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JP2021068041A - Force sense presentation device and force sense presentation method - Google Patents

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JP2021068041A JP2019191264A JP2019191264A JP2021068041A JP 2021068041 A JP2021068041 A JP 2021068041A JP 2019191264 A JP2019191264 A JP 2019191264A JP 2019191264 A JP2019191264 A JP 2019191264A JP 2021068041 A JP2021068041 A JP 2021068041A
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Abstract

【課題】移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示可能な力覚提示装置を提供する。【解決手段】人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、一方向に流体を噴射可能なノズルと、ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段とを備え、ノズルは、流体の噴射方向が外向きとなるように人又は人の携帯物に取り付けられ、制御手段は、ノズルの取り付け対象の状態を検出する状態検出手段と、提示する力覚の内容を記憶する記憶手段を有し、状態検出手段から検出された状態と内容とに基づいて、ノズルからの流体の噴射を制御するコントローラとを備える構成とした。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force sense presenting device capable of presenting a force sense without limiting a moving range or making a person feel uncomfortable. SOLUTION: The force sense presenting device for presenting a force sense to a person includes a nozzle capable of injecting a fluid in one direction and a control means for controlling the injection of the fluid from the nozzle. It is attached to a person or a person's portable object so that the injection direction of the fluid is outward, and the control means is a state detecting means for detecting the state of the nozzle to be attached and a storage means for storing the content of the force sense to be presented. The configuration is provided with a controller that controls the injection of fluid from the nozzle based on the state and the content detected by the state detecting means. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、力覚提示装置に関し、特に、使用者の移動を可能にする力覚提示装置及びその方法に関する。 The present invention relates to a force sense presentation device, and more particularly to a force sense presentation device that enables movement of a user and a method thereof.

従来、バーチャルリアリティ(VR)や遠隔操作などへの応用を目指し、種々の力覚提示装置が研究されている。このような力覚提示装置は、地面や机などに固定される据え置き型と、例えば特許文献1のように人体に装着される外骨格装着型とに大別される。 Conventionally, various force sense presentation devices have been studied with the aim of applying them to virtual reality (VR) and remote control. Such a force sensation presenting device is roughly classified into a stationary type fixed to the ground or a desk or the like, and an exoskeleton-mounted type mounted on a human body as in Patent Document 1, for example.

特開2019ー117459号公報JP-A-2019-117459

しかしながら、力覚提示装置の多くは、前述の据え置き型であり、使用者の移動が制限されてしまう。また、使用者の移動を可能とする外骨格装着型の力覚提示装置も存在するが、提示した力覚の反力を身体の別部位で受けることによる違和感や、外骨格構造による装着者の関節駆動域の制限などの問題は避けられない。さらに外骨格装着型では、力覚を正確に伝達するために装置骨格の剛性を高める必要があり、それに伴う装置重量の増加も力覚提示時の違和感の一因となっている。
本発明は、上記問題点を解決すべく、移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示可能な力覚提示装置を提供することを目的とする。
However, most of the force sense presentation devices are the above-mentioned stationary type, and the movement of the user is restricted. There is also an exoskeleton-mounted force sense presentation device that allows the user to move, but there is a sense of discomfort due to receiving the reaction force of the presented force sense at another part of the body, and the wearer's exoskeleton structure. Problems such as limited joint drive range are inevitable. Further, in the exoskeleton-mounted type, it is necessary to increase the rigidity of the device skeleton in order to accurately transmit the force sense, and the accompanying increase in the weight of the device also contributes to the discomfort when the force sense is presented.
An object of the present invention is to provide a force sense presenting device capable of presenting a force sense without limiting a moving range or making a person feel uncomfortable in order to solve the above problems.

