JP7836697B2 - Tactile presentation device - Google Patents
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Description
この発明は、触覚提示装置を状況に応じて適切に調整する制御に関する。 This invention relates to a control system for appropriately adjusting a tactile feedback device according to the situation.
コンテンツと連動して利用者に触感による効果を味わわせる触覚提示装置が様々な形で提案されている。触感としては例えば振動や圧迫、風、湿気、熱などの、利用者が止まっていても実感できる能動的な触覚効果を映画などの映像コンテンツに合わせて提供することが既に行われている。また、人の動作を受けるインターフェースデバイスでは、固さや柔らかさといった手にして握ったときにかかる抵抗などの、利用者の動作に対して実感される受動的な触覚効果を与えることが検討されている。 Various forms of haptic presentation devices have been proposed that allow users to experience tactile effects in conjunction with content. These include active tactile effects such as vibration, pressure, wind, humidity, and heat, which can be felt even when the user is stationary, and are already being provided in conjunction with video content such as movies. Furthermore, in interface devices that respond to human movement, there is research being conducted on providing passive tactile effects that are felt in response to the user's actions, such as resistance felt when holding or gripping the device, such as hardness or softness.
その中に、磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイスが提案されている(例えば特許文献1)。磁気粘性流体は、磁性流子を分散媒に分散させた液体である。触覚出力デバイス向けには、特にナノサイズの金属粒子からなるものが好適に使用される。磁気粘性流体は磁場の強さに応じたせん断応力(ずり応力)が発現し、接触する物体に対する抵抗を磁場の強さに応じて増減させることができる。特許文献1では、磁気粘性流体と接触されている円板の中心を通る回転軸の回転抵抗を増減できる例を示している。磁場の強さは、電磁石に印加する電流値によって調整できるので、電流によって回転軸の回転抵抗を増減させることができるデバイスである。この回転軸に対して、利用者の操作により変位される装置によって回転する力が掛けられるが、その力に対する抵抗としての触覚を電流値に応じて利用者に与えることができる。 Among these, a tactile output device using magnetorheological fluid has been proposed (for example, Patent Document 1). Magnetoviscous fluid is a liquid in which magnetic flow particles are dispersed in a dispersion medium. For tactile output devices, those consisting of nano-sized metal particles are particularly suitable. Magnetoviscous fluid exhibits shear stress (shear stress) in accordance with the strength of the magnetic field, allowing the resistance to contacting an object to be increased or decreased according to the magnetic field strength. Patent Document 1 shows an example where the rotational resistance of a rotating axis passing through the center of a disk in contact with the magnetorheological fluid can be increased or decreased. Since the strength of the magnetic field can be adjusted by the current applied to the electromagnet, this device allows the rotational resistance of the rotating axis to be increased or decreased by the current. A rotational force is applied to this rotating axis by a device displaced by the user's operation, and tactile sensation can be provided to the user as resistance to this force, according to the current value.
しかしながら、特許文献1に記載のデバイスを用いて触覚提示を行おうとする際に、利用者が急激に勢いをつけて操作したり、あるいは極端にゆっくり操作したりした場合で、感じ方が変化する可能性があった。 However, when attempting to provide haptic feedback using the device described in Patent Document 1, there was a possibility that the user's perception might change if they operated the device too quickly or too slowly.
そこでこの発明は、磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイスを用いて利用者に触覚を提示するにあたり、利用者が急激に勢いをつけて操作したり、あるいは極端にゆっくり操作したりした場合でも、安定して触覚を提示できるようにすることを目的とする。 Therefore, this invention aims to provide a tactile output device using magnetorheological fluid that can stably present tactile sensations to the user, even when the user operates it rapidly or extremely slowly.
この発明は、
磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイスを有する触覚提示装置と、
前記触覚提示装置は前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
を有し、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する速度を測定する速度測定手段と、
前記速度に対応する補正値を求める補正値導出手段と、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚提示装置により、上記の課題を解決した。
This invention is
A tactile presentation device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
The tactile presentation device includes a tactile control unit that controls the components including the tactile output device,
It has,
A speed measuring means for measuring the speed at which a user operates the haptic output device,
A means for deriving a correction value that determines a correction value corresponding to the aforementioned speed,
A signal value calculation means that calculates a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
A tactile presentation means that causes the tactile output device to present tactile sensations based on the calculated tactile signals,
The above problem was solved by using a haptic feedback device that performs the following actions.
利用者の操作速度次第で前記触覚出力デバイスの抵抗値が変化するのは、磁気粘性流体が発現するずり応力(せん断応力)に速度依存性があるためであることがわかった。この発明においては、前記触覚出力デバイスを操作する利用者の操作により回転する、磁気粘性流体と接する回転体の角速度を測定し、その角速度に対応する補正値を求めておく。通常として想定する角速度で操作した際の抵抗に対応するベース触覚データとともに、この前記補正値とに基づいて、実際に前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚信号を計算する。これにより、利用者が急激に勢いをつけて操作した場合でも、あるいは極端にゆっくり操作したりした場合でも、磁気粘性流体の特性に依存する触覚出力デバイスに固有の違和感を抑制して、より好適した触覚を提示できるようになる。 It was found that the resistance value of the haptic output device changes depending on the user's operating speed because the shear stress (shear stress) generated by the magnetoviscous fluid is speed-dependent. In this invention, the angular velocity of the rotating body in contact with the magnetoviscous fluid, which rotates due to the user's operation of the haptic output device, is measured, and a correction value corresponding to that angular velocity is determined. Based on this correction value and the base haptic data corresponding to the resistance when operated at a normally assumed angular velocity, a haptic signal that actually presents tactile sensation to the haptic output device is calculated. This allows for the presentation of more suitable tactile sensations, suppressing the inherent discomfort of the haptic output device that depends on the characteristics of the magnetoviscous fluid, even when the user operates it rapidly or extremely slowly.
また、この発明にかかる触覚提示装置は、
前記触覚出力装置が、前記磁気粘性流体に接しており回転する際の抵抗を変化される回転体と、前記回転体の角度を検知する角度センサと、
を有する前記触覚出力デバイスと、
時間を計測する時計部と、
を有する
実施形態を採用できる。
Furthermore, the tactile presentation device according to this invention is
The tactile output device comprises a rotating body that is in contact with the magnetorheological fluid and whose resistance is changed when it rotates, and an angle sensor that detects the angle of the rotating body.
The tactile output device having,
The clock section that measures time,
Embodiments having such embodiments can be adopted.
さらに、この発明にかかる触覚提示装置は、
前記ベース触覚データを記録する内部の記憶部から、又は前記ベース触覚データを記録する外部のサーバから、前記ベース触覚データを呼び出す制御装置を備え、
前記制御装置は、前記触覚提示装置へ送信する送信手段を実行し、
前記触覚制御部は前記触覚出力装置内に配置され、
前記信号値算定手段は前記触覚制御部にて実行される実施形態を採用できる。ベース触覚データは、利用者が体感しようとするコンテンツや、そのコンテンツの「触れた」と体感しようとするオブジェクトごとに設定された、その触覚提示装置の出力についての設定値である。前記ベース触覚データの選択とは、すなわち利用者が「触れた」と体感しようとするコンテンツやオブジェクトが能動的に又はプログラムによって自動的に選択されることで、それに適した出力を行うための設定値を読み込むことでもある。
Furthermore, the tactile presentation device according to this invention is
The system includes a control device that retrieves the base tactile data from an internal storage unit that records the base tactile data, or from an external server that records the base tactile data.
The control device executes a transmission means for transmitting to the tactile presentation device,
The tactile control unit is located within the tactile output device.
The signal value calculation means can be implemented in the haptic control unit. The base haptic data is a set value for the output of the haptic presentation device, set for each piece of content that the user intends to experience or an object that the user intends to "touch" that content. The selection of the base haptic data means that the user intends to "touch" is actively or automatically selected by the program, and the set value for outputting an appropriate value is read.
