JPH1115367A - シミュレーション装置及びシミュレーション装置の揺動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータに付与される揺動等といった体感
動作の動作量を高精度に検知できるシミュレーション装
置を提供する。 【解決手段】 伸縮可能な弾性部材３０の中に形成され
るエアー室Ｒ内にエアーを充填すると、オペレータを載
せた床５が矢印Ｊのように上昇し、エアーを抜くと矢印
Ｊ’のように降下する。この昇降運動によりオペレータ
に揺動等が付与される。弾性部材３０の伸縮移動はリン
ク８１及び８３を含む伝動機構４５によって回転軸８３
ａの回転運動として取り出され、その回転角度がポテン
ショメータ８６によって検出される。ポテンショメータ
８６は弾性部材３０の伸縮移動量、すなわち床５の移動
量を直接的に検出し、その検出結果に基づいてシミュレ
ーション動作を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オペレータの動作
に対応してプロジェクタ等といった映像表示手段に仮想
空間を映像として表示するシミュレーション装置に関す
る。また本発明は、そのシミュレーション装置において
オペレータを揺動させるために用いられる揺動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】オペレータが操作レバー、操作ボタン等
といった操作入力装置を操作することによってプロジェ
クタ等に映し出される映像を制御するようにしたシミュ
レーション装置は、既に広く知られている。また、この
ようなシミュレーション装置において、オペレータに揺
動や振動等を体感させるための体感付与装置を配設する
ことがある。例えば、特開平６−１７５５８１号公報に
よれば、圧縮空気の出し入れによって伸縮動作する伸縮
部材をオペレータが座るための座席の下に配設し、この
伸縮部材の伸縮動作によってその座席を揺動させるよう
にしたシミュレーション装置が開示されている。このよ
うなシミュレーション装置を用いてシミュレーション動
作を行う際には、座席がどのような揺動状態にあるかを
知る必要があり、上記従来のシミュレーション装置で
は、空気圧センサを用いてその揺動状態を検知してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気圧
センサを用いた従来の揺動状態検査系においては、伸縮
部材の伸縮状態、すなわち座席の揺動状態を精度良く検
知することができず、よって、プロジェクタ等といった
映像表示手段に映し出される映像に合わせて座席を細か
く揺動させることが難しかった。

【０００４】本発明は、従来のシミュレーション装置に
おける上記の問題点に鑑みてなされたものであって、オ
ペレータに付与される体感動作の動作量を高精度に検知
できるシミュレーション装置を提供することを目的とす
る。また、そのような検知方法を利用して実現できる新
たな揺動方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（シミュレーション装置）上記の目的を達成するため、
本発明に係るシミュレーション装置は、オペレータの動
作に対応して映像表示手段に仮想空間を映像として表示
するシミュレーション装置であって、オペレータに体感
を与えるために伸縮する伸縮部材と、その伸縮部材の伸
縮量を検出する伸縮量検出センサとを有することを特徴
とする。

【０００６】このシミュレーション装置によれば、伸縮
部材の伸縮量を直接的に検知するので、空気圧センサ等
によって間接的に検知する場合に比べて、オペレータに
付与される体感動作の動作量を高精度に検知できる。従
って、実際の動作に近似した臨場感豊かなシミュレーシ
ョン動作を提供できる。

【０００７】上記構成において、伸縮部材はエアー圧に
従って伸縮させることができる。エアーのような気体に
代えて、油等といった液体を用いることもできる。ま
た、エアー圧を用いる場合、ゴム等の弾性部材によって
エアー室を形成し、そのエアー室にエアーを出し入れす
ることによって弾性部材を伸縮移動させることにより、
オペレータに揺動運動を付与できる。エアーすなわち空
気は圧縮性流体であってそれ自体が圧縮によって容積変
化できる性質を有するので、エアーを出し入れするエア
ー室を弾性部材によって形成すれば、エアーが有する弾
性と弾性部材が有する弾性との相乗効果により、オペレ
ータに対して「ふわふわ」とした感触を付与できる。こ
の感触は、カヌーのような乗物が水上に浮かぶ状況をシ
ミュレートする際に好都合である。

【０００８】伸縮量検出センサとしては種々のセンサを
用いることができるが、細かな精度で伸縮量を検出した
い場合には、エンコーダ、ポテンショメータ等といった
回転角度検出器を用いることが望ましい。エンコーダと
いうのは、被測定物の回転に応じてパルス列を発生する
電子機器であり、例えばそのパルス列のパルス間隔によ
って被測定物の回転角度を検出できる。また、ポテンシ
ョメータというのは、被測定物の回転に応じて抵抗値が
変化する電子機器であり、例えば、抵抗値の端子間電圧
によって被測定物の回転角度を検出できる。

【０００９】伸縮量検出センサとして回転角度検出器を
用いる場合には、上記伸縮部材と上記伸縮量検出センサ
との間に伝動手段を配設し、その伝動手段によって上記
伸縮部材の直線移動を回転移動量に変換して出力し、そ
して、上記伝動手段の出力に現れる回転角度を上記伸縮
量検出センサによって検出するように構成することが望
ましい。