上記課題を解決するための力覚提示装置の構成として、人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、一方向に流体を噴射可能なノズルと、ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段とを備え、ノズルは、流体の噴射方向が外向きとなるように人又は人の携帯物に取り付けられ、制御手段は、ノズルの取り付け対象の状態を検出する状態検出手段と、提示する力覚の内容を記憶する記憶手段を有し、状態検出手段から検出された状態と内容とに基づいて、ノズルからの流体の噴射を制御するコントローラとを備える構成とした。ここでいう、外向きとは、ノズルの取り付け対象に向けて直接的に噴射しないことを意味し、ノズルから噴射された流体の一部が人や人の携帯物に吹き付けられてもよいことを許容する。即ち、必ずしも取り付け対象から放射方向や取り付け対象と平行等に限定されない。
本構成によれば、移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示ことができる。
また、上記課題を解決するための力覚提示装置の他の構成として、コントローラが、提示する力覚の大きさに応じて、ノズルから噴射する流体の流量を制御するようにしたりしても良い。また、ノズルから噴射される噴射物を、人の周囲の流体としたり、制御手段を、人又は人の携帯物に携帯可能としたりすることが好ましい。
また、上記課題を解決するための力覚提示方法の態様として、人に対して力覚を提示する力覚提示方法であって、一方向に流体を噴射可能なノズルを、流体の噴射方向が、該ノズルの取り付け対象である人又は人の携帯物から外向きとなるように取り付け、提示する力覚に応じて、制御手段が前記ノズルからの流体の噴射を制御するようにした。
本態様によれば、移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示ことができる。
As a configuration of a force sense presenting device for solving the above problems, a force sense presenting device that presents a force sense to a person, a nozzle capable of injecting fluid in one direction, and injection of fluid from the nozzle are used. The nozzle is attached to a person or a person's portable object so that the injection direction of the fluid is outward, and the control means is a state detecting means for detecting the state of the attachment target of the nozzle. It has a storage means for storing the content of the force sense to be presented, and is provided with a controller for controlling the injection of fluid from the nozzle based on the state and content detected by the state detection means. The term "outward" as used herein means that the fluid is not directly jetted toward the nozzle mounting target, and that a part of the fluid jetted from the nozzle may be sprayed on a person or a person's personal belongings. Tolerate. That is, it is not necessarily limited to the radial direction from the mounting target, parallel to the mounting target, and the like.
According to this configuration, it is possible to present a sense of force without limiting the range of movement or making a person feel uncomfortable.
Further, as another configuration of the force sense presenting device for solving the above problem, the controller may control the flow rate of the fluid injected from the nozzle according to the magnitude of the force sense presented. .. Further, it is preferable that the propellant ejected from the nozzle is a fluid around a person, and the control means is portable to a person or a person's portable object.
Further, as an aspect of the force sense presentation method for solving the above problem, a force sense presentation method for presenting a force sense to a person, in which a nozzle capable of injecting a fluid in one direction is used, and the direction of the fluid injection is different. The nozzle is attached so as to face outward from the person or the person's portable object to which the nozzle is attached, and the control means controls the injection of the fluid from the nozzle according to the force sense presented.
According to this aspect, it is possible to present a sense of force without limiting the range of movement or making a person feel uncomfortable.

力覚提示装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the force sense presentation device. 力覚提示部の断面図である。It is sectional drawing of the force sense presentation part. 力覚提示装置の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of the force sense presentation device. 力覚提示部の他の取り付け例を示す図である。It is a figure which shows the other attachment example of the force sense presentation part. 評価試験装置のシステム図及び測定結果を示すグラフである。It is a system diagram of the evaluation test apparatus and the graph which shows the measurement result. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of the force sense presentation device. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of the force sense presentation device. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of the force sense presentation device.

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are the inventions. It is not always essential for the solution, but includes a configuration that is selectively adopted.

図1は、力覚提示装置の一実施形態を示す図であり、指先に力覚を提示するための装置を示している。図2は、ノズル及び指装着具で構成される力覚提示部の断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る力覚提示装置1は、概略、空気を噴射するノズル2と、力覚の提示対象にノズル2を取り付けるための取付手段4と、ノズル2から噴射する空気を制御する制御手段6とで構成される。ノズル2及び取付手段4は、力覚を提示する対象に対して力を生じさせる力覚提示部7を構成する。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a force sense presenting device, and shows a device for presenting a force sense to a fingertip. FIG. 2 is a cross-sectional view of a force sense presenting portion composed of a nozzle and a finger attachment.
As shown in FIG. 1, the force sense presenting device 1 according to the present embodiment generally includes a nozzle 2 for injecting air, an attachment means 4 for attaching the nozzle 2 to a force sense presentation target, and an injection from the nozzle 2. It is composed of a control means 6 for controlling the air to be generated. The nozzle 2 and the mounting means 4 constitute a force sense presenting unit 7 that generates a force with respect to an object that presents a force sense.

本実施形態では、図1,2に示すように、ノズル2は、取付手段4を構成する指装着具8とともにゴムなどにより一体に形成され、指先の先端よりも先に設けられる。
ノズル2は、一端側が流入口12、他端側が噴射口14となる略筒状の空気通路16を備え、エアタンク10から供給される空気を一方向に噴射可能に構成される。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle 2 is integrally formed of rubber or the like together with the finger mounting tool 8 constituting the mounting means 4, and is provided before the tip of the fingertip.
The nozzle 2 is provided with a substantially tubular air passage 16 having an inflow port 12 on one end side and an injection port 14 on the other end side, and is configured to be able to inject air supplied from the air tank 10 in one direction.

ノズル2は、指装着具8を介して指先に装着したときに、一本の指が関節により曲がる平面内において、噴射口14を手のひら側に向け、指先の延長する方向と直交する方向に空気通路16が延長するとともに、この方向に噴射口14から空気が噴射されるように向きが設定される。 When the nozzle 2 is attached to the fingertip via the finger attachment 8, the injection port 14 is directed toward the palm side in a plane in which one finger is bent by a joint, and air is directed in a direction orthogonal to the extending direction of the fingertip. As the passage 16 extends, the direction is set so that air is injected from the injection port 14 in this direction.

