JP6906275B2

JP6906275B2 - Force presentation device

Info

Publication number: JP6906275B2
Application number: JP2016017074A
Authority: JP
Inventors: 修一赤岩
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2036-02-01
Also published as: JP2017138651A

Description

本発明は、映像に映し出された仮想物体の力覚を操作者に提示する力覚提示装置に関し、特に、操作者の操作と映像とをリンクさせた力覚提示装置に関する。 The present invention relates to a force sense presentation device that presents the force sense of a virtual object projected on an image to an operator, and more particularly to a force sense presentation device that links the operation of the operator and the image.

この種の技術は、例えば特許文献１、２に開示されている。これらの文献に開示された力覚提示装置は、操作部においてセンサにより検出される指先の位置情報と、予め設定された仮想物体の位置情報、仮想物体の形状情報などに基づいて、映像に映し出される仮想物体の力覚を電動モータ等により操作者の指先に提示する。 This type of technique is disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2. The force sense presenting device disclosed in these documents is projected on an image based on the position information of the fingertip detected by the sensor in the operation unit, the position information of the virtual object set in advance, the shape information of the virtual object, and the like. The force sensor of the virtual object is presented to the fingertips of the operator by an electric motor or the like.

特開２００８−２１７２６０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-217260 特許第５３４２３５４号公報Japanese Patent No. 5342354

特許文献１、２に開示された力覚提示装置においては、電動モータにより力覚が提示されるが、電動モータを利用して力覚を提示する場合、モータの制御が複雑になるという問題がある。モータの制御が複雑になる理由はいくつかあるが、例えば、電動モータの回転速度が０ｒｐｍの状態で緻密な力覚を提示しなければならないことが挙げられる。つまり、電動モータは、回転速度を０ｒｐｍの状態で力を出すときに、ハンチングを起こし易くなるため、ハンチングの発生を防止するために複雑な制御が必要となる。また、電動モータは慣性が大きいため、リヤリティに優れた力覚を提示するためには、慣性を打ち消すための制御も必要となり、更に制御が複雑となる。 In the force sense presenting device disclosed in Patent Documents 1 and 2, the force sense is presented by the electric motor, but when the force sense is presented by using the electric motor, there is a problem that the control of the motor becomes complicated. be. There are several reasons why the control of the motor becomes complicated. For example, it is necessary to present a precise force sense when the rotation speed of the electric motor is 0 rpm. That is, since the electric motor tends to cause hunting when a force is applied at a rotation speed of 0 rpm, complicated control is required to prevent the occurrence of hunting. Further, since the electric motor has a large inertia, in order to present a force sense having excellent rearality, control for canceling the inertia is also required, and the control becomes more complicated.

特に、仮想物体の映像と操作部とリンクさせて仮想物体の力覚を操作部において提示する場合は、映像の動きと操作部において提示される力覚とを高い精度でリンクさせることが求められるため、電動モータを用いて力覚を提示する場合は、電動モータの制御を複雑にせざるを得ない。 In particular, when the image of a virtual object is linked to the operation unit to present the force sense of the virtual object in the operation unit, it is required to link the movement of the image and the force sense presented in the operation unit with high accuracy. Therefore, when the force sense is presented by using the electric motor, the control of the electric motor has to be complicated.

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、映像に映し出された物体の力覚を操作者に提示する力覚提示装置に関し、複雑な制御を必要とすることなく、映像の動きと操作部において提示される力覚とを高い精度でリンクさせることが可能な力覚提示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such a problem, and the movement of an image does not require complicated control with respect to a force sense presenting device that presents the force sense of an object projected on an image to an operator. It is an object of the present invention to provide a force sense presenting device capable of linking the force sense presented in the operation unit with the force sense presented in the operation unit with high accuracy.

本発明に係る力覚提示装置は、操作者の操作によって変位する変位部を有する操作部と、前記変位部の変位量を検出するための変位量検出部と、前記変位部の変位動作に連動して回転する回転部を有し、供給される電流の大きさに応じた強さの磁場を内部に封入された磁気粘性流体に付与して、当該電流の大きさに応じた回転抵抗を前記回転部に付与するように構成された回転抵抗発生部と、予め設定された変位量と電流値の対応情報と、前記変位量検出部が検出する変位量とに基づいて定まる値の電流を前記回転抵抗発生部に供給する制御装置と、前記変位量検出部が検出する変位量に応じて変形する仮想物体を仮想空間に表示する表示装置と、を備えることを特徴としている。 The force sense presenting device according to the present invention is interlocked with an operation unit having a displacement portion displaced by an operator's operation, a displacement amount detection unit for detecting the displacement amount of the displacement portion, and a displacement operation of the displacement portion. It has a rotating part that rotates, and applies a magnetic field with a strength corresponding to the magnitude of the supplied current to the magnetically viscous fluid enclosed inside, and applies a rotational resistance according to the magnitude of the current. The current of a value determined based on the rotation resistance generating unit configured to be applied to the rotating unit, the correspondence information between the preset displacement amount and the current value, and the displacement amount detected by the displacement amount detecting unit is described. It is characterized by including a control device for supplying to a rotation resistance generating unit and a display device for displaying a virtual object deformed according to the displacement amount detected by the displacement amount detecting unit in a virtual space.