また、この発明では、磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイスを有する触覚提示装置を使った触覚提示方法であって、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する速度を測定するステップと、
前記速度に対応する補正値を求めるステップと、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算するステップと、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させるステップを含む、触覚提示方法により上記の課題を解決することができる。
Furthermore, this invention relates to a tactile presentation method using a tactile presentation device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
A step of measuring the speed at which the user operates the haptic output device,
The steps include determining a correction value corresponding to the aforementioned speed,
A step of calculating a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
The above problems can be solved by a tactile presentation method that includes the step of causing the tactile output device to present tactile sensations based on the calculated tactile signals.
さらにまた、この発明においては、
磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイスを有する触覚出力装置であって、
前記触覚出力装置は前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する際に回転される、前記磁気粘性流体と接する回転体の角度を測定する角度センサと、
時間を計測する時計部と、
を有し、
前記触覚制御部は、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する際に回転される、前記磁気粘性流体と接する回転体の角速度を測定する角速度測定手段と、
前記角速度に対応する補正値を求める補正値導出手段と、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚出力装置によっても上記の課題を解決できる。
Furthermore, in this invention,
A tactile output device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
The tactile output device includes a tactile control unit that controls the components including the tactile output device,
An angle sensor that measures the angle of a rotating body in contact with the magnetorheological fluid, which is rotated when the user operates the haptic output device,
The clock section that measures time,
It has,
The tactile control unit is,
An angular velocity measuring means for measuring the angular velocity of a rotating body in contact with the magnetorheological fluid, which is rotated when the user operates the haptic output device,
A means for deriving a correction value that determines a correction value corresponding to the angular velocity,
A signal value calculation means that calculates a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
A tactile presentation means that causes the tactile output device to present tactile sensations based on the calculated tactile signals,
The above problems can also be solved by a haptic output device that performs this function.
この発明により、触覚提示装置を用いる利用者の操作が急激であったり、緩やかであったりする状況に関わらず、好適な触覚効果を利用者に与えることができる。 This invention makes it possible to provide users with suitable tactile effects regardless of whether their actions using the tactile feedback device are sudden or gradual.
以下、この発明について詳細に説明する。この発明は、触覚出力デバイスを有する触覚出力装置や、前記触覚出力装置と、前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部とを有する触覚提示装置、および触覚出力装置や触覚提示装置を用いた触覚出力方法である。 The present invention will be described in detail below. This invention relates to a tactile output device having a tactile output device, a tactile presentation device having the tactile output device and a tactile control unit that controls the components including the tactile output device, and a tactile output method using the tactile output device or the tactile presentation device.
この発明において触覚とは、五感のうちの一つであり直接的又は間接的に肌や筋肉、神経などによって体感できる感覚をいい、本発明はこれらの感覚のうち特に、利用者が力を掛けることで受ける抵抗や手ごたえ、足ごたえといった利用者の動作に対して体感する受動的な触覚効果を対象となる。 In this invention, "touch" refers to one of the five senses, a sensation that can be felt directly or indirectly through the skin, muscles, nerves, etc. This invention particularly focuses on passive tactile effects experienced by the user in response to their actions, such as resistance, tactile feedback, and tactile feedback when applying force.
前記触覚出力装置及びこれを含む装置又はシステムであってよい触覚提示装置は、それらを利用する利用者に対して前記の触覚を体感させる装置又はシステムである。前記触覚出力装置は、その触覚を体感させる挙動を、電気信号を受けて実現する触覚出力デバイスを有する。この触覚出力デバイスとしては、電気信号を受けて装置が有する回転体の回転抵抗を上昇させる磁気粘性流体デバイスが挙げられる。その中でも、本発明による繊細な体感の調整は、直接に利用者に接触して力を掛けられるデバイスにおいて好適に効果を発揮する。この他、電気信号を受けて装置が有する直動体(ピストン)の抵抗を上昇させる磁気粘性ダンパーも利用可能である。 The aforementioned tactile output device and any tactile presentation device including it are devices or systems that allow users to experience the aforementioned tactile sensation. The tactile output device has a tactile output device that realizes the behavior of experiencing the tactile sensation in response to an electrical signal. Examples of such tactile output devices include magnetorheological fluid devices that increase the rotational resistance of a rotating body of the device in response to an electrical signal. Among these, the delicate adjustment of tactile sensation according to the present invention is particularly effective in devices that directly contact the user and apply force. In addition, a magnetorheological damper that increases the resistance of a linear body (piston) of the device in response to an electrical signal can also be used.
この発明にかかる触覚提示装置10の実施形態例である機能ブロック図を図1に示す。触覚提示装置10は、実際に利用者に対して触覚による体感を発生させる触覚出力装置11と、触覚出力装置11と通信してその体感させる動作を制御する制御装置51とを有する。 Figure 1 shows a functional block diagram of an embodiment of the haptic presentation device 10 according to this invention. The haptic presentation device 10 includes a haptic output device 11 that actually generates a tactile sensation for the user, and a control device 51 that communicates with the haptic output device 11 to control the operation that generates the sensation.
触覚出力装置11は、電気信号に応じて出力を変更する触覚出力デバイス14を有する。この触覚出力デバイスは、触覚の出力を担う部分に磁気粘性流体が用いられており、内蔵するコイル37を流れる電流量によって増減する磁力により磁気粘性流体の粘性が変化することで利用者の動きに対する抵抗を増減させて受動的な触覚感覚を味わわせるデバイスである。磁気粘性流体が発現するずり応力(せん断応力)は速度依存性があり、接する回転体の角速度にも粘性が影響を受ける。この影響を無視して画一的な出力とすると安定した抵抗を発揮できなくなるが、本発明ではその角速度の影響により生じる、触覚の変化を抑制することができる。 The tactile output device 11 has a tactile output device 14 that changes its output according to an electrical signal. This tactile output device uses a magnetorheological fluid in the part responsible for tactile output. The viscosity of the magnetorheological fluid changes due to the magnetic force, which increases or decreases depending on the amount of current flowing through the built-in coil 37. This changes the resistance to the user's movement, providing a passive tactile sensation. The shear stress (shear stress) generated by the magnetorheological fluid is velocity-dependent, and its viscosity is also affected by the angular velocity of the rotating body it contacts. Ignoring this effect and providing a uniform output would result in unstable resistance; however, this invention can suppress the changes in tactile sensation caused by the influence of angular velocity.
触覚出力装置11は、触覚出力デバイス14に電気信号を送信する又は送信させるなどの演算やコマンドなどの制御を行う触覚制御部21と、触覚制御部21が利用するメモリであるデータ記憶部22を有する。データ記憶部22は、信号の一時的な記録や触覚制御部21による演算に必要な情報及び結果、命令等を格納するものである。データ記憶部22のメモリは揮発性メモリであってよいが、不揮発性メモリも有しているとさらに好ましい。不揮発性メモリを有していると、高性能な触覚出力装置11では個人向けの出力変更の記録や履歴などを保存して、出力のさらなる好適化のために参照することができる。なお図示しないが、触覚制御部21を動作されるプログラムは、データ記憶部22が不揮発性メモリである場合はそこに格納されていてもよいし、別途格納されていてもよい。ここではこれらが行う触覚出力装置11の制御を担う部分をまとめて出力装置制御部20とする。出力装置制御部20の構成は触覚制御部21とデータ記憶部22以外の要素を含んでいてもよい。 The tactile output device 11 includes a tactile control unit 21 that performs calculations and commands such as transmitting or causing electrical signals to be transmitted to the tactile output device 14, and a data storage unit 22, which is memory used by the tactile control unit 21. The data storage unit 22 stores temporary records of signals, information and results necessary for calculations performed by the tactile control unit 21, and instructions. The memory of the data storage unit 22 may be volatile memory, but it is even more preferable if it also has non-volatile memory. Having non-volatile memory allows high-performance tactile output devices 11 to store records and histories of personalized output changes, which can then be referenced for further optimization of the output. Although not shown, the program that operates the tactile control unit 21 may be stored in the data storage unit 22 if it is non-volatile memory, or it may be stored separately. Here, the parts responsible for controlling the tactile output device 11 performed by these components are collectively referred to as the output device control unit 20. The configuration of the output device control unit 20 may include elements other than the tactile control unit 21 and the data storage unit 22.
