JP2000207114A - 力覚提示方法及び力覚ペンタブレット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作者に対して力（触感）のフィードバック
を返す。 【解決手段】 力覚ペンダブレットは、座標を指示する
ためのペン１と、このペン１の操作によって指示された
座標を検出する平板状のタブレット部２とから構成され
ている。ペン１とタブレット部２は、共に任意の磁力を
発生できる手段を有している。ペン１とタブレット部２
の各々に磁力を発生させることにより、ペンタブレット
を操作する操作者に対して力を伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポインティングデ
バイスとして用いられているペンタブレットに係り、特
にペンタブレットの操作者に対して触感のフィードバッ
クを返すための力覚提示方法と、この力覚提示方法に基
づいた力覚ペンタブレットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の遠隔操作や仮想空間での操作、ま
た計算機上でのカーソルの操作には、時として操作者に
対し、力のフィードバックが必要となる。さらに、視覚
障害者がポインティングデバイス等を操作するために
は、視覚以外の感覚代行器として力覚手段を入力装置に
付加することが非常に有効である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在、計算機のポイン
ティングデバイスの多くには、マウスやペンタブレット
が用いられている。これらは、コストパフォーマンスと
携帯性に優れた入力装置ではあるが、操作者へのフィー
ドバックは、原則としてディスプレイなどを介した視覚
からしか得ることができないという問題点があった。ま
た、これらの入力装置に振動手段を付加し、視覚以外の
フィードバックを実現した装置などもいくつか存在する
（例えば、振動子を指先で感知させるボタンのついたマ
ウス）。しかし、これらの装置は、実際の力覚の再現を
目的としたものでなく、操作者が得ることができる情報
量も限られているという問題点があった。

【０００４】一方、アームロボットの手先にペンを装備
し、このペンの自由度を操作することによって目標対象
物を操作し、さらにアームロボットのアクチュエータに
よって目標対象物にかかる力を操作者に伝えることが可
能な入出力装置もある。しかしながら、このような装置
では、力の伝達にアームロボットが必要であることか
ら、高価で携帯性が悪いという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、操作者に対して力（触感）のフィードバッ
クを返すことができ、かつ低コストで省スペース性と携
帯性に優れたポインティングデバイスを実現できる力覚
提示方法及び力覚ペンタブレットを提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の力覚提示方法
は、ペンと平板状のタブレット部の各々に磁力を発生さ
せることにより、ペンタブレットを操作する操作者に対
して力を伝達することを特徴とするものである。これに
より、タブレット部の水平方向と垂直方向に任意の斥力
と引力を発生可能となるため、ペンを介してペンタブレ
ットの操作者に１次元、２次元又は３次元方向の力を伝
達することが可能となる。

【０００７】また、本発明の力覚ペンタブレットは、請
求項６に記載のように、磁力を発生させるための手段を
備えたペン（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、このペンの操作に
よって指示された座標を検出すると共に、磁力を発生さ
せるための手段を備えたタブレット部（２ａ，２ｂ，２
ｃ）と、ペンとタブレット部の間に発生させる力のパタ
ーンを算出し、その力パターン情報をタブレット部に出
力する力パターン処理部（３ａ，３ｂ，３ｃ）とを有
し、上記タブレット部は、上記ペンの操作によって指示
された座標を検出するパネル（２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ）と、力パターン処理部からの力パターン情報に応じ
た磁力をパネルに発生させる制御部（２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ）とを備えるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】［実施の形態の１］次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態となる力覚ペンタブレ
ットの動作原理を示す図である。本実施の形態の力覚ペ
ンダブレットは、座標を指示するためのペン１と、この
ペン１の操作によって指示された座標を検出する平板状
のタブレット部２とから構成されている。そして、ペン
１とタブレット部２は、共に任意の磁力を発生できる手
段を有している。ペン１とタブレット部２との間は、ケ
ーブル等の有線通信手段によって接続されている。

【０００９】次に、このような力覚ペンタブレットの動
作を説明する。まず、タブレット部２と垂直な上向きの
力を操作者に伝える場合には、ペン１とタブレット部２
との間に斥力を発生させればよく、このためにはペン１
の先端とタブレット部２の表面に同極の磁力を発生させ
ればよい。

【００１０】例えば、図１（ａ）のように、タブレット
部２に上向きの磁力を発生させ（タブレット部２の表面
がＮ極）、ペン１の先端に下向きの磁力を発生させると
（ペン１の先端がＮ極）、ペン１とタブレット部２との
間の斥力により、ペン１を介してタブレット部２と垂直
な上向きの力が操作者に伝達される。