空気通路16は、例えば、流入口12から噴射口14に至る中途部に、流入口12及び噴射口14の直径よりも小径となる絞り部18が設けられる。絞り部18は、空気通路16の広さが、流入口12から漸次狭くなったのちに噴射口14に向けて漸次広くなるように形成される。なお、ノズル2の形態は、これに限定されず適宜変更すればよい。 The air passage 16 is provided with, for example, a throttle portion 18 having a diameter smaller than the diameter of the inflow port 12 and the injection port 14 in the middle portion from the inflow port 12 to the injection port 14. The throttle portion 18 is formed so that the width of the air passage 16 gradually narrows from the inflow port 12 and then gradually widens toward the injection port 14. The form of the nozzle 2 is not limited to this, and may be changed as appropriate.

指装着具8は、指先が挿入される指挿入部20を備える。指挿入部20は、例えば、指先の形状にフィットするように形成され、先端側に形成されたノズル2の噴射口14が掌側、流入口12が甲側となり、常に同一方向を向くように形成される。即ち、指挿入部20に指を挿入することにより、一義的にノズル2の向きが決定される。 The finger attachment 8 includes a finger insertion portion 20 into which a fingertip is inserted. The finger insertion portion 20 is formed so as to fit the shape of the fingertip, for example, so that the injection port 14 of the nozzle 2 formed on the tip side is on the palm side and the inflow port 12 is on the instep side so that they always face the same direction. It is formed. That is, the orientation of the nozzle 2 is uniquely determined by inserting the finger into the finger insertion portion 20.

ノズル2の流入口12には、空気通路16に空気を供給するためのチューブ22の一端が接続される。チューブ22の他端には、空気の供給を制御するバルブ24が接続される。 One end of a tube 22 for supplying air to the air passage 16 is connected to the inflow port 12 of the nozzle 2. A valve 24 that controls the supply of air is connected to the other end of the tube 22.

グローブ26は、指装着具8の装着性を高めるために手に装着されるとともに、力覚の提示対象である指の曲がり状態を検出する曲げセンサ28を備える。例えば、グローブ26の素材としては、指先の自然な動作を妨げない素材のものが好ましい。 The glove 26 is worn on the hand in order to improve the wearability of the finger wearing tool 8, and includes a bending sensor 28 for detecting a bent state of the finger, which is a target for presenting a sense of force. For example, the material of the glove 26 is preferably a material that does not interfere with the natural movement of the fingertips.

制御手段6は、概略、前述の曲げセンサ28と、バルブ24と、エアタンク10と、コントローラ30とを備える。
曲げセンサ28は、一方長尺の帯状に形成され、グローブ26の甲側の指の延長方向に沿って設けられる。曲げセンサ28は、延長方向に撓みや曲げを許容し、その撓みや曲げの状態を電気的な信号として出力する。つまり、曲げセンサ28は、指の姿勢(折れ曲がり状態)を検出する状態検出手段として機能し、本実施形態では、指角度検出量を検出する。曲げセンサ28は、後述の制御ユニットと電気的に接続され、検出した指の姿勢をコントローラ30に出力する。
The control means 6 generally includes the above-mentioned bending sensor 28, a valve 24, an air tank 10, and a controller 30.
The bending sensor 28 is formed in a long strip shape on the one hand, and is provided along the extension direction of the finger on the instep side of the glove 26. The bending sensor 28 allows bending and bending in the extension direction, and outputs the bending and bending state as an electrical signal. That is, the bending sensor 28 functions as a state detecting means for detecting the posture (bent state) of the finger, and in the present embodiment, the finger angle detection amount is detected. The bending sensor 28 is electrically connected to a control unit described later, and outputs the detected finger posture to the controller 30.

バルブ24は、例えば、手首等にバンド等の固定手段を介して携帯可能に設けられる。バルブ24は、例えば、電気的な信号に基づいて、空気の供給、停止を制御可能な2ポートバルブが適用される。バルブ24は、コントローラ30と電気的に接続され、コントローラ30から出力される信号に基づいて、ノズル2に空気を供給又は停止するための動作をする。バルブ24の入力ポートには、エアタンク10から延長するチューブの一端が接続され、出力ポートには、前述のノズル2と接続するチューブ22の一端が接続される。 The valve 24 is provided, for example, on the wrist or the like so as to be portable via a fixing means such as a band. As the valve 24, for example, a two-port valve capable of controlling the supply and stop of air based on an electric signal is applied. The valve 24 is electrically connected to the controller 30 and operates to supply or stop air to the nozzle 2 based on the signal output from the controller 30. One end of a tube extending from the air tank 10 is connected to the input port of the valve 24, and one end of the tube 22 connected to the nozzle 2 described above is connected to the output port.

