特開 2019-133233 力覚提示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-133233(P2019-133233A)

(43)【公開日】2019年8月8日

(54)【発明の名称】力覚提示装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20190712BHJP

   G05G 1/00 20080401ALI20190712BHJP

   G05G 5/03 20080401ALI20190712BHJP

   B25J 3/00 20060101ALI20190712BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/01 560

   G05G1/00 G

   G05G5/03 Z

   B25J3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-12391(P2018-12391)

(22)【出願日】2018年1月29日

(71)【出願人】

【識別番号】591130238

【氏名又は名称】佐藤 誠

(71)【出願人】

【識別番号】518032823

【氏名又は名称】本多 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100100011

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 省三

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 誠

(72)【発明者】

【氏名】本多 健二

【テーマコード（参考）】

3C707

3J070

5E555

【Ｆターム（参考）】

3C707HS27

3C707HT04

3C707JT05

3C707XK06

3C707XK73

3J070AA02

3J070BA17

3J070CA03

3J070CC04

3J070CC07

3J070CC71

3J070CE01

5E555AA08

5E555BA02

5E555BB02

5E555BC01

5E555BE17

5E555DA24

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】ユーザの両手に力覚を与えるウェアラブルな力覚提示装置を提供する。
【解決手段】右手用のエンドエフェクタ１Ｒの４つのワイヤ接地点ＰＡＲ、ＰＢＲ、ＰＣＲ、ＰＤＲとフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒに設けられたロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ１Ｒ、Ｍ２Ｒ、…、Ｍ８Ｒとの間にワイヤＷ１Ｒ、Ｗ２Ｒ、…、Ｗ８Ｒが設けられている。左手用のエンドエフェクタ１Ｌも同様である。右手用力覚提示ユニットの上方フレームＦ１Ｒと左手用力覚提示ユニットの上方フレームＦ１Ｌとは上面視でほぼ一直線状に結合されている。右手用力覚提示ユニットにおける上方フレームＦ１Ｒのほぼ中間位置と下方フレームＦ２Ｒの一方側とは右手用後側結合フレームＲＦＲを介して上面視でほぼＴ字状に結合されている。左手用力覚提示ユニットも同様である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

右手用力覚提示ユニット及び左手用力覚提示ユニットを具備する力覚提示装置であって、
前記各力覚提示ユニットは、
第１、第２、第３、第４のワイヤ接地点を有するエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタの上方、下方に位置する上方フレーム及び下方フレームと、
前記上方フレームの一方側及び他方側に設けられた第１、第２のモータと、
前記上方フレームの前記一方側及び前記他方側に設けられた第３、第４のモータと、
前記下方フレームの一方側及び他方側に設けられた第５、第６のモータと、
前記下方フレームの前記一方側及び前記他方側に設けられた第７、第８のモータと、
前記各第１、第２のモータのワイヤ出口と前記第１のワイヤ接地点との間に接続された第１、第２のワイヤと、
前記各第３、第４のモータのワイヤ出口と前記第２のワイヤ接地点との間に接続された第３、第４のワイヤと、
前記各第５、第６のモータのワイヤ出口と前記第３のワイヤ接地点との間に接続された第５、第６のワイヤと、
前記各第７、第８のモータのワイヤ出口と前記第４のワイヤ接地点との間に接続された第７、第８のワイヤと
を具備する力覚提示装置において、
前記右手用力覚提示ユニットの前記上方フレームの一方側と前記左手用力覚提示ユニットの前記上方フレームの一方側とは直線状に結合され、
さらに、
前記右手用力覚提示ユニットにおける前記上方フレームのほぼ中間位置において前記右手用力覚提示ユニットの前記下方フレームの一方側を上面視でほぼＴ字状に結合する右手用後側結合フレームと、
前記左手用力覚提示ユニットにおける前記上方フレームのほぼ中間位置において前記左手用力覚提示ユニットの前記下方フレームの一方側を上面視でほぼＴ字状に結合する左手用後側結合フレームと
を具備し、
前記右手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタと前記左手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタとを協調して操作できるようにしたことを特徴とする力覚提示装置。

【請求項2】

さらに、前記右手用後側結合フレーム及び前記左手用後側結合フレームの各々に結合された肩バンド又は逆Ｕ字型固定具を具備する請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項3】

