WO2018011929A1 - Touch sensation providing device and simulation system - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a tactile sensation providing apparatus and a simulation system.
- a support part Conventionally, a support part, an elastic body having one end supported by the support part, and a moving member supported by the other end of the elastic body and performing periodic acceleration motion with respect to the support part
- an acceleration generator including a coil that applies an acceleration corresponding to an electric current to the moving member.
- the frequency of the periodic acceleration motion includes a frequency component of 80 Hz or in the vicinity of 80 Hz (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
- the vibrating direction is a direction parallel to the skin surface of the fingertip, and does not vibrate in the direction of pressing the skin. This is mainly to provide a tactile sensation of pulling in a direction parallel to the surface of the fingertip skin because the receptor on the fingertip skin is likely to sense a shear force in a direction parallel to the skin.
- the conventional acceleration generating device can provide a tactile sensation that is pulled in a direction parallel to the skin surface, but cannot provide a tactile sensation that presses the skin surface.
- an object of the present invention is to provide a tactile sensation providing apparatus and a simulation system that can provide a tactile sensation of pressing the surface of the skin.
- a tactile sensation providing device is attached to a housing having a first side and a second side opposite to the first side, and the first side of the housing.
- a first contact having a first attachment portion and a first contact portion located opposite to the first attachment portion and contacting the first portion of the skin, and attached to the second side of the housing
- a second contactor having a second attachment part and a second contact part located opposite to the second attachment part and contacting the second part of the skin; and the first contactor attached to the housing
- a first vibrator that vibrates the casing along a direction connecting the first contactor and the second contactor, and reciprocating the first vibrator along a direction connecting the first contactor and the second contactor.
- a first drive signal to be moved, which vibrates in a first direction in the reciprocating motion and in a second direction opposite to the first direction. Rate at which includes a first drive control unit for driving said first transducer with a different first driving signal.
- FIG. 1 is a perspective view showing a tactile sensation providing apparatus 100 according to an embodiment. It is a figure which shows a part of internal structure of the tactile sensation providing apparatus 100 transparently. It is a figure which shows a part of internal structure of the tactile sensation providing apparatus 100 transparently. It is a figure which shows a part of internal structure of the tactile sensation providing apparatus 100 transparently. It is a figure which shows a part of internal structure of the tactile sensation providing apparatus 100 transparently. It is a figure which shows a part of internal structure of the tactile sensation providing apparatus 100 transparently. It is a figure which shows an example of the usage pattern of the tactile sensation providing apparatus. It is a figure explaining the tactile sensation provided to a user's skin by the tactile sensation providing apparatus. It is a figure explaining the tactile sensation provided to a user's skin by the tactile sensation providing apparatus.
- FIG. 1 is a perspective view of a computer system to which a processing apparatus 220 according to Embodiment 1 is applied.
- 2 is a block diagram illustrating a configuration of a main part in a main body 11 of a computer system 10.
- FIG. It is a figure which shows article
- 3 is a flowchart illustrating processing executed by the processing device 220 according to the first embodiment.
- 10 is a flowchart illustrating processing executed when the drive control unit 140 of the tactile sensation providing apparatus 100 drives the vibrators 120X, 120Y, and 120Z. It is a figure which shows the tactile sensation providing devices 100A, 100B, and 100C of the modification of the embodiment. It is a figure which shows the tactile sensation providing devices 100A, 100B, and 100C of the modification of the embodiment. It is a figure which shows the tactile sensation providing devices 100A, 100B, and 100C of the modification of the embodiment. It is a figure which shows the tactile sensation providing devices 100A, 100B, and 100C of the modification of the embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view showing a tactile sensation providing apparatus 100 according to an embodiment.
- 2 to 5 are diagrams transparently showing a part of the internal configuration of the tactile sensation providing apparatus 100.
- FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a usage pattern of the tactile sensation providing apparatus 100. 1 to 6, a common XYZ coordinate system is used.
- the tactile sensation providing apparatus 100 includes housings 101, 102, 103, contacts 111, 112, vibrators 120X, 120Y, 120Z, and a marker 130.
- the tactile sensation providing apparatus 100 includes a drive control unit that performs drive control of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z, but the illustration is omitted here. 2 to 5, the marker 130 is omitted.
- the casings 101, 102, and 103 are the main body of the tactile sensation providing apparatus 100, and the casings 102 and 103 branch in the X-axis negative direction and the Y-axis positive direction from the casing 101 that extends in the Z-axis direction. It is provided as follows.
- the casings 101, 102, and 103 are made of, for example, an insulator such as resin or metal, and may be integrally molded, or have a configuration in which the casings 102 and 103 are attached to the casing 101. There may be.
- the vibrators 120X, 120Y, and 120Z are provided inside the casings 101, 102, and 103, respectively.
- a contact 111 is provided at the end of the housing 101 on the Z-axis positive direction side, and a contact 112 is provided at the end of the housing 101 on the Z-axis negative direction side.
- the contacts 111 and 112 may be molded integrally with the housing 101 or attached to the housing 101.
- the casings 101, 102, and 103 reciprocate in the Z-axis direction when the vibrator 120Z reciprocates in the Z-axis direction.
- the casings 101, 102, and 103 vibrate reciprocally in the X-axis direction when the vibrator 120X reciprocates in the X-axis direction.
- the casings 101, 102, and 103 vibrate reciprocally in the Y-axis direction when the vibrator 120Y reciprocates in the Y-axis direction.
- two-dimensional vibration can be obtained by reciprocating at least any two of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z. If all of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z are reciprocated, three-dimensional vibration can be obtained.
- the contacts 111 and 112 are cylindrical members.
- the contacts 111 and 112 are respectively provided at the end on the Z-axis positive direction side and the end on the Z-axis negative direction side of the housing 101.
- the contacts 111 and 112 are provided at the center of the end surface on the Z-axis positive direction side of the housing 101 and the center of the end surface on the Z-axis negative direction side.
- the contact 111 is an example of a first contact
- the contact 112 is an example of a second contact.
- the part where the contact 111 is attached to the housing 101 is an example of a first attachment part
- the tip of the contact 111 is an example of a first contact part.
- the part where the contact 112 is attached to the housing 101 is an example of the second attachment part
- the tip of the contact 112 is an example of the second contact part.
- the contacts 111 and 112 are made of an insulator such as resin or metal, for example, and may be molded integrally with the housing 101 or attached to the housing 101.
- the contacts 111 and 112 are held by the index finger A and the thumb B of the user of the tactile sensation providing apparatus 100.
- the tactile sensation providing apparatus 100 is held by the user.
- the tactile sensation providing apparatus 100 is premised on a usage pattern that is held by a user such that the contact 111 is located above in the vertical direction and the contact 112 is located below in the vertical direction.
- the direction connecting the contacts 111 and 112 does not need to be parallel to the vertical direction. It is only necessary that the contact 111 is positioned relatively above the contact 112.
- the area of the end of the contact 111 on the Z axis positive direction side is smaller than the area of the end of the contact 112 on the Z axis negative direction side. This is due to the following reason.
- the user holds the tactile sensation providing apparatus 100 so that the contact 111 is positioned above the contact 112.
- the weight of the tactile sensation providing device 100 is applied to the contact 112. Further, when the direction connecting the contact 111 and the contact 112 is not parallel to the vertical direction, the weight of the tactile sensation providing device 100 is applied to the contact 112 more than the contact 111.
- the tactile sensation providing apparatus 100 gives a tactile sensation in the direction of pressing the skin on the belly of the fingertips of the user's index finger A and thumb B (the part where the fingerprint is present) by vibrating the vibrator 120Z. For this reason, in order to suppress the influence of its own weight in the direction of pressing the skin, the area of the end of the contact 111 on the Z-axis positive direction side is smaller than the area of the end of the contact 112 on the Z-axis negative direction side. Is also small.
- the area of the end portion on the Z-axis positive direction side of the contact 111 and the area of the end portion on the Z-axis negative direction side of the contact 112 are such that the direction connecting the contact 111 and the contact 112 is in the vertical direction.
- the surface pressure that the user receives with the index finger A and the thumb B is set to be equal. This is because if the surface pressure received by the index finger A and the thumb B becomes equal, the strength of the tactile sensation received by the index finger A and the thumb B becomes equal.
- the force applied to the skin of the index finger A and the thumb B from the ends of the cylindrical contacts 111 and 112 is mainly the outer periphery (lengths La and L) of the ends of the cylindrical contacts 111 and 112. b ) along.
- Forces ⁇ a and ⁇ b received by the skin of the index finger A and the thumb B from the outer periphery of the end portions of the contacts 111 and 112 are expressed by the following equation (2).
- the forces ⁇ a and ⁇ b are forces (N / m) per length L a and L b divided by the lengths L a and L b , respectively.
- equation (3) can be derived from equation (1).
- the area S b may be set.
- the contacts 111 and 112 may be members having a shape other than the cylindrical shape. Even if it is not a cylindrical member, the area of the end portion on the Z-axis positive direction side of the contactor 111 only needs to be smaller than the area of the end portion of the contactor 112 on the Z-axis negative direction side. .
- the area relationship between the contacts 111 and 112 may be maintained by providing a recess recessed in the negative Z-axis direction at the end of the contact 111 on the positive Z-axis direction.
- end of the contact 111 on the Z-axis positive direction side and the end of the contact 112 on the Z-axis negative direction side have a certain angle between the side surfaces so as to have end faces. It is preferable that This is to provide a better tactile sensation.
- the area of the end of the contact 112 on the negative side in the Z-axis is set to a size equal to or smaller than the area of the thumb (belly) assuming that the contact 112 is held by the thumb.
- the diameter is set to be smaller than or equal to a circle having a diameter of 23.4 mm.
- the vibrators 120X, 120Y, and 120Z are provided inside the casings 101, 102, and 103, respectively. As described above, the vibrators 120X, 120Y, and 120Z are provided to reciprocate the entire casings 101, 102, and 103 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively.
- the vibrator 120Z is an example of a first vibrator, and the vibrators 120X and 120Y are examples of a second vibrator.
- the vibrator 120Z includes a spring 121Z, a permanent magnet 122Z, and an electromagnetic coil 123Z.
- the spring 121Z is fixed to the inner wall 101A of the casing 101 on the Z axis positive direction side so as to extend in the Z axis negative direction.
- the end fixed to the inner wall 101A of the spring 121Z is a fixed end, and the end fixed to the opposite permanent magnet 122Z is a free end.
- the permanent magnet 122Z is attached to the end (free end) of the spring 121Z on the Z axis negative direction side.
- the S pole is located on the Z axis positive direction side
- the N pole is located on the Z axis negative direction side.
- An electromagnetic coil 123Z is provided on the negative Z side of the N pole of the permanent magnet 122Z.
- the electromagnetic coil 123Z attracts the permanent magnet 122Z in the Z-axis negative direction when a current is supplied from a drive control unit (not shown).
- the spring 121Z is extended in the Z-axis negative direction.
- the permanent magnet 122Z is pulled back in the positive direction of the Z axis by the contraction force of the spring 121Z. For this reason, the permanent magnet 122Z can be reciprocated in the Z-axis direction by passing an electric current intermittently through the electromagnetic coil 123Z at a predetermined frequency.
- the drive control of the vibrator 120Z is performed so that the speed of moving in the Z-axis positive direction is different from the speed of moving in the Z-axis negative direction.
- Such drive control of the vibrator 120Z will be described later.
- the marker 130 is attached to the housing 101.
- the marker 130 has a plurality of spheres, and reflects infrared rays in various directions when irradiated with infrared rays in a simulation system described later.
- the marker 130 is used when the processing device of the simulation system detects the position of the tactile sensation providing device 100.
- FIG. 7 to 11 are diagrams illustrating the tactile sensation provided to the user's skin by the tactile sensation providing apparatus 100.
- FIG. 10 and 11, the tactile sensation providing apparatus 100 is shown in a simplified manner.
- the upper end of the contactor 111 presses the skin of the index finger A in the Z-axis positive direction as shown in FIG.
- the operation of returning to the negative Z-axis direction is repeated.
- the lower end of the contact 112 repeats the operation of pressing the skin of the thumb B in the negative Z-axis direction and the operation of returning to the positive Z-axis direction.
- the vibration speed in the forward direction is higher than the vibration speed in the backward direction. If it is high, you can feel the tactile sensation being pulled in the forward direction. Further, if the speed of the backward vibration is higher than the speed of the forward vibration, the tactile sensation felt in the backward direction is sensed.
- the vibrator 120Z when the user grips the contacts 111 and 112 with the index finger A and the thumb B, when the vibrator 120Z is driven to reciprocate in the Z-axis direction, the skin of the index finger A and the thumb B is sheared.
- the direction is the Z-axis direction.
- the vibrator 120 ⁇ / b> Z is driven in a state in which the upper end of the contact 111 presses and sinks the skin of the index finger A and the lower end of the contact 112 presses and presses the skin of the thumb B.
- the corners of the cylindrical contacts 111 and 112 mainly rub against the skin, so that a shearing direction is generated in the Z-axis direction as shown by a double-headed arrow in FIG. .
- the vibrator 120Z when the vibrator 120Z is reciprocated in the Z-axis direction, if the vibrator 120Z is driven with a driving pattern in which the speed of vibration in the Z-axis positive direction is higher than the speed of vibration in the Z-axis negative direction, the user The tactile sensation that the index finger A is pushed in the positive direction of the Z-axis is obtained.
- the thumb B a tactile sensation in which pressing in the negative Z-axis direction due to the weight of the tactile sensation providing apparatus 100 is reduced is obtained.
