特開 2023-58282 触覚提示装置及び触覚提示方法

(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】P2023058282

(43)【公開日】2023-04-25

(54)【発明の名称】触覚提示装置及び触覚提示方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20230418BHJP

【ＦＩ】

G06F3/01 560

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021168206

(22)【出願日】2021-10-13

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「タッチＩｏＴ：触れるインターネット実現のための肌感覚送受信機の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304024430

【氏名又は名称】国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100173462

【弁理士】

【氏名又は名称】宮本 一浩

(72)【発明者】

【氏名】ホ アンヴァン

(72)【発明者】

【氏名】グエン クアング ディン

(72)【発明者】

【氏名】グエン タイ ツアン

【テーマコード（参考）】

5E555

【Ｆターム（参考）】

5E555AA08

5E555BA90

5E555BB40

5E555BE17

5E555DA24

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】特定の箇所の触覚と連続的に移動する触覚の両方を提示することができる触覚提示装置及び触覚提示方法を提供する。
【解決手段】触覚提示装置１は、第１の方向Ｚに並んだ複数の膨張可能なバルーン２１と、第１の方向に並んだ複数の湾曲可能な湾曲要素２３と、を有する触覚アクチュエータ２と、バルーン２１を膨張させ、又は湾曲要素２３を湾曲させることを、各バルーン２１及び各湾曲要素２３について制御する制御部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に並んだ複数の膨張可能な膨張要素と、前記第１の方向に並んだ複数の湾曲可能な湾曲要素と、を有するアクチュエータと、
前記膨張要素を膨張させ、又は前記湾曲要素を湾曲させることを、各前記膨張要素及び各前記湾曲要素について制御する制御部と、を備える、
触覚提示装置。

【請求項2】

前記膨張要素は、前記第１の方向と異なる方向に膨張可能であり、
前記湾曲要素は、前記第１の方向と異なる方向に湾曲可能であり、
前記制御部は、前記第１の方向に並んだ前記複数の湾曲可能な湾曲要素を、異なる時刻ごとに湾曲させる、
請求項１に記載の触覚提示装置。

【請求項3】

前記湾曲要素は、気体を収容可能な袋状の複数のヒダが配置された面を有し、前記気体を収容したときに、前記複数のヒダ同士が押し合って前記面を凸にして撓む、
請求項１又は２に記載の触覚提示装置。

【請求項4】

前記面を向かい合わせにして、対向して配置されている前記湾曲要素の対を含む、
請求項３に記載の触覚提示装置。

【請求項5】

前記制御部は、対向して配置されている前記湾曲要素のうちの一方を膨張させ、かつ他方を膨張させない、
請求項４に記載の触覚提示装置。

【請求項6】

前記湾曲要素より装着者の皮膚に近い位置に前記膨張要素を固定するポケット、を備える、
請求項５に記載の触覚提示装置。

【請求項7】

第１の方向に並んだ複数の膨張可能な膨張要素と、前記第１の方向に並んだ複数の湾曲可能な湾曲要素と、を有するアクチュエータを動作させて触覚を提示する触覚提示方法であって、
前記膨張要素は、前記第１の方向と異なる方向に膨張可能であり、
前記湾曲要素は、前記第１の方向と異なる方向に湾曲可能であり、
各前記膨張要素及び各前記湾曲要素について、前記第１の方向に並んだ前記複数の湾曲可能な湾曲要素を、異なる時刻ごとに湾曲させることを含む、
触覚提示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚提示装置及び触覚提示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

仮想現実（ＶＲ、Virtual Reality）の分野において、計算機が生成した信号に基づいて装着者に触覚を提示する装置が知られている。

【0003】

触覚提示ジャケットは、着用者が羽織るジャケットの複数の箇所に触覚を提示する電極、バルーン、振動モータ等を備えるものである。触覚提示ジャケットは、腕、腹、背等の上半身の各部に触覚を提示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１０９９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、内部に空気、水等を出し入れすることにより、体積を増減させて、装着者に触覚を提示することのできる変形可能な要素を備える装置が記載されている。

【0006】

特許文献１に記載された装置は、触覚を提示する要素として風船を用いる。この装置では、風船の膨張と縮小によって、風船と接する箇所に触覚をフィードバックすることができる。しかし、この装置に配置されている風船は移動しないため、連続的な運動、即ち位置的に移動する触覚を装着者にフィードバックすることが困難であるという問題がある。