さらに、
前記右手用力覚提示ユニットにおける前記後側結合フレームと前記上方フレームとを回転可能に支持する右手用中間上方フレームと、
前記左手用力覚提示ユニットにおける前記後側結合フレームと前記上方フレームとを回転可能に支持する左手用中間上方フレームと、
前記右手用力覚提示ユニットにおける前記後側結合フレームと前記下方フレームとを固定的に支持する右手用中間下方フレームと、
前記左手用力覚提示ユニットにおける前記後側結合フレームと前記下方フレームとを固定的に支持する左手用中間下方フレームと
を具備する請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項4】

さらに、前記後側結合フレームが下方まで延長されて固定された支持板を具備する請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項5】

前記エンドエフェクタは、
前記第１、第２のワイヤ接地点が設けられた第１の直線状部材と、
前記第３、第４のワイヤ接地点が設けられた第２の直線状部材と、
前記第１、第２の直線状部材を結合するグリップ部材と
を具備し、
前記第１、第２の直線状部材は上面視でほぼ直交した十字形をなしている請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項6】

前記エンドエフェクタは、
前記第１、第２のワイヤ接地点が設けられた第１のＶ字状部材と、
前記第１のＶ字状部材に結合され、前記第３、第４のワイヤ接地点が設けられた第２のＶ字状部材と、
前記第１又は第２のＶ字状部材に結合されたグリップ部材と
を具備し、
前記第１、第２のＶ字状部材は上面視でほぼ直交した十字形をなしている請求項１に記載の力覚提示装置。

【請求項7】

前記第１のモータと前記第２のモータとの間の距離、前記第３のモータと前記第４のモータとの間の距離、前記第５のモータと前記第６のモータとの間の距離、前記第７のモータと前記第８のモータとの間の距離は互いに等しい請求項１に記載の力覚提示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は手首に対するウェアラブルな力覚提示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）の発達によりバーチャルリアリティ（ＶＲ）空間の映像を目の前に映し出すことによりあたかもＶＲ空間の中にいるかのような感覚をもたらすことができるようになった。つまり、ＨＭＤは人間の頭に装着して使用するウェアラブルな視覚機器であり、外界の情報を遮断してＶＲ空間の映像のみを映し出し、外の情報をみることなくＶＲ空間に没入することができる。

【0003】

ＶＲ空間を実世界のように感じる体験を実現するためには、ＶＲ空間内の仮想物体に触る、仮想物体の重さを感じるといった力覚を提示する力覚提示装置（ハプティックインタフェイス）が必要である。これにより、視覚、力覚の２つの感覚を利用してＶＲ空間に入り込み、ＶＲ空間に存在する仮想物体を直感的に操作しかつ感じ取ることができる。

【0004】

図１２は従来の力覚提示装置を示す全体斜視図である（参照：特許文献１）。図１２において、力覚提示装置は、後側結合フレームＦＲによって対称的に結合された右手用力覚提示ユニット及び左手用力覚提示ユニットを備え、各力覚提示ユニットは、第１、第２、第３、第４のワイヤ接地点ＰＡＲ、ＰＢＲ、ＰＣＲ、ＰＤＲ；ＰＡＬ、ＰＢＬ、ＰＣＬ、ＰＤＬを有するエンドエフェクタ１Ｒ；１Ｌと、エンドエフェクタ１Ｒ；１Ｌの上方、下方に位置する上方フレームＦ１Ｒ；Ｆ１Ｌ及び下方フレームＦ２Ｒ；Ｆ２Ｌと、上方フレームＦ１Ｒ；Ｆ１Ｌの一方側及び他方側に設けられた第１、第２のモータＭ１Ｒ、Ｍ２Ｒ；Ｍ１Ｌ、Ｍ２Ｌと、上方フレームＦ１Ｒ；Ｆ１Ｌの一方側及び他方側に設けられた第３、第４のモータＭ３Ｒ、Ｍ４Ｒ；Ｍ３Ｌ、Ｍ４Ｌと、下方フレームＦ２Ｒ；Ｆ２Ｌの一方側及び他方側に設けられた第５、第６のモータＭ５Ｒ、Ｍ６Ｒ；Ｍ５Ｌ、Ｍ６Ｌと、下方フレームＦ２Ｒ；Ｆ２Ｌの一方側及び他方側に設けられた第７、第８のモータＭ７Ｒ、Ｍ８Ｒ；Ｍ７Ｌ、Ｍ８Ｌと、各第１、第２のモータＭ１Ｒ、Ｍ２Ｒ；Ｍ１Ｌ、Ｍ２Ｌのワイヤ出口と第１のワイヤ接地点ＰＡＲ；ＰＡＬとの間に接続された第１、第２のワイヤＷ１Ｒ、Ｗ２Ｒ；Ｗ１Ｌ、Ｗ２Ｌと、各第３、第４のモータＭ３Ｒ、Ｍ４Ｒ；Ｍ３Ｌ、Ｍ４Ｌのワイヤ出口と第２のワイヤ接地点ＰＢＲ；ＰＢＬとの間に接続された第３、第４のワイヤＷ３Ｒ、Ｗ４Ｒ；Ｗ３Ｌ、Ｗ４Ｌと、各第５、第６のモータＭ５Ｒ、Ｍ６Ｒのワイヤ出口と第３のワイヤ接地点ＰＣＲ；ＰＣＬとの間に接続された第５、第６のワイヤＷ５Ｒ、Ｗ６Ｒ；Ｗ５Ｌ、Ｗ６Ｌと、各第７、第８のモータＷ７Ｒ、Ｗ８Ｒ；Ｗ７Ｌ、Ｗ８Ｌのワイヤ出口と第４のワイヤ接地点ＰＤＲ；ＰＤＬとの間に接続された第７、第８のワイヤＷ７Ｒ、Ｗ８Ｒ；Ｗ７Ｌ、Ｗ８Ｌとを備え、右手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタ１Ｒと左手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタ１Ｌとを協調して操作できるようにしたものである。尚、図１２において、１はユーザ、２はＨＭＤである。

