JPWO2002073385A1 - ジャイロを用いた力覚呈示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置は、マンマシンインターフェイスデバイス内部に埋め込まれた回転体の回転方向、回転速度を制御することによって、任意の大きさ任意の方向にトルクを発生させることができることを利用して、仮想物体の存在や衝突の衝撃力を呈示する。さらに、回転体として、ジャイロスコープを用いて回転反力を発生させ、ジャイロスコープの姿勢および回転数の制御によってその反力の制御を行う。

Description

技術分野
本発明は、バーチャル・リアリティー（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ：ＶＲ）分野、ゲーム分野等で用いるためのマンマシンインターフェイスに関し、特に、マンマシンインターフェイスを介して人に力を呈示したり抗力・反力などを与えて人の動きを制限することにより、仮想空間における物体の存在や衝突による衝撃を呈示する装置に関する。
背景技術
従来より、センサーでとらえた人の動作に応じて映像、音声、触感・体感などを生成し、コンピュータの作り出す空間に実際にいるような感覚を生じさせるＶＲが知られている。従来のＶＲにおける力覚呈示デバイスとしては、抗力・反力の力覚呈示において、人間の感覚器官に接した力覚呈示部と力覚呈示システム本体とがワイヤーやアームでつながれいる。しかしながら、これらワイヤーやアームなどの存在が人間の動きを制限するという欠点があり、また、力覚呈示システム本体と力覚呈示部がワイヤーやアームでつながる有効空間でしか使用できないために、使用できる空間的広がりに制限があった。
（参考文献１：Ｇｒｉｇｏｒｅ Ｃ．Ｂｕｒｄｅａ；”Ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｔｏｕｃｈ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ”Ａ Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＪＯＨＮ ＷＩＬＢＹ ＆ ＳＯＮＳ，ＩＮＣ．ｐ９０−９３．１９９６．
参考文献２：Ｔｈｏｍａｓ Ｈ．Ｍａｓｓｉｅ ａｎｄ Ｊ．Ｋ．Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ；“Ｔｈｅ ＰＨＡＮＴＯＭ Ｈａｐｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：Ａ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｒｏｂｉｎｇ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｏｂｊｅｃｔｓ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭＥ Ｗｉｎｔｅｒ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｈａｐｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ，Ｎｏｖ．１９９４．
参考文献３：Ａｌｌａｎ Ｍ．Ｗｙｌｄｅ；“Ｔｈｅ Ｆｅｙｎｍａｎ Ｌｅｃｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｍｍｅｍｏｒａｔｉｖｅ Ｉｓｓｕｅ”Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐ．２０−１〜２０−８，１９８９）
このように、人に仮想物体の存在や衝突の衝撃力を与える従来のマンマシンインターフェイスデバイスにおいては、複数のインターフェイスが同一空間内に存在した場合、ワイヤーやアームがお互いに干渉しあって共存できないという欠点が存在し、また、アームやワイヤーなどの有効範囲によって、人の動きや行動範囲が制限されるという欠点が存在していた。
発明の開示
本発明は、上記のような従来技術の欠点を解消するために発明されたものであり、マンマシンインターフェイスデバイス内部に埋め込められた回転体の回転方向、回転速度を制御することによって、任意の大きさ任意の方向にトルクを発生させて、仮想物体の存在や衝突の衝撃力を呈示するものである。
さらに、具体的に言えば、本発明は、ジャイロスコープを用いて回転反力を発生させ、ジャイロスコープの姿勢および回転数の制御によって反力の制御を行うことを特徴とするものである。