【００１０】直線移動を回転移動量に変換するための伝
動手段は、望ましくは、伸縮部材の移動側に連結された
移動側リンクと、その移動側リンクに連結すると共に伸
縮部材の固定側に連結された固定側リンクとを有し、そ
して、各リンクの他の部材に対する連結点を玉継手によ
って構成する。周知の通り、玉継手によって連結される
一対のリンクは、それぞれ、相手方のリンクに対して三
次元空間内で自由に回転できる。従って、伸縮部材に付
随する伝動手段の中に含まれる連結点を玉継手によって
構成すれば、伸縮部材が伸縮方向だけではなく横方向へ
も振動する場合に、伝動手段をその横方向振動に追従さ
せて動かすことができ、よって、伝動手段の破損を防止
できる。

【００１１】（シミュレーション装置の揺動方法）次
に、本発明に係る揺動方法は、オペレータの動作に対応
して映像表示手段に仮想空間を映像として表示するシミ
ュレーション装置においてオペレータを揺動させるため
に用いられる揺動方法であって、（１）弾性部材によっ
て形成されたエアー室に対してエアーを出し入れするこ
とによってその弾性部材を伸縮させてオペレータを揺動
させる揺動工程と、（２）オペレータを揺動させない平
常工程とを有し、（３）その平常工程において上記エア
ー室にはエアーが供給されて弾性部材は伸長状態にあ
り、その伸長状態の弾性部材によってオペレータが平常
状態に支持されることを特徴とする。

【００１２】このように、弾性部材が伸長状態にあり、
さらにその弾性部材によって形成されるエアー室の中に
エアーが充填されていれば、弾性部材の弾性及びその内
部に存在するエアーの弾性の相乗効果により、さらに
は、弾性部材が伸縮方向に対する横方向へも移動できる
性質を有することから、弾性部材によって支持されるオ
ペレータに対して「ふわふわ」した感触を与えることが
でき、この感触は、オペレータが水に浮かぶ船に乗って
いる状態を臨場感豊かに表現できる。

【００１３】さらに、本発明に係る他の揺動方法は、オ
ペレータの動作に対応して映像表示手段に仮想空間を映
像として表示するシミュレーション装置においてオペレ
ータを揺動させるために用いられる揺動方法であって、
（１）弾性部材によって形成されたエアー室に対してエ
アーを出し入れすることによってその弾性部材を伸縮さ
せてオペレータを揺動させる揺動工程を有し、（２）そ
の揺動工程において、収縮移動する弾性部材が最も収縮
する位置に到達する前にエアー室へエアーを供給してそ
の弾性部材の移動方向を伸長方向へと反転することを特
徴とする。

【００１４】収縮移動する弾性部材が最も低い位置まで
収縮しきってしまうと、弾性部材が最下位位置に達した
ときにオペレータに大きな衝撃が加わり、その結果、プ
レイヤが操作し難くなる等といった現実の状態にそぐわ
ない不都合が発生するおそれがある。これに対し、上記
のように、弾性部材が最下位位置に到達する前にその弾
性部材の移動方向を反転させれば、大きな衝撃の発生を
防止して、オペレータに適度の「ふわふわ」感を継続し
て与えることができる。この感触も、水に浮かぶ船に乗
っている状態を臨場感豊かにシミュレートする際に好都
合である。

【００１５】さらに、本発明に係る他の揺動方法は、オ
ペレータの動作に対応して映像表示手段に仮想空間を映
像として表示するシミュレーション装置であって、オペ
レータに体感を与えるために伸縮する伸縮部材と、その
伸縮部材の伸縮量を検出する伸縮量検出センサとを有す
るシミュレーション装置においてオペレータを揺動させ
るために用いられる揺動方法において、上記伸縮部材が
収縮運動を開始した後、その伸縮部材が所定量だけ収縮
したことを上記伸縮量検出センサによって検出したと
き、その伸縮部材の運動方向を伸長方向へと反転させる
ことを特徴とする。この構成の場合、望ましくは、上記
伸縮部材をエアー圧に従って伸縮する部材によって構成
する。この部材を用いる場合には、伸縮部材の収縮運動
はその伸縮部材からエアーを抜き取ることによって実現
され、そして、その伸縮部材の伸長運動はその伸縮部材
へエアーを供給することによって実現される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るシミュレー
ション装置の一実施形態を示している。このシミュレー
ション装置は、ベース１の上に設置された床５と、その
床５の上に設置された座席２と、床５の上に設置された
操作部３と、そしてベース１の前方に設置された筐体４
とを有する。座席２は、例えば、硬質ウレタンでイスの
型を作り、その上にスポンジを貼り、さらにその上に合
成皮革を張ることによって形成される。この構成の座席
２によれば、カヌーに乗って水の上に浮かんでいる状態
を臨場感豊かに再現できる。座席２の上には、図２に示
すように、１人又は２人、場合によっては３人以上のオ
ペレータ７が座ることができる。

【００１７】また、ベース１と床５との間には伸縮部材
としての複数の空気バネ６が設けられる。これらの空気
バネ６は、図３に示すように、床５の４隅に対応する複
数箇所に配設される。これらの空気バネ６は、エアーコ
ンプレッサ等といったエアー供給源４０に接続されてい
て、それらのうちの少なくとも１個に選択的に空気を供
給できるようになっている。空気が供給された空気バネ
６は、図２の上方へ伸長移動し、これにより、座席２が
傾斜移動やジャンプ移動する。このように移動する座席
２にオペレータが座っていれば、そのオペレータは、カ
ヌーが川の流れに従って傾斜したり、ジャンプしたりす
る動作を体感できる。