また、触覚出力装置11は装置自体を作動させるために必要な電源25を有する。バッテリでもよいし、外部電源と接続されていてもよい。バッテリの場合は、触覚出力装置11が必要とする電流量が小さい場合は交換可能な一次電池でよいが、必要とする電流量が多い場合は、外部電源から充電される二次電池であると運用しやすい。また、後述する通信部26を有線ケーブルが担う場合には、制御装置51を外部電源として給電されるものでもよい。 Furthermore, the tactile output device 11 has a power supply 25 necessary to operate the device itself. This may be a battery or connected to an external power supply. If a battery is used, a replaceable primary battery is sufficient if the current required by the tactile output device 11 is small; however, if a large current is required, a secondary battery charged from an external power supply is more practical. Also, if the communication unit 26 (described later) is powered by a wired cable, the control device 51 may be powered by an external power supply.
触覚出力装置11は、制御装置51の通信部63との間で通信できる通信部26を有する。少なくとも制御装置51からの通信を受信できるものである必要があり、相互通信できるものであると制御装置51による制御がより多様にできるため好ましい。通信部26で受信したデータや命令は出力装置制御部20に送られ、それを用いて触覚出力装置11が動作する。また、センサ等によるデータや履歴、ログなどを出力装置制御部20から通信部26を介して制御装置51に送ってもよい。また、触覚出力装置11はデータの一部を制御装置51に送信し、その返信として結果を受け取ってもよい。 The tactile output device 11 has a communication unit 26 that can communicate with the communication unit 63 of the control device 51. It must be able to receive communication from the control device 51, and mutual communication is preferable as it allows for more diverse control by the control device 51. Data and commands received by the communication unit 26 are sent to the output device control unit 20, which then operates the tactile output device 11. Furthermore, data, history, logs, etc., from sensors, etc., may be sent from the output device control unit 20 to the control device 51 via the communication unit 26. The tactile output device 11 may also transmit a portion of the data to the control device 51 and receive the result as a reply.
通信部26と通信部63との通信は有線通信でもよいし、無線通信でもよい。有線通信の場合は、有線ケーブルを介して電源を供給するものでもよい。規格は特に限定されず、本発明出願時点においてはUSBケーブル、Lightning(登録商標)ケーブル、Thunderbolt(登録商標)ケーブルなどが選択可能であるが、同様の又は上位互換の通信が可能である規格であればよい。無線通信の場合は、近距離無線通信規格であれば利用でき、種々の無線LAN規格や、Bluetooth(登録商標。以下略)、Bluetooth LE、ワイヤレスUSBなどが挙げられる。ただし、少なくともこの発明における調整自体を実現するために必要とするデータ量は小さいため、BluetoothやBluetooth LEなどの比較的低速かつ使用電力の少ない規格が好適に用いられる。もちろん、本発明で必要とする以外の動作のために大量のデータを必要とし、高速の通信規格を採用するものでもよい。 Communication between communication unit 26 and communication unit 63 may be via wired or wireless communication. In the case of wired communication, power may be supplied via a wired cable. The standard is not particularly limited; at the time of filing this invention, USB cables, Lightning® cables, Thunderbolt® cables, etc., are selectable, but any standard that enables similar or backward-compatible communication is acceptable. In the case of wireless communication, any short-range wireless communication standard can be used, including various wireless LAN standards, Bluetooth® (registered trademark; hereinafter abbreviated), Bluetooth LE, and wireless USB. However, since the amount of data required to realize the adjustment itself in this invention is small, relatively low-speed and low-power standards such as Bluetooth and Bluetooth LE are preferably used. Of course, if a large amount of data is required for operations other than those required by this invention, a high-speed communication standard may be adopted.
触覚出力装置11は、触覚出力デバイス14が、前記磁気粘性流体に接しており回転する際の抵抗を変化される回転体の角度を検知する角度センサ16を有すると好ましい。前記回転体(後述する円板32又は回転軸41に相当する。)は、利用者の操作によって回転される力が掛けられる部品である。 The tactile output device 11 preferably includes an angle sensor 16 that detects the angle of a rotating body whose resistance changes when it is in contact with the magnetorheological fluid. The rotating body (corresponding to the disc 32 or rotation axis 41 described later) is a component to which a rotational force is applied by the user's operation.
また、触覚出力装置11は、時間を計測する時計部19を有すると好ましい。時計部19により経過時間を測定することができ、前記回転体の二点の角度に変位するまでの経過時間から、角速度を算出することができる。 Furthermore, it is preferable that the tactile output device 11 has a clock unit 19 for measuring time. The clock unit 19 can measure elapsed time, and the angular velocity can be calculated from the elapsed time until the two points of the rotating body are displaced to their respective angles.
制御装置51は、通信部63を介して触覚出力装置11と通信し、触覚出力装置11に対してコンテンツの一環としての感触を利用者に提供させるように制御する装置である。具体的には、利用者が利用するパソコン、ゲーム機、スマートフォン、スマートウォッチ、テレビ、ルータ、ネットワークスピーカーなどの端末が例として挙げられる。また、ルータや端末を介して接続されるネットワーク82の先に設けられたサーバ81が後述する制御装置51の機能の一部を担っていてもよい。そのために、制御装置51は優先LAN機能、無線LAN機能や移動体通信網への接続機能といったネットワークインターフェース(NWIF)69を有していると好ましい。なお、ネットワークインターフェース69は通信部63と兼用でもよいし、独立していてもよい。通信量が大きく異なるため、独立している方が好適である場合が多い。図では独立している例を示す。 The control device 51 communicates with the haptic output device 11 via the communication unit 63 and controls the haptic output device 11 to provide the user with tactile sensations as part of the content. Specifically, examples include terminals used by the user, such as personal computers, game consoles, smartphones, smartwatches, televisions, routers, and network speakers. Furthermore, a server 81 located at the end of the network 82 connected via the router or terminal may perform some of the functions of the control device 51, as described later. For this reason, it is preferable that the control device 51 has a network interface (NWIF) 69 with functions such as priority LAN functionality, wireless LAN functionality, and mobile communication network connection functionality. The network interface 69 may be shared with the communication unit 63 or may be independent. Because the amount of communication differs significantly, independence is often preferable. The figure shows an example where it is independent.
制御装置51は、入出力装置54を有する。入出力装置54は利用者とのインターフェースであり、入力を受け付け、触覚以外の要素を出力する。図ではまとめているが、一つの装置である必要はなく、複数個の装置によって構成されていてよい。また、入出力装置54そのものが制御装置51の筐体の中にまとまっている必要はなく、接続される他の装置と接続できるインターフェースだけを有していてもよい。入出力装置54のうち出力装置としては、例えば筐体に組み込まれたディスプレイだけでなく、HDMIやDisplayPortケーブルで接続されたディスプレイやプロジェクター、筐体が有するスピーカー、有線又は無線接続されたヘッドホンやイヤホン、スピーカーなどが挙げられる。なお、少なくとも映像を確認できる装置を有することが好ましい。少なくとも視覚と連動して触覚を体感していることで、利用者は視覚によって確認できる状況に合わせた体感を受けていると実感しやすい。入出力装置54のうち入力装置としては、筐体に組み込まれたディスプレイと一体化したタッチパネルの他、USBケーブルで接続されたマウスやトラックボール、コントローラ、キーボードなどであってもよい。また、入力装置の一部が触覚出力装置11と兼用されていてもよい。 The control device 51 has an input/output device 54. The input/output device 54 is an interface with the user, receiving input and outputting elements other than tactile sensations. Although grouped together in the diagram, it does not need to be a single device and may be composed of multiple devices. Furthermore, the input/output device 54 itself does not need to be located within the housing of the control device 51; it may only have an interface that allows it to connect to other connected devices. Among the input/output devices 54, output devices include, for example, not only a display built into the housing, but also displays and projectors connected via HDMI or DisplayPort cables, speakers built into the housing, wired or wireless headphones, earphones, and speakers. It is preferable to have at least a device that can display images. By experiencing tactile sensations in conjunction with visual information, users are more likely to feel that they are receiving a sensory experience that matches the situation they can see. Among the input/output devices 54, input devices may include a touch panel integrated with a display built into the housing, as well as a mouse, trackball, controller, or keyboard connected via a USB cable. Furthermore, a portion of the input device may also be used as the tactile output device 11.