かかる構成を備える力覚提示装置によれば、力覚を提示するための回転抵抗発生部が、電動モータとは異なり、回転速度が０近傍であっても安定した反力（力覚）を提示でき、慣性が小さいため、複雑な制御を必要とすることなく、映像の動きと操作部において提示される力覚とを高い精度でリンクさせることが可能となる。 According to the force sense presenting device having such a configuration, the rotation resistance generating part for presenting the force sense presents a stable reaction force (force sense) even when the rotation speed is near 0, unlike the electric motor. Since it can be made and the inertia is small, it is possible to link the movement of the image and the force sense presented by the operation unit with high accuracy without requiring complicated control.

好ましくは、上記構成を備える力覚提示装置において、前記操作部は、前記変位部を複数有しており、前記変位量検出部は、各変位部毎に設けられており、前記回転抵抗発生部は、各変位部毎に設けられており、前記制御装置は、予め設定された変位部毎の変位量と電流値の対応情報と、前記各変位量検出部が検出する変位量とに基づいて定まる値の電流を前記各回転抵抗発生部にそれぞれ供給するものであり、前記表示装置は、前記各変位量検出部が検出する変位量に応じて、前記各変位部に対応する部位を変形する仮想物体を仮想空間に表示するもの、とする。 Preferably, in the force sense presenting device having the above configuration, the operation unit has a plurality of displacement units, the displacement amount detection unit is provided for each displacement unit, and the rotation resistance generating unit is provided. Is provided for each displacement unit, and the control device is based on preset correspondence information between the displacement amount and the current value for each displacement unit and the displacement amount detected by each displacement amount detection unit. A fixed value of current is supplied to each of the rotational resistance generating portions, and the display device deforms a portion corresponding to each of the displacement portions according to the displacement amount detected by each of the displacement amount detecting portions. It is assumed that the virtual object is displayed in the virtual space.

好ましくは、前記表示装置は、前記各変位量検出部が検出する変位量に応じて、前記各変位部に対応する部位を変形する仮想手を前記仮想物体とともに前記仮想空間に表示するもの、とする。 Preferably, the display device displays a virtual hand that deforms a portion corresponding to each displacement portion in the virtual space together with the virtual object according to the displacement amount detected by each displacement amount detection unit. do.

本発明によれば、複雑な制御を必要とすることなく、映像の動きと操作部において提示される力覚とを高い精度でリンクさせることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to link the movement of an image with the force sense presented by the operation unit with high accuracy without requiring complicated control.

力覚提示装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the force sense presentation device. 力覚提示装置の操作部を示す図である。It is a figure which shows the operation part of the force sense presentation device. 変位部およびリンク機構を示す図である。It is a figure which shows the displacement part and the link mechanism. 回転抵抗発生部、変位量検出部等を示す図である。It is a figure which shows the rotation resistance generation part, displacement amount detection part and the like. 回転抵抗発生部の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the rotation resistance generation part. 仮想物体毎に設定されている変位量と電流値の対応情報の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the correspondence information of the displacement amount and the current value set for each virtual object. 力覚提示装置を使用している様子を示す図である。It is a figure which shows the state of using the force sense presentation device. 力覚提示装置の表示装置に表示される仮想物体（テニスボール）と仮想手の表示例を示す図である。It is a figure which shows the display example of a virtual object (tennis ball) and a virtual hand displayed on the display device of a force sense presentation device. 力覚提示装置の表示装置に表示される仮想物体（水風船）と仮想手の表示例を示す図である。It is a figure which shows the display example of a virtual object (water balloon) and a virtual hand displayed on the display device of the force sense presentation device.

以下、本発明の実施形態に係る力覚提示装置について図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る力覚提示装置は、図１に示すように、操作部１０、回転抵抗発生部２０、変位量検出部３０、制御装置４０、表示装置５０等で構成されている。この力覚提示装置では、操作者が操作部１０の変位部１３を操作することで、表示装置５０に表示された仮想物体を疑似的に掴むことができ、仮想物体を掴んだときの力覚（反力等の感触）を体感することができる。以下、各部について詳細に説明する。 Hereinafter, the force sense presenting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the force sense presenting device according to the present embodiment includes an operation unit 10, a rotation resistance generating unit 20, a displacement amount detecting unit 30, a control device 40, a display device 50, and the like. In this force sense presentation device, the operator can operate the displacement unit 13 of the operation unit 10 to pseudo-grasp the virtual object displayed on the display device 50, and the force sense when the virtual object is grasped. You can experience (feeling of reaction force, etc.). Hereinafter, each part will be described in detail.

