CN1272682C - 触觉接口装置 - Google Patents

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CN1272682C CNB031206247A CN03120624A CN1272682C CN 1272682 C CN1272682 C CN 1272682C CN B031206247 A CNB031206247 A CN B031206247A CN 03120624 A CN03120624 A CN 03120624A CN 1272682 C CN1272682 C CN 1272682C
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Abstract

本发明提供一种触觉接口装置,其通过触觉向操作者传达种种信息。其中:驱动部具有在盒底面极性交互配设的磁铁、安装有被收于盒内的线圈的可动框架、被固定在框架上的操作部位。在状态检测部检测灯忘关或风向等车辆和车外状态时,控制部判断被检测的状态是否要向操作者报告,当判断为应报知时,为了通过触觉刺激对操作者传达此信息的内容,向线圈通入规定方向的电流,驱动驱动部。

Description

触觉接口装置
技术领域
本发明涉及一种触觉接口装置,特别是涉及一种将操作部安装在方向盘上被车载的装置,其是通过触觉向司机等操作者报知车辆状态或车外状态的装置。
背景技术
车辆在行走中,可以通过观察仪表板来了解汽油残量等车辆状态,并且可以通过观察车外的表示板、导向板、表示交通信息的导航系统的显示画面等来察觉前方障碍物或路面状态等。虽然可以通过视觉识别这些信息,但由于驾驶中意识集中在驾驶上,无法凝视被给出的信息,有时还会出现漏掉的现象。
更进一步来说,近年来,虽然安装音频系统或导航系统的车辆也不少,但伴随着这些机器的高功能化,也搭载了许多操作开关类部件,进一步加大了视觉的负担。
就这样,现在虽然存在着从车载机器类或从车外得到的信息量不断增大的倾向,但其中大部分要通过视觉取得,加大了驾驶员视力的负担。因此希望有不依靠驾驶员的视觉、可以用其他方法提供信息的装置出现。
发明内容
本发明为解决以上问题而设计,其目的是提供一种不依赖视觉、可以通过触觉向操作者以直接感觉的方式传达各种信息的触觉接口装置。
为了达成以上目的,本发明的一种触觉接口装置,其特征在于,具有:检测车辆状态或者车外状态的至少一者的状态检测装置;判断是否需要向操作者报知上述状态检测装置检测到的信息,在判断为应报知时将该信息生成为触觉信息的报知控制装置;以及根据从上述报知控制装置来的触觉信息驱动的触觉呈示装置;上述触觉呈示装置中,转位呈示的自由度为2个自由度以上;上述触觉呈示装置具有:基台构件、可被操作者操作的操作部位、相对上述基台构件以可动形式被安装,并且固定上述操作部位的可动构件、以及通过上述可动构件的变位在至少2自由度上驱动上述操作部位的操作部位驱动控制装置,上述操作部位驱动控制装置根据向操作者提供的信息的内容,使用可使上述可动构件变位的变位图形进行驱动控制;该触觉接口装置还具有当判断为配设的方向盘需要强力把持的状态发生时,可以强制上述可动构件不动的可动抑制装置。
此外,当触觉接口装置安装在方向盘上时,由于当判断方向盘需要强力把持状态发生时,就会强制可动构件不动,这样就可以将驾驶员的把持力充分传给方向盘。
进一步说明,上述可动抑制装置的特征是具有物理阻止上述可动构件的可动状态的锁住功能。
此外,上述操作部位驱动控制装置的特征是:根据触觉信息,在与应报知操作者信息的内容相关的方向上驱动上述操作部位。
此外,上述状态检测装置的特征是:具有可以接收作为车外状态的由事业人员(事業者)发出的有关交通信息的信息接收部。
附图说明
图1为表示本发明触觉接口装置实施例之一的概略的立体图。
图2为图1所示的触觉接口装置去除盒体上部状态下的俯视图。