【００１８】各空気バネ６は、図４に示すように、ゴム
等の弾性部材３０を有し、その弾性部材３０の内部にエ
アー室Ｒが形成される。図３のエアー供給源４０から供
給されるエアーがこのエアー室Ｒへ導入されると床５は
図４の矢印Ｊのように上昇し、エアー室Ｒからエアーが
抜けると床５は矢印Ｊ’のように降下する。エアー室Ｒ
内へエアーが供給されない場合には、弾性部材３０が収
縮移動して床５は自重によって最下位位置に降りてい
る。

【００１９】床５とベース１との間には伝動機構４５が
配設される。この伝動機構４５は、図５に示すように、
弾性部材３０の移動側に連結された移動側リンク８１
と、その移動側リンク８１に連結された固定側リンク８
３とを有する。固定側リンク８３の他端は、ベース１上
に設けた支点８２によって回転自在に支持される。移動
側リンク８１と弾性部材３０の移動端は玉継手８４ａに
よって連結され、移動側リンク８１と固定側リンク８３
は玉継手８４ｂによって連結される。支点８２によって
支持されている固定側リンク８３の回転軸８３ａには伸
縮量検出センサとしてのポテンショメータ８６が接続さ
れる。このポテンショメータ８６は内部に可変抵抗器を
有し、固定側リンク８３の回転角度に対応してその抵抗
器の抵抗値が変化する。

【００２０】図１において、操作部３には、パドルを模
した操作入力部材８を有する操作入力装置が設けられ
る。操作入力部材８は、座席２に座ったオペレータ７
（図２参照）に対して横方向（図２の紙面垂直方向）へ
延びる棒状の握り部材９と、その握り部材９の両端に固
定されたフィン１１とによって構成される。握り部材９
はオペレータ７に対して横方向へ延びているので、その
握り部材９は１人のオペレータ７によって握ることがで
きるのはもちろんのこと、オペレータ７が複数人になる
場合でも各オペレータ７が無理なく握り部材９を握るこ
とができる。

【００２１】操作部３のヘッド部分３ａの中には図６及
び図７に示すような、操作入力部材８の握り部材９を支
持するための支持構造１２が格納される。この支持構造
１２は、ベース１０の上に設けた軸受１３ａ及び１３ｂ
によって水平軸線Ｌ1 を中心として回転自在に支持され
た回転軸１４を有する。この回転軸１４の先端（図の右
端）部分には、縦方向軸線Ｌ2 を中心として自由に回転
できるように回転ブロック１６が取り付けられ、その回
転ブロック１６の両端に湾曲アーム１７，１７が固定さ
れ、それらの湾曲アーム１７によって操作入力部材８の
棒状部分９が支持される。

【００２２】以上の構造により、握り部材９すなわち操
作入力部材８は、水平軸線Ｌ1 を中心として自由に回転
でき、同時に縦方向軸線Ｌ2 を中心として自由に回転で
きる。従って、握り部材９を両手で握り、その両手を前
後へ回転させれば、両軸線Ｌ1 及びＬ2 の交点Ｓを中心
として握り部材９を三次元の円錐形状を描くように回転
させることができる。握り部材９のこの動きは、オペレ
ータ７がカヌーのパドルを操作する状況を提供する。

【００２３】回転軸１４の後端（図の左端）部分には水
平維持機構１８が設けられる。この水平維持機構１８に
関してＸ−Ｘ線に従って断面をとって見ると図８に示す
通りである。図示のように、水平維持機構１８は、回転
軸１４の外周面上に部分的に形成された角柱部分１９
と、その角柱部分１９を取り囲む角柱状のケース２１
と、そして回転軸の角柱部分１９とケース２１との間に
形成される４個の空間のそれぞれに挟み込まれた弾性体
２２とによって構成される。弾性体２２は、例えばゴム
によって形成できる。

【００２４】回転軸１４は、弾性体２２に生じる弾性力
が釣り合う状態の角度位置に保持され、このときの角度
位置が図１において操作入力部材８を実質的に水平に保
持する角度位置に一致する。ここにいう実質的というの
は、操作入力部材８が厳密に水平状態になるということ
ではなくて、それが適当に傾いている場合であってもオ
ペレータ７がそれを両手で握ることができる程度に水平
になっている状態を意味している。

【００２５】操作入力部材８の棒状部分９を握るオペレ
ータ７が、その握り部材９を水平軸線Ｌ1 を中心として
水平状態から適宜の角度だけ傾けると、角柱部分１９が
同じ角度だけ回転して各弾性体２２を圧縮し、その結
果、各弾性体２２に反力が発生する。オペレータ７が力
を緩めれば、握り部材９は各弾性体２２の反力によって
水平状態へと戻されてその位置に保持される。このよう
に、水平維持機構１８は、握り部材９に対して反力すな
わち抵抗力を付与するための抵抗力付与手段としても作
用する。

