WO1996002887A1

WO1996002887A1 - Virtual reality and remote reality system

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Publication number: WO1996002887A1
Application number: PCT/JP1995/001426
Authority: WO
Inventors: Junji Furusho; Akihito Sano; Akio Inoue
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1996-02-01
Also published as: KR970705095A; KR100222628B1; EP0775961A1; CA2195227A1; CN1156513A; JP3585498B2; CA2195227C; DE69523323D1; CN1135480C; EP0775961B1; US6310604B1; DE69523323T2; EP0775961A4; RU2131621C1

Description

明細書

仮想現実感および遠隔現実感システム

背景技術

産業上の利用分野

本発明は、デザイン、教育、訓練、娯楽、危険作業、微細 Z超微細作業などの分野に利用される、いわゆる仮想現実（バーチャルリアリティ）や遠隔現実（テレリアリティ）に係り、特に、コンピュータで作り出される仮想世界または実際に存在する遠隔世界における力学的感覚を、電気粘性流体の流動抵抗を ^気的に変化させる制御機構を用いて、操作者に実時間で呈示する仮想現実感システムおよび遠隔現実感システムに関する。

本発明による仮想現実感システムまたは遠隔現実感システムは、また、運動 ' 感覚系の中で認識された情報、すなわち、身体の動きをともなう力学的感覚に関する情報を表示する、ハブチック（触覚）インタ一フェイスとしても利用される。

用口明 .

本発明に言う仮想世界とは、コンピュータによりディスプレイ上に作り出される画像（例えば、コンピュータグラフィックスなど）の世界を言う。この種の画像は、ブラウン管、スクリーン、フラットディスプレイ、 3次元ディスプレイなどのいずれに形成されるものであってもよい。これら視覚ディスブレイ上に作り出された画像と、力学的感覚呈示デバイスにおける電気粘性流体の流動抵抗は、遠隔世界の場合と同様、実時問で連動している力遠隔世界の場合のような現実的な力学的作用は伴わない。なお、本発明で言う実時問とは、画像処理や電気的または力学的伝達のための極めて短い時間の遅れは含むが、実質的に殆ど遅れがないことを指す。

本発明で言う遠隔世界とは、原子力、海洋、防災、宇宙などの分野における、危険な環境下での極限作業や、医療、電子部品、マイクロマシニングなどの分野における微細/超微細作業などの力学的作用がなされる世界である。すなわち、力学的感覚呈示システムの操作者から、ロボット、マ二ュピレ一タなどの機械的媒体を介して、力学的作用がなされる離れた世界であり、操作者のいる世界と同 —の物理法則が働く現実の世界である。したがって、力学的感覚呈示システムの操作者が置かれた世界と、力学的作用がなされる遠隔世界とは、実時間で連動していることになる。

本発明にいう仮想現実感システムとは、コンピュータによって作り出された仮想の世界に、あたかも自分が存在して行動や作業をしているような、実時間の臨場感を抱かせるシステムである。従来は、視覚や聴觉に訴えるものが主体であつたが、本発明によるシステムは、それら以外に、特に力学的感覚に訴えるものであ。

また、本発明に言う遠隔現実感システムとは、極めて微細な世界や、危険な世界、あるいは環境の悪い世界などの、特異な実在世界の中に起こる事象を、口ボットなどの機械的媒体を通して、実時間の臨場感をもって各種の感覚、特に力学的感覚に訴えるものである。

本発明に言うテレイグジスタンスシステムとは、仮想現実感システムと遠隔現実感システムとの双方を含む概念である。

本発明に言う力学的感覚とは、触覚や体感、すなわち、人問の手足の操作にともなう感覚、あるいは人問の体に対する外部物体の作用にともなう感觉を意味する。触覚は、例えば、押す、引く、触れる、握る、回す、叩く、蹴るなどの作用にともなう、柔らかい、固い、重い、鞋ぃ、強い、弾力的、粘性的などの感覚であり、体感は、例えば、押しつける、引きつける、締め付けるなどの作用にともなう同様の感覚である。

本発明による力学的感覚呈示デバイスは、人問の手足や体に疑似した、グロ —ブ、フィンガ、アーム、グリップ、エルボ、などの形態で用いられる。電気粘性流体を用いた本発明による力学的感覚呈示デバイスは、従来の純機械的な装置に比べて、単純でコンパクトな構造にすることが可能である。

本発明に言う力学諸量とは、位置、角度、歪量、速度、力、圧力、加速度などであり、これらを検知するセンサは、一股に、力学的感覚呈示デバイスに取り付けられる。また、遠隔世界で力学的作用を行なう出力系にも取り付けられることが多い。

本発明に言う電気粘性流体とは、電界を印加した際に、その粘性が瞬間的かつ可逆的に変化する流体であり、分散系電気粘性流体と均一系電気粘性流体とに大別される。分散系電気粘性流体は、誘電体粒子を絶緣油に分散させたものであり、均一系電気粘性流体は、粒子を用いないものである。分散系電気粘性流体に用いられる粒子としては、以下のものがある。

( 1 ) 無機粒子

イオン分極可能な水、酸、アルカリ、あるいは有機電解質などを含んだ、シリカまたはゼォライトなど。

( 2 ) 有機粒子

ィォン交換樹脂ゃセルロースなど。

( 3 ) 半導体粒子

水を含まずイオン分極よりは電子分極を生じ易い炭素やポリアニリン、あるいは金属フタロシアニンなど。

( 4 ) 表面に絶縁性薄膜を被覆した、金属粒子や導^ポリマー性粒子。

( 5 ) 異方導電性や非線形光学特性をもつ材料からなる粒子。

また、絶縁油としては、一般に、シリコ一ン油、フルォロカーボン油、鉱物油、パラフィン、芳香族エステル油、脂肪族環状化合物エステル油、天然油などの電気絶縁性および機械 ·物理 .化学的特性が安定なものが使用される。

一方、均一系電気粘性流体としては、液晶性、粘度異方性、両親媒性、強誘電性、高双極子能率などをもつ物質、あるいはその溶液が用いられる。中でも液晶、特に高分子液晶が好ましい。

分散系電気粘性流体は、一般に、電界印加時に、剪断応力が剪断速度によらず大略一定である、いわゆるビンガム流動を示す。一方、均一系電気粘性流体は、一般に、剪断応力が剪断速度に比例する、いわゆるニュートン流動を示す。従来の技術

コンピュータで作り出された仮想の世界や、実在するが極めて微細な世界ゃ危険な世界の中に、あたかも自分が存在して直接作業をするような実時間臨場感を抱かせる、いわゆる仮想現実（バーチャルリアリティ）や遠隔現実（テレリアリティ）の技術力 ^s盛んになりつつある。操作者である人間に高い臨場感を与えるためには、高機能な力学的感覚呈示デバイスが不可欠である。また、それと関連するセンサ、ァクチユエータ、コンピュータシステムなど、システム全体にわたる幅広い研究が必要である。

