CN108139802A - 触觉再现装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够对手指给予模拟由手指抓握假想的被保持物体的反作用力的触觉再现装置。触觉再现装置具有输入装置(20)。输入装置(20)从壳体(21)突出有第一对置操作体(33A)、第二对置操作体(33B)以及拇指操作体(43)。通过由拇指保持拇指操作体(43)，由食指和中指分别保持对置操作体(33A、33B)，从而进行与抓握被保持物体的情况相同的动作。从控制部对壳体(21)的内部的电动机给予控制信号，从对置操作体(33A、33B)和拇指操作体(43)对手指给予反作用力。另外，当任一方的对置操作体后退时，与之相伴地其他操作体也后退。

Description

触觉再现装置

技术领域

本发明涉及在通过手指抓握设置于输入装置的操作体时，能够感受到模拟通过手指保持假想的被保持物体时的反作用力的触觉再现装置。

背景技术

在专利文献1中记载了关于假想空间显示装置的发明。

该假想空间显示装置能够与终端通信部和服务器通信，在终端通信部装配有包括液晶显示器和输入部的触摸面板。

根据来自服务器的通信，在触摸面板的液晶显示器上显示购物中心的图像。当用户在触摸面板上拖动时，能够使所显示的购物中心内的情景移动，当用户点击购物中心的画面内的商品缩略图时，商品的详细信息显示于画面。用户能够将打算购入的商品暂时集中于存放区域，对存放商品进行结算处理，从而能够购入商品。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-234355号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1所记载的假想空间显示装置中，能够确认在购物中心的店铺中显示的商品的价格、颜色，并且参考商品的详细信息来寻找想要购入的商品。

但是，无法实际上使手触摸商品，因此无法用手来感受该商品的大小、质感等。另外，在商品为通过手的操作而将工件切断、或者将工件弯曲的工具等的情况下，也无法由手感受到该操作是以怎样的感触进行的。

本发明解决上述以往的课题，其目的在于提供能够以接近现实的状态再现用手操作如工具等那样机械地进行动作的被保持物体时的操作感触的触觉再现装置。

用于解决课题的方案

本发明的触觉再现装置的特征在于，所述触觉再现装置具有输入装置和控制部，在所述输入装置设置有从壳体相互向相反方向突出的多个操作体、对各个所述操作体从所述壳体突出的突出位置进行检测的位置检测装置、以及对各个所述操作体给予力的电动机，在所述控制部中，当根据来自所述位置检测装置的检测信号而检测到所述操作体向所述壳体方向被按压而移动时，驱动所述电动机对移动的所述操作体给予反作用力，在根据来自所述位置检测装置的检测信号而检测到任一方的所述操作体首先向所述壳体方向移动时，将所述电动机控制为使其他操作体也向所述壳体方向移动。

在本发明的触觉再现装置中，在判断为任一方的所述操作体先于其他操作体朝向壳体移动规定距离以上时，进行使其他操作体追随于先行的所述操作体而向所述壳体方向移动的控制。

在本发明的触觉再现装置中，也可以为，在朝向所述壳体移动的操作体的任一方向从所述壳体突出的方向移动时，与之相伴地通过所述电动机的力使其他操作体也返回从所述壳体突出的位置。

在本发明的触觉再现装置中，也可以构成为，在所述输入装置设置有通过拇指进行按压操作的拇指操作体、通过食指和中指分别进行按压操作的第一对置操作体以及第二对置操作体，第一对置操作体和第二对置操作体相对于所述拇指操作体的突出方向而向相反方向突出。

在本发明的触觉再现装置中，优选为，所述触觉再现装置设置有显示装置，通过所述控制部而在所述显示装置的显示画面中显示假想的被保持物体的图像和手的图像，在由手指保持所述输入装置的所述操作体时，进行由所述手的图像抓握所述被保持物体的图像的显示。

在本发明的触觉再现装置中，所述假想的被保持物体具备具有共用的支点而进行转动的成对的把持部，显示由拇指保持一方的把持部并由食指和中指保持另一方的把持部的图像，当通过拇指按压所述拇指操作体、或者通过食指或中指按压所述第一对置操作体或第二对置操作体时，图像以一对把持部在显示图像内相互接近的方式变化。

例如，所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的切断工具。

或者，所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的钳子。

或者，所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的装订器。

发明效果

在本发明的触觉再现装置中，当首先按压从输入装置突出的多个操作体的任一方时，其他操作体也与之相伴地朝向壳体后退。通过采用该结构，能够再现与由手操作把持部对称并相关地进行动作的工具等各种产品的情况相同的保持感触。

