JPH05232859A - Artificial reality providing device - Google Patents

Artificial reality providing device

Info

Publication number
JPH05232859A
JPH05232859A JP4030745A JP3074592A JPH05232859A JP H05232859 A JPH05232859 A JP H05232859A JP 4030745 A JP4030745 A JP 4030745A JP 3074592 A JP3074592 A JP 3074592A JP H05232859 A JPH05232859 A JP H05232859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
finger
fluid
amount
bending
compartment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4030745A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3266296B2 (en
Inventor
Yasuhiro Uno
泰宏 宇野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP03074592A priority Critical patent/JP3266296B2/en
Publication of JPH05232859A publication Critical patent/JPH05232859A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3266296B2 publication Critical patent/JP3266296B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the artificial reality providing device in simple constitution which enables forth feedback corresponding to the motion of a human hand, a finger, and a body. CONSTITUTION:A touch sense part 1 in double-cylinder structure is provided covering a finger and the space between an outside skin 2 and an inside skin 3 is divided into plural sections 5 by plural partition walls. One of a liquid injection pipe 7 is coupled with each of the sections 5. Further, the touch sense part 1 is provided with a curvature quantity detection sensor along the internal surface of the cylinder body and liquid is injected into the specific section from the liquid injection pipe 7 according to a curvature quantity of finger detected by this sensor. The injection of the liquid makes the sense part 1 unflexible to limit the bending of the finger, and the operator feel a touch in the finger.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、人工現実感を実現させ
るための装置に関し、人間の手や指などにフォースフィ
ードバックを与えて、実際にはそこに物体が存在しない
のに、あたかもそこに物体が存在するかのように知覚さ
せるための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for realizing artificial reality, and provides force feedback to a human hand or finger so that an object does not actually exist therein. The present invention relates to a device for perceiving an object as if it were present.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、実際には体験することが難しい行
為を、計算機により計算された仮想の世界の中で実現
し、人間があたかもその仮想の世界の中で行動している
かのような環境を与える人工現実感の研究が盛んになっ
てきた(たとえば、米国特許第4,988,981号明
細書参照)。従来、人工現実感を実現する装置として
は、人間の視覚に訴えるコンピューターグラフィックス
の分野が研究されてきたが、その応用分野が広がると人
間の視覚だけではなく、触覚に訴える装置が必要となっ
てきた。たとえば、実際には存在しない仮想のボール
を、現実の人間の手を動かしてボールを掴むという行為
を人工的に作りあげるということについて考えてみる。
この場合には、現実の手を動かしたときの指の曲がり量
を検知する手段が必要となる。
2. Description of the Related Art Recently, an environment in which an action that is difficult to actually experience is realized in a virtual world calculated by a computer, and humans are acting in the virtual world. The research on artificial reality that gives rise to sensation has become popular (see, for example, US Pat. No. 4,988,981). Conventionally, the field of computer graphics that appeals to human vision has been researched as a device that realizes artificial reality, but when the application field expands, a device that appeals to not only human vision but also tactile sense is needed. Came. Consider, for example, artificially creating a virtual ball that does not actually exist by moving a real human hand to grab the ball.
In this case, a means for detecting the amount of bending of the finger when the actual hand is moved is required.

【0003】このような実際の指の曲がり量を検知する
手段としては、たとえば、米国特許第4,937,44
4号明細書に記載されているように、グローブの指の部
分に沿って曲がり量検知センサーを配置したものが知ら
れている。このような曲がり量検知センサーや他の位置
センサー等を備えたデータ入力用のグローブは、データ
グローブと呼ばれる。このデータグローブからの各種信
号に基づいて、ディスプレイ上には仮想の手が表示され
る。
As a means for detecting the actual bending amount of the finger, for example, US Pat. No. 4,937,44 is used.
As described in Japanese Patent No. 4 (Japanese Patent No. 4), it is known that a bending amount detection sensor is arranged along the finger portion of the glove. A glove for data input equipped with such a bending amount detection sensor and other position sensors is called a data glove. A virtual hand is displayed on the display based on various signals from the data glove.

【0004】このデータグローブを手にはめて現実の手
を動かすと、手の指に沿って設けられた曲がり量検知セ
ンサーにより指の曲がり量が検知され、この指の曲がり
量に基づいてディスプレー上に現れた仮想の手が動く。
そして、ディスプレイ上に存在している仮想のボール
を、現実の手の動きに合わせて動く仮想の手が掴むとい
う画像を表示させることができる。
When the data glove is put on the hand and the real hand is moved, the bending amount detection sensor provided along the finger of the hand detects the bending amount of the finger, and the display amount is displayed based on the bending amount of the finger. The virtual hand that appeared in moves.
Then, it is possible to display an image in which the virtual ball existing on the display is grasped by the virtual hand moving in accordance with the movement of the real hand.

【0005】しかしこの場合、ボールが指に触れてそれ
以上指が曲げられない状態であることを、ディスプレイ
上で視覚においてしか確認することができず、現実の手
にボールの存在を力としてフィードバックすることはで
きない。すなわち、触覚として確認することができな
い。
In this case, however, it can only be confirmed visually on the display that the ball touches the finger and the finger cannot be bent further, and the presence of the ball is fed back to the actual hand as a force. You cannot do it. That is, it cannot be confirmed as a tactile sensation.

【0006】そこで、人工現実環境において、手の指の
動きに応じた力を指にフィードバックすること、すなわ
ち、フォースフィードバックにより触覚を実現すること
が提案されている(たとえば、岩田:「フォースディス
プレイ」、計測と制御、Vol.30,No.6(19
91年6月),p.472〜477参照)。
Therefore, in an artificial reality environment, it has been proposed to feed back a force corresponding to the movement of the finger of the hand to the finger, that is, to realize a tactile sensation by force feedback (for example, Iwata: "Force Display"). , Measurement and Control, Vol. 30, No. 6 (19
June 1991), p. 472-477).

