JPH10254344A - 協調物体操作装置 - Google Patents
協調物体操作装置Info
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- JPH10254344A JPH10254344A JP9060973A JP6097397A JPH10254344A JP H10254344 A JPH10254344 A JP H10254344A JP 9060973 A JP9060973 A JP 9060973A JP 6097397 A JP6097397 A JP 6097397A JP H10254344 A JPH10254344 A JP H10254344A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 力覚提示装置の構成に関係なく、同時に1物
体を把持しているすべての操作者が操作感を力覚によっ
て共有するために仮想的に拡張した物理法則を導入した
協調物体操作装置を提供する。 【解決手段】 スクリーンプロジェクタ41,42に仮
想物体を表示して仮想空間を構成し、複数の操作者が位
置入力装置付ステレオメガネ51,52を装着して仮想
空間を見ながら力覚提示装置53,54で仮想物体を操
作したときの操作反力を疑似的に決定して、各操作者の
操作入力の一部を拘束させる操作感覚を与えるようにグ
ラフィックスワークステーション30によってプログラ
ム制御する。
体を把持しているすべての操作者が操作感を力覚によっ
て共有するために仮想的に拡張した物理法則を導入した
協調物体操作装置を提供する。 【解決手段】 スクリーンプロジェクタ41,42に仮
想物体を表示して仮想空間を構成し、複数の操作者が位
置入力装置付ステレオメガネ51,52を装着して仮想
空間を見ながら力覚提示装置53,54で仮想物体を操
作したときの操作反力を疑似的に決定して、各操作者の
操作入力の一部を拘束させる操作感覚を与えるようにグ
ラフィックスワークステーション30によってプログラ
ム制御する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は協調物体操作装置
に関し、特に、同時に操作を行なう複数の操作者が映像
情報だけでなく、操作反力を共有することにより、協調
して物体を自然に操作できるような協調物体操作装置に
関する。
に関し、特に、同時に操作を行なう複数の操作者が映像
情報だけでなく、操作反力を共有することにより、協調
して物体を自然に操作できるような協調物体操作装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】実空間では複数人で協調して物体を操作
して物体の受渡し作業を行なったり、精度を要する配置
作業など普通に見られる作業方法がある。一方、仮想空
間において、手術などの協調作業のトレーニングを行な
う場合においても協調して物体を操作することは重要な
操作感覚である。ここで、仮想空間における協調物体操
作について説明する。
して物体の受渡し作業を行なったり、精度を要する配置
作業など普通に見られる作業方法がある。一方、仮想空
間において、手術などの協調作業のトレーニングを行な
う場合においても協調して物体を操作することは重要な
操作感覚である。ここで、仮想空間における協調物体操
作について説明する。
【0003】図6は物体を回転させるための例を示す。
図6(a)に示すように、1人の操作者が手先1のみを
用いて物体2を回転させる場合、作用される点3は操作
の旋回軸として作用し、物体2の端部を精密に調整する
ことは困難である。
図6(a)に示すように、1人の操作者が手先1のみを
用いて物体2を回転させる場合、作用される点3は操作
の旋回軸として作用し、物体2の端部を精密に調整する
ことは困難である。
【0004】これに対して、図6(b)に示すように、
2つの手先1と4で物体2を操作する場合、一方の手先
1が点3を旋回軸として作用し、他方の手先4の点5が
作用点として働く。この結果、1つの手先の場合より
も、物体2の端部を容易に精密に操作することができ
る。物体2を移行させるための操作の場合には、一方の
手先は定規として作用し、他方の手先は回転と同様で作
用点として機能する。
2つの手先1と4で物体2を操作する場合、一方の手先
1が点3を旋回軸として作用し、他方の手先4の点5が