ここで、少し注意すべきことは、本発明におけるジャイロスコープとは、通常のジャイロスコープとは使い方が異なっていることである。通常のジャイロスコープにおいては、ジャイロスコープの角運動量が変化しないことを利用するものであるが、本発明のジャイロスコープにおいては、ジャイロスコープの角運動量を積極的に変化させて利用する。したがって、本発明におけるジャイロスコープは、「ジャイロ型トルクアクチュエータ」とも呼び得るものである。
また、ジャイロスコープの回転体の回転姿勢を制御する方法としては、回転軸受けが不要となる反発浮上型が好ましいが、吸引浮上型でも原理的には実現可能である。
ところで、ジャイロスコープ中の回転体が回転しているときに、外力によってジャイロスコープ本体が回転させられると、トルクが発生してしまう。そこで、本発明の一形態では、反対向きに同じ回転数で回転する２組のジャイロスコープを用いることで、回転体を回転させたままでもジャイロ効果を打ち消すことができ、ジャイロスコープ本体が回転した時のトルク発生をゼロにすることが可能になるようにしている。
また、本発明の別の形態のように、３軸上に配置・固定された３つのジャイロスコープによって各々の軸方向に回転力を発生させると、ジャイロの姿勢制御部がなくなり、装置はさらに簡素化する。
上記構成により、本発明によれば、手に収まるほどの小さなインターフェイスデバイスに内蔵された回転体の回転制御によってトルクを呈示することにより、アームやワイヤーが不要となり、複数のインターフェイスが同一空間内に共存することができる。また、本発明によれば、インターフェイスデバイスとＶＲ機器本体とはリード線またはコードレスで結ばれることができるので人の動きを妨げない。また、本発明によれば、任意方向のトルクベクトル発生のために３つのジャイロスコープを用いることで、回転体を姿勢制御する可動的回転軸受け部分が不要となるために構造が簡単になり、構造強度が増す。また、本発明によれば、ツイン・ジャイロスコープを用いることで、回転体が回転している状態でも、ジャイロスコープ本体の回転による不必要なトルク発生を抑えることができる。
発明を実施するための最良の形態
（発明の原理および作用）
本発明を実施するための最良の形態を説明する前に、本発明の実施形態の理解をより容易にする目的で、本発明の原理および作用について、図１〜図１３を参照して、詳述する。
まず、任意の方向に力を発生する方法として、１つのジャイロスコープ（上記の「ジャイロ型トルクアクチュエータ」とも呼び得るもの、以下同様）の回転軸を３次元方向に制御する方法と、軸固定された３つのジャイロスコープの相対的な回転数の比を制御する方法の２つがある。
１つのジャイロスコープを用いた場合は、ジャイロの回転軸方向、回転速度を制御することによって、任意の回転方向に角運動量ベクトルを発生し、任意の力を呈示することができる。
他方、３軸方向に３つのジャイロスコープを配置した場合は、３つのジャイロスコープの回転速度比を制御することによって、回転軸の制御をすることなく任意の回転方向に角運動量ベクトルを発生し、任意の力を呈示することができる。このため構造が簡単になり構造強度が増す。
また、１軸方向に２組のジャイロスコープを配置し、それぞれの回転体を反対向きに回転させた場合、回転体を回転させたままでもジャイロ効果を打ち消すことができる。これにより、回転体が回転中におけるジャイロスコープ本体の回転による不必要なトルク発生を抑えることができる。
以下に、本発明のジャイロを用いた力覚呈示装置の動作原理を説明する。
（１）角運動量ベクトルの時間的変化とトルクの関係
トルクベクトルτは位置ベクトルｒと力ベクトルＦのベクトル積で表される。
τ＝ｒ×Ｆ …（１）
角運動量ベクトルＬは、原点からの距離ｒと運動量ベクトルｐを掛けたもので表される。
Ｌ＝ｒ×ｐ …（２）
３次元空間の回転に対してニュートンの法則
Ｆ＝ｄｐ／ｄｔ …（３）
に対応する力学的な法則であるトルクベクトルτは、上式（２）、（３）を用いて
τ＝ｒ×Ｆ＝ｒ×（ｄｐ／ｄｔ）＝ｄ（ｒ×ｐ）／ｄｔ …（４）
つまり、
τ＝ｄＬ／ｄｔ …（５）
と表される。この式（５）は、トルクベクトルτが角運動量ベクトルＬの時間についての変化量であることを表している。
（２）ジャイロスコープ
ａ）角運動量ベクトルの大きさが一定で方向が変化した場合（τ_Ω）：
図１に示すように、ジャイロスコープの角運動量の大きさ｜ω｜（ω_１＝ω_０）がＬ_０で一定であり、その方向がΔｔ時間の間にΔθ回転したとき、角運動量ベクトルＬの変化の大きさはΔＬ＝Ｌ_０Δθである。よって、角運動量ベクトルＬが回転数Ωで回転した場合のトルクの大きさτ_Ωは、
