特許 7139489 ＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-09

(45)【発行日】2022-09-20

(54)【発明の名称】ＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システム

(51)【国際特許分類】

   G09B 9/00 20060101AFI20220912BHJP

【ＦＩ】

G09B9/00 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021097202

(22)【出願日】2021-06-10

【審査請求日】2021-06-10

(73)【特許権者】

【識別番号】390014568

【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小川 健三

【審査官】石原 豊

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００５３８７６（ＫＲ，Ａ）

【文献】ACSEL2010 プレス挟まれ安全体感装置，アジアクリエイト株式会社[online]，2021年03月06日，https://web.archive.org/web/20210306014239/https://asia-create.jp/products/post-34，特に本文、図を参照。[検索日2022年7月14日]

【文献】鈴木謙太郎ほか，触覚と視覚を連動させたローラー巻き込み事故疑似体験装置の開発，第２２回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集，2017年09月29日，特に本文、図を参照。

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ １／００－ ９／５６

Ｇ０９Ｂ１７／００－１９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体内に、上下動可能に収容された衝撃付与部材と、
前記筐体両側の側部に設けられ、手の指先部分を挿入可能とされた指先挿入部と、
前記衝撃付与部材を上昇させた状態で保持するとともに、トリガー信号によって保持状態を開放して前記衝撃付与部材を落下させる保持機構と、
前記衝撃付与部材が下降した際に所定位置で停止させるストッパーと、
ＶＲの映像に同期して前記保持機構に前記トリガー信号を送り、前記衝撃付与部材を落下させる制御部と、
を具備したことを特徴とするＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項2】

前記衝撃付与部材は、前記筐体に係止された樹脂製の板体からなり、上面側に金属製の補強部材が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項3】

前記衝撃付与部材は、四隅の角部の近傍に配設され側方に向けて突出するピンを具備し、当該ピンが、前記筐体の四隅に立設された柱に上下方向に沿って設けられたガイド溝に係止されて上下動可能とされている
ことを特徴とする請求項２に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項4】

前記補強部材は、前記衝撃付与部材の長手方向に沿って配設された断面形状が略コ字状の溝形鋼からなり、当該溝形鋼の平行する２辺のうちの一方の辺が前記衝撃付与部材に固定され、他方の辺が前記保持機構に保持される
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項5】

前記衝撃付与部材と前記補強部材の合計重量は、１．５ｋｇ乃至２．５ｋｇの範囲であり、前記衝撃付与部材の落下高さは２５ｍｍ乃至４５ｍｍの範囲である
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項6】

前記保持機構は、非通電時に磁力を発生させて前記衝撃付与部材を保持し、通電時に磁力を消滅させて前記衝撃付与部材を開放する電磁ホルダから構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項7】

前記指先挿入部に、指先の挿入深さを制限する奥行きストッパーが設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項8】

前記奥行きストッパーは、前記指先挿入部への指先の挿入深さを、１５ｍｍ乃至３０ｍｍに制限する
ことを特徴とする請求項７に記載のＶＲ手挟まれ危険体感装置。

【請求項9】

筐体と、前記筐体内に、上下動可能に収容された衝撃付与部材と、前記筐体両側の側部に設けられ、手の指先部分を挿入可能とされた指先挿入部と、前記衝撃付与部材を上昇させた状態で保持するとともに、トリガー信号によって保持状態を開放して前記衝撃付与部材を落下させる保持機構と、前記衝撃付与部材が下降した際に所定位置で停止させるストッパーと、ＶＲの映像に同期して前記保持機構に前記トリガー信号を送り、前記衝撃付与部材を落下させる制御部と、を具備したＶＲ手挟まれ危険体感装置と、
前記ＶＲの映像を見るためのヘッドマウントディスプレイと、
前記ヘッドマウントディスプレイに危険体感のための前記ＶＲの映像を表示するとともに、前記ＶＲの映像に同期して前記制御部に前記衝撃付与部材を落下させるための信号を送るＶＲ信号送出部と、
を具備したことを特徴とするＶＲ手挟まれ危険体感システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工場等では、労働災害を防止するため、作業従事者に危険を体感させ、災害防止の感度を上げる危険体感教育を実施している。従来の危険体感教育は、実機に近い設備や環境を再現し、安全対策を講じた上で危険を体感する方法を用いていた。

