JP6594041B2 - 危険体感システム - Google Patents

Description

本発明は、体感者に災害となる危険を体感させるための危険体感システムに関する。

高所作業等の危険を伴った作業に関する安全教育としては、高所作業場を模擬した実物の訓練用やぐらを用い、高所作業時の注意事項や墜落や転落時等に被る衝撃を教育することが一般的である。しかし、受講者が、墜落や転落等の危険を実際に体験・体感できるものではない。

また、特許文献１に記載されているように、コンピュータと映像出力と電気刺激とを組み合わせてバーチャル環境を体感させるバーチャルリアリティ体感装置が知られている。しかし、特許文献１の技術は、臨場感に力点を置いたものであり、安全教育の一環として墜落や転落等の危険性を、バーチャル空間中で安全に体感させ、危険感受性の向上を図ることを目的としたものではない。

特開２００６−２８８６２１号公報

高所作業時の注意事項や墜落や転落時等に被る衝撃を教育することで、危険源に対する理解を深めることは可能である。しかしながら、受講者を、実際に被災させるわけにはいかないため、実体験としての臨場感は薄い。

反対に、臨場感を高めようとすると、受講者が本当に被災してしまう危険性もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、体感者に、バーチャル空間中で災害となる危険を安全に体感させることが可能な危険体感システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（９）を提供する。

（１） 体感者に、危険を体感させる危険体感システムであって、
前記体感者が歩行することが可能な体験ステージと、
前記体験ステージ上の前記体感者に対し、危険発生を想定した想定場所のバーチャル映像を表示するバーチャル映像表示機構と、
前記体験ステージに設定され、前記体感者に危険を体感させる危険体感部と、
前記危険体感部に設けられ、前記体感ステージの床面を落下させる床面落下機構を有する危険体験補助デバイスと、
前記体験ステージ上において、前記体感者が前記危険体感部の位置に到達したことを検出するセンサと、
前記危険体感システムを制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記センサによる検出結果に基づいて、前記バーチャル映像表示機構が表示する前記バーチャル映像を危険発生前の映像から危険発生時の映像へと切り換わるように制御することを特徴とする危険体感システム。

（２） 前記制御装置は、前記センサによる検出結果に基づいて、前記危険体感部における前記体験ステージの床面を落下させるように、前記床面落下機構を制御することを特徴とする（１）に記載の危険体感システム。

（３） 前記床面落下機構は、前記危険体感部における前記体験ステージの床面を平坦な初期位置に保持する保持状態と、前記保持状態を解除する保持解除状態とを取り得る励磁アクチュエータを備え、
前記床面落下機構が前記体験ステージの床面を落下させるとき、
前記励磁アクチュエータの状態を保持解除状態として、前記床面を落下させることを特徴とする
（２）に記載の危険体感システム。

（４） 前記床面の落下距離は１００ｍｍ以下であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の危険体感システム。

（５） 前記危険発生時のバーチャル映像は、落下速度が実際の落下速度よりも遅くなるように表示されることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の危険体感システム。

（６） 前記危険発生時のバーチャル映像は、前記体感者の姿勢が水平方向から４５°までの範囲内で傾いたときに、前記体感者が視認し得る映像とすることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の危険体感システム。

（７） 前記危険発生時の映像には、前記体感者の向きに応じた複数の映像が用意されていることを特徴とする（６）に記載の危険体感システム。

（８） 前記バーチャル映像表示機構は、前記体感者の下方映像および前方映像を投影するプロジェクタを含み、
前記前方映像は、前記体感者の進行方向の前方に設けられた壁面に投影され、
前記下方映像は、前記体験ステージの床面に投影されることを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の危険体感システム。

（９） 前記バーチャル映像表示機構は、前記体感者に装着され、前記体感者の視覚領域に前記バーチャル映像を表示するヘッドマウントディスプレイを含むことを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の危険体感システム。

本発明によれば、体感者に、バーチャル空間中で危険を安全に体感させることが可能な危険体感システムを提供できる。

図１はこの発明の一実施形態に係る危険体感システムの一システム構成例を示す構成図である。 図２Ａはこの発明の一実施形態に係る危険体感システムの正面図である。 図２Ｂはこの発明の一実施形態に係る危険体感システムの側面図である。 図３は危険体感補助デバイスの一例を示す平面図である。 図４Ａは図３中の４−４線に沿う断面図である。 図４Ｂは図３中の４−４線に沿う断面図である。 図５は床面落下機構の一例を示す平面図である。 図６Ａは図５中の６−６線に沿う断面図である。 図６Ｂは図５中の６−６線に沿う断面図である。 図７Ａは図５中の７−７線に沿う断面図である。 図７Ｂは図５中の７−７線に沿う断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