作用点として働く。この結果、1つの手先の場合より
も、物体2の端部を容易に精密に操作することができ
る。物体2を移行させるための操作の場合には、一方の
手先は定規として作用し、他方の手先は回転と同様で作
用点として機能する。
【0005】このように、2つの手先を用いると、2つ
の物体を同時に動かすことが可能で、仕事量は最大の2
倍に拡張される。また、各手先に把持,穿孔,切断,溶
断などのいくつかの異なる機能を取付けることによっ
て、作業能力を伸ばすことができる。
の物体を同時に動かすことが可能で、仕事量は最大の2
倍に拡張される。また、各手先に把持,穿孔,切断,溶
断などのいくつかの異なる機能を取付けることによっ
て、作業能力を伸ばすことができる。
【0006】図7は手先の自由度を示し、(a)は実空
間において物体を1つの手先のみで操作する例を示し、
(b)は複数の手先で操作する例を示す。実空間におい
て、物体6を1つの手先1のみで操作する場合、手先1
の自由度はA,B,C方向およびそれぞれの方向におけ
る回転があるため6であり、物体6の自由度も6で等し
く、両者の関係は一意に決定される。
間において物体を1つの手先のみで操作する例を示し、
(b)は複数の手先で操作する例を示す。実空間におい
て、物体6を1つの手先1のみで操作する場合、手先1
の自由度はA,B,C方向およびそれぞれの方向におけ
る回転があるため6であり、物体6の自由度も6で等し
く、両者の関係は一意に決定される。
【0007】また、図7(b)に示すように、複数の手
先1,4が1つの物体6を操作する場合、操作する手先
の入力自由度は6n(nは人数)となり、物体6の自由
度よりも多いが、物体6が剛体である条件によって物理
的な制約が働く。すなわち、2人の操作者が物体6を操
作すると、入力自由度は合計12となるが、剛体条件に
よる拘束自由度は6となるため、出力自由度は6とな
り、物体6の位置姿勢が決定される。このとき、1人の
操作者の手先1が作用させる力は、この操作者へ反作用
として帰還されると同時に、他の操作者の手先4にも作
用する。すなわち、複数の操作者が物体6を把持してい
る限り、触覚に基づく感覚を共有しながら物体6をとも
に操作することができる。
先1,4が1つの物体6を操作する場合、操作する手先
の入力自由度は6n(nは人数)となり、物体6の自由
度よりも多いが、物体6が剛体である条件によって物理
的な制約が働く。すなわち、2人の操作者が物体6を操
作すると、入力自由度は合計12となるが、剛体条件に
よる拘束自由度は6となるため、出力自由度は6とな
り、物体6の位置姿勢が決定される。このとき、1人の
操作者の手先1が作用させる力は、この操作者へ反作用
として帰還されると同時に、他の操作者の手先4にも作
用する。すなわち、複数の操作者が物体6を把持してい
る限り、触覚に基づく感覚を共有しながら物体6をとも
に操作することができる。
【0008】一方、立体表示装置とグローブ型手形状入
力装置や磁気位置センサなどから構成される典型的な視
覚情報中心の仮想空間では、仮想空間に対して操作の入
力は直感的に可能であるが、操作結果の提示は視覚情報
のみであり、手先への反力などの物理的な情報提示がで
きない。したがって、このような装置では、操作物体の
剛体の条件から得られる物理的な自由度の制約を提示で
きず、複数人で1物体を操作するような操作は非常に難
しい。このような問題点に対して、ロボットアームを転
用した力覚提示装置を用いて操作者の手先に物理的な拘
束条件を提示する方法が考えられている。
力装置や磁気位置センサなどから構成される典型的な視
覚情報中心の仮想空間では、仮想空間に対して操作の入
力は直感的に可能であるが、操作結果の提示は視覚情報
のみであり、手先への反力などの物理的な情報提示がで
きない。したがって、このような装置では、操作物体の
剛体の条件から得られる物理的な自由度の制約を提示で
きず、複数人で1物体を操作するような操作は非常に難
しい。このような問題点に対して、ロボットアームを転
用した力覚提示装置を用いて操作者の手先に物理的な拘
束条件を提示する方法が考えられている。
【0009】図8はそのようなロボットアーム式力覚提
示装置を示す図である。図8に示すような2つのロボッ
トアーム7,8を有する力覚提示装置を用いれば、ある
操作者が把持中の物体に作用させる力が操作反力として
他の操作者に直感的に伝送され、それぞれが強調した物
