特許第6793595号(P6793595)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6793595
(24)【登録日】2020年11月12日
(45)【発行日】2020年12月2日
(54)【発明の名称】力覚提示装置
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/01 20060101AFI20201119BHJP
   G06F 3/02 20060101ALI20201119BHJP
   G05G 5/03 20080401ALI20201119BHJP
   G05G 1/02 20060101ALI20201119BHJP
【FI】
   G06F3/01 560
   G06F3/02 E
   G05G5/03 Z
   G05G1/02 B
【請求項の数】5
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2017-81454(P2017-81454)
(22)【出願日】2017年4月17日
(65)【公開番号】特開2018-181054(P2018-181054A)
(43)【公開日】2018年11月15日
【審査請求日】2020年3月2日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】100121119
【弁理士】
【氏名又は名称】花村 泰伸
(72)【発明者】
【氏名】半田 拓也
(72)【発明者】
【氏名】東 真希子
(72)【発明者】
【氏名】近藤 悟
(72)【発明者】
【氏名】清水 俊宏
【審査官】 円子 英紀
(56)【参考文献】
【文献】 特開2015−215795(JP,A)
【文献】 特開2015−230602(JP,A)
【文献】 特開2010−026865(JP,A)
【文献】 特開2010−102560(JP,A)
【文献】 特開2010−225155(JP,A)
【文献】 特開2017−073101(JP,A)
【文献】 特開2011−059862(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06F 3/01
G06F 3/02
G05G 1/02
G05G 5/03
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザの複数の部位に力覚を提示する力覚提示装置において、
前記複数の部位のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の部位により把持される複数の操作部と、
硬さを感じさせる程度を示す硬さ設定値を、前記複数の部位のそれぞれについて設定する硬さ設定部と、
前記硬さ設定部により設定された、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値に基づいて、前記複数の操作部における重心位置の移動距離を示す重心位置変位を算出する処理部と、
前記処理部により算出された前記重心位置変位に基づいて、前記重心位置を移動させるための駆動指令を生成する重心制御部と、
前記重心制御部により生成された前記駆動指令に基づいて、前記重心位置を移動させる重心駆動部と、
を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項2】
請求項1に記載の力覚提示装置において、
前記処理部は、
前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値のうち最も大きい硬さ設定値の部位に対応する操作部へ前記重心位置が移動するように、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値の差または割合に応じて前記重心位置変位を算出する、ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載の力覚提示装置において、
さらに、硬さ制御部及び硬化部を備え、
前記処理部は、
前記重心位置変位を算出すると共に、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値に基づいて、前記複数の部位により前記複数の操作部が把持される際の硬さを、前記硬化部の硬さとして算出し、
前記硬さ制御部は、
前記処理部により算出された前記硬さに基づいて、前記硬化部を硬くするための硬さ指令を生成し、
前記硬化部は、
前記硬さ制御部により生成された前記硬さ指令に基づいて、当該硬化部の硬さを変化させる、ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項4】
請求項3に記載の力覚提示装置において、
前記処理部は、
前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値の和が大きいほど、前記硬さの値が大きくなり、前記硬さ設定値の和が小さいほど、前記硬さの値が小さくなるように、前記硬さ設定値の和に応じて前記硬さを算出する、ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項5】
請求項1から4までのいずれか一項に記載の力覚提示装置において、
前記複数の部位を、左手の親指、人差し指、中指、薬指、小指及び手のひら、並びに右手の親指、人差し指、中指、薬指、小指及び手のひらのうち、2以上の部位とする、ことを特徴とする力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ユーザが物体を触った際に、ユーザに力覚の情報を提示する力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年のバーチャルリアリティ技術の進展により、視覚の情報として映像を提示し、聴覚の情報として音声を提示する技術に加え、ユーザの指等へ力覚の情報を提示する技術が注目されている。従来、仮想的に物体に触ったり触れられたりした感覚の情報を提示する様々な技術が提案され、一部が、ビデオゲーム機のコントローラ等のユーザインターフェースとして実用化されている。例えば、手または指に振動を与えて擬似的に力を感じさせる手法、モータ等のアクチュエータを用いて物理的に反力を与えることで、硬さを感じさせる手法がある。
【0003】
このような力覚の情報をユーザへ提示する装置(力覚提示装置)を設置する手法には、以下の(1)〜(3)がある。(1)は、力覚提示装置の土台を机等の什器に設置する手法であり、(2)は、力覚提示装置を手のひらまたは手首等に固定する手法である。(3)は、力覚提示装置を固定しない手法であって、指先等で押すスイッチ等の操作部に対して、本体側の筐体の体積及び質量を相対的に大きく設計し、手または指がこの筐体を自然に把持して支えることで、この筐体を、提示する力の土台とするものである。
【0004】
前記(1)の手法において、力覚提示装置の土台を基板にして複数のスイッチまたは提示部のばね定数を変えることで、硬さを個別に変更する技術が知られている(例えば、非特許文献1,2を参照)。この技術は、例えば、市販のジョイスティックコントローラに用いられている。この技術の歴史は古く、物理的にある程度正確な力を発生することができる。
【0005】
しかしながら、前記(1)の手法では、力覚提示装置の土台となる接地面を必要とするため、可動範囲が限定されると共に、力覚提示装置の規模が大きくなるという問題があった。この問題を解決するために、近年のバーチャルリアリティ技術では、より手軽な手法として、力覚提示装置をユーザの体または手のひら等に固定する前記(2)の手法が用いられる(例えば、非特許文献3を参照)。
【0006】
図10は、従来の力覚提示装置を説明する図であり、図10(a)は、力覚提示装置を手のひら等に固定する前記(2)の従来技術を説明する図である。この力覚提示装置101は、装具111、ユーザの指先で押されるスイッチ等の操作部112−1,112−2、及び、装具111と操作部112−1,112−2とを接続し、操作部112−1,112−2を支持する支持部113を備えている。装具111は、当該力覚提示装置101を手のひらの所定個所に固定するための部材である。
【0007】
力覚提示装置101を用いて、ユーザの指先(例えば人差し指及び親指)に対応するそれぞれの操作部112−1,112−2の硬さを変更することにより、ユーザは、指毎に異なる硬さの感覚を得ることができる。
【0008】
また、前記(2)の手法をさらに手軽に実現するために、前記(3)の手法が用いられる(例えば、非特許文献4,5,6を参照)。
【0009】
図10(b)は、操作部よりもサイズ及び質量の大きい本体部を備えた前記(3)の従来技術を説明する図である。この力覚提示装置102は、操作部112及び本体部114を備えている。本体部114は、その体積及び質量が操作部112よりも相対的に大きくなるように設計されており、手または指がこの本体部114を自然に把持し支えることができる構造となっている。これにより、本体部114は、指からの力を受ける土台として機能する。
【0010】
図10(c)は、図10(b)と同様に、操作部よりもサイズ及び質量の大きい本体部を備えた前記(3)の従来技術を説明する図であり、図10(b)の本体部114の位置と操作部112の位置とを逆にした例である。この力覚提示装置103は、操作部112及び本体部114を備えている。図10(b)と同様に、本体部114は、指からの力を受ける土台として機能する。
【0011】
図10(b)(c)に示した従来技術では、操作部112に対応する指が、本体部114に対応する指よりも動き易くなる。この現象は、後述する図11及び図12に示す認知科学実験において確認されている。
【0012】
前記(3)の手法を用いた応用例として、指毎に硬さを制御するボタンスイッチが知られている(例えば、非特許文献7を参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0013】
【非特許文献1】“Geomagic Touch ハプティックデバイス”、[online]、3D Systems,Inc.、[平成29年3月21日検索]、インターネット<http://www.geomagic.com/ja/products/phantom-omni/overview>
【非特許文献2】“Cyber grasp”、[online]、CyberGlobe Systems Inc.、[平成29年3月21日検索]、インターネット<http://www.cyberglovesystems.com/cybergrasp/>
【非特許文献3】M.Hirose, K. Hirota, T. Ogi, H. Yano, N. Kakehi, M.Saito and M. Nakashige, “HapticGEAR: the development of a wearable force display system for immersive projection displays,” In Proceedings of the IEEE Virtual Reality 2001 Conference, pp.123-129, 2001.
