2017 Fiscal Year Annual Research Report
Locomotion Interface using Shape Changing Floor
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17H00751
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
岩田 洋夫 筑波大学, システム情報系, 教授 (60184884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢野 博明 筑波大学, システム情報系, 教授 (80312825)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バーチャルリアリティ / ロコモーションインタフェース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歩行移動インタフェースは、バーチャルな空間を歩いて移動する感覚を生成する。自然な歩行感覚を得るためには、２つの機能を実現しなければならない。まず第一に、歩行運動を行わせつつ、体の位置を一定に保つ移動の打ち消しが不可欠である。移動の打ち消しを行うためには、歩行者の足の動きに合わせて床を逆方向に駆動する仕掛けが必要である。次に、歩行による移動 のもう一つの重要な機能として、方向の変換がある。好きな方向に行けるのでなければ自然な歩行とは言えない。移動の打ち消 しと方向の変換をどうやって同時に実現するかということが、歩行移動インタフェースの中心的な技術になる。本研究では、ロボットタイルの研究において得られた知見を活かし、全方向トレッドミルのような汎用性を有する新たな歩行 移動インタフェースの開発を行った。この新方式には試行錯誤が必要なため、３つの段階を踏んで、５年間の研 究を進める。 [Increment 1] 可動モジュール単体の開発 （H２９～３０） [Increment 2]８個の可動モジュール群による、問題点の洗い出し （H３１） [Increment 3] ２５個の可動モジュール群によるシステム全体の構築と評価 （H３２～３３）
本年度は、 まず可動モジュール単体の開発から着手した。可動モジュールに所定の性能をもたせるためのテストベッドを設計し試作した。可動モジュールは任意の方向に動く必要があるため、そのような機能を有する駆動機構を製作した。基本機能は、既存のロボットタイルと同じであるが、ゾル・ゲル変換を円滑に行うために、小型化が必要である。さらに走行速度を上げるために、摩擦力の大きな車輪を搭載するとともに、駆動力が有効に伝達される床の材質を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究ではロボットタイルを出発点に、新たな歩行移動インタフェースの実現を目指している。ロボットタイルは４～６台の全方向移動機構を有する床が、飛び石のように連なり、歩き去った後のタイルが歩行者の前方に戻ってきて新たな歩行面を提供するものである。歩行方向が変わると、その方向にタイルが迎えにくるので、任意の方向に歩行が可能である。タイル上面に昇降機構を載せれば、階段などの凹凸面の提示も可能である。
しかし、タイルを駆動させる車輪と床の間の摩擦力に限界があるため、タイルの加減速と最高速度に制約がある。このため、歩行速度の上限が低く（秒速２０cm程度）、次のタイルが迎えに来るのを、立ち止まって待たなければならないのが実状であった。また、従来のロボットタイルはオムにディスクとよばれる複雑な全方向移動機構を有しているため小型化が困難で、コストも高かった。
これらの問題点を踏まえ、本年度は新しい駆動機構を有する可動モジュールの設計を行った。この新機構は、２つの動輪の差動によって全方向の移動を実現するもので、人が載る天板は、動輪が向いている方向とは来異なる任意の方向を向くことができるように旋回軸を備えている。この可動モジュールを試作し、動作を確認した。最高速度は毎秒速１ｍに達し、大幅な性能向上が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、多数の可動モジュールがゾル・ゲル変換を行う「可変形状床」という独創的な概念に基づく新たな歩行移動インタフェースの実現を目指す。これは、歩行面を多数の可動モジュールの集合体で構成し、歩行者が立つ部分はそれらが密に結合し、流動性のないゲル状になる。その歩行面の周辺には、可動モジュールが互いに結合せず、流動性のあるゾル状になっている。歩行者が移動してゲル状領域の端に近づくと、ゾル状の可動モジュールがそこに寄り集まってきて新たなゲル状の歩行面を生成する。歩き去った後のゲル状可動モジュールは結合を解き、周囲のゾル状可動モジュール群に溶け込む。歩行者が移動すると、ゲル状領域が反対方向に移動し、元の位置に戻す。この機能により任意方向の移動を打ち消すことが可能になる。このようなゾル・ゲル変換による形態生成は、真性粘菌などの生物が行動する際のモデルとなっており、床の形状変化を効率的に行う手法として有効である。
今後の方針としては、このような可変形状床を実現するために、以下の研究項目を設定し、段階的（インクリメンタル）に研究を進める。
[Increment 1] 可動モジュールの全方向移動機構と位置検出センサーを開発する。
[Increment 2] ８個の可動モジュールを製作し、ゾル・ゲル変換および、歩行者の移動ができるか確認する。
[Increment 3] ２５個の可動モジュールを製作し、ゾル・ゲル変換を行うアルゴリズムを開発し、システム全体を完成させる。
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