体操作が可能となる。すなわち、ある操作者が物体を引
っ張るための操作をすると、他の操作者はロボットアー
ムによって引っ張られた感覚を感じることができるよう
になる。
示装置を示す図である。図8に示すような2つのロボッ
トアーム7,8を有する力覚提示装置を用いれば、ある
操作者が把持中の物体に作用させる力が操作反力として
他の操作者に直感的に伝送され、それぞれが強調した物
体操作が可能となる。すなわち、ある操作者が物体を引
っ張るための操作をすると、他の操作者はロボットアー
ムによって引っ張られた感覚を感じることができるよう
になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、剛体の拘束
条件を実空間同様に完全に満たすためには、操作者の手
先の動きを十分に拘束できる剛性の高い力覚提示装置が
必要となる。そのような装置は、一般に非常に強大かつ
強力な機構と拘束の制御装置を必要とするため実現性が
低い。一方で、手先の運動を確実に制約するには剛性や
出力の低い装置の小型化が可能であり、装置の実現性は
高いが、手先の運動を確実に制約できないため剛体条件
が満足できない。このため、操作物体の位置を定めるこ
とができず、幾何学的に操作反力も正確に伝達できな
い。
条件を実空間同様に完全に満たすためには、操作者の手
先の動きを十分に拘束できる剛性の高い力覚提示装置が
必要となる。そのような装置は、一般に非常に強大かつ
強力な機構と拘束の制御装置を必要とするため実現性が
低い。一方で、手先の運動を確実に制約するには剛性や
出力の低い装置の小型化が可能であり、装置の実現性は
高いが、手先の運動を確実に制約できないため剛体条件
が満足できない。このため、操作物体の位置を定めるこ
とができず、幾何学的に操作反力も正確に伝達できな
い。
【0011】それゆえに、この発明の主たる目的は、力
覚提示装置の剛性に関係なく、同時に1物体を把持して
いるすべての操作者が操作感を力覚によって共有するた
めに、加速的に拡張した物理法則を導入した協調物体操
作装置を提供することである。
覚提示装置の剛性に関係なく、同時に1物体を把持して
いるすべての操作者が操作感を力覚によって共有するた
めに、加速的に拡張した物理法則を導入した協調物体操
作装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
仮想空間において複数の操作者が協調して仮想物体を操
作する協調物体操作装置であって、複数の操作者が個別
に仮想物体を操作するための操作部と、操作部による仮
想物体の把持状態を表示するための表示部と、複数の操
作者がそれぞれ個別的に協調して仮想物体を操作したと
きの操作反力を疑似的に決定して、各操作者の操作入力
の一部を拘束させる操作感覚を与える力覚提示部とを備
えて構成される。
仮想空間において複数の操作者が協調して仮想物体を操
作する協調物体操作装置であって、複数の操作者が個別
に仮想物体を操作するための操作部と、操作部による仮
想物体の把持状態を表示するための表示部と、複数の操
作者がそれぞれ個別的に協調して仮想物体を操作したと
きの操作反力を疑似的に決定して、各操作者の操作入力
の一部を拘束させる操作感覚を与える力覚提示部とを備
えて構成される。
【0013】請求項2に係る発明では、請求項1の力覚
提示部は、ソフトウェアによるシミュレーション部と、
ハードウェアによる物理的な力覚提示部とを含む。
提示部は、ソフトウェアによるシミュレーション部と、
ハードウェアによる物理的な力覚提示部とを含む。
【0014】
【発明の実施の形態】まず、本願発明を実現するため
に、剛体の仮想的な力学的平衡と限定的物体配置という
2つの仮想的に拡張された物理法則が導入される。
に、剛体の仮想的な力学的平衡と限定的物体配置という
2つの仮想的に拡張された物理法則が導入される。
【0015】図1は剛体の仮想的な力学的平衡を説明す
るための図であり、図2は視覚および触覚法での限定的
物体配置を説明するための図である。
るための図であり、図2は視覚および触覚法での限定的
物体配置を説明するための図である。
【0016】図1(a)において、一方の操作者1が物
体6をX1で把持し、他方の操作者4が物体6をX2で
とる場合、点Cはその物体6においてX1とX2との間
の中点として固定される。それとともに操作する間、図
1(b)に示すように点Cは実空間において操作者の実
