JP2000122791A

JP2000122791A - 力覚呈示装置

Info

Publication number: JP2000122791A
Application number: JP29498798A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Mukasa; 智治武笠
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】小型軽量であると共に安全であり、且つ、複
雑な動きに対する反力を与えることのできる力覚呈示装
置を提供することを課題とする。【解決手段】操作者の手指８に沿って配設される支持
部材２と、上記支持部材に配設されたワイヤ状部材４
と、上記ワイヤ状部材を案内するガイド５と、上記ワイ
ヤ状部材の移動量を検出する検出装置６と、上記検出装
置による検出結果に応じて上記ワイヤ状部材の動きを制
御するための制御装置７とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規な力覚呈示装置
に関する。詳しくは、小型軽量であると共に安全であ
り、且つ、複雑な動きに対する反力を与えることのでき
る力覚呈示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ上などに構築された
仮想空間内での動作に対応して、操作者の手指に反力を
与えるための装置として、操作者の各指に這わせたワイ
ヤを電動モータなどを用いて引っ張ることによって反力
を与えるようにしたものがある（特開平６−３２４６２
２号公報参照）。

【０００３】しかしながら、上記した従来の装置のよう
に、強制的にワイヤを引っ張って反力を与えるという方
法では、操作者の手指の屈曲及び伸展の限界を超えて力
を呈示してしまう可能性があり、操作者の手指を傷つけ
てしまう惧があるという問題や、ワイヤの這い回しのた
めにプーリー等を用いる必要があり、装置が大型化して
しまうという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記した従来
の装置における問題を解決するものとして、操作者の手
指に沿って液体を満たした管を配設し、その液体の流動
抵抗を調節することによって操作者の手指の動きを妨害
し、それにより操作者に反力を与えるようにすることが
考えられる。

【０００５】しかしながら、この方法では、管が損傷し
た場合、その管内の液体が漏れ出してしまうという問題
がある。

【０００６】また、この方式では管はある程度の太さを
必要とするので、複雑な動作に対する反力を与えるため
に、複数の管を配することが難しいという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、小型軽量であると共に
安全であり、且つ、複雑な動きに対する反力を与えるこ
とのできる力覚呈示装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明力覚呈示装置は、
上記した課題を解決するために、操作者の手指に沿って
配設される支持部材と、上記支持部材に配設されたワイ
ヤ状部材と、上記ワイヤ状部材を案内するガイドと、上
記ワイヤ状部材の移動量を検出する検出装置と、上記検
出装置による検出結果に応じて上記ワイヤ状部材の動き
を制御するための制御装置とから成る。

【０００９】従って、本発明力覚呈示装置にあっては、
小型軽量であると共に安全であり、且つ、複雑な動きに
対する反力を与えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明力覚呈示装置の実
施の形態を添付図面を参照して説明する。

【００１１】力覚呈示装置１は、柔軟な素材により手袋
状に形成された支持部材２と、該支持部材２の手指部
３、３、・・・に配されたワイヤ状部材４、４、・・・
と、上記ワイヤ状部材４、４、・・・が各手指部３、
３、・・・の所定の位置からずれないようにしておくた
めのガイド５、５、・・・と、上記ワイヤ状部材４、
４、・・・の繰り出し量から手指の屈伸状態を検出する
ための検出装置６と、上記検出装置６によって検出され
た手指の屈伸状態に応じてワイヤ状部材４、４、・・・
の動きを制御するための制御装置７とから成る。

【００１２】上記支持部材２は、手袋状、すなわち、操
作者の手指８、８、・・・及び掌を手首まで覆う形状を
為しており、手指８、８、・・・の動きを妨げることな
く、また、ひどく伸び縮みしたりしないような素材、た
とえば、皮革や軟質樹脂で形成されており、その表面に
は、ワイヤ状部材４、４、・・を所定の位置に這わせる
ためのガイド５、５、・・・が取り付けられている。

【００１３】上記ガイド５、５、・・・は、たとえば、
鋼線をコイル状に巻いて形成したものであり、操作者の
手指８の動作を妨げることなく柔軟に手指８の屈伸に追
従し、内部に通されたワイヤ状部材４が滑らかに摺動す
ることができるようになっている。そして、これらガイ
ド５、５、・・・は支持部材２の手指部３、３、・・・
に沿って固定され、その中を挿通されているワイヤ状部
材４、４、・・・が手指部３、３、・・・からずれてし
まうことがないようになっている。