【0005】

図１２の従来の力覚提示装置によれば、右手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタ１Ｒと左手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタ１Ｌとの協調操作によりユーザの両手に力覚を与えることができ、従って、ウェアラブルな力覚提示装置を実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−２０７００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述の図１２の従来の力覚提示装置には以下の課題がある。

【0008】

図１３は図１２の力覚提示装置のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌを示す斜視図、図１４は図１３のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。図１４においては、フレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌを真上方向に１０°だけ傾けてある。これにより、ユーザ１が力覚提示装置を装着し易くする。図１４において、フレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離は５４ｃｍである。尚、図１３、図１４においては、全体の剛性を維持するために、「エ」字状の前側結合フレームＦＦが図１２のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌに対して付加されている。

【0009】

図１５は図１４のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離の場合の全方位から力覚を表現できる力覚表現領域を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。図１５に示すように、フレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌが１０°上方向に傾いているので、力覚表現領域は３８．１８ｃｍ×３８．１８ｃｍ×７２．６８ｃｍの２つの立方体が１０°傾いた領域となる。

【0010】

図１５においては、ユーザの中心付近である−２１．３２ｃｍ＜ｘ＜２１．３２ｃｍの領域は力覚表現領域から外れている。従って、力覚提示効率が小さいという課題がある。

【0011】

また、フレーム構造も約４０ｃｍ×１２０ｃｍ×７０ｃｍと大型化し、力覚提示装置の重量も大きいという課題もある。このため、力覚提示装置の装着は介助者を必要とすることもある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述の課題を解決するために、本発明に係る力覚提示装置は、右手用力覚提示ユニット及び左手用力覚提示ユニットを具備する力覚提示装置であって、各力覚提示ユニットは、第１、第２、第３、第４のワイヤ接地点を有するエンドエフェクタと、エンドエフェクタの上方、下方に位置する上方フレーム及び下方フレームと、上方フレームの一方側及び他方側に設けられた第１、第２のモータと、上方フレームの一方側及び他方側に設けられた第３、第４のモータと、下方フレームの一方側及び他方側に設けられた第５、第６のモータと、下方フレームの一方側及び他方側に設けられた第７、第８のモータと、 各第１、第２のモータのワイヤ出口と第１のワイヤ接地点との間に接続された第１、第２のワイヤと、 各第３、第４のモータのワイヤ出口と第２のワイヤ接地点との間に接続された第３、第４のワイヤと、 各第５、第６のモータのワイヤ出口と第３のワイヤ接地点との間に接続された第５、第６のワイヤと、 各第７、第８のモータのワイヤ出口と第４のワイヤ接地点との間に接続された第７、第８のワイヤとを具備する力覚提示装置において、右手用力覚提示ユニットの上方フレームの一方側と左手用力覚提示ユニットの上方フレームの一方側とは直線状に結合され、さらに、右手用力覚提示ユニットにおける上方フレームのほぼ中間位置において右手用力覚提示ユニットの下方フレームの一方側を上面視でほぼＴ字状に結合する右手用後側結合フレームと、左手用力覚提示ユニットにおける上方フレームのほぼ中間位置において左手用力覚提示ユニットの下方フレームの一方側を上面視でほぼＴ字状に結合する左手用後側結合フレームとを具備し、右手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタと左手用力覚提示ユニットのエンドエフェクタとを協調して操作できるようにしたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ユーザの中心領域も有効な力覚提示領域とすることができるので力覚提示効率を大きくできる。また、フレーム構造を小型化できるので小型化かつ軽量化を実現できる。従って、力覚提示装置の装着も介助者なしに容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る力覚提示装置の第１の実施の形態を示す全体斜視図である。