Ｌｉｍ_Δｔ→０τ_Ω＝Ｌｉｍ_Δｔ→０ΔＬ／Δｔ＝Ｌ_０Ｌｉｍ_Δｔ→０Δθ／Δｔ＝Ｌ_０Ω …（６）
方向を考慮すると
τ_Ω＝Ω×Ｌ_０ …（７）
と表される。
したがって、図２に表されるように、角運動量ベクトルＬがｙ軸方向で、回転ベクトルΩがｘ軸方向の場合に発生するトルクベクトルτはｚ軸方向となる。
ｂ）角運動量ベクトルの方向は一定で大きさが変化した場合（τ_Ｌ）：
図２に示すように、角運動量ベクトルの方向は一定で大きさが変化したときのトルクベクトルτ_Ｌは、
τ_Ｌ＝Ｌｉｍ_ｔ→０ΔＬ／Δｔ＝ｄＬ／ｄｔ …（８）
と表される。図２は回転数Ω＝０、角運動量｜ω｜が減少した場合を表している。
ｃ） 角運動量ベクトルの方向及び大きさが変化した場合（τ）：
図３に示すように、上記のａ）とｂ）の両条件が成立したときが一般的であり、その時のトルクベクトルτは上記の式（５）の
τ＝ｄＬ／ｄｔ
が示すように、トルクベクトルτと角運動量ベクトルの変化ΔＬは同一方向となる。
また、トルクベクトルτは角運動量の方向変化によって発生したトルクベクトル成分τ_Ωと角運動量の大きさの変化によって発生したトルクベクトル成分τ_Ｌとの合力で表される。
（３）ジャイロに働くトルク
ジャイロスコープをモーターで実現したとき、モーター回転子の回転を制御することでトルクが生じる。ここで、モーター回転子の角運動量ベクトルの時間的変化によって発生するモーター・カバーに働くトルクベクトルを考察してみる。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに示すように、ジャイロスコープ４１のモーター回転子４５の角運動量ベクトルの時間的変化にともなうトルクベクトルがτで表されている。回転子４５の回転数変化にともなう角運動量ベクトル（回転軸方向成分）の変化によって生じるトルク成分がτ_Ｌ、回転子の回転軸の回転にともなう角運動量ベクトルの変化によって生じるトルク成分がτ_Ωである。
次に、モーター・カバー４３に働くトルクを考えてみる。モーター・カバー４３に働くモーター・回転子４５の回転軸４７に垂直なトルク成分は、軸受けにおける力の作用・反作用によって、回転子４５とモーター・カバー４３で、同じトルク成分τ_Ωとなる。これに対して、モーター・カバー４３に働く回転子回転軸４７の方向のトルク成分は、回転子４５の電磁石とカバー４３の磁石とによる磁力の反発によって、回転子４５に働くトルク成分τ_Ｌと反対方向のトルク成分（磁力反発トルク）−τ_Ｌとなる。よって、モーター・カバー４３に働くトルクベクトルはτ_Ωと−τ_Ｌの合成τ_ｃになる。
その際、モーター・カバー４３が人の手などの外力によって動いている場合は、発生するトルクはモーター・カバー４３に対する回転子４５の相対的な動きに依存しており、この影響を補正する必要がある。
一例をあげると、図５は回転子４５の軸４７に平行に、人の手５１がモーター・カバー４３を握っている状態を表している。例えば、人の手５１の動きによって、回転子４５の回転方向と同じ方向にモーター・カバー４３が回転数ωで回転された場合に、手５１が受けるトルクτ_Ｌは
τ_Ｌ＝Ｉｄ（ω_Ｌ−ω）／ｄｔ …（９）
となる。これを３次元に一般化すると
τ_Ｌ＝Ｉｄ（ω_Ｌ−ω）／ｄｔ …（１０）
となる。
（４）角運動量ベクトルの回転とジャイロに働くトルクの変化
角運動量ベクトルＬが一定の大きさの場合、発生するトルクτの方向は、図６の矢印で示すように、ジャイロスコープ４１の回転軸４７の回転にともなって変化する。これではトルクτの方向が周期的に変わってしまい、継続的に同一方向にトルクを呈示しつづけることができない。
（５）連続的等トルクベクトルの呈示
そこで、角運動量の方向と大きさを時間的に制御することで、トルクが継続的に一定方向を示す制御方法を考える。角運動量ベクトルの変化の軌跡が角運動量ベクトルの基点を通る円の周上を等速で移動する場合を考える。
図７は各時刻の角運動量ベクトルＬ_ｉ（ｉ＝０−７）、角運動量ベクトルの変化分ΔＬ_ｉ（ｉ＝０−７）、および角運動量ベクトルの変化にともなってジャイロスコープ・カバー４３に発生するトルクτ_ｃｉ（ｉ＝０−７）を時間Δｔ刻みで表している。ジャイロ４１に働くトルクベクトルτは角運動量ベクトルの変化分ΔＬ_ｉと同じ方向を示す。ジャイロスコープ・カバー４３に働くトルクベクトルτは、回転体４５の回転軸４７に垂直な方向に働くトルク成分τ_Ωと回転軸方向に働くトルク成分τ_Ｌの反力であるトルク成分−τ_Ｌとの合力トルクベクトルτ_ｃで表される。
