特開 2022-45786 力覚提示システム，制御プログラム及び制御方法

(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】P2022045786

(43)【公開日】2022-03-22

(54)【発明の名称】力覚提示システム，制御プログラム及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20220314BHJP

   G01C 21/36 20060101ALI20220314BHJP

   G08G 1/0968 20060101ALI20220314BHJP

   G08G 1/16 20060101ALI20220314BHJP

   G09B 9/04 20060101ALN20220314BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 510

G01C21/36

G08G1/0968

G08G1/16 A

G09B9/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020151560

(22)【出願日】2020-09-09

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和１年９月１０日、第２４回日本バーチャルリアリティ学会大会ＷＥＢ予稿集 令和１年９月１１日、第２４回日本バーチャルリアリティ学会大会 令和１年１１月２６日、第２６回国際ディスプレイワークショップ（ＩＤＷ’１９）（Ｔｈｅ ２６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）予稿集 令和１年１１月２８日、第２６回国際ディスプレイワークショップ（ＩＤＷ’１９）（Ｔｈｅ ２６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ） 令和１年１２月１２日、第２０回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演（ＳＩ２０１９）予稿集 令和１年１２月１３日、第２０回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演（ＳＩ２０１９） 令和２年３月２日、日本バーチャルリアリティ学会ハプティクス研究会第２４回研究会 令和２年５月２７日、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ＲＯＢＯＭＥＣＨ２０２０）ＷＥＢ予稿集 令和２年５月２９日、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ＲＯＢＯＭＥＣＨ２０２０）

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100092978

【弁理士】

【氏名又は名称】真田 有

(72)【発明者】

【氏名】昆陽 雅司

(72)【発明者】

【氏名】矢内 智大

(72)【発明者】

【氏名】堀江 新

(72)【発明者】

【氏名】多田隈 健二郎

(72)【発明者】

【氏名】田所 諭

【テーマコード（参考）】

2F129

5E555

5H181

【Ｆターム（参考）】

2F129AA03

2F129EE43

2F129EE50

2F129EE85

2F129GG17

2F129HH20

2F129HH21

5E555AA08

5E555AA71

5E555BA01

5E555BA25

5E555BB01

5E555BB25

5E555BC01

5E555CA12

5E555CB12

5E555CB40

5E555CC01

5E555DB22

5E555DC19

5E555DC82

5E555DD06

5E555DD11

5E555EA05

5E555EA09

5E555FA00

5H181AA01

5H181EE02

5H181FF21

5H181FF27

5H181LL01

5H181LL04

5H181LL08

5H181LL20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ヒトへのせん断変形による刺激量の調整を効率的に行なう力覚提示システム，制御プログラム及び制御方法を提供する。
【解決手段】力覚呈示システム１００においては、ヒトの臀部皮膚にせん断変形による力覚を提示する着座式力覚提示装置２と、ヒトが受容した力覚に関する情報に基づき、着座式力覚提示装置２の変位量を調整する制御装置１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒトの臀部皮膚にせん断変形による力覚を提示する着座式力覚提示装置と、
前記ヒトが受容した力覚に関する情報に基づき、前記着座式力覚提示装置の変位量を調整する制御装置と、
を備える、力覚提示システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記着座式力覚提示装置によって力覚を提示させるための一以上の規定の刺激強度に基づき、前記変位量を調整する、
請求項１に記載の力覚提示システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記一以上の規定の刺激強度により、変位量と力覚との関係を示す関数を同定することで、前記変位量を調整する、
請求項２に記載の力覚提示システム。

【請求項4】

前記制御装置は、外乱の大きさに応じて、前記変位量を調整する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記着座式力覚提示装置による力覚の提示の時間経過に応じて、前記変位量を調整する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項6】

前記着座式力覚提示装置は、ナビゲーションシステムを搭載した乗り物に備えられ、
前記制御装置は、前記ナビゲーションシステムが示す前記乗り物の移動方向へ前記着座式力覚提示装置が力覚を提示するように制御する、
請求項１～５のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記ナビゲーションシステムが示す前記乗り物の案内地点が近づくに応じて、前記着座式力覚提示装置が提示する力覚を大きくするように制御する、
請求項６に記載の力覚提示システム。

【請求項8】

前記着座式力覚提示装置は、走行に対する危険を検知するためのセンサを搭載した乗り物に備えられ、
前記制御装置は、前記センサによって前記危険が検知された場合に、前記着座式力覚提示装置に力覚を提示させるように制御する、
請求項１～７のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項9】