＜危険体感システム＞
図１はこの発明の一実施形態に係る危険体感システムの一システム構成例を示す構成図、図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれこの発明の一実施形態に係る危険体感システムの正面図および側面図である。

一実施形態に係る危険体感システム１００は、例えば、高所作業等を行う作業者に対する安全教育の一環として、高所作業場からの墜落や転落等の危険を、受講する者に対してバーチャル空間中で安全に体感させるシステムである。

図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、危険体感システム１００は、例えば、安全教育を受講する者（以下体感者１２という）が歩行することが可能な体験ステージ１０と、体験ステージ１０上の体感者１２に対し、危険発生を想定した想定場所、例えば、高所作業場等のバーチャル映像を表示するバーチャル映像表示機構１４と、危険体感システム１００を制御する制御装置１６とを有する。

体験ステージ１０には、体感者１２に危険を体感させる危険体感部１８が設定されている。危険体感部１８は、体感者１２に対して、災害となる危険、例えば、墜落や転落等を体感させる場所である。危険体感部１８の、体感者１２が歩行する歩行方向の両側には、例えば、手すり２０が設けられ、体感者１２の安全が確保されている。

バーチャル映像表示機構１４は、本例においては、体感者１２が下方に視認する下方映像を投影する床面用プロジェクタ１４ａと、体感者１２が前方に視認する前方映像を投影する壁面用プロジェクタ１４ｂと、体感者１２が装着する３Ｄめがね１４ｃとを含んで構成されている。床面用プロジェクタ１４ａは制御装置１６から送信されてきた下方映像を、体験ステージ１０の床面に投影する。また、壁面用プロジェクタ１４ｂは同じく制御装置１６から送信されてきた前方映像を、体感者１２の進行方向の前方に設けられた壁面２２に投影する。体感者１２は、床面映像および前方映像を３Ｄめがねを通して視ることで、体感者１２の周囲に、立体的なバーチャル空間が提供される。なお、立体映像の方式は、特に制限されるものではなく、アクティブシャッタ方式やアナグリフ方式など、いかなる方式でも採用することができる。また、高所作業場など、周囲に手すりがある環境を想定した場合には、バーチャル映像中に映し出される手すりと体験ステージ１０に設けられた手すり２０とを合致させるようにすると、体感者１２が手すり２０をつかむことによって、体感者１２に対し、あたかも高所作業場に、実際にいるかのごとき臨場感を与えることも可能である。

体験ステージ１０上には、体験ステージ１０上において、体感者が危険体感部１８の位置に到達したことを検出するセンサ、例えば、赤外線センサ２４が設けられている。

制御装置１６は、赤外線センサ２４による検出結果、即ち体感者１２が危険体感部１８に進んできたか否かの情報に基づいて、バーチャル映像表示機構１４が表示するバーチャル映像を、危険発生前の映像から危険発生時の映像へと切り換わるように制御する。これにより、体感者１２は、危険体感部１８において、発生した危険を体感することができる。

体感者１２は、体験ステージ１０の上に、例えば、ヘルメット２６を装着して上がる。ヘルメット２６の、例えば、頂部には第１のモーションセンサ２８が取り付けられている。第１のモーションセンサ２８は位置センサであり、体感者１２の、体験ステージ１０上における位置を検出する。

制御装置１６は、第１のモーションセンサ２８による検出結果、即ち体感者１２が前進しているか否かの情報に基づいて、バーチャル映像表示機構１４が表示するバーチャル映像を、体感者１２の進行方向に応じて進むように制御する。このように体感者１２の進行方向に応じてバーチャル映像を進ませることで、体感者１２は、よりリアルな映像を体感できる。

さらに、危険体感システム１００には、第２のモーションセンサ３０が設けられている。第２のモーションセンサ３０はカメラ式センサであり、例えば、体感者１２をモニタし、体感者１２の顔の向き、又は視線の方向を検出する。