【0007】このフォースフィードバックを実現するた
めの手段としては、上記文献「フォースディスプレイ」
にも記載されているように、(1)マスターアームを使
用したもの、(2)ジョイスティックを使用したもの、
(3)糸を使用したもの等の種々の形式のものがある。
As a means for realizing the force feedback, the above-mentioned document "Force Display" is used.
As described in (1) using a master arm, (2) using a joystick,
(3) There are various types such as those using yarn.

【0008】(1)のマスターアームは、遠隔操作に使
用されるマスターマニュピレータにモータ等の駆動源を
組み込んで操作反力を得るようにしたものである。ま
た、(2)はポインティングデバイスとして使用される
ジョイスティックに対してモータ等により反力を与える
ことによりフォースフィードバックを実現したものであ
る。更に、(3)は、たとえば、佐藤ほか:「仮想作業
空間のためのインタフェース・デバイス −SPIDA
R−」、電子情報通信学会技術研究報告、PRU、89
−88,51/58,(1989)に開示されているよ
うに、糸によりフォースフィードバックを発生させる形
式である。この形式においては、現実の手の指先から指
の動きを制限するための糸を出しておき、その先をリー
ルで巻いておく。指が仮想のボールに触れるまでは糸は
自由に繰り出されるが、指が仮想のボールに接触したと
思われる地点でリールの回転を止めて、指の動きを制限
することにより、あたかもボールがそこに存在するよう
な感覚を与えるものである。
In the master arm of (1), a driving source such as a motor is incorporated in a master manipulator used for remote operation to obtain an operation reaction force. Further, (2) realizes force feedback by applying a reaction force to the joystick used as a pointing device with a motor or the like. Further, (3) is, for example, Sato et al .: “Interface device for virtual workspace-SPIDA
R- ", IEICE Technical Report, PRU, 89
As disclosed in -88, 51/58, (1989), the force feedback is generated by the yarn. In this form, a thread for limiting the movement of the finger is put out from the fingertip of the actual hand, and the tip is wound with a reel. The thread is reeled out freely until the finger touches the virtual ball, but by stopping the reel rotation at the point where the finger seems to have contacted the virtual ball and limiting the movement of the finger, it is as if the ball were there. It gives a sense of being present in.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1)
のマスターアームは装置が大掛かりになるとともに、手
の指の各関節にそれぞれに異なったフォースフィードバ
ックを与えることは困難であった。また、(2)のジョ
イスティックを使用した装置においては、反力の方向が
制限されてしまい、たとえば、指で物体を掴んだときの
ような反力を得ることができない。また、(3)の糸を
使用した装置では、指の動きは常に糸の支点からの方向
の力のみに制限され、現実に起こりうる様々な向きを向
いている物体に触れた時のフォースフィードバックを与
えることは難しい。
[Problems to be Solved by the Invention] However, (1)
It was difficult to give different force feedback to each joint of the fingers of the hand as the master arm of the device became bulky. Moreover, in the device using the joystick of (2), the direction of the reaction force is limited, and for example, the reaction force as when an object is gripped with a finger cannot be obtained. Further, in the device using the thread of (3), the movement of the finger is always limited only to the force in the direction from the fulcrum of the thread, and the force feedback when touching an object facing various directions that can actually occur. Is difficult to give.

【0010】そこで本発明は、簡単な構造でしかも人の
手の指や体の関節の動きに対応したフォースフィードバ
ックを与えることができる人工現実感実現装置を提供す
ることを目的とする。
It is therefore an object of the present invention to provide an artificial reality realizing device having a simple structure and capable of giving force feedback corresponding to the movement of a finger of a human hand or a joint of a body.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の人工現実感実現
装置は、前記目的を達成するため、姿勢が変化する部位
に沿って配置されるべき可撓性の容器と、該容器内に流
体を注入する流体注入手段と、前記容器に沿って配置さ
れ前記容器の曲がり量を検出する曲がり量検出手段と、
該曲がり量検出手段により検出された曲がり量に基づい
て前記流体注入手段から前記容器内に注入される流体の
量を制御する流体量制御手段とを備えていることを特徴
とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the artificial reality realization device of the present invention has a flexible container to be arranged along a part whose posture changes, and a fluid inside the container. Fluid injection means for injecting, and a bend amount detection means arranged along the container for detecting the bend amount of the container,
And a fluid amount control means for controlling the amount of fluid injected from the fluid injection means into the container based on the amount of bend detected by the bend amount detection means.

【0012】[0012]

【作用】容器は、たとえば、指に沿って配置されてい
る。容器内に注入されている流体の量が少ない場合に
は、容器は容器自身が有しているしなやかさで変形可能
であるので、指を曲げても抵抗はない。容器の曲がり量
から指が仮想の対象物に触れたことが検出されると容器
内に流体が注入され膨張する。このため容器が変形しに
くくなり指には抗力が加わり、これがフィードバックフ
ォースとなる。
The container is arranged along the finger, for example. When the amount of the fluid injected into the container is small, the container can be deformed by the flexibility of the container itself, so that there is no resistance even if the finger is bent. When it is detected from the bending amount of the container that the finger touches the virtual object, the fluid is injected into the container and expanded. Therefore, the container is less likely to be deformed, and a drag force is applied to the finger, which becomes a feedback force.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The features of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

【0014】図1は、本発明による人工現実感実現装置
の触覚部を原理的に図示したものである。なお、ここで
は例として一本の指を覆う構成の装置について説明す
る。実際の装置はこれを組み合せて、手や腕などに拡張
して構成する。
FIG. 1 shows in principle the haptic part of the artificial reality realizing device according to the present invention. It should be noted that here, as an example, an apparatus having a configuration for covering one finger will be described. The actual device is constructed by combining these and expanding them to the hands and arms.