前記着座式力覚提示装置は、乗り物に備えられ、
前記制御装置は、前記乗り物の走行により前記ヒトによって知覚される加速度又は遠心力を増幅させるよう、前記着座式力覚提示装置に提示させる力覚を制御する、
請求項１～８のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項10】

前記着座式力覚提示装置は、乗り物に備えられ、
前記制御装置は、前記乗り物の走行により前記ヒトによって知覚される加速度又は遠心力を減少させるよう、前記着座式力覚提示装置に提示させる力覚を制御する、
請求項１～８のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項11】

前記着座式力覚提示装置は、モーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータに備えられ、
前記制御装置は、前記ドライビングシミュレータにより前記ヒトによって知覚される並進加速度を増幅させるよう、前記着座式力覚提示装置に提示させる力覚を制御する、
請求項１～８のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項12】

前記着座式力覚提示装置は、固定型のドライビングシミュレータに備えられ、
前記制御装置は、前記ドライビングシミュレータによって仮想される乗り物の走行に応じた力覚を前記着座式力覚提示装置に提示させる制御を行なう、
請求項１～８のいずれか１項に記載の力覚提示システム。

【請求項13】

ヒトが受容した力覚に関する情報に基づき、前記ヒトの臀部皮膚にせん断変形による力覚を提示する着座式力覚提示装置の変位量を調整する、
処理をコンピュータに実行させる、制御プログラム。

【請求項14】

ヒトが受容した力覚に関する情報に基づき、前記ヒトの臀部皮膚にせん断変形による力覚を提示する着座式力覚提示装置の変位量を調整する、
処理をコンピュータが実行する、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に記載する技術は、力覚提示システム，制御プログラム及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ドライビングシミュレータには、地面に固定したモーションプラットフォーム型のものや、地面に対してスライダ等で並進運動可能な可動式のモーションプラットフォーム型のものがある（例えば、特許文献１）。固定式のモーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータでは、車体又は運転席を傾けることで、運転時の加速度を搭乗者に体感させる。また、可動式のモーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータでは、広い敷地内で筐体を並進運動せることで、実際の自動車の加速度をほぼ正確に搭乗者に体感させる。

【0003】

また、運転中に触覚を提示する従来技術として、バイブレータが実際の自動車等の乗り物に適用されることがある。例えば、シートに内蔵されたバイブレータにより感覚情報をシートに着座している搭乗者に提示することで、搭乗者による運転をサポートするものがある。

【0004】

上述のようなドライビングシミュレータや乗り物に搭載可能である、臀部皮膚にせん断変形を加える着座式の力覚提示装置がある（例えば、非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－１２２９０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Arata Horie, Akito Nomura, Kenjiro Tadakuma, Masashi Konyo, Hikaru Nagano, and Satoshi Tadokoro, AsiaHaptics 2018「Enhancing Haptic Experience in a Seat with Two-DoF Buttock Skin Stretch」２０１８年１１月

【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、固定式のモーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータでは、可動範囲が狭いため並進加速度の再現が困難となり、シート又は車体を運動させるために装置が巨大化するおそれがある。また、可動式のモーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータでは、並進加速度を再現するために巨大な敷地・設備が必要になるおそれがある。

【0008】

実際の自動車のシートに内蔵されたバイブレータでは、車体振動が外乱となって振動刺激による知覚感度が低下するおそれがある。

【0009】

ドライビングシミュレータや乗り物に対して、臀部皮膚にせん断変形を加える着座式の力覚提示装置を単に適用したとしても、ヒトへの刺激量の調整が適切に行なわれない場合には、ヒトに不快感を与えてしまうおそれがある。皮膚せん断変形と知覚される力覚との関係には個人差があるため、皮膚変位と知覚される力覚との関係を心理物理実験で求めることが想定される。しかし、事前に心理物理実験により変位－知覚関数を同定することは実用上難しく、個人に合わせて調整することが困難であった。

【0010】

１つの側面では、本明細書に記載する技術は、着座した状態でヒトの臀部へのせん断変形による刺激量の調整を効率的に行なうことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

１つの側面において、力覚提示システムは、ヒトの臀部皮膚にせん断変形による力覚を提示する着座式力覚提示装置と、前記ヒトが受容した力覚に関する情報に基づき、前記着座式力覚提示装置の変位量を調整する制御装置と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

