振動による材質感提示が把持操作に及ぼす影響

日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
抗力への振動付加による
高剛性とすべり感提示
1
電気通信大学大学院
○池田有冬・長谷川晶一
慶應義塾大学大学院
稲見昌彦
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
力覚インタラクション

力を感じながら物体操作


物体の抗力、物体の動力学特性(摩擦など)を力で提示
従来の問題点

力覚提示の更新周期が一般的な周期(１kHz)


実世界に比べて柔らかい
再現されていない実世界での現象
接触物体の固有振動
摩擦による振動

2
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
目的
 力覚インタフェースで実世界に近い感覚を提示する

提案手法
 提示力に振動を付加する
固有振動を再現
 摩擦力によってStick-Slipを再現し、振動付加により摩擦
振動を再現

 固有振動、摩擦の表現を行うことで実世界に近い感覚
を再現
3
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
固有振動の再現

物体に触れた瞬間に起きる振動をモデル化
t
Q(t )  ve
sin(t )
Q : 提示力の変化、 α : 振幅係数、
V : 接触時のポインタの速度、
β : 減衰係数、 ω : 材質ごとの角速度、
t : 接触開始時刻からの経過時間
“Reality-Based Models for Vibration
Feedback in Virtual Environments”,
Allison.M.Okamura, 2001
振動
4
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
摩擦表現

Stick-Slipの再現
プロキシ法を改良 ⇒ プロキシに質量を持たせ指をモデル化
proxy
力覚インタフェース
のグリップ位置

proxy
摩擦振動
プロキシが動いたとき、振動を付加する
Q(t ) 

vp
sin(v pt )
vp
5
：プロキシの速度
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
摩擦表現
提案手法
提示力[N]
proxy法
ステップ数
7
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
評価システムの構築

提示デバイス
力覚インタフェース
SPIDAR
佐藤誠(東京工業大学)
糸とモータによるパラレル機
構
 グリップに取り付けられた糸
を引くことで、ユーザに力を
提示
 目的に応じて、モータの数、
取り付け位置を変更可能

6自由度力覚インタフェース
SPIDAR-G
8
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
SPIDARの振動特性
振幅
0.6
0.5
測定データ [N]
0.4
0.3
0.2
最小値
0.1
最大値
0
1
10
100
1000
10000
-0.1
-0.2
-0.3
周波数 [Hz]
9
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
硬さ知覚評価
振動を提示したときの硬さの知覚変化を主観的等価点
によって評価

調整法を用い、被験者にバネ係数を調節してもらう

２種類の振動(アルミ、木)を評価
調節したバネ係数 [N/mm]

3.5
3
A
2.5
B
2
C
1.5
D
1
E
0.5
F
10
0
2
評価刺激 [N/mm]
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
実験結果
振動別平均
アルミ
調節したバネ係数 [N/mm]
A
B
C
木
D
E
F
A
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
B
C
D
E
F
0
0.3
1
2
0.3
1
2
評価刺激 [N/mm]
11
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
摩擦表現の評価
 通常のプロキシ法と比較
１分間自由に床を触ってもらう
 プロキシ法と提案手法を順番に提示

(提示順は被験者間でランダム)
両方提示し終わった後に「摩擦を感じた方」を答えさせ
た
 被験者６人に対し実験

静止摩擦： 1.0、動摩擦： 0.5
摩擦振動の振幅α = 5、周波数ω = 700
12
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
実験結果・考察

６人中６人が提案手法と回答

実験後のコメント
プロキシ法でも摩擦は感じたが、よりわかりやすい
 プロキシ法では静止摩擦力がわかりやすい
 提案手法はゴム板を触っている感覚
 プロキシ法はアクリル板を触っている感覚


考察
振動を付加し摩擦振動を提示することで摩擦をより感じた
 Stick-Slipの表現によって粘性を感じた

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日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
まとめ

物体に触れたときに実世界で生じる現象を再現
物体に触れたときに生じる物体の固有振動
 すべりが生じたときの摩擦振動


物体の固有振動を提示することで硬いと認識

摩擦力、摩擦振動の表現
14
日本バーチャルリアリティ学会第13回抗力への振動付加による高剛性とすべり感提示
展望

タスク実験による評価
振動による硬さ提示が及ぼす操作性への影響
 摩擦表現によって物体と指間でのすべりを認識することがで
きるか


実世界との比較実験
摩擦振動の実測を行い、パラメータを決める
 摩擦表現に関し、実世界に近い提示ができているのか

技術展示を行っています
ぜひ、体験しにいらしてください
15

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