【図2】図１の力覚提示装置の装着前の写真である。

【図3】図１の力覚提示装置の概略を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。

【図4】図１の左側エンドエフェクタを示す斜視図である。

【図5】図１のエンドエフェクタの並進、回転を説明する図である。

【図6】図１の力覚提示装置の操作状態を示す図である。

【図7】図１の力覚提示装置のフレームを示す斜視図である。

【図8】図７のフレーム上のＤＣモータ間の距離を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。

【図9】図８のフレーム上のＤＣモータ間の距離の場合の全方位から力覚を表現できる力覚表現領域を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。

【図10】本発明に係る力覚提示装置の第２の実施の形態を示す右側面図である。

【図11】本発明に係る力覚提示装置の第３の実施の形態を示す右側面図である。

【図12】従来の力覚提示装置を示す全体斜視図である。

【図13】図１２の力覚提示装置のフレームを示す斜視図である。

【図14】図１３のフレーム上のＤＣモータ間の距離を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

【図15】図１４のフレーム上のＤＣモータ間の距離の場合の全方位から力覚を表現できる力覚表現領域を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は本発明に係る力覚提示装置の第１の実施の形態を示す全体斜視図、図２は図１の力覚提示装置の装着前の写真、図３は図１の概略的な図を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。図１、図３の力覚提示装置は胸元への背負子抱きかかえ型である。

【0016】

図１、図３において、エンドエフェクタ１Ｒ及び上方フレームＦ１Ｒ、下方フレームＦ２Ｒよりなる右手用力覚提示ユニットとエンドエフェクタ１Ｌ及び上方フレームＦ１Ｌ、下方フレームＦ２Ｌよりなる左手用力覚提示ユニットとが後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬによって対称的に結合されている。後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬには肩バンドＢが結合され、肩バンドＢによってユーザ１の肩に装着される。尚、肩バンドＢの代りに逆Ｕ字型固定具を用いてユーザ１の肩に掛けてもよい。

【0017】

右手用力覚提示ユニットの上方フレームＦ１Ｒと左手用力覚提示ユニットの上方フレームＦ１Ｌとは上面視でほぼ一直線状に結合されている。尚、この場合、上方フレームＦ１Ｒと上方フレームＦ１Ｌとは一体に構成してもよい。

【0018】

右手用力覚提示ユニットにおける上方フレームＦ１Ｒのほぼ中間位置と下方フレームＦ２Ｒの一方側とは右手用後側結合フレームＲＦＲを介して上面視でほぼＴ字状に結合されている。同様に、左手用力覚提示ユニットにおける上方フレームＦ１Ｌのほぼ中間位置と下方フレームＦ２Ｌの一方側とは左手用後側結合フレームＲＦＬを介して上面視でほぼＴ字状に結合されている。また、下方フレームＦ２Ｒと下方フレームＦ２Ｌとは補強フレームＦ１、Ｆ２によって結合されている。

【0019】

図１、図３において、ユーザ１の右手に装着される右手用のエンドエフェクタ１Ｒの４つのワイヤ接地点（固定点）ＰＡＲ、ＰＢＲ、ＰＣＲ、ＰＤＲとフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒに設けられたロータリエンコーダ付ＤＣモータ（又はコアレスモータ）Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｒ、…、Ｍ８Ｒ（正確にはこれらに直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間に金属製又は繊維製のワイヤＷ１Ｒ、Ｗ２Ｒ、…、Ｗ８Ｒが設けられている。具体的には、エンドエフェクタ１Ｒのワイヤ接地点ＰＡＲとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ１Ｒ、Ｍ２Ｒ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ１Ｒ、Ｗ２Ｒが設けられ、エンドエフェクタ１Ｒのワイヤ接地点ＰＢＲとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ３Ｒ、Ｍ４Ｒ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ３Ｒ、Ｗ４Ｒが設けられ、エンドエフェクタ１Ｒのワイヤ接地点ＰＣＲとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ５Ｒ、Ｍ６Ｒ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ５Ｒ、Ｗ６Ｒが設けられ、エンドエフェクタ１Ｒのワイヤ接地点ＰＤＲとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ７Ｒ、Ｍ８Ｒ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ７Ｒ、Ｗ８Ｒが設けられている。