【0015】触覚部1は、全体として円筒の筒状体とな
っており、その内径は人の指Aの太さと略等しくなって
おり、図1(a)に示されるように、指Aを包むように
嵌められる。触覚部1は二重円筒構造となっており、外
皮2と内皮3との間の空間は複数の軸方向隔壁4により
軸方向に複数の区画5に分割され、更に、同図(b)に
示すように複数の円周方向隔壁6により円周方向にも複
数の区画に分割されている。各区画5には、シリコンオ
イル等の液体、不活性ガス等の気体等の適当な流体Bが
充填される。この区画5は流体Bを充填するための可撓
性の容器として機能する。各区画5には流体Bの出し入
れを行うための合成樹脂等からなる可撓性の流体注入パ
イプ7の一端が連結されている。触覚部1は後述するよ
うにフォースフィードバック機構として機能する。
The tactile portion 1 is a cylindrical tubular body as a whole, and its inner diameter is approximately equal to the thickness of a human finger A. As shown in FIG. It is fitted like a wrap. The tactile part 1 has a double cylindrical structure, and the space between the outer skin 2 and the inner skin 3 is divided into a plurality of compartments 5 in the axial direction by a plurality of axial partition walls 4, and further, in FIG. As shown, a plurality of circumferential partition walls 6 are also divided into a plurality of sections in the circumferential direction. Each compartment 5 is filled with a suitable fluid B such as a liquid such as silicone oil or a gas such as an inert gas. This compartment 5 functions as a flexible container for filling with the fluid B. One end of a flexible fluid injection pipe 7 made of synthetic resin or the like for taking in and out the fluid B is connected to each section 5. The haptic unit 1 functions as a force feedback mechanism as described later.

【0016】また、触覚部1には、筒状体の内面に沿っ
て曲がり量検知センサー8が設けられている。この曲が
り量検知センサー8は、図2に示すように、たとえば、
ゴム或いは可撓性を有する黒色合成樹脂から形成された
可撓性のセンサーパイプ9の一端に発光ダイオード等の
発光素子10を取り付け、他端に光ファイバー11の一
端を接続した構造を有しており、センサーパイプ9の内
面にはアルミニウム膜等が蒸着されて光反射面12が形
成されている。また、光ファイバー11の他端には、後
述するように、フォトトランジスタ等の受光素子13が
取り付けられる。
Further, the tactile portion 1 is provided with a bending amount detecting sensor 8 along the inner surface of the cylindrical body. As shown in FIG. 2, this bending amount detection sensor 8 is, for example,
It has a structure in which a light emitting element 10 such as a light emitting diode is attached to one end of a flexible sensor pipe 9 formed of rubber or a black synthetic resin having flexibility, and one end of an optical fiber 11 is connected to the other end. An aluminum film is vapor-deposited on the inner surface of the sensor pipe 9 to form a light reflecting surface 12. A light receiving element 13 such as a phototransistor is attached to the other end of the optical fiber 11, as described later.

【0017】発光素子10からの光は、直接に及び光反
射面12で反射されて光ファイバー11の一端に照射さ
れる。光ファイバー11の一端に入射した光は、光ファ
イバー11を通過して受光素子13に供給され電気信号
に変換される。曲がりセンサーパイプ9が曲がると、発
光素子10から光ファイバー11の一端までの光の減衰
量が増加するので、受光素子13の出力を検出すれば指
の曲がり量を検出することができる。
The light from the light emitting element 10 is reflected directly and by the light reflecting surface 12 and is applied to one end of the optical fiber 11. The light incident on one end of the optical fiber 11 passes through the optical fiber 11 and is supplied to the light receiving element 13 to be converted into an electric signal. When the bend sensor pipe 9 bends, the amount of light attenuation from the light emitting element 10 to one end of the optical fiber 11 increases, so that the amount of bending of the finger can be detected by detecting the output of the light receiving element 13.

【0018】触覚部1から導出された各流体注入パイプ
7の他端及び光ファイバー11の他端は、図3に示す人
工現実感実現装置の制御部14に接続される。
The other end of each fluid injection pipe 7 and the other end of the optical fiber 11 led out from the tactile unit 1 are connected to the control unit 14 of the artificial reality realizing device shown in FIG.

【0019】制御部14は、光ファイバー11からの光
を受光素子素子13(図2参照)より電気信号に変換し
て指の曲がり量を検知する曲がり量検出回路15と、こ
の曲がり量検出回路15により検出された指の曲がり量
に基づいて、指に対して与えるべきフィードバックフォ
ースの強さを演算により求める計算機16と、この計算
機16の演算により求められたフィードバックフォース
の強さに応じて、駆動回路17を介して駆動される電磁
アクチュエータ18と、この電磁アクチュエータ18に
よりシリンダ19a内のピストン19bが軸方向に駆動
される流体量制御装置19とを備えている。駆動回路1
7,電磁アクチュエータ18及び流体量制御装置19
は、フォースフィードバック機構駆動装置20を構成し
ている。
The control unit 14 converts the light from the optical fiber 11 into an electric signal from the light receiving element 13 (see FIG. 2) to detect a bending amount of the finger, and a bending amount detecting circuit 15 and the bending amount detecting circuit 15. Calculating the strength of the feedback force to be given to the finger based on the amount of bending of the finger detected by the calculator 16, and driving according to the strength of the feedback force calculated by the calculation of the calculator 16. An electromagnetic actuator 18 driven via a circuit 17 and a fluid amount control device 19 axially driving a piston 19b in a cylinder 19a by the electromagnetic actuator 18 are provided. Drive circuit 1
7, electromagnetic actuator 18, and fluid amount control device 19
Constitute a force feedback mechanism drive device 20.