操作部１０は、図２に示すように、ヘッド部１１、脚部１２、変位部１３等を備えている。 As shown in FIG. 2, the operation unit 10 includes a head unit 11, a leg unit 12, a displacement unit 13, and the like.

ヘッド部１１は、脚部１２上に設けられた略球状の筐体からなり、矩形の第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂを有している。第１開口１１ａは、操作者の手の人差指から小指に対応する位置に形成されており、第２開口１１ｂは、操作者の親指に対応する位置に１つ形成されている。 The head portion 11 is composed of a substantially spherical housing provided on the leg portion 12, and has a rectangular first opening 11a and a second opening 11b. The first opening 11a is formed at a position corresponding to the index finger to the little finger of the operator's hand, and one second opening 11b is formed at a position corresponding to the thumb of the operator.

変位部１３は、操作者の指の操作によって変位するものであり、操作者の全指に対応して５つ設けられている。操作者の人差指から小指に対応する４つの変位部１３は、ヘッド部１１の第１開口１１ａに配設されており、操作者の親指に対応する変位部１３は、ヘッド部１１の第２開口１１ｂに配設されている。本実施形態では、各変位部１３として、図３および図４に示すように、基部が支軸１４に回動自在に支持された湾曲板で構成されており、これがリンク機構１５を介して、回転抵抗発生部２０の回転軸２１に連結されている。各変位部１３は、所定範囲内（例えば３０度以内）で回動できるようになっている。なお、本実施形態では、変位部１３には、リターンスプリング等は設けられておらず、押し込まれた後は、操作者の指先により元の位置に復帰される。そのため、使用に当たっては、例えば図７に示すように、操作者の各指先と変位部１３とが面ファスナー付結束具７３等により結束される。 The displacement portions 13 are displaced by the operation of the operator's fingers, and five displacement portions 13 are provided corresponding to all the fingers of the operator. The four displacement portions 13 corresponding to the index finger to the little finger of the operator are arranged in the first opening 11a of the head portion 11, and the displacement portion 13 corresponding to the thumb of the operator is the second opening of the head portion 11. It is arranged in 11b. In the present embodiment, as each displacement portion 13, as shown in FIGS. 3 and 4, a base portion is rotatably supported by a support shaft 14, and this is formed by a curved plate via a link mechanism 15. It is connected to the rotation shaft 21 of the rotation resistance generating unit 20. Each displacement portion 13 can rotate within a predetermined range (for example, within 30 degrees). In the present embodiment, the displacement portion 13 is not provided with a return spring or the like, and after being pushed in, the displacement portion 13 is returned to the original position by the fingertip of the operator. Therefore, in use, for example, as shown in FIG. 7, each fingertip of the operator and the displacement portion 13 are bound by a binding tool 73 with a hook-and-loop fastener or the like.

リンク機構１５は、変位部１３と回転軸２１とを連動させるために設けられており、第１リンク部材１７および第２リンク部材１８により構成されている。第１リンク部材１７は、一端部が変位部１３の裏面にピン接合され、他端部が第２リンク部材１８の先端部にピン接合されている。第２リンク部材１８は、基端部が回転抵抗発生部２０の回転軸２１に回転一体に連結されている。回転軸２１の先端部は、変位量検出部３０に接続されており、変位部１３が操作者の操作によって変位すると、回転軸１６が連動して回動し、回転軸１６の変位量（回動量）が変位量検出部３０により検出される。 The link mechanism 15 is provided for interlocking the displacement portion 13 and the rotating shaft 21, and is composed of the first link member 17 and the second link member 18. One end of the first link member 17 is pin-bonded to the back surface of the displacement portion 13, and the other end is pin-bonded to the tip end of the second link member 18. The base end portion of the second link member 18 is rotationally and integrally connected to the rotating shaft 21 of the rotational resistance generating portion 20. The tip of the rotating shaft 21 is connected to the displacement amount detecting unit 30, and when the displacement unit 13 is displaced by the operation of the operator, the rotating shaft 16 rotates in conjunction with the displacement amount (rotation) of the rotating shaft 16. Momentum) is detected by the displacement amount detection unit 30.

変位量検出部３０は、変位部１３の基準位置からの変位量（回動量）を示す信号を制御部４１に送出する。制御部４１は変位量検出部３０から入力される信号に基づいて変位部１３の基準位置からの変位量（回動量）を検出し、検出した変位量（回動量）を表示装置５０に提供する。なお、本実施形態では、変位部１３が最も外側にあるときの位置（図３において実線で示す変位部１３がある位置）を基準位置とする。 The displacement amount detecting unit 30 sends a signal indicating the displacement amount (rotation amount) of the displacement unit 13 from the reference position to the control unit 41. The control unit 41 detects the displacement amount (rotation amount) of the displacement unit 13 from the reference position based on the signal input from the displacement amount detection unit 30, and provides the detected displacement amount (rotation amount) to the display device 50. .. In the present embodiment, the position when the displacement portion 13 is on the outermost side (the position where the displacement portion 13 shown by the solid line in FIG. 3 is located) is set as the reference position.