附图说明

图1A是示出使用本发明的第一实施方式的触觉再现装置的例子的说明图。

图1B是示出使用本发明的第二实施方式的触觉再现装置的例子的说明图。

图2是示出图1所示的触觉再现装置中设置的输入装置的图，(A)是从上方观察时的立体图，(B)是从下方观察时的立体图。

图3是图2所示的输入装置的分解立体图。

图4是示出图2所示的输入装置中设置的触觉产生单元的立体图。

图5是示出本发明的实施方式的触觉再现装置的结构的框图。

图6示出实施方式的触觉再现装置的使用例，是示出作为假想的被保持物体而操作切断工具时的显示图像的说明图。

图7的(A)是示出作为假想的被保持物体而抓握切断工具时的各操作体的动作的说明图，(B)是示出作为假想的被保持物体而操作切断工具时的各操作体的动作的另一例的说明图。

图8A是在作为假想的被保持物体而操作切断工具时作用于拇指操作体的反作用力的说明图。

图8B是在作为假想的被保持物体而操作切断工具时作用于第一对置操作体的反作用力的说明图。

图8C是在作为假想的被保持物体而操作切断工具时作用于第二对置操作体的反作用力的说明图。

具体实施方式

<整体的结构>

在图1A和图1B中示出使用本发明的触觉再现装置1A、1B的状态。

图1A所示的第一实施方式的触觉再现装置1A包括装置主体10A和输入装置20。在图1A中，使用一个输入装置20，该输入装置20由右手操作。

输入装置20通过软线52与装置主体10A连接。在装置主体10A设置有显示装置13。显示装置13是彩色液晶显示面板、电致发光显示面板等。装置主体10A是个人计算机、具有较大的显示画面的演示用的显示装置等。

如图5所示，在装置主体10A设置有用于驱动显示装置13的显示驱动器14、以及控制显示驱动器14的显示方式的控制部15。控制部15以CPU和存储器作为主体而构成。另外，设置有用于在控制部15与各个输入装置20之间发送接收信号的接口16。

图1B所示的第二实施方式的触觉再现装置1B包括装置主体10B和输入装置20。在图1B中，使用两个相同的输入装置20，由左手和右手操作输入装置20。

装置主体10B具有佩戴在眼睛的前方的面罩型主体11，以及用于将该面罩型主体11佩戴于头部的绳带12。

在装置主体10B的面罩型主体11设置有显示装置13。该显示装置13设置于操作者的眼睛的前方且能够目视观察。图5所示的显示驱动器14、控制部15以及接口16等搭载于面罩型主体11。

在图2的(A)中用立体图示出从上方观察输入装置20时的外观，在图2的(B)中用立体图示出从下方观察输入装置20时的外观。图3是输入装置20的分解立体图。在图4中示出内置于输入装置20的三组触觉产生单元中的第一触觉产生单元30A的结构。在图2的(A)和图3以及图4中示出以输入装置20为基准的X-Y-Z坐标。在输入装置20中，Z方向是各操作体的按压方向。

在图1A和图1B所示的使用例中，输入装置20以Y方向朝向上下的姿态被人的手保持。

如图2所示，输入装置20具有合成树脂制的壳体21。壳体21为能够由单手保持的大小。壳体21通过将上部壳体22与下部壳体23组合而构成。如图3所示，上部壳体22与下部壳体23能够在Z方向上分割。上部壳体22与下部壳体23通过螺纹紧固手段等而相互固定，在两个壳体22、23的内部形成有机构收纳空间。

上部壳体22的朝向Z方向的表面为第一面22a，下部壳体23的朝向Z方向的表面为第二面23a。如图3所示，在上部壳体22开设有沿Z方向贯通第一面22a的操作孔24、24。在下部壳体23开设有沿Z方向贯通第二面23a的操作孔25。操作孔24、24形成为沿Y方向排列，操作孔25的Y方向上的开口尺寸比各个操作孔24的Y方向上的开口尺寸大。

在上部壳体22的朝向Y方向的端面开设有连接器安装孔26，在下部壳体23的朝向Y方向的端面开设有电源插头安装孔27。

如图3所示，在壳体21的内部的机构收纳空间收纳有机构架28。机构架28由金属板弯折而成，形成有与X-Y平面平行的安装板部28a和与Y-Z平面平行的区分板部28b。