図７において、作図から求められたトルクベクトルτ_ｃｉはどの時刻においても同一の方向を示している。Δｔを小さくしていくと、τ_ｃｉはＬ_０に対して反時計周りに９０度回転された方向に常に同じ大きさを示す（図８参照）。ここでジャイロスコープ・カバー４３に働く角運動量ベクトルＬとトルクベクトルτは、ジャイロスコープ・カバー４３が１８０度回転した時に初期状態に戻っている（図９参照）。図９において、τ_ｃはジャイロスコープ・カバー４３に働く合力トルクを表わす。
上記では簡潔な説明のために、角運動量ベクトルの変化ΔＬ_ｉの軌跡が角運動量ベクトルＬ_ｉの基点を通る円周上を等速で移動する場合を考えた。しかし、角運動量ベクトルＬ_ｉが必ずしも基点をとおらなくとも、円周上を等速で移動する場合には、継続的に一定方向を示すトルクを発生させることが可能である。
同様に、図１０に示すように、角運動量ベクトルＬ_ｉが円弧上を等速で移動するように角運動量ベクトルＬ_ｉを制御することで、四角形の辺方向にトルクベクトルτ_ｃｉを離散的に発生させることも可能である。以上から容易に推測できるように、本発明によるこの方法を利用すれば、時間的にも連続的、断続的、周期的といった任意のトルクベクトルτ_ｃｉを発生させることができる。
（６）角運動量ベクトルの制御方法
角運動量ベクトルＬ_ｉの発生・制御方法としては、
ａ）図１１に示すように、１つのジャイロスコープの回転数（ω_０）および回転軸の姿勢（Ω_１、Ω_２）を制御することで，任意の方向に任意の大きさのトルクベクトルを発生させる方法（以下、この方法を、シングル・ジャイロスコープ方式と呼ぶ）、
ｂ）図１２に示すように、２つのジャイロスコープの回転体を反対向きに同じ回転数（ω_１、−ω_１）で回転させることで、回転体を回転させたままでもジャイロ効果を打ち消すことができる方法（以下、この方法を、ツイン・ジャイロスコープ方式と呼ぶ）、および
ｃ）図１３に示すように、３つのジャイロスコープを３次元直交座標軸上に配置して、それぞれのジャイロスコープの回転数（ω_１、ω_２、ω_３）を制御することで任意の方向に任意の大きさの合成トルクベクトルを発生させる方法（以下、この方法を、トリプル・ジャイロスコープ方式と呼ぶ）
の３つが主に考えられる。
図１１に示すような、シングル・ジャイロスコープ方式では、回転軸の姿勢を制御する可動的回転軸受け部分の機械加工が難しく、構造的強度が得られにくいという点がある。しかし、この方式は、回転数を固定し、回転軸を回転させることによって、周期的にトルクを変化させたいときには制御が容易な方式である。
これに対し、図１３に示すような、トリプル・ジャイロスコープ方式では、回転軸の姿勢を制御する可動的回転軸受け部分が不要であるので、構造強度が得られ易い。また、この方式は、３つのジャイロスコープの回転数比を制御することで、式（１１）に示すように、任意の方向に合成角運動量ベクトルＬを発生させることができるので、任意の方向に合成トルクベクトルを発生・制御することが容易な方式である。
Ｌ＝Ｌ_ｘｉ＋Ｌ_ｙｊ＋Ｌ_ｚｋ …（１１）
他方、図１２に示すような、ツイン・ジャイロスコープ方式では、２つの回転体を反対向きに同じ回転数で回転させることで、回転体を回転させたままでも、ジャイロ効果を打ち消すことができる。ジャイロスコープ中の回転体が回転しているときに外力によってジャイロスコープ全体が回転させられると、ジャイロ効果によって必ずトルクが発生してしまうが、このツイン・ジャイロスコープを用いれば、回転体回転中における不必要なトルク発生を抑えることができる。従って、この方式は、回転数を一定に保って、回転体の姿勢制御だけによって発生トルクを制御したいときに有効な方式である。
（実施形態）
次に、図１４と図１５を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、ゲーム機のインタフェースへの本発明の実装形態としては、以下のようなものが考えられる。
（１）ビデオゲーム機などの釣りゲームにおいて、魚の当たりや魚を釣り上げる感触を呈示する力覚呈示デバイス
（２）ビデオゲーム機などのシューティングゲームにおける大砲、拳銃などのガン・シューティングにおける反動を呈示する力覚呈示デバイス
（３）ビデオゲーム機などのゲーム内キャラクターが使用するライトサーベル、竹刀、野球バットなどの武器における抗力を示す力覚呈示デバイス