【非特許文献4】家室、南澤、新居、川上、舘、“ポータブルペン型力覚ディスプレイを用いたバーチャル物体との触覚インタラクション”、日本バーチャルリアリティ学会 、第14回大会、1A2-4、September 2009.
【非特許文献5】“Rift + Touch”、[online]、Oculus VR, LLC.、[平成29年3月21日検索]、インターネット<https://www.oculus.com/>
【非特許文献6】“Vive”、[online]、HTC Corporation、[平成29年3月21日検索]、インターネット<https://www.vive.com/jp/>
【非特許文献7】“Haptic Trigger 他”、[online]、アルプス電気株式会社、[平成29年3月21日検索]、インターネット<http://www.alps.com/j/about_alps/tec/tec_xbywire.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、ユーザが指を使って自由につまんだり放したりすることが可能な力覚提示装置では、前述の非特許文献1〜6の手法のように、例えば親指で押した硬さの感覚、及び人差し指で押した硬さの感覚をそれぞれ制御することができない。
【0015】
例えば、図10(a)の力覚提示装置101及び図10(b)(c)の力覚提示装置102,103では、一方の指で受ける感覚と他方の指で受ける感覚とが同じであり、これらの感覚を異なるようにすることはできない。
【0016】
このように、従来の力覚提示装置101〜103によれば、ユーザがスイッチ等の操作部112を片手の対向する2本の指(親指及び人差し指等)でつまむ(把持する)際に、ユーザに対し、2本の指に同じ硬さを感じさせることができる。仮に、指毎の操作部112の硬さを物理的に変えた場合であっても、把持した際に、互いの指が受ける(感じる)力の大きさは同じになる。
【0017】
一方で、前述の非特許文献7の手法を力覚提示装置101に適用することで、指毎に硬さの感覚を変化させることができる。しかし、非特許文献7の手法では、モータ、エンコーダ等の機器を必要とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御等の処理を行う必要があることから、装置全体としてコストがかかり、構成及び処理が複雑になってしまう。
【0018】
このように、従来技術では、簡易な手法を用いて、ユーザに対し指毎に異なる硬さを感じさせることができなかった。
【0019】
そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ユーザが複数の指等の部位で操作部を把持する際に、ユーザに感じさせる部位毎の硬さを、簡易な手法で制御可能な力覚提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0020】
前記課題を解決するために、請求項1の力覚提示装置は、ユーザの複数の部位に力覚を提示する力覚提示装置において、前記複数の部位のそれぞれに対応して設けられ、前記複数の部位により把持される複数の操作部と、硬さを感じさせる程度を示す硬さ設定値を、前記複数の部位のそれぞれについて設定する硬さ設定部と、前記硬さ設定部により設定された、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値に基づいて、前記複数の操作部における重心位置の移動距離を示す重心位置変位を算出する処理部と、前記処理部により算出された前記重心位置変位に基づいて、前記重心位置を移動させるための駆動指令を生成する重心制御部と、前記重心制御部により生成された前記駆動指令に基づいて、前記重心位置を移動させる重心駆動部と、を備えたことを特徴とする。
【0021】
また、請求項2の力覚提示装置は、請求項1に記載の力覚提示装置において、前記処理部が、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値のうち最も大きい硬さ設定値の部位に対応する操作部へ前記重心位置が移動するように、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値の差または割合に応じて前記重心位置変位を算出する、ことを特徴とする。
【0022】
また、請求項3の力覚提示装置は、請求項1または2に記載の力覚提示装置において、さらに、硬さ制御部及び硬化部を備え、前記処理部が、前記重心位置変位を算出すると共に、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値に基づいて、前記複数の部位により前記複数の操作部が把持される際の硬さを、前記硬化部の硬さとして算出し、前記硬さ制御部が、前記処理部により算出された前記硬さに基づいて、前記硬化部を硬くするための硬さ指令を生成し、前記硬化部が、前記硬さ制御部により生成された前記硬さ指令に基づいて、当該硬化部の硬さを変化させる、ことを特徴とする。
【0023】
また、請求項4の力覚提示装置は、請求項3に記載の力覚提示装置において、前記処理部が、前記複数の部位のそれぞれについての前記硬さ設定値の和が大きいほど、前記硬さの値が大きくなり、前記硬さ設定値の和が小さいほど、前記硬さの値が小さくなるように、前記硬さ設定値の和に応じて前記硬さを算出する、ことを特徴とする。
【0024】
また、請求項5の力覚提示装置は、請求項1から4までのいずれか一項に記載の力覚提示装置において、前記複数の部位を、左手の親指、人差し指、中指、薬指、小指及び手のひら、並びに右手の親指、人差し指、中指、薬指、小指及び手のひらのうち、2以上の部位とする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0025】
以上のように、本発明によれば、ユーザが複数の指等の部位で操作部を把持する際に、ユーザに感じさせる部位毎の硬さを、簡易な手法で制御することができる。したがって、ユーザは、部位毎に異なる硬さを感じることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】実施例1の力覚提示装置の構成例を示すブロック図である。
図2】制御なしの場合を説明する図である。
図3】重心位置GPを上側(人差し指h側)へ移動させる制御ありの場合を説明する図である。
図4】重心位置GPを下側(親指o側)へ移動させる制御ありの場合を説明する図である。
図5】実施例1の力覚硬度制御装置の処理例を示すフローチャートである。
図6】実施例2の力覚提示装置の構成例を示すブロック図である。
図7】実施例2の力覚硬度制御装置の処理例を示すフローチャートである。
図8】タンクを用いた力覚提示装置の実装例において、重心位置GPを上側(人差し指h側)へ移動させる場合を説明する図である。