【００２６】図６及び図７において、回転軸１４の中央
部分には、回転ブロック２３が設けられる。この回転ブ
ロック２３は、回転軸１４を縦方向に貫通する縦方向軸
線Ｌ3 を中心として回転軸１４に対して回転自在になっ
ている。この回転ブロック２３の一方の側には連結ロッ
ド２４の一端が連結され、その連結ロッド２４の他端は
操作入力部材８側の回転ブロック１６の底面に連結され
ている。この構造により、オペレータ７によって操作入
力部材８が操作されて操作側回転ブロック１６が縦方向
軸線Ｌ2 を中心として適宜の角度だけ回転すると、それ
に対応して回転ブロック２３も同様にして縦方向軸線Ｌ
3 を中心として同じ角度だけ回転する。

【００２７】回転ブロック２３の他方の側には、外方へ
突出する円錐状のガイド突起である被ガイド部材２６が
設けられ、その被ガイド部材２６はガイド板２７に形成
されたガイド孔２８を貫通している。ガイド孔２８は、
図６の矢印Ｃ方向から見て円形状となっている。オペレ
ータ７の操作によって操作入力部材８が水平軸線Ｌ1及
び縦方向軸線Ｌ2 の両軸線を中心として複合的すなわち
立体的に回転するとき、ガイド側回転ブロック２３はそ
の複合回転移動に対応して三次元空間内で移動する。こ
のとき、被ガイド部材２６のまわりには円形状のガイド
孔２８が存在するので、被ガイド部材２６の運動はその
ガイド孔２８によって制限される。これにより、操作入
力部材８がオペレータ７によって必要以上に大きく動か
されることを防止する。

【００２８】回転軸１４の後端（図６の左端）には回転
角度検出器２９ａが接続される。また、ガイド側回転ブ
ロック２３の回転軸線Ｌ3 にも回転角度検出器２９ｂが
接続される。オペレータ７の操作によって操作入力部材
８が三次元的に動かされるとき、その操作入力部材８の
水平軸線Ｌ1 まわりの回転角度は回転角度検出器２９ａ
によって検出され、そして、縦方向軸線Ｌ2 まわりの回
転角度は回転角度検出器２９ｂによって検出される。従
って、２つの検出器２９ａ及び２９ｂの出力信号を組み
合わせることによって操作入力部材８の三次元的な位置
を特定できる。

【００２９】操作入力側の回転ブロック１６の端部（図
６の下端部）の上面には、抵抗力付与手段としてのエア
ーシリンダ３１のピストンロッド３１ａの先端が接続さ
れている。そして、そのエアーシリンダ３１の後端（図
６の左端）が、ベース１０の上に設けたブラケット３２
によって支持される。通常のエアーシリンダにおいては
エアー入力ポートにエアー供給源が接続されるのである
が、本実施形態ではそのような通常の使用形態とは異な
った以下のような使用方法を採用している。

【００３０】すなわち、図９に示すように、エアーシリ
ンダ３１に設けられる２つの入出力ポート３３ａ及び３
３ｂのうちの一方、本実施形態ではポート３３ａに細径
の通気管、すなわちオリフィス３４が設けられ、さら
に、それら２個の入出力ポート３３ａ及び３３ｂがホー
ス３６によって連通する。図６において、操作入力部材
８が縦方向軸線Ｌ2 を中心として矢印Ｄ又は矢印Ｅのよ
うに回転すると、回転ブロック１６に接続されたピスト
ンロッド３１ａがそれらの回転に対応して図９に矢印
Ｄ’又は矢印Ｅ’で示すようにエアーシリンダ３１の本
体に対して進退移動する。

【００３１】この進退移動の際、ピストン３７が矢印
Ｄ’及び矢印Ｅ’のいずれの方向に移動する場合でも、
ピストン３７の移動当初はオリフィス３４の働きによっ
てピストン３７の動きに対して大きな抵抗力が付与され
る。シリンダ内に格納される空気は圧縮性流体であるか
らその空気は圧縮されて復元力を発生し、その復元力に
基づいて握り部材９に反力が付与される。そして、ピス
トン３７の移動開始後しばらくの時間が経過すると、オ
リフィス３４を通してエアーが抜けてピストン３７に対
する抵抗力すなわち反力がほとんど無くなってピストン
３７、従って操作入力部材８の動きに対してほとんど抵
抗力が無くなる。このような抵抗力付与動作は、あたか
も、パドルが水中に入れられた当初に大きな抵抗力がそ
のパドルに付与され、パドルが水中を移動するのに従っ
てその抵抗力が小さくなるという、実際のパドル操作に
非常に近似した感覚をオペレータ７に提供する。

【００３２】なお、オリフィス３４を利用した上記のよ
うな抵抗力付与操作は、２個の入出力ポート３３ａ及び
３３ｂをホース３６によって連通しなくても得ることが
できる。しかしながら、ホース３６を設けておかない
と、オリフィス３４及びポート３３ｂからエアーが抜け
るときに大きなエアー排気音が発生し、それ故、シミュ
レーションに臨場感を持たせることに関して大きな障害
となる。これに対し、２個の入出力ポート３３ａ及び３
３ｂをホース３６で連通すれば、そのような排気音の発
生を防止できる。

【００３３】図１において、筐体４の上部には光表示部
３９が設置される。この光表示部３９は透光性のプラス
チックカバー４１によってその外形形状が決定されてお
り、そのカバー４１の中に蛍光管４２及びスピーカ４３
が格納されている。スピーカ４３の音響発生部はカバー
４１に設けた穴を通して外部へ露出する。スピーカ４３
は、図１０に示すように、カバー４１の内部に格納され
ると共に、蛍光管４２の発光領域Ｈの範囲内に収まるよ
うに配置される。

