JP7441485B2

JP7441485B2 - force sense presentation device

Info

Publication number: JP7441485B2
Application number: JP2019191264A
Authority: JP
Inventors: 太郎中村; 学奥井
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: JP2021068041A

Description

特許法第３０条第２項適用ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１９の講演論文集（令和１年６月５日発行）１Ｐ２－Ｔ０９にて公開Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Collected papers from the Robotics and Mechatronics Conference 2019 (published on June 5, 2020) Published in 1P2-T09

本発明は、力覚提示装置に関し、特に、使用者の移動を可能にする力覚提示装置に関する。 The present invention relates to a force sense presentation device, and particularly to a force sense presentation device that allows a user to move.

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

特開２０１９ー１１７４５９号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-117459

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

上記課題を解決するための力覚提示装置の構成として、人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、一方向に流体を噴射可能なノズルを有する力覚提示部と、前記ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段と、を備え、前記力覚提示部は、人、或いは、人と人の携帯物の複数箇所に設けられ、前記ノズルは、前記力覚提示部が設けられた箇所において流体の噴射方向が人、或いは、人と人の携帯物に対して外向きとされ、前記制御手段は、前記各力覚提示部に設けられ、各力覚提示部の位置を検出するセンサと、運動における正しい動作を記憶する記憶手段を有し、前記各センサにより検出された位置と、記憶手段に記憶された正しい動作とを比較し、実際の人の動作とずれが検出されたときに、ずれが検出された部位に装着された力覚提示部のノズルから当該ずれを補正するように、流体の噴射を制御するコントローラと、を備え、運動における正しい動作に基づいた矯正力を提示する構成としたり、人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、一方向に流体を噴射可能なノズルを有する力覚提示部と、前記ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段と、を備え、前記力覚提示部は、人又は杖に設けられ、前記ノズルは、前記力覚提示部が設けられた人又は杖において流体の噴射方向が人又は杖に対して外向きとされ、前記制御手段は、前記力覚提示部に設けられ、該力覚提示部の位置を検出するセンサと、人の移動するときの目的地の位置情報を記憶する記憶手段を有し、前記センサにより検出された位置情報に基づいて、人又は杖に進行方向を示す力が生じるように、ノズルからの流体の噴射を制御するコントローラと、を備えた構成としたりしても良い。ここでいう、外向きとは、ノズルの取り付け対象に向けて直接的に噴射しないことを意味し、ノズルから噴射された流体の一部が人や人の携帯物に吹き付けられてもよいことを許容する。即ち、必ずしも取り付け対象から放射方向や取り付け対象と平行等に限定されない。
本構成によれば、移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示ことができる。
また、上記課題を解決するための力覚提示装置の他の構成として、コントローラは、前記ノズルから噴射する流体の流量を可変とするようにしたりしても良い。また、ノズルから噴射される噴射物を、人の周囲の流体としたり、制御手段を、人又は人の携帯物に携帯可能としたりすることが好ましい。
また、上記課題を解決するための力覚提示方法の態様として、人に対して力覚を提示する力覚提示方法であって、一方向に流体を噴射可能なノズルを、流体の噴射方向が、該ノズルの取り付け対象である人又は人の携帯物から外向きとなるように取り付け、提示する力覚に応じて、制御手段が前記ノズルからの流体の噴射を制御するようにした。
本態様によれば、移動範囲の制限や人に違和感を感じさせることなく、力覚を提示ことができる。 As a configuration of a force sense presentation device for solving the above problems, the force sense presentation device presents a force sense to a person, and includes a force sense presentation section having a nozzle capable of ejecting fluid in one direction; a control means for controlling ejection of fluid from a nozzle, the force sense presentation section is provided at a plurality of places on a person or on a person's belongings; The direction in which the fluid is ejected is directed outward toward the person or the portable object of the person and the person at the provided location, and the control means is provided in each of the force sense presentation sections, and the control means is configured to control the position of each force sense presentation section. It has a sensor that detects the motion of the person, and a storage means that stores the correct movement in the exercise, and compares the position detected by each of the sensors with the correct movement stored in the storage means to determine if there is any deviation from the actual movement of the person. a controller that controls the jetting of fluid to correct the deviation from a nozzle of a force sense presentation unit attached to the area where the deviation is detected, and A force sense presentation device configured to present a corrective force or to present a force sense to a person, the force sense presentation unit having a nozzle capable of ejecting fluid in one direction, and ejection of fluid from the nozzle. and a control means for controlling the force sense presentation unit, the force sense presentation unit is provided on a person or a cane, and the nozzle is configured to direct the fluid jet direction toward the person or cane on which the force sense presentation unit is installed. The control means is provided in the force sense presentation section, and includes a sensor for detecting the position of the force sense presentation section, and a storage means for storing positional information of a destination when the person moves. and a controller that controls the ejection of fluid from the nozzle so that a force indicating the direction of movement is generated on the person or the cane based on the position information detected by the sensor. Also good. Here, outward means that the nozzle is not sprayed directly toward the target to which it is attached, and that some of the fluid sprayed from the nozzle may be sprayed onto people or their belongings. Allow. In other words, it is not necessarily limited to the direction radial from the object to be attached or parallel to the object to be attached.
According to this configuration, the sense of force can be presented without restricting the movement range or making the person feel uncomfortable.
Furthermore, as another configuration of the force sense presentation device for solving the above problem, the controller may be configured to vary the flow rate of the fluid injected from the nozzle. Further, it is preferable that the jet material ejected from the nozzle be the fluid surrounding the person, and that the control means be portable to the person or to the person's portable item.
In addition, as an aspect of a force sense presentation method for solving the above problems, there is a force sense presentation method for presenting a force sense to a person, in which a nozzle capable of ejecting fluid in one direction is used. The nozzle is attached so as to face outward from the person or the person's portable object to which the nozzle is attached, and the control means controls the ejection of fluid from the nozzle in response to the presented force sensation.
According to this aspect, the sense of force can be presented without restricting the movement range or making the person feel uncomfortable.