図9】タンクを用いた力覚提示装置の実装例において、重心位置GPを下側(親指o側)へ移動させる場合を説明する図である。
図10】従来の力覚提示装置を説明する図である。
図11】認知科学実験に用いる力覚提示装置の把持部分のパターンを説明する図である。
図12】認知科学実験の結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明者らは、ユーザが複数の指で操作部を把持する際に、ユーザに対し、指毎に異なる硬さを感じさせることができるように、鋭意検討を行った。
【0028】
その結果、認知科学実験により、装置の重心を変化させることで、無意識的に動く指(より動かし易い指)及び動かない指(より動かし難い指)を選択できることを見出した。例えば、親指に対応する操作部(親指に押される操作部)及び人差し指に対応する操作部(人差し指に押される操作部)について、重心を親指に対応する操作部へ移動させた場合を想定する。
【0029】
この場合、これらの操作部を親指及び人差し指で把持して押し続けるには、親指及び人差し指に同じ力が必要となる。しかし、操作部全体の重心位置が親指に対応する操作部へ移動していることから、親指の移動距離が人差し指の移動距離よりも短くなる。そうすると、ユーザは、親指の方が人差し指よりも硬い(動かし難い)と感じ、人差し指の方が親指よりも柔らかい(動かし易い)と感じてしまう。
【0030】
つまり、両方の指に同じ力が加えられているにもかかわらず、ユーザに対し、無意識的に動かない指は動く指よりも硬いものと錯覚させることができ、逆に、無意識的に動く指は動かない指よりも硬くない(柔らかい)ものと錯覚させることができる。
【0031】
このような人間の特性を利用することにより、ユーザに対し、指毎に異なる硬さを感じさせることができる。つまり、本発明の力覚提示装置は、操作部等の重心を変化させることで、無意識的に動く指及び動かない指を錯覚的に制御する。
【0032】
〔認知科学実験〕
次に、前述の知見(操作部等の重心を変化させることで、無意識的に動く指及び動かない指を選択することができる)を得るに至った認知科学実験について説明する。
【0033】
図11は、認知科学実験に用いる力覚提示装置の把持部分のパターンを説明する図であり、図12は、認知科学実験の結果を説明する図である。この認知科学実験は、2指での把持動作特性の評価実験であり、硬さを電気的に制御するアクチュエータ(非特許文献7を参照)を備えた力覚提示装置を用いる。
【0034】
具体的には、把持の向き、接触面の硬さ、接触面の面積が異なるパターン(図11(1)〜(12)のパターン)を被験者に提示し、被験者が、この把持部分を人差し指と親指とでつまむ動作をし、以下の3つの設問に回答するというものである。
<設問1>自然に動く方の指(人差し指または親指)
<設問2>反対の指で押したときの違和感(5段階)
<設問3>より柔らかいと感じる方の指(人差し指または親指)
【0035】
実験条件は、人差し指が上の状態と親指が上の状態の2条件とし、12名の被験者が、それぞれ24試行(図11(1)〜(12)の12パターン×2条件)を利き手で実施した。
【0036】
図11及び図12において、ABS、A20及びA10は、指及び操作部の接触面の硬さを示しており、ABSはプラスチックであり、最も硬いことを示し、A20はその次に硬く、A10は最も柔らかいことを示す。
【0037】
図11(1)のパターンは、上方の操作部の硬さがABS、下方の操作部の硬さがABSであり、質量は下方の操作部の方が大きく、重心位は下方の操作部側にある。図11(2)のパターンは、図11(1)のパターンを上下逆とし、把持部分の重心位置は上方の操作部側にある。
【0038】
図11(3)(4)のパターンは、図11(1)(2)におけるABSの硬さの代わりにA10及びA20を用いたものであり、重心の位置は図11(1)(2)と同様である。図11(5)(6)のパターン、図11(7)(8)のパターン、図11(9)(10)のパターンは、同図に示すとおりの硬さ及び重心位置である。
【0039】
また、図11(11)のパターンは、上方の操作部の硬さがABS、下方の操作部の硬さがABSであり、質量は下方の操作部の方が大きく、重心位置は下方の操作部側にあり、上方の操作部の面積は下方の1/4である。図11(12)のパターンは、図11(11)のパターンを上下逆とし、重心位置は上方の操作部側にある。
【0040】
図12は、(11)(12)のパターン、(1)(2)のパターン、(7)(8)のパターン、(9)(10)のパターン、(3)(4)のパターン及び(5)(6)のパターンにおける実験結果をそれぞれ示している。具体的には、上方の操作部に人差し指が対応すると共に、下方の操作部に親指が対応し、重心位置が親指側にある場合の実験結果、及び重心位置が人差し指側にある場合の実験結果をそれぞれ示している。
【0041】
実験結果を示す四角図形において、左上の数値(例えば(11)(12)のパターンかつ重心位置が親指側にある場合「100」)は、所定の指(例えば人差し指)が自然に動くと感じた人の割合(%)を示す。また、右上の数値(例えば「58」)は、所定の指(例えば人差し指)が柔らかいと感じた人の割合(%)を示し、中央の数値(例えば「3.4」)は反対の指(例えば親指)で押すときの違和感の平均値を示す。また、左下の数値(例えば「0」)は、所定の指(例えば親指)が自然に動くと感じた人の割合(%)を示し、右下の数値(例えば「8」)は、所定の指(例えば親指)が柔らかいと感じた人の割合(%)を示す。
【0042】
図12に示す実験結果から、接触面の面積、接触面の硬さ及び重さの偏り(重力の影響)によることなく、「自然に動くと感じる指」が決定されることがわかる。また、「柔らかいと感じる指」及び「反対の指で押すときの違和感」についても同様の傾向であることがわかる。
【0043】
このような認知科学実験の結果から、本発明者らは、前述のとおり、重心を変化させることで、無意識的に動く指及び動かない指を選択することができるという知見を得た。本発明では、例えば片手の対向する2本の指(例えば親指及び人差し指)で操作部を把持する際に、装置または物体の物理特性(重心または体積等)に応じて、自動的、反射的または無意識的に、動かし易い指及び動かし難い指が決定されるという特性を利用する。
【0044】
具体的には、本発明の力覚提示装置は、質量の偏りを利用した重心位置を変化させることで、無意識的に動く指及び動かない指を選択し、ユーザが各指で感じる硬さを、錯覚的に制御する機能を備える。つまり、力覚提示装置は、操作部の重心を物理的に制御することで、ユーザが動かし易い及び動かし難いと感じる指を選択的に制御する。この制御によるユーザの錯覚と、操作部の硬さの物理的な制御とを組み合わせることで、ユーザが操作部を把持した際に、対向する指毎に異なる硬さを感じさせたり、操作部の見かけ上の押し易さ(または押し難さ)を感じさせたりする。