图3为图2中所示的触觉接口装置的侧视图。
图4为实施例1中镶嵌于方向盘里侧状态下的触觉接口装置的立体图。
图5为实施例1中的触觉接口装置的功能方块构成图。
图6为实施例2中的触觉接口装置去除盒体上部状态下的俯视图。
图7为图6中所示的触觉接口装置的侧视图。
图8为表示本发明中触觉接口装置实施例之一的概略的立体图。
图9A的为在上方看图8所示的触觉接口装置时线圈和磁铁位置关系的表示图。
图9B为去除触觉接口装置盒体的一部分后的侧视图。
图10为表示图8所示触觉接口装置的变形例的概略立体图。
具体实施方式
以下根据附图说明本发明较佳的实施例。
实施例1
图1为表示本发明中触觉接口装置实施例之一的概略的立体图。图2为图1中的触觉接口装置去除盒体上部状态下的俯视图,图3为图2中所示的触觉接口装置的侧视图。此外,图4表示镶嵌于方向盘里侧状态下的触觉接口装置2。
图1中表示了本实施例中触觉接口装置2的主体部分、与主体分开设计并用连接线6连接的状态检测部4。触觉接口装置2的主体部分镶嵌在方向盘8的内侧,只有被操作者(一般是驾驶者)操作的操作部12是从方向盘8突出的状态。状态检测部4由可检测车辆状态的各种传感器构成。所谓的车辆状态是指灯忘关、汽油余量不足、轮胎气压低等,在车辆上发生过的现象和现有状态中应报知驾驶员的现象等。基本是在警告等级以上的现象等。例如,为了检测灯是否忘关,状态检测部4带有检测车外光亮的光度计,当检测到有基准光亮以上的光亮,并且灯已点了某一时间以上时,发送表示“灯忘关”的信号。对于汽油余量、轮胎气压低等问题,由于带有汽油余量检测装置、轮胎气压检测装置,当低于规定的余量和轮胎气压时,就会分别发送表示“汽油不足”、“气压不足”的信号。就这样,状态检测部4对应于应检测的车辆状态,成为具有一个乃至几个传感器的装置。只是,对于所谓仪表板的警告指示灯所显示的汽油残量等,如果是利用即存车辆构成零件搭载的传感器就可检测的车辆状态,那么也可以与此车载传感器共用。或者还可以构成为:从车载电子控制装置等处取得必要信息,该车载电子控制装置从各传感器输入检测信号。像这样构成的状态检测部4检测的车辆状态,通过连接线6输入到触觉接口装置2的主体部分。无论哪一种,由于状态检测装置配置在方向盘以外的地方,连接线6都是在转向柱内部配线的。而且,本实施例中的触觉接口装置从上面说明可以明确,是由镶嵌在方向盘8中的装置主体部分,和由连接线6连接的状态检测部4构成的,但在以下的说明中,为了说明上的方便,只要没有特别明示,也简单地将除状态检测部4和连接线6以外的触觉接口装置主体部分称为触觉接口装置。
镶嵌在方向盘8中的触觉接口装置2,如图3所示,可以大致分为操作部10、驱动部20和控制部40。操作部10具有被操作者操作的操作部位12。在支撑操作部位12的基台14的中心部分,安装有在和操作部位12相反方向上发光的发光部16。并且在图2中为方便省略了发光部16。
驱动部20为了能给操作操作部12的操作者以反作用力,利用电磁对操作部位12施加驱动力。驱动部20具有将盒21的底面作为基台,极性交互配置的磁铁22、23、24、25。磁铁22~25在装置2的厚度方向上分极,使邻接的磁铁间产生磁场。在磁铁21~25上方的空间,各磁石21~25之间分别配设了线圈26、27、28、29,并设计了安装各线圈26~29的框架30。根据弗来明左手定律,对于磁场中沿X轴方向并设的线圈26、28,通过电流在规定方向上的流动沿Y轴方向驱动处于可动状态的框架30。同样,对于沿Y轴方向并设的线圈27、29,通过电流在规定方向上的流动沿X轴方向驱动框架30。因此,如果上述线圈组的任一方通入电流可以向一次元方向、如果双方都通入电流可以向各一次元方向的向量和表示的二次元方向上驱动框架30。像这样,驱动部20具有将位于盒21中的框架30设计为可动构件的构造。在框架30中安装有操作部10的基台14,此外,在框架30的中央部分,为了不遮住安装在基台14上的发光部16而形成开口部32。后述的控制部40通过利用信号线31向线圈26~29通入电流,带动驱动部20的驱动控制,使框架30转位。安装在框架30上的操作部位12,与框架30的转位连动产生转位,驱动部20为了能给操作者以反作用力,基于控制部40的驱动控制,利用电磁对操作部位12施加驱动力。驱动部20,例如,可以通过特开2000-330688号公报上记载的2次元传动装置实现。