- the vibrator 120Z when the vibrator 120Z is reciprocated in the Z-axis direction, the vibrator 120Z is driven with a drive pattern in which the speed of vibration in the negative Z-axis direction is higher than the speed of vibration in the positive Z-axis direction. Then, the user has a tactile sensation in which the thumb B is pushed in the negative Z-axis direction. Further, since the index finger A is in a direction away from the index finger A (Z-axis negative direction), almost no tactile sensation is provided to the index finger A in this drive pattern.
- the vibrator 120X when reciprocating the vibrator 120X in the X-axis direction, if the vibrator 120X is driven with a drive pattern in which the speed of vibration in the X-axis positive direction is higher than the speed of vibration in the X-axis negative direction, the user The tactile sensation is obtained when the index finger A is pressed in the positive direction of the X axis.
- the vibrator 120X when the vibrator 120X is driven with a drive pattern in which the speed of vibration in the X-axis negative direction is higher than the speed of vibration in the X-axis positive direction, the user moves the thumb B in the X-axis negative direction. Get a feeling of being pressed. This is the same when the vibrator 120Y is driven to reciprocate the tactile sensation providing apparatus 100 in the Y-axis direction.
- FIG. 12 is a diagram showing a drive circuit and a drive pattern of the vibrator 120Z.
- the tactile sensation providing apparatus 100 is simplified, and contacts 111 and 112, a vibrator 120Z, a drive controller 140, a DA (Digital Analog) converter 150, and an amplifier 160 are shown.
- DA Digital Analog
- the drive control unit 140 performs drive control of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z, and is realized by a microcomputer.
- the drive control unit 140 includes a CPU (Central Processing ⁇ Unit).
- the drive control unit 140 is an example of a first drive control unit and a second drive control unit.
- FIG. 12 shows the waveform of the drive pattern of the vibrator 120Z generated by the drive control unit 140.
- the drive pattern is a signal waveform representing the drive signal output from the drive control unit 140.
- the drive control unit 140 is connected to the vibrator 120Z via the DA converter 150 and the amplifier 160.
- the DA converter 150 converts the digital drive signal output from the drive control unit 140 into an analog signal.
- the amplifier 160 adjusts the signal level of the drive signal analog-converted by the DA converter 150 and inputs the signal to the vibrator 120Z.
- the drive signal output by the drive control unit 140 is roughly classified into two types.
- the horizontal axis is the time axis
- the vertical axis is the voltage (vibration amplitude).
- the two drive patterns shown in (A) and (B) are sawtooth drive patterns, and the speed at which the voltage value (amplitude) rises is different from the speed at which it falls.
- the rising operation is an operation from the point where the sawtooth amplitude is minimum to the maximum point
- the falling operation is an operation from the point where the sawtooth amplitude is maximum to the minimum point.
- the drive control unit 140 When providing the tactile sensation of pressing the index finger A in the positive direction of the Z-axis, the drive control unit 140 uses a drive pattern that rises faster than the fall as shown in (A). On the other hand, when providing the tactile sensation of pressing the thumb B in the negative Z-axis direction, the drive control unit 140 uses a drive pattern in which the fall is faster than the rise, as shown in (B).
- such a tactile sensation represents a reaction force when the pointer touches an article displayed on the screen when the pointer displayed on the screen is operated by the tactile sensation providing apparatus 100 in a simulation system described later. Used as a tactile sensation.
- the two drive patterns shown in FIG. 12 are merely examples, and any drive pattern having any waveform may be used as long as the rising speed and the falling speed are different.
- the frequency of the drive pattern is preferably a frequency that falls within a range of about 40 Hz to 100 Hz as an example. This is because the sensitivity of the human muscle spindle is in this frequency band.
- the data representing the drive pattern as described above (drive signal data) is generated by the drive control unit 140.
- the data representing the driving pattern may be data including speed data representing the rising speed and the falling speed.
- the speed data is not limited to a form in which the speed increases or decreases linearly, but may increase or decrease nonlinearly.
- the data representing the drive pattern may be data including acceleration data representing acceleration at which the voltage value (amplitude) increases or decreases instead of the speed data.
- a driving pattern that is set so that the rising speed and the falling speed may be different depending on the acceleration at the time of rising of the waveform and the acceleration at the time of falling of the waveform.
- the amplitude (voltage value) of the drive signal corresponds to the magnitude of the tactile sensation that represents the reaction force described above.
- the tactile sensation representing the reaction force is increased, and when the amplitude of the drive signal is decreased, the tactile sensation representing the reaction force is decreased.
- To set the amplitude of the drive signal for example, it may be performed as follows. A reaction force (1) received by the hand when pulling the spring by hand, and a reaction force (2) by a tactile sensation that is pressed when the vibrator 120Z of the tactile sensation providing device 100 is driven by a drive signal having a certain amplitude (voltage value). The experimenter compares. The measured value of the reaction force (1) when the reaction force (1) and the reaction force (2) are balanced is associated with the amplitude (voltage value) that generates the reaction force (2).
- table-format data in which the measured values of the reaction force (1) and the reaction force (2) are associated with each other is generated.
- the amplitude of the drive signal may be set according to the magnitude of the reaction force (2) to be provided to the user's hand of the tactile sensation providing device 100 using such table format data.
- FIG. 13 is a diagram showing an internal configuration of the tactile sensation providing apparatus 100.
- the tactile sensation providing apparatus 100 includes vibrators 120X, 120Y, and 120Z, a drive control unit 140, a DA converter 150, an amplifier 160, a communication unit 170, and a memory 180.
- the communication unit 170 will be mainly described.
- the communication unit 170 performs wireless communication with the processing device of the simulation system according to a standard such as Bluetooth (registered trademark) or WiFi.
- the communication unit 170 is connected to the drive control unit 140, and outputs a drive command to the drive control unit 140 when receiving a drive command from the processing apparatus of the simulation system.
- at least one of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z is driven by the drive control unit 140. Which amplitude of each of the vibrators 120X, 120Y, and 120Z is driven depends on the magnitude of the component of the reaction force in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
- the memory 180 stores data that is a source of the drive signal generated by the drive control unit 140. If the drive signal is a sawtooth signal, the memory 180 stores data representing the sawtooth wave. In the data representing the sawtooth wave, the frequency of the sawtooth wave and the ratio between the rising speed and the falling speed are determined, and when the drive control unit 140 sets the amplitude, the drive signal as shown in FIG. Can be generated.
- the drive control unit 140 When the drive control unit 140 receives data representing the amplitude from the processing device of the simulation system described later, the drive control unit 140 generates a sawtooth drive signal specified by the amplitude. Note that the amplitude value is determined by the magnitude of the reaction force as described above.
- FIG. 14 is a diagram showing a simulation system 200 according to the first embodiment.
- the simulation system 200 includes a tactile sensation providing device 100, a screen 210A, a projection device 210B, 3D (3-dimensional) glasses 210C, a processing device 220, and a position measurement device 240.
- Embodiment 1 The simulation system 200 can be applied to an assembly support system for grasping assembly workability in a virtual space, for example.
- an operation of assembling an electronic component such as a CPU (Central Processing Unit) module, a memory module, a communication module, or a connector on a mother board or the like can be performed in a virtual space.
- a CPU Central Processing Unit
- simulation system 200 can be applied not only to the assembly support system but also to various systems for confirming workability in a three-dimensional space.
- a projector screen can be used as the screen 210A.
- the size of the screen 210A may be set as appropriate according to the application.
- An image projected by the projection device 210B is displayed on the screen 210A.
- images of the articles 211 and 212 are displayed on the screen 210A.
- the projection device 210B may be any device that can project an image onto the screen 210A.
- a projector can be used.
- the projection device 210B is connected to the processing device 220 by a cable 210B1, and projects an image input from the processing device 220 onto the screen 210A.
- the projection device 210B is of a type that can project a 3D image (stereoscopic image) onto the screen 210A.
- the screen 210A and the projection device 210B are examples of a display unit.
- the user using the simulation system 200 wears the 3D glasses 210C.
- the 3D glasses 210C may be any glasses that can convert an image projected on the screen 210A by the projection device 210B into a 3D image.
- polarized glasses for polarizing incident light or liquid crystal shutter glasses having a liquid crystal shutter are used. Can do.
- a liquid crystal display panel may be used instead of the screen 210A and the projection device 210B.
- the 3D glasses 210C may not be used.
- a head mounted display may be used instead of the screen 210A and the projection device 210B.
- the processing device 220 includes a position detection unit 221, a contact determination unit 222, a video output unit 223, a data holding unit 224, a drive control unit 225, and a communication unit 226.
- the processing device 220 is realized by a computer having a memory, for example.
- the position detection unit 221 performs image processing such as pattern matching on the image data input from the position measurement device 240, and detects the position and orientation of the marker 130 of the tactile sensation providing device 100.
- the position of the tactile sensation providing device 100 is represented by coordinate values in three-dimensional coordinates, and the posture is represented by an angle with respect to the three-axis directions of the three-dimensional coordinates.
- the position detection unit 221 converts the coordinate value in the three-dimensional coordinate into a coordinate in the image projected on the screen 210A, and outputs it as a coordinate representing the position of the pointer 230A.
- the position detection unit 221 is an example of a second detection unit. That is, the position of the pointer 230A is determined by the position of the tactile sensation providing apparatus 100. In order to move the pointer 230A projected on the screen 210A, the tactile sensation providing apparatus 100 may be moved in real space. The tactile sensation providing apparatus 100 may be regarded as an operation terminal of the pointer 230A.
- the position measurement device 240 may detect the position and orientation of the tactile sensation providing device 100.
- the contact determination unit 222 determines whether the image of the article 211 or 212 projected on the screen 210A and the pointer 230A displayed on the screen 210A are in contact with each other.
- the contact determination unit 222 uses the data representing the shape and position of the article 211 or 212 projected on the screen 210A and the data representing the position of the pointer 230A to contact the image of the article 211 or 212 with the pointer 230A. Determine if you did.
- the contact determination unit 222 is an example of a determination unit.
- the output terminal of the video output unit 223 is connected to the projection device 210B by a cable 210B1.
- the video output unit 223 outputs an image specified by the article data of the articles 211 and 212 held in the data holding unit 224 to the projection device 210B and displays it on the screen 210A.
- the video output unit 223 displays the pointer 230A on the projection device 210B.
- the position of the pointer 230A in the image displayed on the screen 210A is determined by the position and posture of the tactile sensation providing apparatus 100 detected by the position detection unit 221.
- the data holding unit 224 holds data such as article data representing the coordinates and shape of the articles 211 and 212, and image data of the pointer 230A.
- the data holding unit 224 is realized by a memory and is an example of a data storage unit.
- the drive control unit 225 represents a reaction force according to the direction in which the pointer 230 ⁇ / b> A contacts the article 211 or 212.
- This drive signal is a signal for driving the vibrator of the tactile sensation providing apparatus 100.
- the communication unit 226 is a communication unit that performs wireless communication with the tactile sensation providing apparatus 100, and can perform wireless communication according to a standard such as Bluetooth or WiFi (Wireless-Fidelity).
- the communication unit 226 transmits a drive signal generated by the drive control unit 225 to the tactile sensation providing apparatus 100.
- the communication unit 226 may be a communication unit that performs wired communication with the tactile sensation providing apparatus 100.
- the position measuring device 240 has infrared cameras 240A and 240B, and is connected to the position detector 221 by cables 241A and 241B, respectively.
- the infrared cameras 240 ⁇ / b> A and 240 ⁇ / b> B irradiate the tactile sensation providing apparatus 100 with infrared rays and photograph the reflected light reflected by the marker 130.
- the position measurement device 240 transfers the image data output from the infrared cameras 240A and 240B to the position detection unit 221.
- the position measurement device 240 is an example of a first detection unit.
- FIG. 15 is a perspective view of a computer system to which the processing device 220 of the first embodiment is applied.
- a computer system 10 shown in FIG. 15 includes a main body 11, a display 12, a keyboard 13, a mouse 14, and a modem 15.
- the main unit 11 includes a CPU (Central Processing Unit), an HDD (Hard Disk Drive), a disk drive, and the like.
- the display 12 displays an analysis result or the like on the screen 12A according to an instruction from the main body 11.
- the display 12 may be a liquid crystal monitor, for example.
- the keyboard 13 is an input unit for inputting various information to the computer system 10.
- the mouse 14 is an input unit that designates an arbitrary position on the screen 12 ⁇ / b> A of the display 12.
- the modem 15 accesses an external database or the like and downloads a program or the like stored in another computer system.
- a program for causing the computer system 10 to function as the processing device 220 is stored in a portable recording medium such as the disk 17 or downloaded from the recording medium 16 of another computer system using a communication device such as the modem 15. Are input to the computer system 10 and compiled.
- a program for causing the computer system 10 to have a function as the processing device 220 causes the computer system 10 to operate as the processing device 220.
- This program may be stored in a computer-readable recording medium such as the disk 17.
- the computer-readable recording medium is limited to a portable recording medium such as a disk 17, an IC card memory, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, or a USB (Universal Serial Bus) memory. It is not something.
- the computer-readable recording medium includes various recording media accessible by a computer system connected via a communication device such as a modem 15 or a LAN.
- FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a main part in the main body 11 of the computer system 10.
- the main body 11 includes a CPU 21 connected by a bus 20, a memory unit 22 including a RAM or a ROM, a disk drive 23 for the disk 17, and a hard disk drive (HDD) 24.
- the display 12, the keyboard 13, and the mouse 14 are connected to the CPU 21 via the bus 20, but these may be directly connected to the CPU 21.
- the display 12 may be connected to the CPU 21 via a known graphic interface (not shown) that processes input / output image data.