力覚提示装置の一実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a force sense presentation device. 力覚提示部の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the force sense presentation section. 力覚提示装置の動作を示す図である。It is a figure showing operation of a force sense presentation device. 力覚提示部の他の取り付け例を示す図である。It is a figure which shows the other example of attachment of a force sense presentation part. 評価試験装置のシステム図及び測定結果を示すグラフである。It is a system diagram of an evaluation test device, and a graph showing measurement results. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure showing other forms of a force sense presentation device. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure showing other forms of a force sense presentation device. 力覚提示装置の他の形態を示す図である。It is a figure showing other forms of a force sense presentation device.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

つまり、力覚を提示するために、ノズル２から噴射するものは、使用者の周囲の物質に応じて、空気等の気体や、水等の液体、或いは粉体等の流体を利用することができる。
また、ノズル２から噴射するものは、気体や液体などの単体からなるものに限定されず、例えば、所謂スプレーなどのように、気体と液体の混合物であっても良い。このように、気体と液体を混合し、ノズル２から噴射することにより、噴出物の質量が大きくなり、提示できる反力を増大させることができる。このような混合物は、例えば、ジメチルエーテルやフロン系気体のように、常温で気体の物質を液体の状態で混合し、これをノズル２から噴射することにより、噴霧後に蒸発してなくなるため、使用者を囲む周囲の物質に依存せず利用することができる。なお、噴射されたものが、必ずしも蒸発することは必須ではない。 In other words, in order to present a sense of force, what is ejected from the nozzle 2 can be a gas such as air, a liquid such as water, or a fluid such as powder, depending on the material surrounding the user. can.
Moreover, what is injected from the nozzle 2 is not limited to a single substance such as gas or liquid, but may be a mixture of gas and liquid, such as a so-called spray. By mixing gas and liquid and injecting the mixture from the nozzle 2 in this manner, the mass of the ejected material becomes large, and the reaction force that can be presented can be increased. Such a mixture can be made by mixing substances that are gaseous at room temperature in a liquid state, such as dimethyl ether or fluorocarbon gas, and then spraying this from the nozzle 2.The mixture evaporates and disappears after being sprayed, making it easy for the user to use. It can be used without depending on the surrounding materials. Note that it is not essential that the injected material evaporates.

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

以上説明したように、力覚を提示する力覚提示部７を、人に対して直接携帯、或いは、人の携帯物である杖Ｔに装着し、人に対して間接的に携帯させて、ノズル２から空気等の流体を噴射させたときの噴射反力を力覚提示部７に作用させることにより、力覚を提示することにより、外骨格型のような反力支持部を設けることなく、力覚提示部７を装着した箇所に力覚を提示することが可能となる。 As explained above, the force sense presentation unit 7 that presents a force sense is carried directly by a person, or is attached to a cane T that is a person's portable item, and is indirectly carried by a person. By causing the jet reaction force when fluid such as air is jetted from the nozzle 2 to act on the force sense presentation unit 7, a force sense is presented, without providing a reaction force support unit like an exoskeleton type. , it becomes possible to present a force sense at the location where the force sense presentation unit 7 is attached.