仮想現実感システムで使用される力学的感覚呈示デバイスに関しては、下記のような技術が報告されている。

(1 ) M. M i n s k y他による、 ACM S I GGRAPH、 V o に 2 4、 235、 1 990は、仮想的な物体の表面のテクスチヤを指に伝える「仮想やすり」を開示している。移！]可能な全ての方向の位置を検出するセンサを倔え、各方向の軸にモータとブレーキが取り付けられた、大型の特殊なジョイスティック力作り出す抵抗感でテクスチユアを表現し、仮想の物体の表而の状態を手で感じ取られるように工夫されている。 (2) 岩田他による、 ACM S I GGRAPH、 V o l . 2 A , 1 65、 1 990は、仮想の物体に触れた際の力学的感覚を、特殊なディスクトップ -マニピユレータを通して、操作者の手や指に伝える装 Εを開示している。このディスクトツプ 'マユビュレータは、金屈製の小さなパンタグラフを幾つも組み合わせた巧妙な形状を有し、それに指先を入れることによって、モータと機械的機構を用いて発生させた力を操作者の手や指に伝える。

( 3 ) 橋本他による、日本ロボット学会誌、 V o し 1 0、 903、 1 99 2は、人間の手の動作を解析するためのグローブを開示している。このグローブは、 3指 1 0自由度をもつ、ワイヤ伝達モータ駆動のグローブであり、センサグローブと呼ばれている。

(4) 佐藤他による、電子情報通信学会論文誌、 D— 2, V o l . 7、 88 7、 1 99 1は、指に連結した数本の糸の張力をソレノィドで調整することによつて、立体視用メガネを通して見たディスプレイの画像に指で触れたときの感覚を表現する技術を開示している。

(5) ラトガース大学の服部による、 " 人工現実感の世界" 、工業調査会、 1 5 1、 1 99 1は、指先が仮想的な物体に触れた際に生じる力を機械的に発生させ、そこにあたかも物体があるような感覚を指に伝える技術を開示している。これは、親指、人差し指、中指の 3本の指に、マイクロ ' シリンダを取り付け、これらのマイクロ . シリンダにリアルタイムで空気を送り込むポンプと連結し、指先力仮想的な物体に触れた際に空気圧を送り込んで、指を押し戻す力を発生させるものである。

(6) 特表平 6— 50 7032 (PCT/GB 92/00 729) 、および田中他による日本機械学会、第 Ί 1期通常総会講演会講演論文 ½、 N o. 4、 3 73、 1 994は、操作者の手に直接装^して、力学的感覚の呈示を行なう流体グローブを開示している。この流体グローブは、流体（空気）の圧力制御を用いて、ロボットの把持動作などに応じた作業感覚（触覚）を実現するものである。また、電気粘性流体を機械出力制御に用いることは、以下の文献に記載されている。

( 1 ) ドィッ特許 D E 3 8 3 0 8 3 6 C 2は、航空機のパワーシユミレータに電気粘性流体を利用する技術を開示している。これは、自動車のパワーステアリングと同様、筋力操作の補助や、オーバーアクションの防止のための一種のサーボ支援装置に関わるものである。

( 2 ) 池田他による、第 1 1回日本ロボット学会学術講演会予稿粜、 9 8 7、 1 9 9 3は、生体ァクチェ一タの出力制御に電気粘性流体を利用する技術を開示している。これは、人工筋肉的な機械出力の調整装置に関わるものである。

電気粘性流体を利用したこれらの装置は、いずれも機械出力の制御に関わるものであり、力学的感覚の呈示、特に、仮想現実感システムの力学的感覚呈示に関するものではない。

上述した従来の力学的感覚呈示デバイスは、種々の閗题点を有する。例えば、モータを用いた装置は、大がかりとなり、自由度の数が限られ、応答性が悪い。また、ソレノィドゃ空気圧シリンダを用いた装置は、制御性が悪く、微妙な感覚の呈示が難しかった。発明の開示

本発明の目的は、多自由度で、微妙な力学的感党をも呈示できる、臨場感に優れた、コンパクトな力学的感覚呈示デバイスを有するテレイグジスタンスシステムを提供することである。

この目的を達成するために、本発明者らは、電気的にその粘性を変化できる電気粘性流体を、単なる機械出力の制御に用いるのではなく、粘性変化に基づく流動抵抗の変化を、感覚呈示に適応することを思いつき、その方法について鋭意検討を重ねた結果、本発明に到った。

本発明によれば、画像の形で与えられた環境への、操作者の行動に応答して、力学的感覚を前記操作者に呈示するテレイグジスタンスシステムであって、

与えられた画像信号に基づいて前記画像を表示する画像呈示装置と、前記力学的感覚に対応するカ覚信号を発生するコンピュータと、

前記カ覚信号に基づいて電気粘性流体の流動抵抗を電気的に変化させる制御手段と、前記流動抵抗によつて制御されたカを前記操作者に及ぼすカ覚付与手段とを有する力学的感覚呈示デバイスカ提供される。

前記テレイグジスタンスシステムは、さらに、前記力学的感覚呈示デバイスの力学的諸量を検知するセンサを有し、該センサの出力信号が前記コンピュータにフィードバックされ、前記コンピュータは、前記センサの出力信号によって、前記力学的感覚呈示デバイスおよび前記画像呈示装置の少なくとも一方を制御してもよい。

前記力学的感覚呈示デバイスは、さらに、前記カ觉付与手段を駆動する駆動系を有してもよい。

画像の形で与えられた前記環境が遠隔世界であり、該遠隔世界を撮像し前記画像信号を出力する撮像手段と、該遠隔世界の力学的作用を検出し、その出力信号を前記コンピュータにフィ一ドバックする遠隔世界センサとを具備し、

前記コンピュータは、前記撮像手段から出力された前記画像信号および前記遠隔世界センサの出力信号の少なくとも一方に ¾いて、前記力党信号を発生し、前記力学的感覚呈示デバィスに供給してもよい。

画像の形で与えられた前記環境が仮想世界であり、前記コンピュータは、該仮想世界の画像を予め格納しており、前記仮想世-界の画像に ¾いて前記画像信号を前記画像呈示装置に供給するとともに、前記仮想世界の画像に ¾いて前記カ覚信号を前記力学的感覚呈示デバィスに供給してもよい。前記電気粘性流体は、電界印加時にビンガム流動を示す電気粘性流体であつてもよい。