【0007】

本発明は、上記の問題点に鑑み、特定の箇所の触覚と連続的に移動する触覚の両方を提示することができる触覚提示装置及び触覚提示方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の１つの観点に係る触覚提示装置は、
第１の方向に並んだ複数の膨張可能な膨張要素と、前記第１の方向に並んだ複数の湾曲可能な湾曲要素と、を有するアクチュエータと、
前記膨張要素を膨張させ、又は前記湾曲要素を湾曲させることを、各前記膨張要素及び各前記湾曲要素について制御する制御部と、を備える。

【0009】

前記触覚提示装置の前記膨張要素は、前記第１の方向と異なる方向に膨張可能であり、
前記湾曲要素は、前記第１の方向と異なる方向に湾曲可能であり、
前記制御部は、前記第１の方向に並んだ前記複数の湾曲可能な湾曲要素を、異なる時刻ごとに湾曲させてもよい。

【0010】

前記触覚提示装置の前記湾曲要素は、気体を収容可能な袋状の複数のヒダが配置された面を有し、前記気体を収容したときに、前記複数のヒダ同士が押し合って前記面を凸にして撓んでもよい。

【0011】

前記触覚提示装置は、前記面を向かい合わせにして、対向して配置されている前記湾曲要素の対を含むものであってもよい。

【0012】

前記触覚提示装置の前記制御部は、対向して配置されている前記湾曲要素のうちの一方を膨張させ、かつ他方を膨張させなくてもよい。

【0013】

前記触覚提示装置は、前記湾曲要素より装着者の皮膚に近い位置に前記膨張要素を固定するポケット、を備えてもよい。

【0014】

本発明の１つの観点に係る触覚提示方法は、
第１の方向に並んだ複数の膨張可能な膨張要素と、前記第１の方向に並んだ複数の湾曲可能な湾曲要素と、を有するアクチュエータを動作させて触覚を提示する触覚提示方法であって、
前記膨張要素は、前記第１の方向と異なる方向に膨張可能であり、
前記湾曲要素は、前記第１の方向と異なる方向に湾曲可能であり、
各前記膨張要素及び各前記湾曲要素について、前記第１の方向に並んだ前記複数の湾曲可能な湾曲要素を、異なる時刻ごとに湾曲させることを含む。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、特定の箇所の触覚と連続的に移動する触覚の両方を提示することができる触覚提示装置及び触覚提示方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（Ａ）は本発明の１つの実施の形態に係る触覚提示装置の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す触覚提示装置の背面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示す触覚提示装置の左側面図である。

【図2】（Ａ）は図１（Ａ）に示す触覚提示装置が備える触覚アクチュエータの拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す触覚アクチュエータの分解図である。

【図3】（Ａ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータに含まれるバルーンの斜視図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータに含まれるバルーンの別の斜視図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ（Ａ）に示すバルーンの異なる状態を示す図であり、（Ｅ）から（Ｇ）はそれぞれ（Ａ）に示すバルーンに含まれる要素の異なる状態を説明する図である。

【図4】（Ａ）は図２（Ｂ）に示す触覚アクチュエータのＢＢ’断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す触覚アクチュエータの異なる状態を説明する図である。

【図5】図１（Ａ）に示す触覚提示装置のシステム概略図である。

【図6】図１（Ａ）に示す触覚提示装置に含まれる複数のエアチャネルに吹き込む圧縮空気を制御するタイミングを説明する図である。

【図7】（Ａ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの一つの状態図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの別の状態図であり、（Ｃ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの別の状態図であり、（Ｄ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの別の状態図であり、（Ｅ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの別の状態図である。

【図8】（Ａ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの一つの状態図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータの別の状態図であり、（Ｃ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータのまた別の状態図であり、（Ｄ）は図２（Ａ）に示す触覚アクチュエータのさらに別の状態図である。

【図9】第１の変形例に係る触覚提示装置の正面図である。

【図10】（Ａ）は図９に示す触覚提示装置に含まれる触覚アクチュエータの説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す触覚提示装置の制御の具体例を示す図である。

【図11】（Ａ）は第２の変形例に係る自走装置の概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す自走装置に含まれる触覚アクチュエータの分解図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示す自走装置に含まれるステアリング部の拡大図であり、（Ｄ）は（Ｃ）に示すステアリング部のＳＳ’切断図であり、（Ｅ）は（Ｃ）に示すステアリング部の一つの状態図であり、（Ｆ）は（Ｃ）に示すステアリング部の別の状態図である。

【図12】（Ａ）は図１１（Ａ）に示す自走装置に接続する操作受付部の一例を示す図であり、（Ｂ）から（Ｆ）は（Ａ）に示す操作受付部が受け付ける操作と図１１（Ａ）に示す自走装置の状態との対応関係の具体例をそれぞれ説明する図である。