【0045】
〔力覚提示装置/実施例1〕
次に、実施例1の力覚提示装置について説明する。図1は、実施例1の力覚提示装置の構成例を示すブロック図である。この力覚提示装置1−1は、力覚硬度制御装置2−1、重心駆動部15、重心位置検出部16、ボタンスイッチ(硬化部)18及び操作部20を備えている。力覚硬度制御装置2−1は、硬さ設定部11,12、重心処理部13及び重心制御部14を備えている。
【0046】
硬さ設定部11は、当該力覚提示装置1−1がユーザの人差し指に硬さを感じさせる程度を示す硬さ設定値K1を設定し、人差し指の硬さ設定値K1を重心処理部13に出力する。
【0047】
硬さ設定部12は、当該力覚提示装置1−1がユーザの親指に硬さを感じさせる程度を示す硬さ設定値K2を設定し、親指の硬さ設定値K2を重心処理部13に出力する。硬さ設定部11,12の処理は、ハードウェア及びソフトウェアにより行われ、例えば、オペレータのキー操作にて、硬さ設定値K1,K2が設定される。
【0048】
重心処理部13は、硬さ設定部11から人差し指の硬さ設定値K1を入力すると共に、硬さ設定部12から親指の硬さ設定値K2を入力する。そして、重心処理部13は、硬さ設定値K1,K2に基づいて、人差し指及び親指が把持する把持部分全体の重心位置の移動距離(中央位置からの距離)を示す重心位置変位Gdを算出し、重心位置変位Gdを重心制御部14に出力する。
【0049】
具体的には、重心処理部13は、硬さ設定値K1,K2のうち大きい方に対応する操作部20へ重心が移動するように、硬さ設定値K1と硬さ設定値K2との間の差または割合に応じた重心位置変位Gdを算出する。
【0050】
例えば、硬さ設定値K1が硬さ設定値K2よりも大きい場合、重心処理部13は、人差し指に対応する操作部20へ重心を移動させる重心位置変位Gdであって、かつ、硬さ設定値K1,K2の差または割合に応じた大きさの重心位置変位Gdを算出する。重心位置変位Gdは、硬さ設定値K1,K2の差または割合が大きいほど(この例ではK1/K2の値が大きいほど)、大きい値となる。
【0051】
重心制御部14は、重心処理部13から重心位置変位Gdを入力し、重心位置変位Gdに基づいて、重心を移動させるための設定値を算出する。また、重心制御部14は、重心位置検出部16から重心位置の検出値を入力し、重心位置の設定値と検出値との間の偏差を算出し、当該偏差が0となるように、重心を移動させるための駆動指令を生成する。そして、重心制御部14は、駆動指令を重心駆動部15に出力する。
【0052】
重心駆動部15は、重心制御部14から駆動指令を入力し、駆動指令に基づいて重心を移動させる。
【0053】
重心位置検出部16は、重心駆動部15により移動した重心の位置を検出し、重心位置の検出値として重心制御部14に出力する。
【0054】
ボタンスイッチ18は、ユーザが人差し指及び親指で操作部20を把持し操作した際に、操作部20からの押圧に対して所定の硬さを有する弾性体である。ボタンスイッチ18は、例えば、所定のばね定数を持つばねである。
【0055】
操作部20は、人差し指及び親指のそれぞれに対応して設けられ、ユーザにより、人差し指及び親指で把持され操作される。
【0056】
これにより、重心は、硬さ設定値K1,K2に基づいて算出された重心位置変位Gdの示す位置へ移動することとなる。
【0057】
次に、図1に示した力覚硬度制御装置2−1の処理について説明する。図5は、実施例1の力覚硬度制御装置2−1の処理例を示すフローチャートである。力覚硬度制御装置2−1の硬さ設定部11,12は、人差し指の硬さ設定値K1及び親指の硬さ設定値K2をそれぞれ設定する(ステップS501)。そして、重心処理部13は、硬さ設定値K1,K2に基づいて、重心位置変位Gdを算出する(ステップS502)。
【0058】
重心制御部14は、重心位置変位Gdに基づいて、重心を移動させるための設定値を算出し、設定値に基づいて重心制御を行う(ステップS503)。重心制御部14は、重心位置検出部16から入力した重心位置の検出値が設定値に一致するか否かを判定する(ステップS504)。重心制御部14は、ステップS504において、検出値が設定値に一致しないと判定した場合(ステップS504:N)、ステップS503へ移行し、重心制御を続ける。
【0059】
一方、重心制御部14は、ステップS504において、検出値が設定値に一致したと判定した場合(ステップS504:Y)、ステップS505へ移行する。そして、力覚硬度制御装置2−1は、当該処理が終了するまで、ステップS501〜ステップS504の各処理を繰り返し行う(ステップS505)。
【0060】
〔重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20の挙動〕
次に、図1に示した力覚提示装置1−1について、ユーザが人差し指及び親指で操作部20を把持する場合の重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20の挙動について説明する。
【0061】
(制御なしの場合)
まず、図1に示した力覚提示装置1−1について、制御なしの場合の挙動を説明する。図2は、制御なしの場合を説明する図である。図2(a)を参照して、本図には、図1に示した力覚提示装置1−1の構成部のうち、重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20−1,20−2が示されている。
【0062】
重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20−1,20−2は、重心駆動部15及びボタンスイッチ18の中心点を基準にして、上下(操作部20−1側及び操作部20−2側)対称に設けられている。操作部20−1は、人差し指hにて操作するスイッチ等の先端部であり、操作部20−2は、親指oにて操作するスイッチ等の先端部である。
【0063】
以下、ユーザが、人差し指h及び親指oでそれぞれ操作部20−1,20−2を把持し、重心駆動部15の方向へそれぞれ力を加える際に、力覚提示装置1−1が何ら制御を行わない場合の挙動を説明する。
【0064】
力覚提示装置1−1による制御が行われないから、重心駆動部15は駆動しない。このため、図2(b)(c)を参照して、重心駆動部15及びボタンスイッチ18を含む操作部20−1,20−2全体の把持部分の重心位置GPは、初期状態をそのまま維持する。つまり、重心位置GPは、操作部20−1,20−2の間の重心駆動部15及びボタンスイッチ18の中心に留まり続ける。
【0065】