【0020】流体量制御装置19のピストン19bを挟
んだ一方の空間は透孔19cを介して大気と連通してお
り、他方の空間は流体で充填され触覚部1から導出され
た流体注入パイプ7の他端に連結されている。駆動回路
17、電磁アクチュエータ18及び流体量制御装置19
は、触覚部1の各区画5に対応してそれぞれ設けて独立
に駆動してもよいが、近傍の幾つかの区画を共通に駆動
するようにしてもよい。
One space sandwiching the piston 19b of the fluid amount control device 19 communicates with the atmosphere through a through hole 19c, and the other space is filled with a fluid and led out from the tactile unit 1 to the fluid injection pipe 7. Is connected to the other end. Drive circuit 17, electromagnetic actuator 18, and fluid amount control device 19
May be provided corresponding to each section 5 of the haptic unit 1 and driven independently, but may be configured to drive several sections in the vicinity in common.

【0021】次に、上述の人工現実感実現装置の動作に
ついて図4のフローチャートを参照して説明する。
Next, the operation of the above-mentioned artificial reality realizing device will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0022】例として、指を曲げて行くとボールに突き
当たり、指をそれ以上曲げようとしても曲げられない場
合を考えてみる。指の曲がり量は、曲がり量検知センサ
ー8により常時検知されている (ステップ101)。最
初に指が自由に動く状態では、触覚部1の各区画5の流
体Bは十分に充填されていない。そのため、触覚部1は
外皮2と内皮3の材料自身が持っている柔らかさ(可橈
性)を保っており、指は自由に動かすことができる。指
を曲げてゆくと曲がり量検出回路15からの信号が指の
曲がり量を計算機16に知らせ、指が仮想のボールが存
在する位置まで曲げられた時に (ステップ102)、駆
動回路17を介して電磁アクチュエータ18が突出側に
付勢され、流体量制御装置19内の流体Bが押し出さ
れ、流体注入パイプ7を介して指の内側(図1(a)で
は下側)の各区画5内に注入される(ステップ10
3)。触覚部1の指の内側部分の区画5に流体が送り込
まれるとその区画部分は膨張するために区画の最大容積
に拡がろうとして、その結果、外皮2と内皮3の材料自
身がもっていた柔らかさを失う。そのため、指の内側の
部位は指を延ばそうとする方向に力が働いてフォースフ
ィードバックが与えられ、結果として、指はあたかもそ
こに物体が存在するかのように感じる。すなわち、触覚
部1はフォースフィードバック機構として作用する。な
おこのとき、指の関節ごとに独立のフォースフィードバ
ックを行えば、指の関節ごとのそれぞれの部位の違いに
よる力のかかり具合の違いをも与えることができる。
As an example, consider a case where a finger bends and hits the ball, and the finger cannot be bent even if the finger is bent further. The bending amount of the finger is always detected by the bending amount detection sensor 8 (step 101). Initially, the fluid B in each compartment 5 of the haptic part 1 is not sufficiently filled in a state in which the finger freely moves. Therefore, the tactile portion 1 maintains the softness (flexibility) of the material itself of the outer skin 2 and the inner skin 3, and the finger can be freely moved. When the finger is bent, the signal from the bending amount detection circuit 15 informs the calculator 16 of the bending amount of the finger, and when the finger is bent to the position where the virtual ball exists (step 102), the driving circuit 17 is operated. The electromagnetic actuator 18 is urged toward the protruding side, the fluid B in the fluid amount control device 19 is pushed out, and the fluid is injected into each compartment 5 inside the finger (lower side in FIG. 1A) via the fluid injection pipe 7. Injected (step 10
3). When the fluid is fed into the compartment 5 of the inner part of the finger of the haptic part 1, the compartment expands and tries to expand to the maximum volume of the compartment, and as a result, the material of the outer skin 2 and the inner skin 3 is soft. Loses. Therefore, a force acts on the part inside the finger in the direction of extending the finger to give force feedback, and as a result, the finger feels as if there is an object there. That is, the tactile unit 1 acts as a force feedback mechanism. At this time, if independent force feedback is performed for each finger joint, it is possible to give a difference in the degree of force application due to the difference in each part of each finger joint.

【0023】ここで、指を延ばせば、曲がり量検出回路
15からの信号に基づき (ステップ104)、計算機1
6は、指の曲がり量がボールに達しないと判断して (ス
テップ105)駆動回路17を介して電磁アクチュエー
タ18を後退側に付勢し、流体量制御装置19内の流体
Bを引き込んで指の内側の区画5の流体量を減らし (ス
テップ106)、指の動きを制限しないような状態に戻
す。
Here, if the finger is extended, the computer 1 is operated based on the signal from the bending amount detection circuit 15 (step 104).
6 determines that the amount of bending of the finger does not reach the ball (step 105), urges the electromagnetic actuator 18 to the backward side through the drive circuit 17, draws the fluid B in the fluid amount control device 19, and draws the finger. The amount of fluid in the inner compartment 5 is reduced (step 106), and the state where the movement of the finger is not restricted is restored.

【0024】以上の様に、触覚部1の区画5に流体を送
り込んだり、戻したりすることによって、触覚部1の曲
がり易さを制御し、膨張した区画5がその形状を変えよ
うとしない特性を利用して、指に力を加えることにより
あたかもそこに物体が存在するような感覚を与えること
ができる。すなわち、人工現実感を実現することができ
る。
As described above, the fluidity is fed into and returned from the compartment 5 of the tactile section 1 to control the bendability of the tactile section 1, and the expanded compartment 5 does not try to change its shape. By using, you can give a feeling as if an object is there by applying force to your finger. That is, artificial reality can be realized.