【図13】（Ａ）から（Ｈ）は、図１１（Ａ）に示す自走装置を水平方向に移動させる実験の結果を説明する図である。

【図14】図１１（Ａ）に示す自走装置に働く力の関係を説明する図である。

【図15】（Ａ）から（Ｇ）は、図１１（Ａ）に示す自走装置を垂直方向に移動させる実験の結果を説明する図である。

【図16】（Ａ）は図１１（Ａ）に示す自走装置に働く力の関係を説明する別の図であり、（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す自走装置に働く力の関係を説明するまた別の図であり、（Ｃ）は図１１（Ａ）に示す自走装置に働く力の関係を説明するまた別の図であり、（Ｄ）は（Ｃ）のＲＲ’断面図である。

【図17】（Ａ）から（Ｄ）は、図１１（Ａ）に示す自走装置を様々な方向に移動させる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】

【0017】

（実施の形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の１つの実施の形態に係る触覚提示装置１を説明する。

【0018】

（ジャケット）
図１（Ａ）に示す触覚提示装置１は、これを羽織った装着者に対して触られる触覚を提示するジャケットである。触覚提示装置１には、細長い袋状のポケット２０が規則的に配置され、その中に以下で述べる線状の触覚アクチュエータ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが格納されている。

【0019】

触覚提示装置１の正面上部には、触覚アクチュエータ２Ａが配置された領域Ｒ１がある。触覚提示装置１の正面下部には、触覚アクチュエータ２Ａよりも短い触覚アクチュエータ２Ｂが配置された領域Ｒ２がある。

【0020】

図１（Ｂ）に示す触覚提示装置１の背面には、触覚アクチュエータ２Ｃが配置された領域Ｒ３がある。背面に配置された触覚アクチュエータ２Ｃは、正面に配置された触覚アクチュエータ２Ａ、２Ｂよりも長い。

【0021】

図１（Ｃ）に示す触覚アクチュエータ２Ａは、触覚提示装置１の袖の領域Ｒ４にも配置されている。

【0022】

図１（Ａ）～（Ｃ）に示した触覚アクチュエータ２Ａ～２Ｃは、装着者の上半身を囲む位置に配置されている。

【0023】

（触覚アクチュエータ２Ａ）
図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して、触覚アクチュエータ２Ａの詳細を説明する。なお、触覚アクチュエータ２Ｂ、２Ｃは、触覚アクチュエータ２Ａと共通する構造を備えており、長さ以外の性質については触覚アクチュエータ２Ａと共通する。そのため、以下では触覚アクチュエータ２Ｂ、２Ｃの詳細な構造の説明を省略する。
以下、触覚アクチュエータ２Ａを単に触覚アクチュエータ２という。

【0024】

触覚アクチュエータ２は、内部に吹き込まれた空気によって膨らむバルーン２１と、バルーン２１に吹き込まれる空気が通るエアチャネル２２と、内部に吹き込まれた空気によって湾曲する湾曲要素２３と、湾曲要素２３に吹き込まれる空気が通るエアチャネル２４と、エアチャネル２２、２４を格納するケース２５と、を備える。バルーン２１及び湾曲要素２３は、一つの方向、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した例においては、Ｚ方向に並んでいる。また、触覚アクチュエータ２は、図１（Ａ）～（Ｃ）に示したポケット２０に格納された状態で、バルーン２１よりも湾曲要素２３が装着者の皮膚に近くなる向きで固定されている。バルーン２１は、膨張要素の一例であり、Ｚ方向は、第１の方向の一例である。

【0025】

（バルーン２１、エアチャネル２２）
図３（Ａ）に詳細を示すバルーン２１は、断面が「コ」の字形である形状に折り曲げられた基板２１Ａと、基板２１Ａ上に貼り付けられている空気を通しづらい空気不浸透性膜２１Ｂと、を含む。基板２１Ａの側から、図２（Ｂ）に示したエアチャネル２２が接続されている。以下、理解を容易にするため、エアチャネル２２を省略して説明することがある。

【0026】

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したバルーン２１を裏返しにしたものである。空気不浸透性膜２１Ｂは、基板２１Ａと接着面２１Ｃにおいて接着されている。図３（Ａ）に示したエアチャネル２２を介して圧縮空気を吹き込むと、圧縮空気の逃げ場がないため、空気不浸透性膜２１Ｂが撓むことにより、バルーン２１は図３（Ｃ）に示した状態となる。さらに圧縮空気の圧力を吹き込むと、空気不浸透性膜２１Ｂはより大きく撓むため、バルーン２１は図４（Ｄ）に示した状態となる。