制御装置51は、演算などを行う制御部61を有する。具体的にはCPUやGPUなどの演算装置であり、コンテンツの読み込み、演算、入出力装置54への出力や入力の受付、触覚出力装置11との通信などの装置の挙動を制御する。 The control device 51 includes a control unit 61 that performs calculations and other operations. Specifically, it is a computing device such as a CPU or GPU, and controls the behavior of the device, including content loading, calculations, output to and input to the input/output device 54, and communication with the haptic output device 11.
制御装置51は、データやプログラムを保持する記憶部62を有する。記憶部62としては、ストレージとして用いられる不揮発性メモリや磁気ディスクと、演算に用いる揮発性メモリとの両方を有していることが好ましい。図では読み込まれているか否かを区別せずに記載している。 The control device 51 has a storage unit 62 that holds data and programs. Preferably, the storage unit 62 includes both non-volatile memory or magnetic disks used for storage and volatile memory used for calculations. In the diagram, data is not distinguished as read or not.
記憶部62には、利用者が触覚の出力をコンテンツの一部として体感できるゲーム、映画、仮想空間、シミュレータ等のアプリケーションソフト(図中「アプリ65」)が記録される。上記の制御装置51にプリインストールされたものであってもよいし、ネットワーク82を介したサーバ81からダウンロードされてインストールされたものであってもよい。 The memory unit 62 stores application software (referred to as "App 65" in the diagram) such as games, movies, virtual spaces, and simulators, which allow the user to experience haptic output as part of the content. These may be pre-installed on the control device 51, or they may be downloaded and installed from the server 81 via the network 82.
アプリ65は、コンテンツとして音声や映像を含むとともに、それらの音声や映像と結びついた触覚の出力を触覚出力装置11に行わせて、利用者に触覚による体感を提供する。このようなコンテンツとしては例えば、映画中の登場人物が味わった触覚の再現や、ゲーム中において登場した物体の触感の再現や、仮想空間内で触れたオブジェクトの触感や、猫や犬などの感触を再現するシミュレータや、仮想バッティングゲームでバッティングをした際のボールの抵抗の再現などが挙げられるが、特にこれらに限定されない。ただし、触覚に強弱のあるものであることがこの発明の利用としては望ましい。 The application 65 includes audio and video as content, and the haptic output device 11 outputs tactile sensations linked to these audio and video, providing the user with a tactile experience. Examples of such content include, but are not limited to, the reproduction of tactile sensations experienced by characters in a movie, the reproduction of the tactile feel of objects appearing in a game, the tactile feel of objects touched in a virtual space, simulators that reproduce the feel of animals such as cats and dogs, and the reproduction of the resistance of a ball when batting in a virtual batting game. However, it is desirable for the tactile sensations to have varying degrees of intensity for the application of this invention.
アプリ65は、前記のコンテンツを、入出力装置54を介して提供するために、それを再現するためのプログラムを含む音声信号や映像信号などのメディア信号を含むメディア信号データベース66を記憶部62に有する。このメディア信号とは、たとえばオブジェクトの形状についての3Dデータやグラフィック、声やセリフ、効果音などであり、触覚出力装置11で触覚を体感させようとするオブジェクトごとに紐付されていると好ましい。なお、メディア信号データベース66は全ての必要なメディア信号を記憶部62内に保持している必要はなく、ネットワーク経由で必要に応じて適宜ダウンロードして一時的に、または永続的に追加されるものでもよい。 The application 65 has a media signal database 66 in its storage unit 62, which includes media signals such as audio and video signals, along with a program for reproducing the aforementioned content, in order to provide it via the input/output device 54. These media signals include, for example, 3D data and graphics of object shapes, voices and dialogue, and sound effects, and are preferably associated with each object that the haptic output device 11 is intended to provide a tactile experience with. Note that the media signal database 66 does not need to hold all necessary media signals in the storage unit 62; they may be downloaded as needed via the network and added temporarily or permanently.
またアプリ65は、前記のコンテンツを、入出力装置54と並行して触覚出力装置11を介しても提供するために、それを再現するためのベース触覚データを含むベース触覚データベース67を記憶部62に有する。このベース触覚データとは、触覚出力装置11が触覚出力デバイス14をどのような状況でどのような値で動作させるかについての値の集合や関数などの設定である。ただしこのベース触覚データは、触覚出力装置11の設計上の基準として標準的な体形として仮に想定した人が好適と感じるように設定されたデフォルト値やデフォルト関数である。ベース触覚データは前記のメディア信号と同様に、オブジェクトごとに紐付されて複数記録されている。ベース触覚データは、その複数記録される中から前記のコンテンツの中で利用者が能動的に触れようとするオブジェクト、または受動的に触覚で体感することになるオブジェクトごとに選択されるものである。制御装置51は、入出力装置54からの操作や再生しているコンテンツにおけるトリガーなどから、体感させようとするオブジェクトを選択し、又は自動的に選択されると、そのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース67から読み出して、通信部63と通信部26を介して触覚出力装置11へ送信する。 Furthermore, in order to provide the aforementioned content via the haptic output device 11 in parallel with the input/output device 54, the application 65 has a base haptic database 67 in the storage unit 62 that includes base haptic data for reproducing the content. This base haptic data is a set of values and functions that determine what values the haptic output device 11 will use to operate the haptic output device 14 under what circumstances. However, this base haptic data consists of default values and default functions set to be considered suitable for a person who is assumed to have a standard physique as a design standard for the haptic output device 11. Similar to the media signals mentioned above, multiple base haptic data are recorded, each associated with an object. From among these multiple recorded base haptic data, one is selected for each object in the aforementioned content that the user intends to actively touch or passively experience through touch. The control device 51 selects an object to be experienced based on operations from the input/output device 54 or triggers in the content being played, or when an object is automatically selected, it reads the base haptic data associated with that object from the base haptic database 67 and transmits it to the haptic output device 11 via the communication unit 63 and the communication unit 26.
触覚出力装置11では、選択されたオブジェクトなどについてデフォルト値として送られてきたベース触覚データを、データ記憶部22に記録し、このベース触覚データを参照した出力で触覚出力デバイス14を制御して、具体的に利用者に触覚を体感させる。ただし、この発明では触覚出力デバイス14の利用者の操作の勢いに合わせた調整を行い、より好適な触覚を体感させる。 The haptic output device 11 records base haptic data, which is sent as default values for selected objects, etc., in the data storage unit 22. It then controls the haptic output device 14 using this base haptic data to provide the user with a concrete tactile experience. However, in this invention, the haptic output device 14 is adjusted to match the user's operating force to provide a more suitable tactile experience.
その調整のために、触覚制御部21は利用者が触覚出力デバイス14で触覚を体感しようとする際に、角度センサ16で前記回転体の角度を取得して、その角度の経過時間あたりの変位を測定して、そこから触覚出力デバイス14を操作する利用者の動きによる速度を算出する速度測定手段を実行する。 To perform this adjustment, the haptic control unit 21, when a user attempts to experience tactile sensations with the haptic output device 14, acquires the angle of the rotating body using the angle sensor 16, measures the displacement of that angle per unit of elapsed time, and then executes a speed measurement means to calculate the speed caused by the user's movements operating the haptic output device 14.
図の実施形態では、前記速度測定手段の実行を、触覚出力装置11が有する触覚出力デバイス14の角度センサ16と時計部19とにより行う例を示す。触覚出力デバイス14は、前記磁気粘性流体に接しており回転する際の抵抗を変化される回転体と、この回転体の角度を検知する角度センサ16と、触覚を体感する利用者が前記回転体を回転させるように操作するために直接に触れて力を掛ける利用者接触部とを有する。利用者が前記利用者接触部に触れて力を掛けて、触覚出力デバイス14に対して角度センサ16で検知される角度が変化する操作を行う。 In the embodiment shown in the figure, the speed measurement means is performed by the angle sensor 16 and clock unit 19 of the tactile output device 14, which are part of the tactile output device 11. The tactile output device 14 includes a rotating body that is in contact with the magnetorheological fluid and whose resistance changes when it rotates, an angle sensor 16 that detects the angle of this rotating body, and a user contact area that a user touches directly to apply force in order to rotate the rotating body. The user touches the user contact area and applies force, thereby changing the angle detected by the angle sensor 16 relative to the tactile output device 14.
