IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社栗本鐵工所の特許一覧

<>
  • 特許-力覚提示装置 図1
  • 特許-力覚提示装置 図2
  • 特許-力覚提示装置 図3
  • 特許-力覚提示装置 図4
  • 特許-力覚提示装置 図5
  • 特許-力覚提示装置 図6
  • 特許-力覚提示装置 図7
  • 特許-力覚提示装置 図8
  • 特許-力覚提示装置 図9
  • 特許-力覚提示装置 図10
< >
(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】2023-12-12
(45)【発行日】2023-12-20
(54)【発明の名称】力覚提示装置
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/01 20060101AFI20231213BHJP
   F16F 9/53 20060101ALI20231213BHJP
   F16F 9/12 20060101ALI20231213BHJP
【FI】
G06F3/01 560
F16F9/53
F16F9/12
G06F3/01 514
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019147667
(22)【出願日】2019-08-09
(65)【公開番号】P2021028772
(43)【公開日】2021-02-25
【審査請求日】2022-06-27
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第2項適用 展示会名:de:code2019、開催日:2019年5月29日~同年同月30日
(73)【特許権者】
【識別番号】000142595
【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所
(74)【代理人】
【識別番号】110003801
【氏名又は名称】KEY弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100149870
【弁理士】
【氏名又は名称】芦北 智晴
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 宏貴
(72)【発明者】
【氏名】榮 淳
(72)【発明者】
【氏名】赤岩 修一
(72)【発明者】
【氏名】上嶋 優矢
(72)【発明者】
【氏名】辻 仁志
【審査官】滝谷 亮一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2016/0259417(US,A1)
【文献】特開2017-138651(JP,A)
【文献】特開2018-163419(JP,A)
【文献】国際公開第2019/096161(WO,A1)
【文献】特開2018-152007(JP,A)
【文献】特開2004-213349(JP,A)
【文献】特開2019-032050(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06F 3/01
F16F 9/53
F16F 9/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転抵抗発生装置と、
手の甲に装着され、前記回転抵抗発生装置を手の甲の所定位置に保持する手装着具と、
指に装着される指装着具と、
第1リンク部材および第2リンク部材と、
を備え、
前記回転抵抗発生装置は、内部に封入された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を印加する電磁石と、前記電磁石が前記磁気粘性流体に印加する磁場の強さに応じた回転抵抗を発生する回転部と、を有し、
前記第1リンク部材は、一端側が前記回転部に対して回転一体に連結され、他端側が前記第2リンク部材の一端側に対して回転自在に連結され、
前記第2リンク部材は、他端側が前記指装着具に対して回転自在に連結されており
前記回転抵抗発生装置は、前記手装着具上に固定されたケーシング内に保持されていることにより、手の甲の所定位置に保持されており、
前記ケーシングは、回り対偶を介することなく、前記手装着具上に固定され、
前記手装着具は、手の甲を覆う本体部と、前記本体部が手の甲を覆った状態を保持するための手段とを有し、
前記本体部は、手の甲の形状に沿うように湾曲形成された硬質層を含む多層構造からなる、
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項2】
回転抵抗発生装置と、
手の甲に装着され、前記回転抵抗発生装置を手の甲の所定位置に保持する手装着具と、
指に装着される指装着具と、
第1リンク部材および第2リンク部材と、
を備え、
前記回転抵抗発生装置は、内部に封入された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を印加する電磁石と、前記電磁石が前記磁気粘性流体に印加する磁場の強さに応じた回転抵抗を発生する回転部と、を有し、
前記第1リンク部材は、一端側が前記回転部に対して回転一体に連結され、他端側が前記第2リンク部材の一端側に対して回転自在に連結され、