【0003】

しかし、実機に近い設備や環境を再現すると体感設備が大掛かりになる上、安全対策を講じているが被災するリスクもある。このため、ＶＲ（バーチャルリアリティ）を用いた危険体感システムを導入しつつある。なお、ＶＲによる危険体感システムにおいて、視覚だけでは迫力のあるリアルな労働災害の再現に限界があるため、聴覚・触覚・痛覚などを同時に利用することで、効果を上げている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－３００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、よりリアリティーのある危険体験を安全に体感することのできるＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態のＶＲ手挟まれ危険体感装置は、筐体と、前記筐体内に、上下動可能に収容された衝撃付与部材と、前記筐体両側の側部に設けられ、手の指先部分を挿入可能とされた指先挿入部と、前記衝撃付与部材を上昇させた状態で保持するとともに、トリガー信号によって保持状態を開放して前記衝撃付与部材を落下させる保持機構と、前記衝撃付与部材が下降した際に所定位置で停止させるストッパーと、ＶＲの映像に同期して前記保持機構に前記トリガー信号を送り、前記衝撃付与部材を落下させる制御部と、を具備したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、よりリアリティーのある危険体験を安全に体感することのできるＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るＶＲ手挟まれ危険体感装置の正面側の構成を模式的に示す図。

【図2】図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置の落下板が落下した状態を模式的に示す図。

【図3】図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置のＣ－Ｃ断面構成を模式的に示す図。

【図4】図３のＶＲ手挟まれ危険体感装置の落下板が落下した状態を模式的に示す図。

【図5】図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置の落下板の上面の構成を模式的に示す図。

【図6】図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置の使用状態を模式的に示す図。

【図7】実施形態における危険体感の場面の例を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態に係るＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システムを、図面を参照して説明する。

【0010】

図１乃至５は、実施形態に係るＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の構成を示すもので、図１は正面側から見た図、図２は図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の落下板が落下した状態を示す図、図３は図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置１００のＣ－Ｃ断面構成を示す図、図４は図３のＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の落下板が落下した状態を示す図、図５は図１のＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の落下板の上面の構成を示す図である。

【0011】

ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００は、略直方体状に組まれ、筐体を構成するフレーム１０１を具備している。このフレーム１０１は、例えば、アルミニウム等の金属製の角パイプ等から構成されている。このフレーム１０１の両側側面の下端部分には、手の指先を挿入するための間隙である指先挿入部１０２が設けられている。指先挿入部１０２の上方には、上下動可能とされた落下板１１０が配設されている。なお、図１、図３では、落下板１１０を上昇させた状態を示し、図２、図４では、落下板１１０を落下させた状態を示している。

【0012】

図５に示すように、本実施形態において、落下板１１０は、例えば、ポリカーボネイト等の樹脂からなる矩形状の板体から構成されている。この落下板１１０は、その縦横の寸法がフレーム１０１の内側の寸法より若干小さくされており、フレーム１０１の内側で上下動可能とされている。また、落下板１１０の長手方向の端部付近の四隅には、夫々短手方向に沿って突出するピン１１２が設けられている。

【0013】

一方、フレーム１０１を構成する４隅に立設された柱部分には、上下方向に沿ってガイド溝１１９が設けられており、４本のピン１１２の先端側が、各ガイド溝１１９内に挿入され、係止されている。これらのピン１１２とガイド溝１１９によって、落下板１１０がフレーム１０１内で位置決めされた状態で上下に移動可能とされている。また、落下板１１０をポリカーボネイト等の樹脂製の平板とすることによって、手の指先が落下板１１０に挟まれた際に怪我をしないよう考慮されている。

【0014】

図１乃至４にも示すように、落下板１１０の上側には、金属等からなる補強部材１１１が固定されている。本実施形態において、補強部材１１１は、断面形状がコ字状の溝形鋼から構成されている。この補強部材１１１は、落下板１１０の長手方向に沿って、短手方向の略中央部分に配設されている。補強部材１１１の長さは、落下板１１０の長手方向の長さより若干短くなっており、コ字状の平行する一方の側壁が落下板１１０に固定され、他方の側壁が電磁石ホルダ１２０に吸着されるようになっている。補強部材１１１は、落下板１１０と共に上下動し、その上昇位置では、フレーム１０１の天井板１０８に固定された電磁石ホルダ１２０によって磁力により吸着され、上昇位置で保持される構成となっている。本実施形態では、これらの落下板１１０と補強部材１１１とによって、指先に衝撃を与える衝撃付与部材が構成されているが、衝撃付与部材の構成は、かかるものに限定されるものではない。

