, the human navigation system of the present invention is a guidance device that is also effective for visually impaired persons, hearing impaired persons, and sighted persons. Moreover, the human navigation system of the present invention can be used not only for guiding a person to a destination but also for guiding a robot and car navigation.
[0089]
The haptic information presentation device of the present invention used in the human navigation system has the following advantages.
(A) As a control method, since a plurality of gyro motors are independently controlled, an angular momentum vector is synthesized in an arbitrary direction and magnitude, and a torque is generated by time differentiation thereof. It is easy and can present a variety of three-dimensional sense of force.
(B) In addition, the mass balance and moment of inertia can be achieved by using three sets of twin gyromotors with the inertial mass parts facing each other near the center of gravity or by bringing the frame shape for fixing the motor closer to a spherical shape that is a point-symmetrical structure. Has improved. By concentrating the inertial mass on the center of gravity, an extra inertia force generated by the movement of the person is reduced.
(C) When the gimbal structure is used, the gimbal structure itself has an extra moment of inertia and generates a disturbance torque. In addition, the structure of the movable part of the gimbal becomes complicated. On the other hand, in the method of fixing a plurality of gyro motors according to the present invention, the structure becomes simple and a mechanically strong strength can be obtained. In addition, even when the size is reduced, the structure is simple and processing is easy.
(D) Since it is a non-grounding type, no grounding arm or wire is required as in the prior art, and it does not restrain the movement of the body. Multiple force information input / output devices can coexist without interference. There are few restrictions on the operation and behavior of the user, it is excellent in small size and portability, and it can be used in a wide range including indoors and outdoors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a haptic human navigation system (haptic navigation) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a communication method between two or more haptic navigations.
3 is a plan view for explaining a method of inputting destination position information using the destination input device of FIG. 1; FIG.
4 is a block diagram illustrating a configuration example of the position / orientation measuring apparatus of FIG. 1 that measures position / orientation information. FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a method for inputting and outputting data using the external input / output device of FIG. 1;
6 is a block diagram showing a flow of information when a map and geographic information is read and written and stored using the map geographic information storage device of FIG. 1; FIG.
7 is a conceptual diagram illustrating a method for searching for a route to a destination and calculating guidance information using the route search device of FIG. 1;
8 is a block diagram showing a configuration example of the visual information input / output device of FIG. 1 that presents navigation information and records an environmental video such as a cityscape.
9 is a block diagram showing a configuration example of the auditory information input / output device of FIG. 1 that presents navigation sound and voice guide information and records environmental sounds.
10 is a conceptual diagram illustrating a method for presenting tactile information such as Braille information for navigation using the tactile information input / output device of FIG. 1. FIG.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a method for presenting navigation force information using the force information input / output device of FIG. 1;
12 is a schematic diagram showing a configuration example using three gyro motors as torque generating means of the force sense information input / output device of FIG. 1. FIG.
13 shows a configuration example using three sets of gyro motors as torque generating means of the force information input / output device of FIG. 1, (A) is a schematic diagram, and (B) is a notch showing only a housing. A front view of a haptic information presentation device, (C) is also a plan view.