前記第2リンク部材は、他端側が前記指装着具に対して回転自在に連結されており、
前記第1リンク部材は、手を開いた状態から握った状態へ変化する際に第1の方向へ回転するように設けられており、
前記第1リンク部材が前記第1の方向へ回転する場合にのみ、前記回転抵抗発生装置の回転抵抗が前記第1リンク部材に伝達されるように、ワンウェイクラッチが設けられており、
前記回転抵抗発生装置の前記回転部は、同軸上に配置された第1回転軸と第2回転軸とで構成され、
前記第2回転軸は、先端側に前記第1リンク部材の一端側が回転一体に連結され、基部側に中空部が形成され、
前記中空部には、前記第1回転軸が前記ワンウェイクラッチを介して挿入されている、
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の力覚提示装置において、
バッテリーと、
前記バッテリーの電力を用いて前記電磁石のコイルに電流を供給する給電制御装置と、
を更に備え、
前記バッテリーおよび前記給電制御装置が前記手装着具上に設置されている、
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項4】
請求項1~の何れか1項に記載の力覚提示装置において、
前記回転抵抗発生装置、前記指装着具、前記第1リンク部材および前記第2リンク部材は、複数個設けられており、
前記複数の回転抵抗発生装置は、前記手装着具によって、手の甲のそれぞれ異なる位置に保持され、
前記複数の指装着具は、それぞれ何れかの指に装着可能な位置に配される、
ことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項5】
請求項1~の何れか1項に記載の力覚提示装置において、
前記回転部の所定位置からの回転量を検出する回転量検出と、
前記回転量検出器が検出する回転量に基づいて前記回転抵抗発生装置に供給する電流値を制御する給電制御装置と、
を備え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、操作者が指を動かす際に、操作者の指に力覚を提示する力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献1に開示された力覚提示装置では、操作者が指で装置の変位部を押し込む際に、操作者の指に所望の力覚を提示する。この力覚提示装置は、所望の力覚を提示するため、変位部に抗力を与える回転抵抗発生部を備えている。この回転抵抗発生部は、電磁石によって内部に封入された磁気粘性流体に磁場を付与するものであり、電磁石に給電する電流値を制御することで、回転抵抗発生部が生じる回転抵抗を制御する。この力覚提示装置では、変位部が押し込まれると、その動作がリンク機構を介して回転動作に変換されて回転抵抗発生部に伝達される。このとき、回転抵抗発生部が回転抵抗を生じることで、その回転抵抗が、リンク機構を介して変位部に伝達され、変位部を押し込む操作者に力覚として提示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2017-138651号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示された力覚提示装置は、手のひらの内側に装置を配置して使用することを前提としている。このため、操作者は、つまむ動作、握る動作などを行うことができない。
【0005】
そこで、本発明は、操作者がつまむ動作、握る動作などを行うことができ、しかも、その動作を行う際に、操作者の指に所望の力覚を提示することができる力覚提示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】
本発明の一態様に係る力覚提示装置は、回転抵抗発生装置と、手の甲に装着され、前記回転抵抗発生装置を手の甲の所定位置に保持する手装着具と、指に装着される指装着具と、第1リンク部材および第2リンク部材と、を備える。前記回転抵抗発生装置は、内部に封入された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を印加する電磁石と、前記電磁石が前記磁気粘性流体に印加する磁場の強さに応じた回転抵抗を発生する回転部と、を有する。前記第1リンク部材は、一端側が前記回転部に対して回転一体に連結され、他端側が前記第2リンク部材の一端側に対して回転自在に連結されている。前記第2リンク部材は、他端側が前記指装着具に対して回転自在に連結されている。
【0007】
かかる構成を備える力覚提示装置によれば、操作者がつまむ動作、握る動作などを行うことができ、しかも、その動作を行う際に、操作者の指に所望の力覚を提示することができる。
【0008】
上記構成を備える力覚提示装置において、バッテリーと、前記バッテリーの電力を用いて前記コイルに電流を供給する給電制御装置と、を更に備え、前記バッテリーおよび前記給電制御装置が前記手装着具上に設置されていてもよい。
【0009】
上記構成を備える力覚提示装置において、前記複数の回転抵抗発生装置は、前記手装着具上に固定されたケーシング内にそれぞれ保持されていることにより、手の甲の所定位置に保持されていてもよい。
【0010】