際の手先の位置P1およびP2によって決定される。2
人の操作者の場合、CはP1とP2の間の中点である。
しかしながら、仮想空間における操作者の手先のアイコ
ンはX1およびX2で引かれ、それらは物体上において
幾何学的関係を視覚的に満足するように固定される。こ
のとき、各操作者はlを実空間における操作者の手先間
の実際の距離とし、Lを仮想空間におけるそれとして、
次の式から決定される反力(F1およびF2)を受取
る。
体6をX1で把持し、他方の操作者4が物体6をX2で
とる場合、点Cはその物体6においてX1とX2との間
の中点として固定される。それとともに操作する間、図
1(b)に示すように点Cは実空間において操作者の実
際の手先の位置P1およびP2によって決定される。2
人の操作者の場合、CはP1とP2の間の中点である。
しかしながら、仮想空間における操作者の手先のアイコ
ンはX1およびX2で引かれ、それらは物体上において
幾何学的関係を視覚的に満足するように固定される。こ
のとき、各操作者はlを実空間における操作者の手先間
の実際の距離とし、Lを仮想空間におけるそれとして、
次の式から決定される反力(F1およびF2)を受取
る。
【0017】F1=−F2 …(1) |F1|=|F2|=|k×(l−L)| …(2) したがって、反力F1およびF2は、それらが最も図1
(b)に示されるようにばね9,10を用いて物体6を
把持しているかのように、反対の方向を有しかつXi と
Pi (i=1,2)との間の距離の誤差に比例して同じ
大きさを有する。この構成において、一方の操作者が物
体6を引っ張ると、他方の操作者の手先のアイコンが視
覚的に引っ張られ、操作者はこの動きを見て感覚を伴っ
て同時に受取る。
(b)に示されるようにばね9,10を用いて物体6を
把持しているかのように、反対の方向を有しかつXi と
Pi (i=1,2)との間の距離の誤差に比例して同じ
大きさを有する。この構成において、一方の操作者が物
体6を引っ張ると、他方の操作者の手先のアイコンが視
覚的に引っ張られ、操作者はこの動きを見て感覚を伴っ
て同時に受取る。
【0018】次に、図2を参照して、限定的物体配置に
ついて説明する。実空間でテーブルの上にカップを置く
場合、操作されるカップは決してテーブルとは重ならな
い。操作者はカップとテーブルとの衝突により生ずる適
切な反力を受取るので、カップをテーブルの上に特に注
意しなくても正確に置くことができる。仮想空間でこの
ような限定的な物体配置を実現するには、物体の複雑な
衝突を検出して、6自由度の反力を実時間で提示する必
要がある。前述のごとく、このことは時間のかかる計算
と理想的な力覚提示装置とを必要とする。
ついて説明する。実空間でテーブルの上にカップを置く
場合、操作されるカップは決してテーブルとは重ならな
い。操作者はカップとテーブルとの衝突により生ずる適
切な反力を受取るので、カップをテーブルの上に特に注
意しなくても正確に置くことができる。仮想空間でこの
ような限定的な物体配置を実現するには、物体の複雑な
衝突を検出して、6自由度の反力を実時間で提示する必
要がある。前述のごとく、このことは時間のかかる計算
と理想的な力覚提示装置とを必要とする。
【0019】仮想空間における限られた装置でこのよう
な自然な配置作業をサポートするために、物体操作にお
ける制約に基づく視覚的かつ触覚的フィードバックを導
入する。この方法では、図2に示すように、固定される
テーブル11上で実際の手先12で実際のカップ(物
体)13に下方向に引きつける力を作用させると、表示
される物体14と手先のアイコン15はたとえ手先12
がテーブル11と完全に平行に移動しなくともテーブル
11上にめり込むことなく矢印16に示す軌跡で移動す
るように表示され、表示される手先のアイコン15は矢
印17で示される軌跡を描くように表示される。
な自然な配置作業をサポートするために、物体操作にお
ける制約に基づく視覚的かつ触覚的フィードバックを導
入する。この方法では、図2に示すように、固定される
テーブル11上で実際の手先12で実際のカップ(物
体)13に下方向に引きつける力を作用させると、表示
される物体14と手先のアイコン15はたとえ手先12
がテーブル11と完全に平行に移動しなくともテーブル
11上にめり込むことなく矢印16に示す軌跡で移動す
るように表示され、表示される手先のアイコン15は矢
印17で示される軌跡を描くように表示される。