14 is a schematic diagram showing a configuration example using a gimbal structure as torque generating means of the force sense information input / output device of FIG. 1; FIG.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing an example of an integrated unit as a usage form of the haptic navigation of FIG. 1;
FIG. 16 is a conceptual diagram showing an example of a separation unit using a communication device as another usage form of the haptic navigation of FIG. 1;
FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating a method for presenting and controlling force sense information using the force sense information input / output device of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
100 Haptic navigation (force-sensitive human navigation system)
101 CPU
102 Destination input device
103 Position / orientation measuring device
104 External input / output device
105 Map geographic information storage device
106 Route search device
107 Communication device
108 memory
109 External storage device
110 Visual information input / output device
111 Auditory information input / output device
112 Tactile information input / output device
113 Haptic information input / output device
210 Visual information input / output device
211 Auditory information input / output device
213 Haptic information input / output device
301 Map screen
302 Longitude / latitude input display field
303 Latitude / longitude search display field by address
304 Latitude / longitude search display field by zip code
305 Latitude / longitude search display field by phone number
402 GPS unit
403 Electronic compass unit
404 PHS location information service unit
405 Beacon unit
406 Proximity position sensor unit
501 I / O device
701 Route path trajectory
702 Current position
703 tangent vector
704 User body orientation
705 Angle to guide
801 Environmental video
802 Conical reflector
803 CCD camera
804 Visual IF
805 LCD display
806 CCD camera
901 Microphone
902 Auditory IF
903 Speaker
1001 Input / output devices
1002 Tactile IF
1101 Gyro motor
1102 Force IF
1103 Posture / position information sensor
1201 Force information presentation device using three gyro motors
1301 Force information presentation device using three twin gyro motors
1401 Force information presentation device using gimbal structure
1402 Gimbal structure
1403 Angular velocity ω 0 Rotating rotor
1404 Rotation angle Ω 1 Gimbal axis
1405 Rotation angle Ω 2 Gimbal axis
1501 Device in which haptic navigation is built in mobile device
1601 Device in which haptic navigation is separated from mobile device
1701 Circular orbit of angular momentum vector
1702 Elliptical orbit of angular momentum vector
1703 Destination direction
Claims (23)
現在位置を測位する位置・方位測定手段と、
電車、地下鉄、或いはバスの時刻表及び乗り換え情報、および駅構内や駅ビルを含む立体地図を含む地図地理情報を予め格納している地図地理情報記憶手段と、
前記目的地入力手段から得られる前記目的地の位置情報と前記位置・方位測定手段から得られる前記現在位置の位置情報とを前記地図地理情報記憶手段に格納されている前記地図地理情報に照らし合わせ、最短時間、最短距離、最低料金、或いは歩行スピードを含む評価基準を基に最適ルートを検索するルート検索手段と、
前記最適ルートの位置・方位情報と前記現在位置の位置・方位情報とからユーザが現在進むべき進行方向を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された方向の情報に応じてその方向に向かう力をユーザに対し提示することで前記目的地までユーザを誘導する力覚情報出力手段と、を有し、
前記力覚情報出力手段は、複数個のジャイロモータ、もしくは重心近くで対峙させた複数組のツイン・ジャイロモータ、もしくはジンバル構造のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によってトルクを発生させ、かつ、
前記力覚情報出力手段は、前記角運動量ベクトルを円軌道、もしくは楕円軌道、もしくは、単振動軌道に沿ってトレースするように変化させることで前記目的地の方向、もしくは誘導すべき方向、もしくは知りたい方位を提示することを特徴とするヒューマンナビゲーションシステム。Destination input means for the user to input location information of the destination;
A position / orientation measuring means for measuring the current position;
Map geographic information storage means for preliminarily storing map geographic information including a timetable of trains , subways, or buses and transfer information, and a three-dimensional map including station premises and station buildings;
The position information of the destination obtained from the destination input means and the position information of the current position obtained from the position / orientation measuring means are compared with the map geographic information stored in the map geographic information storage means. Route search means for searching for an optimum route based on evaluation criteria including the shortest time, the shortest distance, the minimum fee, or the walking speed;
A calculation means for calculating a direction in which the user should proceed from the position / orientation information of the optimum route and the position / orientation information of the current position;
Haptic information output means for guiding the user to the destination by presenting to the user a force in the direction according to the information of the direction calculated by the calculation means ,
The haptic information output means independently controls a plurality of gyro motors, a plurality of twin gyro motors opposed to each other near the center of gravity, or a gimbal motor having a gimbal structure. Synthesize angular momentum vector, generate torque by its time derivative, and
The haptic information output means changes the angular momentum vector so as to trace along a circular or elliptical trajectory or a simple vibration trajectory. A human navigation system that presents the desired direction .