发光部16发出的光,通过开口部32使光传感器41受光。由于光传感器41由光检测方向检测操作部位12的移动量,开口部32必须具有在操作部12的可动范围内不阻止光通过的大小。此外,光传感器41不仅可以使用从光检测方向,也可以使用从光的照射位置和光量来检测的方法。而且,操作部位12的可动范围与由光传感器41的光检测范围是相同意义,实际上,其是依据盒体的表面33的开口领域大小来决定的。为了使盒体的表面33能够成为方向盘8表面的一部分,要配合方向盘8的形状,使其可以握成圆形。或者,也可以取下形成表面33的盒21的上板,用形成方向盘8的构件覆盖驱动部20。
此外,由于本发明状态中的触觉接口装置2是以图4所示的站立状态安装在方向盘8上的,控制部40必须在考虑到框架30和操作部10自重的基础上驱动控制驱动部20。而且,在没有进行驱动时为了支撑可动部分、也为了考虑到伴随行走的震动,在本实施形态中,在框架30的四周通过橡胶或弹簧等弹性构件34使其与盒21结合起来。
控制部40具有:为使作为报知控制装置动作而形成有控制电路的控制基板42、配设在控制基板42上的上述光传感器41。光传感器41通过以上描述的那样检测出发光部16发出的光,以此检测出操作部位12在可动范围内的位置。本实施形态的检测装置具有该光传感器41、在控制基板42上形成的检测操作者对操作部位12实施的操作状况的检测电路(图中未示)。控制电路判断是否将状态检测部4检测后的车辆状态通知操作者,当判断为应通知时,将此车辆状态生成触觉信息。并且,基于此触觉信息进行驱动部20的驱动控制。因此,触摸操作部位12的驾驶员通过接收与触觉信息对应的操作感,可以知道车辆的状态。
在本实施形态中,如图3所示,在驱动部20的下侧配设控制部40,可以将触觉接口装置2作为一个零件处理。但是,依据方向盘8的大小,有时如图3所示就主体形状那样并不能纳入方向盘8中。此时,可以将控制部40结合在驱动部20的侧面,或者从驱动部20上分离,作为其他盒体并设,使其可以被收纳在方向盘8中。只是,即使在这种情况下,也必须将光传感器41留在可以接收发光部16发出的光的位置上。
图5为本实施形态下触觉接口装置的功能方块构成图。状态检测部4是监测汽油残量等车辆状态的装置。报知控制部50通过控制部40实现,判断是否是应将状态检测部4检测后的车辆状态通知驾驶员,当判断为应通知时,将此信息生成触觉信息。此触觉信息是通过对接触操作部位12的驾驶员发出的振动等,以此通知灯忘关或汽油余量不足等车辆状态的信息,具体来说,是对使操作部位12震动的驱动部20发出的驱动控制信息。触觉呈示部52通过驱动部20及操作部10实现,基于报知控制部50传送的触觉信息驱动。
下面说明本实施形态中的动作。
状态检测部4通过各种传感器发出的信号经常性监视车辆处于什麽样的状态。并且,如果检测到例如亮度计超出预先设定的基准光亮,且检测到灯的点灯状态持续在预先设定时间之上,就会将此时的状态判断为“灯忘关”,发出表示此意思的信号。
当控制部40通过连接线6收到状态检测部4发出的车辆状态通知后,判断是否应生成触觉信息。例如,如果操作者操作图中未示的模式选择机构选择触觉接口装置2的动作停止模式时,或者对方向盘8做类似于大转舵这样的急转舵操作等情况时,由于操作部位12不动,并不生成触觉信息。而且,为了消除操作部位12给驾驶员的刺激超过一定时间之后对刺激形成的惯性,在规定时间之外并不生成触觉信息。