【0027】

図３（Ｅ）～（Ｇ）は、図３（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）にそれぞれ対応する、バルーン２１に吹き込んだ圧縮空気の量、基板２１Ａと空気不浸透性膜２１Ｂの関係を示す図である。バルーン２１に吹き込む圧縮空気の量が比較的少ない場合には、図３（Ｅ）に示した通り、空気不浸透性膜２１Ｂは基板２１Ａと密着している。バルーン２１に吹き込む圧縮空気の量が多くなればなるほど、図３（Ｆ）及び（Ｇ）に示した通り、空気不浸透性膜２１Ｂは基板２１Ａから大きく離れるため、バルーン２１の体積が増大する。

【0028】

図２（Ａ）に戻って、触覚アクチュエータ２は、４つのバルーン２１を備えており、各バルーン２１に圧縮空気を出し入れするエアチャネル２２が接続されている。これらの４つのエアチャネル２２には、後述するコントローラ３と接続されており、コントローラ３によって、個別に圧縮空気の吹き込み及び吐き出しを制御される。

【0029】

（湾曲要素２３、エアチャネル２４）
図４（Ａ）に示す湾曲要素２３は、一面に複数のフィン２３Ｆが配置された柔軟な直方体状の構造体である。湾曲要素２３の端部には、エアチャネル２４が接続されている。湾曲要素２３の内部は一つの空間である。
図４（Ｂ）に示す通り、エアチャネル２４を介して湾曲要素２３に圧縮空気を吹き込むと、それぞれが更に小さい袋状に形成されているヒダであるフィン２３Ｆが膨らむ。膨らんだフィン２３Ｆ同士が接触すると、互いを押すことにより、湾曲要素２３は、フィン２３Ｆのない側に向けて湾曲する。

【0030】

エアチャネル２２、２４は、例えば、可撓性を有し、かつ、バルーン２１又は湾曲要素２３のフィン２３Ｆを膨らませる程度の圧力が内部にかかっても変形しにくい強度を有するエアチューブである。

【0031】

図２（Ａ）に示した触覚アクチュエータ２は、２２個の湾曲要素２３を備えている。また、１つの触覚アクチュエータ２は、４つのエアチャネル２４を有する。そのうちの２つのエアチャネル２４は、後述するケース２５とバルーン２１との間の側に一列に、Ｚ方向に配置された湾曲要素２３に１つおきに接続されている。別の２つのエアチャネル２４は、ケース２５に対して反対側に一列に配置された湾曲要素２３に１つおきに接続されている。
これらの４つのエアチャネル２４は、後述するコントローラ３と接続されており、個別に圧縮空気の吹き込み及び吐き出しを制御される。

【0032】

（ケース２５）
ケース２５は、扁平な箱形に形成されており、エアチャネル２２、２４を格納して、触覚アクチュエータ２が変形しても、エアチャネル２２、２４が押しつぶされない空間を保つ。
ケース２５もまた、軟らかい素材によって作られている。

【0033】

（タッチ動作）
前述した通り、バルーン２１に圧縮空気を吹き込むと、バルーン２１が膨らむ。そして、触覚提示装置１の装着者の体表に接する湾曲要素２３が膨らんだバルーン２１に押される。これにより、触覚提示装置１の装着者は、バルーン２１が膨らんだ部分において、皮膚を指先で押された感覚を認識する。

【0034】

（コントローラ３）
図５に、コントローラ３を含む触覚提示装置１のシステム構成の一例を示す。
コントローラ３は、提示する触覚の入力を受け付ける操作受付部３１と、各バルーン２１及び各湾曲要素２３に出力する信号を制御する制御信号出力部３２と、外部と信号をやり取りする通信部３３と、を備える。
コントローラ３は、制御部の一例である。

【0035】

操作受付部３１は、触覚提示装置１に提示させるタッチ動作又はストローク動作の指示を受け付けるものであり、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、後述するジョイスティックなどを含む。
制御信号出力部３２は、操作受付部３１によって受け付けられた操作を、ドライバ回路４１に出力する信号に変換するものである。

【0036】

コントローラ３は、通信部３３から出力された制御信号を受けるドライバ回路４１に接続されている。また、ドライバ回路４１は、制御弁４２を介してエアポンプ４３から供給された圧縮空気の圧力を調節して各エアチャネル２２、２４に供給する制御を行うソレノイド弁４４に接続されている。