【００１１】反対に、タブレット部２と垂直な下向きの
力を操作者に伝える場合には、ペン１とタブレット部２
との間に引力を発生させればよく、このためにはペン１
の先端とタブレット部２の表面に異極の磁力を発生させ
ればよい。例えば、図１（ｂ）のように、タブレット部
２に下向きの磁力を発生させ（タブレット部２の表面が
Ｓ極）、ペン１の先端に下向きの磁力を発生させると
（ペン１の先端がＮ極）、ペン１とタブレット部２との
間の引力により、ペン１を介してタブレット部２と垂直
な下向きの力が操作者に伝達される。

【００１２】また、タブレット部２と水平な力を操作者
に伝える場合には、図１（ｃ）、図１（ｄ）のように、
タブレット面上に操作者に伝達すべき力の作用方向Ａと
直角な境界線Ｂを設け、この境界線Ｂの両側のタブレッ
ト部２に異なる磁力を発生させる。ただし、タブレット
部２は、ペン１の先端と境界線Ｂとの間の領域について
は磁力を発生しない。境界線Ｂは、ペン１の先端から上
記Ａ方向に距離Ｄだけ離れた位置に設定される。この距
離Ｄは、操作者に伝達すべき力の大きさに応じて決定さ
れる。

【００１３】図１（ｃ）、図１（ｄ）の例では、下向き
の磁力を発生しているペン１に対して（ペン１の先端が
Ｎ極）、境界線Ａを挟んだ作用方向Ａ側の面が下向きの
磁力を発生し（タブレット部２の表面がＳ極）、境界線
Ａを挟んだペン１側の面が上向きの磁力を発生している
（タブレット部２の表面がＮ極）。こうして、ペン１と
タブレット２部との間に作用方向Ａに沿った、タブレッ
ト面と水平な方向の力を発生させることが可能となる。
なお、タブレット部２は、境界線Ａを挟んだ作用方向Ａ
側の面のみ磁力を発生するようにしてもよい。

【００１４】タブレット部２は、意図する力の方向、大
きさに応じて、図１（ａ）、図１（ｂ）で説明した動作
と図１（ｃ）、図１（ｄ）で説明した動作を組み合わせ
ることができる。以上のような動作により、力覚ペンタ
ブレットを介して、タブレット面と垂直な方向の力及び
タブレット面と水平な方向の力を操作者に伝えることが
可能となる。

【００１５】［実施の形態の２］図２は本発明の第２の
実施の形態を示す力覚ペンタブレットの外観図、図３は
図２の力覚ペンタブレットのブロック図である。本実施
の形態の力覚ペンタブレットは、磁力を発生させるため
の手段を備えたペン１ａと、このペン１ａの操作によっ
て指示された座標を検出すると共に、磁力を発生させる
ための手段を備えたタブレット部２ａと、ペン１ａとタ
ブレット部２ａとの間に発生させる力のパターンを算出
し、その力パターン情報をタブレット部２ａに出力する
力パターン処理部３ａとから構成されている。

【００１６】図４はペン１ａの構造を示す側面図であ
る。なお、図４では、ペン１ａの外装を透視しているも
のとする。ペン１ａは、所望の磁力を発生させるための
手段であるペンコイル１１ａと、ペン１ａの座標、筆圧
を検出するための手段を備えたペン基本機能部１２ａと
から構成されている。なお、ペンコイル１１ａは、図示
しない鉄芯の周りに巻かれており、ペンコイル１１ａと
鉄芯で電磁石を構成している。

【００１７】次に、タブレット部２ａは、図３に示すよ
うに、ペン１ａの操作によって指示された座標Ｘ１，Ｙ
１を検出すると共に、所望の磁力を発生させるための手
段を備えた平板状のパネル２１ａと、力パターン処理部
３ａからの力パターン情報に応じた磁力をペン１ａとパ
ネル２１ａに発生させる制御部２２ａとから構成されて
いる。

【００１８】図５はパネル２１ａの構造を示す平面図、
図６はパネル２１ａの構造を示す側面図である。なお、
図５では、後述するタブレット基本機能部を透視してお
り、図６では、パネル２１ａの外装を透視しているもの
とする。パネル２１ａは、ペン１ａの座標、筆圧を検出
するための手段を備えた平板状のタブレット基本機能部
２４ａを有している。