隔着区分板部28b而在X方向的一侧固定有第一触觉产生单元30A和第二触觉产生单元30B。第一触觉产生单元30A和第二触觉产生单元30B沿Y方向排列配置。隔着区分板部28b而在X方向的另一侧设置有一组第三触觉产生单元40。

<触觉产生单元的结构>

在图4中示出第一触觉产生单元30A的结构。

第一触觉产生单元30A具有将金属板30弯折而成的框架31。该框架31固定于区分板部28b，从而将第一触觉产生单元30A搭载于机构架28。

在框架31设置有移动构件32A。移动构件32A由合成树脂材料形成，在其顶部固定有第一对置操作体33A。第一对置操作体33A由合成树脂材料形成。如图2所示，第一对置操作体33A从形成于上部壳体22的操作孔24向外部突出。

如图1A和图1B所示，在由右手保持输入装置20时，由食指按压第一对置操作体33A，如图1B所示，在由左手保持输入装置20时，由中指操作第一对置操作体33A。

如图4所示，在框架31的一方的侧板部31a形成有沿Z方向延伸的引导长孔31c。在移动构件32A的侧部一体地形成有滑动突部32a，通过滑动突部32a在引导长孔31c的内部滑动，从而移动构件32A在框架31上被支承为沿Z方向移动自如。移动构件32A具有凹部32b。在该凹部32b的内部中，夹设有移动构件32A与框架31的下端部之间的压缩螺旋弹簧34。通过该压缩螺旋弹簧34的弹力，移动构件32朝A向第一对置操作体33A从上部壳体22突出的方向即Z方向的图示上方而被施力。

在框架31的一方的侧壁部31a固定有电动机35A。在电动机35A的输出轴固定有输出齿轮36a。在侧壁部31a的外表面旋转自如地支承有减速齿轮36b，输出齿轮36a与减速齿轮36b啮合。在框架31的侧壁部31a固定有齿轮箱37，在齿轮箱37的内部收纳有减速机构。所述减速齿轮36b的旋转力通过齿轮箱37内的减速机构而被减速。齿轮箱37内的减速机构由太阳齿轮和行星齿轮等构成。

在齿轮箱37的减速输出轴固定有小齿轮37a。在移动构件32A的厚壁部的表面形成有齿条部32c，小齿轮37a与齿条部32c啮合。小齿轮38a的齿部与齿条部32c的齿部是相对于与移动构件32A的移动方向正交的Y方向倾斜的斜齿。

通过设置所述压缩螺旋弹簧34，能够消除小齿轮38a与齿条部32c的齿隙。但是，也可以不在各个触觉产生单元设置压缩螺旋弹簧34。

在框架31的另一方的侧壁部31b固定有位置检测装置38A。位置检测装置38A具有固定于侧壁部31b的定子部、以及与定子部对置且旋转的转子部。设置于转子部的转子轴与小齿轮37a一同旋转。位置检测装置38A是电阻变化式，在定子部设置有圆弧状的电阻体图案，在转子部设置有在所述电阻体图案滑动的滑动件。需要说明的是，位置检测装置38A可以是磁检测型的如下的构件：在转子部固定有旋转磁铁，在定子部设置有GMR元件等磁检测元件，通过磁检测元件来检测转子部的旋转角度。或者，位置检测装置38A也可以是光学式的位置检测装置。

如图3所示，隔着区分板部28b而在X方向的一侧与第一触觉产生单元30A并排地固定有第二触觉产生单元30B。第二触觉产生单元30B的结构与第一触觉产生单元30A的结构相同，因此省略详细结构的说明。

在第二触觉产生单元30B中，在移动构件32B的Z侧的上部固定有第二对置操作体33B。第二对置操作体33B的形状和尺寸与第一对置操作体33A相同。

另外，在第二触觉产生单元30B中，用35B表示电动机，用38B表示位置检测装置，但它们与设置于第一触觉产生单元30A的电动机35A以及位置检测装置38A相同。

如图1A和图1B所示，在由右手保持输入装置20时，由中指按压第二对置操作体33B，如图1B所示，在由左手保持输入装置20时，由食指操作第二对置操作体33B。

如图3所示，在机构架28的区分板部28b的另一侧设置有第三触觉产生单元40。

第三触觉产生单元40的基本结构与第一触觉产生单元30A以及第二触觉产生单元30B相同，但第三触觉产生单元40被构成为稍大。第三触觉产生单元40在框架41上沿Z方向移动自如地支承有移动构件42，在移动构件42的顶部固定有拇指操作体43。拇指操作体43从下部壳体23的操作孔25向图示下方突出。移动构件42被压缩螺旋弹簧44向使拇指操作体43从操作孔25突出的方向施力。需要说明的是，如上述那样该压缩螺旋弹簧44可以省略。