【0025】図5は、触覚部をデータグローブに組み込
んだ実施例を示している。但し、図は右手用のデータグ
ローブを掌の面に沿って切って掌側から見た断面図であ
る。
FIG. 5 shows an embodiment in which the haptic part is incorporated in the data glove. However, the drawing is a cross-sectional view of the right-hand data glove cut along the palm surface and viewed from the palm side.

【0026】データグローブ21には、5本の指をそれ
ぞれ独立に包む触覚部1が設けられており、各触覚部1
は、掌と手の甲を覆う合成樹脂,合成皮革等からなる可
撓性部材により連結されている。
The data glove 21 is provided with a tactile unit 1 that individually wraps five fingers.
Are connected by a flexible member made of synthetic resin, synthetic leather or the like covering the palm and the back of the hand.

【0027】図6はデータグローブ21の指先部分に設
けられた触覚部1の詳細な構造を示す断面図である。2
重円筒形の触覚部1の外皮2及び内皮3は、ビニール,
ポリエチレン等の可橈性をもった高分子材料により形成
されている。この外皮2及び内皮3の材料を高周波溶着
等の方法を用いて加工し、円筒形の外皮2と内皮3との
間の空間をいくつかの独立した区画5に分割する。1区
画には1本の流体注入パイプ7の一端が繋がれ、この流
体注入パイプ7の他端は、図7に示すようにフォースフ
ィードバック機構駆動装置20の流体量制御装置19
(図3参照)に繋がれている。
FIG. 6 is a sectional view showing a detailed structure of the tactile unit 1 provided on the fingertip portion of the data glove 21. Two
The outer skin 2 and the inner skin 3 of the heavy-cylindrical tactile unit 1 are made of vinyl,
It is made of a flexible polymer material such as polyethylene. The material of the outer skin 2 and the inner skin 3 is processed by a method such as high frequency welding to divide the space between the cylindrical outer skin 2 and the inner skin 3 into several independent sections 5. One end of one fluid injection pipe 7 is connected to one section, and the other end of this fluid injection pipe 7 is connected to the fluid amount control device 19 of the force feedback mechanism drive device 20 as shown in FIG.
(See FIG. 3).

【0028】また、触覚部1の内側には、各指に沿って
図2に示す構造を有する曲がり量検知センサー8(図5
参照)が配置されており、各曲がり量検知センサー8か
らはそれぞれ光ファイバー11が導出されて曲がり量検
出回路15に結合されている。
Inside the tactile part 1, the bending amount detecting sensor 8 (FIG. 5) having the structure shown in FIG.
(Refer to FIG. 3) is arranged, and the optical fiber 11 is led out from each bending amount detection sensor 8 and coupled to the bending amount detection circuit 15.

【0029】上記触覚部1の各区画5において、外皮2
と内皮3との間には多数の連通孔を有する梁部材5aが
設けられている。この梁部材5aは、可撓性を有するが
伸び難い材料、たとえば、ケブラー(登録商標)繊維や
カーボン繊維を織り込んだ合成樹脂膜から形成され、外
皮2と内皮3との間を連結している。この梁部材5a
は、区画5の外部から圧縮方向の力が加わったときには
撓んで変形し、区画5の内部に流体が注入されたときに
は外皮2と内皮3との間の距離を略一定に維持して区画
5が球状に膨張するのを防止する。また、外皮2及び内
皮3自体にケブラー(登録商標)繊維やカーボン繊維を
織り込むようにしてもよい。
In each section 5 of the tactile part 1, the outer skin 2
A beam member 5a having a large number of communication holes is provided between and the inner skin 3. The beam member 5a is made of a flexible material that is difficult to stretch, for example, a synthetic resin film in which Kevlar (registered trademark) fibers or carbon fibers are woven, and connects the outer skin 2 and the inner skin 3 to each other. .. This beam member 5a
Is bent and deformed when a force in the compression direction is applied from the outside of the compartment 5, and when the fluid is injected into the interior of the compartment 5, the distance between the outer skin 2 and the inner skin 3 is kept substantially constant and the compartment 5 is To prevent spherical expansion. Further, Kevlar (registered trademark) fibers or carbon fibers may be woven into the outer skin 2 and the inner skin 3 themselves.

【0030】上記データグローブ21を手に嵌めて指を
曲げると触覚部1が曲がり、この触覚部1の曲がり量は
曲がり量検知センサー8で検出されて曲がり量検出回路
15に供給され、この曲がり量検出回路15により検出
された指の曲がり量に応じて、指に対して与えるべきフ
ィードバックフォースの強さを計算機16の演算により
求め、このフィードバックフォースの強さに応じてフォ
ースフィードバック機構駆動装置20を制御する。すな
わち、フォースフィードバック機構駆動装置20に含ま
れる流体量制御装置19(図3参照)を駆動して、各区
画への流体の注入量を制御している。流体としては、液
体や気体を使用することができ、液体としてはシリコン
オイル、気体としては不活性ガスが用いられる。
When the data glove 21 is fitted in the hand and the finger is bent, the haptic part 1 bends. The bending amount of the haptic part 1 is detected by the bending amount detecting sensor 8 and supplied to the bending amount detecting circuit 15, which bends. The strength of the feedback force to be applied to the finger is calculated by the computer 16 according to the amount of bending of the finger detected by the quantity detection circuit 15, and the force feedback mechanism drive device 20 is calculated according to the strength of the feedback force. To control. That is, the fluid amount control device 19 (see FIG. 3) included in the force feedback mechanism drive device 20 is driven to control the amount of fluid injected into each section. A liquid or gas can be used as the fluid, silicone oil is used as the liquid, and an inert gas is used as the gas.