控制部40在上述以外的触觉刺激生成模式下,按照接收的车辆状态生成触觉信息,基于此触觉信息驱动控制驱动部20,以此启动操作部位12,给接触该操作部位12的驾驶员以一定的触觉刺激。例如,各自生成表示“灯忘关”的X轴的振动刺激、表示汽油不足的Y轴的振动刺激、表示气压不足的从X轴倾斜45度的振动刺激。由此,事前就已知道所受刺激是何意思的驾驶员,根据所受刺激的种类,即使不用视觉确认灯开关的状态和仪表板等,也可以通过触觉了解车辆的状态。此外,通过操作部位12传达给驾驶员的触觉刺激也可以不是振动。例如圆运动、四角、三角等以2次元表示任意运动都可以。
通过本实施形态,可以实现不依靠视觉,通过驾驶员的触觉通知车辆状态。此外,通过使触觉接口装置2生成的图形由要传递的信息的内容而有所不同,可以得到削减各车载器件拥有的操作开关数量的效果。
实施例2:
在上述实施例1中说明了一种将检测车辆后的状态传给驾驶员的装置。本实施例要说明一种可以将检测的车外状态传给驾驶员的装置。在本实施形态中的状态检测部4是作为一种检测车外状态的状态检测装置而设计的。其他构成要素与用图1至图5说明的实施例1相同。
这里所说的车外状态,是指例如风向及强度、坡的倾斜状态、路面状态、前方有无障碍物、脱离车线等在车外发生了的现象或现有状态中应通知驾驶员的现象。基本上是警告等级以上的现象。例如,为了检测风向及强度,状态检测部4具有风速计和风向计,传送风速数据和风向数据。此外,为了检测坡的倾斜状态,状态检测部4具有车体的倾斜计,传送倾斜方向数据和倾斜角度数据。
本实施形态中的动作与实施形态1相同。即当控制部40通过连接线6收到状态检测部4发出的车外状态通知后,判断是否应生成触觉信息。当判断应生成时,控制部40按照接收的车外状态生成触觉信息,根据该触觉信息驱动控制驱动部20,以此启动操作部位12,给接触此操作部位12的驾驶员以一定的触觉刺激。
例如,在从状态检测部4传来风速数据和风向数据后,驱动控制驱动部20,使其生成将车的行进方向作为X轴的正方向,在对应风向的方向上振幅与风速成比例的振动刺激。此外,从状态检测部4传来倾斜方向数据和倾斜角度数据后,驱动控制驱动部20,使其生成与方向和角度对应的触觉刺激。而且,利用车载的传感器检测设置在道路路面上的线路标识器,从而检测出在行车线内的位置信息。当车辆要脱离行车线时,生成横向的振动刺激,以此形式驱动控制驱动部20。车线内的位置检测可以通过例如用搭载在车体上的照相机看线路标识器,或使用车体的磁传感器检测带有磁性的线路标识器的方法。
由此,在事前就已知道所受刺激是何意思的驾驶员,可以根据所受刺激的种类,通过触觉了解车外的状态。因此,可以知道风速等在车内无法确认的信息。此外,通过操作部位12传达给驾驶员的触觉刺激也可以不是振动。例如圆运动、四角、三角等以2次元表示的任意运动都可以。
此外,车外的状态并不一定非要基于车载的传感器,以可以从车外的机器接受数据。例如,如果状态检测部4上装有可以从行走支援道路系统(AHS)等接受信息的接收器,这种行走支援道路系统具有对车辆提供信息、发警报、支援操作的行走支援功能,当道路红外线(传感器)检测到停止车辆或落下物等障碍物时,从AHS的指示标发出信息。状态检测部4由接收器接收指示标发出的表示前方障碍物的数据。并且,控制部40驱动控制驱动部20,生成在车辆行进方向上给与规定振动刺激的触觉信息。此外,当向车辆传达路面冻结等道路状况时,控制部40驱动控制驱动部20,例如生成在车的行进方向上给予像画一个长椭圆那样规定振动刺激的触觉信息。就这样,通过设有可以将事业人员发出的有关交通的信息做为车外状态接收的信息接收部,也可以从车载传感器以外得到车外的状态。
通过本实施状态,可以不依赖视觉,通过驾驶员的触觉报知车外的状态。此外,为了通知驾驶员而生成的触觉刺激也可以以前后移动的刺激表示障碍物的有无、左右移动的刺激表示脱离行车线的形式,像这样,在与应报知操作者的现象及信息内容相关的方向上,移动操作部位12呈示刺激,进行在直接感受上易理解的触觉呈示。