前記電気粘性流体は、電界印加時にニュートン流動を示す電気粘性流体であつてもよい。

前記電気粘性流体は、電界印加時にニュートン流動を示す ¾気粘性流体とビンガム流動を示す電気粘性流体の双方であつてもよい。

本発明の特徴は、力学的感覚呈示デバイスとして、電気粘性流体を用いたデバイスを採用した点にある。電気粘性流体は、印加する電界の強さに応じて、その粘性を変化するため、その流動抵抗を電界強度によって制御することができる。この力学的感覚呈示デバイスを用いることによって、出力側の質量を小さくすることが可能となり、出力ノ慣性の比を極めて高くとることができる。このため、仮想世界や遠隔世界で生じる力学的感覚を、現実に近い感覚で呈示することができる。また、多自由度の動きを行なう力学的感覚呈示デバイスをも、簡単かつコンパクトな構成で実現することが可能となる。この力学的感覚呈示デバイスと画像呈示装置とを、コンピュータで連動することによって、優れた力学的感覚呈示機能を有する、コンパクトな仮想現実感システムや遠隔現実感システムが実現できる。図面の简単な説明

図 1は、本発明による、現荚感システムを校式的に示すブロック図である。図 2は、本発明による遠隔現荚感システムを校式的に示すプロック図である。図 3は、パッシブカ学的感党呈示デバィスの作！)形態を示すブロック図である。

図 4は、ァクティブ力学的感覚呈示デバィスの作動形態を示すブロック図である。図 5は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 1に使用される、グロ一ブ型力学的感覚呈示デバィスの基本部分となる、形状再生ボ一ルの構成を示す斜視図である。

図 6は、図 5の形状再生ボールの表面部分の構造を示す断面図である。

図 7は、図 5の形状再生ボールが、データグローブに接着された状態を示す斜視図を中心として、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 1の全体構成を示す図である。

図 8は、上下左右 3 6 0度の方向にピンを有する形状再生ボールを、データグロ一ブで握つた状態を示す一部断而斜視図である。

図 9は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの实施例 2を示すブロック図であり、特に、本発明を適用した自動運転シミュレーションシステムのハンドル装置に使用される、パッシブな力学的感觉呈示デバイスの断面を示す。

図 1 0は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 3で用いる、力学的感覚呈示デバィスの構成を示す概略図であり、電気粘性流体を用いた油圧システムを採用した遠隔現実感システムで使用する力学的感覚呈示デバィスの作動原理を示している。

図 1 1は、実施例 3の全体構成を示すプロック図であり、特に、図 1 0の油圧システムにおける、ホイストンブリツジを構成する 4つの電気粘性流体バルブ、および一つのビストンの断而を示している。

図 1 2は、図 1 1に示すホイストンプリッジの操作者側のグリップ部分を示す断面図である。

図 1 3は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 4を示すプロック図であり、特に、本発明を適用した自動 If!巡転シミュレーションシステムのハンドル装置に使用される、ァクティブな力学的感覚呈示デバイスの断面を示す。

図 1 4および 1 5は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 5 を示す図であり、図 1 4は、 X Y平而での力学的感觉を呈示できる力学的感覚呈示デバイスを示す斜視図、図 1 5は、この力学的感觉呈示デバイスを使用した仮想現実感システムを示すプロック図である。

図 1 6〜 1 8は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 6を示す図であり、図 1 6は力学的感: 示デバイスを中心とした全ィ成を示すブロック図、図 1 7は電極ュニットを示す断面図、図 1 8は 5本の指で仮想物体 9を把持するときの状態を示す図である。

図 1 9は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 7で用いられる力学的感覚呈示デバイスを示す部分断面図である。

図 2 0は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの实施例 8を示す概略図であり、本発明を仮想つりゲームに適用した例である。発明を実施するための ¾良の形態

実施例

以下、実施例をもって本発明の内容を具体的に説明する力その前に、本発明によるテレイグジスタンスシステムの概要を説明する。

図 1および 2は、本発明によるテレイグジス夕ンスシステムを模式的に示したブロック図であり、図 1は仮想現実感システムを示し、図 2は遠隔現実感システムを示す。

図 1 に示す仮想現実感システムは、力学的感覚呈示デバイス 1 と、センサ 2 と、画像呈示装置 3と、コンピュータ 4を具倔している。センサ 2は、力学的感覚呈示デバイス 1に接続され、その力学的諸を検出して、検出量をコンビュ— 夕 4にフィードバックする。ただし、センサ 2は、このシステムに必ずしも必耍なものではない。画像呈示装 : 3は、仮想世界を画像表示して、本仮想現実感システムの操作者に呈示する。図 2に示す遠隔現実感システムは、図 1 に示す仮想現実感システムに、遠隔現実世界で作業するロボット 5と、ロボット 5の位置や励きを検出するセンサ 6 と、遠隔世界を撮像するカメラ 7とを加えた構成を備え、画像呈示装置 3は、仮想世界の代わりに、遠隔世界を画像表示する。センサとしては、遠隔世界の力学的作用を検出する力学的センサが用いられている。また、力学的感覚呈示デバィス 1は、ロボット 5の操作手段と一体化されている。カメラ 7によって撖像された遠隔世界からの画像信号は、画像呈示装置 3およびコンピュータ 4に、それぞれ直接供給してもよいし、画像呈示装置 3を経由してコンピュータ 4に与えてもよい。逆に、コンピュータ 4を経由して画像呈示装- 3に与えてもよい。センサ 6からの信号は、コンピュータ 4にフィ一ドバックされ、力学的感觉呈示デバィス 1および Zまたは画像呈示装置 3の制御に佻される。

これらのシステムにおける力学的感覚呈示デバイス 1は、電気粘性流体の流動抵抗を電気的に変化させる制御機構を有するが、パッシブ力学的感覚呈示デバイスと、ァクティブ力学的感覚呈示デバイスとに分！'される。

図 3は、パッシブ力学的感覚呈示デバイスを示す。これは、電気粘性流体 ( E R流体） 1 1の粘性を、制御機構 1 2によって^気的に制御し、流動抵抗を変化させて、力学的感覚呈示出力 1 3とする。パッシブ力学的感覚呈示デバイスとしては、以下のような機構が使用される。

( a ) 平行板または同心二重（または多 ffi) 円筒状の固定^極間に、気粘性流体を介在させ、その電気粘性流体に^界を印加して、その粘性を制御し、流動抵抗（または流体圧力）を変化させる機榄。

( b ) —方が固定され、他方が可動な、平行板または同心二 St (多 ffi) 円筒状の電極間に、電気粘性流体を介在させ、その気粘性流体に^界を印加して、その粘性を制御し、可動電極が移動する際の流動抵抗（または剪断応力）を変化させる機構。この場合の可動電極の動きは、可動 ¾極が平行板の場合はスライド運動となり、円筒の場合は、同心円の軸を中心とした回転となる。

これらの制御機構を取り入れた、具体的な力学的感覚呈示デバイスとしては、二重または多重の同心円筒タイプのオリフィス、シリンダとピストンの組み合わせ、一対または複数対の平行板タイプのスリット、スライダ、ディスク、フランジなどが一般的である。

図 4は、アクティブ力学的感覚呈示デバイスを示す。このデバイスは、電気粘性流体 1 1を、制御機構 1 2によって電気的に制御して、流動抵抗を変化させ、この流動抵抗によって、さらに駆動系 1 4の出力を制御して、それを力学的感覚呈示出力 1 5とする。