１力覚提示装置、２ノズル、４取付手段、６制御手段、７力覚提示部、
８指装着具、１０エアタンク、１２流入口、１４噴射口、１６空気通路、
１８絞り部、２０指挿入部、２２チューブ、２４バルブ、
２６グローブ、２８センサ、３０コントローラ、３２チューブ。 1 force sense presentation device, 2 nozzle, 4 attachment means, 6 control means, 7 force sense presentation section,
8 finger fitting, 10 air tank, 12 inlet, 14 injection port, 16 air passage,
18 throttle section, 20 finger insertion section, 22 tube, 24 valve,
26 gloves, 28 sensors, 30 controllers, 32 tubes.

Claims

人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、
一方向に流体を噴射可能なノズルを有する力覚提示部と、
前記ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段と、を備え、
前記力覚提示部は、
人、或いは、人と人の携帯物の複数箇所に設けられ、
前記ノズルは、前記力覚提示部が設けられた箇所において流体の噴射方向が人、或いは、人と人の携帯物に対して外向きとされ、
前記制御手段は、
前記各力覚提示部に設けられ、各力覚提示部の位置を検出するセンサと、
運動における正しい動作を記憶する記憶手段を有し、前記各センサにより検出された位置と、記憶手段に記憶された正しい動作とを比較し、実際の人の動作とずれが検出されたときに、ずれが検出された部位に装着された力覚提示部のノズルから当該ずれを補正するように、流体の噴射を制御するコントローラと、を備え、運動における正しい動作に基づいた矯正力を提示することを特徴とする力覚提示装置。 A force sense presentation device that presents a force sense to a person,
a force sense presentation unit having a nozzle capable of ejecting fluid in one direction;
A control means for controlling ejection of fluid from the nozzle,
The force sense presentation section is
Provided at multiple locations on people or on people's belongings,
The nozzle has a fluid ejecting direction directed outward toward the person or the person and the person's portable object at a location where the force sense presentation unit is provided,
The control means includes:
a sensor provided in each of the force sense presentation units to detect the position of each force sense presentation unit ;
It has a storage means for storing correct motions during exercise , and compares the positions detected by each of the sensors with the correct motions stored in the storage means, and when a deviation from the actual human motion is detected, A controller that controls ejection of fluid from a nozzle of a force sense presentation unit attached to a region where a deviation is detected so as to correct the deviation, and presents a corrective force based on correct movement in exercise. A force sense presentation device characterized by :

人に対して力覚を提示する力覚提示装置であって、
一方向に流体を噴射可能なノズルを有する力覚提示部と、
前記ノズルからの流体の噴射を制御する制御手段と、を備え、
前記力覚提示部は、
人又は杖に設けられ、
前記ノズルは、前記力覚提示部が設けられた人又は杖において流体の噴射方向が人又は杖に対して外向きとされ、
前記制御手段は、
前記力覚提示部に設けられ、該力覚提示部の位置を検出するセンサと、
人の移動するときの目的地の位置情報を記憶する記憶手段を有し、前記センサにより検出された位置情報に基づいて、人又は杖に進行方向を示す力が生じるように、ノズルからの流体の噴射を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする力覚提示装置。 A force sense presentation device that presents a force sense to a person,
a force sense presentation unit having a nozzle capable of ejecting fluid in one direction;
A control means for controlling ejection of fluid from the nozzle,
The force sense presentation section is
attached to a person or a cane;
The nozzle has a direction in which the fluid is ejected outward from the person or the cane on which the force sense presentation unit is provided,
The control means includes:
a sensor that is provided in the force sense presentation unit and detects the position of the force sense presentation unit;
It has a storage means for storing positional information of the destination when the person moves, and the fluid from the nozzle is configured to generate a force indicating the direction of movement to the person or cane based on the positional information detected by the sensor. A force sense presentation device comprising: a controller that controls the injection of the .

前記コントローラは、前記ノズルから噴射する流体の流量を可変とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の力覚提示装置。 3. The force sense presentation device according to claim 1 , wherein the controller makes variable the flow rate of the fluid injected from the nozzle .

前記ノズルから噴射される噴射物は、前記人の周囲の流体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の力覚提示装置。 4. The force sense presentation device according to claim 1, wherein the ejected material ejected from the nozzle is a fluid surrounding the person.

前記制御手段は、人又は人の携帯物に携帯されることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の力覚提示装置。 5. The force sense presentation device according to claim 1, wherein the control means is carried by a person or a portable object of the person.