次に、回転抵抗発生部２０の具体的な構成例を図５に基づいて説明する。同図に示す回転抵抗発生部２０は、回転軸２１、円板２２、ヨーク２４，２５、コイル２７、磁気粘性流体２８、ケーシング２６等で構成されている。 Next, a specific configuration example of the rotation resistance generating unit 20 will be described with reference to FIG. The rotation resistance generating portion 20 shown in the figure is composed of a rotating shaft 21, a disk 22, yokes 24 and 25, a coil 27, a ferrofluid 28, a casing 26, and the like.

回転軸２１は、その端部が円板２２の裏面２２ｂの中心部に垂直に接続されている。回転軸２１はベアリング２９を介してヨーク２５に設けられた軸穴６０に回転自在に支持されている。なお、回転軸２１には非磁性体が用いられることが望ましい。 The end of the rotating shaft 21 is vertically connected to the center of the back surface 22b of the disk 22. The rotating shaft 21 is rotatably supported by a shaft hole 60 provided in the yoke 25 via a bearing 29. It is desirable that a non-magnetic material is used for the rotating shaft 21.

円板２２は、磁性体からなり、回転軸２１と一体に軸線回りに回転可能となっている。これに対し、ケーシング２６、ヨーク２４，２５等はヘッド部１１内の所定の位置に固定され回転しないようになっている。 The disk 22 is made of a magnetic material and can rotate around the axis integrally with the rotating shaft 21. On the other hand, the casing 26, the yokes 24, 25, etc. are fixed at predetermined positions in the head portion 11 so as not to rotate.

ヨークは、第１ヨーク２４および第２ヨーク２５で構成されており、第１ヨーク２４は、円板２２の表面２２ａに対して微小隙間を介して対向する対向面２４ａを有する円板状のもので構成されている。この第１ヨーク２４は、円筒状のケーシング２６に嵌め込まれて固定されている。 The yoke is composed of a first yoke 24 and a second yoke 25, and the first yoke 24 is a disk-shaped object having a facing surface 24a facing the surface 22a of the disk 22 via a minute gap. It is composed of. The first yoke 24 is fitted and fixed in a cylindrical casing 26.

第２ヨーク２５は、円板２２の裏面２２ｂに対して微小隙間を介して対向する対向面２５ａを有する。この第２ヨーク２５は、回転軸２１を通すための軸穴６０を有し、コイル２７を配設するための環状の溝２５ｂも有している。この第２ヨーク２５は、円筒状のケーシング２６の内側に嵌め込まれて固定されている。 The second yoke 25 has an opposing surface 25a that faces the back surface 22b of the disk 22 via a minute gap. The second yoke 25 has a shaft hole 60 for passing the rotating shaft 21, and also has an annular groove 25b for arranging the coil 27. The second yoke 25 is fitted and fixed to the inside of the cylindrical casing 26.

符号６１は、非磁性体からなる球体であり、第１ヨーク２４の中心部に形成された凹部と、円板２２の中心に形成された貫通穴と、回転軸２１の端面の中心に形成された凹部とで形成されるスペースに収容されている。この球体６１は、第１ヨーク２４と円板２２との隙間の設定を容易にするためのものであり、球体６１の直径によって、当該隙間が定まる。 Reference numeral 61 is a sphere made of a non-magnetic material, which is formed in a recess formed in the center of the first yoke 24, a through hole formed in the center of the disk 22, and a center of the end face of the rotating shaft 21. It is housed in a space formed by a recess. The sphere 61 is for facilitating the setting of a gap between the first yoke 24 and the disk 22, and the gap is determined by the diameter of the sphere 61.

コイル２７は、第２ヨーク２５に形成された溝２５ｂに沿って配設されている。このコイル２７には、制御装置４０が備える５つの電流供給部４２の何れかより任意値の電流が供給されるようになっている。 The coil 27 is arranged along the groove 25b formed in the second yoke 25. An arbitrary value of current is supplied to the coil 27 from any of the five current supply units 42 included in the control device 40.

磁気粘性流体２８は、円板２２と、第１ヨーク２４および第２ヨーク２５との隙間に封入されている。この磁気粘性流体２８は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の
添加剤を添加することも可能である。 The ferrofluid 28 is sealed in the gap between the disk 22 and the first yoke 24 and the second yoke 25. The magnetic viscous fluid 28 is a liquid in which magnetic particles are dispersed in a dispersion medium, and in particular, a liquid in which the magnetic particles are composed of nano-sized metal particles (metal nanoparticles) can be used. The magnetic particles are made of a magnetizable metal material, and the metal material is not particularly limited, but a soft magnetic material is preferable. Examples of the soft magnetic material include alloys such as iron, cobalt, nickel and permalloy. The dispersion medium is not particularly limited, but hydrophobic silicone oil can be mentioned as an example. The blending amount of the magnetic particles in the magnetic viscous fluid may be, for example, 3 to 40 vol%. It is also possible to add various additives to the ferrofluid in order to obtain various desired properties.

