没入型ディスプレイ用非装着型ハプティックデバイスの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750202
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 矢野 博明 筑波大学, 機能工学系, 講師 (80312825)
• Keywords: バーチャルリアリティ / 没入型ディスプレイ / ハプティックインタフェース / 非接地 / 非装着 / ジャイロモーメント

Research Abstract

本研究では、没入型ディスプレイ用ハプティックデバイスとして、非装着型かつ非接地で力覚を呈示できる全く新しいフォースディスプレイを開発した。これは、高速回転するフライホイールの軸を回転させることで発生するジャイロモーメントを用いたものである。高速回転する円盤に外部から力を加え軸の向きを変えようとすると、加えた力の方向と垂直な回転軸方向のトルクが働くというジャイロ効果はよく知られている。これを利用して高速回転するフライホイールにモータによって角速度を与え任意のトルクをユーザに呈示する。本装置は、床や机などに接地して使用しなくてもトルクを発生させることができ、空間的な制約を受けない。また、ペンのように手で持って使用するので,体に固定させる必要がなく、着脱の手間がかからないという特徴をもっている。
この装置の性能評価として出力トルクの測定、閾値、弁別閾の測定、経路探索実験を行った。特に3次元経路探索では,曲がりくねった幅5cm、長さ95cmのバーチャルな通路を呈示し,ハプティックデバイスが通路の壁にあたった瞬間にトルクを発生させ、あたかもペン先で壁をたたいているような感覚を呈示した。目隠しをした状態でこの経路を正確にたどることが可能であることが確認された。また、新たな力覚呈示手法として、ハプティックデバイスの位置に応じてあるポイントへ向かうようなトルクを発生させ,あたかも手がそのポイントへ導かれるような誘導手法を開発し、実際にそのポイントへ誘導することが可能であることを確認した。
さらに、この装置は非接地で取り扱いが簡単なので、大空間内における力覚の呈示が可能で、大空間での危険領域呈示などへの応用が期待できる。そこで、赤外線強度計を距離センサとして用いた力覚を用いた領域呈示システムを開発し、実験により半径3mの見えない球形領域を呈示することが可能であることを確認した。