１つの側面として、ヒトへのせん断変形による刺激量の調整を効率的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態としての力覚提示システムの構成例を模式的に示すブロック図である。

【図2】並進機構及び回転機構の着座式力覚提示装置を説明する図である。

【図3】（ａ）～（ｄ）は図２に示した並進機構の着座式力覚提示装置における駆動部のハードウェア構成例及び駆動例を示す図である。

【図4】（ａ）は２つの刺激での変位－知覚関数の同定処理を例示するグラフであり、（ｂ）は１つの刺激での変位－知覚関数の同定処理を例示するグラフである。

【図5】変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフである。

【図6】ユーザによる変位－知覚関数の補正処理のためのモニタにおける画面表示の第１及び第２の例である。

【図7】ユーザによる変位－知覚関数の補正処理のためのモニタにおける画面表示の第３の例である。

【図8】ユーザによる変位－知覚関数の補正処理の第３の例を簡単に示すグラフである。

【図9】（ａ）はユーザによる変位－知覚関数の補正処理の第１の例を示すグラフであり、（ｂ）はその第２の例を示すグラフであり、（ｃ）はその第３の例を示すグラフである。

【図10】ユーザによる変位－知覚関数の補正処理を説明する図である。

【図11】（ａ）は外乱発生に伴う変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフであり、（ｂ）は時間変化に伴う変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフである。

【図12】（ａ）は図１に示した力覚提示システムによるナビゲーション処理の第１の例を説明する図であり、（ｂ）は図１に示した力覚提示システムによるナビゲーション処理の第２の例を説明する図である。

【図13】図１に示した力覚提示システムにおけるセンサ装置を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【0015】

また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の構成要素を含むことができる。以下、図中において、同一の符号を付した部分は特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を示す。

【0016】

〔Ａ〕実施形態
図１は、実施形態としての力覚提示システム１００の構成例を模式的に示すブロック図である。

【0017】

力覚提示システム１００は、制御装置１，着座式力覚提示装置２及びモニタ３を備える。

【0018】

モニタ３は、制御装置１から出力された映像をユーザ（別言すれば、ヒト）に提示する。モニタ３は、タッチパネルであってもよく、ユーザからの入力を受け付けてもよい。なお、ユーザからの入力は、不図示の種々の入力デバイスにより受け付けられてもよい。

【0019】

着座式力覚提示装置２は、制御装置１による制御によってユーザに力覚を提示する。着座式力覚提示装置２は、例えば２つの駆動部２０を備える。着座式力覚提示装置２は、ユーザの左右の臀部が２つの駆動部２０にそれぞれ設けられた駆動可能な接触子２００に接触されることにより、ユーザの皮膚へせん断変形を与える。臀部の皮膚へせん断変形を与える動作は、スキンストレッチと称されてもよい。

【0020】

駆動部２０の周囲には、支持部２０１が形成される。支持部２０１は、臀部の外周を支えて、支持部２０１の内側に包含される皮膚を効果的に変形させる。支持部２０１の存在によって、接触子２００が動かされても臀部全体は並進せず、支持部２０１によって囲まれる（別言すれば、拘束される）皮膚が効果的にせん断変形を起こす。この際、接触子２００に発生するせん断力は支持部２０１に発生する力と打ち消し合う。よって、着座式力覚提示装置２は、臀部全体に加わるせん断力を物理的に再現するとは限らず、力覚をユーザの錯覚により提示する。また、支持部２０１は、ユーザの上半身の体重を支えることで、接触子２００に加わる加重を低減し、接触子２００の並進に必要な駆動力を下げることができる。これにより、比較的小さなアクチュエータによって接触子２００を駆動させることができる。

【0021】

２つの駆動部２０は、同様に駆動して、左右の臀部に対称なせん断変形を与える。２つの駆動部２０を非対称に動かしてもよい。例えば、左右差を設けることで、遠心力感覚をより強調してもよい。駆動部２０は皮膚を左右，前後，又はその両方向に移動し引き連れさせることにより、皮膚にせん断変形を与える、また、駆動部２０は皮膚にせん断変形を与えるローラであってもよい。駆動部２０と臀部皮膚の間に衣服があってもよい。駆動部２０，支持部２０１やこれらを支える部材には、臀部形状に適合する、又は、快適性を高めるために柔軟性のある素材や機構が使用されてよい。なお、着座式力覚提示装置２の詳細例については、図３を用いて後述する。着座式力覚提示装置２は、ドライビングシミュレータや自動車のシートの上に設置されてもよいし、シートのカバー内に設置されてもよい。