【0015】

本実施形態では、衝撃付与部材である落下板１１０及び補強部材１１１を上昇位置で保持する保持機構としての電磁石ホルダ１２０は、非通電時に磁力による保持力を発揮し、通電により磁力による保持力を消失する構成となっているが、保持機構はこのような構成のものに限られるものではない。

【0016】

フレーム１０１内の下部には、複数（本実施形態では合計４つ）のストッパー用ラバー１０６が設けられている。そして、落下板１１０が落下した際に、これらのストッパー用ラバー１０６に、落下板１１０が接触することによって、落下板１１０の落下が所定位置で停止するようになっている。

【0017】

図１、図２に示すように、フレーム１０１の両側の外側側面には、指先挿入部１０２の上部に位置するように、指先の挿入深さを制限する奥行きストッパー１０３が設けられている。本実施形態において、この奥行きストッパー１０３は、フレーム１０１の外側側面に固定された所定幅のアルミニウム製の角パイプ１０４と、この角パイプ１０４の外側に固定されたアルミニウム製の板材１０５とから構成されている。図１に示す指先挿入部１０２の外側開口部と奥行きストッパー１０３の外側部分との距離Ａは、本実施形態では６２ｍｍとされている。また、図１に示す指先挿入部１０２の開口高さＢは、本実施形態では２０ｍｍとされている。なお、図３、図４に示すように、フレーム１０１の下部には、床板１０７が設けられており、開口高さＢは、この床板１０７の上面と奥行きストッパー１０３の下端部との間の距離となる。

【0018】

なお、指先挿入部１０２と奥行きストッパー１０３は、例えば、図７に示すように、作業員が段ボール箱等を一人の人が両手で持った場合に、段ボール箱の底の部分を支える４本の指と、段ボール箱の側面に添えられる親指との位置関係を想定したものである。そして、指先挿入部１０２内に４本の指を挿入し、親指を奥行きストッパー１０３のアルミニウム製の板材１０５に当接させることによって、図７に示すような手の状態を模擬できるようになっている。

【0019】

上記した奥行きストッパー１０３の寸法は、指の長さが一般的に８０ｍｍから９０ｍｍであることを考慮して、手が奥まで入らず、指先（例えば第１関節まで）だけが筐体の内部に入るように設定することが好ましく、挿入深さを例えば１５ｍｍ乃至３０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、指先挿入部１０２の開口高さＢは、無理やり指先挿入部１０２の中に手が入らないように手の甲の高さを考慮して設定することが好ましく、例えば１５ｍｍ乃至２５ｍｍ程度とすることが好ましい。

【0020】

さらに、落下板１１０及び補強部材１１１の合計の重量は、例えば１．５ｋｇ乃至２．５ｋｇ程度とすることが好ましく、本実施形態では、約２．５ｋｇ程度に設定している。また、これらの落下高さは、例えば２５ｍｍ乃至４５ｍｍ程度とすることが好ましく、本実施形態では、約３７ｍｍに設定している。上記の重量と落下高さは、落下板１１０及び補強部材１１１が落下して指先が挟まれた際に、衝撃と多少の痛みが感じ取れるように設定することが好ましい。落下板１１０及び補強部材１１１が落下した際に、指先に触れる程度では、危険を体感するという点で印象が弱くなるため、我慢しない程度の軽い痛みが感じられる設定となっている。

【0021】

また、落下板１１０及び補強部材１１１が落下した際に、指先への衝撃の強弱を決める要素としては、ストッパー用ラバー１０６の厚みが重要である。標準的な手の中指の高さは、１０ｍｍ～１２ｍｍ程度であるため、ストッパー用ラバー１０６の厚みはこれより若干小さめにすることが好ましい。このため、本実施形態では、ストッパー用ラバー１０６の厚みを９ｍｍに設定している。これによって、適度な痛みが感じられ、かつ指がつぶれる等の危険性が生じることを回避することができる。

【0022】

なお、一旦ストッパー用ラバー１０６の上に落下した落下板１１０及び補強部材１１１は、指先挿入部１０２の中に手を入れてこれらを持ち上げることによって、上昇位置に戻すことができる。また、例えば、一端が落下板１１０又は補強部材１１１に固定され、他端がフレーム１０１の天井板１０８を貫通して外部に延在する引上げ用のレバー等を別途に設けても良い。

【0023】

図６に、上記構成のＶＲ手挟まれ危険体感装置１００を用いたＶＲ手挟まれ危険体感システムの構成を示す。このＶＲ手挟まれ危険体感システムは、ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００と、ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の動作を制御する制御部２００と、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）３００と、ＶＲ信号送出部４００とを具備している。