【００３４】光表示部３９のカバー４１には、本シミュ
レーション装置の装置名称やその他の必要パターンが描
かれ、内部の蛍光管４２が発光したときにそのパターン
が光によって外部へ鮮明に表示される。従来一般的に使
用されているシミュレーション装置では、光表示部とス
ピーカとがそれぞれ別体に配設されることが多く、その
構成では光表示部のための空間が狭くなってしまい、そ
のため、人の目を惹き付け易い大胆なパターンを設ける
ことができなかった。

【００３５】これに対し本実施形態では、スピーカ４３
をカバー４１の内部に格納することにより、カバー４１
の全体形状を大きく形成でき、その結果、面積の広いカ
バー４１の全面を使って目に付き易い効果的なパターン
を形成できる。また、スピーカ４３をパターンの一部と
して有効に活用することもできる。また、蛍光管４２の
発光領域Ｈをスピーカ４３を配置した位置よりも広く設
定したので、面積の広いカバー４１の全面をむら無く照
明できる。

【００３６】図１に戻って、筐体４の前面上部には映像
表示手段としてのプロジェクタ３８が配設され、さらに
そのプロジェクタ３８を制御するための制御装置４４が
筐体４の内部に設けられる。この制御装置４４はコンピ
ュータを含んだ電子回路によって構成されていて、例え
ば図１２に示すように、ゲーム演算部６１及び画像合成
部６２を含んで構成される。

【００３７】ゲーム演算部６１は、マップ情報記憶部６
４、移動体情報記憶部６５及びゲーム空間演算部６６を
含んで構成される。マップ情報記憶部６４は、カヌーの
川下りのためのコースに関する情報を分割マップ情報と
して記憶する。すなわち、コース情報が各地点の平面座
標とその地点の高度座標として記憶される。移動体情報
記憶部６５は、オペレータ７の現在位置を三次元座標で
記憶する。ゲーム空間演算部６６は、移動体情報記憶部
６５の記憶内容に基づいてオペレータの現在位置を読み
出し、さらに操作部３からの操作信号及びマップ情報記
憶部６４からの地形信号に基づいてオペレータ７の移動
位置を演算する。なお、移動体情報記憶部６５内の記憶
内容は、模擬動作を表示する手段としてプロジェクタ３
８を用いた本実施形態では、ゲーム演算部６６の演算に
基づいて１／６０秒ごとに更新される。

【００３８】画像合成部６２は、三次元演算部６８、画
像描画部６９及びオブジェクト画像情報記憶部７１を含
んで構成される。オブジェクト画像情報記憶部７１は、
コースの映像を作成するために必要な情報、例えば、オ
ペレータの画像情報、山、川、岩、鳥等に対応する画像
情報を記憶する。三次元演算部６８は、ゲーム空間演算
部６６から出力されたデータ、すなわちオペレータに関
する情報や分割マップ情報等に基づいて、対応する画像
情報をオブジェクト画像情報記憶部７１から読み出して
三次元の仮想空間を演算し、その演算結果を画像描画部
６９へ出力する。

【００３９】画像描画部６９は、三次元演算部６８の出
力データをプロジェクタ３８で映像表示可能な映像デー
タへ変換し、これにより、上記の仮想空間が例えば図１
１に示すように二次元的な映像としてプロジェクタ３８
に表示される。図１１は、川の上を移動するカヌーの映
像７０を含んだ川下りの景色映像を示している。この映
像は、ゲーム空間演算部６６による演算処理に基づいて
１／６０秒ごとに更新され、オペレータにとっては連続
して変化する川下りの景色映像として認識される。な
お、図１１において、符号Ｑ1 及びＱ2 は二人のオペレ
ータ像を示し、符号７３は川を示し、符号７４は岩山を
示し、符号７５は川の中にある岩を示し、そして符号７
６は鳥を示している。

【００４０】以下、上記構成より成るシミュレーション
装置に関してその動作を説明する。図２において、１人
又は複数人のオペレータ、図では２人のオペレータ７が
座席２の上に腰掛ける。座席２は軟質の材料によって形
成されるので、オペレータ７はカヌーに乗ったような感
触を受ける。

【００４１】オペレータ７が最初に座席２に腰掛けると
き、すなわちオペレータ７を揺動させることのない平常
状態のとき、図４又は図５においてエアー室Ｒの中には
予めエアーが供給されていて弾性部材３０は伸長状態に
ある。従って、オペレータ７は伸長状態にある弾性部材
３０の弾性力及びエアー室Ｒ内のエアーが有する弾性力
の両方によって「ふわふわ」した状態で支持される。こ
の状態は、カヌーが水の上に浮かぶ状態を忠実に模倣す
る。

【００４２】その後、操作部３の適所に設けたコイン投
入口（図示せず）にオペレータ７がコインを投入する
と、シミュレーション動作、本実施形態の場合はカヌー
の川下り動作が開始される。シミュレーションが開始さ
れると、プロジェクタ３８に川下りの景色映像及びカヌ
ー像に乗ったオペレータ自身に対応するキャラクタ像Ｑ
1 及びＱ2 が映し出される。