【００１９】また、タブレット面、すなわちパネル２１
ａの平面（タブレット基本機能部２４ａの平面）は、複
数の領域２５ａに分割される。タブレット基本機能部２
４ａの下部には、所望の磁力を発生させるための手段で
あるタブレットコイル２６ａが領域２５ａ毎に備えられ
ている。なお、タブレットコイル２６ａは、図示しない
鉄芯の周りに巻かれており、タブレットコイル２６ａと
鉄芯で電磁石を構成している。

【００２０】図７は力パターン処理部３ａのブロック図
である。計算機によって構成される力パターン処理部３
ａは、タブレット部２ａとインタフェースをとるための
入出力部３１ａと、算出した力パターン情報を入出力部
３１ａを介してタブレット部２ａに出力する中央処理部
３２ａと、画像表示のためのディスプレイ装置３３ａと
を有している。

【００２１】入出力部３１ａは、ＲＳ−２３２Ｃあるい
はＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のインタフェース
規格に従うインタフェース装置であり、所定のインタフ
ェース規格に従ってタブレット部２ａとの間で通信を行
うためのインタフェース変換を行う。アプリケーション
プログラムに従って処理を行う中央処理部３２ａは、対
象画像の各ピクセルの明度に比例した大きさを有する、
タブレット面と垂直な方向（図２のＺ方向）の力をペン
１ａに発生させる処理を行う。

【００２２】次に、本実施の形態の力覚ペンタブレット
の動作を説明する。ここで、ディスプレイ装置３３ａの
画面に表示される対象画像の各ピクセルの座標とパネル
２１ａの座標は、予め対応付けがなされているものとす
る。最初に、力パターン処理部３ａ内の中央処理部３２
ａは、対象画像の明度をピクセル毎に算出する。

【００２３】続いて、中央処理部３２ａは、大きさが対
象画像の明度に対応した力の目標値をピクセル毎に算出
する（つまり、力パターンを算出する）。対象画像の明
度と力の大きさの関係は、図８に示すような比例関係に
ある。そして、中央処理部３２ａは、ピクセル毎の力の
目標値Ｆとこれに対応するピクセル座標Ｘ２，Ｙ２とか
らなる力パターン情報を入出力部３１ａに出力する。力
パターン情報は、入出力部３１ａを介してタブレット部
２ａに送出される。

【００２４】タブレット部２ａ内の制御部２２ａは、力
パターン処理部３ａから送出された力の目標値Ｆおよび
ピクセル座標Ｘ２，Ｙ２と、ペン１ａによって指示され
る現在の座標Ｘ１，Ｙ１とに基づいて、タブレット部２
ａ（パネル２１ａ）と垂直な方向の力をペン１ａに発生
させる。

【００２５】つまり、制御部２２ａは、ペン１ａの現在
の座標Ｘ１，Ｙ１に対応するピクセル座標Ｘ２，Ｙ２を
力パターン情報中から選択して、これに対応する力の目
標値Ｆを力パターン情報から取得する。制御部２２ａ
は、この力の目標値Ｆに基づいて、ペン１ａに供給すべ
き電流Ｉ１の値を算出すると共に、パネル２１ａに供給
すべき電流Ｉ２の値を領域２５ａ毎に算出する。

【００２６】そして、制御部２２ａは、算出した電流Ｉ
１，Ｉ２を制御信号としてペン１ａ、パネル２１ａに供
給する。電流Ｉ１は、ペン１ａ内のペンコイル１１ａに
印加される。また、領域２５ａ毎に算出された電流Ｉ２
は、パネル２１ａ内の対応するタブレットコイル２６ａ
に印加される。こうして、実施の形態の１と同様に、ペ
ン１ａの磁力とパネル２１ａの磁力により、操作者に対
してＺ方向の力が伝達される。

【００２７】例えば、ディスプレイ装置３３ａの画面に
図９（ａ）のような対象画像が表示されている場合、パ
ネル２１ａ上の任意の位置をペン１ａで指すと、このペ
ン１ａの座標Ｘ１，Ｙ１に対応したピクセル座標Ｘ２，
Ｙ２の明度に応じた力がペン１ａに発生する。図９
（ｂ）は、図９（ａ）の対象画像の力パターンを立体的
に表したものである。図９（ｂ）から分かるように、図
９（ａ）の対象画像において明度が高い位置ほど、ペン
１ａの力も強く働くようになっている。