- the keyboard 13 and the mouse 14 are input units of the processing device 220.
- the display 12 is a display unit that displays input contents and the like for the processing device 220 on the screen 12A.
- computer system 10 is not limited to the configuration shown in FIGS. 15 and 16, and various well-known elements may be added or alternatively used.
- FIG. 17 is a diagram showing article data.
- the article data is data representing the coordinates and shape of the article displayed on the screen 210A.
- the article data has an article ID, a shape type, reference coordinates, a size, a rotation angle, and a reaction force coefficient k.
- the shape type represents the outer shape of the article.
- the shape types indicate Cuboid (cuboid) and Cylinder (cylindrical body).
- the reference coordinate indicates the coordinate value of a point that serves as a reference for coordinates representing the entire article.
- the unit of the coordinate value is meter (m).
- An XYZ coordinate system is used as the coordinate system.
- the size represents the length of the article in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction, and the length in the Z-axis direction.
- the unit is meters (m).
- the length in the X-axis direction represents the vertical length
- the length in the Y-axis direction represents the height
- the length in the Z-axis direction represents the depth (the length in the horizontal direction).
- the rotation angle is represented by rotation angles ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z with respect to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
- the unit is degree (deg.).
- the rotation angle ⁇ x is an angle for rotating the article about the X axis as a rotation axis.
- the rotation angles ⁇ y and ⁇ z are angles at which the article is rotated about the Y axis and the Z axis as rotation axes, respectively.
- the positive directions of the rotation angles ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z may be determined in advance.
- the reaction force coefficient k is the hardness of the article in the real space corresponding to the article displayed on the screen 210A.
- the reaction force coefficient is a coefficient that increases as the article in the real space becomes harder, and its unit is N / mm.
- other physical quantities such as Young's modulus may be used.
- reaction force coefficients k of articles having article IDs 001, 002, and 003 are set to 0.05, 0.03, and 0.01, respectively.
- an article with an article ID of 001 is made of metal
- an article with an article ID of 002 is made of resin
- an article with an article ID of 003 is made of rubber.
- the reaction force F is expressed by the following equation (4), and is obtained by multiplying the reaction force coefficient k by the amount of biting ⁇ L and the normal vector n.
- the reaction force F is represented by a vector.
- ⁇ L is an amount (biting amount) that the pointer 230A bites into the article displayed on the screen 210A.
- the amount of biting represents the amount by which the pointer 230A bites into the inside of the article from the point where the article and the pointer 230A contact each other.
- the vector n is a normal vector of a point where the pointer 230A has touched the article displayed on the screen 210A.
- the vector of the reaction force F is obtained by multiplying the reaction force coefficient k by the normal vector n as shown in Equation (4).
- the normal vector n of the article displayed on the screen 210A can be derived from the article data because the orientation of the surface with which the pointer 230A is in contact can be determined by using the article data shown in FIG.
- an image specified by the article data can be represented in the same manner as the article image displayed by the CAD data.
- the article data is stored in the data holding unit 224 of the processing device 220.
- FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an image of an article.
- FIG. 18 shows three articles represented by the article data of FIG.
- An article with an article ID of 001 has a shape type of Cuboid (cuboid), reference coordinates (X, Y, Z) of (0.0, 0.0, 0.0), and a size of (0.8, 0.2, 0.4), and the rotation angles ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z are (0.0, 0.0, 0.0).
- An article with an article ID of 002 has a shape type of Cuboid (cuboid), reference coordinates (X, Y, Z) of (0.6, 0.2, 0.0), and a size of (0.2, 0.2, 0.1), and the rotation angles ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z are (0.0, 0.0, 0.0).
- the article with the article ID 002 is arranged on the article with the article ID 001.
- the article with the article ID 003 has a shape type of Cylinder, a reference coordinate (X, Y, Z) of (0.8, 0.3, 0.1), and a size of (0.2 , 1.0, 0.3), and the rotation angles ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z are (0.0, 0.0, 90.0).
- the article with the article ID 003 is connected to the X axis positive direction side of the article with the article ID 002 in a state where the article ID is rotated 90 degrees about the Z axis.
- the article in the image projected on the screen 210A using the article data having the article ID, shape type, reference coordinates, size, and rotation angle shown in FIG. Specify the coordinates and shape of
- the coordinates of the eight vertices are the length in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction, the length in the Y-axis direction, and the Z-axis direction with respect to the reference coordinates. Can be obtained by adding or subtracting the length.
- the coordinates of the eight vertices represent the coordinates of the corner of the article whose shape type is Cuboid.
- the expression representing the 12 sides is an expression representing the coordinates of the Edge of the article whose shape type is Cuboid.
- the expressions representing the eight vertices and / or the expressions representing the 12 sides are obtained, the expressions representing the six surfaces of the article whose shape type is Cuboid are obtained, and the coordinates of the surface are obtained. be able to.
- the shape type is Cylinder (cylindrical body)
- An expression representing a certain circle (or ellipse) can be obtained.
- an equation representing a circle (or ellipse) at both ends and a reference coordinate are used, an equation representing the coordinates of the circle (or ellipse) at both ends can be obtained.
- the coordinates of the side surface of the cylinder can be obtained by using an expression representing the coordinates of the circles (or ellipses) at both ends.
- FIG. 19 is a diagram showing data in a table format in which the reaction force F and the amplitude value are associated with each other.
- the vector of the reaction force F is expressed as X, Y, Z components (Fx, Fy, Fz).
- the amplitude value is expressed as X, Y, and Z components (Apx, Apy, Apz).
- the X, Y, and Z components (Fx, Fy, and Fz) of the reaction force F are associated with the X, Y, and Z components (Apx, Apy, and Apz) of the amplitude value, respectively.
- the values of the X, Y, and Z components (Fx, Fy, Fz) of the reaction force F are obtained, the values of the X, Y, and Z components (Apx, Apy, Apz) of the amplitude value are obtained.
- the X, Y, Z components of the reaction force F are (Fx1, Fy1, Fz1)
- the X, Y, Z components of the amplitude value are (Apx1, Apy1, Apz1).
- FIG. 20 is a flowchart illustrating processing executed by the processing device 220 according to the first embodiment.
- a case will be described in which images of articles 211 and 212 are displayed on a screen 210A as shown in FIG.
- the processing device 220 starts processing after the power is turned on (start).
- the processing apparatus 220 acquires article data from the data holding unit 224 (step S1).
- the processing device 220 generates a video signal using the article data, and causes the projection device 210B to project an image (step S2).
- the images of the stereoscopic models of the articles 211 and 212 are displayed on the screen 210A.
- the images of the articles 211 and 212 displayed on the screen 210A represent virtual objects that exist in the virtual space.
- steps S1 and S2 are performed by the video output unit 223.
- the processing device 220 detects the position and orientation of the tactile sensation providing device 100 in the real space (step S3).
- the process of step S3 is performed by the position detection unit 221.
- the processing device 220 detects the coordinates of the pointer 230A in the virtual space (step S4).
- the coordinates of the pointer 230A are detected by the position detection unit 221.
- the coordinate data of the pointer 230 ⁇ / b> A is input to the contact determination unit 222 and the video output unit 223.
- the processing device 220 causes the projection device 210B to display the pointer 230A on the screen 210A based on the coordinates of the pointer 230A obtained in step S4 (step S5).
- the tactile sensation providing apparatus 100 has a direction in which the pointer 230A is pointed in advance, and the pointer 230A is displayed at, for example, the intersection of the screen 210A and a straight line determined by the position of the tactile sensation providing apparatus 100 and the predetermined direction.
- the pointer 230A is displayed on the screen 210A on which the stereoscopic images of the articles 211 and 212 are displayed.
- the pointer 230A may be displayed using image data representing the pointer 230A.
- data corresponding to the article data of the articles 211 and 212 may be prepared and an image of a stereoscopic model of the pointer 230A may be displayed.
- the pointer 230A can be displayed without using the image data of the pointer 230A, the image data of the pointer 230A does not have to be held in the data holding unit 224.
- step S5 is performed by the video output unit 223. Note that the processing of steps S3 to S5 is performed in parallel with the processing of steps S1 to S2.
- the processing apparatus 220 determines whether or not the article 211 or 212 and the pointer 230A are in contact (step S6).
- the process in step S6 is performed by the contact determination unit 222.
- the contact determination unit 222 determines whether the article 211 or 212 and the pointer 230A are in contact with each other based on the article data of the articles 211 and 212 and the coordinate data of the pointer 230A obtained in step S4.
- Whether the article 211 or 212 is in contact with the pointer 230A is determined by whether or not there is an intersection between a corner, a side, or a surface represented by the article data of the article 211 or 212 and a position represented by the coordinate data of the pointer 230A. That's fine.
- whether or not the article 211 or 212 and the pointer 230A are in contact is determined by whether or not the difference in position between the coordinate data of the pointer 230A and the coordinates included in the article data closest to the coordinate data is equal to or smaller than a predetermined value. May be.
- the operation of the tactile sensation providing apparatus 100 in the simulation system 200 is more determined when the difference between the position included in the article data closest to the coordinate data and the position represented by the coordinate data is a predetermined value or less. Such a setting may be used when the property is good.
- step S7 as an example, it is assumed that the article 211 and the pointer 230A are in contact with each other. The same processing is performed even when the article 212 and the pointer 230A come into contact with each other.
- step S 7 the process of step S ⁇ b> 7 is performed by the contact determination unit 222.
- the contact determination unit 222 calculates the amount of biting ⁇ L based on the coordinates of the pointer 230A and the article data of the article 211, and obtains the normal vector n of the article 211 at the contact point, and the reaction force F according to the equation (4). Find the vector of.
- the drive control unit 225 obtains the amplitude value (Apx, Apy, Apz) from the reaction force F obtained in step S7 based on the data in the table format that associates the reaction force F with the amplitude value (see FIG. 19). It transmits to the tactile sensation providing apparatus 100 (step S8). As a result, the vibrators 120X, 120Y, and 120Z of the tactile sensation providing apparatus 100 are driven.
- step S6 If it is determined in step S6 that the article 211 or 212 is not in contact with the pointer 230A (S6: NO), the flow returns to steps S1 and S3.
- FIG. 21 is a flowchart showing processing executed when the drive control unit 140 of the tactile sensation providing apparatus 100 drives the vibrators 120X, 120Y, and 120Z.
- the drive control unit 140 starts processing when the tactile sensation providing apparatus 100 is turned on (start).
- the drive control unit 140 receives a drive signal from the processing device 220 via the communication unit 170 (step S21).
- the drive control unit 140 generates a drive signal from the reaction force signal (step S22).
- the drive control unit 140 drives the vibrators 120X, 120Y, and 120Z using the drive signal (step S23).
- the pointer 230A operated by the tactile sensation providing apparatus 100 contacts an article such as the article 211 or 212 in the image projected on the screen 210A.
- the vibration pattern that vibrates the vibrators 120X, 120Y, and 120Z is changed so as to provide a reaction force according to the Young's modulus of the contacted article.
- the simulation system 200 uses the tactile sensation providing apparatus 100 to provide the user with a tactile sensation that represents a reaction force according to the Young's modulus of the article that the tactile sensation providing apparatus 100 contacts.
- the tactile sensation providing device 100 reciprocates the contacts 111 and 112 in the Z-axis direction.
- the tactile sensation providing device 100 reciprocates the contacts 111 and 112 in the Z-axis direction.
- a tactile sensation providing apparatus 100 that can provide a tactile sensation that presses the surface of the skin.
- position of the tactile sensation providing apparatus 100 using the marker 130 and the position measuring device 240 has been described above.
- the position and orientation of the tactile sensation providing device 100 may be detected using at least one of an infrared depth sensor, a magnetic sensor, a stereo camera, an acceleration sensor, or an angular velocity sensor that does not require the marker 130.
- the position measuring device 240 detects the position of the marker 130 attached to the tactile sensation providing device 100.
- the position measuring device 240 for example, an infrared laser is irradiated toward a subject and reflected light is reflected.
- a device that calculates the distance (depth) to a point included in the image based on the time until the light is received may be used.
- an image of a user who performs an instruction operation toward the screen 210 ⁇ / b> A can be obtained without attaching the marker 130 to the tactile sensation providing device 100, and the user's posture and / or Based on the gesture or the like, the position of the pointer 130A can be determined.
- FIG. 23, and FIG. 24 are diagrams showing tactile sensation providing devices 100A, 100B, and 100C according to modified examples of the embodiment.
- the tactile sensation providing device 100A shown in FIG. 22 has one truncated cone-shaped contact 111A and a plurality of truncated cone-shaped contacts 112A. For example, nine contacts 112A are provided.
- the vibrators 120X, 120Y, and 120Z, the drive control unit 140, and the like are built in. Further, the marker 130 is omitted.
- the contact 111A touches the index finger A at the tip of the contact 111A, and the nine contacts 112A touch the thumb B at the tip of the contact 112A. For this reason, the area where the contact 111A touches the index finger A is smaller than the area where the nine contacts 112A touch the thumb B.
- the tactile sensation providing device 100A thus miniaturized may be used.
- the tactile sensation providing apparatus 100B schematically represents a central member 105 that holds the contacts 111B1, 111B2, 111B3, 111B4, and 112B.
- Vibrators 120X, 120Y, and 120Z are provided inside the central member 105.
- the contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 are provided to have an angle with each other in accordance with the arrangement of the index finger A1, the middle finger A2, the ring finger A4, and the little finger A4. For this reason, when the contactor 112B aligns the center axis of the cylindrical shape with the vertical axis, at least three of the contactors 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 are arranged so as to have an angle with respect to the vertical axis. Yes.