【0031】上述の計算機16には画像発生回路22が
接続されており、この画像発生装置22は図8に示すよ
うにディスプレイ23の表示画面上に操作者の手を示す
画像Cやこの手により掴まれることになるボールの画像
Dを表示するための画像信号を生成する。手を示す画像
Cの姿勢は、曲がり量検出回路15により検出された指
の曲がり量に対応して変更される。すなわち、曲がり量
が多くなれば表示される指の曲がり量も多くなる。
An image generation circuit 22 is connected to the computer 16 described above, and this image generation device 22 displays an image C showing an operator's hand on the display screen of the display 23 as shown in FIG. An image signal for displaying an image D of the ball to be grabbed is generated. The posture of the image C showing the hand is changed according to the bending amount of the finger detected by the bending amount detecting circuit 15. That is, as the amount of bending increases, the amount of bending of the displayed finger also increases.

【0032】ここで、手でボールを掴む操作を行う場合
を例に挙げて説明する。
Here, a case of performing an operation of gripping the ball with a hand will be described as an example.

【0033】データグローブ21を手に嵌めているが、
指は曲げていない初期状態においては、区画5には流体
が充填されておらず、図9(a)に示すように指 (図示
せず) の姿勢に沿った略真っ直ぐな状態にある。このと
きの指の曲がり量は先に述べたように曲がり量検知セン
サー8で検出され、ディスプレイ23には図8に示すよ
うに手を開いた状態の画像Cが表示される。
The data glove 21 is fitted in the hand,
In the initial state in which the fingers are not bent, the compartment 5 is not filled with fluid and is in a substantially straight state along the posture of the fingers (not shown) as shown in FIG. 9A. The amount of bending of the finger at this time is detected by the amount of bending detection sensor 8 as described above, and the display 23 displays the image C with the hand open as shown in FIG.

【0034】次に、指を曲げると、この時点では区画5
には流体圧が加わっていないので触覚部1はしなやかさ
有しており、区画5は抵抗を受けることなく指の曲げに
従って図9(b)に矢印Pで示すように曲がる。すなわ
ち、ここまでの段階ではフィードバックフォースは与え
られない。
Next, when the finger is bent, at this point, the section 5
Since no fluid pressure is applied to the haptic part 1, the haptic part 1 has flexibility, and the compartment 5 bends as shown by an arrow P in FIG. 9B according to the bending of the finger without receiving resistance. That is, no feedback force is given at this stage.

【0035】次に、指が仮想のボールに接触すると、計
算機16からフォースフィードバック機構駆動装置20
へ注入命令が送られ、区画5へ流体が注入され、区画5
内に流体が充満して区画5が膨張し、区画5はそれ以上
曲がることが不可能となる。このため、操作者の指に
は、図9(c)に矢印Qで示す方向にフィードバックフ
ォースが加わり、指が何かに接触した感覚が得られる。
このとき、ディスプレイ23の表示画面上には、手の指
がボールに接触した画像が表示されるので、操作者は手
でボールを掴んだという認識を持つことができる。
Next, when the finger touches the virtual ball, the calculator 16 causes the force feedback mechanism driving device 20 to move.
An injection command is sent to the compartment 5, and the fluid is injected into the compartment 5,
The interior is filled with fluid and the compartment 5 expands, making it impossible for the compartment 5 to bend further. Therefore, the feedback force is applied to the operator's finger in the direction indicated by the arrow Q in FIG. 9C, and the operator feels that the finger has touched something.
At this time, an image in which the finger of the hand touches the ball is displayed on the display screen of the display 23, so that the operator can recognize that the ball is grabbed by the hand.

【0036】次に、指を開くと指の曲がり量が減少した
ことが曲がり量検知センサー8で検出され、指が仮想の
ボールから離れると、計算機16からフォースフィード
バック機構駆動装置20へ排出命令が送られ、区画5内
の流体は抜かれ、区画5は自由に曲がることができるよ
うになる。したがって、指を伸ばすと区画5は抵抗を受
けることなく同図(d)に示すように元の状態に戻る。
Next, when the bending amount of the finger is reduced when the finger is opened, it is detected by the bending amount detection sensor 8, and when the finger is separated from the virtual ball, a discharge command is issued from the computer 16 to the force feedback mechanism driving device 20. Once delivered, the fluid in compartment 5 is drained and compartment 5 is allowed to bend freely. Therefore, when the finger is extended, the compartment 5 returns to the original state as shown in FIG.

【0037】なお、上述の説明においては、本発明の理
解を容易にするために、手の指の曲がり量のみを検出し
ているが、手の3次元的な位置を検出するためには、た
とえば、前記米国特許第4,988,981号明細書に
開示されているように、ディスプレイ23の表示画面の
外周に沿って3個の超音波受信機を設けるとともに、デ
ータグローブ21に周期的に超音波を送信する超音波ト
ランスジューサーを取り付け、超音波トランスジューサ
ーから各超音波受信機までの超音波の伝達時間から手の
位置を検出し、この手の位置に応じてディスプレイ23
に表示される手の画像の位置を変更するとともに、ボー
ルと指の間の距離を計算するようにしてもよい。
In the above description, in order to facilitate understanding of the present invention, only the amount of bending of the finger of the hand is detected, but in order to detect the three-dimensional position of the hand, For example, as disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,988,981, three ultrasonic wave receivers are provided along the outer periphery of the display screen of the display 23, and the data globe 21 is periodically arranged. An ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves is attached, the position of the hand is detected from the transmission time of the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer to each ultrasonic receiver, and the display 23 is displayed according to the position of the hand.
It is also possible to change the position of the image of the hand displayed in, and calculate the distance between the ball and the finger.