人差し指hが操作部20−1を、親指oが操作部20−2をそれぞれ押し続け、図2(b)の状態から図2(c)の状態へ移行する過程において、人差し指hが操作部20−1を押す力(押力F1)と、親指oが操作部20−2を押す力(押力F2)とは、対向する大きさの等しいベクトルとなる。
【0066】
また、人差し指hが操作部20−1を、親指oが操作部20−2をそれぞれ押し続けることに伴い、操作部20−1と重心駆動部15との間の距離である人差し指側距離Di、及び操作部20−2と重心駆動部15との間の距離である親指側距離Dtは、ほぼ等しい状態を維持しながら小さくなる(Di≒Dt)。さらに、操作部20−1の移動距離である人差し指側操作部変位Si、及び操作部20−2の移動距離である親指側操作部変位Stは、ほぼ等しい状態を維持しながら大きくなる(Si≒St)。
【0067】
このとき、ユーザは、人差し指h及び親指oの動かし易さが同程度であり、押力F1,F2に対する反作用の力(反力F3,F4)によって、人差し指h及び親指oが感じる硬さについても同程度、または、個別の場合に発生する力が大きいと想定される親指o側がやや柔らかいと感じる。これは、図10に示した従来技術についても同様である。反力F3,F4は、作用反作用の法則により、それぞれ押力F1,F2と大きさが同じで向きが反対となる。
【0068】
(制御ありの場合の挙動)
次に、力覚提示装置1−1について、制御ありの場合の挙動を説明する。図3は、重心位置GPを上側(人差し指h側、操作部20−1側)へ移動させる制御ありの場合を説明する図である。
【0069】
図3(a)を参照して、重心駆動部15が操作部20−1,20−2間の中央位置から人差し指hの方向へ駆動し、重心位置GPが重心位置変位Gdだけ変位したとする。
【0070】
人差し指hが操作部20−1を、親指oが操作部20−2をそれぞれ押し続け、図3(b)の状態から図3(c)の状態へ移行する過程において、人差し指hが操作部20−1を押す力(押力F5)と、親指oが操作部20−2を押す力(押力F6)とは、対向する大きさの等しいベクトルとなる。また、押力F5,F6に対する反作用の力(反力F7,F8)も、対向する大きさの等しいベクトルとなり、作用反作用の法則により、それぞれ押力F5,F6と大きさが同じで向きが反対となる。これは、図2に示した制御なしの場合と同様である。
【0071】
しかしながら、運動の第2法則により、物体に生じる加速度は、働く力の大きさに比例し物体の質量に反比例することから、人差し指hと親指oとの間で加速度の大きさに差が生じるため、ユーザは、親指oに対応する操作部20−2を人差し指hに対応する操作部20−1よりも動かし易いと感じる。なぜならば、重心位置GPが人差し指h側へ移動しており、重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20−1,20−2全体としてみると、親指oに対応する操作部20−2の質量の方が人差し指hに対応する操作部20−1の質量よりも小さくなり、結果として、親指oに生じる加速度が人差し指hに生じる加速度よりも大きくなるからである。
【0072】
これにより、人差し指hはその場に留まり続け、理想的には人差し指側操作部変位Si=0、実質的には親指側操作部変位Stが人差し指側操作部変位Siよりも大きくなるように(St>Si)、操作部20−1,20−2は挙動する。
【0073】
したがって、ユーザは、人差し指h及び親指oにほぼ同程度の力を加えているにもかかわらず、それぞれの指の動かし易さに差が生じ、実際の変位(移動距離)に差が生じることから、より変位した指である親指oの方が人差し指hよりも、対応する操作部20−2に対し柔らかく感じるという錯覚が生じる。尚、図3(b)の状態から図3(c)の状態へ移行する過程において、人差し指側距離Diと親指側距離Dtとは、ほぼ等しい状態を維持しながら小さくなる(Di≒Dt)。
【0074】
図4は、重心位置GPを下側(親指o側、操作部20−2側)へ移動させる制御ありの場合を説明する図である。図3の説明図と図4の説明図とを比較すると、図3では重心位置GPが上側へ移動するのに対し、図4では重心位置GPが下側へ移動する点で相違する。
【0075】
図4(a)を参照して、重心駆動部15が親指oの方向へ駆動し、重心位置GPが重心位置変位Gdだけ変位したとする。この場合、図4(b)の状態から図4(c)の状態へ移行する過程において、図3と同様に、人差し指hの押力F5と親指oの押力F6とは、対向する大きさの等しいベクトルとなり、反力F7,F8についても同じである。
【0076】
しかしながら、運動の第2法則により、人差し指hに生じる加速度が親指oに生じる加速度よりも大きくなるため、ユーザは、人差し指hに対応する操作部20−1を親指oに対応する操作部20−2よりも動かし易いと感じる。
【0077】
これにより、親指oはその場に留まり続け、理想的には親指側操作部変位St=0、実質的には人差し指側操作部変位Siが親指側操作部変位Stよりも大きくなるように(Si>St)、操作部20−1,20−2は挙動する。
【0078】
したがって、ユーザは、人差し指h及び親指oにほぼ同程度の力を加えているにもかかわらず、それぞれの指の動かし易さに差が生じ、実際の変位に差が生じることから、より変位した指である人差し指hの方が親指oよりも、対向する操作部20−1に対し柔らかく感じるという錯覚が生じる。尚、図4(b)の状態から図4(c)の状態へ移行する過程において、人差し指側距離Diと親指側距離Dtとは、図3と同様に、ほぼ等しい状態を維持しながら小さくなる(Di≒Dt)。
【0079】
尚、図3及び図4に示した挙動は、重心位置変位Gdの大小によって変わることがなく、同じである。すなわち、重心位置変位Gdが最大の場合であっても、重心位置変位Gdが比較的小さい場合であっても、重心駆動部15、ボタンスイッチ18及び操作部20−1,20−2は同じ挙動となる。この重心位置変位Gdは、前述のとおり、硬さ設定値K1,K2の間の差または割合に応じた値であるから、人差し指h及び親指oに対しそれぞれ提示したい硬さに応じて決定される。
【0080】
以上のように、実施例1の力覚提示装置1−1によれば、重心処理部13は、人差し指hの硬さ設定値K1及び親指oの硬さ設定値K2のうち大きい方に対応する操作部20−1または操作部20−2へ重心位置GPを移動させるように、硬さ設定値K1,K2の間の差または割合に応じた重心位置変位Gdを算出する。
【0081】
重心制御部14は、重心位置GPを重心位置変位Gdだけ移動させるための駆動指令を生成し、駆動指令に基づいて重心駆動部15を駆動させる。
【0082】
これにより、重心駆動部15が駆動し、重心位置GPが重心位置変位Gdだけ変位する。そして、この状態において、ユーザが、人差し指h及び親指oで操作部20−1,20−2をそれぞれ把持して押し続けると、重心位置GPに応じて、操作部20−1の質量と操作部20−2の質量との間に差が生じ、運動の第2法則により、親指oに生じる加速度と人差し指hに生じる加速度との間に差が生じる。