エアタンク10は、所定圧力の圧縮空気を貯留する蓄圧器であって、バルブ24から延長するチューブ32が接続され、ノズル2から噴射する空気の供給手段(流体供給手段)として機能する。エアタンク10は、例えば、人が携帯可能な可搬性を有するものを用いることにより、使用者の移動範囲の制限をなくすことができる。なお、使用者の移動範囲が限定的である場合には、エアタンク10に変えて、エアコンプレッサーを直接用いても良く、この場合移動範囲に応じた長さのチューブを用いるにより、バルブ24とコンプレッサーとを接続すればよい。 The air tank 10 is a pressure accumulator that stores compressed air of a predetermined pressure, and is connected to a tube 32 extending from the valve 24 to function as an air supply means (fluid supply means) injected from the nozzle 2. By using an air tank 10 having portability that can be carried by a person, for example, the restriction on the range of movement of the user can be removed. If the user's movement range is limited, the air compressor may be used directly instead of the air tank 10. In this case, the valve 24 and the compressor can be used by using a tube having a length corresponding to the movement range. You just have to connect with.

コントローラ30は、いわゆるコンピュータであって、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのCPU、記憶手段としてのROM,RAM、通信手段としての入出力インターフェイスを備える。CPUが、曲げセンサ28から入力される信号に基づいて、記憶手段に格納されたプログラムに従って処理を実行することにより、バルブ24を開閉させるための信号を出力する。記憶手段には、提示する力覚の内容が記憶される。例えば、コントローラ30には、ヘッドアップディスプレイ等の人に対して仮想現実の世界を提供可能な装置と接続され、当該装置から人に提供される仮想現実の世界とリンクするように曲げセンサ28から入力される信号に基づいてバルブ24を制御する。即ち、コントローラ30は、状態検出手段である曲げセンサ28により検出された状態と記憶手段に記憶された前述の仮想現実の世界に対応するように設定された提示する力覚の内容とに基づいてノズル2からの流体の噴射を制御する。 The controller 30 is a so-called computer, and includes a CPU as a calculation means provided as a hardware resource, a ROM and a RAM as a storage means, and an input / output interface as a communication means. The CPU outputs a signal for opening and closing the valve 24 by executing a process according to a program stored in the storage means based on the signal input from the bending sensor 28. The content of the force sense to be presented is stored in the storage means. For example, the controller 30 is connected to a device such as a head-up display that can provide a virtual reality world to a person, and from the bending sensor 28 so as to link with the virtual reality world provided to the person from the device. The valve 24 is controlled based on the input signal. That is, the controller 30 is based on the state detected by the bending sensor 28, which is a state detecting means, and the content of the presenting dynamism set to correspond to the above-mentioned virtual reality world stored in the storage means. Controls the injection of fluid from the nozzle 2.

例えば、コントローラ30は、状態検出手段からの出力が、事前に設定した閾値を超えた際に、ノズル2から空気を噴射するようにバルブ24を動作させる。これにより、その動作において閾値付近に物体があるような感覚を提示することができる。ここでいう閾値とは、本実施形態でいうところの指が、所定の角度を超えて曲げられたときをいう。また、閾値は、例えば、仮想現実の世界に対応する使用者の動作、或いは、仮想現実の一つとみなせる遠隔操作における使用者の動作に応じて適宜設定すればよい。また、コントローラ30は、バルブ24と一体のケースに収容したりすることにより、人に携帯可能に構成するとよい。 For example, the controller 30 operates the valve 24 so as to inject air from the nozzle 2 when the output from the state detecting means exceeds a preset threshold value. This makes it possible to present the feeling that an object is near the threshold value in the operation. The threshold value referred to here means when the finger in the present embodiment is bent beyond a predetermined angle. Further, the threshold value may be appropriately set according to, for example, the user's operation corresponding to the virtual reality world, or the user's operation in remote control that can be regarded as one of the virtual reality. Further, the controller 30 may be configured to be portable to a person by housing the controller 30 in a case integrated with the valve 24.

図3は、図1に示す力覚提示装置1の動作を示す図である。なお、以下の説明では、次の仮定の下、力覚提示装置1の動作するものとして説明する。
1.コントローラ30には、例えば、ヘッドアップディスプレイ等の機器が接続され、使用者に視覚等を通して所定の映像が写し出される。
2.映し出される映像には、図3(a)に示すように、親指と人差し指で仮想物体として弾力のあるボールを挟んだ(つかんだ)状態が映し出されている。
3.使用者は、親指と人差し指で挟んだボールMを人差し指を動かして握る動作をする。
4.コントローラ30には、使用者が親指と人差し指を動かしてボールMを握る動作に対応してノズル2から空気を噴射させるためのプログラム、即ち、バルブ24を制御するためのプログラムが記憶されている。
FIG. 3 is a diagram showing the operation of the force sense presenting device 1 shown in FIG. In the following description, it is assumed that the force sense presenting device 1 operates under the following assumptions.
1. 1. For example, a device such as a head-up display is connected to the controller 30, and a predetermined image is projected to the user through visual perception or the like.
2. As shown in FIG. 3A, the projected image shows a state in which an elastic ball is pinched (grabbed) as a virtual object between the thumb and the index finger.
3. 3. The user moves the index finger to grasp the ball M sandwiched between the thumb and the index finger.
4. The controller 30 stores a program for injecting air from the nozzle 2 in response to the operation of the user moving the thumb and index finger to grasp the ball M, that is, a program for controlling the valve 24.