上記構成を備える力覚提示装置において、前記第1リンク部材は、手を開いた状態から握った状態へ変化する際に第1の方向へ回転し、手を握った状態から開いた状態へ変化する際に第2の方向へ回転するように設けられており、前記第1リンク部材が前記第1の方向へ回転する場合にのみ、前記回転抵抗発生装置の回転抵抗が前記第1リンク部材に伝達されるように、ワンウェイクラッチが設けられているものであってもよい。
【0011】
上記構成を備える力覚提示装置において、前記回転抵抗発生装置、前記指装着具、前記第1リンク部材および前記第2リンク部材は、複数個設けられていてもよい。この場合、前記複数の回転抵抗発生装置は、前記手装着具によって、手の甲のそれぞれ異なる位置に保持され、前記複数の指装着具は、それぞれ何れかの指に装着可能な位置に配される。
【0012】
上記構成を備える力覚提示装置において、前記回転部の所定位置からの回転量を検出する回転量検出部と、前記回転量検出器が検出する回転量に基づいて前記回転抵抗発生装置に供給する電流値を制御する給電制御装置と、を備えるものであってもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、操作者がつまむ動作、握る動作などを行うことができ、しかも、その動作を行う際に、操作者の指に所望の力覚を提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本実施形態に係る力覚提示装置を手に装着した状態を示す斜視図である。手は握った状態である。
図2】回転抵抗発生装置の一つの構成例を示す断面図である。
図3】ケーシングの内部に収容された回転抵抗発生装置を示す図である。
図4】手装着具を手の挿入方向から視た図である。
図5】力覚提示装置の側面図であって、回転抵抗発生装置、リンク部材および指装着具を1組のみにして表した図である。但し、手は握った状態である。
図6】力覚提示装置の側面図であって、回転抵抗発生装置、リンク部材および指装着具を1組のみにして表した図である。但し、手は開いた状態である。
図7】指装着具および第2リンク部材を指の挿入方向から視た図である。
図8】回転抵抗発生装置、リンク部材、指装着具等を3組有する力覚提示装置を示す概略図である。
図9】回転抵抗発生装置、リンク部材、指装着具等を5組有する力覚提示装置を示す概略図である。
図10】他の実施形態に係る力覚提示装置のケーシングの内部に収容された回転抵抗発生装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態に係る力覚提示装置について、図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、力覚提示装置1は、回転抵抗発生装置2、ケーシング3、手装着具4、指装着具5、第1リンク部材6、第2リンク部材7、給電ユニット8、カバー9等を備えている。
【0016】
回転抵抗発生装置2は、本実施形態では複数個(3個)設けられている。回転抵抗発生装置2は、例えば図2に示すように、磁気粘性流体10、電磁石11、回転部12等を備えている。電磁石11には、給電ユニット8から電流が供給される。電磁石11は、供給される電流の大きさに応じた強さの磁場を磁気粘性流体10に印加する。そして、磁気粘性流体10に印加された磁場の強さに応じた回転抵抗が回転部12において発生する。本実施形態では、回転抵抗発生装置2の本体部13の外形は、略円柱状に形成されており、その円柱の一方の面から回転部12が突出している。本実施形態では、回転部12は、図3に例示するように、同軸上に配置された第1回転軸14と第2回転軸15とで構成されている。さらに、図3に示す第1回転軸14は、本体部13から突出した第1回転軸本体14aと、その周囲に外嵌固定された筒状部材14bとで構成されている。
【0017】
第2回転軸15は、基部側に中空部15aが形成されている。中空部15aには、第1回転軸14がワンウェイクラッチ17を介して挿入されている。このため、第1回転軸14から第2回転軸15へは一方向への回転力(回転抵抗)のみが伝達される。第1回転軸本体14aの先端部は、ベアリング19を介して第2回転軸15内に回転自在に支持されている。第2回転軸15はベアリング20を介してケーシング3内に回転自在に支持されており、第2回転軸15の先端側は、ケーシング3に形成された開口部3aを貫通してケーシング3の外に露出している。なお、図2に示す回転抵抗発生装置2の内部構造については後に詳述する。
【0018】
手装着具4は、操作者の手に装着される。手装着具4は、図1に示すように、各回転抵抗発生装置2を手の甲21の所定位置に保持するためのものである。回転抵抗発生装置2は、ケーシング3内に固定されており、このケーシング3は手装着具4に対してビス等の固定具を用いて固定されている。図1および図4に示すように、手装着具4は、手の甲21を覆う本体部4Aと、本体部4Aが手の甲21を覆った状態を保持するための装着ベルト4Bとを備えている。装着ベルト4Bは、本体部4Aに形成されたスリット4aに挿通されて、操作者の手の内側又は手首に巻き付けられる。装着ベルト4Bは、両端部が面ファスナ4bを用いて接合される。また、装着ベルト4Bは、長さ調整金具16を備えている。長さ調整金具16の位置を調整することで操作者の手の大きさに合わせた装着が可能となっている。なお、上記した装着ベルト4Bは、手装着具4を操作者の手に装着するための一手段であり、本体部4Aを手の甲21に固定できる限り、装着ベルト4Bを他の形状のベルトに置き換えてもよいし、ベルト以外のものに置き換えてもよい。