また、触覚出力装置11は時間を計測する時計部19を有する。時計部19が計測する所定時間の間に、角度センサ16により検出される前記回転体の角度の変化を測定することで、時間当たりの角度の変化の割合である角速度を求めることができる。前記速度測定手段が算出する速度として、この回転体の角度が変化する角速度を用いる。 Furthermore, the tactile output device 11 has a clock unit 19 for measuring time. By measuring the change in the angle of the rotating body detected by the angle sensor 16 during a predetermined time measured by the clock unit 19, the angular velocity, which is the rate of angle change per unit of time, can be determined. The angular velocity of this change in the angle of the rotating body is used as the speed calculated by the speed measuring means.
また、触覚出力デバイス14には、磁気粘性流体の特性から、前記回転体の角速度に対応して出力を調整するように補正するための補正テーブル又は補正式が設定されている。これは磁気粘性流体の速度に対するずり応力(せん断応力)変化の測定結果において、速度を回転体の角速度に変換して導出されており、製造段階で触覚出力デバイス14に予め記録されているか、アプリ65に含めて配布されているか、ネットワーク上のサーバ81に予め記憶されていて参照可能となっているか、いずれにしても触覚提示装置10が呼び出し可能となっている。 Furthermore, the haptic output device 14 has a correction table or formula set up to adjust the output in accordance with the angular velocity of the rotating body, based on the characteristics of the magnetorheological fluid. This is derived by converting the velocity to the angular velocity of the rotating body in the measurement results of the shear stress change with respect to the velocity of the magnetorheological fluid. It is either pre-recorded in the haptic output device 14 during the manufacturing stage, included in the application 65 and distributed, or pre-stored and accessible on the server 81 on the network. In any case, the haptic presentation device 10 can access it.
この発明にかかる触覚提示装置10では、呼び出した前記補正テーブル又は補正式と、前記角速度とを比較して補正値を算出する補正値導出手段を実行する。この実行は触覚制御部21が行ってもよいし、制御装置51の制御部61が行ってもよい。 In the tactile presentation device 10 according to this invention, a correction value derivation means is executed to calculate a correction value by comparing the retrieved correction table or correction formula with the angular velocity. This execution may be performed by the tactile control unit 21 or by the control unit 61 of the control device 51.
この発明にかかる触覚提示装置10は、磁気粘性流体を用いた触覚出力デバイス14が、操作される前記回転体の角速度の違いによって異なる出力を発揮しても、その角速度に合わせた調整として、前記ベース触覚データと算出された補正値とに基づき、実際に触覚出力デバイス14を動作させる触覚信号を計算する信号値算定手段を実行する。その上で、触覚制御部21は、計算された触覚信号に基づき触覚出力デバイス14に触覚を提示させる触覚提示手段を実行する。これにより、利用者は個々人の操作する操作の急激さに関わらず、角速度に応じて計算により補正された触覚信号により、コンテンツの提供者が想定した感触に適した触覚を体感できる。 The haptic presentation device 10 according to this invention, even if the haptic output device 14 using magnetorheological fluid exhibits different outputs depending on the angular velocity of the rotating body being operated, executes a signal value calculation means to calculate a haptic signal that actually operates the haptic output device 14 based on the base haptic data and a calculated correction value, as an adjustment to match the angular velocity. Then, the haptic control unit 21 executes a haptic presentation means to cause the haptic output device 14 to present tactile sensations based on the calculated haptic signal. As a result, regardless of the abruptness of the individual's operation, the user can experience tactile sensations that are appropriate to the feel intended by the content provider, thanks to the haptic signal corrected by calculation according to the angular velocity.
以下、触覚出力デバイス14として具体的なデバイスを用いた例を挙げて説明する。以下の説明では、触覚出力デバイス14として、磁気粘性流体(MRF:Magneto Rheological Fluid)デバイス(以下、「MRFデバイス」と略記する。)を有するタップユニットである触覚出力装置11を例にとり説明する。ここで具体例として用いるMRFデバイスは、回転軸41、円板32、ヨーク34,35、コイル37,磁気粘性流体38、ケーシング31,36などで構成されている。図2に示すように回転軸41に取り付けられた円板32の周囲に、ヨーク34,35に挟まれた空間が設けられ、その空間に、置かれた磁場の強さによって粘性が変化する磁気粘性流体38が導入されている。また、ヨーク35に支えられて磁界(図中矢印)を発生させるコイル37が格納されている。回転軸41は軸受39に支えられ、磁気粘性流体38に囲まれた円板32と一体化されている。磁気粘性流体38は、回転軸41を回転させる際の抵抗を、磁場を発生させるコイル37に供給される電流量によって調節できる。この回転軸41を回転させようとする力を加えた利用者に対して、磁気粘性流体38の粘性を増減させることで、回転軸41と一体化している円板32に対する抵抗を増減させて、回転軸41の「回動させにくさ」として能動的な触覚効果を体感させるものである。この例では、円板32が、触覚出力デバイス14において磁気粘性流体38と接する前記回転体にあたる。角度センサ16は、この円板32そのものの角度を検知するか、円板32と連動して回転する回転軸41の角度を検知するように取り付けられている。 The following will explain using a specific device as the tactile output device 14. In the following explanation, the tactile output device 11, which is a tap unit having a magnetorheological fluid (MRF) device (hereinafter abbreviated as "MRF device"), will be used as an example of the tactile output device 14. The MRF device used as a specific example here consists of a rotating shaft 41, a disk 32, yokes 34 and 35, a coil 37, a magnetorheological fluid 38, casings 31 and 36, etc. As shown in Figure 2, a space is provided around the disk 32 attached to the rotating shaft 41, sandwiched between the yokes 34 and 35, and a magnetorheological fluid 38 whose viscosity changes depending on the strength of the magnetic field placed thereon is introduced into that space. Also, a coil 37 that generates a magnetic field (arrow in the figure) is housed there, supported by the yoke 35. The rotating shaft 41 is supported by a bearing 39 and is integrated with the disk 32 surrounded by the magnetorheological fluid 38. The magnetorheological fluid 38 allows the resistance to rotating the rotating shaft 41 to be adjusted by the amount of current supplied to the coil 37 that generates the magnetic field. By increasing or decreasing the viscosity of the magnetorheological fluid 38 in response to a user applying force to rotate the rotating shaft 41, the resistance to the disc 32 integrated with the rotating shaft 41 is increased or decreased, creating an active tactile effect of "difficulty in rotating" the rotating shaft 41. In this example, the disc 32 corresponds to the rotating body that contacts the magnetorheological fluid 38 in the tactile output device 14. The angle sensor 16 is installed to detect either the angle of the disc 32 itself or the angle of the rotating shaft 41, which rotates in conjunction with the disc 32.
このようなMRFデバイスを用いた触覚出力装置11であるタップユニットを図3(a)(b)に示す。親指や手のひらにより固定される基部40と、基部40に設けられたMRFデバイスの回転軸41に連動して回動する指当てパーツ42とを有する。指当てパーツ42は人差し指、中指、薬指、小指のいずれかまたはそれらの全てに対応しており、指を曲げて握ろうとすると、支点部43を中心にして回動する。すなわち、この指当てパーツ42が前記の利用者接触部にあたる。指当てパーツ42が押されると、第一リンク材44と、ピン46を介してリンクされた第二リンク材45が図3(c)のように回動する。この第二リンク材45の動きにより、回転軸41が基部40に対して角度θに示す分だけ回転される。この回転の際の抵抗が、MRFデバイスの磁気粘性流体38によって増減される。 A tap unit, which is a tactile output device 11 using such an MRF device, is shown in Figures 3(a) and 3(b). It has a base 40 that is fixed by the thumb or palm, and a finger rest part 42 that rotates in conjunction with the rotation axis 41 of the MRF device provided on the base 40. The finger rest part 42 corresponds to one or all of the index, middle, ring, and little fingers, and rotates around a pivot point 43 when the fingers are bent to grip. That is, this finger rest part 42 is the user contact area. When the finger rest part 42 is pressed, the first link member 44 and the second link member 45, linked via a pin 46, rotate as shown in Figure 3(c). This movement of the second link member 45 causes the rotation axis 41 to rotate relative to the base 40 by an angle θ. The resistance during this rotation is increased or decreased by the magnetorheological fluid 38 of the MRF device.