【００４３】オペレータ７は、プロジェクタ３８に映し
出される映像を見ながら、操作入力部材８をパドルを漕
ぐようにして手によって回転させる。回転する操作入力
部材８の回転角度位置は角度検出器２９ａ及び２９ｂ
（図６、図７参照）によって検出され、さらにその角度
位置の変化に基づいて操作入力部材８の回転速度が演算
され、そしてその回転速度に応じた速度でカヌー像７０
が川７３の下流側に向かって移動する映像が表示され
る。この移動の際、コンピュータのメモリ部に記憶され
たシミュレーション・プログラムに従って図３の空気バ
ネ６のいずれか１つ、いずれか複数又は全部が選択さ
れ、それらのエアー室Ｒ内へ選択的に空気が供給され
る。

【００４４】図４において、エアー室Ｒ内にエアーが供
給されると、弾性部材３０は矢印Ｊ方向へ伸長移動す
る。この伸長移動が全ての空気バネ６に関して同時に生
じると、座席２は上方へジャンプする。また、弾性部材
３０の伸長移動が１つ又はいくつかの空気バネ６に関し
て選択的に生じると、座席２は傾斜移動する。座席２が
異なる方向へ連続的に傾斜移動すれば、オペレータ７を
揺動させることができ、この揺動によりオペレータ７
は、カヌーが川の流れに従って揺動する状況を体感す
る。

【００４５】また、オペレータ７は、図１１において、
プロジェクタ３８に映し出されるカヌー像７０が岩像７
５や岩山像７４等に衝突しないように操作入力部材８を
操縦しながら、できるだけ速く仮装空間内の川下のゴー
ル地点へ到達することを意図してシミュレーションを行
う。もし、カヌー像７０が岩像７５等に衝突したときに
は、空気バネ６のいずれかに多量の空気を急激に供給し
て座席２を激しく揺動させ、もって、オペレータ７に衝
突時の大きな衝撃を体感させる。

【００４６】座席２が揺動運動するとき、すなわち各空
気バネ６が伸縮移動するとき、図５において、弾性部材
３０の伸縮移動は伝動機構４５の働きによって出力軸８
３ａに回転角度変化として取り出され、その回転角度変
化がポテンショメータ８６を介して電気的に検出され
る。図１２のゲーム空間演算部６６は、ポテンショメー
タ８６の出力情報を読み取ることにより、弾性部材３０
の伸長量又は収縮量を検出し、その検出結果に基づいて
シミュレーション内容を制御する。

【００４７】例えば、弾性部材３０内のエアー室Ｒ内か
らエアーを抜き取ることによって弾性部材３０を収縮移
動させて座席２を最下位位置へ向けて降下させるとき、
弾性部材３０が最下位位置に近い基準限界位置まで下が
ったことをポテンショメータ８６が検知したときに、エ
アー室Ｒ内へのエアーの供給を行う。つまり、弾性部材
３０が最下位位置まで落ち切ってしまう前の適宜のタイ
ミングで弾性部材３０の移動方向を収縮方向から伸長方
向へと反転させる。

【００４８】弾性部材３０を最下位位置まで落としきっ
てしまうと、その瞬間にオペレータ７に対して大きな衝
撃が加わり、これは川を流れるカヌーに関しては実際に
は出現し難い感触である。従って、上記のように弾性部
材３０が最下位位置まで落下する前にその移動方向を反
転させるようにすれば、川の中で「ふわふわ」と上下動
するカヌーの動きを忠実に模倣できる。

【００４９】また、弾性部材３０に上下伸縮運動をさせ
る際、本実施形態では、上方位置にある弾性部材３０内
のエアー室Ｒ内からエアーを抜き取ってその弾性部材３
０を収縮移動させ、その後、ポテンショメータ８６によ
って希望の降下量が検知されたときにエアー室Ｒ内へエ
アーを再供給して弾性部材３０の運動方向を上方へと反
転させる。

【００５０】従来の制御方法であれば、エアー室Ｒ内か
らエアーを抜き取った後、所定時間の経過後にエアーの
供給を再開して弾性部材３０の移動方向を降下から上昇
へと反転させていたが、この方法では、オペレータ７の
体重が重い場合には弾性部材３０の沈み込み量が大き
く、その反面、オペレータ７の体重が軽い場合には弾性
部材３０の沈み込み量が小さくなる。つまり、オペレー
タ７の体重のバラツキによって座席２の揺動状態にバラ
ツキが生じ、あらゆるオペレータ７に対して均一な体感
を付与することが難しかった。これに対し本実施形態に
よれば、オペレータ７の体重が重い場合でも、あるい
は、軽い場合でも、弾性部材３０の伸縮量を常に一定量
にすることができ、従って、あらゆるオペレータ７に対
して安定した揺動運動を与えることができる。

【００５１】本実施形態では、弾性部材３０が、いわゆ
る太鼓形状に形成され、その内部の全体がエアー室Ｒと
なっているので、弾性部材３０は伸縮方向（図４の矢印
Ｊ及び矢印Ｊ’方向）へ移動できることはもとより、そ
れに対する横方向（図４の左右方向）へも揺動できる。
この左右方向への揺動は、カヌーが水の上で揺れる動作
を模倣することに関して非常に有効である。本実施形態
では、伝動機構４５内に含まれるリンク８１及び８３に
関する連結点に玉継手８４ａ及び８４ｂを採用している
ので、弾性部材３０が上記のように左右方向へ揺動する
場合でも、各連結点はその揺動に追従して自由に動くこ
とができ、従って、弾性部材３０の横方向移動によって
伝動機構４５が損傷するという心配がない。