図3(b)に示すように、使用者が、人差し指を曲げてボールMを握る動作をすると、曲げセンサ28が、人差し指の曲がり状態を検出し、曲がり状態に応じた信号をコントローラ30に出力する。曲げセンサ28からコントローラ30に入力される信号が、コントローラ30にあらかじめ設定された閾値を超えると、つまり、閾値に対応する角度を超えて指が曲げられると、コントローラ30は、バルブ24に対してノズル2から空気を図中矢印Sで示すように噴射するための信号を出力する。 As shown in FIG. 3B, when the user bends the index finger to grasp the ball M, the bending sensor 28 detects the bent state of the index finger and outputs a signal corresponding to the bent state to the controller 30. To do. When the signal input from the bending sensor 28 to the controller 30 exceeds the threshold value preset in the controller 30, that is, when the finger is bent beyond the angle corresponding to the threshold value, the controller 30 informs the valve 24. A signal for injecting air from the nozzle 2 as shown by an arrow S in the figure is output.

このように、曲げセンサ28により検出した人差し指の曲がり状態に応じて、コントローラ30がバルブ24を制御し、ノズル2から空気を噴射することにより、ノズル2の装着部位を介し、使用者に対してボールMを握るときにボールMから受ける反発力或いは弾性力等の反力を提示することができる。即ち、指先に装着されたノズル2から指の曲がる方向に空気を噴射することによりノズル2に生じる反力が、あたかもボールMの弾性力のように使用者に提示される。 In this way, the controller 30 controls the valve 24 according to the bending state of the index finger detected by the bending sensor 28, and injects air from the nozzle 2 to the user through the mounting portion of the nozzle 2. It is possible to present a reaction force such as a repulsive force or an elastic force received from the ball M when gripping the ball M. That is, the reaction force generated in the nozzle 2 by injecting air from the nozzle 2 mounted on the fingertip in the direction in which the finger bends is presented to the user as if it were the elastic force of the ball M.

なお、上記実施形態では、人差し指の指先(第1関節よりも先の部分)に力覚提示部7を設け、人差し指と親指との間でボールを握る動作を提示するものとして説明したが、親指にも人差し指と同様に力覚提示部7を設けてボールを握る動作を提示するようにしても良い。 In the above embodiment, the force sense presenting unit 7 is provided at the tip of the index finger (the portion beyond the first joint) to present the action of holding the ball between the index finger and the thumb. Similarly to the index finger, a force sense presenting unit 7 may be provided to present the action of gripping the ball.

提示する力覚は、前述の弾性を有するボールに限定されない。例えば、図4(a)に示すように、手の各指の先端(第1関節よりも先の部分)及び手のひらに、ノズル2の噴射口14から吹き出した空気が、手のひら側から外向きに向けて吹き出すように力覚提示部7を取り付けても良い。そして、コントローラ30に接続されたヘッドアップディスプレイに仮想現実の世界において壁Wを表示させ、図4(b)に示すように、使用者(人H)が壁Wを押す動作をしたときに、各力覚提示部7のノズル2から空気を噴射することにより、壁Wを押したときに壁Wから受ける反力Rを提示することができる。 The force sensation presented is not limited to the above-mentioned elastic ball. For example, as shown in FIG. 4A, the air blown from the injection port 14 of the nozzle 2 is directed outward from the palm side to the tips of the fingers of the hand (the portion beyond the first joint) and the palm. The force sense presentation unit 7 may be attached so as to blow out toward the air. Then, when the wall W is displayed on the head-up display connected to the controller 30 in the virtual reality world and the user (person H) pushes the wall W as shown in FIG. 4B, when the user (person H) pushes the wall W, By injecting air from the nozzle 2 of each force sense presentation unit 7, it is possible to present the reaction force R received from the wall W when the wall W is pushed.

図5は、本実施形態に係る力覚提示装置1の有効性を調べるために行った評価試験装置70のシステム図、及び、評価試験装置70による評価試験においてノズルから噴射される空気の流量と、提示力の関係を測定した測定結果を示している。図5(a)に示すように、評価試験装置70は、試作したノズル71をデジタル式のフォースゲージ72に固定し、流量計73でコンプレッサ74から供給される空気の流量を測定しながらフォースゲージ72により噴射反力を測定した。なお、測定値には、一定流量下での定常的な空気噴射反力を用いた。図5(b)に示すように、ノズル2から噴射される流量が増大するにつれて力も増大することが確認され、その有効性が確認された。
即ち、例えば、ノズル2に空気が供給される経路上にコントローラ30からの信号に基づいて流量を変化させる可変流量弁を設けたり、前述のバルブ24を周期的に断続させたりして流量を変化させることにより、人に付与する力覚の大きさを自在に変化させることができる。
FIG. 5 shows a system diagram of the evaluation test device 70 performed to examine the effectiveness of the force sense presentation device 1 according to the present embodiment, and the flow rate of air injected from the nozzle in the evaluation test by the evaluation test device 70. , The measurement result which measured the relation of the presentation power is shown. As shown in FIG. 5A, the evaluation test apparatus 70 fixes the prototype nozzle 71 to the digital force gauge 72, and measures the flow rate of the air supplied from the compressor 74 with the flow meter 73 while measuring the force gauge. The injection reaction force was measured by 72. For the measured value, a steady air injection reaction force under a constant flow rate was used. As shown in FIG. 5B, it was confirmed that the force increased as the flow rate ejected from the nozzle 2 increased, and its effectiveness was confirmed.
That is, for example, a variable flow rate valve that changes the flow rate based on a signal from the controller 30 is provided on the path where air is supplied to the nozzle 2, or the above-mentioned valve 24 is periodically interrupted to change the flow rate. By making it possible, the magnitude of the force sense given to the person can be freely changed.