【0038】ところで、指に対してフィードバックフォ
ースを有効に与えるためには、流体を区画5内に注入し
たときの、区画5の必要以上の膨張,伸び或いは変形を
防止する必要がある。以下、各区画の不必要な変形を防
ぐための構造例を説明する。
By the way, in order to effectively apply the feedback force to the finger, it is necessary to prevent unnecessary expansion, extension or deformation of the compartment 5 when the fluid is injected into the compartment 5. Hereinafter, a structural example for preventing unnecessary deformation of each section will be described.

【0039】図10は、区画5内にスポンジ状の通気性
の多孔性弾性体24を設け、この多孔性弾性体24の周
面を接着剤25により外皮2と内皮3に接着している。
図10に示す例の場合、流体注入パイプ7から流体が注
入されると、多孔性弾性体24に滲み込んで区画5内に
圧力が加わるが、区画5の外皮2と内皮3は多孔性弾性
体24で連結されているので区画5が球状に膨らむこと
はなく、不必要な変形を防ことができる。
In FIG. 10, a sponge-like breathable porous elastic body 24 is provided in the compartment 5, and the peripheral surface of the porous elastic body 24 is adhered to the outer skin 2 and the inner skin 3 with an adhesive 25.
In the case of the example shown in FIG. 10, when the fluid is injected from the fluid injection pipe 7, the fluid permeates into the porous elastic body 24 and pressure is applied to the compartment 5, but the outer skin 2 and the inner skin 3 of the compartment 5 are porous elastic. Since they are connected by the body 24, the compartment 5 does not bulge into a spherical shape, and unnecessary deformation can be prevented.

【0040】また、図11に示すように、外皮2と内皮
3の間をカーボン繊維やケブラー(登録商標)繊維など
の撓むけれども伸び量が少ない強化繊維26により繋い
で、同じ様に各区画の不必要な変形を防ぐことができ
る。
Further, as shown in FIG. 11, the outer skin 2 and the inner skin 3 are connected by a reinforced fiber 26 such as carbon fiber or Kevlar (registered trademark) fiber, which is flexible but has a small amount of elongation, and each partition is similarly formed. It is possible to prevent unnecessary deformation.

【0041】このように、区画の不必要な変形を防ぐこ
とにより、より正確に各区画の可橈性を制御することが
できる。
By thus preventing unnecessary deformation of the compartments, the flexibility of each compartment can be controlled more accurately.

【0042】なお、上述の実施例においては、指の曲が
り量に応じてフォースフィードバックを行う場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、姿勢の変化が可能である人体の各位置、たとえば、
関節位置における曲がり量を検出してフォースフィード
バックを行うことができる。
In the above embodiment, the case where the force feedback is performed according to the amount of bending of the finger has been described, but the present invention is not limited to this, and the posture of the human body can be changed. Each position, for example,
Force feedback can be performed by detecting the amount of bending at the joint position.

【0043】また、区画内に流体を注入する手段は、上
記した実施例に限定されるものではなく、制御信号に応
じて注入量を制御できるものであればどのようなものを
採用してもよい。
Further, the means for injecting the fluid into the compartment is not limited to the above-mentioned embodiment, and any means can be adopted as long as the injection amount can be controlled according to the control signal. Good.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
流体圧により手や指などにフォースフィードバックを与
えるようにしたので、任意の位置において任意の方向に
フォースフィードバックを与えることができる。
As described above, according to the present invention,
Since the force feedback is given to the hand or finger by the fluid pressure, the force feedback can be given in any direction at any position.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による人工現実感実現装置の触覚部を
原理的に図示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing in principle a haptic part of an artificial reality realization device according to the present invention.

【図2】 曲がり量検知センサーの構造を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a bending amount detection sensor.

【図3】 本発明による人工現実感実現装置の制御部を
原理的に図示した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing in principle the control unit of the artificial reality realization device according to the present invention.

【図4】 人工現実感実現装置の動作を説明するための
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the artificial reality implementation device.

【図5】 触覚部をデータグローブに組み込んだ実施例
を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a haptic part is incorporated in a data glove.

【図6】 触覚部の詳細な構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a haptic part.

【図7】 人工現実感実現装置の全体の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the artificial reality realization device.

【図8】 ディスプレイに表示される人工現実を示す画
像とデータグローブとの関係を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a relationship between an image showing artificial reality displayed on a display and a data globe.

【図9】 区画の動作についての説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an operation of a section.

【図10】 区画の不必要な変形を防ぐための構成例を
示す一部概略断面図である。
FIG. 10 is a partial schematic cross-sectional view showing a configuration example for preventing unnecessary deformation of a section.

【図11】 区画の不必要な変形を防ぐための他の構成
例を示す一部概略断面図である。
FIG. 11 is a partial schematic cross-sectional view showing another configuration example for preventing unnecessary deformation of a section.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 触覚部、2 外皮、3 内皮、4 軸方向隔壁、5
区画、5a 梁部材、6 円周方向隔壁、7 流体注
入パイプ、8 曲がり量センサー、9 センサーパイ
プ、10 発光素子、11 光ファイバー、12 光反
射面、13 受光素子、14 制御部、15 曲がり量
検出回路、16 計算機、17 駆動回路、18 電磁
アクチュエータ、19 流体量制御装置、19a シリ
ンダ、19b ピストン、19c 透孔、20 フォー
スフィードバック機構駆動装置、21 データグロー
ブ、22 画像発生回路、23 ディスプレイ、24
多孔性弾性体、25 接着剤、26 強化繊維、A
指、B 流体、C 手の画像、Dボールの画像
1 tactile part, 2 outer skin, 3 inner skin, 4 axial partition wall, 5
Sections, 5a Beam members, 6 Circumferential bulkheads, 7 Fluid injection pipes, 8 Bending amount sensors, 9 Sensor pipes, 10 Light emitting elements, 11 Optical fibers, 12 Light reflecting surfaces, 13 Light receiving elements, 14 Control section, 15 Bending amount detection Circuit, 16 Calculator, 17 Drive Circuit, 18 Electromagnetic Actuator, 19 Fluid Control Device, 19a Cylinder, 19b Piston, 19c Through Hole, 20 Force Feedback Mechanism Drive Device, 21 Data Globe, 22 Image Generation Circuit, 23 Display, 24
Porous elastic body, 25 adhesive, 26 reinforcing fiber, A
Image of finger, B fluid, C hand, D ball