すなわち、アクティブ力学的感覚呈示デバイスは、駆動系の力学的出力を電気粘性流体の流動抵抗で制御する。その機構は、パッシブ力学的感覚呈示デバィスの場合と同様であり、出力形態としても、円筒タイプや平行板タイプが一般的である。

ァクティブ力学的感覚呈示デバィスの駆動系としては、モータ、ソレノィド、空気圧、油圧、ワイヤなどの外部駆動型のものや、スプリング、板パネ、ワイヤパネ、ゴム、エラストマなどの自己形状回復力を用いた内部駆」型のものが、単独または組み合わせて用いられる。

コンピュータ 4は、力学的感覚呈示デバイス 1 と画像呈示装置 3とを、予め入力されたデータベースおよびプログラムに ¾づいて迚励させるものである。コンピュータ 4は、センサ 2からの信号、および/または画像呈示装置 3からの信号を処理し、その処理結果を力学的感觉呈示デバイス 1に供給する機能を持つ。さらに、コンピュータ 4は、予めィンプットされたデータベースおよびプログラム、あるいはセンサ 2からの信号に基づき、気粘性流体に印加する界強度を演算し、この演算結果によって電界を変化させて、 ' 気粘性流体の流動抵抗を制御する。図 2に示す遠隔現実感システムにあっては、さらに、遠隔世界との連動をもコンピュータ 4が担う。なお、この機能は、コンピュータ 4を補助するための別のコンピュータが担うこともできる。

力学的感覚呈示デバイス 1 として、剪断応力が剪断速度によらずほぼ一定である、ビンガム流動を示す電気粘性流体を用いた場合、固体摩擦的な抵抗の再現 ' 呈示に優れている。このため、押す、引く、握る、回す、蹴る、などの初期（始動）や最終（停止）操作における抵抗感覚が、現実に近い状態で呈示される。一方、剪断応力が剪断速度に比例する、ニュートン流泐を示す電気粘性流体を用いた場合、粘性的な抵抗の再現 *呈示に優れている。したがって、触れる、探る、絞る、回す、などの操作や、連続操作過程での抵抗感觉が、現実に近い状態で呈示される。ビンガム流動を示す電気粘性流体と、ニュートン流動を示す電気粘性流体とを組み合わせて用い、かつ独立に制御することによって、全ての操作を現実により近い感覚で呈示できる。

力学的感覚呈示デバィス 1 によって呈示される感覚は、電気粘性流体の流動抵抗のみに基づくパッシブな力、あるいは、駆動系の出力とこの流動抵抗との組み合わせによるアクティブな力で表現される。気粘性流体は、それ自体では駆動力を発生するものではないから、パッシブな力は、操作者の出す力以上の大きな力が発生する心配はない。したがって、パッシブな力は、安全な力学的感觉呈示デバイスを構成するに適している。しかし、現実的な力学的感覚呈示には、他 .の駆動力を組み合わせたアクティブな力の発現が、より適している場合が多い。

本発明に用いる力学的感覚呈示デバイスは、 ft!気粘性流体の流励抵抗を電気的に変化させて呈示するものであり、 ¾気粘性流体は、 i 気的に応答よくその粘性を変化する。従来の力学的感觉呈示デバイスのように、多くの機械部品を使用することもなく、コンパクトで、応答も速い c また、モータなどに較べ、出力側部品の質量を極めて小さくすることが可能であり、大きな出力慣性の比を得ることができる。そのため、所望の加速度、振泐数、あるいは波形などの出力を得ることができる。たとえば、卩 [1く、さする、撫でる、つつく、揉む、 ^れるなどのことばで表現される微妙な力を発現、あるいは再現することが可能である。換言すれば、力に様々の色を付けることが可能となり、これまでにない優れた力学的感覚の呈示が可能となる。この結果、臨場感に優れた仮想現荚感システムあるいは遠隔現実感システムを実現できる。

なお、これらのテレイグジスタンスシステムには、力学的感覚呈示デバイス 1や画像呈示装置 3以外の、聴觉、臭覚、味覚や、痛い、痒いなどの触覚を呈示する装置を、コンピュータ 4、あるいは別のコンピュータを介して、連動させることも可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例 1

図 5— 7は、本発明による仮想現実感システムの突施例を示す図である。この実施例は、電占性流体を用いたグロ—ブ型力学的感觉呈示デバィスを備えた、仮想現実感システムの例である。

図 5は、グロ一ブ型力学的感觉呈示デバィスの本部分となる、形状再生ボ —ル 1 0 1の内部構造を示す斜視図である。ボール 1 0 2の表面には、円筒状の穴 1 0 3が多数設けられ、各穴 1 0 3には、ピン 1 0 4が、絶緣性の部分的スぺーサ 1 0 5によって、穴 1 0 3の内壁面と一定の [JiJ隙を保って、挿入されている。この間隙および穴の奥部には、電気粘性流体 1 0 6が充填されている。電気粘性流体 1 0 6は、ピン 1 0 4の動きに応じて、ボール内部の流体溜め（図示されず）や部分的スぺ一サ 1 0 5の隙問を通して、容易に移動できるようになつている。ボール 1 0 2は負電極、ピン 1 0 4 は正? II極になっており、各ピン 1 0 4 には独立に電圧を印加できるように配線されている。なお、ボール 1 0 2は、その直径が 4 0 m mのアルミニウム製のボールである。また、穴 1 0 3は、 Bl径が 5 m m の穴であり、ピン 1 0 4は、直径 4 m m、 βさ 2 5 m mのアルミ二ゥム製のピンで、移 M旨製の平釘頭を有している。したがって、ピン 1 0 4 と穴 1 0 3の内壁面との間隙は、 0 . 5 m mとなる力 ^?、この問隙は、テフロン製のスぺーサ 1 0 5によって保たれている。

図 6は、形状再生ボール 1 0 1の表面部分の断面構造を示す。ボール 1 0 2 は、全体を柔らかいゴムボール状のラバ一 1 0 7で包まれており、ピン 1 0 4の平釘頭がラバ一 1 0 7の内壁面に接着されている。なお、ラバー 1 0 7の直径は 5 5 m mである。電気粘性流体 1 0 6は、上述したように、スぺーサ 1 0 5によつて一定の間隔に保たれた、ピン 1 0 4 と穴 1 0 3の ^隙、および穴 1 0 3の奥部に充填されるとともに、ラバー 1 0 7の内壁而とボール 1 0 2の表而との問隙にも充填されている。

図 7は、ラバ _ 1 0 7とデータグローブ 1 0 8との (¾係を示す図である。デ一タグローブ 1 0 8は、指の曲げ角などを計測するためのもので、データグロ一ブ 1 0 8の内側に、ラバ一 1 0 7が接着されている。したがって、手を握ったり開いたりする動作に応じて、ピン 1 0 4が穴 1 0 3を内を往復する。この際、ェァシリンダなどの外部駆動系を用いる必要は全くない。