（４）ビデオゲームの拳闘ゲームなどにおいて、ゲームプレイヤーが手足に付けたリストバンド・アンクルバンド型の本発明インターフェイスによって、ゲーム内キャラクターが繰り出す攻撃に対する反力を呈示する力覚呈示デバイス
（５）ビデオゲームのサッカーゲームなどにおいて、ゲームプレイヤーが手足に付けたリストバンド・アンクルバンド型の本発明インターフェイスによって、プレイヤーがボールを蹴った感触を呈示する力覚呈示デバイス
（６）ＶＲ技術を使った視覚障害者のための物体知覚能力の訓練において、視覚障害者が使用している杖で路面に叩いたときの抗力感覚を呈示する力覚呈示デバイス。
（７）また、ゲーム機のみならず、外科手術のシミュレーション等にも応用することができる。
本発明の一つのこの好ましい実施例として、ビデオゲームにおける釣り竿の力覚呈示装置について、図面を用いて説明する。
図１４において、釣り人は、ビデオ画面（図示していない）を見ながら、釣り竿インターフェイスを操り釣りを楽しんでいる。釣り竿１４１の把持部１４３には本発明である「ジャイロを用いた力覚呈示装置」が装填されている。このジャイロを用いた力覚呈示装置は、リード線（図示していない）を介して、またはコードレスにより、この力覚呈示装置を駆動制御するためのコンピュータ（図示していない）に接続されている。
１）魚の探り的な引きは、釣り竿１４１の把持部１４３に装填された力覚呈示装置によって、魚の引きをシミュレートした間欠的なトルクがゲーム利用者の手元に呈示することで行われる。
２）次に、ゲーム利用者の巧みな竿さばきのもと、魚が掛かる瞬間の一瞬の張力・抗力を、把持部１４３に装填された力覚呈示装置によって呈示する。
３）魚が掛かったときには、竿１４１が魚に引っ張られる力をシミュレートした振動的なトルクを、把持部１４３に装填された力覚呈示装置によって呈示する。
４）魚とのファイトでは、魚とのファイトをシミュレートした前後左右および上下方向への張力を感じさせるトルクを、把持部１４３に装填された力覚呈示装置によって連続的に呈示する。
上記１）〜４）において、それぞれシミュレートされたトルクは、プレーヤー（ゲーム利用者）が選択した魚の種類及び大きさにより、引き具合、強さ加減、及び緩急の変化が異なるように設定（プログラミング）されている。
実際に、釣り竿１４１に働くトルクベクトルは、ジャイロスコープの回転体の動きからプレーヤーが動かした釣り竿の動きを差し引いた相対的な回転体の動きによって発生する。釣り竿の動きを検出するために、３次元磁気センサーなどの位置・姿勢検出器（図示していない）で釣り竿１４１の位置・姿勢を測定し、その測定値に基づいて、釣り竿の動きによって差し引かれてしまうトルク分を補正したトルクベクトルを発生させる。
図１５において、上記釣り竿１４１の把持部１４３に内に充填された本発明のジャイロを用いた力覚呈示装置によって竿インターフェイスに働くトルク、つまり釣り竿１４１の把持部１４３に働く回転力を、同図の矢印Ａで表している。
本発明のジャイロを用いた力覚呈示装置のジャイロスコープ１４５が竿１４１の断面上を回転して、図１５に示すように、角運動量ベクトルＬが円周上を一定の速さで変化した場合には、釣り竿１４１には、図１５に示すように、一定のトルクベクトルτが連続的に呈示される。また、角運動量ベクトルＬの大きさやジャイロスコープ１４５の回転方向を制御することで、前述の発明の原理で説明したように、任意の方向に任意の大きさ、任意に変化するトルクベクトルτを呈示することができる。
ジャイロスコープ１４５は、前述した図１１のシングル・ジャイロスコープ方式でも、図１２のツイン・ジャイロスコープ方式でも、図１３のリプル・ジャイロスコープ方式でも実現できる。
【図面の簡単な説明】
図１〜図１３は、それぞれ本発明の原理と作用を説明する図であって；
図１は、角運動量の大きさが一定で方向が変化した場合のトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図２は、角運動量の方向が一定で大きさが変化した場合のトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図３は、角運動量の大きさ及び方向が変化した場合のトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、それぞれジャイロスコープに働くトルクベクトルを示すベクトル図、平面図、正面図、側面図であり；