【0020】

同様に、ユーザ１の左手に装着される左手用のエンドエフェクタ１Ｌの４つのワイヤ接地点ＰＡＬ、ＰＢＬ、ＰＣＬ、ＰＤＬとフレームＦ１Ｌ、Ｆ２Ｌに設けられたロータリエンコーダ付ＤＣモータ（又はコアレスモータ）Ｍ１Ｌ、Ｍ２Ｌ、…、Ｍ８Ｌ（正確にはこれらに直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間に金属製又は繊維製のワイヤＷ１Ｌ、Ｗ２Ｌ、…、Ｗ８Ｌが設けられている。具体的には、エンドエフェクタ１Ｌのワイヤ接地点ＰＡＬとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ１Ｌ、Ｍ２Ｌ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ１Ｌ、Ｗ２Ｌが設けられ、エンドエフェクタ１Ｌのワイヤ接地点ＰＢＬとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ３Ｌ、Ｍ４Ｌ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ３Ｌ、Ｗ４Ｌが設けられ、エンドエフェクタ１Ｌのワイヤ接地点ＰＣＬとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ５Ｌ、Ｍ６Ｌ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ５Ｌ、Ｗ６Ｌが設けられ、エンドエフェクタ１Ｌのワイヤ接地点ＰＤＬとロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ７Ｌ、Ｍ８Ｌ（正確には直結したワイヤ出口としてのプーリ）との間にワイヤＷ７Ｌ、Ｗ８Ｌが設けられている。

【0021】

ユーザ１の頭部にはＨＭＤ２が装着される。尚、ＨＭＤ２の代りに仮想映像発生手段としての大型スクリーンを用いてもよい。

【0022】

エンドエフェクタ１Ｒ、１Ｌのロータリエンコーダ付ＤＣモータＭ１Ｒ、Ｍ２Ｒ、…、Ｍ８Ｒ；Ｍ１Ｌ、Ｍ２Ｌ、…、Ｍ８Ｌ及びＨＭＤ２は２つの後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬの間に設けられたＤＣモータコントローラ（図示せず）に接続されている。さらに、ＨＭＤ２及びＤＣモータコントローラはパソコン（図示せず）に接続されている。

【0023】

図４は図１、図３のエンドエフェクタ１Ｌを示す斜視図である。

【0024】

図４のエンドエフェクタ１Ｌにおいては、アルミニウムパイプにより構成される直線状の部材Ｕ１、Ｕ２は上方視でほぼ直交した十字形となっており、グリップ部材Ｕ３が部材Ｕ１、Ｕ２間に結合されている。従って、ユーザ１の左手で握る形になっている。この場合、図２の写真に示すごとく、部材Ｕ１、Ｕ２を上方側又は下方側に屈曲させてＶ字状にして部材Ｕ１、Ｕ２を直接結合し、グリップ部材Ｕ３を部材Ｕ１又はＵ２に結合してもよい。エンドエフェクタ１Ｒについても同様である。

【0025】

図１の力覚提示装置の各エンドエフェクタ１Ｒ（１Ｌ）は、図５に示すごとく、ワイヤＷ１Ｒ〜Ｗ８Ｒ（Ｗ１Ｌ〜Ｗ８Ｌ）によって並進３軸３自由度、回転３軸３自由度の合計６自由度の運動を行う。従って、エンドエフェクタ１Ｒとエンドエフェクタ１Ｌとを協調して操作することにより、ＶＲ空間内での図６の仮想物体Ｐに対して両手を用いた６自由度の並進、回転操作を実現できる。すなわち、ユーザ１は力覚提示装置を前リュックのように前で背負い、両手にエンドエフェクタ１Ｒ、１Ｌを装着する。ユーザ１の頭部にＨＭＤ２を装着することにより、ＶＲ空間内に没入し、仮想物体Ｐを両手で操作する。このときの力覚がエンドエフェクタ１Ｒ、１Ｌを介してユーザ１にフィードバックされ、ユーザ１が仮想物体Ｐを掴んだり動かしたりする感覚を得ることができる。