このMRFデバイスのベース触覚データと角度、補正値の例を図4のフローに示す。選択したオブジェクトごとに定められたテーブルであり、指当てパーツ42に指を握り込んで変化する位置により円板32がデフォルト状態から何度回転したかを「回転位置」として示し、どの程度電流を流して円板32の回転にかかる抵抗を上昇させるかを配列としたものである。このようなテーブルが、利用しようとするオブジェクトごとに設定され、ベース触覚データベース67にまとめて記録されている。なお、このようなテーブルでなくても、回転位置に応じた関数で定義したものであってもよい。例えば、オブジェクトが小さいものであれば、回転位置が大きく進んで触れると表現されるところまでは抵抗がなく、回転位置が進んで触れたと表現されるところから抵抗を増やすように電流値が上がる。あるいは、グミ状のオブジェクトを握る触感を仮想的に実現するなら、最初からグミを変形させる感触を模してある程度の抵抗が加わるが、グミが変形してこれ以上は変形しないと表現される角度から急激に抵抗があがり、それ以上は回転位置が進まないように電流値を最大値に設定する。 An example of the base tactile data, angle, and correction values for this MRF device is shown in the flowchart of Figure 4. This is a table defined for each selected object, indicating the "rotation position"—how many degrees the disc 32 rotates from its default state based on the position where the finger rest 42 is gripped—and the array of values indicating how much current is applied to increase the resistance to the disc 32's rotation. Such a table is set for each object to be used and recorded together in the base tactile database 67. Alternatively, it could be defined using a function corresponding to the rotation position. For example, if the object is small, there would be no resistance until the rotation position advances significantly and is described as touching, and then the current value would increase to increase resistance from that point onward. Or, to virtually simulate the tactile sensation of gripping a gummy object, some resistance would be applied from the beginning to mimic the feeling of deforming the gummy, but the resistance would increase sharply from the angle where the gummy deforms no further, and the current value would be set to the maximum value to prevent further rotation.
利用者が触覚を体感しようとするオブジェクトが選択されたら、そのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース67に蓄積された中から呼び出して選択する。仮にそのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データがベース触覚データベース67に無ければ、制御装置51はネットワークを介してサーバから該当するベース触覚データをダウンロードして選択する。制御装置51は選択されたベース触覚データを、触覚出力装置11に送信する。 When a user selects an object to experience tactile sensations, the control device 51 retrieves and selects the base tactile data associated with that object from the base tactile database 67. If the base tactile data associated with that object is not found in the base tactile database 67, the control device 51 downloads the corresponding base tactile data from the server via the network and selects it. The control device 51 then transmits the selected base tactile data to the tactile output device 11.
また、触覚出力装置11は、触覚出力デバイス14に封入された磁気粘性流体38と円板32のサイズや形状等の性質に依存する、円板32の角速度に対応した補正値のテーブル(補正テーブル)を有している。この補正テーブルは触覚出力デバイス14の規格ごとに異なるため、基本的には触覚出力デバイス14が出荷される段階でデータ記憶部22に記録されていると好ましい。ただし、外部から修正可能であってもよい。また、アプリ65で最初に触覚出力デバイス14を使用する際に、その触覚出力デバイス14の規格に対応した補正テーブルをサーバ81からダウンロードして、触覚出力装置11に送信することでデータ記憶部22に格納されるものでもよい。基本的には磁気粘性流体38は角速度が高いほどこの補正値も低くなる。例に示すテーブルは0.1°/s刻みで補正値が設定されているが、これに限られず、より細かく設定されていてもよい。 Furthermore, the tactile output device 11 has a table of correction values (correction table) corresponding to the angular velocity of the disk 32, which depends on the properties of the magnetorheological fluid 38 enclosed in the tactile output device 14 and the size and shape of the disk 32. Since this correction table differs for each specification of the tactile output device 14, it is preferable that it is recorded in the data storage unit 22 at the time of shipment of the tactile output device 14. However, it may also be possible to modify it externally. Alternatively, when the tactile output device 14 is first used with the application 65, the correction table corresponding to the specification of that tactile output device 14 may be downloaded from the server 81 and transmitted to the tactile output device 11, thereby being stored in the data storage unit 22. Basically, the higher the angular velocity of the magnetorheological fluid 38, the lower this correction value becomes. The example table shows correction values set in 0.1°/s increments, but it is not limited to this, and may be set more finely.
利用者がタップユニットを握って回転位置が変化したら、角度センサ16がそれを検知する。回転位置が2°に到達したときの、触覚制御部21がMRFデバイスに掛ける電圧は、次の手順で決定する。まず指位置が2°のときの電流値をデータ記憶部22に格納したベース触覚データのテーブルを参照して確認する。ここでは0.2Aとなる。すなわち、0.2Aの電流を流した抵抗を手ごたえとしてMRFデバイスに実現させるのが、標準的と想定される角速度で操作された際の電流値となる。ここでは、0.1°/sの角速度で操作した時の値が標準(補正値=1.0)とした例を示す。補正テーブルにはさらに角速度が高い場合における補正値が用意されている。これらの電流値と補正値に基づいて、実際に送信する触覚信号の電流値を算出する。 When the user grips the tap unit and the rotational position changes, the angle sensor 16 detects this. The voltage applied by the tactile control unit 21 to the MRF device when the rotational position reaches 2° is determined by the following procedure. First, the current value when the finger position is 2° is confirmed by referring to the base tactile data table stored in the data storage unit 22. Here, it is 0.2A. That is, the current value when operated at a standard angular velocity is such that the MRF device realizes a resistance equivalent to a 0.2A current as tactile feedback. Here, an example is shown where the value when operated at an angular velocity of 0.1°/s is considered standard (correction value = 1.0). The correction table also contains correction values for higher angular velocities. Based on these current values and correction values, the current value of the tactile signal to be actually transmitted is calculated.
また、触覚制御部21は、角度センサ16の値を検知して、区切りとなる角度(例えば1°毎)に到達した時点でその際の時刻を時計部19から取得し、角度と時刻とを一旦記憶させる。利用者が操作を加えて円板32が回転し、次に区切りとなる角度に到達した時点でまたその際の時刻を時計部19から取得し、角度差を時刻差(経過時間)で割ることで、角速度を測定する角速度測定手段が実現できる。 Furthermore, the tactile control unit 21 detects the value from the angle sensor 16 and, when it reaches a predetermined angle (for example, every 1°), obtains the time from the clock unit 19 and temporarily stores the angle and time. When the user performs an operation and the disc 32 rotates, and the next predetermined angle is reached, the time is again obtained from the clock unit 19. By dividing the angle difference by the time difference (elapsed time), an angular velocity measuring means can be realized to measure the angular velocity.
なお、角速度測定手段の別の計算手順として、基本単位となる時間(例えば1秒)ごとに回転位置を取得し続け、その指位置の変化量から直前の角速度をリアルタイムで算出し続け、その時点において用いる補正値をその算出した角速度から決定してもよい。 Alternatively, as a calculation procedure for the angular velocity measurement method, the rotational position may be continuously acquired at intervals of a basic unit of time (e.g., 1 second), and the previous angular velocity may be continuously calculated in real time from the change in the finger position. The correction value to be used at that point in time may then be determined from the calculated angular velocity.
いずれの手順でも角速度が測定できたら、触覚制御部21は予め記録された補正テーブルを参照して、その角速度に対応する補正値を求める補正値導出手段を実行する。図4の例では、角速度が0.3°/sと算出されたら、補正値は0.6であると求めることができる。 In either procedure, once the angular velocity is measured, the tactile control unit 21 refers to a pre-recorded correction table and executes a correction value derivation means to determine the correction value corresponding to that angular velocity. In the example in Figure 4, if the angular velocity is calculated to be 0.3°/s, the correction value can be determined to be 0.6.