制御装置１６は、第２のモーションセンサ３０による検出結果、即ち体感者１２の向き、あるいは視線がどこを向いているのかに関する情報に基づいて、バーチャル映像表示機構１４が表示するバーチャル映像の向きを、体感者１２の向きや視線の方向に応じて変わるように制御する。このように体感者１２の向きや視線の方向に応じて、例えば、体感者１２が左方向を見たらバーチャル映像も左の方向に回転させたり、また、体感者１２が右方向を見たらバーチャル映像も右の方向に回転させたりする。このような映像の工夫を、さらに組み合わせると、リアリティがより向上する。

また、危険体感システム１００は、スピーカー３２を、さらに備えている。スピーカー３２をさらに備えることによって、危険発生を想定した想定場所の環境音を発生させたり、あるいは危険発生時に効果音を発生させたりできる。危険発生時に効果音を発生させる制御は、制御装置１６によって制御することも可能であるし、映像情報中に音声情報として格納しておき、危険発生前の映像から危険発生時の映像へと切り換わる際に、効果音が発生されるようにしてもよい。

そして、一実施形態に係る危険体感システム１００は、危険体感部１８に設けられた、体感者１２に災害となる危険を疑似体験させる危険体験補助デバイス５０をさらに有している。以下、危険体験補助デバイス５０について詳細に説明する。

＜危険体験補助デバイス＞
図３は危険体感補助デバイスの一例を示す平面図、図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ図３中の４−４線に沿う断面図である。

図３、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、本例の危険体験補助デバイス５０は、初期位置においては、体験ステージ１０の床面１０ａと、ほぼ面一となる床面５２ａを有した床板５２を備えている。初期位置においては、図４Ａに示すように、床面１０ａと床面５２ａとは平坦である。

危険体験補助デバイス５０は、危険疑似体験として、体感者１２に墜落もしくは転落を疑似体験させものであり、危険体感部１８における体験ステージ１０の床面１０ａを落下させる。落下の制御は、例えば、制御装置１６が行う。制御装置１６は、赤外線センサ２４による検出結果、即ち体感者１２が、危険体感部１８に設けられた危険体験補助デバイス５０の箇所に進んできたか否かの情報に基づいて、危険体感部１８における体験ステージ１０の床面１０ａを、図４Ｂに示すように落下させる。具体的には、危険体験補助デバイス５０は、体験ステージ１０の床面１０ａの落下を、床面１０ａと面一となる床面５２ａを有した床板５２を落下させることで実現する。床面５２ａ落下距離Ｄとしては、体感者１２の安全を考慮して１００ｍｍ以下がよい。さらに安全を考慮すると落下距離Ｄは５０ｍｍ以下、さらには２０ｍｍ以下であることが好ましい。

危険体験補助デバイス５０の床板５２の下には、床面５２ａを落下させる床面落下機構５４が設けられている。本例では、図３に示すように、床面落下機構５４は、床板５２の四隅に対応して４つ設けられている。

図５は床面落下機構５４の一例を示す平面図、図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、図５中の６−６線に沿う断面図、図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ図５中の７−７線に沿う断面図である。

図５、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、床面落下機構５４は、ベース体５６の上に設けられた励磁アクチュエータ、例えば、ソレノイド５８を有している。ソレノイド５８の可動鉄芯であるプランジャ６０の先端にはカムフォロア支持部材６２が取り付けられている。支持部材６２は、ベース体５６の上に設けられたＬＭガイド６４上を滑走する。

床板５２の裏面には、床板５２を支える床板支持部材６６が取り付けられている。床板支持部材６６の先端部分には、カムフォロワ６８が回動可能に取り付けられている。床板５２が初期位置にあるとき、カムフォロワ６８はカムフォロワ支持部材６２の上に乗っている。これにより、危険体感部１８における体験ステージ１０の床面１０ａ、本例では床板５２の床面５２ａは、平坦な初期位置に保持される（図６Ａ参照）。

図６Ａに示すように、床板５２が初期位置にあるとき、カムフォロワ６８は、カムフォロワ支持部材６２により支持されている。このため、体感者１２が床板５２の上に乗っても、床板５２は落下することはない。