【0022】

制御装置１は、着座式力覚提示装置２の接触子２００の変位量を調整することによって、着座式力覚提示装置２がユーザに提示する力覚を制御する。制御装置１は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）１１，メモリ１２及び記憶装置１３を備える。

【0023】

メモリ１２は、Read Only Memory（ＲＯＭ）及びRandom Access Memory（ＲＡＭ）を含む記憶装置である。

【0024】

記憶装置１３は、データを読み書き可能に記憶する装置であり、例えば、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）やSolid State Drive（ＳＳＤ），Storage Class Memory（ＳＣＭ）が用いられてよい。記憶装置１３は、ユーザ毎に調整されて同定された変位－知覚関数に関する情報等を記憶してよい。

【0025】

ＣＰＵ１１は、種々の制御や演算を行なう処理装置であり、メモリ１２に格納されたOperating System（ＯＳ）やプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。

【0026】

ＣＰＵ１１は、コンピュータの一例であり、例示的に、制御装置１全体の動作を制御する。制御装置１全体の動作を制御するための装置は、ＣＰＵ１１に限定されず、例えば、ＭＰＵやＤＳＰ，ＡＳＩＣ，ＰＬＤ，ＦＰＧＡ，専用プロセッサのいずれか１つであってもよい。また、制御装置１全体の動作を制御するための装置は、ＣＰＵ，ＭＰＵ，ＤＳＰ，ＡＳＩＣ，ＰＬＤ，ＦＰＧＡ及び専用プロセッサのうちの２種類以上の組み合わせであってもよい。なお、ＭＰＵはMicro Processing Unitの略称であり、ＤＳＰはDigital Signal Processorの略称であり、ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略称である。また、ＰＬＤはProgrammable Logic Deviceの略称であり、ＦＰＧＡはField Programmable Gate Arrayの略称である。

【0027】

図２は、並進機構及び回転機構の着座式力覚提示装置２を説明する図である。

【0028】

符号Ａ１には並進機構の着座式力覚提示装置２を臀部背面から見た図が示され、符号Ａ２には並進機構の着座式力覚提示装置２を臀部側面から見た図が示されている。符号Ａ１では接触子２００がユーザから見て左右に並進することによって臀部に左右方向の力覚を与え、符号Ａ２では接触子２００がユーザから見て前後に並進することによって臀部に前後方向の力覚を与える。

【0029】

符号Ａ３には回転機構の着座式力覚提示装置２を臀部背面から見た図が示され、符号Ａ４には回転機構の着座式力覚提示装置２を臀部側面から見た図が示されている。符号Ａ３では接触子２００がユーザから見て左右に回転することによって臀部に左右方向の力覚を与え、符号Ａ４では接触子２００がユーザから見て前後に回転することによって臀部に前後方向の力覚を与える。

【0030】

なお、これらの並進機構の接触子２００と回転機構の接触子２００とは、組み合わされてもよい。

【0031】

図３の（ａ）～（ｄ）は、図２に示した並進機構の着座式力覚提示装置２における駆動部２０のハードウェア構成例及び駆動例を示す図である。図３の（ａ）～（ｄ）においては、図１に示した２つの駆動部２０のうち、１つの駆動部２０に限って図示している。

【0032】

図３の（ａ）は前方向への駆動例を説明する図であり、図３の（ｂ）は後ろ方向への駆動例を説明する図であり、図３の（ｃ）は左方向への駆動例を説明する図であり、図３の（ｄ）は右方向への駆動例を説明する図である。なお、前後左右の方向は、着座式力覚提示装置２に着座するユーザを基準としている。ユーザは、図３の紙面上方向に脚部を向けて、紙面下方向に背部を向けて、駆動部２０の上に着座する。

【0033】

駆動部２０は、第１モータ２１，第２モータ２２，第１入力軸２３，第２入力軸２４，第１ステージ２５，第２ステージ２６，２つのリニアガイド２７，２８及び動作部２９を備える。

【0034】

ボールネジに接続された第１入力軸２３は、破線で示すタイミングベルトを介して第１モータ２１によって回転させられることによって、第１ステージ２５を左右に動かす。同様に、ボールネジに接続された第２入力軸２４は、破線で示すタイミングベルトを介して第２モータ２２によって回転させられることによって、第２ステージ２６を左右に動かす。これにより、第１ステージ２５及び第２ステージ２６の距離と位置とが制御される。