前記の信号値算出手段の実行例を示す。回転位置がN°に到達した段階で、補正前の電流値はベース触覚データから0.5Aであると求めることができる。触覚制御部21は、その前の回転位置(N-1)°に到達した時点の時刻と、回転位置N°に到達した時刻との間の経過時間から、直前の角速度を0.3°/sと算出したとする。この角速度から求められる補正値は0.6であった。するとベース触覚データからの電流値0.5Aと、角速度から求められる補正値0.6とを乗算して、実際に送信する触覚信号の電流値を0.5A×0.6=0.3Aと計算する。触覚制御部21はこの算出された電流値0.3Aを流すために必要となる電圧の触覚信号をMRFデバイスに掛けて、想定した手ごたえとなる触覚を利用者に体感させるように触覚提示手段を実行する。回転位置がさらに変化したことを角度センサ16が検知したら、その新たな回転位置に対応した電流値を参照するとともに、直前の角速度を計算して補正値を求め、同様に触覚信号を計算し、触覚を体感させる。 An example of the execution of the signal value calculation means described above is shown. When the rotation position reaches N°, the current value before correction can be determined to be 0.5A from the base tactile data. The tactile control unit 21 calculates the previous angular velocity as 0.3°/s from the elapsed time between the time when the previous rotation position (N-1)° was reached and the time when the rotation position N° was reached. The correction value obtained from this angular velocity was 0.6. Then, the current value of 0.5A from the base tactile data and the correction value of 0.6 obtained from the angular velocity are multiplied to calculate the current value of the tactile signal to be actually transmitted as 0.5A × 0.6 = 0.3A. The tactile control unit 21 applies a tactile signal with the voltage required to flow this calculated current value of 0.3A to the MRF device and executes the tactile presentation means to allow the user to experience the expected tactile sensation. When the angle sensor 16 detects a further change in rotational position, it references the current value corresponding to the new rotational position, calculates the previous angular velocity to obtain a correction value, and similarly calculates a tactile signal to provide a tactile sensation.
制御装置51で実行するアプリ65において選択されるオブジェクトが変更になったら、制御装置51はベース触覚データベース67から、新たなオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを呼び出し、触覚出力装置11へ送信して新たなオブジェクトに対応した触覚を提供する。オブジェクトの変更とは、例えば利用者が制御装置51で実行するゲームにおいて触ろうとするオブジェクトを指定した場合や、ゲーム中で新たなオブジェクトが現れた場合などが挙げられる。オブジェクトが変更になり用いるベース触覚データが変更になっても、力比較値及び身体比較値はそのままの値を信号値算出手段に用いることができる。 When the object selected in the application 65 executed by the control device 51 changes, the control device 51 retrieves the base haptic data associated with the new object from the base haptic database 67 and transmits it to the haptic output device 11 to provide haptic feedback corresponding to the new object. Examples of object changes include when a user specifies an object to touch in a game executed by the control device 51, or when a new object appears during the game. Even if the object changes and the base haptic data used changes, the force comparison value and body comparison value can be used in the signal value calculation means with the same values.
この発明に掛かる触覚出力装置11を利用者が利用する際の処理例を図5、6のフローとともに説明する。まず(S101)、制御装置51であるスマートフォンでアプリ65を起動する(S102)。次に触覚出力装置11であるタップユニットの電源を入れ(S103)、スマートフォンとタップユニットとをBluetoothでペアリングして無線接続する(S104)。なお、アプリの起動(S102)はS104の後に行う実施形態であってもよい。また、タップユニットのデータ記憶部22には、このタップユニット固有の補正テーブルが予め記録されており、触覚制御部21が呼び出し可能となっている。 An example of the process when a user utilizes the haptic output device 11 according to this invention will be explained with reference to the flowcharts in Figures 5 and 6. First (S101), the application 65 is launched on the control device 51, which is a smartphone (S102). Next, the power of the tap unit, which is the haptic output device 11, is turned on (S103), and the smartphone and the tap unit are paired via Bluetooth to establish a wireless connection (S104). Note that in this embodiment, the application launch (S102) may be performed after S104. Furthermore, a correction table specific to this tap unit is pre-recorded in the data storage unit 22 of the tap unit, and the haptic control unit 21 can recall it.
以上でタップユニット側の準備が完了したので、制御装置51側ではアプリ65がオブジェクトの選択ができる映像を表示する(S111)。アプリ65を入出力装置54から操作した利用者は、触覚を体感しようとするオブジェクトを、モニタに映し出された中から選択する(S112)。モニタへの表示例を図7に示す。ここでは右の毛玉オブジェクトを選ぶものとする。利用者による選択は、タッチパネルへのタッチ操作により指定される。選択の指示をうけた制御部61は、その選択された毛玉オブジェクトに紐づけられたベース触覚データを、ベース触覚データベース67から呼び出し(S113)、タップユニットに送信する(S114)送信手段を実行する。なお、ベース触覚データベース67に該当するベース触覚データが無ければ、制御装置51はそのオブジェクトに紐づけられたベース触覚データを外部のサーバ81からダウンロードした上で、タップユニットに送信する。タップユニットではデータ記憶部22に、送信されてきたベース触覚データを格納する(S117)。 With the tap unit now ready, the control device 51 displays an image on the application 65 that allows the user to select an object (S111). The user, operating the application 65 from the input/output device 54, selects an object from those displayed on the monitor to experience tactile sensation (S112). Figure 7 shows an example of the display on the monitor. Here, the lint ball object on the right is selected. The user's selection is specified by touching the touch panel. Upon receiving the selection instruction, the control unit 61 retrieves the base tactile data associated with the selected lint ball object from the base tactile database 67 (S113) and transmits it to the tap unit (S114). If no corresponding base tactile data exists in the base tactile database 67, the control device 51 downloads the base tactile data associated with that object from an external server 81 and then transmits it to the tap unit. The tap unit stores the transmitted base tactile data in the data storage unit 22 (S117).
続いて、具体的な触覚の出力へと移る。触覚制御部21は、角度センサ16から回転位置となる角度を取得する(S121)。またこのとき時計部19から時刻を取得する(S122)。その角度が、データ記憶部22に格納されたベース触覚データで定義された、電流値を変更する次の回転位置に到達しているか否かを監視する(S123)。到達していなければ(S123→No)引き続き角度センサから角度を取得し続ける(S123)。次の回転位置にまで到達していたら(S123→Yes)、改めて回転位置となる角度を角度センサ16から取得し(S124)、時計部19から時刻を取得する(S125)。角度差と、時刻差(経過時間)から角速度を算出し(S126)、角速度に対応する補正値を求める(S127)。その角度に対応するベース触覚データの電流値に、補正値を掛けて、実際に流す電流量である触覚信号を算出する(S128)。触覚制御部21の指示により、バッテリからMRFデバイスのコイルに、算出した電流値の電流を流すために必要な電圧値を与えることで、想定した抵抗での触覚を体感する。 Next, we move on to the specific tactile output. The tactile control unit 21 acquires the angle that will be the rotation position from the angle sensor 16 (S121). At the same time, it acquires the time from the clock unit 19 (S122). It monitors whether that angle has reached the next rotation position that will change the current value, as defined in the base tactile data stored in the data storage unit 22 (S123). If it has not reached it (S123 → No), it continues to acquire the angle from the angle sensor (S123). If it has reached the next rotation position (S123 → Yes), it acquires the angle that will be the rotation position again from the angle sensor 16 (S124) and acquires the time from the clock unit 19 (S125). It calculates the angular velocity from the angle difference and the time difference (elapsed time) (S126) and finds a correction value corresponding to the angular velocity (S127). It multiplies the current value of the base tactile data corresponding to that angle by the correction value to calculate the tactile signal, which is the actual amount of current that flows (S128). According to instructions from the tactile control unit 21, the battery supplies the necessary voltage value to the coil of the MRF device to deliver the calculated current value, thereby allowing the user to experience tactile sensations at the assumed resistance. (The user experiences tactile sensations at the assumed resistance by supplying a voltage value necessary to deliver the calculated current value from the battery to the coil of the MRF device.)