【0083】
例えば、重心位置GPが人差し指h側へ変位した場合には、親指oに対応する操作部20−2の質量の方が人差し指hに対応する操作部20−1の質量よりも小さくなり、親指oに生じる加速度が人差し指hに生じる加速度よりも大きくなる。一方、重心位置GPが親指o側へ変位した場合には、人差し指hに対応する操作部20−1の質量の方が親指oに対応する操作部20−2の質量よりも小さくなり、人差し指hに生じる加速度が親指oに生じる加速度よりも大きくなる。
【0084】
そして、生じる加速度の小さい側の人差し指hまたは親指oはその場に留まり続け、生じる加速度の大きい側の親指oまたは人差し指hは移動する。したがって、ユーザは、人差し指h及び親指oにほぼ同程度の力を加えているにもかかわらず、それぞれの指の動かし易さに差が生じ、実際の変位に差が生じることから、より変位した指の方が柔らかく感じるという錯覚が生じる。
【0085】
このように、ユーザが人差し指h及び親指oで操作部20−1,20−2をそれぞれ把持する際に、重心位置GPに応じて、ユーザに感じさせる人差し指h及び親指o毎の硬さを制御することができる。つまり、力覚提示装置1−1は、ユーザに対し、人差し指h及び親指o毎に異なる硬さの感覚を提示することができ、ユーザは、人差し指h及び親指o毎に異なる硬さを感じることができる。
【0086】
また、力覚提示装置1−1は、モータ、エンコーダ等を必要とする前述の非特許文献7の手法に比べ、装置全体としてコストを低減することができ、簡易な手法でユーザに力覚の情報を提示することができる。
【0087】
さらに、力覚提示装置1−1をバーチャルリアリティのツールとして用いることで、バーチャルリアリティ環境において、ユーザに対し、力覚を介して様々な印象を与えることができる。
【0088】
例えば、仮想物体を空間に配置し、ユーザが把持する操作部20−1,20−2等の空間位置が測定されることで、ユーザが触っている仮想物体の位置が特定される。そして、力覚提示装置1−1は、ユーザが触っている仮想物体の位置に対応して、人差し指h等の各部位に異なる硬さの感覚を提示することにより、仮想物体を触ったときの感覚を疑似的に表現することができ、ユーザに様々な印象を与えることができる。
【0089】
〔力覚提示装置/実施例2〕
次に、実施例2の力覚提示装置について説明する。図6は、実施例2の力覚提示装置の構成例を示すブロック図である。この力覚提示装置1−2は、力覚硬度制御装置2−2、重心駆動部15、重心位置検出部16、ボタンスイッチ18、硬さ検出部19及び操作部20を備えている。力覚硬度制御装置2−2は、硬さ設定部11,12、重心及び硬さ処理部21、重心制御部14及び硬さ制御部17を備えている。
【0090】
図1に示した実施例1の力覚提示装置1−1と図6に示す実施例2の力覚提示装置1−2とを比較すると、両力覚提示装置1−1,1−2は、重心駆動部15、重心位置検出部16、ボタンスイッチ18及び操作部20を備えている点で共通する。これに対し、力覚提示装置1−2は、力覚提示装置1−1に備えた力覚硬度制御装置2−1とは異なる力覚硬度制御装置2−2を備え、さらに硬さ検出部19を備えている点で、力覚提示装置1−1と相違する。
【0091】
図1に示した力覚硬度制御装置2−1と図6に示す力覚硬度制御装置2−2とを比較すると、両力覚硬度制御装置2−1,2−2は、硬さ設定部11,12及び重心制御部14を備えている点で共通する。これに対し、力覚硬度制御装置2−2は、力覚硬度制御装置2−1に備えた重心処理部13の代わりに重心及び硬さ処理部21を備え、さらに硬さ制御部17を備えている点で、力覚硬度制御装置2−1と相違する。
【0092】
硬さ設定部11,12、重心制御部14、重心駆動部15、重心位置検出部16、ボタンスイッチ18及び操作部20については、図1に示した構成部と同じであるから、ここでは説明を省略する。
【0093】
力覚硬度制御装置2−2の重心及び硬さ処理部21は、重心処理部13と同様の処理を行い、さらに、硬さ設定値K1,K2に基づいて、ボタンスイッチ18の硬さを示すボタンスイッチ硬さCbを算出し、ボタンスイッチ硬さCbを硬さ制御部17に出力する。ボタンスイッチ硬さCbは、ユーザが人差し指h及び親指oで操作部20−1,20−2をそれぞれ把持して押し続けたときに感じる硬さ、すなわちユーザに対して全体として感じさせる硬さの程度を示す。
【0094】
具体的には、重心及び硬さ処理部21は、ボタンスイッチ18の硬さを設定するために、硬さ設定値K1,K2の和(加算結果)に応じたボタンスイッチ硬さCbを算出する。
【0095】
例えば、硬さ設定部11,12により設定される硬さ設定値K1,K2の範囲をそれぞれ0〜10とした場合、重心及び硬さ処理部21は、硬さ設定値K1,K2の加算結果をボタンスイッチ硬さCbとして算出する。この場合、ボタンスイッチ硬さCbの範囲は0〜20となり、ボタンスイッチ18は、Cb=20のときに、最も硬くなるように設定され、Cb=0のときに、最も柔らかくなるように設定される。つまり、重心及び硬さ処理部21は、硬さ設定値K1,K2の加算結果が大きいほど、ボタンスイッチ硬さCbを大きい値に設定し、硬さ設定値K1,K2の加算結果が小さいほど、ボタンスイッチ硬さCbを小さい値に設定する。この場合、重心及び硬さ処理部21は、硬さ設定値K1,K2の加算結果と予め設定された閾値とを比較し、加算結果が閾値よりも大きい場合、ボタンスイッチ硬さCb=c1に設定し、加算結果が閾値以下の場合、ボタンスイッチ硬さCb=c2(<c1)に設定するようにしてもよい。c1,c2は予め設定された値である。前記例では、硬さ設定値K1,K2の加算結果の範囲が0〜20であり、予め設定された閾値として、例えばこの範囲の中央値である10の値が用いられる。
【0096】
硬さ制御部17は、重心及び硬さ処理部21からボタンスイッチ硬さCbを入力し、ボタンスイッチ硬さCbに基づいて、ボタンスイッチ18の硬さの設定値を算出する。また、硬さ制御部17は、硬さ検出部19からボタンスイッチ18の硬さの検出値を入力し、ボタンスイッチ18の硬さの設定値と検出値との間の偏差を算出し、当該偏差が0となるように、硬さ指令を生成する。そして、硬さ制御部17は、硬さ指令をボタンスイッチ18に出力する。
【0097】
ボタンスイッチ18は、硬さ制御部17から硬さ指令を入力し、硬さ指令に基づいて、操作部20からの押圧に対する硬さ(当該ボタンスイッチ18の押し難さ)を変化させる。ボタンスイッチ18が硬くなるように変化した場合、操作部20からの押圧に対して縮み難くなり、ボタンスイッチ18が柔らかくなるように変化した場合、縮み易くなる。