【００５２】オペレータ７が、図６に矢印Ｅ及び矢印Ｄ
で示すように、操作入力部材８を縦方向軸線Ｌ2 を中心
として左右に回転させると、エアーシリンダ３１のピス
トンロッド３１ａがエアーシリンダの本体に対して進退
移動を行う。ピストンロッド３１ａがそのような進退移
動を行うとき、図９のオリフィス３４の働きにより、そ
の進退移動の初期にはオペレータに大きな抵抗力が付与
され、さらにその抵抗力は少しの時間の経過後に“す
っ”と消失し、その後はオペレータに抵抗力が加わらな
いという状況を実現する。これは、あたかも、オペレー
タによって操作されるパドルが川の水を掻いた当初には
そのパドルに大きな負荷が加わり、しばらくするとその
負荷が無くなるという実際のパドル漕ぎ操作に非常に近
似した感触をオペレータに付与する。

【００５３】以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を
説明したが、本発明はその実施形態に限定されるもので
はなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改
変できる。例えば、上記実施形態では、カヌーで川下り
を行うことを主題とするシミュレーション装置に対して
本発明を適用する場合を考えたが、他の任意の内容を主
題とするシミュレーション装置に対しても本発明を適用
できることはもちろんである。

【００５４】また、伸縮部材として用いることができる
材料は、ゴムに限られず、他の任意の弾性材料とするこ
ともできる。また、伸縮部材の形状も、図４及び図５に
示すような、いわゆる太鼓形状に限られず、設計上の必
要性に応じて種々の形状とすることができる。また、空
気バネ６の直線状の伸縮移動を回転移動量に変換するた
めの伝動機構４５の構造も図４及び図５に示した構造に
限られず、他の任意の構造とすることができる。

【００５５】

【発明の効果】請求項１記載のシミュレーション装置に
よれば、伸縮部材の伸縮量を伸縮量検出センサによって
直接的に検知するので、空気圧センサ等によって間接的
に検知する場合に比べて、オペレータに付与される体感
動作の動作量を細かく且つ高精度に検知できる。従っ
て、実際の動作に近似した臨場感豊かなシミュレーショ
ン動作を提供できる。

【００５６】請求項２記載のシミュレーション装置によ
れば、圧縮性流体であるエアーを用いて伸縮部材を伸縮
させるので、油等といった非圧縮性流体を用いる場合に
比べて、オペレータに「ふわふわ」とした感触を与える
ことができる。このことは、水の上にふわふわと浮かぶ
状態をシミュレートする場合に特に有効である。

【００５７】請求項３記載のシミュレーション装置によ
れば、弾性部材そのものによってエアー室を形成し、さ
らにそのエアー室に圧縮性流体であるエアーを出し入れ
するようにしたので、弾性部材の弾性及びエアーの弾性
の相乗効果によってオペレータに「ふわふわ」感を与え
ることができる。また、弾性部材は伸縮方向に対して横
方向へも揺動できるようになり、よって、水上に浮かん
でいる感触を臨場感豊かに模倣できる。

【００５８】請求項４記載のシミュレーション装置によ
れば、弾性部材の伸縮量をきわめて正確に検出できる。

【００５９】請求項５記載のシミュレーション装置によ
れば、伝動手段内に設けられる連結点を玉継手によって
構成するので、弾性部材が伸縮方向に対して横方向へ揺
動する場合にも伝動手段内に破損が発生することを防止
できる。

【００６０】請求項６記載の揺動方法によれば、オペレ
ータに揺動運動を与えない平常時に、伸長状態にある弾
性部材が有する弾性と、その中に充填されたエアーが有
する弾性との相乗効果により、オペレータにふわふわと
した感触を与えることができ、この感触は、水に浮かぶ
乗物をシミュレートする際に有効である。

【００６１】請求項７記載の揺動方法によれば、弾性部
材が一気に最下位位置まで落下して硬い物同士がぶつか
り合うという事態が無くなるので、揺動運動しているオ
ペレータに異常に大きな衝撃が付与されることが無くな
り、常にふわふわとした感触を与え続けることができ
る。

【００６２】請求項８及び請求項９記載の揺動方法によ
れば、オペレータの体重が重い場合、あるいは軽い場合
のどちらの場合でも、オペレータに対して安定したスト
ロークの揺動運動を与えることができる。特に、請求項
９記載の揺動方法によれば、エアーを用いて揺動運動を
行うので、簡単な制御により応答性の良い揺動運動を実
現できる。

【００６３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシミュレーション装置の一実施形
態を示す斜視図である。