拇指操作体43形成为，Y方向上的宽度尺寸比第一对置操作体33A和第二对置操作体33B的Y方向上的宽度尺寸大，第一对置操作体33A和第二对置操作体33B双方与拇指操作体43在Z方向上对置。如图1A和图1B所示，在输入装置20由右手保持时和由左手保持时双方，均由拇指操作拇指操作体43。

在第三触觉产生单元40中，也在框架41固定有电动机45，固定于电动机45的输出轴的输出齿轮46a与减速齿轮46b啮合。所述减速齿轮46b的旋转力通过齿轮箱47内的减速机构而被减速，该减速输出从小齿轮向形成于移动构件42的齿条部传递。而且，由位置检测装置48检测小齿轮的旋转。

如图3所示，在壳体21的内部内置有信号连接器17和电源插头29。信号连接器17在形成于上部壳体22的连接器安装孔26的内部露出，电源插头29在形成于下部壳体23的电源插头安装孔27的内部露出。

如图5的框图所示，在第一触觉产生单元30A、第二触觉产生单元30B以及第三触觉产生单元40分别设置有电动机驱动器51。设置于第一触觉产生单元30A的电动机35A、设置于第二触觉产生单元30B的电动机35B以及设置于第三触觉产生单元40的电动机45被各个电动机驱动器51驱动而旋转。

各个电动机驱动器51经由接口17a而与所述信号连接器17连接。

如图5所示，在输入装置20的壳体21的内部设置有姿态检测部53。姿态检测部53例如是检测地磁传感器的磁传感器、或者振动型陀螺仪装置，能够检测输入装置20在操作空间内的姿态、操作空间中的位置。姿态检测部53经由接口17a而与所述信号连接器17连接。

如图5所示，在装置主体10A、10B设置有接口16，各个接口16所连接的信号连接器与各个接口17a所连接的所述信号连接器17通过软线52连接。在所述软线52中包含电源线，电源线与电源插头29连接。通过该电源线从装置主体10A、10B向输入装置20供给电力。

需要说明的是，装置主体10A、10B与各个输入装置20能够通过RF信号进行通信，在输入装置20中可以内置有电池。在该情况下，不需要使装置主体10A、10B与输入装置20相连的软线52。

另外，装置主体10A、10B还可以具有与服务器通信的通信功能。

另外，在图1A所示的装置主体10A和图1B所示的装置主体10B均设置有发声装置。发声装置为向空间中发出声音的扬声器、或者向操作者的耳朵给予声音的接收器等。

接下来，对所述触觉再现装置1的操作方法和动作进行说明。

<输入装置20的操作和反作用力的设定>

如图2所示，输入装置20在壳体21的第一面22a突出有第一对置操作体33A和第二对置操作体33B，在第二面22b突出有一个拇指操作体43，两个对置操作体33A、33B与拇指操作体43在Z方向上相互向相反方向突出。如图1A和图1B所示，输入装置20由单手保持，由拇指对拇指操作体43进行按压操作，由食指和中指对第一对置操作体33A和第二对置操作体33B进行按压操作。

在输入装置20中，从控制部15向各个电动机驱动器51给予控制指令，第一触觉产生单元30A的电动机35A、第二触觉产生单元30B的电动机35B以及第三触觉产生单元40的电动机45根据所述控制指令而工作。

通过控制电动机35A、35B和电动机45的旋转，能够使移动构件32A、32B和移动构件42向任意的位置移动并在该位置处停止。例如，能够使第一对置操作体33A、第二对置操作体33B以及拇指操作体43在从壳体21最大限度地突出的位置处停止，或者能够使各操作体33A、33B、43在向壳体21的内部最大限度地后退的位置处停止。另外，能够使各操作体33A、33B和操作体43在最大突出位置和最大后退位置的中间的任意的位置处停止。

另外，通过控制向电动机35A、35B和电动机45给予的电力，能够以较强的力保持动机35A、35B、45的转子，使得即使通过手指按压从壳体21突出的各操作体33A、33B、40也不会使它们移动。