電気粘性流体 1 0 6は、電界の強さに応じて粘性が変化する。すなわち、ピン 1 0 4 と穴 1 0 2 との問隙に充填された、気粘性流体 1 0 6に電界を印加すると、その粘性が電界強度に応じて ¾減する。したがって、界強度によって、電気粘性流体 1 0 6の流動抵抗を変化させて、ピン 1 0 4の-動きを重くしたり軽くしたり、自在に制御することができる。

この形状再生ボール 1 0 1を用いた力学的感党呈示デバイス 1 と、画像呈示装置 3とを、図 7に示すようにコンピュータ 4で迚動させると、現実的な感覚をもつて仮想物体を把持することができる。

先ず、指を徐々に閉じていく。コンピュータ 4の中に構築され、画像呈示装置 3に映し出された仮想物体に、接触した指に対応するピンから顺に電圧を印加してロックしていく。ここで、指の動きは、データグローブ 1 0 8に取り付けられた光ファイバ型センサ 2によって計測され、コンピュータ 4に入力されコンビュータ 4によって、各ピン 1 0 4に印加される ^圧が制御される。最終的には、仮想物体と指が接触する箇所の全てのピンに電圧が印加され、それらのピンが口ックされる。これによつて、操作者は、画像に映し出された仮想物体を、あたかも実際に把持しているかのような感觉を、視覚と力学的感覚の両方から得ることになる。逆に、指を開いていく際には、電圧は解除され、各ピン 1 0 4は自由に動くことになる。こうして、データグローブ 1 0 8は、操作者の握力で開いた状態となる。

図 8は、形状再生ボール 1 0 1の変形例を示す部分断而図である。この形状 ¾tボール 1 0 1は、上下左右 3 6 0度の方向に、ピン 1 0 4をもっているため、より現実的な把持感覚を呈示することができる。仮想物体（この場合は直方体） 1 0 9に接触した指の部分のピン（斜線部）から順に' 圧を印加してロックしていく。

図 8に示すような力学的感覚呈示デバイスは、極めて多くの自由度をもっため、指先のみならず、指の腹部や掌の部分に対して、仮想物体の接触 ·把持の感覚を呈示できる。特に、指力機械的に包み込まれるような状態に拘束されていないので、装着感もよい。さらに、本力学的感党圼示デバイスはコンパクトであるため、実空間を自由に移動させて使用することができる。

使用する電気粘性流体 1 0 6 として、ィオン交換樹脂粒子（三菱化成（株）、 M C Iゲル · K 0 8 P、 N a型、粒径約 3 m、含水率 6 w t % ) をシリコーン油（1 0 0 c s t ) に、粒子濃度 3 0 V 0 1 %で分 Kさせた、分妝系気粘性流体を用いた場合、固い仮想物体を桐み始める際や、坰んで握りしめる際の感覚が現実に近い形で得られる。一方、液品シリコーンからなる均一系の ¾気粘性流体 (旭化成（株）、試作サンプル A D O 1 ) を用いた場合、柔らかい仮想物体を握る際の感覚呈示に優れ、人と握手するような感觉が捋られる。

本実施例の仮想現実感システムは、駆動系を使用していない、パッシブな力学的感覚呈示であるが、従来の空気圧を用いたシステムより； K細な力の再現が可能となる。また、光ファイバ型センサ 2を取り外した状態でも、他の感覚呈示装置、例えば、音声呈示装置と連動して手指を動かすことも可能である。この場合、電気粘性流体 1 0 6への電界印加は、コンピュータ 4に内蔵されたデータベースおよびプログラムに基づいて行われ、操作者は、音声を聴きながら、画像呈示装置 3によって呈示される画像の動きを見て、手指を励かしていく。このようなシステムは、安全な、指先機能リハビリ装や微細作 ¾訓練装^として利用できる。微細作業訓練装置は、拡大画像に対する微細操作や、微弱な把持力で行う操作などの訓練に利用する装置である。実施例 2

図 9は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 2を示す断面図である。この実施例は、本発明による仮想現実感システムを、自動車運転シミュレーシヨンシステムに適用した例である。このシミュレーションシステムは、ハンドル操作に対応して仮想運転状態の画像が変化し、それに応じた力学的感覚がハンドルに呈示されるようになつている。

図 9において、回転自在のハンドル 1 1 ()の回! | 軸に、垂 ώ:に取り付けられた円板 1 1 1は、 1 . 0 m mの一定問隙を保ちながら、上下から平行に 2枚の固定円板 1 1 2および 1 1 3で挟まれている。ここで、ハンドル 1 1 0は、直径 3 2 0 m mのハンドルである。また、円板 1 1 1は、「!：!；径 2 5 0 m mのアルミニゥム製の円板であり、円板 1 1 2および 1 1 3は、直径 2 0 0 m mのアルミニウム製の円板である。これら 2枚の固定円板】 1 2および】】 3 と、円板 1 1 1 との間隙には、電気粘性流体 1 0 6力、 -充墳されておいる。そして、図 9に示すように、円板 1 1 1 と固定円板 1 1 2 との問に充填された ?Ε気粘性流体 1 0 6と、円板 1 1 1 と円板 1 1 3との問に充填された^気粘性流体 1 0 6とには、それぞれ独立に電界が印加されるようになつている。

コンピュータ 4に予めィンプットされた S本データベースおよびプログラムに従い、自動車の仮想運転状態の画像がディスプレイ 3に映し出される。ハンドル搮作を検出するセンサ 2、およびアクセル ' ブレーキ操作を検出するセンサ 2 a からの信号がコンピュータ 4にフィードバックされ、それぞれの操作に連動して画像が変化する。電気粘性流体 1 0 6に印加する界の強さは、画像およびァクセル . ブレーキ操作と連動して、コンピュータ 4で演される。コンピュータ 4は、演算した電界強度に応じて電気粘性流体 1 0 6に印加する電界を制御し、電気粘性流体 1 0 6の粘性抵抗を変化させる。この結果、ハンドル 1 1 0に力学的感覚が呈示されるようになつている。

実施例 1で用いた、ニュートン流動をする液晶シリコーン系の電気粘性流体を用いた場合、ハンドル 1 1 0を急激に大きく回す際や、緩やかに回し続ける際の感覚の再現性に極めて優れている。一方、ビンガム流動をするィォン交換樹脂粒子系の電気粘性流体を用いた場合、低速で転する際のハンドルの重い感觉や、細かなハンドルさばきの感覚の再現性に優れている。また、円板 1 1 1および上部の円板 1 1 2の間に液晶シリコーン系の気粘性流体を用い、円板 1 1 1および下部の円板 1 1 3の問にイオン交換樹胎系の¾気粘性流体を fflいた場合、上記の操作に合わせて、独立に印加 ¾圧を制御することによって、パッシブな力学的感覚呈示ではある力極めて現実の遝転状況に近レゝ感觉が得られる。実施例 3