上記構成を備える回転抵抗発生部２０において、コイル２７に電流が印加されると、矢印Ｐに示す方向に沿って円板２２、第１ヨーク２４、第２ヨーク２５内に磁路が形成される。この磁路は、円板２２の表面２２ａと第１ヨーク２４の対向面２４ａとの隙間や、円板２２の裏面２２ｂと第２ヨーク２５の対向面２５ａとの隙間に介在する磁気粘性流体２８を貫通する。これにより、磁気粘性流体２８には、磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現し、円板２２とヨーク２４，２５との間での伝達トルクが磁場の強さに応じて大きくなり、その結果、回転軸２１の回転抵抗もコイル２７に印加される電流値に応じて大きくなる。 When a current is applied to the coil 27 in the rotation resistance generating unit 20 having the above configuration, a magnetic path is formed in the disk 22, the first yoke 24, and the second yoke 25 along the direction indicated by the arrow P. .. This magnetic path is a magnetic viscous fluid 28 interposed in the gap between the front surface 22a of the disk 22 and the facing surface 24a of the first yoke 24 and the gap between the back surface 22b of the disk 22 and the facing surface 25a of the second yoke 25. Penetrate. As a result, the magnetic viscous fluid 28 develops a viscosity (slip stress) according to the strength of the magnetic field, and the transmission torque between the disk 22 and the yokes 24 and 25 increases according to the strength of the magnetic field. As a result, the rotational resistance of the rotating shaft 21 also increases according to the current value applied to the coil 27.

次に、制御装置４０および表示装置５０について説明する。図１に示すように、制御装置４０は、マイクロコンピュータ等により構成される制御部４１と、電源回路等で構成される５つの電流供給部４２とを備えている。制御部４１は、仮想物体の種類毎に、変位部１３の変位量と回転抵抗発生部２０に供給すべき電流値との対応情報を記憶しており、変位量検出部３０を介して検出される変位量に対応付けられた値の電流を電流供給部４２を介して各回転抵抗発生部２０のコイル２７に供給する。 Next, the control device 40 and the display device 50 will be described. As shown in FIG. 1, the control device 40 includes a control unit 41 composed of a microcomputer or the like, and five current supply units 42 composed of a power supply circuit or the like. The control unit 41 stores the correspondence information between the displacement amount of the displacement unit 13 and the current value to be supplied to the rotational resistance generation unit 20 for each type of virtual object, and is detected via the displacement amount detection unit 30. A current having a value associated with the displacement amount is supplied to the coil 27 of each rotation resistance generating unit 20 via the current supply unit 42.

本実施形態では、制御部４１は、変位量と電流値との対応情報として、「テニスボール」の力覚情報４３ａ、「水風船」の力覚情報４３ｂ、「電気ボール」の力覚情報４３ｃを記憶している。「テニスボール」の力覚情報４３ａとして、例えば図６（ａ）に示すように、変位量［θ］の増加に伴って電流値［Ａ］も増加するような対応関係が各変位部１３毎に記憶されている。また、「水風船」の力覚情報４３ｂとして、例えば図６（ｂ）に示すように、変位量［θ］の増加に伴ってある値θ１まで電流値［Ａ］も増加し、変位量がθ１以上で電流値［Ａ］がゼロとなるような対応関係が各変位部１３毎に記憶されている。また、「電気ボール」の力覚情報４３ｃとして、例えば図６（ｃ）に示すように、変位量［θ］の増加に伴ってある値θ２まで電流値［Ａ］も増加し、変位量がθ２以上で電流値［Ａ］が変位量［θ］の増加に伴ってＯＮ・ＯＦＦの矩形波を形成するような対応関係が各変位部１３毎に記憶されている。 In the present embodiment, the control unit 41 uses the force sensation information 43a of the "tennis ball", the force sensation information 43b of the "water balloon", and the force sensation information 43c of the "electric ball" as the correspondence information between the displacement amount and the current value. I remember. As the force sense information 43a of the "tennis ball", for example, as shown in FIG. 6A, there is a correspondence relationship in which the current value [A] increases as the displacement amount [θ] increases for each displacement portion 13. It is remembered in. Further, as the force sensory information 43b of the "water balloon", for example, as shown in FIG. 6B, the current value [A] also increases to a certain value θ1 as the displacement amount [θ] increases, and the displacement amount increases. A correspondence relationship such that the current value [A] becomes zero at θ1 or more is stored for each displacement portion 13. Further, as the force sensory information 43c of the "electric ball", for example, as shown in FIG. 6C, the current value [A] also increases to a certain value θ2 as the displacement amount [θ] increases, and the displacement amount increases. A correspondence relationship is stored for each displacement portion 13 such that the current value [A] forms an ON / OFF square wave as the displacement amount [θ] increases at θ2 or more.