各移动构件32A、32B、42处于能够移动的状态时，当按压第一对置操作体33A、第二对置操作体33B以及拇指操作体43的任一方而使移动构件32A、32B、42向按入方向移动时，通过位置检测装置38A、38B或者位置检测装置48来检测其移动位置，其检测输出被给予至控制部15。在控制部15中保持有与表示移动距离与反作用力之间的关系的反作用力作用线(反作用力作用系数)相关的数据，且控制为，根据操作体33A、33B、43的按入位置，电动机35A、35B或者电动机45产生与所述反作用力作用线相应的转矩。由此，对按压对置操作体33A、33B的食指和中指、以及按压拇指操作体43的拇指给予反作用力。

在图8A至图8C中示出了在控制部15内的存储器中收纳的反作用力作用线(反作用力作用系数)的数据的例子。横轴均为操作体33A、33B、43的按入量(按入位置)，随着朝向图示右方而按入量增多。

纵轴为从电动机35A、35B、45对各移动构件32A、32B、42给予的移动力，该移动力成为从对置操作体33A、33B以及拇指操作体43对各手指给予的反作用力。纵轴的正的数字越大，则欲使对置操作体33A、33B以及拇指操作体43从壳体21突出的力越大，手指感受到的反作用力越大。需要说明的是，图8A至图8C所示的线图的纵轴的数字是用于设定电动机的驱动转矩的控制用的数值，并不表示物理学上的力的单位。

图8A至图8C所示的图表内的实线表示各操作体33A、33B、43被压入而朝向壳体21移动时对各移动构件32A、32B、42给予的力的变化。图表内的虚线表示各操作体33A、33B、43向从壳体21突出的方向返回移动时对各移动构件32A、32B、42给予的力的变化。

例如，在图11A至图11C中，实线的线图成为水平的直线。这表示在将各操作体33A、33B、43朝向壳体21压入时无论压入至什么位置手指感受到的反作用力均恒定。

在图8A至图8C中，图表内的实线具有朝向右方而大致以一次函数上升的区域。这表示在将各操作体33A、33B、43朝向壳体21压入时，手指感受到的反作用力与该按入量成比例地增大，该情况下的实线的斜率相当于按压假想的被保持物体时的弹性系数。

<操作假想的切断工具时的触觉反作用力>

在触觉再现装置1A、1B中，能够使操作者的手感受到模拟用手保持多种假想的被保持物体的反作用力。多种假想的被保持物体的反作用力作用线(反作用力作用系数)的数据收纳于设置于控制部15的存储器。另外，保持于控制部15的图像数据被给予至显示驱动器14，在图1A或者图1B所示的显示装置13中，能够选择多种假想的被保持物体的图像而显示，另外还显示手的图像。这些显示基于计算机图形。

在图6中示出在显示装置13的显示画面13a中显示切断工具60作为假想的被保持物体的状态。切断工具60是剪钳，设置有一对手柄61、61、以及通过手柄61、61的操作进行切断的切断部62。在显示画面13a中显示被切断工具60切断的工件63。工件63是金属线材的图像。

在显示画面13a中显示手H的图像，通过规定的操作使显示变化为，显示画面13a中显示的手H的图像移动，通过手H的图像保持切断工具60的图像的手柄61、61。例如，在由手保持输入装置20并移动时，由姿态检测部53检测其移动姿态并向控制部15给予与姿态相关的信息。根据该信息来控制显示驱动器14，使显示画面13a中显示的手H的图像移动，并抓握手柄61、61。或者，当通过键盘等其他操作构件选择切断工具60作为被保持物体时，使显示变化为显示画面13a中显示的手H保持切断工具60的图像。

当选择切断工具60作为假想的被保持物体时，控制各电动机35A、35B、45，设定对置操作体33A、33B以及拇指操作体43的初始位置。在假想的被保持物体为切断工具60的情况下，对置操作体33A、33B以及拇指操作体43如图7的(A)所示被设定在从壳体21最大程度突出的初始位置。

控制部15从存储器读取图8A至图8C所示的反作用力作用线(反作用力作用系数)的数据，控制部15根据所述反作用力作用线的数据来控制各电动机35A、35B、45。图8A示出在第三触觉产生单元40中从电动机45对移动构件42以及拇指操作体43给予的反作用力作用线，图8B示出在第一触觉产生单元30A中从电动机35A对移动构件32A以及第一对置操作体33A给予的反作用力作用线，图8C示出在第二触觉产生单元30B中从电动机35B对移动构件32B以及第二对置操作体33B给予的反作用力作用线。