図 1 0は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの实施例で使用する、力学的感覚呈示デバィスを示す概念図である。この实施例は、地の物体をロボット · グリップで操作する遠隔現荬感システムの例であり、図 1 0は、その力学的感覚呈示デバイスの作動原理を示す。

この遠隔現実感システムは、電気粘性流体 1 0 6を循環液とする油圧システムを駆動系に用い、電気粘性流体 1 0 6に印加する^界の強さによって、ピストン出力の方向や大きさを制御し、このピストン出力を、操作者側のマニュピレー夕に、力学的感覚として呈示するものである。図 1 0において、 ^気粘性流体 1 0 6は、ポンプ 1 1 4から出て、ホイストンブリッジ 1 1 5を循環し、容器 1 1 6に戻るようになっている。

図 1 1 は、ホイストンブリッジ 1 1 5の稱成を示す断而 [51である。ホイストンブリッジ 1 1 5は、二重円简型の fli極をする 4つの ¾気粘性流体バルブ 1 1 7、 1 1 8、 1 1 9および 1 2 0 と、ピストン 1 2 1 とから稱成されている。これら 4つのバルブへの電圧印加を制御することによって、ピストン 1 2 0を自由に動かすことができる。たとえば、電気粘性流体 1 0 6を循環させながら、バルブ 1 7 と 1 1 9に電圧を印加し、これらのバルブ部分の電気粘性流体の粘度を増大させて、実質的にバルブを閉状態にするとともに、バルブ 1 1 8 と 1 2 0には電圧を印加せずに、開状態にすると、ピストン 1 2 1は上向きに励く。逆に、バルブ 1 1 7 と 1 1 9の電圧を解除し、バルブ 1 1 8 と 1 2 0に¾¾を印加すると、ピストン 1 2 1は上向きに動く。このように、印加 ll界を制御することによって、ピストン 1 2 1の方向、速度、および出力を S巾に調整できる：なお、ビストン 1 2 1の出力の最大値は、ポンプ 1 1 4および気粘性流体 1 () 6の能力によつて決定される。

図 1 2は、ホイストンブリッジ型のビストン 1 2 1 を. Πいた、力学的感觉呈示デバイスを示す。シリンダ 1 4 4およびビストンロッド 1 2 1 aの端部には、指サック 1 4 5カ^?取り付けられている。この力学的感觉呈示デバイスは、図 1 1 の力学的感覚呈示デバィス 1 として、コンピュータ 4 に接続される。遠隔地の物体およびロボット 5のグリップ部分をカメラ 7で監視し、画像呈示装置 3に映しながら、グリップに取り付けた圧力センサ 6からの信号と、ビストン 1 2 1の動きとを、コンピュータ 4で逆動させることにより、遠隔地の物体への接触感を操作者に呈示することができる。

このホイストンブリッジ 1 1 5は、細いフレキシブルな配管で、コンパクトに作製でき、一つのポンプで、多くのホイストンブリッジに^気粘性流体を供給することが可能である。したがって、この方式によれば、多自度の動きをする遠隔世界を、より現実的な感覚で呈示する力学的感觉呈示デバイスを、简便かつコンパクトに作製することができる。本实施例による遠隔現実感システムは、油圧や空気圧を機械的な流体弁で制御する従来のシステムに較べて、応答性がよく、臨場感に優れた力学的感覚を呈示し、かつ装 Sを非常にコンパク卜に作製できる利点がある。実施例 4

図 1 3は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの实施例 4 を示す部分断面図であり、本発明をァクティブな力学的感觉を呈示する自 Hi力 Φ運転シミュレ —シヨンシステムに適用した例である。図 9に示す実施例 3は、パッシブな力学的感覚を呈示する自動車運転シミュレ一ションシステムであった力本実施例は、さらにァクティブな力学的感覚を呈示すようにしたものである。

図 1 3において、ハンドル 1 1 0の回 K舢 1 2 2には、円^^極 1 2 3を取り付けた上下 2個の円板 1 2 4が固定されており、回 .転軸 1 2 2は、上下 2力所のベアリング 1 2 5で支持されている。また、冋転軸 1 2 2には、リング状の深溝 1 2 6を設けた上下 2個のフランジ 1 2 7が、ベアリング 1 2 5 aを介して、回転自在に取り付けられている。各円筒 ¾¾ 1 2 3は、フランジ 1 2 7の深溝 1 2 6に、この深溝 1 2 6の内壁而と 1 . 0 m mの問隙を保持した状態で、それぞれ回転自在に挿入されている。また、各フランジ 1 2 7は、ベルト 1 2 8を介してモータ 1 2 9に接続され、反対方向に冋ー速度で回転するようになっている。

電気粘性流体 1 0 6は、深溝 1 2 6 と円筒電極 1 2 3 との問隙に所定量注入されており、上下の円筒電極 1 2 3には、それぞれ独立に ¾圧が印加できるようになっている。また、回転軸 1 2 2の下端には、ノヽンドル 1 1 0の位置および動きを、角度および回転加速度の形で検出する、加速度センサ 2が取り付けられてレ、る。

いま、円筒電極 1 2 3には電圧を印加しない状態で、モータ 1 2 9によって上下のフランジ 1 2 7を同一速度で回転させると、上下の円筒' 極 1 2 3には、同じ大きさで反対方向の回転力が発生し、ハンドル 1 1 0には何の回転力も伝わらない。次に、上の円筒電極 1 2 3にのみ l圧を印加すると、上の深溝 1 2 6に注入された電気粘性流体 1 0 6の粘性が増大し、ハンドル 1 1 0は、その粘性増大に比例した力で回転する。逆に、下の円筒? E極 1 2 3にのみ? IIEを印加すると、ハンドル 1 1 0は、反対方向に回転する。

このように、上下の円筒電極 1 2 3に印加する ¾圧を制御することによって、ハンドル 1 1 0の回転方向や回転力を自由に調¾できる。特に、円筒電極 1 2 3 やフランジ 1 2 7の材質を軽くすることによって、惯性カを小さくできるため、ハンドル 1 1 0に、所望の加速度をもつた回¾力や、所望の周波数をもつた振動を、発生させることも可能となる。

この仮想現実感システムによれば、センサ 2からの信号、および逆 i云シミュレーションの画像呈示装置 3へ供給する信号を¾に、力学的感覚呈示デバイス 1 に印加する電圧をコンピュータ 4で演^し、演 ίΐされた fit圧が円筒電極 1 2 3に供給され、力学的感覚を操作者に呈示する。これによつて、実施例 3の自動 ϊ|ί逆転シミユレーションシステムよりも、より現実性の高い力学的感觉を、操作者に呈示することができる。なお、画像呈示装 S 3の画像は、コンピュータグラフックスによる画像であり、ァクセルゃブレーキなどのセンサからの信号にも応答して動く。実施例 5