【0035】

動作部２９は、第１ステージ２５と第２ステージ２６との距離に応じて、４５度に斜交した２つのリニアガイド２７，２８によって上下に移動する。第１ステージ２５と第２ステージ２６との距離が一定に保たれるように、第１ステージ２５及び第２ステージ２６が左右に動かされると、動作部２９は左右に移動する。

【0036】

図３の（ａ）に示す例では、第１ステージ２５と第２ステージ２６との距離が広がることにより、動作部２９が前方向に移動する。図３の（ｂ）に示す例では、第１ステージ２５と第２ステージ２６との距離が縮まることにより、動作部２９が後ろ方向に移動する。図３の（ｃ）に示す例では、第１ステージ２５と第２ステージ２６とが距離を保ちながら左方向に移動することにより、動作部２９が左方向に移動する。図３の（ｄ）に示す例では、第１ステージ２５と第２ステージ２６とが距離を保ちながら右方向に移動することにより、動作部２９が右方向に移動する。

【0037】

図４の（ａ）は２つの刺激での変位－知覚関数の同定処理を例示するグラフであり、図４の（ｂ）は１つの刺激での変位－知覚関数の同定処理を例示するグラフである。図４の（ａ）及び（ｂ）において、横軸は接触子２００の変位を示し、縦軸は知覚された力の強度を示す。

【0038】

図４の（ａ）に示すように、２つの点（ユーザが選択した刺激＃１及び＃２）を求め、これらの点を繋げることで、変位－知覚関数が同定されてよい。また、図４の（ｂ）に示すように、１つの点を求め、予め定義した標準の変位－知覚関数（別言すれば、標準関数）から想定する別の１点を仮定することにより、変位－知覚関数が同定されてよい。

【0039】

変位－知覚関数は、次式の感覚尺度（スティーブンスのべき法則）で表されてよい。S(x)は力の主観量[-]（単位なし）であり、xは接触子２００の変位[mm]であり、α，βは感覚定数である。

【数1】

【0040】

図５は、変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフである。

【0041】

図５の実線で示すように、１点以上の接触子２００の変位と知覚された力との関係が求められる。そして、図５の破線及び一点鎖線で示すように、各個人の体格や好み、人間の感覚特性、外界の状況等に応じて、数１で示した間隔尺度の数式におけるαやβが補正されて、変位－知覚関数が補正される。図５の破線では刺激を強める場合の変位―知覚関数の例が示され、図５の一点鎖線では刺激を弱める場合の変位－知覚関数の例が示されている。これにより、ユーザの臀部への刺激量が調整される。

【0042】

ドライビングシミュレータ等によって算出される外力等の物理量を変位に変換する際には、上記変位－知覚関数に加えて、物理量と知覚強度の関係式に応じて、変位量が調整されてもよい。

【0043】

図６は、ユーザによる変位－知覚関数の補正処理のためのモニタ３における画面表示の第１及び第２の例である。図６に示す補正処理のための操作は、ユーザによって、モニタ３のタッチパネルの機能を用いて実施されてもよいし、不図示のダイヤル等を用いて実施されてもよい。

【0044】

ユーザによる変位－知覚関数の補正処理は、標準刺激に基づいて実施される。標準刺激は、標準関数に基づいて、最大強度や中強度等の刺激が用いられてよい。標準刺激が１つの場合にはステップ＃１及び＃２の処理が実施され、標準刺激が２つの場合にはステップ＃１～＃４の処理が実施される。

【0045】

ステップ＃１において、標準の最大強度の位置まで接触子２００が徐々に移動すると、現状の変位量を表すインディケータが初期位置から最大強度を示す位置まで移動する。これにより、ユーザは、標準の最大強度の刺激を知覚する。

【0046】

ステップ＃２において、標準の最大強度の位置を示すインディケータをユーザが微調整で移動させることで、ユーザの好みの最大強度が決定される。

【0047】

以上のステップ＃１及び＃２により、１つの刺激に基づいたユーザによる変位－知覚関数の補正処理が完了する。

【0048】

ステップ＃３において、標準の中強度の刺激を与える位置まで接触子２００が徐々に移動すると、インディケータが中強度を示す位置まで移動する。これにより、ユーザは、標準の中強度の刺激を知覚する。