如图6所示，在显示画面13a中示出手H保持切断工具60的手柄61、61的图像时，如图1A所示，当通过拇指按压由右手保持的输入装置20的拇指操作体43，通过食指按压第一对置操作体33A，通过中指按压第二对置操作体33B时，在显示画面13a内，显示变化为使被手H的图像的拇指F1、食指F2以及中指F3抓握的手柄61、61相互接近。而且，当手柄61、61接近到一定程度时，图像变化为通过切断部62将线状的工件63切断。

在这一系列动作中，对拇指操作体43给予的反作用力Fa(参照图7的(A))的变化如图8A中实线所示那样，在开始按压时拇指感受到大致用“190”的数值表示的反作用力Fa。当继续按压拇指操作体43时，拇指感受到的反作用力Fa大致以一次函数逐渐增加，当在图6所示的显示画面13a内手柄61、61接近至一定程度的距离，通过切断部62将工件63切断时，作用于拇指操作体43的反作用力Fa从极大值急剧地降低，反作用力数值成为“0”。之后，为了再现作用于抓握手柄61、61的拇指F1的阻力，作用于拇指操作体43的反作用力Fa恢复。

对第一对置操作体33A给予的反作用力Fb的变化如图8B中实线所示那样，基本的反作用力的变化与图8A相同。但是，通过食指开始按压第一对置操作体33A的初始的反作用力Fb为“0”。另外，从通过食指开始按压到达到即将进行切断动作之前的反作用力的极大值为止，对第一对置操作体33A给予的反作用力Fb设定为比对拇指操作体43给予的反作用力Fa小。

对第二对置操作体33B给予的反作用力Fc的变化如图8C中实线所示那样，基本的反作用力的变化与图8A以及图8B相同。通过中指开始按压第二对置操作体33B的初始的反作用力Fc的数值为“大致110”，比对于食指的反作用力Fb的初始值大，且比对于拇指的反作用力Fa的初始值小。另外，即将进行切断动作之前的反作用力Fc的极大值为与图8B所示的作用于食指的反作用力Fb的极大值大致相同的值。

在上述的反作用力的控制中，当通过拇指按压拇指操作体43，通过食指按压第一对置操作体33A，通过中指按压第二对置操作体33B时，能够得到如下触觉：如图6的显示画面13a所示的抓握切断工具60的手柄61、61时的反作用力增大，在将工件63切断后反作用力急剧地降低。

在此，在通过现实的手抓握现实的切断工具60的手柄进行工件的切断动作时，一方的手柄61仅被拇指按压，另一方的手柄61被食指和中指等多个手指按压，通过拇指和其他多个手指相互给予反作用力，在现实的操作中，对于拇指作用有比对于食指、中指大的反作用力。另外，在按压同一手柄61的中指和食指中，通过中指强烈地按压手柄61，因此成为对于中指作用有比食指大的反作用力的倾向。

另外，在人的手的结构中，拇指较短，而食指和中指较长，因此即使认为通过相同的力使各手指动作，实际上从拇指作用于被保持物体的力也比从食指或者中指作用于被保持物体的力大。

因此，如图8A至图8C所示，使作用于拇指操作体43的反作用力Fa从开始按压至达到极大值为止比作用于第一对置操作体33A的反作用力Fb以及作用于第二对置操作体33B的反作用力Fc大。即，使从拇指操作体43对拇指给予的反作用力比从两个对置操作体33A、33B对食指和中指给予的反作用力大。若像这样使反作用力具有差异，则能够使人的手得到与实际抓握手柄61、61的情况相等的反作用力的感触。

并且，如图8A和图8B所示，使作用于第二对置操作体33B的反作用力Fc的初始值比作用于第一对置操作体33A的反作用力Fb的初始值大。由此，从第二对置操作体33B对中指给予的反作用力的初始值比从第一对置操作体33A对食指给予的反作用力的初始值稍大。由此，对于操作输入装置20的拇指、食指以及中指，能够得到与实际操作切断工具60的情况相同的操作感触。

另外，在手指相对于操作体33A、33B、43的动作与图6所示的显示画面13a内的手H的图像的变化联动，并且通过切断部62将工件63切断时，通过从发声部发出“噗嗤”“喀嚓”等切断声，从而操作者容易认识到实际上操作切断工具60的感触。