前述の実施形態では、VR等の視覚に応じて力覚を提示する場合について説明したが、本実施形態に係る力覚提示装置1の適用はこれに限定されない。図6は、力覚提示装置1の他の適用例を示す図である。図6では、運動の一つであるバッティング動作を示し、図6(a)は、理想的なフォームの状態、図6(b)は、理想的なフォームを提示する使用者に、力覚提示装置1の力覚提示部7を装着した状態を示している。 In the above-described embodiment, the case where the force sense is presented according to the visual sense such as VR has been described, but the application of the force sense presentation device 1 according to the present embodiment is not limited to this. FIG. 6 is a diagram showing another application example of the force sense presentation device 1. FIG. 6 shows a batting motion, which is one of the exercises, FIG. 6 (a) shows an ideal form state, and FIG. 6 (b) shows a force sense presentation to a user who presents an ideal form. It shows a state in which the force sense presenting unit 7 of the device 1 is attached.

図6(a)に示す理想的なフォームをあらかじめコントローラ30に記憶させておき、図6(b)に示すように、人HやバットBの要所に力覚提示部7を複数箇所に設けるとともに、この装着部位に当該装着部位の状態、ここでは当該装着部位の位置を検出する図外のセンサを状態検出手段として取り付ける。この場合、各力覚提示部7には、複数のノズル2が取り付けられ、各取付部位において2次元の力覚を提示可能に構成される。2次元の力覚とは、例えば、バットBの延長方向と直交する平面に沿ってバットBを移動可能とする力覚をいう。このような力覚の提示は、一つの力覚提示部7において、噴射口がバットBに対して外向きとなるように、少なくとも3つのノズル2を設けることで実現され、ノズル2毎にバルブを設けて個別にノズル2からの空気の噴射を制御すればよい。 The ideal form shown in FIG. 6A is stored in the controller 30 in advance, and as shown in FIG. 6B, force sensor presentation units 7 are provided at a plurality of locations at key points of the person H and the bat B. At the same time, a sensor (not shown) for detecting the state of the mounting part, here the position of the mounting part, is attached to the mounting part as a state detecting means. In this case, a plurality of nozzles 2 are attached to each force sense presenting unit 7, and a two-dimensional force sense can be presented at each attachment portion. The two-dimensional force sense means, for example, a force sense that enables the bat B to move along a plane orthogonal to the extension direction of the bat B. Such presentation of force sense is realized by providing at least three nozzles 2 so that the injection port faces outward with respect to the butt B in one force sense presentation unit 7, and a valve is provided for each nozzle 2. May be provided to individually control the injection of air from the nozzle 2.

そして、コントローラ30は、各センサにより検出された位置と、あらかじめ記憶手段に記憶された正しい動作の位置と比較し、実際の動作とずれが検出されたときには、ずれが検出された部位に装着された力覚提示部7のノズル2から当該ずれを補正するように、各バルブを制御してノズル2から空気を噴射することにより、運動において正しい動作に基づいた矯正力を提示することができる。 Then, the controller 30 is compared with the position detected by each sensor and the position of the correct operation stored in the storage means in advance, and when the deviation from the actual operation is detected, the controller 30 is attached to the portion where the deviation is detected. By controlling each valve and injecting air from the nozzle 2 so as to correct the deviation from the nozzle 2 of the force sensor presentation unit 7, it is possible to present a corrective force based on the correct movement in the movement.