【0049】

ステップ＃４において、ユーザは、最大強度に比べて、中間だと考える刺激の位置にインディケータを移動させる。

【0050】

以上のステップ＃１～＃４により、２つの刺激に基づいたユーザによる変位－知覚関数の補正処理が完了する。

【0051】

図７は、ユーザによる変位－知覚関数の補正処理のためのモニタ３における画面表示の第３の例である。

【0052】

ステップ＃１において、現在の変位量を示すインディケータが、初期位置から標準の基準刺激の位置まで移動されることにより、座面が徐々に移動する。基準刺激の位置までインディケータが移動すると、ユーザは基準刺激を知覚する。

【0053】

ステップ＃２において、基準刺激に対して２倍の強度を感じる標準位置までインディケータが移動されると、座面もゆっくりと移動する。そして、ユーザは標準の２倍強度刺激を知覚する。

【0054】

ステージ＃３において、ユーザは、基準刺激に対する２倍強度刺激位置をインディケータで微調整する。インディケータをダイヤルやタッチパネルで移動させると、２倍強度刺激位置も移動し、２倍強度刺激の位置が決定される。

【0055】

図８は、ユーザによる変位－知覚関数の補正処理の第３の例を簡単に示すグラフである。

【0056】

基準刺激の変位とそれに対応する基準強度（図８では10）から求まる１点と、選択された２倍強度刺激の変位及び２倍強度（図８では20）から求まる１点との、２つの点を用いて、変位－知覚関数の関数が同定される。

【0057】

図９の（ａ）はユーザによる変位－知覚関数の補正処理の第１の例を示すグラフであり、図９の（ｂ）はその第２の例を示すグラフであり、図９の（ｃ）はその第３の例を示すグラフである。

【0058】

制御装置１は、単独又は複数の標準刺激に対して変位量を調整した結果から、変位－知覚関数を同定する。図９の（ａ）では、ユーザが選択した最大刺激と中間刺激とに基づいて、変位－知覚関数が同定される。図９の（ｂ）では、ユーザが選択した最大刺激と、標準関数から想定する別の１点とに基づいて、変位－知覚関数が同定される。図９の（ｃ）では、基準刺激とユーザが選択した２倍刺激とに基づいて、変位－知覚関数が同定される。

【0059】

図１０は、ユーザによる変位－知覚関数の補正処理を説明する図である。

【0060】

符号Ｂ１に示すように、ユーザが座席に着座する。符号Ｂ２に示すように、ユーザは、刺激量が反映された表示器を見ながら、自身が受容可能な最大刺激量に着座式力覚提示装置２の出力を調整する。符号Ｂ３に示すように、ユーザは、最大刺激量の半分の刺激を感じる刺激量に着座式力覚提示装置２の出力を調整する。なお、１つの刺激で同定が行なわれる場合には、符号Ｂ３に示す処理は省略される。そして、符号Ｂ４に示すように、最大刺激量と半分の刺激量とに基づき、変位－知覚関数が同定される。

【0061】

なお、変位－知覚関数の同定が基準刺激と２倍強度刺激とに基づいて行なわれる場合には、符号Ｂ２に示す処理では基準刺激の出力が調整されてよく、符号Ｂ３に示す例では２倍強度刺激の出力が調整されてよい。また、符号Ｂ２～Ｂ４に示した出力の調整及び変位－知覚関数の同定は、臀部の前後方向と左右方向とについて、それぞれ個別に行なわれてもよい。

【0062】

図１１の（ａ）は外乱発生に伴う変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフであり、図１１の（ｂ）は時間変化に伴う変位－知覚関数の補正処理を例示するグラフである。

【0063】

制御装置１は、外乱（別言すれば、力覚提示システム１００の外部からの振動）の大きさに応じて、着座式力覚提示装置２が提示する力覚を制御してよい。自動車の振動等の外乱によって臀部の皮膚感度が悪くなるため、制御装置１は、力覚提示システム１００が設置されている環境における振動強度を測定し、接触子２００の変位量を調整してよい。図１１の（ａ）に示す例では、実線で示された変位－知覚関数が破線で示された変位－知覚関数に補正されている。

【0064】

外乱発生に伴う変位－知覚関数は、例えば、次式で表わせる。なお、H(I)は、振動強度I（別言すれば、外乱強度）に依存する補正関数である。

【数2】

【0065】

また、制御装置１は、時間経過に応じたユーザの感覚の順応に応じて、接触子２００の変位量を増減させてよい。順応現象によって、同じ変位量が長時間提示されると、ヒトは刺激に順応して知覚される刺激が弱くなる。そこで、定常的な変異が一定以上継続する場合には、変位量が時間関数によって徐々に強く補正されてよい。図１１の（ｂ）に示す例では、変位－知覚関数が、時間依存の順応関数G(t)によって補正されている。