【0020】仮想物体の本来の自由度は6であり、その
自由度は物体13がテーブル11表面上に置かれる場合
に重なることを避けるように、視覚的な表示では自動的
に3に制限される。操作される物体13および手先のア
イコン15がテーブル11の表面上に視覚的に制約され
る一方で、反力は操作者の手先12をその制約される表
面に引きつける。一言でいうと、配置したい物体13お
よび操作者の手先12は、操作者がテーブル11に垂直
方向の動きの制御を意識することなく、その面のまわり
に維持される。操作者がテーブル11からカップ13を
持ち上げたい場合には、操作者は意図的にカップ13を
反力に反してテーブル11から所定の反力にあらがって
引き剥がさなければならない。
自由度は物体13がテーブル11表面上に置かれる場合
に重なることを避けるように、視覚的な表示では自動的
に3に制限される。操作される物体13および手先のア
イコン15がテーブル11の表面上に視覚的に制約され
る一方で、反力は操作者の手先12をその制約される表
面に引きつける。一言でいうと、配置したい物体13お
よび操作者の手先12は、操作者がテーブル11に垂直
方向の動きの制御を意識することなく、その面のまわり
に維持される。操作者がテーブル11からカップ13を
持ち上げたい場合には、操作者は意図的にカップ13を
反力に反してテーブル11から所定の反力にあらがって
引き剥がさなければならない。
【0021】図3は2つの手先の場合の物体操作の遷移
図である。図3に示すステップ(図示ではSPと略称す
る)SP1における誰も物体を把持していない状態か
ら、ステップSP2の「1つのユーザが1つの物体を把
持する」に移り、操作者が操作中の物体を別の固定され
る表面上に置くと、操作段階はステップSP3の「一人
の操作者が1つの物体を置く」へ遷移する。この段階で
は、「限定的物体配置」法が適用され、したがって物体
の動きはその固定される表面21上に拘束され、操作者
はその表面21から引きつける反力22を得る。
図である。図3に示すステップ(図示ではSPと略称す
る)SP1における誰も物体を把持していない状態か
ら、ステップSP2の「1つのユーザが1つの物体を把
持する」に移り、操作者が操作中の物体を別の固定され
る表面上に置くと、操作段階はステップSP3の「一人
の操作者が1つの物体を置く」へ遷移する。この段階で
は、「限定的物体配置」法が適用され、したがって物体
の動きはその固定される表面21上に拘束され、操作者
はその表面21から引きつける反力22を得る。
【0022】ステップSP4の「2人の操作者が1つの
物体をともに把持する」段階では、「仮想的な力学的均
衡」法により、操作者は物体操作において彼らの意図を
視覚および触覚チャネルを介して交換することにより協
調することができる。さらに、固定される表面21に物
体をともに移動させると、ステップSP5の「2人の操
作者が1つの物体をともに置く」に遷移する。ここで、
「限定的物体配置」法がとって代わり、したがって各操
作者は、他方の操作者からの伝達される作用と、固定さ
れた表面からの引きつける力とを同時に受取る。もちろ
ん物体を表面上にそのまま置くのに注意深くする必要は
ない。
物体をともに把持する」段階では、「仮想的な力学的均
衡」法により、操作者は物体操作において彼らの意図を
視覚および触覚チャネルを介して交換することにより協
調することができる。さらに、固定される表面21に物
体をともに移動させると、ステップSP5の「2人の操
作者が1つの物体をともに置く」に遷移する。ここで、
「限定的物体配置」法がとって代わり、したがって各操
作者は、他方の操作者からの伝達される作用と、固定さ
れた表面からの引きつける力とを同時に受取る。もちろ
ん物体を表面上にそのまま置くのに注意深くする必要は
ない。
【0023】ステップSP6の「2人の操作者が2つの
物体を別々に把持する」段階から、操作者はこれらの物
体を組合せ得る。ステップSP7の「2人のユーザが2
つの物体をともに組合せる」段階では、「限定的物体配
置」法がこれら物体間の位置関係を修正してそれらが重
なるのを防ぐ。次いで、「仮想的な力学的平衡」法が、
その制約される面を介して伝えられ、操作者に対する反
力が決定される。
物体を別々に把持する」段階から、操作者はこれらの物
体を組合せ得る。ステップSP7の「2人のユーザが2
つの物体をともに組合せる」段階では、「限定的物体配