【0098】
ボタンスイッチ18は、例えば、硬さ制御部17により出力された電流または電圧の信号に基づいて、当該ボタンスイッチ18の硬さが変化するばね等の材料である。硬さ制御部17は、硬さ指令として、ばね定数を反映した電気信号(電流または電圧の信号)をボタンスイッチ18に出力し、ボタンスイッチ18は、当該電気信号に従い、ばね定数を電気的に変化させる。尚、ボタンスイッチ18は、硬さ指令に従って硬さが変化する粘性流体であってもよい。
【0099】
硬さ検出部19は、ボタンスイッチ18の硬さを検出し、その検出値を硬さ制御部17に出力する。
【0100】
これにより、重心は、硬さ設定値K1,K2に基づいて算出された重心位置変位Gdの示す位置に移動すると共に、ボタンスイッチ18は、硬さ設定値K1,K2に基づいて算出されたボタンスイッチ硬さCbの示す硬さに変化する。
【0101】
次に、図6に示した力覚硬度制御装置2−2の処理について説明する。図7は、実施例2の力覚硬度制御装置2−2の処理例を示すフローチャートである。図7に示すステップS701〜ステップS704は、図5に示したステップS501〜ステップS504と同じであるから、ここでは説明を省略する。
【0102】
力覚硬度制御装置2−2の硬さ設定部11,12が、ステップS701にて、硬さ設定値K1,K2をそれぞれ設定した後、重心及び硬さ処理部21は、硬さ設定値K1,K2に基づいて、ボタンスイッチ硬さCbを算出する(ステップS705)。
【0103】
硬さ制御部17は、ボタンスイッチ硬さCbに基づいて、ボタンスイッチ18の硬さの設定値を算出し、設定値に基づいて硬さ制御を行う(ステップS706)。硬さ制御部17は、硬さ検出部19から入力したボタンスイッチ18の硬さの検出値が設定値に一致するか否かを判定する(ステップS707)。硬さ制御部17は、ステップS707において、検出値が設定値に一致しないと判定した場合(ステップS707:N)、ステップS706へ移行し、硬さ制御を続ける。
【0104】
一方、硬さ制御部17は、ステップS707において、検出値が設定値に一致したと判定した場合(ステップS707:Y)、ステップS708へ移行する。そして、力覚硬度制御装置2−2は、ステップS704及びステップS707から移行して、当該処理が終了するまで、ステップS701〜ステップS707の各処理を繰り返し行う(ステップS708)。
【0105】
以上のように、実施例2の力覚提示装置1−2によれば、重心及び硬さ処理部21は、実施例1と同様の処理にて重心位置変位Gdを算出すると共に、硬さ設定値K1,K2の加算結果に応じたボタンスイッチ硬さCbを算出する。そして、重心制御部14は、実施例1と同様に、重心位置GPを重心位置変位Gdだけ移動させるための駆動指令を生成し、駆動指令に基づいて重心駆動部15を駆動させる。
【0106】
硬さ制御部17は、ボタンスイッチ18の硬さをボタンスイッチ硬さCbとするための硬さ指令を生成し、硬さ指令に基づいてボタンスイッチ18の硬さを変化させる。
【0107】
これにより、重心駆動部15の駆動に伴い重心位置GPが変位し、ユーザに感じさせる人差し指h及び親指o毎の硬さを制御することができ、実施例1と同様の効果を奏する。また、この効果に加え、ボタンスイッチ18の硬さの変化に伴い、ユーザに感じさせる硬さの範囲(レンジ)を広げることができる。つまり、力覚提示装置1−2は、ユーザに対し、人差し指h及び親指o毎に、異なる硬さの感覚を広範囲に提示することができ、ユーザは、人差し指h及び親指o毎に、異なる硬さを広範囲に感じることができる。
【0108】
〔タンクを用いた力覚提示装置の実装例〕
次に、タンクを用いた力覚提示装置1−1の実装例について説明する。図8は、タンクを用いた力覚提示装置1−1の実装例において、重心位置GPを上側(人差し指h側、操作部20−1側)へ移動させる場合を説明する図である。図8(a)(b)(c)は、それぞれ図3(a)(b)(c)に対応している。
【0109】
図8(a)を参照して、本図には、図1に示した力覚提示装置1−1の構成部のうち、重心駆動部15に代えて、タンク30−1,30−2並びにポンプ及びチューブ31が示されており、さらに、ボタンスイッチ18及び操作部20−1,20−2が示されている。ボタンスイッチ18、操作部20−1,20−2、タンク30−1,30−2、並びにポンプ及びチューブ31は、ボタンスイッチ18の中心点(8(a)では重心位置GP)を基準にして、上下(操作部20−1側及び操作部20−2側)対称に設けられている。
【0110】
図3に示した重心駆動部15は、所定の質量を持つ剛体である。これに対し、図8に示すタンク30−1,30−2は、ポンプ及びチューブ31によって水またはオイル等の流体(液体)が注入される同容量の容器である。タンク30−1は、人差し指hに対応する操作部20−1に結合しており、タンク30−2は、親指oに対応する操作部20−2に結合している。
【0111】
図8(b)を参照して、ポンプ及びチューブ31は、重心制御部14から出力される駆動指令に基づいた量の流体を、当該ポンプにて当該チューブを介してタンク30−1,30−2へそれぞれ注入する。
【0112】
つまり、ポンプ及びチューブ31は、駆動指令に基づいて、重心位置GPが重心位置変位Gdの示す位置となるように、タンク30−1,30−2へ流体をそれぞれ流し込む。この例では、重心位置GPを人差し指h側へ移動させるから、タンク30−1へ注入する流体の量の方がタンク30−2へ注入する流体の量よりも多い。
【0113】
これにより、重心位置GPは、硬さ設定値K1,K2に基づいて算出された重心位置変位Gdの示す、人差し指h側の所定位置へ移動することとなる。
【0114】
そして、ユーザが人差し指h及び親指oで操作部20−1,20−2をそれぞれ把持し押し続けると、図8(c)に示す状態となる。
【0115】
これにより、人差し指hはその場に留まり続け、理想的には人差し指側操作部変位Si=0、実質的には親指側操作部変位Stが人差し指側操作部変位Siよりも大きくなるように(St>Si)、操作部20−1,20−2は挙動する。また、人差し指側距離Diと親指側距離Dtとは、図3と同様に、ほぼ等しい状態を維持しながら小さくなる(Di≒Dt)。
【0116】
図9は、タンク30−1,30−2を用いた力覚提示装置の例において、重心位置GPを下側(親指o側、操作部20−2側)へ移動させる場合を説明する図である。図9(a)(b)(c)は、それぞれ図4(a)(b)(c)に対応している。図8の説明図と図9の説明図とを比較すると、図8では重心位置GPが上側へ移動するのに対し、図9では重心位置GPが下側へ移動する点で相違する。
【0117】