【0024】

ＶＲ信号送出部４００は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びこれにインストールされたソフトウェア等から構成することができる。制御部２００は、ＶＲ信号送出部４００からの信号によりＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の電磁石ホルダ１２０への通電状態をオン・オフするリレー等から構成されている。本実施形態では、電磁石ホルダ１２０が非通電時に磁力による保持力を発揮し、通電により磁力による保持力を消失する構成となっているため、ＶＲ信号送出部４００からの所定の信号により制御部２００が電磁石ホルダ１２０にトリガー信号として通電し、この通電により電磁石ホルダ１２０の保持力を消失させて落下板１１０及び補強部材１１１を落下させる。

【0025】

図６に示すように、被験者は、ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の両側に設けられた指先挿入部１０２に指先を挿入した状態とする。この状態は、前述したように、図７（ａ）に示すように、段ボール箱等を一人の人が両手で持った場合等を模擬している。そして、ヘッドマウントディスプレイ３００を装着する。この場合、被験者は、少なくともＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の指先挿入部１０２に挿入する指には、軍手等の手袋をはめていることが好ましい。

【0026】

ＶＲ信号送出部４００からは、ヘッドマウントディスプレイ３００に対してＶＲ（バーチャルリアリティ）の映像信号が送出され、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ３００に映し出されるＶＲ（バーチャルリアリティ）映像を見ることができる。また、制御部２００は、ヘッドマウントディスプレイ３００に映し出されるＶＲの映像に同期してＶＲ信号送出部４００から送出される信号に基づき、ＶＲの映像にて手が挟まれる瞬間に、ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００の電磁石ホルダ１２０に対して所定の信号（トリガー信号）を送り、落下板１１０及び補強部材１１１を落下させ、指先挿入部１０２に挿入されている指先に対して落下板１１０及び補強部材１１１の落下による衝撃力を体感させる。

【0027】

これによって、被験者は、ヘッドマウントディスプレイ３００を装着した状態で、ヘッドマウントディスプレイ３００に表示されるＶＲの映像に同期して、ＶＲの映像で手が挟まれる状況を見ながら手が挟まれる恐怖と手が挟まれた時の衝撃を安全に体感することができる。

【0028】

また、本実施形態では、フレーム１０１が金属製であり、補強部材１１１も金属製であり、かつ、金属製のものをある程度の高さから実際に落下させてある程度の衝撃力を発生させるので、落下板１１０及び補強部材１１１を落下させた際に、部材同士が衝突する大きな音を聞くことができ、振動も感じることができ、一段とリアリティーのある危険体感を経験することができる。さらに、ＶＲ手挟まれ危険体感装置１００及びこれを用いたＶＲ手挟まれ危険体感システムを、非常にコンパクトに構成することができるので、広い場所を必要とすることなく、例えば、会議室等の室内にてリアリティーのある危険体感を経験することができる。

【0029】

図７（ａ）、（ｂ）は、上記構成のＶＲ手挟まれ危険体感システムによる手挟まれ危険体感の場面の例を示すものである。図７の例では、ある程度の重量物が入った段ボール箱等を一人の人が両手で持って階段を上る場合に、階段で転び床と荷物との間に指が挟まれた場合を示している。

【0030】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１００……ＶＲ手挟まれ危険体感装置、１０１……フレーム、１０２……指先挿入部、１０３……奥行きストッパー、１０４……アルミニウム製の角パイプ、１０５……アルミニウム製の板材、１０６……ストッパー用ラバー、１０７……床板、１０８……天井板、１０９……ガイド溝、１１０……落下板、１１１……補強部材、１１２……ピン、１２０……電磁石ホルダ、２００……制御部、３００……ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、４００……ＶＲ信号送出部。

【要約】

【課題】よりリアリティーのある危険体験を安全に体感することのできるＶＲ手挟まれ危険体感装置及びＶＲ手挟まれ危険体感システムを提供する。
【解決手段】筐体と、前記筐体内に、上下動可能に収容された衝撃付与部材と、前記筐体両側の側部に設けられ、手の指先部分を挿入可能とされた指先挿入部と、前記衝撃付与部材を上昇させた状態で保持するとともに、トリガー信号によって保持状態を開放して前記衝撃付与部材を落下させる保持機構と、前記衝撃付与部材が下降した際に所定位置で停止させるストッパーと、ＶＲの映像に同期して前記保持機構に前記トリガー信号を送り、前記衝撃付与部材を落下させる制御部と、を具備したＶＲ手挟まれ危険体感装置。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】