置」法がこれら物体間の位置関係を修正してそれらが重
なるのを防ぐ。次いで、「仮想的な力学的平衡」法が、
その制約される面を介して伝えられ、操作者に対する反
力が決定される。
【0024】いずれの段階においても、一方の操作者の
動きは操作される仮想物体を介して反力として他方の操
作者に伝えられる。さらに、仮想物体間の重なりが自動
的に回避され、したがって操作者は首尾よい操作感で仮
想物体を精密に操作することができる。
動きは操作される仮想物体を介して反力として他方の操
作者に伝えられる。さらに、仮想物体間の重なりが自動
的に回避され、したがって操作者は首尾よい操作感で仮
想物体を精密に操作することができる。
【0025】図4はこの発明の一実施形態を示すブロッ
ク図である。図4において、すべての制御はグラフィッ
クスワークステーション30によって行なわれる。さら
に、2つの70インチスクリーンプロジェクタ41,4
2を用いて仮想空間の立体画像が提示される。操作者は
位置入力装置付ステレオメガネ51,52を装着するこ
とによって、70インチスクリーンプロジェクタ41,
42に表示された仮想空間の画像を見ることができる。
ステレオメガネ51,52の位置入力装置によって操作
者の頭部位置が検出されてワークステーション30に与
えられる。
ク図である。図4において、すべての制御はグラフィッ
クスワークステーション30によって行なわれる。さら
に、2つの70インチスクリーンプロジェクタ41,4
2を用いて仮想空間の立体画像が提示される。操作者は
位置入力装置付ステレオメガネ51,52を装着するこ
とによって、70インチスクリーンプロジェクタ41,
42に表示された仮想空間の画像を見ることができる。
ステレオメガネ51,52の位置入力装置によって操作
者の頭部位置が検出されてワークステーション30に与
えられる。
【0026】また、操作者は力覚提示装置53,54に
よって物体を操作する。力覚提示装置53,54は2人
の操作者が手先でグリップを操作するか、あるいは1人
の操作者が両方の手先でグリップを操作することによっ
て、画面内のカーソルを自由に移動させる。対象物体の
決定や把持は、仮想空間内でカーソルを対象物体に重
ね、グリップに取付けられているスイッチ(図示せず)
を操作して行なわれる。
よって物体を操作する。力覚提示装置53,54は2人
の操作者が手先でグリップを操作するか、あるいは1人
の操作者が両方の手先でグリップを操作することによっ
て、画面内のカーソルを自由に移動させる。対象物体の
決定や把持は、仮想空間内でカーソルを対象物体に重
ね、グリップに取付けられているスイッチ(図示せず)
を操作して行なわれる。
【0027】ステレオメガネ51,52からの頭部位置
信号と力覚提示装置53,54のスイッチからの入力信
号は位置姿勢入力装置55を介してグラフィックワーク
ステーション30に与えられる。ワークステーション3
0は、スイッチからの信号に応じて、コントローラ56
に命令を出力し、コントローラ56はその命令に基づい
て超音波モータ57を回転させる。超音波モータ57は
力覚提示装置53,54のアームを駆動し、操作者に反
力を伝える。また、物体が衝突した際には、音源装置4
3から衝突音の信号が発生され、スピーカ44から衝突
音が出力される。
信号と力覚提示装置53,54のスイッチからの入力信
号は位置姿勢入力装置55を介してグラフィックワーク
ステーション30に与えられる。ワークステーション3
0は、スイッチからの信号に応じて、コントローラ56
に命令を出力し、コントローラ56はその命令に基づい
て超音波モータ57を回転させる。超音波モータ57は
力覚提示装置53,54のアームを駆動し、操作者に反
力を伝える。また、物体が衝突した際には、音源装置4
3から衝突音の信号が発生され、スピーカ44から衝突
音が出力される。
【0028】図5はこの発明の一実施形態の動作を説明
するためのフローチャートである。図4に示したグラフ
ィックスワークステーション30は各プロセスから共有
されるデータベース31を有している。そして、世界管
理および画像生成プロセスでは、操作者が力覚提示装置
53,54を操作して入力した操作情報をもとに仮想空
間の物体の動きのシミュレーションを行なうとともに、
前述の図3で説明したように物体間の干渉情報を参照し
て物体の動きを修正する。このシミュレーション結果に
