2019 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、次の３つの段階を踏んで、５年間の研究を進めている。 [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 （R１）[Increment 3] 改良された２０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 （R2～3）。
本年度は以下の研究項目を実施した。③ゾル・ゲル変換実験：８個の可動モジュールテストベッドを製作し、それらを協調的に制御し、ゾル・ゲル変換を行うプログラムを開発した。④歩行者の移動実験：また、ゲル状態では、歩行者を載せて引き戻すことが必要であるため、実際に被験者が載って走行実験を行った。
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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。本研究ではタイルに相当する全方向移動機構として、可動モジュールの設計と製作を行ってきた。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。
本年度は、試作したこの可動モジュールが歩行者を載せて走行する実験を行い、改良を加えた結果、所定の速度で引き戻しができる性能を有していることを確認した。そして、ゾル・ゲル変換走行を行うための準備として、楕円状の循環走行軌道を生成し、その目標値にそって走行できることを確認した。さらに、複数台のタイルが協調して循環軌道を走行するようなプログラムを開発した。
上記の成果によって、多数のタイルを用いてゾル・ゲル変換走行を行う準備が整った。
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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] 改良された20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。これに加えて歩行者に加速度感を提示する手法を開発する。
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