【0037】

（ストローク動作）
次に、湾曲要素２３を波形に変形させる動作について説明する。

【0038】

図４（Ａ）に示した湾曲要素２３は、複数のフィン２３Ｆが一方向に突出した構造を有している。湾曲要素２３の内部の空間は連通しているため、湾曲要素２３に供給された圧縮空気がフィン２３Ｆに達する。
図４（Ｂ）に示した通り、湾曲要素２３に供給する圧縮空気の圧力を高めると、フィンの側面が膨張して隣接するフィン同士が衝突して、押し合う。そして、湾曲要素２３は、フィン２３Ｆのない側に湾曲する。

【0039】

図２（Ａ）、（Ｂ）に示した通り、ケース２５の裏表で一対の湾曲要素２３が配置されている。このため、一方の湾曲要素２３の圧縮空気の圧力を高め、他方の湾曲要素２３の圧縮空気を高めないことにより、触覚アクチュエータ２を、圧縮空気の圧力を高めた側と反対側に湾曲させることができる。

【0040】

湾曲要素２３は、一列に配置されている。コントローラ３は、この列の一端から他端に向けて、時間ごとに、圧縮空気の圧力を高め又はもとに戻す湾曲要素２３をずらすことで、湾曲する部分を移動させることができる。

【0041】

触覚提示装置１の装着者は、湾曲して体表に押しつけられる部分が移動することを認識して、皮膚を撫でられている感覚を認識する。

【0042】

例えば、図６及び後述する図７（Ｂ）～（Ｅ）に示す通り、コントローラ３は、エアチャネル２４Ａ～２４Ｄに圧縮空気を吹き込む信号を、時間Ｓずつずらしながら出力する。出力する信号の周期をエアチャネル２４Ａ～２４Ｄの全てに共通のＴとすると、周期Ｔで湾曲要素の枠２３Ａ～２３Ｄが湾曲するため、触覚アクチュエータ２のうちテーブルと接触する部分の位置も周期Ｔで移動する。
触覚アクチュエータ２を含む触覚提示装置１を装着しているならば、装着者は、周期Ｔに対応する時間ごとに湾曲要素の枠２３Ａ～２３Ｄが配列している方向に撫でられている感覚を得る。
なお、圧縮空気は、気体の一例である。

【0043】

（ストローク動作の実験）
実際に触覚アクチュエータ２にストローク動作をさせる実験を行った。
図７（Ａ）は、ストローク動作をさせない触覚アクチュエータ２、（Ｂ）～（Ｅ）は、２．５Ｈｚの周波数でストローク動作をさせた触覚アクチュエータ２のそれぞれの状態を示す画像である。

【0044】

図７（Ａ）は、どの湾曲要素２３にも圧縮空気の圧力を加えていない状態における画像である。この状態においては、湾曲要素２３は湾曲していないため、触覚アクチュエータ２は、その全体でテーブルに接している。
以下、湾曲要素２３を、表裏で一対のものとし、エアチャネル２４Ａ～２４Ｄと接続している一つのまとまりごとに湾曲要素の「枠」として、左から２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄと呼んで説明する。

【0045】

図７（Ｂ）～（Ｅ）は、それぞれ、湾曲要素の枠２３Ｂ、２３Ａ、２３Ｄ及び２３Ｃに圧縮空気の圧力を加えた瞬間の触覚アクチュエータ２の状態を示す画像である。

【0046】

図７（Ｂ）～（Ｅ）にそれぞれ示した通り、触覚アクチュエータ２は、圧縮空気の圧力を加えた湾曲要素の枠２３Ｂ、２３Ａ、２３Ｄ又は２３Ｃの部分で上に凸に湾曲する。そして、触覚アクチュエータ２は、湾曲した部分においてテーブルから離れ、湾曲した部分に隣接する部分においてテーブルに接している。
このため、触覚アクチュエータ２によれば、図７（Ｂ）から（Ｅ）に示した動作を連続して行わせることでストローク動作を実現できる。

【0047】

なお、図７（Ｂ）～（Ｅ）に示した触覚アクチュエータ２の状態は、それぞれ、コントローラ３が図６において２４Ａ～２４Ｄに示したＯＮの信号を出力した場合に相当するものである。図７（Ｂ）～（Ｅ）から、触覚アクチュエータ２によれば、破線の楕円で囲まれた波の頂点が矢印方向に移動して、波全体がその方向に進んでいることが理解される。

【0048】

（タッチ動作の実験）
次に、触覚アクチュエータ２にタッチ動作をさせる実験を行った。
図８（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、一つずつ右から順にバルーン２１に圧縮空気を吹き込んだ触覚アクチュエータ２を撮影した画像である。
なお、触覚アクチュエータ２は、テーブルにバルーン２１が接する向きに置かれている。

【0049】

図８（Ａ）～（Ｄ）に示した通り、圧縮空気の圧力を高めたバルーン２１が膨らむため、触覚アクチュエータ２は、バルーン２１の膨らんだ部分でテーブルの表面を押す。

【0050】

（第１の変形例）
触覚提示装置１の触覚アクチュエータ２は、左右に間隔を空けて配置されている。
これに対し、図９に示す変形例に係る触覚提示装置１０の触覚アクチュエータ２は、領域Ｒ５において、触覚提示装置１に比べて間隔を空けずに配置されている。

【0051】

以下、触覚提示装置１と異なる部分を中心に説明する。また、触覚提示装置１と共通する構成要素には同一の符号を付す。

【0052】

図９においては、領域Ｒ５には、上下２段に触覚アクチュエータ２が配置されているが、このうち、上段について説明する。以下の説明は、下段に配置された触覚アクチュエータ２に適用されてもよく、図１（Ａ）～（Ｃ）に示した他の領域Ｒ１～Ｒ４に配置された触覚アクチュエータ２に適用されてもよい。

【0053】

図１０（Ａ）は、触覚アクチュエータ２に含まれる湾曲要素２３を、図１（Ａ）～（Ｃ）に示したｙ軸及びｚ軸に対応させた符号で表したものである。
例えば、左端最下部に位置する湾曲要素２３は「ｙ１ｚ１」で表され、その上に隣接する湾曲要素２３はｚを示す数字が１増えた「ｙ１ｚ２」で表され、右に隣接する湾曲要素２３はｚを示す数字が１増えた「ｙ２ｚ１」で表される。

【0054】

触覚提示装置１０において、コントローラ３は、ｙ方向に位相をずらすことによって、湾曲要素２３が一つの触覚アクチュエータ２において並んでいる方向と垂直な方向であるｙ方向にも、ストローク動作を提示することができる。
図１０（Ｂ）に示す通り、例えば、ｙ方向に隣接する湾曲要素２３同士の間で、周期Ｔのうちの時間Ｓだけ、コントローラ３は、制御信号を出力する時刻を遅らせることができる。

【0055】

この制御を行うことにより、触覚提示装置１０によれば、ｙ方向にもストローク動作を実現することができる。

【0056】

以上説明した触覚アクチュエータ２のタッチ動作とストローク動作は、別々のタイミングで行われてもよく、同時に行われてもよい。
ストローク動作において、コントローラ３は、ｙ方向とｚ方向の両方に位相をずらす制御を行ってもよい。
触覚提示装置１、１０は、触覚アクチュエータ２以外のアクチュエータを含んでいてもよい。

【0057】

触覚提示装置１、１０としてジャケットを説明したが、触覚アクチュエータ２は、グローブ、ヘルメット、靴下など、人体の表面に接する任意の装着品に配置されることができる。また、触覚を装着者に安定して提示するため、触覚提示装置１、１０を、伸縮性を有する布地、バンド、サポーターなどで覆ってもよい。

【0058】

（第２の変形例）
触覚アクチュエータ２を利用するものは、触覚提示装置１、１０に限られない。自走装置１００は、湾曲要素２３を含む触覚アクチュエータ１０２を動作させて管路内を自ら移動するものである。

【0059】

以下、触覚提示装置１、１０と異なる部分を中心に説明する。また、触覚提示装置１、１０と共通する構成要素には同一の符号を付す。

【0060】

図１１（Ａ）に示す自走装置１００は、触覚アクチュエータ１０２と、触覚アクチュエータ１０２の両端部を袋状に覆うバルーン１２１と、バルーン１２１の他端部に配置され、周辺の画像を撮影するカメラ１５１と、自走装置１００の進行方向を制御するステアリング部１５２と、を備える。

【0061】

図１１（Ｂ）に示す通り、自走装置１００の触覚アクチュエータ１０２は、延長方向の一端部に、カメラ１５１とステアリング部１５２を備える。

【0062】

図１１（Ｃ）を参照すると、ステアリング部１５２は、より詳細には、２枚の円盤状の基板１５２Ａと、これらの基板１５２Ａに挟まれて配置された３つの碍子状に形成されたステアリングアクチュエータ１５２Ｂと、を含む。

【0063】

図１１（Ｄ）に示すステアリングアクチュエータ１５２Ｂは、バルーン２１、１２１、湾曲要素２３と同様に柔軟な素材で形成され、内部に空洞を有するため、圧縮空気の圧力を吹き込むことにより、伸縮することができる。

【0064】

３つのステアリングアクチュエータ１５２Ｂのうちの何れのステアリングアクチュエータ１５２Ｂに圧縮空気を吹き込むかによって、図１１（Ｅ）及び（Ｆ）に示す通り、ステアリング部１５２を異なる方向に曲げることができる。

【0065】

触覚アクチュエータ１０２の先端にはステアリング部１５２が取り付けられているため、自走装置１００は、ステアリング部１５２を任意の方向に曲げながら、曲がりくねった経路内を進むことができる。

【0066】

図１２（Ａ）に示すジョイスティックＪＳは、図１１（Ａ）に示したステアリング部１５２を操作する手段の一例である。図１２（Ｂ）は、ジョイスティックＪＳに何れの方向の入力も指示しない場合の触覚アクチュエータ１０２の向きを示す画像である。
ジョイスティックＪＳに上下左右の各方向の入力を指示することで、図５に示した操作受付部３１は、ドライバ回路４１を通して、図１２（Ｃ）～（Ｆ）に示す左、右、上及び下の各方向に触覚アクチュエータ１０２を曲げる信号を出力する。なお、ジョイスティックＪＳが受け付ける操作は、上下左右の４方向に対するものに限られず、これらの方向の組合せ、例えば、右上、左下などであってもよい。

【0067】

（自走装置１００を水平方向に移動させる実験）
図１２（Ａ）に示したジョイスティックＪＳを操作して、自走装置１００をプラスチックのパイプの内部で水平方向に移動させる実験を行った。

【0068】

図１３（Ａ）～（Ｈ）は、バルーン１２１を膨らませずに、２．５Ｈｚの周期で触覚アクチュエータ１０２にストローク動作のみをさせた場合における各時点の自走装置１００の画像である。図１３（Ａ）に示した時点を基準時点の０．００秒として、０．１６秒、０．２２秒、０．３７秒、０．５２秒、２．００秒、５．００秒、９．８９秒経過時の触覚アクチュエータ１０２の位置と形状を、図１３（Ｂ）～（Ｈ）にそれぞれ示す。

【0069】

図１３（Ａ）～（Ｅ）に示した通り、約０．５秒の間に、触覚アクチュエータ１０２は、管路内で凹凸を変化させていることが理解される。図１３（Ｆ）に示した通り、約２．０秒で、触覚アクチュエータ１０２は、画像右から左に向けて、自身の直径程度に相当する距離を進むことが理解される。図１３（Ｇ）及び（Ｈ）も参照すると、触覚アクチュエータ１０２は、一定の周期のストローク動作のみによって、水平方向の管路内を一定の速度で進み、約１０秒で、自身の長さ程度に相当する距離を進むことが理解される。

【0070】

図１４に示す通り、自走装置１００の触覚アクチュエータ１０２は、管路の内壁に点Ｐで接している。点Ｐにおいて、触覚アクチュエータ１０２は、管路の内壁を作用力Ｆｉで押すため、反作用力Ｆｎを受ける。また、触覚アクチュエータ１０２と管路の内壁との間には摩擦があるため、触覚アクチュエータ１０２には、摩擦力Ｆｋが働く。従って、合力として、触覚アクチュエータ１０２には、破線で示した中心線と平行に、管路の延長方向に推力Ｆｔｈが働く。このため、触覚アクチュエータ１０２は、全体として推力Ｆｔｈの方向、即ち、ＭＤの方向に移動する。

【0071】

（自走装置１００を垂直方向に移動させる実験）
図１２（Ａ）に示したジョイスティックＪＳを操作して、自走装置１００をプラスチックのパイプの内部で垂直方向に移動させる実験を行った。
なお、エアチャネル２２を介してバルーン１２１に圧縮空気を送る命令を、図示しないボタンを押すことによって行った。

【0072】

図１５（Ａ）～（Ｇ）は、バルーン１２１を膨らませて、１．５Ｈｚの周期で触覚アクチュエータ２にストローク動作をさせた場合における各時点の自走装置１００の画像である。図１５（Ａ）に示した時点を基準時点の０．００秒として、０．１６秒、０．３９秒、０．７１秒、２．００秒、８．００秒、９．１９秒経過時の触覚アクチュエータ１０２の位置と形状を、図１５（Ｂ）～（Ｇ）にそれぞれ示す。なお、この実験においてバルーン１２１に供給された圧縮空気の圧力は８ｋＰａであり、湾曲要素２３に供給された圧縮空気の圧力は８０ｋＰａである。

【0073】

図１５（Ａ）～（Ｄ）に示した通り、約０．７秒の間に、触覚アクチュエータ１０２は、管路内で凹凸を変化させていることが理解される。図１５（Ｅ）に示した通り、約２．０秒で、触覚アクチュエータ１０２は、画像下から上に向けて、自身の直径程度に相当する距離を進むことが理解される。図１５（Ｆ）も参照すると、触覚アクチュエータ１０２は、下側に配置されているバルーン１２１が滑り止めとなって、一定の周期のストローク動作によって、垂直方向の管路内を一定の速度で進むことが理解される。

【0074】

さらに、図１５（Ｇ）に示した通り、上側に配置されているバルーン１２１を十分に膨らませることによって、ストローク動作をしない間でも、触覚アクチュエータ１０２をその場にとどめるブレーキをかけることができる。

【0075】

図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示す通り、自走装置１００の触覚アクチュエータ１０２及びバルーン１２１は、管路の内壁に点Ｐで接している。
触覚アクチュエータ１０２は、ストローク動作を行っているとき、湾曲の仕方によって、図１６（Ａ）又は（Ｂ）に示した反作用力Ｆｎを受ける。バルーン１２１は、管路の内壁を斜め方向に、例えば接線角θをなす方向に押すため、全体として上方向の推力Ｆｔｈが生じる。このため、触覚アクチュエータ１０２は、下側に配置されているバルーン１２１で自身を固定しながら、上方向である移動方向ＭＤに進む。

【0076】

図１６（Ｃ）及び（Ｄ）は、ストローク動作をさせずに、バルーン１２１に圧縮空気の圧力を吹き込んで上側のバルーン１２１を膨らませた状態の触覚アクチュエータ１０２が受ける力を示したものである。この状態においては、触覚アクチュエータ１０２に働く重力ｍｇと摩擦力Ｆｋが釣り合っているため、触覚アクチュエータ１０２は、ストローク動作をしなくても、落下しない。

【0077】

（自走装置１００を起伏のある管の内部で移動させる実験）
ヒトの大腸を模した筒ＣＬの内部に自走装置１００を配置し、起伏のある大腸の内部で水平方向及び垂直方向に自走装置１００を移動させた。
図１７（Ａ）～（Ｄ）は、図１２（Ａ）に示したジョイスティックＪＳと、カメラ１５１によって取得した画像をリアルタイムに表示するモニタＭＮとを含む実験装置を用いて、自走装置１００を筒ＣＬの内部で移動させたものである。

【0078】

図１７（Ａ）～（Ｄ）における白い楕円で囲った部分に、自走装置１００の先端部が位置している。
図１７（Ａ）は、自走装置１００を筒ＣＬに投入した直後の画像であり、図１７（Ｂ）は、実験者がジョイスティックＪＳを操作することにより、自走装置１００を段差の直前まで移動させた時点の画像である。実験者がジョイスティックＪＳをさらに操作すると、自走装置１００は、図１７（Ｃ）及び（Ｄ）にそれぞれ示した通り、筒ＣＬの内部にある段差を乗り越えた。なお、図１７（Ａ）に示した時点から図１７（Ｄ）に示した時点までに経過した時間は約３０秒であった。また、この間に、モニタＭＮに表示される画像は明瞭なものであった。

【0079】

自走装置１００によれば、秒速１ｃｍ程度の速度で、パイプ、ヒトの大腸などの細く、曲がりくねった管路の内部に、カメラを備えるロボットを比較的自由に移動させることができる。

【0080】

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【符号の説明】

【0081】

１、１０ 触覚提示装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、１０２ 触覚アクチュエータ
３ コントローラ
２０ ポケット
２１、１２１ バルーン
２１Ａ、１５２Ａ 基板
２１Ｂ 空気不浸透性膜
２１Ｃ 接着面
２３ 湾曲要素
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ 湾曲要素の枠
２３Ｆ フィン
２２、２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ エアチャネル
２５ ケース
３１ 操作受付部
３２ 制御信号出力部
３３ 通信部
４１ ドライバ回路
４２ 制御弁
４３ エアポンプ
４４ ソレノイド弁
１００ 自走装置
１５１ カメラ
１５２ ステアリング部
１５２Ｂ ステアリングアクチュエータ
ＣＬ 筒
ＪＳ ジョイスティック
ＭＤ 移動方向
ＭＮ モニタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 領域
Ｔ 周期

【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】

【図16】

【図17】