図 1 4および 1 5は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 5 を示す図であり、図 1 4は、 X Y平面での力学的感覚を呈示できる力学的感覚呈示デバイス 1を示す斜視図、図 1 5は、この力学的感觉呈示デバイス 1を使用した仮想現実感システムを示すブロック図である。本実施例による力学的感覚呈示デバイス 1は、図 1 3のハンドル 1 1 0の代わりに、プ一リ 1 3 1を取り付けた装置を 2台用いた、平行リンクの形態をとつている。

図 1 4および 1 5において、符号 1 3 2は、電気粘性流体 1 0 6の注入された電気粘性流体部であり、この部分の榄成は、図 1 3の対応部分と同様の構成となっている。すなわち、フランジ 1 2 7に形成された深溝 1 2 6に円筒電極 1 2 3を挿入し、その間隙に電気粘性流体 1 2 6を注入した構成となっている。したがって、電気粘性流体部 1 3 2は、それに印加される電圧に応じて、モータ 1 2 9の出力トルクを変化させて、プーリ 1 3 1に伝達する。

平行リンク（平行 4辺形を形成）の 4本のフレームの内、隣接する 2本のフレーム 1 3 3および 1 3 4には、プーリ 1 3 1 aおよび 1 3 1 b力それぞれ取り付けられている。これらのプーリ 1 3 1 aおよび 1 3 1 bは、ベルト 1 2 8を介して別個のプーリ 1 3 1 に接続され、それらの ίΰΐ転力を平行リンクの隣接フレ —ム； 1 3 3および 1 3 4に、それぞれ伝这する。フレーム 1 3 3および 1 3 4は、同心 2重回転軸 1 3 5に、回転自在に固定されている。また平行リンクの 4本のフレームは、相互に回転自在に取り付けられており、回転轴 1 3 5に対向する位置には、レバー 1 3 6が取り付けられている。したがって、プーリ 1 3 1から回転力が伝達されない場合には、レバー 1 3 6は、フレームの長さの範囲で、回転軸 1 3 5の周りの X Y平面を自由に移励することができる。

—方、電気粘性流体部 1 3 2の双方、またはいずれか一方のブーリ 1 3 1力、ら、平行リンクのプーリ 1 3 1 aおよびノまたは 1 3 1 bに回云力力、'伝達されると、それに従ってフレーム 1 3 3およびノまたは 1 3 4が回転し、レバー 1 3 6 に力力 ^伝達されるとともに、レバー 1 3 6の位 Sは移 jする。

センサ 2は、回転軸 1 3 5を中心とする、フレーム】 3 3および 1 3 4の; ft 度および角加速度を検出し、これらに δづいて、フレーム 1 3 3および 1 3 4の位置や移動速度を出力する。

このような構成において、 2台のモータ 1 2 9を一定速度で回転させながら、レバー 1 3 6の位置や動きに従って、コンピュータ 4で演^される圧を電気粘性流体部 1 3 2に印加することによって、レバー 1 3 6に伝遠される力の大きさや方向を制御できる。

例えば、レバ一 1 3 6を、画像呈示装置 3に映し出された仮想の室内ドアのノブとし、このドアを開閉させた時の力学的感觉を、レバー 1 3 6を通して呈示することができる。すなわち、ドアの励きに従った微妙な力学的感覚や、ドアが壁に突きあたった際の振動などに対応するデータを、予めコンピュータ 4に紐み込んでおき、コンピュータ 4による演算処理によって設定された電圧を、電気粘性流体部 1 3 2に印加すればよい。実施例 6

図 1 6〜 1 8は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの实施例 6を示す図であり、図 1 6は、力学的感党圼示デバイス 1 を中心とした全体稱成を示し、図 1 7は、平行板電極 1 3 9を示し、図 1 8は、 5本の指で仮想物体 9を把持するときの状態を示している。この実施例は、 ¾らかい仮想物体 9を持った際に、指にかかる力を、力学的感觉呈示デバイス 1を迎して、操作者に呈示するものである。この力学的感覚呈示デバイス 1 も、気粘性流体へ印加する fi界強度を制御して、その粘性を変化させ、力学的感党を呈示するものである。

これらの図において、各指には、 ¾極ュニット 1 5 0が装されている。電極ュニット 1 5 0は、金属フィルム極 1 3 8と金屈平行板電極 1 3 9とを有している。金厲フィルム電極 1 3 8の一端は、金屈絶緣部 1 3 7を介して、指の背部に取り付けられており、他端側は、平行板極 1 3 9の問隙の中央部に深く挿入されている。平行板電極 1 3 9は、その表而に絶緣性の薄い合成繊維の不織布力占られ、これがスぺ一サ 1 0 5となっている。スぺーサ 1 0 5は、金厲フィルム電極 1 3 8と平行板電極 1 3 9との RiJを絶緣するとともに、それらの間隔を一定に保っている。また、金属フィルム電極 1 3 8と平行板電極 1 3 9との問の間隙には、電気粘性流体 1 0 6が充^されている。

各金属フィルム電極 1 3 8と平行板極 1 3 9 との問には、コンピュータ 4 で演算された電圧がそれぞれ独立に供給され、気粘性流体 1 0 6に印加される電界強度を制御する。また、指の動きを位 ϋセンサ 2で検知し、その出力信号をコンピュータ 4にフィードバックする。

このような構成において、指の動きに合わせてコンピュータ 4で演算された電圧が、電極 1 3 8および 1 3 9に印加されることにより、画像呈示装置 3にコンピュータグラフィックで形成された仮想物体 9を抿る際の力学的感覚を、操作者に呈示することができる。

この方法では、アクティブな力学的感觉の呈示は難しいが、简単な機構で、上下方向、左右方向、および紙面に ΙΕ-ΟΪな! illまわりの、 3つのし'」由度を持たせることができる。また指に作用する力、すなわち呈示力は、指の股の部分の法線方向に作用する。従来のマニピュレータの^示装で、所^の示力を ¾生させるためには、変亍列を用いて各ァクチユエ一タを個別に制御しなければならず、極めて煩雑なシステムとなる。本実施例の力学的感呈示デバイスは、金尿フィルム電極 1 3 8が指に対して直^に保持されていることから、流動抵抗力と呈示力の方向がほぼ一致しているため、特別な制御を必要とせず、複雑な形状の物体でも、様々な把持形態でもった感覚をうまく呈示することができる。実施例 7

図 1 9は、本発明によるテレイグジスタンスシステムの実施例 7で用いる力学的感覚呈示デバイスを示す。図において、電極ュニット 1 5 0は、金属フィルム電極 1 3 8と、平行板電極 1 3 9 と、それらの ] [¾Uこ封入された電気粘性流体 1 0 6とを有している。各金屈フィルム l£極 1 3 8には、桁の近傍部分にカ感七ンサ（歪みセンサ） 2が取り付けられいる。また、 ' 極ュニット 1 5 0の手首側には、モータ 1 2 9が取り付けられている。