なお、本実施形態では、変位部１３の変位量が減少すると、制御部４１は、これを検知して、上記対応関係にかかわらず、回転抵抗発生部２０への電流供給を停止する。これにより、操作者が手を開く際に変位部１３が元の位置に容易に復帰できるようになっている。 In the present embodiment, when the displacement amount of the displacement unit 13 decreases, the control unit 41 detects this and stops the current supply to the rotation resistance generation unit 20 regardless of the above-mentioned correspondence. As a result, the displacement portion 13 can be easily returned to the original position when the operator opens his / her hand.

表示装置５０は、変位量検出部３０により検出される変位部１３の変位量に応じて変形する仮想物体７１および仮想手７２を画面５１上に表示する（図７参照）。本実施形態では、表示装置５０は、所定のＣＧ画像アプリケーションプログラムがインストールされたノートＰＣによって構築されている。 The display device 50 displays the virtual object 71 and the virtual hand 72 that are deformed according to the displacement amount of the displacement unit 13 detected by the displacement amount detection unit 30 on the screen 51 (see FIG. 7). In the present embodiment, the display device 50 is constructed by a notebook PC on which a predetermined CG image application program is installed.

表示装置５０は、制御装置４０と接続されており、表示装置５０においてユーザに選択された仮想物体の種別情報、ＣＧ画像アプリケーションプログラムの開始／終了を示す情報等を送信する。一方、表示装置５０は、制御装置４０の制御部４１から、各変位部１３の変位量に関する情報を取得し、各変位部１３の変位量に応じてあらかじめ設定された仮想物体７１および仮想手７２のＣＧ画像を画面５１の仮想空間上に表示する。 The display device 50 is connected to the control device 40, and transmits information on the type of the virtual object selected by the user on the display device 50, information indicating the start / end of the CG image application program, and the like. On the other hand, the display device 50 acquires information on the displacement amount of each displacement unit 13 from the control unit 41 of the control device 40, and sets a virtual object 71 and a virtual hand 72 in advance according to the displacement amount of each displacement unit 13. The CG image of is displayed on the virtual space of the screen 51.

表示装置５０において、ＣＧ画像アプリケーションプログラムが起動され、操作者が所定操作を行うことにより、仮想物体の種類が選択されると、図７に示すように、表示装置５０の画面５１に仮想物体７１および仮想手７２が表示される。また、選択された仮想物体の種別情報が制御部４１に送信され、制御部４１は、選択された仮想物体に関する変位量と電流値との対応情報を自身が記憶している多数の対応情報の中から選出する。 When the CG image application program is started on the display device 50 and the type of the virtual object is selected by the operator performing a predetermined operation, the virtual object 71 is displayed on the screen 51 of the display device 50 as shown in FIG. And the virtual hand 72 are displayed. Further, the type information of the selected virtual object is transmitted to the control unit 41, and the control unit 41 stores a large amount of correspondence information in which the correspondence information between the displacement amount and the current value of the selected virtual object is stored. Select from among.

次に、図７に示すように、操作者が操作部１０上に手７５を置いて指先の掴み動作により各変位部１３を変位させると、各変位部１３の動作は、リンク機構１５を介して回転抵抗発生部２０の回転軸２１に伝達される。このとき、変位量検出部３０により変位部１３の変位量（回動量）が検出され、上記対応情報において、検出された変位量に対応する値の電流が回転抵抗発生部２０に供給される。このため、操作者の手には、掴み量に応じた力覚が提示される。 Next, as shown in FIG. 7, when the operator places the hand 75 on the operation unit 10 and displaces each displacement unit 13 by the gripping operation of the fingertip, the operation of each displacement unit 13 is performed via the link mechanism 15. It is transmitted to the rotation shaft 21 of the rotation resistance generating unit 20. At this time, the displacement amount detection unit 30 detects the displacement amount (rotation amount) of the displacement unit 13, and in the above-mentioned correspondence information, a current having a value corresponding to the detected displacement amount is supplied to the rotation resistance generation unit 20. Therefore, the operator's hand is presented with a sense of force according to the amount of grip.