【００１４】なお、上記ガイド５、５、・・・は、図示
したように、支持部材２の表面側ではなく、支持部材２
の内側に配置するようにしてもよい。

【００１５】また、ガイドは、操作者の手指の動作を妨
げることなく、柔軟に手指の屈伸に追従し、内部に挿通
されたワイヤ状部材が滑らかに摺動しうるものであれば
よく、たとえば、フッ素樹脂などにより形成した管をガ
イドとしてもよい。また、支持部材２内に間隙９、９、
・・・を形成し、該間隙９、９、・・・をガイドとして
もよい（図３参照）。

【００１６】なお、関節部においては関節の屈伸による
変形が大きいので、関節部においては、ガイドを除去し
ておくようにしてもよい。なお、関節部においてガイド
を除去した場合、手首側にワイヤ状部材が引き込まれる
ときに関節部においてワイヤ状部材がたるんでしまうと
いう状況が起こりうる。この対策としては、ワイヤ状部
材にある程度の弾性を有する素材を使用するとよいが、
その他、ワイヤ状部材の手首側の端部に引張バネ等を接
続して、ワイヤ状部材に常に張力を与えておくようにし
てもよい。

【００１７】さらに、ガイドとワイヤ状部材との関係
は、一本のワイヤ状部材４、４、・・・に対して一個の
ガイド５、５、・・・を設けるようにしてもよいし（図
４参照）、一個のガイド５、５、・・・に複数本のワイ
ヤ状部材４、４、・・・を挿通するようにしてもよい
（図２及び図５参照）。

【００１８】さらにまた、ワイヤ状部材４、４、・・・
のガイド５、５、・・・に対する摺動をより滑らかにす
るために、ワイヤ状部材４、４、・・・とガイド５、
５、・・・との間に潤滑油の類のものを介在させるよう
にしてもよい。

【００１９】上記ワイヤ状部材４、４、・・・は、たと
えば、自転車のブレーキワイヤに用いられるような細い
金属線を撚り合わせたものであり、上記ガイド５、５、
・・・に挿通されて手指部３、３、・・・に沿って這わ
されており、その一端は手首方向に引き回されて、その
動きを制御するための制御装置７に接続され、他端は曲
げようとする関節に相当する関節相当部を跨いで支持部
材２に取り付けられている。そして、このワイヤ状部材
４、４、・・・の動きを制限することにより操作者の手
指８の動作を妨げ、該手指８に反力を与えるものであ
る。

【００２０】ワイヤ状部材４、４、・・・の他端の接続
の例を具体的に示せば、例えば、ＤＩＰ関節１０用のワ
イヤ状部材４、４は支持部材２のＤＩＰ関節相当部１１
を跨いで支持部材２の末節骨（図１４参照）に相当する
部位１２に固定され、基節骨相当部１３、第１中手骨相
当部１４に沿って設けられたガイド５、５、・・・を挿
通されて手首側に引き回される（図６参照）。

【００２１】また、同様に、ＰＩＰ関節１５用のワイヤ
状部材４、４は他端が支持部材２の基節骨相当部１３に
固定され、ＰＩＰ関節相当部１６を跨いで第１中手骨相
当部１４に設けられたガイド５、５を挿通されて手首側
に引き回される（図７参照）。

【００２２】さらに、ＭＰ関節１７用のワイヤ状部材
４、４は他端が支持部材２の第１中手骨相当部１４に固
定され、ＭＰ関節相当部１８を跨いで手首側に引き回さ
れる（図８参照）。

【００２３】さらにまた、外転及び内転運動用のワイヤ
状部材４、４は、他端が第１中手骨相当部１４の側面部
に固定されＭＰ関節相当部１８を跨いで手首側に引き回
される（図９参照）。

【００２４】なお、このワイヤ状部材４、４、・・・は
人間の体でいえば、手指の腱に相当するものであるの
で、その引き回しに関しては、人間の手指の腱の状態を
参考にするとよい。

【００２５】上記ワイヤ状部材４は、柔軟で引張強度が
あるものであればよく、上記した細い金属線を撚り合わ
せたものに限らず、例えば、釣り糸のような樹脂製のも
のであってもよい。樹脂製のものを用いると、金属線を
撚り合わせたものを用いる場合に比較して装置を軽量化
することができるという利点を有する。