- the vertically upward unit vector is p
- the areas of the upper ends of the contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 are S a1 , S a2 , S a3 , and S a4 .
- n a1 , n a2 , n a3 , and n a4 be the vectors facing the upper end that pass through the central axes of the cylindrical contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4.
- nb1 A vector directed toward the lower end passing through the central axis of the contact 112B is denoted by nb1 .
- the contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 and the contact 112B may be designed so that the following expression (5) is satisfied.
- the first term on the left side of the equation (5) is the area product S a1 , S a2 , S, which is the inner product of the vertical upward unit vector p and the end-oriented vectors n a1 , n a2 , n a3 , n a4. This represents the sum of four values obtained by multiplying a3 and Sa4 . This indicates that the total of the projected areas of the areas S a1 , S a2 , S a3 , and S a4 on the horizontal plane is obtained.
- Equation (5) The second term on the left side of Equation (5) is obtained by multiplying the inner product of p by the vertically upward unit vector and n b1 by the end vector and the area S b1 . This represents that the projected area of the area S b1 on the horizontal plane is obtained.
- Expression (5) represents that the projected area of the area S b1 on the horizontal plane is larger than the total value of the projected areas of the areas S a1 , S a2 , S a3 , and S a4 on the horizontal plane.
- a tactile sensation providing device 100C shown in FIG. 24 has a vibrator 120Z provided inside an annular holder 190, a contact 111C provided on the vibrator 120Z, and the index finger A's belly is contacted with the index finger A inserted. 111C is touched.
- the tactile sensation providing device 100 ⁇ / b> C configured to fit on the finger in this way may be used.
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Abstract
Description
本発明は、触感提供装置、及び、シミュレーションシステムに関する。 The present invention relates to a tactile sensation providing apparatus and a simulation system.
従来より、支持部と、前記支持部に一端が支持された弾性体と、前記弾性体の他端に支持され、前記支持部に対して周期的な加速度運動を行う運動部材と、流された電流に応じた加速度を前記運動部材に与えるコイルと、を有する加速度発生装置がある。 Conventionally, a support part, an elastic body having one end supported by the support part, and a moving member supported by the other end of the elastic body and performing periodic acceleration motion with respect to the support part There is an acceleration generator including a coil that applies an acceleration corresponding to an electric current to the moving member.
前記運動部材に所望の方向の加速度を与える向きの電流を前記コイルに流す第1の期間と、それ以外の第2の期間と、を周期的に繰り返し、周期に占める前記第1の期間の割合が前記第2の期間の割合と異なり、前記周期的な加速度運動の周波数は80Hzまたは80Hz近傍の周波数成分を含む(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
A first period in which a current in a direction that gives acceleration in a desired direction to the moving member is passed through the coil and a second period other than that are periodically repeated, and the ratio of the first period to the period However, unlike the ratio of the second period, the frequency of the periodic acceleration motion includes a frequency component of 80 Hz or in the vicinity of 80 Hz (see, for example,
ところで、従来の加速度発生装置は、振動する方向が指先の皮膚の表面と平行な方向であり、皮膚を押圧する方向に振動していない。これは、主に、指先の皮膚にある受容器が皮膚に平行な方向の剪断力を感じ取りやすいため、指先の皮膚の表面に平行な方向に引っ張る触感を提供するためである。 By the way, in the conventional acceleration generator, the vibrating direction is a direction parallel to the skin surface of the fingertip, and does not vibrate in the direction of pressing the skin. This is mainly to provide a tactile sensation of pulling in a direction parallel to the surface of the fingertip skin because the receptor on the fingertip skin is likely to sense a shear force in a direction parallel to the skin.
このような受容器は指先の腹の部分(指紋がある部分)に多く存在するが、指先の腹の部分以外の皮膚にも存在するため、指先の腹の部分以外の皮膚が従来の加速度発生装置に触れた場合にも、皮膚の表面に平行な方向に引っ張る触感が提供される。 Many of these receptors exist on the belly of the fingertip (the part with the fingerprint), but also on the skin other than the belly of the fingertip. When touching the device, a tactile sensation of pulling in a direction parallel to the surface of the skin is provided.
このため、従来の加速度発生装置は、皮膚の表面に平行な方向に引っ張る触感を提供することができるが、皮膚の表面を押圧する触感を提供することができない。 For this reason, the conventional acceleration generating device can provide a tactile sensation that is pulled in a direction parallel to the skin surface, but cannot provide a tactile sensation that presses the skin surface.
そこで、皮膚の表面を押圧する触感を提供することができる触感提供装置、及び、シミュレーションシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tactile sensation providing apparatus and a simulation system that can provide a tactile sensation of pressing the surface of the skin.
本発明の実施の形態の触感提供装置は、第1の側と、前記第1の側とは反対の第2の側とを有する筐体と、前記筐体の前記第1の側に取り付けられる第1取り付け部と、前記第1取り付け部の反対に位置し、皮膚の第1部に接触する第1接触部とを有する第1接触子と、前記筐体の前記第2の側に取り付けられる第2取り付け部と、前記第2取り付け部の反対に位置し、皮膚の第2部に接触する第2接触部とを有する第2接触子と、前記筐体に取り付けられ、前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って前記筐体を振動させる第1振動子と、前記第1振動子を前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って往復運動させる第1駆動信号であって、前記往復運動における第1方向と、前記第1方向の逆の第2方向とに振動させる速度が異なる第1駆動信号で前記第1振動子を駆動する第1駆動制御部とを含む。 A tactile sensation providing device according to an embodiment of the present invention is attached to a housing having a first side and a second side opposite to the first side, and the first side of the housing. A first contact having a first attachment portion and a first contact portion located opposite to the first attachment portion and contacting the first portion of the skin, and attached to the second side of the housing A second contactor having a second attachment part and a second contact part located opposite to the second attachment part and contacting the second part of the skin; and the first contactor attached to the housing A first vibrator that vibrates the casing along a direction connecting the first contactor and the second contactor, and reciprocating the first vibrator along a direction connecting the first contactor and the second contactor. A first drive signal to be moved, which vibrates in a first direction in the reciprocating motion and in a second direction opposite to the first direction. Rate at which includes a first drive control unit for driving said first transducer with a different first driving signal.
皮膚の表面を押圧する触感を提供することができる触感提供装置、及び、シミュレーションシステムを提供することができる。 It is possible to provide a tactile sensation providing apparatus and a simulation system that can provide a tactile sensation of pressing the surface of the skin.
以下、本発明の触感提供装置、及び、シミュレーションシステムを適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which the tactile sensation providing apparatus and the simulation system of the present invention are applied will be described below.
<実施の形態>
図1は、実施の形態の触感提供装置100を示す斜視図である。図2乃至図5は、触感提供装置100の内部構成の一部を透過的に示す図である。図6は、触感提供装置100の使用形態の一例を示す図である。なお、図1乃至図6では、共通のXYZ座標系を用いる。
<Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a tactile
図1に示すように、触感提供装置100は、筐体101、102、103、接触子111、112、振動子120X、120Y、120Z、及びマーカ130を含む。触感提供装置100は、この他に、振動子120X、120Y、120Zの駆動制御を行う駆動制御部等を含むが、ここでは図示を省略する。なお、図2乃至図5では、マーカ130を省略する。
1, the tactile
筐体101、102、103は、触感提供装置100の本体になる部分であり、Z軸方向に延在する筐体101から筐体102及び103がX軸負方向及びY軸正方向に分岐するように設けられている。
The
筐体101、102、103は、例えば、樹脂等の絶縁体製又は金属製であり、一体的に成型されていてもよいし、筐体101に対して筐体102及び103を取り付けた構成であってもよい。
The
筐体101、102、103の内部には、それぞれ、振動子120X、120Y、120Zが設けられている。また、筐体101のZ軸正方向側の端部には、接触子111が設けられ、筐体101のZ軸負方向側の端部には、接触子112が設けられている。接触子111、112は、筐体101と一体的に成型されていてもよいし、筐体101に対して取り付けられていてもよい。
The
筐体101、102、103は、振動子120ZがZ軸方向に往復運動すると、Z軸方向に往復的に振動する。筐体101、102、103は、振動子120XがX軸方向に往復運動すると、X軸方向に往復的に振動する。筐体101、102、103は、振動子120YがY軸方向に往復運動すると、Y軸方向に往復的に振動する。
The
このため、振動子120X、120Y、120Zのうちの少なくともいずれか2つを往復運動させれば、二次元的な振動が得られる。また、振動子120X、120Y、120Zのすべてを往復運動させれば、三次元的な振動が得られる。
Therefore, two-dimensional vibration can be obtained by reciprocating at least any two of the
接触子111、112は、円柱状の部材である。接触子111、112は、それぞれ、筐体101のZ軸正方向側の端部と、Z軸負方向側の端部とに設けられている。接触子111、112は、一例として、筐体101のZ軸正方向側の端面の中央と、Z軸負方向側の端面の中央とに設けられている。
The
接触子111は、第1接触子の一例であり、接触子112は、第2接触子の一例である。接触子111が筐体101に取り付けられる部分は、第1取り付け部の一例であり、接触子111の先端は、第1接触部の一例である。接触子112が筐体101に取り付けられる部分は、第2取り付け部の一例であり、接触子112の先端は、第2接触部の一例である。
The
接触子111、112は、例えば、樹脂等の絶縁体製又は金属製であり、筐体101と一体的に成型されていてもよいし、筐体101に対して取り付けられていてもよい。
The
接触子111、112は、例えば、図6に示すように、触感提供装置100の利用者の人差し指Aと親指Bとによって把持される。このように、人差し指Aと親指Bとによって接触子111、112が把持されることによって、触感提供装置100は、利用者によって保持される。
For example, as shown in FIG. 6, the
触感提供装置100は、接触子111が鉛直方向における上方に位置し、接触子112が鉛直方向における下方に位置するように、利用者によって保持される使用形態が前提になっている。ここで、触感提供装置100の使用形態において、接触子111と112を結ぶ方向は、鉛直方向に並行である必要はない。接触子111が接触子112に対して、相対的に上方に位置していればよい。
The tactile
接触子111のZ軸正方向側の端部の面積は、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積よりも小さくされている。これは、次のような理由によるものである。触感提供装置100の使用形態において、利用者は、接触子111が接触子112よりも上方に位置するように、触感提供装置100を保持する。
The area of the end of the
このため、接触子111と接触子112を結ぶ方向が鉛直方向に平行な場合には、触感提供装置100の自重は、接触子112に掛かることになる。また、接触子111と接触子112を結ぶ方向が鉛直方向に平行ではない場合には、触感提供装置100の自重は、接触子111よりも接触子112に多く掛かることになる。
For this reason, when the direction connecting the
触感提供装置100は、振動子120Zを振動させることによって、利用者の人差し指Aと親指Bの指先の腹(指紋がある部分)において、皮膚を押圧する方向に触感を与える。このため、皮膚を押圧する方向において、自重の影響を抑制するために、接触子111のZ軸正方向側の端部の面積を、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積よりも小さくしている。
The tactile
一例として、接触子111のZ軸正方向側の端部の面積と、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積とは、接触子111と接触子112を結ぶ方向が鉛直方向に平行になるように利用者が触感提供装置100を保持した場合に、利用者が人差し指Aと親指Bで受ける面圧が等しくなるように、設定されている。人差し指Aと親指Bで受ける面圧が等しくなれば、人差し指Aと親指Bで受ける触感の強度が等しくなるからである。
As an example, the area of the end portion on the Z-axis positive direction side of the
ここで、接触子111、112の端部に掛かる力について、より具体的に説明する。接触子111のZ軸正方向側の端部の面積をSa、円柱状の接触子111のZ軸正方向側の端部の外周の長さをLaとする。接触子112のZ軸負方向側の端部の面積をSb、円柱状の接触子112のZ軸負方向側の端部の外周の長さをLbとする。
Here, the force applied to the ends of the
また、図6に示すように、人差し指Aと親指Bで接触子111、112を把持する際に、人差し指Aと親指Bから接触子111、112にZ軸方向に掛かる把持力をF0(N)とし、触感提供装置100の自重Mによって生じる重力(Z軸負方向向き)をMg(N)とする。
Further, as shown in FIG. 6, when the
人差し指Aと親指Bの皮膚に掛かる面圧σa、σbは、次式(1)で表される。 The surface pressures σ a and σ b applied to the skin of the index finger A and thumb B are expressed by the following equation (1).