例えば仮想物体７１として「テニスボール」が選択されている場合には、図６（ａ）に示すように、変位量に応じて回転抵抗発生部２０に供給される電流値が大きくなるため、掴み量に応じて反力が大きくなる力覚が操作者の手に提示される。同時に、表示装置５０の画面５１には、「テニスボール」が手で掴まれた状態を模擬した映像が映し出される（図７参照）。例えば、操作者がヘッド部１１に手を載せるだけで、変位部１３を殆ど押し込んでいない状態では、図８（ａ）に示すように、「テニスボール」を手で軽く掴んでいる様子が表示装置５０の画面５１に映し出される。ここから、操作者が指先で変位部１３を押し込むにつれて、図８（ａ）に示す映像から図８（ｂ）に示す映像へと、「テニスボール」を手で掴んだ状態の映像が連続的に変化する。 For example, when "tennis ball" is selected as the virtual object 71, as shown in FIG. 6A, the current value supplied to the rotation resistance generating unit 20 increases according to the amount of displacement, so that the ball can be gripped. A sense of force that increases the reaction force according to the amount is presented to the operator's hand. At the same time, an image simulating a state in which the "tennis ball" is held by hand is projected on the screen 51 of the display device 50 (see FIG. 7). For example, in a state where the operator merely puts his / her hand on the head portion 11 and hardly pushes the displacement portion 13 into the head portion 11, as shown in FIG. 8A, a state in which the “tennis ball” is lightly grasped by the hand is displayed. It is projected on the screen 51 of the device 50. From here, as the operator pushes the displacement portion 13 with his or her fingertips, the images of the state in which the "tennis ball" is grasped by hand are continuously displayed from the image shown in FIG. 8 (a) to the image shown in FIG. 8 (b). Changes to.

また、例えば仮想物体７１として「水風船」が選択されている場合には、図６（ｂ）に示すように、変位量［θ］の増加に伴ってある値θ１まで電流値［Ａ］も増加し、変位量がθ１以上で電流値［Ａ］がゼロとなる。このため、ある程度のところまで、掴み量に応じて変位部１３からの反力が大きくなり、ある程度以上の掴み量になると、突然反力がゼロになる感触、つまり、水風船が破裂する際の力覚、が操作者の手に提示される。一方、表示装置５０の画面５１では、例えば、操作者がヘッド部１１に手を載せるだけで、変位部１３を殆ど押し込んでいない状態では、図９（ａ）に示すように、「水風船」を手で軽く掴んでいる様子が映し出され、この状態から、操作者が指先で変位部１３を押し込むにつれて、図９（ａ）に示す映像から図９（ｂ）に示す映像へと、「水風船」を手で掴んだ状態の映像が連続的に変化する。更に、変位量［θ］がθ１になると、図９（ｂ）に示す状態から突然図９（ｃ）に示す状態、つまり、水風船が破裂した状態へと変化し、このとき、変位部１３からの反力も突然ゼロとなる。その後は、「水風船」が変位部１３の変位量とは無関係に小さく萎んで手から落下する様子が映し出される。なお、本実施形態では、５つの変位部１３のうち、少なくとも１つの変位部１３の変位量［θ］がθ１以上になれば、他の変位部１３の変位量［θ］がθ１未満であっても、全ての回転抵抗発生部２０への電流供給が停止されるようになっている。 Further, for example, when "water balloon" is selected as the virtual object 71, as shown in FIG. 6B, the current value [A] also increases to a certain value θ1 as the displacement amount [θ] increases. It increases, and when the displacement amount is θ1 or more, the current value [A] becomes zero. Therefore, to a certain extent, the reaction force from the displacement portion 13 increases according to the gripping amount, and when the gripping amount exceeds a certain level, the reaction force suddenly becomes zero, that is, when the water balloon bursts. The force sense is presented to the operator's hand. On the other hand, on the screen 51 of the display device 50, for example, in a state where the operator merely puts his / her hand on the head portion 11 and hardly pushes in the displacement portion 13, as shown in FIG. 9A, the “water balloon” From this state, as the operator pushes the displacement portion 13 with his / her fingertip, the image shown in FIG. 9 (a) changes to the image shown in FIG. 9 (b). The image of the "balloon" being held by hand changes continuously. Further, when the displacement amount [θ] becomes θ1, the state shown in FIG. 9B suddenly changes to the state shown in FIG. 9C, that is, the state in which the water balloon bursts. At this time, the displacement portion 13 The reaction force from is also suddenly zero. After that, the appearance of the "water balloon" shrinking small and falling from the hand is projected regardless of the displacement amount of the displacement portion 13. In the present embodiment, if the displacement amount [θ] of at least one of the five displacement portions 13 is θ1 or more, the displacement amount [θ] of the other displacement portions 13 is less than θ1. However, the current supply to all the rotational resistance generating units 20 is stopped.