【００２６】ワイヤ状部材４、４、・・・の動きを制御
する制御装置７は、例えば、自転車のブレーキのような
構造をしており、２枚のゴム板１９、１９がワイヤ状部
材４を挟んで互いに離接自在に対向して配置されてい
て、通常は、図１０に示すように、２枚のゴム板１９、
１９がワイヤ状部材４から離間した状態となっており、
ワイヤ状部材４の動きを規制するときは、図１１に示す
ように、２枚のゴム板１９、１９が接近してワイヤ状部
材４を挟み付ける。そして、２枚のゴム板１９、１９に
よるワイヤ状部材４の挟み付けの強さを加減することに
よってワイヤ状部材４に与える負荷を調整することがで
きるようになっている。なお、ゴム板１９、１９の一方
はゴムでなく、例えば、金属板等硬質のものであっても
よい。

【００２７】また、制御装置７として、図１２及び図１
３に示すようなものも用いることができる。すなわち、
ゴム板２０に対してほぼＵ字状をした規制部材２１が移
動可能に設けられており、該規制部材２１の閉塞端部と
ゴム板２０との間にワイヤ状部材４が挿通されている。
また、一端部がゴム板２０に固定された板バネ２２の自
由端部がワイヤ状部材４とゴム板２０との間に介挿さ
れ、通常時、すなわち、ワイヤ状部材４の動きが規制さ
れていない状態においては、規制部材２１はその閉塞端
部がゴム板２０から大きく離間した状態となっていて、
その結果、ワイヤ状部材４は板バネ２２によってゴム板
２０から離間せしめられた状態となっている。そして、
ワイヤ状部材４の動きを規制するときは、規制部材２１
がその閉塞端部がゴム板２０に接近するように移動し、
これによって、ワイヤ状部材４は板バネ２２の弾発力に
抗してゴム板２０に押し付けられることになる。そし
て、ワイヤ状部材４をゴム板２０に押し付ける力を加減
することによって、ワイヤ状部材４に与える負荷を調整
することができるようになっている。

【００２８】ワイヤ状部材４の繰り出し量から手指８の
屈伸状態を検出するための検出装置６は、例えば、リニ
アエンコーダのようなものであり、基準値に対してどれ
くらいの長さの分だけワイヤ状部材４が引き出されてい
るか、もしくは、引き込まれているかを検出するもので
ある。

【００２９】なお、ワイヤ状部材４の繰り出し量は指の
先端に行くほど他の関節の状態の影響を受ける。ＭＰ関
節のワイヤ状部材繰り出し量をＬｍ、ＰＩＰ関節のワイ
ヤ状部材繰り出し量をＬｐ、ＤＩＰ関節のワイヤ状部材
繰り出し量をＬｄとすると、Ｌｍは、ＭＰ関節から手首
までの間には他の関節がないので、ＬｍとＭＰ関節の屈
伸具合との関係は統計を取ることで得ることができる。
Ｌｐは、ＰＩＰ関節のみならず、ＭＰ関節の屈伸によっ
ても変化するので、Ｌｐ−Ｌｍ相関値とＰＩＰ関節の屈
伸具合との関係の統計を取ることによって得、また、Ｌ
ｄは、Ｌｄ−Ｌｐ−Ｌｍ相関値とＤＩＰ関節の屈伸具合
との統計を取ることによって得、これらの値をデータベ
ースとして蓄えておき、リニアエンコーダ等により計測
される各ワイヤ状部材４、４、・・・の繰り出し量か
ら、各関節の屈伸具合を測定することができる。なお、
検出装置６を手首を跨いで腕に取り付ける場合には、手
首の屈伸具合も考慮する必要がある。

【００３０】上記した力覚呈示装置１において、例え
ば、操作者が手指８のＭＰ関節１７を屈曲させると、手
指８の背側のＭＰ関節を跨いだワイヤ状部材４は手首側
から引き出される。ここで、制御装置７によりそのワイ
ヤ状部材４の引き出しを妨げれば、操作者の手指８のＭ
Ｐ関節１７の屈曲は妨げられ、操作者は反力を感じるこ
ととなる。

【００３１】逆に、操作者の手指８のＭＰ関節１７の伸
展を行えば、指の腹側に位置するワイヤ状部材４は手首
側から引き出されるので、ここで、制御装置７によって
ワイヤ状部材４の引き出しを妨げれば、操作者は上記伸
展動作に対して反力を感じることができる。

【００３２】上記した力覚呈示装置１にあっては、操作
者の手指８、８、・・・の各関節の屈伸に対して、該屈
伸に応じて引き出されるワイヤ状部材４、４、・・・の
動きを規制することによって各関節に対して反力を与え
るものであるので、複雑な動きに対する反力を与えるこ
とができる。