【0019】
手装着具4の本体部4Aは、本実施形態では、多層構造からなり、軟質層と、表面層と、硬質層とを含んで構成されている。軟質層は、操作者の手の甲21に直接当たる層である。軟質層には、例えば、ゴムシートを用いることができる。表面層は、手装着具4の表面を形成する層である。表面層には、例えば、フェイクレザーを用いることができる。硬質層は、軟質層と表面層に挟まれている。硬質層は、軟質層および表面層よりも硬質の材料からなり、回転抵抗発生装置2を手の甲21の所定位置にしっかりと固定できる材質が用いられる。硬質層には、例えば、手の甲21の形状に沿って湾曲形成された金属板や樹脂板が用いられる。また、金属板として比較的軽量なパンチングメタル(多数の孔が形成された金属板)を挙げることができる。
【0020】
指装着具5は、操作者の指22に装着可能な位置に配される。本実施形態では、指装着具5は複数個(3個)設けられており、操作者の指22にそれぞれ装着される。指装着具5には、例えば、面ファスナー付バンドを用いることができる。
【0021】
第1リンク部材6は、図5に示すように、一端部6aが回転部12に対して回転一体に連結され、他端部6bが第2リンク部材7の一端部7aに対して回転自在に連結されている。第1リンク部材6は、手装着具4等との干渉を回避するために、一端部6aと他端部6bとの間の2カ所に屈曲部6c,6dを有している。但し、第1リンク部材6が手装着具4等と干渉しないのであれば、第1リンク部材6はストレート形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
【0022】
第2リンク部材7は、図5に示すように、一端部7aが、第1リンク部材6の他端部6bに対して回転自在に連結され、他端部7bが指装着具5に対して回転自在に連結されている。本実施形態では、第2リンク部材7は、指装着具5に対して連結部材25を介して回転自在に連結されている。連結部材25は、図7に示すように、板材が略L字に折り曲げられてなる2つのL字部材26と、各L字部材26を指装着具5に対して固定する固定具27とで構成されている。L字部材26は、一側部26aが固定具27を用いて指装着具5に固定され、他側部26bが第2リンク部材7の他端部7bに軸着されている。固定具27としては、例えばビスおよびナットが用いられる。
【0023】
また、第2リンク部材7は、図5に示すように、手を握った状態のときに、手に干渉しないよう、手を避けるようにへの字に折れ曲がった形状になっている。
【0024】
給電ユニット8は、図2に示すように、回転抵抗発生装置2の電磁石11のコイル41に電流を供給する。また、給電ユニット8は、図1に示すように、手装着具4上に設けられている。本実施形態では、給電ユニット8は、図2に示すように、バッテリー31、給電制御装置32および通信装置33を備えている。給電制御装置32は、通信装置33を介して外部から無線通信又は有線通信を介して受信した情報に基づいて、バッテリー31から回転抵抗発生装置2の電磁石11のコイル41に供給する電流値を制御する。
【0025】
給電制御装置32は、例えば、外部から受信した情報に基づいて、コイル41に供給する電流のON/OFF制御、コイル41に供給する電流値の可変制御などを行う。電流値の可変制御の例として、電流値を周期的若しくは非周期的に変動させることが挙げられる。さらに、電流値を周期的に変動させる制御の例として、時間変化が矩形波となるように電流値を変動させることが挙げられる。
【0026】
カバー9は、図1に示すように、給電ユニット8、および、給電ユニット8と回転抵抗発生装置2との間の給電用配線29等を覆い保護するために設けられている。カバー9は、手装着具4に固定されていてもよいし、給電ユニット8に固定されていてもよい。カバー9が給電ユニット8に固定される場合は、給電ユニット8は、手装着具4に固定されることが望ましい。
【0027】
次に、回転抵抗発生装置2の構成例を図2に基づいて説明する。図2に例示する回転抵抗発生装置2は、円板38、ヨーク39,40、コイル41、磁気粘性流体10、ケース43等で構成されている。
【0028】
円板38は、回転抵抗発生装置2の内部で回転する。円板38は好ましくは磁性体を用いて構成される。円板38の裏面38bの中心部には、第1回転軸14が垂直に接続されている。したがって、円板38と第1回転軸14は一体に回転する。第1回転軸14は、ベアリング45を介してヨーク40に設けられた軸穴46に支持されている。なお、第1回転軸14には非磁性体が用いられることが望ましい。
【0029】
ヨークは、第1ヨーク39および第2ヨーク40で構成されている。第1ヨーク39は、円板38の表面38aに対して微小隙間を介して対向しており、円板状の部材で構成されている。この第1ヨーク39は、円筒状のケース43に嵌め込まれて固定されている。
【0030】
第2ヨーク40は、円板38の裏面38bに対して微小隙間を介して対向する対向面40aを有する。この第2ヨーク40は、円筒状のケース43の内側に嵌め込まれて固定されている。なお、回転抵抗発生装置2の外周部であるケース43は、ケーシング3(図3参照)に対して挿入され、固定されている。