なお、ここでは、接触子111、112が円柱状の部材である形態について説明するが、接触子111、112は、円柱状以外の形状の部材であってもよい。円柱状の部材ではない場合であっても、接触子111のZ軸正方向側の端部の面積は、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積よりも小さくされていればよい。例えば、接触子111のZ軸正方向側の端部に、Z軸負方向に凹む凹部を設けることによって、接触子111と112の面積の関係を保持するようにしてもよい。
In addition, although the form in which the
また、接触子111のZ軸正方向側の端部と、接触子112のZ軸負方向側の端部とは、端面を有するように、側面との間にある程度の角があるような形状であることが好ましい。より良好な触感を提供するためである。
Further, the end of the
なお、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積は、親指で把持することを想定して、親指のひら(腹)の面積よりも小さいか、あるいは、等しいサイズに設定される。一例として、直径が23.4mmの円よりも小さいか、あるいは、等しいサイズに設定される。また、親指以外の指で把持することを想定する場合には、接触子112のZ軸負方向側の端部の面積を想定される指のサイズに合わせればよい。
Note that the area of the end of the
振動子120X、120Y、120Zは、それぞれ、筐体101、102、103の内部に設けられている。上述したように、振動子120X、120Y、120Zは、筐体101、102、103の全体を、それぞれ、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に往復運動させるために設けられている。振動子120Zは、第1振動子の一例であり、振動子120X、120Yは、第2振動子の一例である。
The
振動子120X、120Y、120Zは、互いに同様の構成を有するため、ここでは、振動子120Zの構成について説明する。図2に示すように、振動子120Zは、ばね121Z、永久磁石122Z、及び電磁コイル123Zを有する。
Since the
ばね121Zは、筐体101のZ軸正方向側の内壁101Aに、Z軸負方向に向かって延在するように固定されている。バネ121Zの内壁101Aに固定される端部は固定端であり、反対側の永久磁石122Zに固定される端部は自由端である。
The
永久磁石122Zは、ばね121ZのZ軸負方向側の端部(自由端)に取り付けられている。一例として、S極がZ軸正方向側に位置し、N極がZ軸負方向側に位置する。永久磁石122ZのN極のZ軸負方向側には、電磁コイル123Zが設けられている。
The
電磁コイル123Zは、図示しない駆動制御部から電流が供給されると、永久磁石122ZをZ軸負方向に吸引する。この状態で、ばね121Zは、Z軸負方向に引き延ばされる。電磁コイル123Zに電流が供給されない状態では、永久磁石122Zは、ばね121Zの収縮力によってZ軸正方向に引き戻される。このため、電磁コイル123Zに所定の周波数で断続的に電流を流すことにより、永久磁石122ZをZ軸方向に往復運動させることができる。
The
ここで、永久磁石122ZをZ軸方向に往復運動させる際には、Z軸正方向に移動させる速度と、Z軸負方向に移動させる速度とが異なるように振動子120Zの駆動制御を行う。このような振動子120Zの駆動制御については後述する。
Here, when the
マーカ130は、筐体101に取り付けられている。マーカ130は、複数の球体を有し、後述するシミュレーションシステムにおいて赤外線が照射されると、赤外線を様々な方向に反射する。マーカ130は、シミュレーションシステムの処理装置が触感提供装置100の位置を検出する際に用いられる。
The
図7乃至図11は、触感提供装置100によって利用者の皮膚に提供される触感を説明する図である。なお、図10及び図11では、触感提供装置100を簡略化して示す。
7 to 11 are diagrams illustrating the tactile sensation provided to the user's skin by the tactile
図7に示すように、利用者が人差し指Aと親指Bとによって接触子111、112を把持すると、図8に示すように接触子111の上端は人差し指Aの皮膚を押圧してめり込み、図9に示すように接触子112の下端は親指Bの皮膚を押圧してめり込む。
As shown in FIG. 7, when the user holds the
そして、このような状態で振動子120Zを駆動してZ軸方向に往復運動させると、図10に示すように接触子111の上端は、人差し指Aの皮膚をZ軸正方向に押圧する動作と、Z軸負方向に戻る動作とを繰り返す。また、図10に示すように接触子112の下端は、親指Bの皮膚をZ軸負方向に押圧する動作と、Z軸正方向に戻る動作とを繰り返す。
When the
ここで、人間の皮膚のマイスナー小体は、皮膚に剪断方向(皮膚の表面に平行な方向)の往復振動が与えられる際に、往方向の振動の速度が、復方向の振動の速度よりも高いと、往方向に引っ張られている触感を感じ取る。また、復方向の振動の速度が、往方向の振動の速度よりも高いと、復方向に引っ張られている触感を感じ取る。 Here, when the Meissner body of human skin is given a reciprocating vibration in the shear direction (direction parallel to the surface of the skin) to the skin, the vibration speed in the forward direction is higher than the vibration speed in the backward direction. If it is high, you can feel the tactile sensation being pulled in the forward direction. Further, if the speed of the backward vibration is higher than the speed of the forward vibration, the tactile sensation felt in the backward direction is sensed.
また、利用者が人差し指Aと親指Bとによって接触子111、112を把持しているときに、振動子120Zを駆動してZ軸方向に往復運動させると、人差し指Aと親指Bの皮膚の剪断方向は、Z軸方向になる。
Further, when the user grips the
これは、図10に示すように、接触子111の上端が人差し指Aの皮膚を押圧してめり込み、接触子112の下端が親指Bの皮膚を押圧してめり込んでいる状態で振動子120Zを駆動してZ軸方向に往復運動させると、主に円柱状の接触子111、112の角が皮膚と擦れるため、図10に両矢印で示すように、Z軸方向に剪断方向が生じるからである。
As shown in FIG. 10, the vibrator 120 </ b> Z is driven in a state in which the upper end of the
このため、振動子120ZをZ軸方向に往復運動させる際に、Z軸正方向に振動する速度がZ軸負方向に振動する速度よりも高い駆動パターンで振動子120Zを駆動すると、利用者は、人差し指AがZ軸正方向に押される触感を得る。また、親指Bについては、触感提供装置100の自重によるZ軸負方向の押圧が軽減される触感を得る。
For this reason, when the
また、これとは逆に、振動子120ZをZ軸方向に往復運動させる際に、Z軸負方向に振動する速度がZ軸正方向に振動する速度よりも高い駆動パターンで振動子120Zを駆動すると、利用者は、親指BがZ軸負方向に押される触感を得る。また、人差し指Aについては、人差し指Aから離れる方向(Z軸負方向)であるため、この駆動パターンでは人差し指Aには触感は殆ど提供されない。
On the other hand, when the
また、図11に示すように、振動子120Xを駆動してX軸方向に往復運動させると、円柱状の接触子111の上面と接触子112の下面が皮膚と擦れるため、図11に両矢印で示すように、X軸方向に剪断方向が生じる。
Also, as shown in FIG. 11, when the
このため、振動子120XをX軸方向に往復運動させる際に、X軸正方向に振動する速度がX軸負方向に振動する速度よりも高い駆動パターンで振動子120Xを駆動すると、利用者は、人差し指AがX軸正方向に押圧される触感を得る。
Therefore, when reciprocating the
また、これとは逆に、X軸負方向に振動する速度がX軸正方向に振動する速度よりも高い駆動パターンで振動子120Xを駆動すると、利用者は、親指BがX軸負方向に押圧される触感を得る。なお、これは、振動子120Yを駆動して触感提供装置100をY軸方向に往復運動させる際も同様である。
On the other hand, when the
図12は、振動子120Zの駆動回路と駆動パターンを示す図である。図12では、触感提供装置100を簡略化し、接触子111、112、振動子120Z、駆動制御部140、DA(Digital Analog)コンバータ150、及びアンプ160を示す。
FIG. 12 is a diagram showing a drive circuit and a drive pattern of the
駆動制御部140は、振動子120X、120Y、120Zの駆動制御を行い、マイクロコンピュータによって実現される。駆動制御部140は、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)を含む。駆動制御部140は、第1駆動制御部及び第2駆動制御部の一例である。
The
図12では、駆動制御部140によって生成される振動子120Zの駆動パターンの波形を示す。駆動パターンは、駆動制御部140が出力する駆動信号を信号波形で表したものである。
FIG. 12 shows the waveform of the drive pattern of the
駆動制御部140は、DAコンバータ150とアンプ160を介して振動子120Zに接続されている。DAコンバータ150は、駆動制御部140から出力されるデジタルの駆動信号をアナログ信号に変換する。アンプ160は、DAコンバータ150によってアナログ変換された駆動信号の信号レベルを調整して、振動子120Zに入力する。
The
駆動制御部140が出力する駆動信号は、大きく分けて2つの種類に分類される。図12に示す駆動パターンは、横軸が時間軸であり、縦軸が電圧(振動の振幅)である。(A)、(B)に示す2つの駆動パターンは、鋸波状の駆動パターンであり、電圧値(振幅)が立ち上がる速度と、立ち下がる速度とが異なる。
The drive signal output by the
ここで、立ち上がる動作とは、鋸波の振幅が最小の点から最大の点に向かう動作であり、立ち下がる動作とは、鋸波の振幅が最大の点から最小の点に向かう動作である。立ち上がる際には、振動子120ZはZ軸正方向に振動し、立ち下がる際には、振動子120ZはZ軸負方向に振動する。
Here, the rising operation is an operation from the point where the sawtooth amplitude is minimum to the maximum point, and the falling operation is an operation from the point where the sawtooth amplitude is maximum to the minimum point. When rising, the
人差し指AをZ軸正方向に押す触感を提供する場合には、駆動制御部140は、(A)に示すように、立ち上がりが立ち下がりよりも速い駆動パターンを用いる。一方、親指BをZ軸負方向に押す触感を提供する場合には、駆動制御部140は、(B)に示すように、立ち下がりが立ち上がりよりも速い駆動パターンを用いる。
When providing the tactile sensation of pressing the index finger A in the positive direction of the Z-axis, the
このような押す触感は、一例として、後述するシミュレーションシステムにおいて、スクリーンに表示されるポインタを触感提供装置100で操作する際に、スクリーンに表示される物品にポインタが接触したときの反力を表す触感として利用される。
For example, such a tactile sensation represents a reaction force when the pointer touches an article displayed on the screen when the pointer displayed on the screen is operated by the tactile
また、図12に示す2つの駆動パターンは、一例に過ぎず、立ち上がる速度と、立ち下がる速度とが異なる駆動パターンであれば、どのような波形の駆動パターンであってもよい。ただし、駆動パターンの周波数は、一例として、40Hz~100Hz程度の範囲に収まる周波数であることが好ましい。これは、人体の筋紡錘の感度がこの周波数帯域にあるからである。 Further, the two drive patterns shown in FIG. 12 are merely examples, and any drive pattern having any waveform may be used as long as the rising speed and the falling speed are different. However, the frequency of the drive pattern is preferably a frequency that falls within a range of about 40 Hz to 100 Hz as an example. This is because the sensitivity of the human muscle spindle is in this frequency band.
上述のような駆動パターンを表すデータ(駆動信号のデータ)は、駆動制御部140によって生成される。駆動パターンを表すデータは、立ち上がる速度と、立ち下がる速度とを表す速度データを含むデータであればよい。速度データは、速度が線形的に増大又は低下する形態に限らず、非線形的に増大又は低下してもよい。
The data representing the drive pattern as described above (drive signal data) is generated by the
また、駆動パターンを表すデータは、速度データの代わりに、電圧値(振幅)が増大又は低下する加速度を表す加速度データを含むデータであってもよい。波形が立ち上がる際の加速度と、波形が立ち下がる際の加速度が異なることによって、立ち上がる速度と、立ち下がる速度とが異なるように設定された駆動パターンを用いてもよい。 Further, the data representing the drive pattern may be data including acceleration data representing acceleration at which the voltage value (amplitude) increases or decreases instead of the speed data. A driving pattern that is set so that the rising speed and the falling speed may be different depending on the acceleration at the time of rising of the waveform and the acceleration at the time of falling of the waveform.
駆動信号の振幅(電圧値)は、上述した反力を表す触感の大きさに対応する。駆動信号の振幅が大きくなれば、反力を表す触感は大きくなり、駆動信号の振幅が小さくなれば、反力を表す触感は小さくなる。 The amplitude (voltage value) of the drive signal corresponds to the magnitude of the tactile sensation that represents the reaction force described above. When the amplitude of the drive signal is increased, the tactile sensation representing the reaction force is increased, and when the amplitude of the drive signal is decreased, the tactile sensation representing the reaction force is decreased.
駆動信号の振幅を設定するには、例えば、次のようにして行えばよい。ばねを手で引く際に手で受ける反力(1)と、触感提供装置100の振動子120Zをある振幅(電圧値)の駆動信号で駆動したときに押圧する触感による反力(2)とを実験者が比較する。反力(1)と反力(2)がつり合うときの反力(1)の測定値と、反力(2)を生成する振幅(電圧値)とを関連付ける。
To set the amplitude of the drive signal, for example, it may be performed as follows. A reaction force (1) received by the hand when pulling the spring by hand, and a reaction force (2) by a tactile sensation that is pressed when the
このような作業を様々な大きさの反力(1)について行うことにより、反力(1)の測定値と、反力(2)とを関連付けたテーブル形式のデータを生成する。このようなテーブル形式のデータを用いて、触感提供装置100の利用者の手に提供すべき反力(2)の大きさに応じて、駆動信号の振幅を設定すればよい。
By performing such work for reaction forces (1) of various sizes, table-format data in which the measured values of the reaction force (1) and the reaction force (2) are associated with each other is generated. The amplitude of the drive signal may be set according to the magnitude of the reaction force (2) to be provided to the user's hand of the tactile
図13は、触感提供装置100の内部構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an internal configuration of the tactile
触感提供装置100は、振動子120X、120Y、120Z、駆動制御部140、DAコンバータ150、アンプ160、通信部170、及びメモリ180を含む。ここでは、主に通信部170について説明する。
The tactile
通信部170は、例えば、Bluetooth(登録商標)又はWiFi等の規格でシミュレーションシステムの処理装置と無線通信を行う。通信部170は、駆動制御部140に接続されており、シミュレーションシステムの処理装置から駆動指令を受信すると、駆動指令を駆動制御部140に出力する。この結果、駆動制御部140によって振動子120X、120Y、120Zのうちの少なくとも1つ以上が駆動される。振動子120X、120Y、120Zのいずれをどのような振幅で駆動するかは、反力のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の成分の大きさによって決まる。
The
メモリ180は、駆動制御部140が生成する駆動信号の元になるデータを格納する。ここで、駆動信号が鋸波状の信号である場合には、メモリ180には、鋸波を表すデータが格納される。鋸波を表すデータは、鋸波の周波数と、立ち上がりの速さと立ち下がりとの速さの比とが決められており、駆動制御部140が振幅を設定すると、図12に示すような駆動信号を生成することができる。
The
駆動制御部140は、後述するシミュレーションシステムの処理装置から、振幅を表すデータを受信すると、振幅によって特定される鋸波状の駆動信号を生成する。なお、振幅の値は、上述したように、反力の大きさによって決まる。
When the
図14は、実施の形態1のシミュレーションシステム200を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a simulation system 200 according to the first embodiment.