ついて、実時間で各物体の衝突を判定した後、その結果
をコンピュータグラフィックス(CG)画像として作成
する。
するためのフローチャートである。図4に示したグラフ
ィックスワークステーション30は各プロセスから共有
されるデータベース31を有している。そして、世界管
理および画像生成プロセスでは、操作者が力覚提示装置
53,54を操作して入力した操作情報をもとに仮想空
間の物体の動きのシミュレーションを行なうとともに、
前述の図3で説明したように物体間の干渉情報を参照し
て物体の動きを修正する。このシミュレーション結果に
ついて、実時間で各物体の衝突を判定した後、その結果
をコンピュータグラフィックス(CG)画像として作成
する。
【0029】反力情報管理およびロボットコントロール
は、世界管理処理および画像生成プロセスによって管理
される各プロセスから共有される世界データベース31
を参照しながら、操作者の手先に適切な操作反力を提示
するためのフィードバックを高速に処理する。このプロ
セスは、ロボットアームごとに存在し、世界データベー
スとデータの受渡しをしている。このプロセスでは、運
動の制約を受けている物体の情報と、利用者の手先情報
のみを参照しており、世界データベース全体の情報の変
更は行なわない。同時に、このプロセスは利用者の手先
の運動を世界管理処理および画像生成プロセスへ伝える
処理も行なっている。このデータの世界データベースを
介して受渡ししている。これらの処理は実時間で行なわ
れる。
は、世界管理処理および画像生成プロセスによって管理
される各プロセスから共有される世界データベース31
を参照しながら、操作者の手先に適切な操作反力を提示
するためのフィードバックを高速に処理する。このプロ
セスは、ロボットアームごとに存在し、世界データベー
スとデータの受渡しをしている。このプロセスでは、運
動の制約を受けている物体の情報と、利用者の手先情報
のみを参照しており、世界データベース全体の情報の変
更は行なわない。同時に、このプロセスは利用者の手先
の運動を世界管理処理および画像生成プロセスへ伝える
処理も行なっている。このデータの世界データベースを
介して受渡ししている。これらの処理は実時間で行なわ
れる。
【0030】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の操作者がそれぞれ個別的に協調して仮想物体を操作し
たときの操作反力を疑似的に決定して各操作者の操作入
力の一部を拘束させる操作感覚を与えるようにしたの
で、同時に作業を行なう複数の操作者が映像情報だけで
なく操作反力も共有することができ、協調して物体を自
然に操作できる環境を実現できる。しかも、拡張した物
理法則を導入し、現実の物理的な拘束条件を完全に満足
できない小型の力覚提示装置であっても、実質的に操作
入力の一部が拘束されている操作感覚を実現することが
できる。
の操作者がそれぞれ個別的に協調して仮想物体を操作し
たときの操作反力を疑似的に決定して各操作者の操作入
力の一部を拘束させる操作感覚を与えるようにしたの
で、同時に作業を行なう複数の操作者が映像情報だけで
なく操作反力も共有することができ、協調して物体を自
然に操作できる環境を実現できる。しかも、拡張した物
理法則を導入し、現実の物理的な拘束条件を完全に満足
できない小型の力覚提示装置であっても、実質的に操作
入力の一部が拘束されている操作感覚を実現することが
できる。
【図1】剛体の仮想的な力学的平衡を説明するための図
である。
である。
【図2】視覚および触覚法の限定的物体配置を説明する
ための図である。
ための図である。
【図3】2つの手先の場合の物体操作の遷移図である。
【図4】この発明の一実施形態を示すブロック図であ
る。
る。
【図5】この発明の一実施形態の動作を説明するための
フローチャートである。
フローチャートである。
【図6】物体を回転させるための例を示す図である。
【図7】手先の自由度を示す図である。
【図8】従来のロボットアーム式力覚提示装置を示す図
である。
である。
1,2 手先 6 物体 30 グラフィックスワークステーション 41,42 スクリーンプロジェクタ 43 音源装置 44 スピーカ 51,52 位置入力装置付ステレオメガネ 53,54 力覚提示装置 55 位置姿勢入力装置 56 コントローラ 57 超音波モータ
Claims (2)
- 【請求項1】 仮想空間において複数の操作者が協調し