【0031】
第1ヨーク39の中心部に形成された凹部と、第1回転軸14の端面の中心に形成された凹部とで形成されるスペースに非磁性体からなる球体47が収容されている。
【0032】
コイル41は、第2ヨーク40に形成された環状の溝に沿って配設されている。このコイル41には、給電制御装置32から電流が供給される。
【0033】
磁気粘性流体10は、円板38と、第1ヨーク39および第2ヨーク40との隙間に介在している。この磁気粘性流体10は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体である。磁性粒子として、例えばナノサイズの金属粒子(金属ナノ粒子)からなるものを使用することができる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば3~40vol%とすることができる。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。
【0034】
上記構成を備える回転抵抗発生装置2において、コイル41に電流が印加されると、例えば図2に示す矢印Pが示す方向に沿って円板38、第1ヨーク39、第2ヨーク40内に磁路が形成される。この磁路は、円板38の表面38aと第1ヨーク39との隙間に介設する磁気粘性流体10、および、円板38の裏面38bと第2ヨーク40との隙間に介在する磁気粘性流体10を貫通する。これにより、磁気粘性流体10には、磁場の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現し、円板38とヨーク39,40との間で伝達されるトルクが磁場の強さに応じて大きくなる。すなわち、回転抵抗発生装置2は、コイル41に印加される電流値に応じた大きさの回転抵抗を回転部12(第1回転軸14)において発生する。
【0035】
以上に説明した力覚提示装置1を使用する場合、図1に示すように、手装着具4を操作者の手の甲21に装着し、3つの指装着具5を操作者の指22に装着する。そして、操作者が手を開いた状態(図6参照)から握る動作や、つまむ動作をすると、指装着具5が回転抵抗発生装置2から離れる方向に移動する。そうすると、第1リンク部材6の両端部6a,6bを結ぶ線分と、第2リンク部材7の両端部7a,7bを結ぶ線分とのなす角が大きくなり、図5に示すように、第1リンク部材6の他端部6b(先端部)が操作者の手のに近づくように、第1リンク部材6が第1の方向D1に回転する。第1リンク部材6が第1の方向D1に回転する場合、ワンウェイクラッチ17が回転力を伝達し、操作者は握る動作やつまむ動作を行う際に、コイル41に印加される電流値に応じた抵抗(負荷)を感じることとなる。逆に、操作者が手を開く動作をする際は、第1リンク部材6が第1の方向D1とは逆方向(第2の方向D2)に回転する。この場合、ワンウェイクラッチ17が回転力を伝達しないため、操作者は、軽い力で手を開くことができる。
【0036】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る力覚提示装置1によれば、手装着具4および指装着具5を装着した操作者がつまむ動作、握る動作などを行う際に、操作者の指に所望の力覚を提示することができる。
【0037】
<他の実施形態>
既述した力覚提示装置1において、例えば図10に示すように、回転部12の所定位置からの回転量を検出する回転量検出器48を設け、給電制御装置32が当該回転量に基づいて、あるいは、外部から受信した情報と、回転量検出器48が検出する回転量とに基づいて、コイル41に給電する電流値を制御するようにしてもよい。このようにすることで、操作者の指の動きに応じて変化する力覚を提示すること等が可能となる。なお、図10に例示するケーシング3Aは、既述した実施形態のケーシング3において、回転量検出器48を支持する支持部3Aaを追加形成したものである。また、回転量検出器48の回転入力軸48aは、回転部12に対して同軸上に回転一体に接続されている。
【0038】
既述した力覚提示装置1は、図8に示すように、回転抵抗発生装置2、指装着具5、リンク部材6,7等を3組備えるものであったが、力覚提示装置1は、更に多くの組数、あるいは、更に少ない組数を備えるものであってもよい。例えば図9に示すように、回転抵抗発生装置2、指装着具5、リンク部材6,7等を5組備えるものであってもよい。この場合、全ての指に対して個別に触覚を提示することができる。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明は、例えば、操作者が指を動かす際に、操作者の指に力覚を提示する力覚提示装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0040】
1 力覚提示装置
2 回転抵抗発生装置
3 ケーシング
4 手装着具
5 指装着具
6 第1リンク部材
6a 一端部
6b 他端部
7 第2リンク部材
7a 一端部
7b 他端部
8 給電ユニット
10磁気粘性流体
11 電磁石
12 回転部
17 ワンウェイクラッチ
21 手の甲
22 指
31 バッテリー
32 給電制御装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10