前述の各形態では、あらかじめ決められた動作に対して力覚を提示するものとして説明したが、これに限定されない。図7は、力覚提示装置1をナビゲーションとして利用したときの形態を示している。図7に示すように、本実施形態に係る力覚提示部7は、例えば、複数のノズル2と、複数のノズル2を腕に装着可能とする取付手段4により構成される。複数のノズル2は、力覚提示部7として腕に装着されたときに、前述の2次元の力覚を提示を可能とするように、腕Uの延長方向と直交する平面に沿い、それぞれ腕Uから外向きに空気を噴射するものと、腕Uの延長方向に沿ってそれぞれ逆向きに空気を噴射するものとで構成される。また、力覚提示部7には、人Hの位置を検出する状態検出手段としてのGPS等のセンサを取付手段4に取り付けることが好ましい。なお、本例における状態検出手段の位置は、力覚提示部7に限定さえる人Hの他の部位に携帯するようにしても良い。
また、コントローラ30には、人Hの目的地の(例えば、前述のGPSに対応した)位置情報を記憶させておく。
そして、コントローラ30は、人Hが移動したときに、センサから入力される位置情報に基づいて、腕Uに進行方向を示す力が生じるように、ノズル2のいずれかから空気を噴射させることでナビゲーションとして機能させることができる。
なお、空気を噴射するノズル2の数量及び取り付けられる向きは、適宜変更可能であり、腕Uに進行方向を示す力が生じさせれば良い。
また、このような力覚の提示は、力覚提示部7を腕Uに装着することに限定されず、例えば、図8に示すように、力覚提示部7を人の携帯物である杖Tに装着し、杖Tを介して人Hに提示するようにしてもよい。また、力覚提示部7は、足等の人に対して直接、或いは人の携帯物であり、この人に携帯物を介して人に対して力覚を提示可能な部位であれば、いずれに取り付けられていても良い。
In each of the above-described forms, the force sense is presented for a predetermined motion, but the present invention is not limited to this. FIG. 7 shows a mode when the force sense presentation device 1 is used as a navigation system. As shown in FIG. 7, the force sense presenting unit 7 according to the present embodiment is composed of, for example, a plurality of nozzles 2 and a mounting means 4 capable of mounting the plurality of nozzles 2 on the arm. Each of the plurality of nozzles 2 is attached to the arm as a force sense presenting unit 7 along a plane orthogonal to the extension direction of the arm U so as to enable the above-mentioned two-dimensional force sense to be presented. It is composed of one that injects air outward from U and one that injects air in opposite directions along the extension direction of the arm U. Further, it is preferable to attach a sensor such as GPS as a state detecting means for detecting the position of the person H to the attaching means 4 to the force sense presenting unit 7. The position of the state detecting means in this example may be carried to another part of the person H limited to the force sense presenting unit 7.
Further, the controller 30 stores the position information of the destination of the person H (for example, corresponding to the GPS described above).
Then, the controller 30 injects air from any of the nozzles 2 so that when the person H moves, a force indicating the traveling direction is generated on the arm U based on the position information input from the sensor. It can function as a navigation.
The number of nozzles 2 for injecting air and the direction in which the nozzles 2 are attached can be changed as appropriate, and it is sufficient that the arm U is subjected to a force indicating the direction of travel.
Further, such presentation of force sense is not limited to attaching the force sense presentation unit 7 to the arm U, and for example, as shown in FIG. 8, the force sense presentation unit 7 is a cane that is a personal object. It may be attached to the T and presented to the person H via the cane T. Further, the force sense presentation unit 7 is any part as long as it is a part that can directly present the force sense to a person such as a foot or a person's portable object and can present the force sense to the person through the portable object. It may be attached to.

前述の実施形態では、力覚を提示するための手段としてのノズル2から空気を噴射するものとして限定したが、空気に限定されない。
例えば、前述の運動における力覚の提示では、バッティングにおける正しいスイングのフォームに矯正するものとして説明したが、例えば、水泳における正しいフォームを教示することもできる。この場合、例えば、使用者の体の関節の自由度に対応して力覚を提示するように、力覚提示部7を体全体に設け、ノズル2から水を噴射することで力覚を提示すれば良い。
このとき、ノズル2から噴射する水は、使用者が泳ぐプールの水、即ち、使用者の周囲にある流体である水をポンプ等で汲み上げ、加圧して噴射量を制御するバルブに供給するようにすれば良い。つまり、ポンプは、ノズル2から噴射する流体を供給する流体供給手段として機能する。
In the above-described embodiment, air is injected from the nozzle 2 as a means for presenting a sense of force, but the present invention is not limited to air.
For example, in the above-mentioned presentation of force sensation in exercise, it is described as correcting to the correct form of swing in batting, but for example, the correct form in swimming can also be taught. In this case, for example, the force sense presenting unit 7 is provided on the entire body so as to present the force sense corresponding to the degree of freedom of the joints of the user's body, and the force sense is presented by injecting water from the nozzle 2. Just do it.
At this time, the water injected from the nozzle 2 is pumped by a pump or the like to pump water from the pool in which the user swims, that is, water that is a fluid around the user, and pressurizes the water to supply the valve to control the injection amount. It should be. That is, the pump functions as a fluid supply means for supplying the fluid injected from the nozzle 2.