而且,虽然分别说明了在上述实施例1中检测车辆状态的情况,以及本实施形态中检测车外状态的情况,也可以通过安装可检测车内状态和车外状态两者的检测装置,达到能对应两者的状态。
实施形态3:
当发生急刹车、急转舵、撞击等必须强力把持方向盘的状态时,产生了强力把持方向盘来支撑身体的必要。此时,如果像图4所示那样在方向盘的驾驶员把持的位置上配置触觉接口装置2,由于操作部位12本来处于可动状态,便产生了把持力无法充分传给方向盘8的情况。因此,本实施例中,设置了当判断为发生急刹车、急转舵、撞击等必须强力把持方向盘的状态时,可强制可动构件不动的可动抑制装置。
图6为本实施形态中的触觉接口装置去除盒体上部状态下的俯视图,图7为图6中所示的触觉接口装置的侧视图。而且,对于与上述实施例相同的构成要素使用了相同的符号,说明省略。
本实施形态中,在驱动部20的盒21上安装固定螺线管54。螺线管54的螺线管可动部56在电源闭合状态时向远离框架30的方向(图面的上方)、在电源打开状态时向位于接近框架30的方向(图面的下方)移动。并且,在电源打开时,螺线管可动部56继续向图面下方下降,与设置在框架30上面的卡合孔58嵌合。本实施形态中通过这样的构造,形成可物理阻止可动构件的可动状态的锁住机构。控制部40实施由该锁住机构的锁住控制。
下面说明本实施形态中的动作。状态检测部4判断是否发生急刹车等必须强力把持方向盘的状态,当有此必要时,输出表达需要固定的信号。控制部40接收到从状态检测部4发出的需要固定的信号后,使螺线管54的电源打开。由此,螺线管可动部56向框架30一侧移动,与卡合孔58嵌合。由于框架30由螺线管可动部56被物理抑制了行动,即使在与其相伴的操作部位12上施加把持力,操作部位12也不动。
通过本实施例,可以如以上那样强制使可动构件进入不动的状态。
而且,如果将没有被控制部40驱动的状态设定为框架30的中立位置,则框架30在未被锁住的状态下由于被驱动而并不一定存在于中立位置上。因此,当不在中立位置时,即使螺线管可动部56向框架30一侧移动,由于在对应位置上没有卡合孔58,结果导致不能上锁。因此,在通常情况下,如果控制部40接收到状态检测部4发出的需要固定的信号时,要驱动控制框架30返回中立位置,使螺线管可动部56可以和卡合孔58嵌合,即使框架30没有返回中立位置,也要驱动螺线管54,将螺线管可动部56按压到框架30的上部表面上。即使框架30不能返回中立位置,控制部40也要使用按压力优先阻止框架30的移动。
本实施形态中虽然设置了螺线管54,从上方固定框架30,但也可以在框架30的侧面或底面配设卡合孔,从框架30的侧面或底面固定螺线管54。此外,本实施形态中,是将作为可动构件的框架30设定在不可移动的状态下,但由于驾驶员施加的把持力时操作部位12最好不动,作为可动抑制装置,未必非是框架30,也可以将其作为固定操作部位12的机构。
实施形态4:
上述实施形态中,通过在平面上的2次元方向上移动操作部位12,给驾驶员以触觉刺激。本实施形态中的特点是,通过提供一种2自由度的触觉接口装置,使其可以给予3次元方向的触觉刺激。
图8为显示本实施形态中触觉接口装置的其他实施例的概略的立体图。图9A为表示在上方看图8所示的触觉接口装置内部时线圈和磁石位置关系的图,图9B为只去除触觉接口装置盒体的一部分后所示的盒体内构成的侧视图。而且,由于状态检测部和控制部与实施例1的构成相同,从图中省略。
各图中表示了上下重叠状态的两个盒体60、70。盒体60收纳了如图9所示的旋转型电动机62,该旋转型电动机62的旋转轴64与盒体70相连接。在盒体70的内部设置了铺设在底面的轨道72、在此轨道上滑动的滑块74、以及固定在滑块74上,从设计在盒体70一侧面的开口部延伸出来的臂76。此外,在盒体70上面的内侧安装有磁铁78、80。磁铁78、80以磁性相反的形式配设。在与该磁铁78、80相对置的臂76的上部设有线圈82。线圈82与图中未示的控制电路通过图中未示的信号线进行电连接。此外,在从盒体70延伸出来的臂76的前端上安装有操作部位12。