シミュレーションシステム200は、触感提供装置100、スクリーン210A、投影装置210B、3D(3 Dimension)眼鏡210C、処理装置220、及び位置計測装置240を含む。
The simulation system 200 includes a tactile
実施の形態1シミュレーションシステム200は、例えば、組み立て作業性を仮想空間において把握するため組立支援システムに適用することができる。組立支援システムでは、例えば、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)モジュール、メモリモジュール、通信モジュール、又はコネクタ等の電子部品をマザーボード等に組み付ける作業を仮想空間で模擬的に行うことができる。
しかしながら、実施の形態1のシミュレーションシステム200は、組立支援システムに限らず、三次元空間での作業性を確認する様々なシステムに適用することができる。 However, the simulation system 200 according to the first embodiment can be applied not only to the assembly support system but also to various systems for confirming workability in a three-dimensional space.
スクリーン210Aは、例えば、プロジェクタ用スクリーンを用いることができる。スクリーン210Aのサイズは、用途に応じて適宜設定すればよい。スクリーン210Aには、投影装置210Bによって投影される画像が表示される。ここでは、物品211及び212の画像がスクリーン210Aに表示されていることとする。
As the
投影装置210Bは、スクリーン210Aに画像を投影できる装置であればよく、例えば、プロジェクタを用いることができる。投影装置210Bは、ケーブル210B1によって処理装置220に接続されており、処理装置220から入力される画像をスクリーン210Aに投影する。ここでは、投影装置210Bは、3D画像(立体視の画像)をスクリーン210Aに投影できるタイプのものである。
The
なお、スクリーン210Aと投影装置210Bは、表示部の一例である。
Note that the
3D眼鏡210Cは、シミュレーションシステム200を利用する利用者が装着する。3D眼鏡210Cは、投影装置210Bによってスクリーン210Aに投影される画像を3D画像に変換できる眼鏡であればよく、例えば、入射光を偏光する偏光眼鏡、又は、液晶シャッターを有する液晶シャッター眼鏡を用いることができる。
The user using the simulation system 200 wears the
なお、スクリーン210A及び投影装置210Bの代わりに、例えば、液晶ディスプレイパネルを用いてもよい。また、3D眼鏡210Cが不要な場合は、3D眼鏡210Cを用いなくてもよい。また、スクリーン210A及び投影装置210Bの代わりに、ヘッドマウントディスプレイを用いてもよい。
For example, a liquid crystal display panel may be used instead of the
処理装置220は、位置検出部221、接触判定部222、映像出力部223、データ保持部224、駆動制御部225、及び通信部226を有する。処理装置220は、例えば、メモリを有するコンピュータによって実現される。
The
位置検出部221は、位置計測装置240から入力される画像データに対してパターンマッチング等の画像処理を行い、触感提供装置100のマーカ130の位置と姿勢を検出する。触感提供装置100の位置は、3次元座標における座標値で表され、姿勢は、3次元座標の3軸方向に対する角度で表される。
The
位置検出部221は、3次元座標における座標値をスクリーン210Aに投影される画像の中の座標に変換し、ポインタ230Aの位置を表す座標として出力する。位置検出部221は、第2検出部の一例である。すなわち、ポインタ230Aの位置は、触感提供装置100の位置によって決まる。スクリーン210Aに投影されるポインタ230Aを移動させるには、実空間で触感提供装置100を移動させればよい。触感提供装置100をポインタ230Aの操作端末機として捉えてもよい。
The
なお、触感提供装置100の位置と姿勢の検出は、位置計測装置240で行ってもよい。
The
接触判定部222は、スクリーン210Aに投影される物品211又は212の画像と、スクリーン210Aに表示されるポインタ230Aとが接触したかどうかを判定する。
The
接触判定部222は、スクリーン210Aに投影される物品211又は212の形状及び位置を表すデータと、ポインタ230Aの位置を表すデータとを用いて、物品211又は212の画像と、ポインタ230Aとが接触したかどうかを判定する。接触判定部222は、判定部の一例である。
The
映像出力部223の出力端子は、ケーブル210B1によって投影装置210Bに接続されている。映像出力部223は、データ保持部224に保持される物品211及び212の物品データによって特定される画像を投影装置210Bに出力し、スクリーン210Aに表示させる。
The output terminal of the
また、映像出力部223は、投影装置210Bにポインタ230Aを表示させる。スクリーン210Aに表示される画像内におけるポインタ230Aの位置は、位置検出部221で検出される触感提供装置100の位置と姿勢によって決まる。
Also, the
データ保持部224は、物品211及び212の座標と形状を表す物品データ、及び、ポインタ230Aの画像データ等のデータを保持する。データ保持部224は、メモリによって実現され、データ格納部の一例である。
The
駆動制御部225は、接触判定部222によって物品211又は212の画像と、ポインタ230Aとが接触したと判定されると、ポインタ230Aが物品211又は212に接触した方向に応じて、反力を表す振動パターンの駆動信号を出力する。この駆動信号は、触感提供装置100の振動子を駆動する信号である。
When the
通信部226は、触感提供装置100と無線通信を行う通信部であり、例えば、Bluetooth又はWiFi(Wireless Fidelity)等の規格で無線通信を行うことができる。通信部226は、駆動制御部225によって生成される駆動信号を触感提供装置100に送信する。なお、通信部226は、触感提供装置100と有線通信を行う通信部であってもよい。
The
位置計測装置240は、赤外線カメラ240A及び240Bを有し、それぞれ、ケーブル241A及び241Bによって位置検出部221に接続されている。赤外線カメラ240A及び240Bは、赤外線を触感提供装置100に照射し、マーカ130で反射された反射光を撮影する。位置計測装置240は、赤外線カメラ240A及び240Bが出力する画像データを位置検出部221に転送する。位置計測装置240は、第1検出部の一例である。
The
図15は、実施の形態1の処理装置220が適用されるコンピュータシステムの斜視図である。図15に示すコンピュータシステム10は、本体部11、ディスプレイ12、キーボード13、マウス14、及びモデム15を含む。
FIG. 15 is a perspective view of a computer system to which the
本体部11は、CPU(Central Processing Unit:中央演算装置)、HDD(Hard Disk Drive:ハードディスクドライブ)、及びディスクドライブ等を内蔵する。ディスプレイ12は、本体部11からの指示により画面12A上に解析結果等を表示する。ディスプレイ12は、例えば、液晶モニタであればよい。キーボード13は、コンピュータシステム10に種々の情報を入力するための入力部である。マウス14は、ディスプレイ12の画面12A上の任意の位置を指定する入力部である。モデム15は、外部のデータベース等にアクセスして他のコンピュータシステムに記憶されているプログラム等をダウンロードする。
The
コンピュータシステム10に処理装置220としての機能を持たせるプログラムは、ディスク17等の可搬型記録媒体に格納されるか、モデム15等の通信装置を使って他のコンピュータシステムの記録媒体16からダウンロードされ、コンピュータシステム10に入力されてコンパイルされる。
A program for causing the
コンピュータシステム10に処理装置220としての機能を持たせるプログラムは、コンピュータシステム10を処理装置220として動作させる。このプログラムは、例えばディスク17等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ディスク17、ICカードメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、USB(Universal Serial Bus)メモリ等の可搬型記録媒体に限定されるものではない。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、モデム15又はLAN等の通信装置を介して接続されるコンピュータシステムでアクセス可能な各種記録媒体を含む。
A program for causing the
図16は、コンピュータシステム10の本体部11内の要部の構成を説明するブロック図である。本体部11は、バス20によって接続されたCPU21、RAM又はROM等を含むメモリ部22、ディスク17用のディスクドライブ23、及びハードディスクドライブ(HDD)24を含む。実施の形態1では、ディスプレイ12、キーボード13、及びマウス14は、バス20を介してCPU21に接続されているが、これらはCPU21に直接的に接続されていてもよい。また、ディスプレイ12は、入出力画像データの処理を行う周知のグラフィックインタフェース(図示せず)を介してCPU21に接続されていてもよい。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a main part in the
コンピュータシステム10において、キーボード13及びマウス14は、処理装置220の入力部である。ディスプレイ12は、処理装置220に対する入力内容等を画面12A上に表示する表示部である。
In the
なお、コンピュータシステム10は、図15及び図16に示す構成のものに限定されず、各種周知の要素を付加してもよく、又は代替的に用いてもよい。
Note that the
図17は、物品データを示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing article data.
物品データは、スクリーン210Aに表示する物品の座標と形状を表すデータである。物品データは、物品ID、形状タイプ、基準座標、サイズ、回転角度、及び反力係数kを有する。
The article data is data representing the coordinates and shape of the article displayed on the
形状タイプは、物品の外形を表す。図17では、一例として、形状タイプがCuboid(直方体)とCylinder(円柱体)を示す。 The shape type represents the outer shape of the article. In FIG. 17, as an example, the shape types indicate Cuboid (cuboid) and Cylinder (cylindrical body).
基準座標は、物品の全体を表す座標の基準になる点の座標値を示す。座標値の単位はメートル(m)である。なお、座標系としては、XYZ座標系を用いる。 The reference coordinate indicates the coordinate value of a point that serves as a reference for coordinates representing the entire article. The unit of the coordinate value is meter (m). An XYZ coordinate system is used as the coordinate system.
サイズは、物品のX軸方向の長さ、Y軸方向の長さ、Z軸方向の長さを表す。単位はメートル(m)である。一例として、X軸方向の長さは縦の長さを表し、Y軸方向の長さは高さを表し、Z軸方向の長さは奥行き(横方向の長さ)を表す。 The size represents the length of the article in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction, and the length in the Z-axis direction. The unit is meters (m). As an example, the length in the X-axis direction represents the vertical length, the length in the Y-axis direction represents the height, and the length in the Z-axis direction represents the depth (the length in the horizontal direction).
回転角度は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に対する回転角度θx、θy、θzで表される。単位は度(deg.)である。回転角度θxは、X軸を回転軸として物品を回転させる角度である。同様に、回転角度θy及びθzは、それぞれ、Y軸及びZ軸を回転軸として物品を回転させる角度である。回転角度θx、θy、θzの正方向は、予め決めておけばよい。 The rotation angle is represented by rotation angles θx, θy, and θz with respect to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The unit is degree (deg.). The rotation angle θx is an angle for rotating the article about the X axis as a rotation axis. Similarly, the rotation angles θy and θz are angles at which the article is rotated about the Y axis and the Z axis as rotation axes, respectively. The positive directions of the rotation angles θx, θy, and θz may be determined in advance.
反力係数kは、スクリーン210Aに表示する物品に対応する実空間における物品の硬さである。反力係数は、実空間における物品が硬いほど高くなる係数であり、単位はN/mmである。また、反力係数kとして、ヤング率等の他の物理量を用いてもよい。一例として、物品IDが001、002、003の物品の反力係数kは、それぞれ、0.05、0.03、0.01に設定されている。例えば、物品IDが001の物品は金属製であり、物品IDが002の物品は樹脂製であり、物品IDが003の物品はゴム製である。
The reaction force coefficient k is the hardness of the article in the real space corresponding to the article displayed on the
反力Fは、次式(4)で表され、反力係数kに、食い込み量ΔLと法線ベクトルnを乗じることで得られる。反力Fはベクトルで表される。 The reaction force F is expressed by the following equation (4), and is obtained by multiplying the reaction force coefficient k by the amount of biting ΔL and the normal vector n. The reaction force F is represented by a vector.
また、ベクトルnは、ポインタ230Aがスクリーン210Aに表示される物品に接触した点の法線ベクトルである。反力Fのベクトルは、式(4)に示すように、反力係数kに、法線ベクトルnを乗じることによって求められる。スクリーン210Aに表示される物品の法線ベクトルnは、図17に示す物品データを用いると、ポインタ230Aが接触した面の向きが分かるため、物品データから導き出せばよい。
Further, the vector n is a normal vector of a point where the
また、このような物品データを用いれば、CADデータによって表示される物品の画像と同様に、物品データによって特定される画像を表すことができる。 Further, if such article data is used, an image specified by the article data can be represented in the same manner as the article image displayed by the CAD data.
なお、物品データは、処理装置220のデータ保持部224に格納されている。
The article data is stored in the
図18は、物品の画像の一例を示す図である。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an image of an article.
図18には、図17の物品データによって表される3つの物品を示す。 FIG. 18 shows three articles represented by the article data of FIG.
物品IDが001の物品は、形状タイプがCuboid(直方体)で、基準座標(X,Y,Z)が(0.0,0.0,0.0)であり、サイズが(0.8,0.2,0.4)であり、回転角度θx、θy、θzが(0.0,0.0,0.0)である。 An article with an article ID of 001 has a shape type of Cuboid (cuboid), reference coordinates (X, Y, Z) of (0.0, 0.0, 0.0), and a size of (0.8, 0.2, 0.4), and the rotation angles θx, θy, θz are (0.0, 0.0, 0.0).
基準座標(X,Y,Z)が(0.0,0.0,0.0)であるため、物品IDが001の物品の1つの頂点は、XYZ座標系の原点Oと一致している。 Since the reference coordinates (X, Y, Z) are (0.0, 0.0, 0.0), one vertex of the article whose article ID is 001 coincides with the origin O of the XYZ coordinate system. .