需要说明的是，当切断部62的切断动作结束，从手指对各操作体33A、33B、43给予的按压力被去除时，如图8A、图8B、图8C中虚线所示，从电动机35A、35B、45对各移动构件32A、32B、42给予返回移动力，各操作体33A、33B、43向从壳体21突出的初始位置返回。如图8A、图8B、图8C中虚线所示，此时从电动机35A、35B、45对各移动构件32A、32B、42给予的返回力全部被控制为相同的数值“80”。

<对具有相互接近的一对把持部的被保持物体进行操作时的触觉反作用力>

图6所示的剪钳由手抓握对置的手柄61、61，作为相同地由手抓握并进行操作的假想的被保持物体，有同样被分类为切断工具的切割金属用的剪刀、切割纸张用的剪刀、切割植物用的剪刀等。另外，作为给予夹持工件的操作感触构件，有夹持工件并进行弯曲动作的钳子。并且，作为由拇指、食指、以及中指夹持并进行动作的构件，有装订器等。

上述构件如图6所示的手柄61、61那样具有以共用的支点作为中心而对称地运动的把持部(手柄或者操作部)。当通过拇指按压一方的把持部，或者通过食指和中指按压另一方的把持部时，上述构件以两个把持部相互接近的方式动作。即，若一方的把持部被朝向另一方的把持部按压，则当然把持部彼此的间隔接近。

因此，为了容易得到模拟这种被保持物体的操作感触，能够进行如下控制：在由位置检测装置38A、38B、48的任一方检测到操作体33A、33B、43的任一方被按压时，使其他操作体也相同朝向壳体21移动。

例如，如图6所示，在显示画面13a中显示了切断工具60的状态下，使拇指紧贴拇指操作体43，使食指紧贴第一对置操作体33A，使中指紧贴第二对置操作体33B，通过拇指先于其他手指地将拇指操作体43按入至图7(B)所示的按入位置Sa。在由位置检测装置48检测到上述情况时，通过控制部15控制电动机35A、35B，使第一对置操作体33A自动地移动至接近壳体21的位置Sb，使第二对置操作体33B自动地移动至接近壳体21的位置Sc。将此时的各操作体的位置Sa、Sb、Sc的从壳体21突出的突出位置设为相同。

同样地，在将第一对置操作体33A首先按入至位置Sb时，也与之相伴地使第二对置操作体33B后退至位置Sc，使拇指操作体43后退至位置Sa。另外，在第二对置操作体33B首先被按入至位置Sc时，也与之相伴地使第一对置操作体33A后退至位置Sa，使拇指操作体43后退至位置Sa。

即，在控制部15中，监视来自三个位置检测装置38A、38B、48的位置检测输出，判断是否操作体33A、33B、43的任一方相对于其他操作体首先被按压一定的距离以上。在判断为任一方的操作体被首先按压了规定距离时，使其他操作体也与之相伴地朝向壳体21后退。

需要说明的是，此时，对于针对操作体33A、33B、43中的被手指按压而首先运动的操作体的反作用力而言，根据图8A、图8B、图8C所示的反作用力作用线(反作用力作用系数)而给予反作用力。

接下来，在全部操作体后退后，当任一方的手指的按压力解除时，根据图8A、图8B、图8C所示的反作用力作用线(反作用力作用系数)产生反作用力，按压力被解除的操作体首先向从壳体21突出的方向返回。此时，其他操作体也与之相伴地向从壳体21突出的方向返回。

例如，在通过电动机而使全部操作体33A、33B、43向接近壳体21的方向后退后，当经过一定时间时，之后在任一方的操作体被按压时，根据图8A、图8B、图8C所示的反作用力作用线(反作用力作用系数)对操作体给予反作用力。由此，之后当减弱任一方的手指的力时，与该手指紧贴的操作体返回。由位置检测装置检测该返回的运动，使驱动其他操作体的电动机起动，通过电动机的动力而使其他操作体自动地向远离壳体21的方向移动，使全部操作体返回图7的(A)所示的初始位置。

例如，以显示图6所示的切断工具60的状态为例来进行说明，当通过拇指首先按压拇指操作体43时，两个对置操作体33A、33B与之相伴地朝向壳体21后退。与之相伴地，在图6所示的显示画面13a中显示的图像中，一对把持部即手柄61、61接近，进行切断动作。在此，当解除通过拇指按压拇指操作体43的力时，拇指操作体43向远离壳体21的方向返回，与之联动地两个对置操作体33A、33B也向远离壳体21的方向返回。而且，在图6所示的显示画面13a中，切断动作结束，手柄61、61的图像向相互远离的方向移动。