このような構成において、カ感センサ 2からの情報に基づき、電気粘性流体 1 0 6への印加電界、および平行板 ¾極 1 3 9の動きをフィードバック制御することによって、アクティブな力学的感觉の呈示を莢現することができる。多くの場合、指で握つた仮想物体 9のアクティブな感覚は、指を開く方向での呈示が主であるため、モータ 1 2 9の自由度は 1本の指について 1自由度でも、多くの状態を呈示することができる。

上述した実施例 6の問題点として、指を illlげて行くに連れて、金^フィルム電極〗 3 8が平行板電極 1 3 9から徐々に抜け出し、 '¾：極の有効而積が減少することがあげられる。それを改良するためには、金 Sフィルム？ II極 1 3 8の長さを測定して、電気粘性流体 1 0 6に印加する 1!界強度を刻々調整することや、金フィルム電極 1 3 8の長さを、極めて大きく設定することが必要である。本実施例は、電極ュニット 1 5 0をモータ 1 2 9によって移動できるため、この問題を解決することが可能である。例えば、金屈フィルム^極 1 3 8に取り付けた位 ϋ センサ 2 bによって指の曲げ量を検出し、モータ 1 2 9で電極ュニット 1 5 0の位置を変化させることによって、有効極面嵇をできるだけ広くかつ一定に近づくように制御することが可能である。なお、このような位置センサ 2 b としては、 L E Dを使用することができる。実施例 8

図 2 0は、本発明によるテレイグジス夕ンスシステムの実施例 8を示す図である。この実施例 8は、仮想現実感システムを釣りゲームに適用した例である。

操作者は、釣竿 4 2の操作により、丽像呈示装 S 3に映し出された目標の魚の口元に針先を運ぶ。この場合、画像呈示装 S 3の画像と針先とは、コンビユータ 4によって連動している。すなわち、針先がうまく口元に迅ばれれば、魚が食い付き、その魚に合わせた、アタリや引きの手ごたえが得られるように、コンビュ一夕 4には、データベースおよびプログラムが内蔵されている。

電気粘性流体を用いた力学的感: E呈示デバイス 1 と張力センサ 2 とにより、魚の種類や大きさに合わせた手ごたえを、短かな剛直の釣竿でも、現実感をもつて呈示することができる。例えば、 2枚の平行な回-転円板極問に電気粘性流体を封入し、この電気粘性流体に印加する ^界強度を制御することによって、伝達トルクを変化させ張力を調整する力学的感觉呈示デバイスを用いればよい。産桀上の利 m可能性

本発明は、コンピュータにより作り出された画像（仮想世-界）や、口ボットなどを媒体とした実際に存在する遠隔地の世界（遠隔界）と、 ¾気粘性流体の流動抵抗とを実時問で連動させて、挽作者に対する力的觉の呈示を行なうシステムであり、簡便かつコンパクトに、多【は 1リ. の動きを¾¾に近い感党で呈示することができる。いわゆる仮想現荚（バーチャルリアリティ）や遠隔現実（テレリアリティ）のシステムとして、デザイン、教 j、-、訓練、娯栾、危険作業、微細超微細作業などの分野に応用することができる。例えば、娯楽分野では、スキー、釣り、空中飛行、海中遊泳、ゴルフ、野球、サイクリングなど、訓練分野では、自動車運転、宇宙作業など、教育分 ϊί'では、熟純作業の规格 '標準化など、危険作業や微細作業の分野では、核物質処理作粱、深海作業、柳なものの加工 - 組立 .処理などの作業、医療分野では、筋力などの機能回復、カメラ監視下の手術など、デザイン分野では、機器類や住宅室内調度品の操作性の設計などがあげられる。また、高速のネットワークを利用したマルティメディアの基盤技術の一つとして、本発明の力学的感觉呈示デバイスは、マウスやキーボード、ディスプレイやスピーカと同等な情報端末の入出力ディバイスとして、の文字、画像、音声などの情報の伝達に加え、触れる、握る、撫でるなどの体性感覚に関する情報の伝達を可能とする。

Claims

請求の範囲

1 . 画像の形で与えられた環境への、操作者の行泐に応答して、力学的感覚を前記操作者に呈示するテレイグジスタンスシステムであって、

与えられた画像信号に基づいて前記画像を表示する画像呈示装置と、前記力学的感覚に対応するカ覚信号を発生するコンピュー夕と、

前記力覚信号に基づいて電気粘性流体の流動抵抗を電気的に変化させる制御手段と、前記流動抵抗によって制御された力を前記操作者に及ぼすカ覚付与手段とを有する力学的感覚呈示デバィスと

を具備することを特徴とするテレイグジスタンスシステム。

2 . 前記テレイグジスタンスシステムは、さらに、前記力学的感覚呈示デバィスの力学的諸量を検知するセンサを有し、該センザの出力信号が前記コンビュ一夕にフィードバックされ、前記コンピュータは、前記センサの出力信号によつて、前記力学的感覚呈示デバイスおよび前記画像呈示装置の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求の範西笫 1項に記載のテレイグジスタンスシステム。

3 . 前記力学的感覚呈示デバイスは、さらに、前記カ覚付与手段を駆動する駆動系を有することを特徴とする請求の 2项に ¾載のテレイグジスタンスシステム。

4 . 画像の形で与えられた前記環境が遠隔世界であり、該遠隔世界を撮像し前記画像信号を出力する撮像手段と、該遠隔世-界の力学的作用を検出し、その出力信号を前記コンピュータにフィードバックする遠隔世-界センサとを具倔し、前記コンピュータは、前記搲像手段から出力された前記兩像信号および前記遠隔世界センサの出力信号の少なくとも一方に基いて、前記力党信号を発生し、前記力学的感覚呈示デバイスに供給することを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれかの項に記載のテレイグジスタンスシステム。

5. 画像の形で与えられた前記環境が仮想 111·界であり、前記コンピュータは、該仮想世界の画像を予め格納しており、前記仮想世界の画像に ¾いて前記画像信号を前記画像呈示装置に供給するとともに、前記仮想 lit界の画像に基いて前記力覚信号を前記力学的感覚呈示デバイスに供給することを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれかの頃に記載のテレイグジス夕ンスシステム。

6 . 前記電気粘性流体は、電界印加時にビンガム流膨 Jを示す電気粘性流体であることを特徴とする請求の範囲第 1頃に記載のテレイグジスタンスシステム。

7 . 前記電気粘性流体は、電界印加時にニュートン流動を示す気粘性流体であることを特徴とする請求の範囲第 1 に記載のテレイグジスタンスシステム。

8 . 前記電気粘性流体は、電界印加時にニュートン流動を示す ^気粘性流体とビンガム流動を示す電気粘性流体の双方であることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載のテレイグジスタンスシステム。