物品IDが002の物品は、形状タイプがCuboid(直方体)で、基準座標(X,Y,Z)が(0.6,0.2,0.0)であり、サイズが(0.2,0.2,0.1)であり、回転角度θx、θy、θzが(0.0,0.0,0.0)である。 An article with an article ID of 002 has a shape type of Cuboid (cuboid), reference coordinates (X, Y, Z) of (0.6, 0.2, 0.0), and a size of (0.2, 0.2, 0.1), and the rotation angles θx, θy, θz are (0.0, 0.0, 0.0).
このため、物品IDが002の物品は、物品IDが001の物品の上に配置されている。
For this reason, the article with the
物品IDが003の物品は、形状タイプがCylinder(円柱体)で、基準座標(X,Y,Z)が(0.8,0.3,0.1)であり、サイズが(0.2,1.0,0.3)であり、回転角度θx、θy、θzが(0.0,0.0,90.0)である。
The article with the
このため、物品IDが003の物品は、Z軸を回転軸として90度回転させた状態で、物品IDが002の物品のX軸正方向側に接続されている。
For this reason, the article with the
なお、上述のように、実施の形態1では、図17に示す物品ID、形状タイプ、基準座標、サイズ、及び回転角度を有する物品データを用いて、スクリーン210Aに投影される画像の中における物品の座標と形状を規定する。
As described above, in the first embodiment, the article in the image projected on the
例えば、形状タイプがCuboid(直方体)の場合に、8つの頂点の座標は、基準座標に対して、サイズで表される物品のX軸方向の長さ、Y軸方向の長さ、Z軸方向の長さを加算又は減算することによって求めることができる。8つの頂点の座標は、形状タイプがCuboid(直方体)の物品のCorner(角)の座標を表す。 For example, when the shape type is Cuboid, the coordinates of the eight vertices are the length in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction, the length in the Y-axis direction, and the Z-axis direction with respect to the reference coordinates. Can be obtained by adding or subtracting the length. The coordinates of the eight vertices represent the coordinates of the corner of the article whose shape type is Cuboid.
8つの頂点の座標を求めれば、12本の辺を表す式を求めることができる。12本の辺を表す式は、形状タイプがCuboid(直方体)の物品のEdge(辺)の座標を表す式である。 If the coordinates of eight vertices are obtained, an expression representing 12 sides can be obtained. The expression representing the 12 sides is an expression representing the coordinates of the Edge of the article whose shape type is Cuboid.
また、8つの頂点の座標、及び/又は、12本の辺を表す式を求めれば、形状タイプがCuboid(直方体)の物品の6つの表面を表す式が求まり、Surface(面)の座標を求めることができる。 Further, if the coordinates representing the eight vertices and / or the expressions representing the 12 sides are obtained, the expressions representing the six surfaces of the article whose shape type is Cuboid are obtained, and the coordinates of the surface are obtained. be able to.
また、形状タイプがCylinder(円柱体)の場合には、サイズで表される物品のX軸方向の長さ、Y軸方向の長さ、Z軸方向の長さに基づいて、円柱の両端にある円(又は楕円)を表す式を求めることができる。また、両端の円(又は楕円)を表す式と基準座標とを用いれば、両端の円(又は楕円)の座標を表す式を求めることができる。円柱体の側面の座標は、両端の円(又は楕円)の座標を表す式を用いることよって求めることができる。 In addition, when the shape type is Cylinder (cylindrical body), based on the length in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction, and the length in the Z-axis direction of the article represented by the size, An expression representing a certain circle (or ellipse) can be obtained. Further, if an equation representing a circle (or ellipse) at both ends and a reference coordinate are used, an equation representing the coordinates of the circle (or ellipse) at both ends can be obtained. The coordinates of the side surface of the cylinder can be obtained by using an expression representing the coordinates of the circles (or ellipses) at both ends.
ここでは、形状タイプがCuboid(直方体)とCylinder(円柱体)の物品について説明したが、球体、三角錐、凹部を有する直方体等の様々な形状の物品についても、同様にスクリーン210Aに投影される画像の中における座標と形状を求めることができる。
Here, the articles whose shape types are Cuboid (cuboid) and cylinder (cylindrical body) have been described, but articles of various shapes such as a sphere, a triangular pyramid, and a rectangular parallelepiped having a concave portion are similarly projected onto the
図19は、反力Fと振幅値とを関連付けたテーブル形式のデータを示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing data in a table format in which the reaction force F and the amplitude value are associated with each other.
反力Fのベクトルは、X、Y、Z成分(Fx、Fy、Fz)として表されている。また、振幅値は、X、Y、Z成分(Apx、Apy、Apz)として表されている。反力FのX、Y、Z成分(Fx、Fy、Fz)は、それぞれ、振幅値のX、Y、Z成分(Apx、Apy、Apz)と関連付けられている。 The vector of the reaction force F is expressed as X, Y, Z components (Fx, Fy, Fz). The amplitude value is expressed as X, Y, and Z components (Apx, Apy, Apz). The X, Y, and Z components (Fx, Fy, and Fz) of the reaction force F are associated with the X, Y, and Z components (Apx, Apy, and Apz) of the amplitude value, respectively.
従って、反力FのX、Y、Z成分(Fx、Fy、Fz)の値が求まれば、振幅値のX、Y、Z成分(Apx、Apy、Apz)の値が求まる。例えば、反力FのX、Y、Z成分が(Fx1、Fy1、Fz1)である場合には、振幅値のX、Y、Z成分は(Apx1、Apy1、Apz1)になる。 Therefore, if the values of the X, Y, and Z components (Fx, Fy, Fz) of the reaction force F are obtained, the values of the X, Y, and Z components (Apx, Apy, Apz) of the amplitude value are obtained. For example, when the X, Y, Z components of the reaction force F are (Fx1, Fy1, Fz1), the X, Y, Z components of the amplitude value are (Apx1, Apy1, Apz1).
図20は、実施の形態1の処理装置220が実行する処理を示すフローチャートである。ここでは、一例として、図14に示すように、スクリーン210Aに物品211及び212の画像を表示させる場合について説明する。
FIG. 20 is a flowchart illustrating processing executed by the
処理装置220は、電源投入後に処理を開始する(スタート)。
The
処理装置220は、データ保持部224から物品データを取得する(ステップS1)。
The
処理装置220は、物品データを用いて映像信号を生成し、投影装置210Bに画像を投影させる(ステップS2)。これにより、スクリーン210Aに物品211及び212の立体視のモデルの画像が表示される。スクリーン210Aに表示される物品211及び212の画像は、仮想空間に存在する仮想物体を表す。
The
なお、ステップS1及びS2の処理は、映像出力部223によって行われる。
Note that the processing in steps S1 and S2 is performed by the
処理装置220は、触感提供装置100の現実空間における位置と姿勢を検出する(ステップS3)。ステップS3の処理は、位置検出部221によって行われる。
The
処理装置220は、仮想空間におけるポインタ230Aの座標を検出する(ステップS4)。ポインタ230Aの座標は、位置検出部221によって検出される。ポインタ230Aの座標データは、接触判定部222及び映像出力部223に入力される。
The
処理装置220は、ステップS4で得られたポインタ230Aの座標に基づき、投影装置210Bにポインタ230Aをスクリーン210Aに表示させる(ステップS5)。触感提供装置100は、ポインタ230Aを指示する方向が予め決められており、ポインタ230Aは、例えば、触感提供装置100の位置及び予め決められた方向によって定まる直線と、スクリーン210Aとの交点に表示される。
The
これにより、物品211及び212の立体視の画像が表示されているスクリーン210Aにポインタ230Aが表示される。
Thereby, the
また、ステップS5では、ポインタ230Aを表す画像データを用いてポインタ230Aを表示すればよい。ポインタ230Aについても、物品211及び212の物品データに相当するデータを用意しておき、ポインタ230Aの立体視のモデルの画像を表示すればよい。ただし、特にポインタ230Aの画像データを用いなくてもポインタ230Aを表示できる場合は、ポインタ230Aの画像データをデータ保持部224に保持しておかなくてもよい。
In step S5, the
なお、ステップS5の処理は、映像出力部223によって行われる。なお、ステップS3~S5の処理は、ステップS1~S2の処理と平行して行われる。
Note that the processing in step S5 is performed by the
処理装置220は、物品211又は212とポインタ230Aが接触したかどうかを判定する(ステップS6)。ステップS6の処理は、接触判定部222によって行われる。接触判定部222は、物品211及び212の物品データと、ステップS4で得られたポインタ230Aの座標データとに基づき、物品211又は212とポインタ230Aとが接触したかどうかを判定する。
The
物品211又は212とポインタ230Aとが接触したかどうかは、物品211又は212の物品データが表す角、辺、又は面と、ポインタ230Aの座標データが表す位置との交点があるかどうかで判定すればよい。
Whether the
また、物品211又は212とポインタ230Aとが接触したかどうかは、ポインタ230Aの座標データと、座標データに最も近い物品データに含まれる座標との位置の差が所定値以下であるかどうかで判定してもよい。例えば、座標データに最も近い物品データに含まれる位置と、座標データが表す位置との差が所定値以下になった場合に接触したと判定する方が、シミュレーションシステム200における触感提供装置100の操作性が良好である場合には、このような設定にすればよい。
Further, whether or not the
次に説明するステップS7では、一例として、物品211とポインタ230Aが接触したこととする。なお、物品212とポインタ230Aが接触した場合でも、同様の処理が行われる。
In step S7 described below, as an example, it is assumed that the
処理装置220は、物品211とポインタ230Aが接触した(S6:YES)と判定すると、物品211とポインタ230Aの接触点の座標に基づいて、式(4)を用いて反力Fを求める(ステップS7)。なお、ステップS7の処理は、接触判定部222によって行われる。
If the
接触判定部222は、ポインタ230Aの座標と、物品211の物品データとに基づいて食い込み量ΔLを求めるとともに、接触点における物品211の法線ベクトルnを求め、式(4)に従って、反力Fのベクトルを求める。
The
駆動制御部225は、反力Fと振幅値とを関連付けたテーブル形式のデータ(図19参照)に基づいて、ステップS7で求めた反力Fから振幅値(Apx、Apy、Apz)を求め、触感提供装置100に送信する(ステップS8)。この結果、触感提供装置100の振動子120X、120Y、120Zが駆動される。
The
以上で、一連の処理が終了する(エンド)。図20に示す処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。このため、ポインタ230Aがスクリーン210Aに表示される物品と接触している間は、振動子120X、120Y、120Zが駆動される。
This completes the series of processing (end). The process shown in FIG. 20 is repeatedly executed at a predetermined control cycle. For this reason, while the
なお、ステップS6で物品211又は212とポインタ230Aが接触していない(S6:NO)と判定した場合は、フローをステップS1及びS3にリターンする。
If it is determined in step S6 that the
図21は、触感提供装置100の駆動制御部140が振動子120X、120Y、120Zを駆動する際に実行する処理を示すフローチャートである。
FIG. 21 is a flowchart showing processing executed when the
駆動制御部140は、触感提供装置100の電源が投入されると、処理を開始する(スタート)。
The
駆動制御部140は、通信部170を介して処理装置220から駆動信号を受信する(ステップS21)。
The
駆動制御部140は、反力信号から駆動信号を生成する(ステップS22)。
The
駆動制御部140は、駆動信号を用いて振動子120X、120Y、120Zを駆動する(ステップS23)。
The
以上で、一連の処理が終了する(エンド)。 This completes the series of processing (end).
以上のように、実施の形態1のシミュレーションシステム200によれば、触感提供装置100で操作するポインタ230Aが、スクリーン210Aに投影される画像の中で、物品211又は212のような物品と接触した場合に、接触した物品のヤング率に応じた反力を提供するように振動子120X、120Y、120Zを振動させる振動パターンを変える。
As described above, according to the simulation system 200 of the first embodiment, the
このため、物品のヤング率に応じた反力を表す触感を利用者に提供することができる。利用者は、反力の触感だけで物品への接触を認識することができる。 Therefore, it is possible to provide the user with a tactile sensation that represents a reaction force according to the Young's modulus of the article. The user can recognize the contact with the article only by the tactile sensation of the reaction force.