【図２】図１のシミュレーション装置にオペレータが乗
った状態を示す側面図である。

【図３】図１のシミュレーション装置を上方から見た様
子を示す平面図である。

【図４】オペレータに体感を与えるための伸縮部材の一
例を示す側面図である。

【図５】図４の矢印Ｚに従った側面図である。

【図６】操作入力装置の一実施形態を示す平面図であ
る。

【図７】図６の構造を一部破断して示す側面図である。

【図８】図６のＸ−Ｘ線に従った断面図である。

【図９】図６の構造の要部である抵抗力発生用のエアー
シリンダの断面構造を示す側面断面図である。

【図１０】図１のシミュレーション装置の要部を示す正
面図である。

【図１１】図１のシミュレーション装置の要部であるプ
ロジェクタに映し出される映像の一例を示す図である。

【図１２】図１のシミュレーション装置に用いられる制
御装置の一例を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ 座席 ３ 操作部 ３ａ 操作部ヘッド部分 ４ 筐体 ５ 床 ６ 空気バネ ７ オペレータ ８ 操作入力部材 ９ 握り部材 １１ フィン １２ 支持構造 １３ａ，１３ｂ 軸受 １４ 回転軸 ２２ 弾性体 ２９ａ，２９ｂ 回転角度検出器 ３０ 弾性部材（伸縮部材） ３１ エアーシリンダ ３３ａ，３３ｂ エアー入出力ポート ３４ オリフィス ３６ ホース ３８ プロジェクタ（映像表示手段） ４５ 伝動機構 ８１ 移動側リンク ８３ 固定側リンク ８３ａ 回転軸 ８４ａ，８４ｂ 玉継手 ８６ ポテンショメータ（伸縮量検出センサ） Ｌ1 ，Ｌ2 回転中心軸線 Ｑ1 ，Ｑ2 オペレータ像 Ｒ エアー室

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オペレータの動作に対応して映像表示手
   段に仮想空間を映像として表示するシミュレーション装
   置において、 オペレータに体感を与えるために伸縮する伸縮部材と、
   その伸縮部材の伸縮量を検出する伸縮量検出センサとを
   有することを特徴とするシミュレーション装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシミュレーション装置に
   おいて、伸縮部材はエアー圧に従って伸縮することを特
   徴とするシミュレーション装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のシミュレーション装置に
   おいて、伸縮部材はエアー室を形成する弾性部材を有
   し、そのエアー室に対してエアーを出し入れすることに
   よりその伸縮部材を伸縮させることを特徴とするシミュ
   レーション装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちの少なくと
   もいずれか１つに記載のシミュレーション装置におい
   て、 上記伸縮部材と上記伸縮量検出センサとの間に伝動手段
   を配設し、 その伝動手段は上記伸縮部材の直線移動を回転移動量に
   変換して出力し、 上記伸縮量検出センサは上記伝動手段の出力に現れる回
   転角度を検出することを特徴とするシミュレーション装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシミュレーション装置に
   おいて、上記伝動手段は、伸縮部材の移動側に連結され
   た移動側リンクと、その移動側リンクに連結すると共に
   伸縮部材の固定側に連結された固定側リンクとを有し、
   各リンクの他の部材に対する連結点は玉継手を含むこと
   を特徴とするシミュレーション装置。
6. 【請求項６】 オペレータの動作に対応して映像表示手
   段に仮想空間を映像として表示するシミュレーション装
   置においてオペレータを揺動させるために用いられる揺
   動方法において、 弾性部材によって形成されたエアー室に対してエアーを
   出し入れすることによってその弾性部材を伸縮させてオ
   ペレータを揺動させる揺動工程と、 オペレータを揺動させない平常工程とを有し、 その平常工程において上記エアー室にはエアーが供給さ
   れて弾性部材は伸長状態にあり、その伸長状態の弾性部
   材によってオペレータが平常状態に支持されることを特
   徴とするシミュレーション装置の揺動方法。
7. 【請求項７】 オペレータの動作に対応して映像表示手
   段に仮想空間を映像として表示するシミュレーション装
   置においてオペレータを揺動させるために用いられる揺
   動方法において、 弾性部材によって形成されたエアー室に対してエアーを
   出し入れすることによってその弾性部材を伸縮させてオ
   ペレータを揺動させる揺動工程を有し、 その揺動工程において、収縮移動する弾性部材が最も収
   縮する位置に到達する前にエアー室へエアーを供給して
   その弾性部材の移動方向を伸長方向へ反転することを特
   徴とするシミュレーション装置の揺動方法。
8. 【請求項８】 オペレータの動作に対応して映像表示手
   段に仮想空間を映像として表示するシミュレーション装
   置であって、オペレータに体感を与えるために伸縮する
   伸縮部材と、その伸縮部材の伸縮量を検出する伸縮量検
   出センサとを有するシミュレーション装置においてオペ
   レータを揺動させるために用いられる揺動方法におい
   て、 上記伸縮部材が収縮運動を開始した後、その伸縮部材が
   所定量だけ収縮したことを上記伸縮量検出センサによっ
   て検出したとき、その伸縮部材の運動方向を伸長方向へ
   と反転させることを特徴とするシミュレーション装置の
   揺動方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載のシミュレーション装置の
   揺動方法において、上記伸縮部材はエアー圧に従って伸
   縮する部材であり、その伸縮部材の収縮運動はその伸縮
   部材からエアーを抜き取ることによって実現され、そし
   て、その伸縮部材の伸長運動はその伸縮部材へエアーを
   供給することによって実現されることを特徴とするシミ
   ュレーション装置の揺動方法。