接下来，当通过食指或者中指首先按压对置操作体33A、33B的任一方时，滞后侧的对置操作体和拇指操作体43与之相伴地朝向壳体21后退，在图6所示的显示画面13a中，手柄61、61的图像接近而进行切断动作。

但是，在该情况下，即使使食指和中指的任一方离开对置操作体33A、33B而通过另一方按压对置操作体时，全部操作体不会向远离壳体21的方向突出。当食指和中指双方欲从对置操作体33A、33B离开，而由位置检测部38A、38B检测到对置操作体33A、33B向突出方向运动时，通过电动机35A、35B使第一对置操作体33A和第二对置操作体33B向远离壳体21的方向移动，与之联动地，通过电动机45使拇指操作体43向远离壳体21的方向返回。

通过进行上述的控制，能够得到与由手保持如下器具并进行操作的情况同等的操作感触，该器具为如图6所示的剪钳等那样两个把持部具有共用的支点并进行转动作的器具。另外，对于该模拟动作而言，只要假想的被保持物体具有对称地进行动作的可动部，则对于任何机械、装置或者工具，均能够用于该模拟等。

附图标记说明

1A、1B 触觉再现装置；

10A、10B 装置主体；

11 面罩型主体；

13 显示装置；

15 控制部；

20 输入装置；

21 壳体；

28 机构架；

30A 第一触觉产生单元；

30B 第二触觉产生单元；

32A、32B 移动构件；

33A 第一对置操作体；

33B 第二对置操作体；

35A、35B 电动机；

38A、38B 位置检测装置；

40 第三触觉产生单元；

42 移动构件；

43 拇指操作体；

45 电动机；

48 位置检测装置。

Claims (9)

1.一种触觉再现装置，其特征在于，

所述触觉再现装置具有输入装置和控制部，

在所述输入装置设置有从壳体相互向相反方向突出的多个操作体、对各个所述操作体从所述壳体突出的突出位置进行检测的位置检测装置、以及对各个所述操作体给予力的电动机，

在所述控制部中，当根据来自所述位置检测装置的检测信号而检测到所述操作体向所述壳体方向被按压而移动时，驱动所述电动机对移动的所述操作体给予反作用力，

在根据来自所述位置检测装置的检测信号而检测到任一方的所述操作体首先向所述壳体方向移动时，将所述电动机控制为使其他操作体也向所述壳体方向移动。

2.根据权利要求1所述的触觉再现装置，其中，

在判断为任一方的所述操作体先于其他操作体朝向壳体移动规定距离以上时，进行使其他操作体追随于先行的所述操作体而向所述壳体方向移动的控制。

3.根据权利要求1或2所述的触觉再现装置，其中，

在朝向所述壳体移动的操作体的任一方向从所述壳体突出的方向移动时，与之相伴地通过所述电动机的力使其他操作体也返回从所述壳体突出的位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的触觉再现装置，其中，

在所述输入装置设置有通过拇指进行按压操作的拇指操作体、通过食指和中指分别进行按压操作的第一对置操作体以及第二对置操作体，

第一对置操作体和第二对置操作体相对于所述拇指操作体的突出方向而向相反方向突出。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的触觉再现装置，其中，

所述触觉再现装置设置有显示装置，

通过所述控制部而在所述显示装置的显示画面中显示假想的被保持物体的图像和手的图像，

在由手指保持所述输入装置的所述操作体时，进行由所述手的图像抓握所述被保持物体的图像的显示。

6.根据权利要求5所述的触觉再现装置，其中，

所述假想的被保持物体具备具有共用的支点而进行转动的成对的把持部，显示由拇指保持一方的把持部并由食指和中指保持另一方的把持部的图像，

当通过拇指按压所述拇指操作体、或者通过食指或中指按压所述第一对置操作体或第二对置操作体时，图像以一对把持部在显示图像内相互接近的方式变化。

7.根据权利要求6所述的触觉再现装置，其中，

所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的切断工具。

8.根据权利要求6所述的触觉再现装置，其中，

所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的钳子。

9.根据权利要求6所述的触觉再现装置，其中，

所述被保持物体是被拇指、食指、以及中指夹持而进行动作的装订器。