つまり、力覚を提示するために、ノズル2から噴射するものは、使用者の周囲の物質に応じて、空気等の気体や、水等の液体、或いは粉体等の流体を利用することができる。
また、ノズル2から噴射するものは、気体や液体などの単体からなるものに限定されず、例えば、所謂スプレーなどのように、気体と液体の混合物であっても良い。このように、気体と液体を混合し、ノズル2から噴射することにより、噴出物の質量が大きくなり、提示できる反力を増大させることができる。このような混合物は、例えば、ジメチルエーテルやフロン系気体のように、常温で気体の物質を液体の状態で混合し、これをノズル2から噴射することにより、噴霧後に蒸発してなくなるため、使用者を囲む周囲の物質に依存せず利用することができる。なお、噴射されたものが、必ずしも蒸発することは必須ではない。
That is, in order to present the sense of force, the nozzle 2 can use a gas such as air, a liquid such as water, or a fluid such as powder, depending on the substance around the user. it can.
Further, what is injected from the nozzle 2 is not limited to a single substance such as a gas or a liquid, and may be a mixture of a gas and a liquid such as a so-called spray. By mixing the gas and the liquid in this way and injecting them from the nozzle 2, the mass of the ejected product is increased, and the reaction force that can be presented can be increased. Such a mixture, for example, a dimethyl ether or a freon-based gas, is a user who mixes a gaseous substance at room temperature in a liquid state and injects the substance from the nozzle 2 to evaporate after spraying. It can be used independently of the surrounding substances. It is not essential that the injected material evaporates.

また、力覚提示装置1の適用は、前述の仮想現実における力覚の提示、運動時の正しい動作の教示等に限定されず、リハビリ等にも適用することができる。 Further, the application of the force sense presenting device 1 is not limited to the above-mentioned presentation of force sense in virtual reality, teaching of correct movement during exercise, and the like, and can also be applied to rehabilitation and the like.

以上説明したように、力覚を提示する力覚提示部7を、人に対して直接携帯、或いは、人の携帯物である杖Tに装着し、人に対して間接的に携帯させて、ノズル2から空気等の流体を噴射させたときの噴射反力を力覚提示部7に作用させることにより、力覚を提示することにより、外骨格型のような反力支持部を設けることなく、力覚提示部7を装着した箇所に力覚を提示することが可能となる。 As described above, the force sense presenting unit 7 for presenting the force sense is directly carried by a person or attached to a cane T which is a person's portable object and indirectly carried by a person. By presenting the force sense by applying the injection reaction force when a fluid such as air is injected from the nozzle 2 to the force sense presenting unit 7, the reaction force support part unlike the exoskeleton type is not provided. , It becomes possible to present the force sense to the place where the force sense presentation unit 7 is attached.

1 力覚提示装置、2 ノズル、4 取付手段、6 制御手段、7 力覚提示部、
8 指装着具、10 エアタンク、12 流入口、14 噴射口、16 空気通路、
18 絞り部、20 指挿入部、22 チューブ、24 バルブ、
26 グローブ、28 センサ、30 コントローラ、32 チューブ。
1 Force presentation device, 2 nozzles, 4 mounting means, 6 control means, 7 force presentation unit,
8 finger fittings, 10 air tanks, 12 inlets, 14 inlets, 16 air passages,
18 Aperture part, 20 finger insertion part, 22 tube, 24 valve,
26 gloves, 28 sensors, 30 controllers, 32 tubes.

Claims (5)

人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、
一方向に流体を噴射可能なノズルと、
前記ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段と、を備え、
前記ノズルは、
流体の噴射方向が外向きとなるように人又は人の携帯物に取り付けられ、
前記制御手段は、
前記ノズルの取り付け対象の状態を検出する状態検出手段と、
提示する力覚の内容を記憶する記憶手段を有し、前記状態検出手段から検出された状態と前記内容とに基づいて、前記ノズルからの流体の噴射を制御するコントローラと、
を備える力覚提示装置。
It is a force sense presentation device that presents a force sense to a person.
A nozzle that can inject fluid in one direction,
A control means for controlling the injection of fluid from the nozzle is provided.
The nozzle
Attached to a person or a person's personal belongings so that the direction of fluid injection is outward,
The control means
A state detecting means for detecting the state of the nozzle to be attached, and
A controller having a storage means for storing the content of the force sense to be presented and controlling the injection of fluid from the nozzle based on the state detected by the state detecting means and the content.
A force sense presentation device equipped with.
前記コントローラは、提示する力覚の大きさに応じて、前記ノズルから噴射する流体の流量を制御することを特徴とする請求項1に記載の力覚提示装置。 The force sense presenting device according to claim 1, wherein the controller controls the flow rate of the fluid injected from the nozzle according to the magnitude of the force sense to be presented. 前記ノズルから噴射される噴射物は、前記人の周囲の流体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の力覚提示装置。 The force sense presenting device according to claim 1 or 2, wherein the ejected object injected from the nozzle is a fluid around the person. 前記制御手段は、人又は人の携帯物に携帯されることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の力覚提示装置。 The force sensation presenting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means is carried by a person or a person's portable object. 人に対して力覚を提示する力覚提示方法であって、
一方向に流体を噴射可能なノズルを、流体の噴射方向が、該ノズルの取り付け対象である人又は人の携帯物から外向きとなるように取り付け、
提示する力覚に応じて、制御手段が前記ノズルからの流体の噴射を制御するようにした力覚提示方法。
It is a force presentation method that presents a force sense to a person.
A nozzle capable of injecting fluid in one direction is attached so that the injecting direction of the fluid is outward from the person or the person's personal belongings to which the nozzle is attached.
A force sense presentation method in which a control means controls the injection of a fluid from the nozzle according to the force sense to be presented.
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