て仮想物体を操作する協調物体操作装置であって、 前記複数の操作者が個別に前記仮想物体を操作するため
の操作部、 前記操作部による前記仮想物体の把持状態を表示するた
めの表示部、および前記複数の操作者がそれぞれ個別的
に協調して前記仮想物体を操作したときの操作反力を疑
似的に決定して、各操作者の操作入力の一部を拘束させ
る操作感覚を与える力覚提示部を備えた、協調物体操作
装置。 - 【請求項2】 前記力覚提示部は、 ソフトウェアによるシミュレーション部と、 ハードウェアによる物理的な力覚提示部とを含む、請求
項1の協調物体操作装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9060973A JPH10254344A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 協調物体操作装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9060973A JPH10254344A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 協調物体操作装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10254344A true JPH10254344A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13157887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9060973A Pending JPH10254344A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 協調物体操作装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10254344A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009205626A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | National Institute Of Information & Communication Technology | 接触音のリアルタイム生成装置、方法、プログラムおよびプログラムを格納した記録媒体 |
JP2012248033A (ja) * | 2011-05-27 | 2012-12-13 | Kyocera Corp | 表示機器 |
ES2416879R1 (es) * | 2012-01-27 | 2013-10-28 | Gargallo Jesus Uson | Plataforma de entrenamiento quirúrgico |
JP2019057302A (ja) * | 2008-07-15 | 2019-04-11 | イマージョン コーポレーションImmersion Corporation | 触覚メッセージを送信するためのシステム及び方法 |
WO2023037966A1 (ja) * | 2021-09-09 | 2023-03-16 | 国立大学法人名古屋工業大学 | 複数人によるロボットアバター制御システム、及び制御方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04291289A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-15 | Nec Corp | 3次元物体接触体感方式 |
JPH05232859A (ja) * | 1992-02-18 | 1993-09-10 | Fuji Xerox Co Ltd | 人工現実感実現装置 |
JPH06324622A (ja) * | 1993-05-11 | 1994-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 力覚呈示装置 |
-
1997
- 1997-03-14 JP JP9060973A patent/JPH10254344A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010306 |