利用者が同じオブジェクトについて、続いてさらに回転位置を進めて体感を続ける場合は(S129→Yes)、角度センサ16による回転位置の監視に戻る(S123)。別のオブジェクト(例えば左のグミ状オブジェクト)を選択して、利用者が別の感触を体感する場合には(S131→Yes)、S111の工程へと戻る(S132)。このときにはその選んだ別のオブジェクトに紐づけられたベース触覚データが呼び出される。利用者が体感を終了する場合には(S131→No)、アプリ65を終了する(S151)。 If the user continues to rotate the same object and experience a different sensation (S129 → Yes), the system returns to monitoring the rotational position using the angle sensor 16 (S123). If the user selects a different object (for example, the gummy-like object on the left) and experiences a different sensation (S131 → Yes), the system returns to step S111 (S132). In this case, the base haptic data associated with the selected object is retrieved. If the user ends the experience (S131 → No), the application 65 is terminated (S151).
なお、このフローと並行して、触覚制御部21は取得した角度センサ16の値や角速度の値を制御装置51に送ってもよい。角度センサ16の値や角速度の値を得た制御装置51は、その角度や勢いに応じて、入出力装置54のモニタに表示するオブジェクトの形状を変更したり、音声を再生したりしてもよい。例えば図7に示した毛玉オブジェクトの形状を、角度センサの値に反比例したサイズの徐々に潰れた姿に書き換える。また、角速度の大きさに応じて、異なる音声を再生させてもよい。例えば急激に握ったときは潰れるような音を、緩やかに握ったときは緩やかに変形するような音をスピーカーから鳴らす。 In parallel with this flow, the tactile control unit 21 may also send the acquired angle sensor 16 values and angular velocity values to the control device 51. The control device 51, having received the angle sensor 16 values and angular velocity values, may change the shape of the object displayed on the input/output device 54 monitor or play sounds according to the angle and force. For example, the shape of the ball of fur object shown in Figure 7 may be redrawn to a gradually flattened shape with a size inversely proportional to the angle sensor value. Furthermore, different sounds may be played depending on the magnitude of the angular velocity. For example, a sound of crushing may be played from the speaker when squeezed sharply, and a sound of gradual deformation may be played when squeezed gently.
10 触覚提示装置
11 触覚出力装置
14 触覚出力デバイス
16 角度センサ
19 時計部
20 出力装置制御部
21 触覚制御部
22 データ記憶部
25 電源
26 通信部
31 ケーシング
32 円板
34 ヨーク
35 ヨーク
37 コイル
38 磁気粘性流体
39 軸受
40 基部
41 回転軸
42 パーツ
43 支点部
44 第一リンク材
45 第二リンク材
46 ピン
51 制御装置
54 入出力装置
61 制御部
62 記憶部
63 通信部
65 アプリ
66 メディア信号データベース
67 ベース触覚データベース
69 ネットワークインターフェース
81 サーバ
82 ネットワーク
10 Tactile presentation device 11 Tactile output device 14 Tactile output device 16 Angle sensor 19 Clock unit 20 Output device control unit 21 Tactile control unit 22 Data storage unit 25 Power supply 26 Communication unit 31 Casing 32 Disc 34 Yoke 35 Yoke 37 Coil 38 Magnetorheological fluid 39 Bearing 40 Base 41 Rotating shaft 42 Parts 43 Pivot 44 First link material 45 Second link material 46 Pin 51 Control device 54 Input/output device 61 Control unit 62 Storage unit 63 Communication unit 65 Application 66 Media signal database 67 Base tactile database 69 Network interface 81 Server 82 Network
Claims (6)
前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
を有し、
前記磁気粘性流体が発現するせん断応力に対する速度の影響を抑制するために、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する速度を測定する速度測定手段と、
前記速度に対応する補正値を求める補正値導出手段と、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚提示装置。 A tactile output device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
A tactile control unit that controls the components including the tactile output device,
It has,
In order to suppress the influence of velocity on the shear stress generated by the magnetoviscous fluid,
A speed measuring means for measuring the speed at which a user operates the haptic output device,
A means for deriving a correction value that determines a correction value corresponding to the aforementioned speed,
A signal value calculation means that calculates a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
A tactile presentation means that causes the tactile output device to present tactile sensations based on the calculated tactile signals,
A haptic presentation device that performs the following actions.
請求項1に記載の触覚提示装置。 The speed measured by the speed measuring means is characterized by being the angular velocity of the rotating body in contact with the magnetorheological fluid, which is rotated when the tactile output device is operated.
The tactile presentation device according to claim 1.
を有する前記触覚出力デバイスと、
時間を計測する時計部と、
を有する、請求項2に記載の触覚提示装置。 The tactile output device comprises a rotating body that is in contact with the magnetorheological fluid and whose resistance is changed when it rotates, and an angle sensor that detects the angle of the rotating body.
The tactile output device having,
The clock section that measures time,
The tactile presentation device according to claim 2, having the following features.
前記ベース触覚データを記録する内部の記憶部から、又は前記ベース触覚データを記録する外部のサーバから、前記ベース触覚データを呼び出す制御装置を備え、
前記制御装置は、前記触覚提示装置へ送信する送信手段を実行し、
前記触覚制御部は前記触覚出力装置内に配置され、
前記信号値算定手段は前記触覚制御部にて実行されることを特徴とする、
請求項2又は3に記載の触覚提示装置。 The tactile presentation device is
The system includes a control device that retrieves the base tactile data from an internal storage unit that records the base tactile data, or from an external server that records the base tactile data.
The control device executes a transmission means for transmitting to the tactile presentation device,
The tactile control unit is located within the tactile output device.
The signal value calculation means is performed by the tactile control unit,
The tactile presentation device according to claim 2 or 3.
前記磁気粘性流体が発現するせん断応力に対する速度の影響を抑制するために、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する速度を測定するステップと、
前記速度に対応する補正値を求めるステップと、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算するステップと、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させるステップを含む、触覚提示方法。 A tactile presentation method using a tactile presentation device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
In order to suppress the influence of velocity on the shear stress generated by the magnetoviscous fluid,
A step of measuring the speed at which the user operates the haptic output device,
The steps include determining a correction value corresponding to the aforementioned speed,
A step of calculating a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
A tactile presentation method comprising the step of causing a tactile output device to present a tactile sensation based on the calculated tactile signal.
前記触覚出力装置は前記触覚出力デバイスを含む構成要素を制御する触覚制御部と、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する際に回転される、前記磁気粘性流体と接する回転体の角度を測定する角度センサと、
時間を計測する時計部と、
を有し、
前記触覚制御部は、
前記磁気粘性流体が発現するせん断応力に対する速度の影響を抑制するために、
利用者が前記触覚出力デバイスを操作する際に回転される、前記磁気粘性流体と接する回転体の角速度を測定する角速度測定手段と、
前記角速度に対応する補正値を求める補正値導出手段と、
ベース触覚データと前記補正値とに基づき触覚信号を計算する信号値算定手段と、
前記計算された触覚信号に基づき前記触覚出力デバイスに触覚を提示させる触覚提示手段と、
を実行する、触覚出力装置。 A tactile output device having a tactile output device using magnetorheological fluid,
The tactile output device includes a tactile control unit that controls the components including the tactile output device,
An angle sensor that measures the angle of a rotating body in contact with the magnetorheological fluid, which is rotated when the user operates the haptic output device,
The clock section that measures time,
It has,
The tactile control unit is,
In order to suppress the influence of velocity on the shear stress generated by the magnetoviscous fluid,
An angular velocity measuring means for measuring the angular velocity of a rotating body in contact with the magnetorheological fluid, which is rotated when the user operates the haptic output device,
A means for deriving a correction value that determines a correction value corresponding to the angular velocity,
A signal value calculation means that calculates a tactile signal based on base tactile data and the correction value,
A tactile presentation means that causes the tactile output device to present tactile sensations based on the calculated tactile signals,
A tactile output device that performs the following actions.
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