【0066】

一定時間以上同じ変位を与え続けた際の順応を考慮した変位－知覚関数は、例えば、次式で表わされる。

【数3】

【0067】

図１２の（ａ）は図１に示した力覚提示システム１００によるナビゲーション処理の第１の例を説明する図であり、図１２の（ｂ）は図１に示した力覚提示システム１００によるナビゲーション処理の第２の例を説明する図である。

【0068】

自動車等の乗り物における進路のナビゲーションシステムにおいて、音声等による進路案内に同期して、臀部に方向性のある刺激が与えられてよい。

【0069】

図１２の（ａ）に示す例では、自車がナビゲーションシステムによる案内地点に近づいて、音声による「１００メートル先左です」という案内に同期して、着座式力覚提示装置２による左方向への臀部刺激が発生させられる。

【0070】

図１２の（ｂ）に示す例では、自車がナビゲーションシステムによる案内地点に例えば２００ｍ・・・１００ｍ・・・５０ｍと近づくにつれて、着座式力覚提示装置２による左方向への臀部刺激を徐々に強くする。

【0071】

図１３は、図１に示した力覚提示システム１００におけるセンサ装置５を説明するブロック図である。

【0072】

図１に示した制御装置１には、図１３に示すような、自動車等の乗り物の走行に対する危険を検知するためのセンサが搭載されてよい。センサ装置５は、例えば、衝突検知センサ５１１，車間距離センサ５１２，眠気検知センサ５１３及び車線逸脱センサ５１４を備える。

【0073】

衝突検知センサ５１１は、自車の他車や障害物との接近による衝突の可能性を検知する。制御装置１は、衝突検知センサ５１１によって衝突の可能性が検知された場合に、着座式力覚提示装置２にユーザへの力覚を提示させる。接触子２００の移動方向は、例えば、他車や障害物と離れる方向であってよい。

【0074】

車間距離センサ５１２は、自車の他車との車間を検知する。制御装置１は、車間距離センサ５１２によって車間が閾値以下になったと検知された場合に、着座式力覚提示装置２にユーザへの力覚を提示させる。接触子２００の移動方向は、例えば、他車と離れる方向（例えば、後方）であってよい。

【0075】

眠気検知センサ５１３は、例えばカメラであり、乗り物の運転者であるユーザの瞼の開き具合等に応じて、ユーザの眠気を検知する。制御装置１は、眠気検知センサ５１３によってユーザの眠気が検知された場合に、着座式力覚提示装置２にユーザへの力覚を提示させる。接触子２００の移動方向は、例えば、ランダムであっても、左右の動揺であってもよい。

【0076】

車線逸脱センサ５１４は、自車の走行する車線からの逸脱を検知する。制御装置１は、車線逸脱センサ５１４によって車線の逸脱が検知された場合に、着座式力覚提示装置２にユーザへの力覚を提示させる。接触子２００の移動方向は、例えば、走行中の車線に戻る方向であってよい。

【0077】

制御装置１は、着座式力覚提示装置２が自動車等の乗り物に備えられる場合に、乗り物の走行によりユーザによって知覚される加速度又は遠心力を増幅させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御してよい。一方、制御装置１は、着座式力覚提示装置２が自動車等の乗り物に備えられる場合に、乗り物の走行によりユーザによって知覚される加速度又は遠心力を減少させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御してもよい。なお、着座式力覚提示装置２は、自動車等の乗り物において、運転席だけでなく、助手席や後部座席に備えられてもよい。

【0078】

制御装置１は、着座式力覚提示装置２がモーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータに備えられる場合に、モーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータによりユーザによって知覚される並進加速度を増幅させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御してよい。一方、制御装置１は、着座式力覚提示装置２が固定型のドライビングシミュレータに備えられる場合に、固定型のドライビングシミュレータによって仮想される乗り物の走行に応じた力覚を着座式力覚提示装置２に提示させる制御を行なってよい。

【0079】

〔Ｂ〕その他
開示の技術は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。各実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。