このような床板５２を初期位置に保持する保持状態において、ソレノイド５８の励磁用コイル７０に通電すると、プランジャ６０は固定鉄芯７２に向かって吸引される。プランジャ６０が吸引されることによって、カムフォロワ支持部材６２はＬＭガイド６４上を滑走する。カムフォロワ支持部材６２の滑走に合わせてカムフォロワ６８は回動し、やがてカムフォロワ支持部材６２が、カムフォロワ６８から外れると、床板５２は、体感者１２の重みとともに自由落下する（図６Ｂ参照）。このようにソレノイド５８を作動させることによって、床面落下機構５４は、初期位置を保持する保持状態から、保持状態を解除する保持解除状態となる。このようにして、床面落下機構５４は床板５２を落下させる。

さらに、床面落下機構５４は、床板５２を初期位置に復帰させる復帰用弾性体、例えば、復帰用バネ７４と、床面落下機構５４の落下方向を、例えば、ベース体５６に対して垂直な方向に規定するリニアブッシュ７６とを備えている。復帰用バネ７４およびリニアブッシュ７６はそれぞれ、ベース体５６と床板５２の裏面との間に取り付けられている。

図７Ａに示す床板５２が落下した状態で、例えば、体感者１２が床板５２の床面５２ａから離れたとする。すると、床板５２にかかる荷重がなくなり、代わりに復帰用バネ７４の押圧力が床板５２にかかる。これにより、図７Ｂに示すように、床板５２が持ち上がり、床板５２の床面５２ａを平坦な初期位置に復帰させる。

さらに、ソレノイド５８への通電を止める。通電を止めると、ソレノイド５８には、プランジャ６０を吸引する吸引力がなくなる。吸引力を失ったプランジャ６０は、プランジャ６０に取り付けられた戻し用バネ７８がより引っ張られる。これにより、カムフォロワ支持部材５２は、図６Ａに示した初期位置の状態に戻される。

このような床面落下機構５４によれば、カムフォロワ６８からカムフォロワ支持部材６２を外すことで、床板５２を、体感者１２の重みとともに自由落下させる。このように床板５２の床面５２ａの落下を自由落下とすることで、例えば、床板５２を上下に機械的に上昇および下降させる場合に比較して、体感者１２に、よりリアルな墜落もしくは転落を疑似体験させることが可能となる。

また、カムフォロワ６８からカムフォロワ支持部材６２を外すための機構として、ソレノイド５８の代りに油圧シリンダやモーターを用いることも可能である。しかし、励磁アクチュエータ、例えば、ソレノイド５８を用いるようにすると、油圧シリンダやモーター等を用いる場合に比較して、上記機構の構成をより簡易な構成にでき、また、メンテナンスも容易になる、という利点も得ることができる。

＜変形例＞
（バーチャル映像）
バーチャル映像としては、いかなる方式の立体映像を用いてもよいことは、上述した通りである。しかし、体感者に墜落もしくは転落、即ち落下を体感させるときには、危険発生時のバーチャル映像中の落下速度が実際の落下速度よりも遅くなるように表示するようにしてもよい。

例えば、体感者がアニメーション効果で落下を体感する際、落下時間を自由落下時間の１．５〜２．５倍、好ましくは１．８〜２．３倍に設定すると、より効果的かつ印象的な落下、例えば“踏み抜き事象”を体感することができる。これは、落下速度が速すぎると落下の実感がわかず、反対に遅すぎると浮遊感が増し、落下を効果的に体感することが難しくなることによる。なお、想定落下高さの一例は、例えば１０ｍである。

また、危険発生時の映像は、体感者１２の姿勢が水平方向から４５°までの範囲内で傾いたときに、体感者が視認し得る映像とするようにしてもよい。これにより、体感者１２は、実際に落下している状況を視認することができ、より臨場感が増す、という利点を得ることができる。

また、危険体感システム１００が、体感者１２をモニタする第２のモーションセンサ３０を有している場合には、バーチャル映像を体感者１２の向きや視線の方向に応じて変わるように制御することができる。このため、危険発生時の映像には、体感者１２の向きに応じて複数の映像を用意するようにしてもよい。

以上、本発明を一実施形態に従って説明したが、本発明は上記一実施形態に限定されることなく種々変形が可能である。また、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。

例えば、上記一実施形態では、バーチャル映像表示機構として、バーチャル映像を体験ステージ１０の床面と壁面２２とに投影する例を示した。しかし、バーチャル映像表示機構としては、これに限られるものではなく、体感者１２に装着され、体感者１２の視覚領域にバーチャル映像を表示するヘッドマウントディスプレイとしてもよい。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することが可能である。