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 姿勢が変化する部位に沿って配置される
べき可撓性の容器と、 該容器内に流体を注入する流体注入手段と、 前記容器に沿って配置され前記容器の曲がり量を検出す
る曲がり量検出手段と、 該曲がり量検出手段により検出された曲がり量に基づい
て前記流体注入手段から前記容器内に注入される流体の
量を制御する流体量制御手段とを備えていることを特徴
とする人工現実感実現装置。
1. A flexible container to be arranged along a portion whose posture changes, a fluid injection means for injecting a fluid into the container, and a bending amount of the container arranged along the container. A bend amount detecting means for detecting, and a fluid amount control means for controlling the amount of the fluid injected from the fluid injecting means into the container based on the bend amount detected by the bend amount detecting means. An artificial reality realization device characterized by.
JP03074592A 1992-02-18 1992-02-18 Virtual reality device Expired - Fee Related JP3266296B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03074592A JP3266296B2 (en) 1992-02-18 1992-02-18 Virtual reality device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03074592A JP3266296B2 (en) 1992-02-18 1992-02-18 Virtual reality device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05232859A true JPH05232859A (en) 1993-09-10
JP3266296B2 JP3266296B2 (en) 2002-03-18

Family

ID=12312220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03074592A Expired - Fee Related JP3266296B2 (en) 1992-02-18 1992-02-18 Virtual reality device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3266296B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10254344A (en) * 1997-03-14 1998-09-25 Atr Chinou Eizo Tsushin Kenkyusho:Kk Cooperative object operating device
JPH11272157A (en) * 1998-03-19 1999-10-08 Dainippon Printing Co Ltd Gripping operation simulation device for body
JP2000322131A (en) * 1999-05-14 2000-11-24 Japan Science & Technology Corp Passive inner force sense presenting device
JP2012527024A (en) * 2009-05-15 2012-11-01 アルカテル−ルーセント Globe and touch screen used to read information with the touch
KR101403627B1 (en) * 2012-11-21 2014-06-05 건국대학교 산학협력단 Apparatus of somatosensory stimulating for finger
US8976013B2 (en) 2012-04-04 2015-03-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Contact type tactile feedback apparatus and operating method of contact type tactile feedback apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10254344A (en) * 1997-03-14 1998-09-25 Atr Chinou Eizo Tsushin Kenkyusho:Kk Cooperative object operating device
JPH11272157A (en) * 1998-03-19 1999-10-08 Dainippon Printing Co Ltd Gripping operation simulation device for body
JP2000322131A (en) * 1999-05-14 2000-11-24 Japan Science & Technology Corp Passive inner force sense presenting device
JP2012527024A (en) * 2009-05-15 2012-11-01 アルカテル−ルーセント Globe and touch screen used to read information with the touch
US8976013B2 (en) 2012-04-04 2015-03-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Contact type tactile feedback apparatus and operating method of contact type tactile feedback apparatus
US9870682B2 (en) 2012-04-04 2018-01-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Contact type tactile feedback apparatus and operating method of contact type tactile feedback apparatus
KR101403627B1 (en) * 2012-11-21 2014-06-05 건국대학교 산학협력단 Apparatus of somatosensory stimulating for finger

Also Published As

Publication number Publication date
JP3266296B2 (en) 2002-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230320799A1 (en) User-interface control using master controller
US5184319A (en) Force feedback and textures simulating interface device
US5555894A (en) Force sensation exhibiting device, data input device and data input equipment
US6413229B1 (en) Force-feedback interface device for the hand
JP2006163886A (en) Information inputting method and information inputting device
EP2080595A2 (en) Force-feedback interface device for the hand
US20010043847A1 (en) Force feedback and texture simulating interface device
Thai et al. Soft microtubule muscle-driven 3-axis skin-stretch haptic devices
CN106168851A (en) The haptic effect of contact based on prediction
Hashemi et al. Bone-inspired bending soft robot
JPH05232859A (en) Artificial reality providing device
JP2002304246A (en) Tactile presenting device, and imaginary space system
JPH10254612A (en) Input device with man-machine interface
US20210373669A1 (en) Multi-modal haptics feedback glove
WO2023088260A1 (en) Curved-surface three-dimensional touch operation device and operation method
JPH11167419A (en) Tactile force showing method and its device
US20230131269A1 (en) Continuum robot control system and control method, and program
US20230324994A1 (en) Haptic device
WO2019224994A1 (en) Motion detecting device
CN107422855B (en) Corrugated tube type balloon type tactile glove capable of providing clamping force feeling and manufacturing method
KR102225769B1 (en) System and method for controlling grasping virtual object in haptic controller with finger-unit unidirectional motion
JP6723380B2 (en) System and method for simulating reaction forces from virtual objects
WO2016081425A1 (en) Device for intuitive dexterous touch and feel interaction in virtual worlds
KR20200049244A (en) Apparatus for providing haptic feedback to dorsum of hand according to interaction with virtual objects
Papendorp et al. Development of 3d Printed Soft Pneumatic Hand Motion Sensors

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees