(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】
(24)【登録日】2022-01-04
(45)【発行日】2022-01-20
(54)【発明の名称】触感検出装置
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20220113BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 G
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018031396
(22)【出願日】2018-02-23
(65)【公開番号】P2019144213
(43)【公開日】2019-08-29
【審査請求日】2021-02-15
(73)【特許権者】
【識別番号】503061485
【氏名又は名称】株式会社テック技販
(74)【代理人】
【識別番号】100111349
【弁理士】
【氏名又は名称】久留 徹
(72)【発明者】
【氏名】纐纈 和美
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１２２３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１５３８２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２７１４０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７６２６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００１－２８２０９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検体を載置するプレートと、当該プレートに掛かる荷重を検出する複数の荷重検出センサーと、
当該荷重検出センサーを用いて、指が前記検体に接触した際におけるＸＹＺ方向の荷重を検出する荷重算出手段と、
前記複数の荷重検出センサーに掛かる荷重から前記検体に掛かる荷重位置の移動速度を算出する移動状態算出手段と、
前記荷重算出手段で検出された荷重と前記移動状態算出手段で算出された移動速度から、前記指と前記検体との触感を数値化する触感値算出手段と、
を備えたことを特徴とする触感検出装置。
【請求項2】
前記荷重検出センサーが、前記プレートの離れた少なくとも三箇所以上の位置に設けられるものである請求項１に記載の触感検出装置。
【請求項3】
前記移動状態算出手段が、所定時間毎に前記複数の荷重検出センサーの荷重から指の荷重位置を算出し、当該荷重位置の移動時間から移動速度を算出するものである請求項１に記載の触感検出装置。
【請求項4】
前記荷重検出センサーを用いて振動波形も抽出するようにした請求項１に記載の触感検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、検体を触った際の触感を数値化して評価できるようにした触感検出装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、人間が物体を触った場合、その物体から受ける反力や摩擦などによって感覚が大きく変わる。例えば、人間が固い板などを触った場合、指が受ける反力は指の押圧力に敏感に反応して反力が大きくなり、一方、柔らかい布やスポンジなどを触った場合、指の押圧力に対してゆっくりと反力が大きくなる。また、人間が物体をなぞるように触った場合は、その物体の表面の状態や、人間の指との粘性などによって触感が変わる。このため、これらの触感を定量的に数値化することで、検体の表面の状態を評価することができる。
【0003】
しかしながら、従来、人間の触感を数値化する場合、指による反力や波形を計測したり（特許文献１など）、あるいは、指の押圧力に対する反力からクーロン摩擦係数などを算出して数値化したりすることしかできなかったため、指で物体をなぞるように触った際における粘性に基づく触感などを評価することが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平５－３３２９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
そこで、本発明は、反力だけでなく、人間の指の動きによる触感なども考慮して検体から受ける触感を数値化して評価できるようにした触感検出装置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】
【0006】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、検体を載置するプレートと、当該プレートに掛かる荷重を検出する複数の荷重検出センサーと、当該荷重検出センサーを用いて、指が前記検体に接触した際におけるＸＹＺ方向の荷重を検出する荷重算出手段と、前記複数の荷重検出センサーに掛かる荷重から前記検体に掛かる荷重位置の移動速度を算出する移動状態算出手段と、前記荷重算出手段で検出された荷重と前記移動状態算出手段で算出された移動速度から、前記指と前記検体との触感を数値化する触感値算出手段とを備えるようにしたものである。
【0007】
このように構成すれば、荷重に基づくクーロン摩擦係数だけでなく、移動速度などに基づく粘性摩擦係数なども算出することができるため、より人間の触感に近い感覚を数値化して評価することができるようになる。
【0008】
また、このような発明において、前記荷重検出センサーを、前記プレートの離れた少なくとも三箇所以上の位置、好ましくは、プレートの四隅近傍に設けるようにする。
【0009】
このように構成すれば、荷重検出センサーによる荷重に基づいてクーロン摩擦係数を算出することができるとともに、この荷重検出センサーによって荷重位置を算出することができるため、移動状態に基づく粘性摩擦係数も算出することができるようになる。
【0010】
このとき、好ましくは、前記移動状態算出手段で移動状態を算出する場合、所定時間毎に前記複数の荷重検出センサーの荷重から指の荷重位置を算出し、当該荷重位置の移動時間から移動速度を算出する。
【0011】
このように構成すれば、同じ荷重検出センサーを用いて荷重に基づくクーロン摩擦係数と移動状態に基づく粘性摩擦係数を同時に算出することができるようになる。
【0012】
さらには、前記荷重検出センサーを用いて振動情報も抽出する。
【0013】
このように構成すれば、クーロン摩擦係数や粘性摩擦係数などの他に、振動情報を抽出することで、より人間の触感に近い情報を抽出して評価することができる。なお、ここで振動情報としては、振動波形の他、スペクトルなどの情報を抽出することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、検体を載置するプレートと、当該プレートに掛かる荷重を検出する複数の荷重検出センサーと、当該荷重検出センサーを用いて、指が前記検体に接触した際におけるＸＹＺ方向の荷重を検出する荷重算出手段と、前記複数の荷重検出センサーに掛かる荷重から前記検体に掛かる荷重位置の移動速度を算出する移動状態算出手段と、前記荷重算出手段で検出された荷重と前記移動状態算出手段で算出された移動速度から、前記指と前記検体との触感を数値化する触感値算出手段とを備えるようにしたので、荷重に基づくクーロン摩擦係数だけでなく、移動速度に基づく粘性摩擦係数も算出することができ、より人間の触感に近い感覚を評価することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施の形態を示す触感検出装置の側面概略図
【図2】同形態における触感検出装置の平面概略図
【図3】同形態における機能ブロック図
【図4】他の実施の形態における機能ブロック図
【図5】同形態における触感検出装置のフローチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0017】
この実施の形態における触感検出装置１は、布などの平面的な検体８の触感を数値化して評価できるようにしたものであって、図１や図２に示すように、検体８を載置するための平面状のプレート２と、そのプレート２の四隅近傍に設けられた荷重検出センサー３とを備えて構成される。そして、特徴的に、そのプレート２に載置・固定された検体８を指で押圧させながらなぞるように移動させる際に、そのプレート２の鉛直方向下向きの荷重とプレート２の平面方向に沿った荷重を検出し、また、四隅近傍に設けられた荷重検出センサー３から指の押圧部分であるＣＯＰを求める。そして、そのＣＯＰの移動時間から指の移動速度などを検出し、その、鉛直下方向の荷重やプレート２の平面方向の荷重や移動速度などから、クーロン摩擦係数や粘性摩擦係数などを算出して触感を数値化できるようにしたものである。以下、本実施の形態における触感検出装置１について詳細に説明する。
【0018】
まず、プレート２は、正方形状あるいは長方形状の透明体で構成されている。このプレート２の表面には検体８を載置できるようになっており、固定具８１を用いてその検体８を平面状に引っ張った状態に取り付けて移動できないようにしている。このような固定具８１としては、クリップなどのような挟持具であってもよいし、あるいは、両面テープなどの粘着体であってもよい。また、ここでプレート２を透明体にしておけば、プレート２の下方からカメラで検体８の裏面側を撮影することなどができ、荷重検出センサー３によるＣＯＰの検出だけでなく、カメラによって指の位置などを撮影して移動速度などを算出することもできるようになる。
【0019】
荷重検出センサー３は、このプレート２の四隅近傍に設けられるものであって、互いに直交するＸＹＺ方向の荷重の他、ＸＹＺ軸回りのモーメントなどを検出できるようにしたものが用いられる。ここでは、プレート２の鉛直方向をＺ軸とし、プレート２の平面に沿った方向をＸ軸やＹ軸として説明する。このような荷重検出センサー３としては、ひずみゲージ式のセンサーや、圧電式センサーなどを用いることができるが、ここでは、長期的なモニタリングに適したひずみゲージ式の荷重検出センサー３を用いるようにする。これらの、荷重検出センサー３からの出力値は、それぞれ荷重算出手段４や移動状態算出手段５に出力され、そこで指の押圧による荷重や指の移動状態などが算出される。
【0020】
この荷重算出手段４では、各荷重検出センサー３から出力されてきた信号のうち、Ｚ軸方向の荷重の合計と、ＸＹ平面方向の荷重の合計が算出される。Ｚ軸方向の荷重を算出する場合、各荷重検出センサー３からのＺ軸方向の荷重を合計してＰｚを算出し、また、ＸＹ平面方向に掛かる荷重を算出する場合、Ｘ軸方向の荷重の合計Ｐｘと、Ｙ軸方向の荷重の合計Ｐｙを算出し、それらの合力をＰｘｙとして算出する。そして、これらＺ軸方向の荷重ＰｚやＰｘｙをサンプリング時間毎に記憶しておく。
【0021】
一方、移動状態算出手段５では、各荷重検出センサー３から出力されたＺ軸方向の荷重から指の押圧部分の座標であるＣＯＰを算出する。この指の荷重位置であるＣＯＰを算出する場合、プレート２の下方に設けられた右前方の荷重検出センサー３の出力値をＰＦＲ（Ｆｒｏｎｔ Ｒｉｇｈｔ）、左前方の荷重検出センサー３の出力値をＰＦＬ（Ｆｒｏｎｔ Ｌｅｆｔ）、右後方の荷重検出センサー３の出力値をＰＢＲ（Ｂａｃｋ Ｒｉｇｈｔ）、左後方の荷重検出センサー３の出力値をＰＢＬ（Ｂａｃｋ Ｌｅｆｔ）とした場合、モーメントの釣り合い式によって次のようにＣＯＰ（Ｇｘ，Ｇｙ）が算出される。
【0022】
＜式１＞
Ｇｘ＝（ＰＦＲ＋ＰＢＲ）×Ｌｘ／（ＰＦＲ＋ＰＦＬ＋ＰＢＲ＋ＰＢＬ）
Ｇｙ＝（ＰＦＲ＋ＰＦＬ）×Ｌｙ／（ＰＦＲ＋ＰＦＬ＋ＰＢＲ＋ＰＢＬ）
Ｇｘ＝（ＰＦＲ＋ＰＢＲ）×Ｌｘ／（ＰＦＲ＋ＰＦＬ＋ＰＢＲ＋ＰＢＬ）
Ｇｙ＝（ＰＦＲ＋ＰＦＬ）×Ｌｙ／（ＰＦＲ＋ＰＦＬ＋ＰＢＲ＋ＰＢＬ）
【0023】
なお、ここでＬｘ、ＬｙはＸ方向やＹ方向の荷重検出センサー３の距離である。
【0024】
そして、この式１を用いてサンプリング時間毎にＣＯＰの座標を算出し、そのサンプリング時間の差からＣＯＰの移動距離を算出する。そして、その移動距離をサンプリング時間で割ってＣＯＰの移動速度を算出する。なお、ここでは、ＣＯＰの移動速度を算出するようにしているが、移動の加速度も検出するようにしてもよい。このような加速度を検出する場合、前後のサンプリング時間で加速度がゼロの場合、すなわち、等速で指を移動させている際における移動速度などを抽出するようにするとよい。
【0025】
このように荷重算出手段４で算出されたＰｚ、Ｐｘｙや、移動状態算出手段５で算出された移動速度Ｖは、触感値算出手段６に出力され、そこで、触感のための指標が算出される。この触感値算出手段６で触感を数値化して出力する場合、次の関係式を用いる。
【0026】
＜式２＞
【0027】
Ｐｘｙ＝μＰｚ＋γＶ
【0028】
ここで、「μ」はクーロン摩擦係数であり、「γ」は粘性摩擦係数である。このクーロン摩擦係数μは、プレート２の法線方向の荷重に積算されるものであり、また、粘性係数は物体である指の移動速度に積算されるものである。
【0029】
そして、少なくとも２つのサンプリング時間のＰｘｙ、Ｐｚ、Ｖに基づいて、式２から未知数であるクーロン摩擦係数μと粘性摩擦係数γを算出する。なお、これらの係数を算出する場合、サンプリング時間が多い場合は、サンプリング時間ごとにクーロン摩擦係数μと粘性摩擦係数γを算出し、それらの平均値などを算出するようにしてもよい。そして、これらのクーロン摩擦係数μや粘性摩擦係数γを記憶部７に記憶させておき、その検体８の触感のための指標として出力できるようにしておく。
【0030】
次に、このように構成された触感検出装置１の使用方法について、図５を用いて説明する。
【0031】
まず、検体８の触感を検出する場合、プレート２の表面に検体８を載せてシワのない状態に引っ張って固定しておき、その状態で各荷重検出センサー３の出力値をゼロに初期設定する（ステップＳ１）。
【0032】
そして、このように初期設定が終わった後、検体８の表面を指で押圧し、そのプレート２の平面方向になぞっていく。すると、プレート２の四隅近傍に設けられた荷重検出センサー３からＸＹＺ軸方向の荷重が検出され（ステップＳ２）、荷重算出手段４や移動状態算出手段５に出力される（ステップＳ３）。
【0033】
荷重算出手段４では、まず、各荷重検出センサー３からのＺ軸方向の荷重の合計を算出してＰｚを算出する（ステップＳ４）。また、これと並行してＸ軸方向の荷重の合計とＹ軸方向の荷重の合計を算出し、これらの合力であるＰｘｙの値を算出する（ステップＳ４）。
【0034】
また、移動状態算出手段５では、各荷重検出センサー３から出力されたＺ軸方向の荷重から、式１を用いて指の押圧部分の座標であるＣＯＰを算出する（ステップＳ５）。
【0035】
そして、ＣＯＰをサンプリング時間ごとに算出し、その時間とＣＯＰの距離から指の移動速度Ｖを算出する（ステップＳ６）。
【0036】
そして、この移動速度Ｖや、先に荷重算出手段４で算出されたＰｚ、Ｐｘｙを用い、複数のサンプリング時間ごとに式２を用いてクーロン摩擦係数μや粘性摩擦係数γを算出する（ステップＳ７）。
【0037】
そして、このように算出されたクーロン摩擦係数μや粘性摩擦係数γを記憶部７に記憶させ、検体８の触感として出力して評価できるようにする。
【0038】
このように上記実施の形態によれば、検体８を載置するプレート２と、当該プレート２に掛かる荷重を検出する複数の荷重検出センサー３と、当該荷重検出センサー３を用いて、指が前記検体８に接触した際におけるＸＹＺ方向の荷重を検出する荷重算出手段４と、前記複数の荷重検出センサー３に掛かる荷重から前記検体８に掛かる荷重位置の移動速度を算出する移動状態算出手段５と、前記荷重算出手段４で検出された荷重と前記移動状態算出手段５で算出された移動速度から、前記指と前記検体８との触感を数値化する触感値算出手段６とを備えるようにしたので、荷重に基づくクーロン摩擦係数だけでなく、移動状態に基づく粘性摩擦係数も算出することができ、より人間の触感に近い感覚を評価することができるようになる。
【0039】
また、前記荷重検出センサー３を、前記プレート２の四隅近傍に設けるようにしたので、荷重検出センサー３によって荷重を検出してクーロン摩擦係数を算出することができるとともに、この荷重検出センサー３によって荷重位置を算出することができ、移動状態に基づく粘性摩擦係数も算出することができるようになる。
【0040】
さらに、前記移動状態算出手段５で移動状態を算出する場合、所定時間毎に前記複数の荷重検出センサー３の荷重からＣＯＰを算出し、当該ＣＯＰの移動時間から移動状態を算出するようにしたので、同じ荷重検出センサー３を用いて荷重に基づくクーロン摩擦係数と移動状態に基づく粘性摩擦係数を同時に算出することができるようになる。
【0041】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【0042】
例えば、上記実施の形態では、荷重検出センサー３を用いてＰｘｙ、Ｐｚ、Ｖなどを算出できるようにしたが、荷重検出センサー３を用いてＸＹ平面方向に沿った荷重の振動波形も抽出するようにして、これを触感の指標とできるようにしてもよい。この場合、指の移動速度によって振動波形も異なるため、時間－荷重（Ｐｘｙ）の振動波形を速度Ｖを用いて標準化し、同じ速度での振動波形を算出するようにしてもよい。そして、図４に示すように、その振動波形を周波数解析手段９を用いて周波数解析し、所定の閾値を越えるスペクトルを有する周波数を触感のための指標として記憶させるようにしてもよい。
【0043】
また、上記実施の形態では、プレート２の四隅近傍に荷重検出センサー３を設けるようにしたが、指の座標やＸＹＺ方向の荷重を検出できるのであれば、少なくとも非直線的な３箇所以上の位置に荷重検出センサー３を設けるようにしてもよい。
【0044】
さらに、上記実施の形態では、検体８と指との間におけるクーロン摩擦係数や粘性摩擦係数を算出するようにしたが、プレート２上で検体８を移動させることによって、検体８とプレート２との間におけるクーロン摩擦係数や粘性摩擦係数、振動波形などを算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0045】
１・・・触感検出装置
２・・・プレート
３・・・荷重検出センサー
４・・・荷重算出手段
５・・・移動状態算出手段
６・・・触感値算出手段
７・・・記憶部
８・・・検体
８１・・・固定具
９・・・周波数解析手段
２・・・プレート
３・・・荷重検出センサー
４・・・荷重算出手段
５・・・移動状態算出手段
６・・・触感値算出手段
７・・・記憶部
８・・・検体
８１・・・固定具
９・・・周波数解析手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】