【0026】

図７は図１の力覚提示装置のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌを示す斜視図、図８は図７のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離を説明するための図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は右側面図である。図８においては、フレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離は５４ｃｍである。

【0027】

図９は図８のフレームＦ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ上のＤＣモータ間の距離の場合の全方位から力覚を表現できる力覚表現領域を示す。図９に示すように、力覚表現領域は約５４ｃｍ×１０８ｃｍ×７７ｃｍの直方体の領域となる。図９においては、ユーザの中心付近の領域も力覚表現領域に含まれている。従って、力覚提示効率が大きくなる。また、フレーム構造も約５４ｃｍ×１０８ｃｍ×７７ｃｍと小型化し、力覚提示装置の重量も小さくなる。このため、力覚提示装置の装着は介助者を必要としない。

【0028】

上述の第１の実施の形態においても、従来と同等またはそれ以上の並進力、トルク及び応答性が得られた。

【0029】

図１０は本発明に係る力覚提示装置の第２の実施の形態を示す右側面図であって、（Ａ）は装着直前の状態を示し、（Ｂ）は装着後の状態を示す。図１０の力覚提示装置は背中へ背負う背負子型であり、上フレームが回動式となっている。

【0030】

図１０においては、上方フレームＦ１Ｒ、Ｆ１Ｌは後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬの軸Ａに対して中間上方フレームＩＦ１Ｒ、ＩＦ１Ｌを介して回転可能になるように支持されている。他方、下方フレームＦ２Ｒ、Ｆ２Ｌは後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬに対して中間下方フレームＩＦ２Ｒ、ＩＦ２Ｌを介して固定されている。

【0031】

図１０の力覚提示装置の装着動作を説明する。始めに、図１０の（Ａ）に示すごとく、中間上方フレームＩＦ１Ｒ、ＩＦ１Ｌを上方に回動させて上方フレームＦ１Ｒ、Ｆ１Ｌを上方にした状態で、ユーザ１は力覚提示装置の後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬを背中側で背負う。次いで、図１０の（Ｂ）に示すごとく、中間上方フレームＩＦ１Ｒ、ＩＦ１Ｌを下方に回動させて上方フレームＦ１Ｒ、Ｆ１Ｌを下げる。図１０の力覚提示装置を外す場合は、逆順で行えばよい。

【0032】

図１１は本発明に係る力覚提示装置の第３の実施の形態を示す右側面図である。図１１の力覚提示装置は床面固定型である。

【0033】

図１１においては、図１の後側結合フレームＲＦＲ、ＲＦＬの代りに、床下まで延長されて固定される後側結合フレームＲＦＲ’、ＲＦＬ’及び支持板ＰＬを設けてある。従って、後側結合フレームＲＦＲ’、ＲＦＬ’は支持板ＰＬに固定され、さらに床面に固定できるようになっている。この場合、装着動作は不要であるので、肩バンドＢ又は逆Ｕ字型固定具は不要となる。

【0034】

尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。

【符号の説明】

【0035】

１：ユーザ
１Ｒ：右手用エンドエフェクタ
１Ｌ：左手用エンドエフェクタ
Ｆ１Ｒ、Ｆ２Ｒ、Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ：フレーム
ＲＦＲ、ＲＦＬ、ＲＦＲ’、ＲＦＬ’：後側結合フレーム
Ｆ１、Ｆ２：補強フレーム
ＩＦ１Ｒ、ＩＦ１Ｌ：中間上方フレーム
ＩＦ２Ｒ、ＩＦ２Ｌ：中間下方フレーム
Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｒ、…、Ｍ８Ｒ；Ｍ１Ｌ、Ｍ２Ｌ、…、Ｍ８Ｌ：ロータリエンコーダ付ＤＣモータ
Ｗ１Ｒ、Ｗ２Ｒ、…、Ｗ８Ｒ；Ｗ１Ｌ、Ｗ２Ｌ、…、Ｗ８Ｌ：ワイヤ
ＰＡＲ、ＰＢＲ、ＰＣＲ、ＰＤＲ、ＰＡＬ、ＰＢＬ、ＰＣＬ、ＰＤＬ：ワイヤ接地点
２：頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）
Ｐ：仮想物体
ＰＬ：支持板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】