通信相手のヒューマンナビゲーションシステムから前記通信手段を介して送られる映像や音声・会話・周囲音をモニターする監視手段と、
遠隔地のユーザを目的地まで誘導するための操作情報を入力する情報入力手段と、
該情報入力手段から入力された前記操作情報に応じて前記通信手段を介して前記通信相手のヒューマンナビゲーションシステムの出力手段に対して制御情報を出力する制御手段と
を更に有することを特徴とする請求項1ないし15のいずれかに記載のヒューマンナビゲーションシステム。Communication means for exchanging information and data between two or more of the human navigation systems;
Monitoring means for monitoring video and voice / conversation / ambient sound sent from the communication partner's human navigation system via the communication means;
Information input means for inputting operation information for guiding a remote user to the destination;
Control means for outputting control information to the output means of the human navigation system of the communication partner via the communication means in accordance with the operation information input from the information input means. Item 16. A human navigation system according to any one of Items 1 to 15.
3軸上に配置・固定された一対のツイン・ジャイロモータを複数組用いてこれらを重心近くで対峙させた複数組のツイン・ジャイロモータと、
前記誘導すべき方向と距離の入力情報に応じて、前記複数組のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によって、前記誘導すべき方向と距離に対応したトルクを発生させる制御手段と、を有し、
前記一対のツイン・ジャイロモータは、同一方向、および反対方向に回転させることが可能で、反対方向に回転させることで角運動量の合成が打ち消され、ジャイロモータが回転していても見かけ上は回転していないのと同じ状態になり、トルクを発生させないまま反対方向に高速回転させた状態から片方のジャイロモータだけを急峻な制動をかけることによって大きな角運動量の変化が生じ、大きなトルクを提示することを特徴とする力覚情報提示デバイス。A haptic information presentation device that presents to a user a force that changes according to a direction and a distance to be guided in order to guide the user to a destination,
A plurality of sets of twin gyro motor which is facing them near the center of gravity of the twin-gyro motor of the pair arranged and fixed on a three-axis by using a plurality of sets,
According to the input information of the direction and distance to be guided, the plurality of sets of gyro motors are independently controlled to synthesize an angular momentum vector in an arbitrary direction and magnitude, and the guidance is performed by its time differentiation. Control means for generating torque corresponding to the power direction and distance,
The pair of twin gyro motors can be rotated in the same direction and in the opposite direction. By rotating in the opposite direction, the composition of angular momentum is canceled, and even if the gyro motor is rotating, it appears to rotate. It is in the same state as not being done, and a large angular momentum change occurs by applying sharp braking only to one gyro motor from a state where it is rotated at high speed in the opposite direction without generating torque, and presents a large torque A haptic information presentation device characterized by that.
3軸上に配置・固定して、重心近くで対峙させた複数個のジャイロモータと、
前記誘導すべき方向と距離の入力情報に応じて、前記複数個のジャイロモータを独立に制御することで、任意の方向・大きさに角運動量ベクトルを合成し、その時間微分によって、前記誘導すべき方向と距離に対応したトルクを発生させる制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記複数個のジャイロモータの前記角運動量ベクトルを円軌道、もしくは楕円軌道、もしくは、単振動軌道に沿ってトレースするように変化させることで、前記目的地の方向、もしくは誘導すべき方向、もしくは知りたい方位を力覚で提示させることを特徴とする力覚情報提示デバイス。 A haptic information presentation device that presents to a user a force that changes according to a direction and a distance to be guided in order to guide the user to a destination,
A plurality of gyro motors arranged and fixed on three axes and facing each other near the center of gravity;
According to the input information of the direction and distance to be guided, the plurality of gyro motors are independently controlled to synthesize an angular momentum vector in an arbitrary direction and size, and the guidance is performed by its time differentiation. Control means for generating torque corresponding to the power direction and distance,
The control means changes the angular momentum vectors of the plurality of gyro motors so as to trace along a circular or elliptical or simple vibration orbit, thereby guiding or guiding the destination. A haptic information presentation device characterized by causing a force direction to present a direction or a direction to be known.
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