本实施形态中的触觉接口装置102具有如以上组合了旋转电动机和线性电动机的构成,以只有操作部位12从方向盘突起形式镶嵌。在方向盘的表面被实施切入,以使操作部位12可以在3次元方向上移动,并在内部设置空间。
本实施形态中的功能锁结构与上述实施例1所示的图5相同。图8、图9只表示了与触觉呈示部52相当部分的构成。并且,报知控制部50从状态检测部4送出的车辆状态或车外状态中,根据是否必要,生成触觉信息进行触觉呈示部52的驱动控制。由于到状态检测部4对应检测的车辆状态或车外状态驱动触觉呈示部52为止的处理流程中,有关状态检测部4和报知控制部50的处理与实施形态1相同,因此在这里说明一下关于图8、图9所示的按照控制部的驱动控制的触觉呈示部52的动作。
在控制部驱动控制下,旋转型电动机62通过使旋转轴64旋转,使被连接在旋转轴64上的盒体70向箭头B的方向旋转。由此可以使操作部位12向旋转方向转位。此外,在控制部驱动控制下,如果在规定方向向线圈82通入电流,处于可动状态的滑块74按照费来明左手定律,在轨道72上滑动。由此,因为臂76与滑块74的滑动联动,沿着轨道72的方向(箭头A方向)移动,所以从盒体70来看可以看到臂76在箭头A方向伸缩。像这样,就可以使操作部位12在直线方向上位移。
就本实施形态来说,通过提供2自由度的触觉接口装置,可以给驾驶员以复杂的触觉刺激。
在图8说明的构造中,臂76沿方向盘的圆周方向动作。也可以构成为使此臂76按照与方向盘的圆周方向略成正交的方向上动作。图10为与图8相当的触觉接口装置的概略立体图。如果被搭载在盒体60上的旋转型电动机并不与盒体70直接相连,通过使用锥齿轮等将旋转方向改变90度构成,就可以提供一种使操作部位12在上下(箭头C)方向上动作的触觉接口装置,进一步说,在本实施例中虽然以2自由度的触觉接口装置为例,也可以为3自由度以上,这样,在可以给驾驶员以更多的对驾驶员来说的信息的同时,由于可以使操作部位按照应报知驾驶员的内容动作,或在与应报知内容相关的方向上动作,可以进行更加直观易理解的触觉呈示。
此外,虽然本实施例说明了一种适合镶嵌在车辆方向盘内的触觉接口装置,但并不是被限定在此,在方向盘以外的器具,或者车辆以外的器具上也根据需要可以适用。

Claims (4)

1.一种触觉接口装置,其特征在于,具有:
检测车辆状态或者车外状态的至少一者的状态检测装置;
判断是否需要向操作者报知上述状态检测装置检测到的信息,在判断为应报知时将该信息生成为触觉信息的报知控制装置;
以及根据从上述报知控制装置来的触觉信息驱动的触觉呈示装置;
上述触觉呈示装置中,转位呈示的自由度为2个自由度以上;
上述触觉呈示装置具有:基台构件、可被操作者操作的操作部位、相对上述基台构件以可动形式被安装,并且固定上述操作部位的可动构件、以及通过上述可动构件的变位在至少2自由度上驱动上述操作部位的操作部位驱动控制装置,上述操作部位驱动控制装置根据向操作者提供的信息的内容,使用可使上述可动构件变位的变位图形进行驱动控制;
该触觉接口装置还具有当判断为配设的方向盘需要强力把持的状态发生时,可以强制上述可动构件不动的可动抑制装置。
2.如权利要求1所述的触觉接口装置,其特征在于:
上述可动抑制装置具有物理阻止上述可动构件的可动状态的锁住机构。
3.如权利要求1所述的触觉接口装置,其特征在于:
上述操作部位驱动控制装置根据触觉信息,在与应报知操作者信息的内容相关的方向上驱动上述操作部位。
4.如权利要求1所述的触觉接口装置,其特征在于:
上述状态检测装置具有可以接收作为车外状态的由事业人员发出的有关交通信息的信息接收部。
CNB031206247A 2002-11-29 2003-03-17 触觉接口装置 Expired - Fee Related CN1272682C (zh)

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