【0080】

上述した実施形態においては、着座式力覚提示装置２が自動車やドライビングシミュレータに備えられることとしたが、これに限定されるものではない。着座式力覚提示装置２は、例えば、Virtual Reality（ＶＲ）システムや、遊園地の乗り物、ゲームセンターのレーシングマシンに備えられてよい。

【0081】

〔Ｃ〕効果
実施形態の一例における力覚提示システム１００，制御プログラム及び制御方法によれば、例えば、以下の作用効果を奏することができる。

【0082】

着座式力覚提示装置２は、ヒトの皮膚にせん断変形による力覚を提示する。制御装置１は、ヒトが受容した力覚に応じて入力された情報に基づき、着座式力覚提示装置２の変位量を調整する。これにより、ヒトへのせん断変形による刺激量の調整を効率的に行なうことができる。

【0083】

制御装置１は、着座式力覚提示装置２によって力覚を提示させるための一以上の規定の刺激強度に基づき、変位量を調整する。これにより、ユーザの体格等による力覚知覚の個人差や、好みに応じた変位量に調整できる。

【0084】

制御装置１は、一以上の規定の刺激強度により、変位量と力覚との関係を示す関数を同定することで、変位量を調整する。これにより、変位－知覚関数の同定を簡易的に行なうことができる。

【0085】

制御装置１は、外乱の大きさに応じて、変位量を調整する。これにより、外部からの振動の強い環境でもユーザの所望の刺激感覚を伝えることができる。

【0086】

制御装置１は、着座式力覚提示装置２による力覚の提示の時間経過に応じて、変位量を調整する。これにより、順応現象によって、ユーザの刺激感覚が低下することを防ぐことができる。

【0087】

制御装置１は、ナビゲーションシステムが示す乗り物の移動方向へ着座式力覚提示装置２が力覚を提示するように制御する。これにより、ナビゲーションシステムの音声や画面表示に注意していなくても、方向性のある進路案内にユーザを気づかせることができる。

【0088】

制御装置１は、ナビゲーションシステムが示す乗り物の案内地点が近づくに応じて、着座式力覚提示装置２が提示する力覚を大きくするように制御する。これにより、曲がり角等の案内地点までの距離をユーザに感覚的に提示できる。また、案内地点までの距離に応じて画面における案内表示が大きくなったり音声案内が大きくなったりすると煩わしいが、力覚による提示であれば不快感を低減できる。

【0089】

制御装置１は、センサによって乗り物の走行に対する危険が検知された場合に、着座式力覚提示装置２に力覚を提示させるように制御する。これにより、方向性のある力覚を提示して、ユーザによる危険からの素早い回避行動が可能になる。また、音や視覚と連動して力覚を提示することで、ユーザに対して、より強い警告を与えることができる。

【0090】

制御装置１は、乗り物の走行によりヒトによって知覚される加速度又は遠心力を増幅させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御する。これにより、ユーザに対して、運転時の楽しさを増強させることができる。

【0091】

制御装置１は、乗り物の走行によりヒトによって知覚される加速度又は遠心力を減少させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御する。これにより、乗り物の乗り心地の改善や車酔いの軽減ができる。

【0092】

制御装置１は、モーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータによりヒトによって知覚される並進加速度を増幅させるよう、着座式力覚提示装置２に提示させる力覚を制御する。これにより、傾斜感と加減速感と遠心力感とのうち、モーションプラットフォーム型のドライビングシミュレータにおいて提示されにくい加減速感と遠心力感を効率的に提示できる。

【0093】

制御装置１は、モーションプラットフォームを使用しない簡易型のドライビングシミュレータによって仮想される乗り物の走行に応じた力覚を着座式力覚提示装置２に提示させる制御を行なう。これにより、仮想的に乗り物の運転を体験させる際に、簡易的にユーザの没入感を増幅させることができる。

【符号の説明】

【0094】

１００ ：力覚提示システム
１ ：制御装置
１１ ：ＣＰＵ
１２ ：メモリ
１３ ：記憶装置
２ ：着座式力覚提示装置
２００ ：接触子
２０ ：駆動部
２１ ：第１モータ
２２ ：第２モータ
２３ ：第１入力軸
２４ ：第２入力軸
２５ ：第１ステージ
２６ ：第２ステージ
２７，２８：リニアガイド
２９ ：動作部
３ ：モニタ
５ ：センサ装置
５１１ ：衝突検知センサ
５１２ ：車間距離センサ
５１３ ：眠気検知センサ
５１４ ：車線逸脱センサ

【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】