図５は、ジャイロスコープの動きの影響を受けるトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図６は、周期的に方向が変わるトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図７は、各時刻の角運動量、角運動量の変化分及び角運動量の変化に伴ってジャイロスコープ・カバーに発生するトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図８は、継続的に一定方向を示すトルクベクトルを示すベクトル図であり；
図９は、角運動量ベクトルの回転とジャイロスコープに働くトルクベクトルの変化を、ジャイロスコープのボディに穴をあけてジャイロスコープの回転体を覗いた状態を絵で表している説明図であり；
図１０は、四角形の辺方向に発生するトルクベクトルを表わすベクトル図であり；
図１１は、本発明に係わるシングル・ジャイロスコープ方式の構成を示す模式図であり；
図１２は、本発明に係わるツイン・ジャイロスコープ方式の構成を示す模式図であり；
図１３は、本発明に係わるトリプル・ジャイロスコープ方式を示す図であり；
図１４は、本発明の一実施形態におけるジャイロを用いた力覚呈示デバイスの使用例を示す説明図であり；および
図１５は、本発明の一実施形態における１軸ジャイロを用いた力覚呈示デバイスの構成例を示す概念図である。

Claims (9)

1. マンマシンインターフェイスデバイスを介して、使用者に力を呈示して該使用者の動きを制限することにより、仮想空間における物体の存在又は衝撃力を呈示する方法において、
   該呈示が、前記マンマシンインターフェイスデバイス内部に埋め込んだ回転体の回転を制御することによって行われることを特徴とする仮想物体の存在又は衝撃力呈示方法。
2. マンマシンインターフェイスデバイスを介して、使用者に力を呈示して該使用者の動きを制限することにより、仮想空間における物体の存在又は衝撃力を呈示する装置であって、
   前記マンマシンインターフェイスデバイス内部に埋め込んだ回転体と、
   該回転体を駆動する駆動手段と、
   該駆動手段を介して前記回転体の回転を制御することによって任意の大きさ任意の方向にトルクを発生させ、該トルクの発生により前記呈示を生じさせる制御手段と
   を有することを特徴とする仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
3. 前記回転体は、ジャイロスコープであることを特徴とする請求項２に記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
4. 前記制御手段は、前記ジャイロスコープを駆動制御することにより、該ジャイロスコープの角運動量を積極的に変化させて回転反力を発生させ、該回転反力の制御を行うことで、前記呈示を可変制御することを特徴とする請求項３に記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
5. 当該仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置の位置及び姿勢を測定する測定手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記ジャイロスコープ内の回転体の相対的な動きによって差し引かれてしまうジャイロスコープの効果を前記測定手段の測定に応じて補正することを特徴とする請求項４に記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
6. 前記ジャイロスコープは、回転体の軸受けを浮上型としてジャイロ・モータにより駆動されることを特徴とする請求項３に記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
7. 前記ジャイロスコープは、複数個であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
8. 前記ジャイロスコープは、反対向きに同じ回転数で回転する２組のジャイロスコープであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。
9. 前記ジャイロスコープは、３軸上に配置・固定された３つのジャイロスコープであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の仮想物体の存在又は衝撃力呈示装置。

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