【００３３】また、操作者に対して強制的に力を与える
もではないので、操作者を傷つける惧がない。

【００３４】さらに、反力の呈示に液体を用いるもので
はないので、装置が損傷したとしても、液体の漏れによ
る周囲の汚損というような不都合が生じることがない。

【００３５】なお、上記した実施の形態においては、支
持部材として手袋状に形成したものを示したが、複数の
指輪状の部材によって構成し、これら指輪状の部材にガ
イドを支持させ、該ガイドにワイヤ状部材を挿通するよ
うにしてもよい。また、手袋状の支持部材を用いた場合
であっても、より強固にワイヤ状部材を所定の位置に位
置規制するために、指輪状部材を手袋状支持部材に一体
化させるようにしてもよい。

【００３６】また、上記した実施の形態において示した
各部の形状乃至構造は、いずれも本発明を実施するに際
して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。

【００３７】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明力覚呈示装置は、操作者の手指に沿って配設
される支持部材と、上記支持部材に配設されたワイヤ状
部材と、上記ワイヤ状部材を案内するガイドと、上記ワ
イヤ状部材の移動量を検出する検出装置と、上記検出装
置による検出結果に応じて上記ワイヤ状部材の動きを制
御するための制御装置とから成ることを特徴とする。

【００３８】従って、本発明力覚呈示装置にあっては、
小型軽量であると共に安全であり、且つ、複雑な動きに
対する反力を与えることができる。

【００３９】請求項２に記載した発明にあっては、上記
支持部材を手袋状としたので、操作者が装着し易い。

【００４０】請求項３に記載した発明にあっては、上記
ガイドを支持部材の内部に配設するようにしたので、外
観をすっきりとしたものとすることができ、また、支持
部材の外側に複雑な出っ張りができないので、操作中に
外部のものに引っかけたりする惧が生じない。

【００４１】請求項４に記載した発明にあっては、上記
支持部材を指輪状の部材としたので、構成が簡単となる
という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図面は本発明力覚呈示装置の実施の形態を示す
ものであり、本図は概略斜視図である。

【図２】手指部の詳細を示す拡大断面図である。

【図３】ガイドの変形例を示す要部の一部切欠拡大斜視
図である。

【図４】ガイドとワイヤ状部材との関係の一例を示す要
部の拡大平面図である。

【図５】ガイドとワイヤ状部材との関係の別の一例を示
す要部の拡大平面図である。

【図６】ＤＩＰ関節用のワイヤ状部材及びガイドの配置
例を示す要部の拡大断面図である。

【図７】ＰＩＰ関節用のワイヤ状部材及びガイドの配置
例を示す要部の拡大断面図である

【図８】ＭＰ関節用のワイヤ状部材及びガイドの配置例
を示す要部の拡大断面図である。

【図９】外転及び内転運動用のワイヤ状部材及びガイド
の配置例を示す要部の拡大断面図である。

【図１０】図１１と共に制御装置の一例を示すものであ
り、本図はワイヤ状部材の動きを規制していない状態を
示す斜視図である。

【図１１】ワイヤ状部材の動きを規制している状態を示
す斜視図である。

【図１２】図１３と共に制御装置の別の一例を示すもの
であり、本図はワイヤ状部材の動きを規制していない状
態を示す断面図である。

【図１３】ワイヤ状部材の動きを規制している状態を示
す断面図である。

【図１４】人の手の骨格を示す図である。

【符号の説明】

１…力覚呈示装置、２…支持部材、４…ワイヤ状部材、
５…ガイド、６…検出装置、７…制御装置、８…手指、
９…ガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作者の手指に沿って配設される支持部
材と、上記支持部材に配設されたワイヤ状部材と、上記ワイヤ状部材を案内するガイドと、上記ワイヤ状部材の移動量を検出する検出装置と、上記検出装置による検出結果に応じて上記ワイヤ状部材
の動きを制御するための制御装置とから成ることを特徴
とする力覚呈示装置。
【請求項２】上記支持部材が手袋状をしていることを
特徴とする請求項１に記載の力覚呈示装置。
【請求項３】上記ガイドが支持部材の内部に配設され
たことを特徴とする請求項２に記載の力覚呈示装置。
【請求項４】上記支持部材が指輪状をしていることを
特徴とする請求項１に記載の力覚呈示装置。