図9(a)は図8(a)と同じである。図9(b)を参照して、ポンプ及びチューブ31は、重心制御部14からの駆動指令に基づいて、重心位置GPが重心位置変位Gdの示す位置となるように、タンク30−1,30−2へ流体を流し込む。この例では、重心位置GPを親指o側へ移動させるから、タンク30−2へ注入する流体の量の方がタンク30−1へ注入する流体の量よりも多い。
【0118】
これにより、重心位置GPは、硬さ設定値K1,K2に基づいて算出された重心位置変位Gdの示す、親指o側の所定位置へ移動することとなる。
【0119】
そして、ユーザが人差し指h及び親指oで操作部20−1,20−2をそれぞれ把持し押し続けると、図9(c)に示す状態となる。
【0120】
これにより、親指oはその場に留まり続け、理想的には親指側操作部変位St=0、実質的には人差し指側操作部変位Siが親指側操作部変位Stよりも大きくなるように(Si>St)、操作部20−1,20−2は挙動する。また、人差し指側距離Diと親指側距離Dtとは、図4と同様に、ほぼ等しい状態を維持しながら小さくなる(Di≒Dt)。
【0121】
尚、図8及び図9を参照して、図1に示した力覚提示装置1−1の実装例を説明したが、図6に示した力覚提示装置1−2についても適用がある。
【0122】
以上、実施例1,2を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例1,2に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例1,2では、人差し指h及び親指oの場合を説明しているが、対向する指同士であれば何でもよい。本発明は、例えば、中指及び親指o、薬指及び親指o、または小指及び親指oの組み合わせにも適用があり、人差し指h、中指、薬指及び小指のうちのいずれか2つの指の組み合わせにも適用がある。また、本発明は、親指o、人差し指h、中指、薬指及び小指のうちの3以上の指の組み合わせにも適用がある。
【0123】
また、前記実施例1,2では、人差し指h及び親指oが、力覚提示装置1−1,1−2の操作部20−1,20−2を把持して対向するようにした。本発明は、例えば、左右の手の指が対向する場合、左右の手のひらが対向する場合、または指と手のひらとが対向する場合にも適用がある。要するに、本発明は、力覚提示装置1−1,1−2の操作部20−1,20−2を把持して対向する状態であれば、どのような部位であってもよい。つまり、左手の親指o、人差し指h、中指、薬指、小指及び手のひら、並びに右手の親指o、人差し指h、中指、薬指、小指及び手のひらのうち、2以上の部位であればどれでもよい。
【0124】
また、前記実施例1,2の重心制御は、重心駆動部15の剛体を用いるものであり、前記実装例の重心制御は、水またはオイル等の流体を用いるものである。本発明の重心制御は、剛体または流体を用いた手法に限定するものではなく、他の手法を用いるようにしてもよい。要するに、本発明の重心制御は、重心位置GPを制御できる手法であれば何でもよい。
【0125】
また、前記実施例2の硬さ制御は、ボタンスイッチ18を用いるものである。本発明の硬さ制御は、ボタンスイッチ18を用いた手法に限定するものではなく、硬さを制御できる手法であれば何でもよい。
【0126】
また、前記実施例1,2の重心制御部14は、重心位置検出部16から重心位置の検出値を入力し、フィードバック制御を行うようにした。また、前記実施例2の硬さ制御部17は、硬さ検出部19から硬さの検出値を入力し、フィードバック制御を行うようにした。これに対し、重心制御部14及び硬さ制御部17は、フィードフォワード制御を行うようにしてもよい。この場合、実施例1の力覚提示装置1−1は、重心位置検出部16を備えておらず、実施例2の力覚提示装置1−2は、重心位置検出部16及び硬さ検出部19を備えていない。
【0127】
具体的には、重心制御部14は、重心処理部13から重心位置変位Gdを入力し、重心位置変位Gdに基づいて、重心位置GPが重心位置変位Gdの示す位置となるように、駆動指令を生成し、当該駆動指令を重心駆動部15に出力する。
【0128】
硬さ制御部17は、重心及び硬さ処理部21からボタンスイッチ硬さCbを入力し、ボタンスイッチ硬さCbに基づいて、ボタンスイッチ18の硬さがボタンスイッチ硬さCbとなるように、硬さ指令を生成し、当該硬さ指令をボタンスイッチ18に出力する。
【0129】
尚、力覚硬度制御装置2−1,2−2のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。力覚硬度制御装置2−1,2−2は、CPU、RAM等の揮発性の記憶媒体、ROM等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。力覚硬度制御装置2−1に備えた硬さ設定部11,12、重心処理部13及び重心制御部14の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。また、力覚硬度制御装置2−2に備えた硬さ設定部11,12、重心制御部14、硬さ制御部17及び重心及び硬さ処理部21の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。
【0130】
これらのプログラムは、前記記憶媒体に格納されており、CPUに読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。
【0131】
また、力覚硬度制御装置2−1,2−2のハードウェア構成としては、LSI等のチップ、専用回路、汎用プロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)により構成されるようにしてもよい。この場合、力覚硬度制御装置2−1,2−2は、図3及び図4に示した重心駆動部15、ボタンスイッチ18または操作部20−1,20−2の近傍に設けられ、力覚提示装置1−1,1−2は、全体として一体化した装置となる。
【符号の説明】
【0132】
1,101,102,103 力覚提示装置
2 力覚硬度制御装置
11,12 硬さ設定部
13 重心処理部
14 重心制御部
15 重心駆動部
16 重心位置検出部
17 硬さ制御部
18 ボタンスイッチ(硬化部)
19 硬さ検出部
20,112 操作部
21 重心及び硬さ処理部
30 タンク
31 ポンプ及びチューブ
111 装具
113 支持部
114 本体部
K1 人差し指の硬さ設定値
K2 親指の硬さ設定値
Gd 重心位置変位
Cb ボタンスイッチ硬さ
h 人差し指
o 親指
GP 重心位置
Di 人差し指側距離
Dt 親指側距離
Si 人差し指側操作部変位
St 親指側操作部変位
F1,F2,F5,F6 押力
F3,F4,F7,F8 反力
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12