１０ 体験ステージ
１０ａ 体験ステージの床面
１２ 体感者
１４ バーチャル映像表示機構
１４ａ 床面用プロジェクタ
１４ｂ 壁面用プロジェクタ
１４ｃ ３Ｄめがね
１６ 制御装置
１８ 危険体感部
２０ 手すり
２２ 壁面
２４ 赤外線センサ
２６ ヘルメット
２８ 第１のモーションセンサ（位置センサ）
３０ 第２のモーションセンサ（カメラ式センサ）
３２ スピーカー
５０ 危険体験補助デバイス
５２ 床板
５２ａ 床板５２の床面
５４ 床面落下機構
５６ ベース体
５８ ソレノイド
６０ プランジャ
６２ カムフォロワ支持部材
６４ ＬＭガイド
６６ 床板支持部材
６８ カムフォロワ
７０ 励磁用コイル
７２ 固定鉄芯
７４ 復帰用バネ
７６ リニアブッシュ
７８ 戻し用バネ
１００ 危険体感システム

Claims (6)

1. 体感者に高所作業場からの墜落または転落の危険を体感させる危険体感システムであって、
   前記体感者が歩行することが可能な体験ステージと、
   前記体験ステージ上の前記体感者に対し前記高所作業場のバーチャル映像および前記高所作業場から墜落落下または転落する際のバーチャル映像を表示するバーチャル映像表示機構と、
   前記体験ステージに設定され、前記体感者に前記高所作業場からの墜落または転落の危険を体感させる危険体感部と、
   前記危険体感部に設けられ、前記体験ステージの床面とほぼ面一となる床面、および当該床面を落下させる床面落下機構を有する危険体験補助デバイスと、
   前記体験ステージ上において、前記体感者が前記危険体感部に設けられた前記危険体験補助デバイスの位置に到達したことを検出するセンサと、
   前記危険体感システムを制御する制御装置と
   を備え、
   前記床面落下機構は、前記危険体感補助デバイスの前記床面を落下させる際に、前記床面を前記体感者の重みとともに自由落下するように構成され、
   前記制御装置は、前記センサが、前記体感者が前記危険体感部に設けられた前記危険体験補助デバイスの位置に到達したことを検出した際に、前記バーチャル映像表示機構が表示するバーチャル映像が、危険発生前の前記高所作業場の映像から、前記高所作業場から墜落または転落する際の映像へと切り換わるように制御し、かつ、前記危険体感部における前記体感ステージの床面を落下させるように前記床面落下機構を制御し、
   前記体感者が前記危険体感部に設けられた前記危険体験補助デバイスの位置に到達したときに、前記高所作業場から墜落または転落する際のバーチャル映像を表示させつつ、前記体感者が乗った前記体験ステージの前記床面を１００ｍｍ以下の落下距離で前記体感者の重みとともに自由落下させることにより、前記体感者に墜落または転落を疑似体験させることを特徴とする危険体感システム。
2. 前記床面落下機構は、前記危険体感部における前記危険体験補助デバイスの前記床面を平坦な初期位置に保持する保持状態と、前記保持状態を解除する保持解除状態とを取り得る励磁アクチュエータを備え、
   前記床面落下機構が前記体験ステージの床面を落下させるとき、
   前記励磁アクチュエータの状態を保持解除状態として、前記床面を落下させることを特徴とする請求項１に記載の危険体感システム。
3. 前記高所作業場から墜落または転落する際のバーチャル映像は、前記バーチャル映像により形成されるバーチャル空間で現実世界の物理法則を適用して計算した高所作業場からの墜落または転落の速度よりも遅くなるように表示されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の危険体感システム。
4. 前記高所作業場から墜落または転落する際のバーチャル映像には、前記体感者の向きに応じた複数の映像が用意されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の危険体感システム。
5. 前記バーチャル映像表示機構は、前記体感者の下方映像および前方映像を投影するプロジェクタを含み、
   前記前方映像は、前記体感者の進行方向の前方に設けられた壁面に投影され、
   前記下方映像は、前記体験ステージの床面に投影されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の危険体感システム。
6. 前記バーチャル映像表示機構は、前記体感者に装着され、前記体感者の視覚領域に前記バーチャル映像を表示するヘッドマウントディスプレイを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の危険体感システム。
   

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