情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

2B-24
2020/3/9

HMD に搭載されたロボットアームによる遭遇型触力覚提示手法の提案
椎名星歩†1橋本直†1

概要：従来の頭部への触力覚提示手法には，明示的な触力覚提示を行わないときにもデバイスがユーザに接触しているため常時刺激を与えてしまうという問題があった．そこで我々は，小型のロボットアームを HMD 上に搭載し，頭部に対して遭遇型触力覚提示を行う手法を提案する．この手法によって，頭を撫でられる，頬や唇にキスされるといった頭部への予期しない繊細な触力覚表現を行うことができる．本稿では，システムの設計と開発したプロトタイプについて述べる．

1. はじめにVR コンテンツのリアリティを向上させる目的で，さまざまな触力覚提示の手法が提案されている．本研究では，頭を撫でられる，頬や唇にキスされるといった頭部での触力覚提示を行う手法を提案する．

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HMD とは別に触力覚提示デバイスを装着する必要がない．
本稿ではシステムの設計について説明し，開発したプロトタイプについて報告する．

2. 関連研究

頭部での触力覚提示のアプローチとして，ヘッドマウン

触力覚提示に関する研究はこれまで数多く報告されてトディスプレイ（HMD）に搭載されたアクチュエータやペおり，使用形態という観点において，装着型，把持型，遭ルチェ素子，空気吸引装置などを用いて，顔面に対して刺遇型などに分類することができる．また，アクチュエータ

激提示を行う方法がある[1][2][3]．このような方法では，刺が接地されているか否かという観点において，接地型と非激提示デバイスの位置と刺激の提示位置が一致しているた接地型に分類できる．本章では，提案手法と同じ分類であめ制御のしやすさはあるが，提示可能範囲を広げるにはデる非接地遭遇型について説明する．

バイスを複数配置する必要がある．また，明示的な触力覚

Eric らが開発した Haptic Revolver[5]は VR 用ハンドコン

提示を行わないときにもデバイスがユーザに接触しているトローラの形をした，遭遇型デバイスである．先端部に取ため，常時刺激を与えてしまうことになる．このため，頬り付けられたホイールが回転し、触れている指先に摩擦感や唇へのキスのような，予期しない繊細な触力覚表現を行や抵抗感を提示する．また，ホイールを交換することで異う目的には適さない．

なる触覚を与えることができる．西村らは指先へ装着する接触・非接触をインタラクティブに制御できる触力覚提

遭遇型デバイスを提案している[6]．このデバイスでは，垂示のアプローチとして，遭遇型の手法がある[4]．遭遇型は直及び水平方向に駆動するアクチュエータを用いて摩擦感ロボットアームを用いて先端に取り付けた実物体を操作し，を提示している．ドローンや軽量浮遊物体を操作し，ユーユーザに接触させることで触力覚提示を行う手法である．

ザに接触させて触力覚提示を行うデバイスも提案されてい遭遇型では，触力覚提示を行うときのみに実物体をユーザる[7][8]．これらの手法ではユーザの移動範囲は制限されなに接触させるため，提示位置に常時物体が触れることはな

いが，ドローンや軽量浮遊物体を制御するためにユーザのい．また，実物体を接触させるため質の高い感触を与える位置・姿勢をトラッキングしなければならない．

ことができる．しかし，遭遇型のシステムではロボットアームを机や床に固定して使用するため，ロボットアームの可動範囲外にユーザが移動した場合は触力覚提示が行えないという制限がある．
そこで我々は，小型のロボットアームを HMD 上に搭載し，頭部に対して遭遇型触力覚提示を行う手法を提案する（図 1）．ロボットアームを HMD に搭載することによって次のような利点があると考えた．
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ロボットアームと頭の位置が相対的に変わらないた
め，ユーザのトラッキングを行わずに目的の位置への遭遇型触力覚提示を行える．

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ユーザの移動範囲が制限されない．

図1

提案システムの外観†1 明治大学© 2020 Information Processing Society of Japan597

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提案手法は頭部を対象とした触力覚提示手法であり，ユーザとロボットアームが一体化しているためユーザのトラ

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4. コンテンツへの応用例
本システムのコンテンツへの応用として，バーチャルキッキングを行うことなく目的の位置へ触力覚提示を行える．

ャラクタとコミュニケーションをテーマとした VR ゲーム

3. 提案手法

や，バーチャル空間上でユーザ同士のコミュニケーション

3.1 システム構成が行われるネットワークサービスが挙げられる．これらの本システムは，HMD，ロボットアーム，PC から構成される．ロボットアームは HMD 上部に固定される．また，ロボットアームは，USB シリアル変換モジュールを経由して PC から制御される．今回の実装では，HMD として Oculus
Rift CV1 を使用した．
3.2 ロボットアーム
ロボットアームの設計を図 2 に示す．作成したロボット

コンテンツ内で頭を撫でられる，頬や唇にキスされるといったコミュニケーションが行われた際に，本システムを用いて触力覚提示を行うことで，コンテンツの臨場感の向上が期待できる．また本システムによって，落ちてきた小石が頭に当たる，小動物が頭の上に乗る，敵に頭を殴られるといった表現も可能であるため，これらの表現を含むアドベンチャーゲームやアクションゲームに応用できると考え

アームは，5 つのジョイントと 5 つのリンクで構成される．

られる．

ジョイントには，コマンド方式のサーボモータ（Futaba

5. まとめと今後の課題

RS304MD，可動域：-150°～150°）を使用した．回転軸の向きとリンクの長さは，アームの先端部がユーザの頬，唇，頭頂部に接触できること，先端部を目標位置に移動させる
際にアーム自身が HMD と極力干渉しないことを考慮して決定した．ロボットアームの先端には，質感を提示するための実物体（布製のクッションや軟質の樹脂素材）を固定する．ロボットアームの総重量は 290g である．
3.3 触力覚提示本研究では，ロボットアームを HMD 上に搭載し，頭部に対して遭遇型触力覚提示を行う手法を提案した．これによって頭を撫でられる，頬や唇にキスされるといった表現を可能にした．
現在のプロトタイプでは，ユーザが接触させる物体を手動でロボットアームの先端に取り付けなくてはならないという課題がある．したがって今後は，Haptic Revolver のように，あらかじめ複数の物体を先端に取り付け，回転する本システムでは，唇，頬，頭頂部への触力覚提示が可能である．各部位への触力覚提示の様子を図 3 に示す．ロボ

ことで接触させる物体を切り替えられるようにシステムのアップデートを行う．

ットアームの先端にはクッションを取り付けた．先端をユーザに接触させ，押し込む量を制御することで，キスされる，殴られるなどの表現が可能である．また，先端をユー

参考文献
[1]

ザに接触させた状態のまま移動させることで，撫でられるという表現が可能である．
[2]

[3]
[4]

[5]

図2

ロボットアームの設計

[6]

[7]

図3

唇・頬・頭頂部への触力覚提示© 2020 Information Processing Society of Japan[8]

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