また、例えば仮想物体７１として「電気ボール」が選択されている場合には、図６（ｃ）に示すように、変位量［θ］の増加に伴ってある値θ２まで電流値［Ａ］も増加し、変位量がθ２以上で、変位量［θ］の増加に伴って電流値［Ａ］がＯＮ・ＯＦＦの矩形波を形成する。このため、ある程度のところまで、掴み量に応じて変位部１３からの反力が大きくなり、ある程度以上の掴み量になると、突然パルス波振動からなる力覚が操作者の手に提示される。「電気ボール」の映像例は特に図示しないが、仮想物体であるため、様々なシチュエーションの設定が可能である。例えば、掴み量（変位部１３の変位量）に比例して明るく光を放つような映像にすることや、パルス波振動が提示されているときに、パルスは振動が提示されていないときよりも、明るく光を放つような映像にすることなどが考えられる。 Further, for example, when the "electric ball" is selected as the virtual object 71, as shown in FIG. 6C, the current value [A] also increases to a certain value θ2 as the displacement amount [θ] increases. It increases, the displacement amount is θ2 or more, and the current value [A] forms a square wave of ON / OFF as the displacement amount [θ] increases. Therefore, to a certain extent, the reaction force from the displacement portion 13 increases according to the gripping amount, and when the gripping amount exceeds a certain level, a force sense consisting of pulse wave vibration is suddenly presented to the operator's hand. An example of an image of an "electric ball" is not shown in particular, but since it is a virtual object, various situations can be set. For example, to make an image that emits bright light in proportion to the amount of grip (displacement amount of the displacement portion 13), or when pulse wave vibration is presented, the pulse is more than when vibration is not presented. , It is conceivable to make the image bright and emit light.

以上に説明した本発明の実施の形態に係る力覚提示装置によれば、力覚を提示するための回転抵抗発生部２０が、電動モータとは異なり、回転速度が０近傍であっても安定した反力（力覚）を提示でき、電動モータと比較して慣性が小さいため、複雑な制御を必要とすることなく、映像の動きと操作部において提示される力覚とを高い精度でリンクさせることが可能となる。 According to the force sense presenting device according to the embodiment of the present invention described above, the rotation resistance generating unit 20 for presenting the force sense is stable even when the rotation speed is near 0, unlike the electric motor. Since the reaction force (force sense) can be presented and the inertia is smaller than that of an electric motor, the movement of the image and the force sense presented in the operation unit are linked with high accuracy without requiring complicated control. It becomes possible to make it.

＜他の実施形態＞
既述の実施形態において、変位部１３をリターンスプリング等で復帰位置へ付勢することにより、操作者が操作部１０から手を離したときに、押し込まれていた変位部１３が自動的に元の位置に復帰するようにしてもよい。 <Other Embodiments>
In the above-described embodiment, the displacement portion 13 is urged to the return position by a return spring or the like, so that when the operator releases the operation unit 10, the displaced displacement portion 13 that has been pushed in is automatically restored. It may be returned to the position of.

本発明は、例えば、映像に映し出された仮想物体の力覚を操作者に提示する力覚提示装置に適用可能である。 The present invention is applicable to, for example, a force sense presenting device that presents the force sense of a virtual object projected on an image to an operator.

１０操作部
１３変位部
２０回転抵抗発生部
２１回転軸（回転部）
２８磁気粘性流体
３０変位量検出部
４０制御装置
４１制御部
４２電流供給部
５０表示装置
７１仮想物体
７２仮想手
10 Operation part 13 Displacement part 20 Rotational resistance generating part 21 Rotating shaft (rotating part)
28 Ferrofluid 30 Displacement amount detection unit 40 Control device 41 Control unit 42 Current supply unit 50 Display device 71 Virtual object 72 Virtual hand

Claims

An operation unit having a displacement unit that is displaced by the operation of the operator,
A displacement amount detecting unit for detecting the displacement amount of the displacement unit, and
It has a rotating part that rotates in conjunction with the displacement operation of the displacement part, and applies a magnetic field of strength corresponding to the magnitude of the supplied current to the magnetically viscous fluid enclosed inside, so that the magnitude of the current is large. A rotation resistance generating part configured to impart a rotational resistance corresponding to the displacement to the rotating part, and a rotation resistance generating part.
A control device that supplies a current of a value determined based on a preset correspondence information of a displacement amount and a current value and a displacement amount detected by the displacement amount detection unit to the rotation resistance generating unit.
A display device that displays a virtual object that deforms according to the displacement amount detected by the displacement amount detection unit in the virtual space.
A force sense presentation device characterized by being provided with.

In the force sense presenting device according to claim 1,
The operation unit has a plurality of the displacement units.
The displacement amount detecting unit is provided for each displacement unit.
The rotation resistance generating portion is provided for each displacement portion.
The control device delivers a current having a value determined based on preset correspondence information between the displacement amount and the current value for each displacement unit and the displacement amount detected by each displacement amount detection unit to the rotation resistance generating unit. Each is supplied,
The display device displays in a virtual space a virtual object that deforms a portion corresponding to each displacement portion according to the displacement amount detected by each displacement amount detection unit.
A force sense presentation device characterized by this.

In the force sense presenting device according to claim 1 or 2.
The display device displays a virtual hand that deforms a portion corresponding to each displacement portion in the virtual space together with the virtual object according to the displacement amount detected by each displacement amount detection unit.
A force sense presentation device characterized by this.