また、実施の形態1のシミュレーションシステム200は、触感提供装置100を利用することによって、触感提供装置100が接触した物品のヤング率に応じた反力を表す触感を利用者に提供している。
In addition, the simulation system 200 according to the first embodiment uses the tactile
触感提供装置100は、図6に示すように、利用者が人差し指Aと親指Bとによって接触子111、112を把持して保持した場合に、接触子111、112をZ軸方向に往復運動させて、人差し指AがZ軸正方向に押される触感と、親指BがZ軸負方向に押される触感とを実現することができる。
As shown in FIG. 6, when the user grips and holds the
従って、実施の形態1によれば、皮膚の表面を押圧する触感を提供することができる触感提供装置100を提供することができる。
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to provide a tactile
なお、以上では、マーカ130と位置計測装置240(赤外線カメラ240A及び240B)とを用いて触感提供装置100の位置と姿勢を検出する形態について説明した。しかしながら、マーカ130が不要な赤外線深度センサ、磁気センサ、ステレオカメラ、加速度センサ、又は、角速度センサのうち、少なくとも1つ以上を用いて触感提供装置100の位置と姿勢を検出してもよい。
In addition, the form which detects the position and attitude | position of the tactile
また、以上では、触感提供装置100に取り付けたマーカ130の位置を位置計測装置240で検出する形態について説明したが、位置計測装置240として、例えば、赤外線レーザを被写体に向けて照射し、反射光を受光するまでの時間に基づいて、画像に含まれる点までの距離(深度)を算出する装置を用いてもよい。このような位置計測装置240を用いれば、触感提供装置100にマーカ130を取り付けなくても、スクリーン210Aに向かって指示動作を行う利用者の画像を取得し、利用者の姿勢、及び/又は、ゼスチャー等に基づいて、ポインタ130Aの位置を決定することができる。
In the above description, the
図22、図23、及び図24は、実施の形態の変形例の触感提供装置100A、100B、及び100Cを示す図である。
22, FIG. 23, and FIG. 24 are diagrams showing tactile
図22に示す触感提供装置100Aは、1つの円錐台形の接触子111Aと、複数の円錐台形の接触子112Aを有する。接触子112Aは、例えば、9個設けられている。なお、振動子120X、120Y、120Z、及び、駆動制御部140等は内蔵されている。また、マーカ130は省略する。
The tactile
接触子111Aが人差し指Aに触れるのは接触子111Aの先端であり、9個の接触子112Aが親指Bに触れるのは接触子112Aの先端である。このため、接触子111Aが人差し指Aに触れる面積は、9個の接触子112Aが親指Bに触れる面積よりも小さい。このように小型化した触感提供装置100Aを用いてもよい。
The
図23に示す触感提供装置100Bは、人差し指A1、中指A2、薬指A4、小指A4によって把持される接触子111B1、111B2、111B3、111B4と、親指Bによって把持される接触子112Bとを有する。触感提供装置100Bは、接触子111B1、111B2、111B3、111B4、112Bを保持する中心部の部材105を模式的に表している。中心部の部材105の内部には、振動子120X、120Y、120Zが設けられている。
23 includes a contactor 111B1, 111B2, 111B3, 111B4 held by the index finger A1, middle finger A2, ring finger A4, and little finger A4, and a
接触子111B1、111B2、111B3、111B4は、人差し指A1、中指A2、薬指A4、小指A4の配置に合わせて、互いに角度を有するように設けられている。このため、接触子112Bは、円柱形状の中心軸を鉛直軸に合わせると、接触子111B1、111B2、111B3、111B4のうちの少なくとも3つは、鉛直軸に対して角度を有するように配置されている。
The contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 are provided to have an angle with each other in accordance with the arrangement of the index finger A1, the middle finger A2, the ring finger A4, and the little finger A4. For this reason, when the
ここで、鉛直上向きの単位ベクトルをpとし、接触子111B1、111B2、111B3、111B4の上端の面積をSa1、Sa2、Sa3、Sa4とする。また、円柱状の接触子111B1、111B2、111B3、111B4の中心軸を通る上端向きのベクトルをna1、na2、na3、na4とする。 Here, it is assumed that the vertically upward unit vector is p, and the areas of the upper ends of the contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 are S a1 , S a2 , S a3 , and S a4 . Moreover, let n a1 , n a2 , n a3 , and n a4 be the vectors facing the upper end that pass through the central axes of the cylindrical contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4.
また、円柱状の接触子112Bの下端の面積をSbとする。接触子112Bの中心軸を通る下端向きのベクトルをnb1とする。
Also, the area of the lower end of the
Sa1、Sa2、Sa3、Sa4とna1、na2、na3、na4をSai、nai(i=1~4)で表し、Sb1とnb1をSbi、nbi(i=1~4)で表すと、次式(5)が成り立つように、接触子111B1、111B2、111B3、111B4と、接触子112Bとを設計すればよい。
S a1 , S a2 , S a3 , S a4 and n a1 , n a2 , n a3 , n a4 are represented by S ai , n ai (i = 1 to 4), and S b1 and n b1 are represented by S bi , n bi When represented by (i = 1 to 4), the contacts 111B1, 111B2, 111B3, and 111B4 and the
式(5)の左辺の第2項は、鉛直上向きの単位ベクトルをpと、端向きのベクトルをnb1との内積に、面積Sb1を乗じている。これは、面積Sb1の水平面への投影面積を求めていることを表す。 The second term on the left side of Equation (5) is obtained by multiplying the inner product of p by the vertically upward unit vector and n b1 by the end vector and the area S b1 . This represents that the projected area of the area S b1 on the horizontal plane is obtained.
従って、式(5)は、面積Sa1、Sa2、Sa3、Sa4の水平面への投影面積の合計値よりも、面積Sb1の水平面への投影面積が大きいことを表す。 Therefore, Expression (5) represents that the projected area of the area S b1 on the horizontal plane is larger than the total value of the projected areas of the areas S a1 , S a2 , S a3 , and S a4 on the horizontal plane.
図24に示す触感提供装置100Cは、円環状のホルダ190の内部に振動子120Zを設け、振動子120Zの上に接触子111Cを設け、人差し指Aを挿入した状態で人差し指Aの腹が接触子111Cに触れるようになっている。このように指に嵌める形態の触感提供装置100Cを用いてもよい。
A tactile
以上、本発明の例示的な実施の形態の触感提供装置、及び、シミュレーションシステムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The tactile sensation providing apparatus and the simulation system according to the exemplary embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and is not limited to the claims. Various modifications and changes can be made without departing from the above.
100 触感提供装置
101、102、103 筐体
111、112 接触子
120X、120Y、120Z 振動子
130 マーカ
140 駆動制御部
150 DAコンバータ
160 アンプ
170 通信部
180 メモリ
200 シミュレーションシステム
210A スクリーン
210B 投影装置
210C 3D眼鏡
220 処理装置
221 位置検出部
222 接触判定部
223 映像出力部
224 データ保持部
225 駆動制御部
226 通信部
240 位置計測装置
240A、240B 赤外線カメラ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記筐体の前記第1の側に取り付けられる第1取り付け部と、前記第1取り付け部の反対に位置し、皮膚の第1部に接触する第1接触部とを有する第1接触子と、
前記筐体の前記第2の側に取り付けられる第2取り付け部と、前記第2取り付け部の反対に位置し、皮膚の第2部に接触する第2接触部とを有する第2接触子と、
前記筐体に取り付けられ、前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って前記筐体を振動させる第1振動子と、
前記第1振動子を前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って往復運動させる第1駆動信号であって、前記往復運動における第1方向と、前記第1方向の逆の第2方向とに振動させる速度が異なる第1駆動信号で前記第1振動子を駆動する第1駆動制御部と
を含む、触感提供装置。 A housing having a first side and a second side opposite to the first side;
A first contact having a first attachment portion attached to the first side of the housing, and a first contact portion located opposite to the first attachment portion and contacting the first portion of the skin;
A second contactor having a second attachment part attached to the second side of the housing; and a second contact part located opposite to the second attachment part and contacting the second part of the skin;
A first vibrator that is attached to the housing and vibrates the housing along a direction connecting the first contact and the second contact;
A first drive signal for reciprocating the first vibrator along a direction connecting the first contact and the second contact, wherein the first direction in the reciprocation is opposite to the first direction. A tactile sensation providing apparatus comprising: a first drive control unit that drives the first vibrator with a first drive signal having a different speed of vibration in the second direction.
前記第1接触子が前記皮膚の前記第1部に当接する第1当接面は、前記第2接触子が前記皮膚の前記第2部に当接する第2当接面よりも小さい、請求項1乃至3のいずれか一項記載の触感提供装置。 The tactile sensation providing device includes a hand having the first part and the second part of the user's skin so that the second contact is positioned on the lower side in the vertical direction than the first contact. A tactile sensation providing device held by
The first contact surface where the first contact contacts the first portion of the skin is smaller than the second contact surface where the second contact contacts the second portion of the skin. The tactile sensation providing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第2接触子を複数含み、前記第2当接面は、前記複数の第2接触子が前記皮膚の複数の前記第2部に当接する面の合計の面である、請求項4記載の触感提供装置。 A plurality of the first contacts, and the first contact surface is a total surface of the surfaces in which the plurality of first contacts contact the plurality of first portions of the skin, or
5. The plurality of second contactors are included, and the second contact surface is a total surface of surfaces on which the plurality of second contactors contact the plurality of second parts of the skin. Tactile sensation providing device.
前記第2振動子を前記異なる方向に往復運動させる第2駆動信号であって、前記異なる方向での往復運動における第3方向と、前記第3方向の逆の第4方向とに振動させる速度が異なる第2駆動信号で前記第2振動子を駆動する第2駆動制御部と
をさらに含む、請求項1乃至5のいずれか一項記載の触感提供装置。 A second vibrator attached to the housing and vibrating in a direction different from a direction in which the first vibrator vibrates;
A second drive signal for reciprocating the second vibrator in the different direction, wherein a speed of vibrating in a third direction in the reciprocating motion in the different direction and a fourth direction opposite to the third direction is provided. The tactile sensation providing apparatus according to claim 1, further comprising: a second drive control unit that drives the second vibrator with a different second drive signal.
利用者が手に持ちながら移動させることによって前記表示部に表示されるポインタの位置を操作する触感提供装置と、
前記触感提供装置の位置及び姿勢を検出する第1検出部と、
前記第1検出部によって検出される前記位置及び姿勢に基づき、前記表示部に表示される前記ポインタの座標を検出する第2検出部と、
前記物品データに含まれる座標と、前記第2検出部によって検出される前記ポインタの座標とに基づき、前記表示部に表示される前記物品に、前記ポインタが接触したかどうかを判定する判定部と
を含み、
前記触感提供装置は、
第1の側と、前記第1の側とは反対の第2の側とを有する筐体と、
前記筐体の前記第1の側に取り付けられる第1取り付け部と、前記第1取り付け部の反対に位置し、皮膚の第1部に接触する第1接触部とを有する第1接触子と、
前記筐体の前記第2の側に取り付けられる第2取り付け部と、前記第2取り付け部の反対に位置し、皮膚の第2部に接触する第2接触部とを有する第2接触子と、
前記筐体に取り付けられ、前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って前記筐体を振動させる第1振動子と、
前記判定部によって前記ポインタが前記物品に接触したと判定されると、前記第1振動子を前記第1接触子と前記第2接触子とを結ぶ方向に沿って往復運動させる第1駆動信号であって、前記往復運動における第1方向と、前記第1方向の逆の第2方向とに振動させる速度が異なる第1駆動信号で前記第1振動子を駆動する第1駆動制御部と
を有する、シミュレーションシステム。 A display unit that displays an image of the article based on article data representing the shape and coordinates of the article;
A tactile sensation providing device for operating a position of a pointer displayed on the display unit by moving the user while holding it in a hand;
A first detection unit for detecting the position and orientation of the tactile sensation providing apparatus;
A second detection unit that detects coordinates of the pointer displayed on the display unit based on the position and orientation detected by the first detection unit;
A determination unit that determines whether or not the pointer is in contact with the article displayed on the display unit based on coordinates included in the article data and coordinates of the pointer detected by the second detection unit; Including
The tactile sensation providing apparatus includes:
A housing having a first side and a second side opposite to the first side;
A first contact having a first attachment portion attached to the first side of the housing, and a first contact portion located opposite to the first attachment portion and contacting the first portion of the skin;
A second contactor having a second attachment part attached to the second side of the housing; and a second contact part located opposite to the second attachment part and contacting the second part of the skin;
A first vibrator that is attached to the housing and vibrates the housing along a direction connecting the first contact and the second contact;
When the determination unit determines that the pointer has contacted the article, the first drive signal causes the first vibrator to reciprocate along the direction connecting the first contact and the second contact. A first drive control unit configured to drive the first vibrator with a first drive signal having different speeds for vibrating in a first direction in the reciprocating motion and in a second direction opposite to the first direction. , Simulation system.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108491638A (en) * | 2018-03-26 | 2018-09-04 | 福州大学 | Contactor real running environment semi-physical object simulating system based on data model component library |
| JP2019197433A (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 富士通株式会社 | Tactile sensation providing apparatus and tactile sensation providing method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175777A (en) * | 2008-01-21 | 2009-08-06 | Canon Inc | Information processing apparatus and method |
| JP2011183374A (en) * | 2010-02-10 | 2011-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Electronic device |
| JP2012034561A (en) * | 2010-04-21 | 2012-02-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Vibration device and electronic apparatus equipped with the same |
| JP2015225521A (en) * | 2014-05-28 | 2015-12-14 | 日本電信電話株式会社 | Pseudo force sensation generating device |
-
2016
- 2016-07-13 WO PCT/JP2016/070746 patent/WO2018011929A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175777A (en) * | 2008-01-21 | 2009-08-06 | Canon Inc | Information processing apparatus and method |
| JP2011183374A (en) * | 2010-02-10 | 2011-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Electronic device |
| JP2012034561A (en) * | 2010-04-21 | 2012-02-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Vibration device and electronic apparatus equipped with the same |
| JP2015225521A (en) * | 2014-05-28 | 2015-12-14 | 日本電信電話株式会社 | Pseudo force sensation generating device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TOMOHIRO AMEMIYA ET AL.: "Communication Kagaku no Shintenkai Yubi de Tsumamu to Hipparareru Kankaku o Umidasu Sochi 'Burunabi 3", NTT GIJUTSU JOURNAL, vol. 26, no. 9, 1 September 2014 (2014-09-01), pages 23 - 26, ISSN: 0915-2318 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108491638A (en) * | 2018-03-26 | 2018-09-04 | 福州大学 | Contactor real running environment semi-physical object simulating system based on data model component library |
| CN108491638B (en) * | 2018-03-26 | 2022-04-12 | 福州大学 | Contactor real operation environment semi-physical simulation system based on data model element library |
| JP2019197433A (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 富士通株式会社 | Tactile sensation providing apparatus and tactile sensation providing method |
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