【００２８】このようにして、操作者は、タブレット部
２ａと垂直なＺ方向の力を受けるので、計算機上の画像
情報をディスプレイ装置３３ａからの視覚だけではな
く、触覚（力覚）によっても知覚することが可能とな
る。例えば、計算機にスキャナを接続して、絵や写真や
画像を力パターン処理部３ａに取り込めば、視覚の感覚
代行器とすることが可能である。また、アーム等の力を
伝達する装置を必要としない、優れたコストパフォーマ
ンスと省スペース性及び携帯性が実現可能となる。

【００２９】［実施の形態の３］図１０は本発明の第３
の実施の形態を示す力覚ペンタブレットのブロック図で
ある。本実施の形態の力覚ペンタブレットは、ペン１ｂ
と、タブレット部２ｂと、力パターン処理部３ｂとから
構成されている。本実施の形態においてもペン１ｂの構
造は、実施の形態の２のペン１ａと全く同じなので、ペ
ン１ｂ内の動作については図４に示した符号を用いて説
明する。

【００３０】タブレット部２ｂは、図１０に示すよう
に、ペン１ｂの操作によって指示された座標Ｘ１，Ｙ１
を検出すると共に、所望の磁力を発生させるための手段
を備えた平板状のパネル２１ｂと、力パターン処理部３
ｂからの力パターン情報に応じた磁力をペン１ｂとパネ
ル２１ｂに発生させる制御部２２ｂとから構成されてい
る。なお、パネル２１ｂの構造は、実施の形態の２のパ
ネル２１ａと全く同じなので、パネル２１ｂ内の動作に
ついては図５、図６に示した符号を用いて説明する。

【００３１】図１１は力パターン処理部３ｂのブロック
図である。計算機によって構成される力パターン処理部
３ｂは、タブレット部２ｂとインタフェースをとるため
の入出力部３１ｂと、算出した力パターン情報を入出力
部３１ｂを介してタブレット部２ｂに出力する中央処理
部３２ｂと、画像表示のためのディスプレイ装置３３ｂ
とを有している。

【００３２】アプリケーションプログラムに従って処理
を行う中央処理部３２ｂは、図１２のような対象画像に
おける操作対象物（カーソル）８０の背景明度に比例し
た大きさを有する、Ｚ方向の力をペン１ｂに発生させる
処理を行う。次に、本実施の形態の力覚ペンタブレット
の動作を説明する。最初に、力パターン処理部３ｂ内の
中央処理部３２ｂは、対象画像の明度をピクセル毎に算
出する。

【００３３】続いて、中央処理部３２ｂは、実施の形態
の２と同様に力パターンを算出し、ピクセル毎の力の目
標値Ｆとこれに対応するピクセル座標Ｘ２，Ｙ２とから
なる力パターン情報を入出力部３１ｂに出力する。力パ
ターン情報は、入出力部３１ｂを介してタブレット部２
ｂに送出される。

【００３４】一方、操作者は、ディスプレイ装置３３ｂ
に表示された図１２のような対象画像を見ながら、従来
のポインティングデバイスのように力覚ペンタブレット
のペン１ｂを操作する。パネル２１ｂによって検出され
たペン１ｂの現在の座標Ｘ１，Ｙ１は、入出力部３１ｂ
を介して中央処理部３２ｂに入力される。

【００３５】中央処理部３２ｂは、入出力部３２ｂを介
して入力されたペン１ｂの座標Ｘ１，Ｙ１を処理して、
操作対象物８０に反映させる。つまり、ペン１ｂがパネ
ル２１ｂ上で移動すれば、これに応じて操作対象物８０
を画面上で移動させる。タブレット部２ｂ内の制御部２
２ｂは、力パターン処理部３ｂから送出された力の目標
値Ｆおよびピクセル座標Ｘ２，Ｙ２と、ペン１ｂによっ
て指示される現在の座標Ｘ１，Ｙ１とに基づいて、タブ
レット部２ｂ（パネル２１ｂ）と垂直なＺ方向の力をペ
ン１ｂに発生させる。

【００３６】つまり、制御部２２ｂは、ペン１ｂの現在
の座標Ｘ１，Ｙ１に対応するピクセル座標Ｘ２，Ｙ２を
力パターン情報中から選択して、これに対応する力の目
標値Ｆを力パターン情報から取得する。制御部２２ｂ
は、この力の目標値Ｆに基づいて、ペン１ｂに供給すべ
き電流Ｉ１の値を算出すると共に、パネル２１ｂに供給
すべき電流Ｉ２の値を領域２５ａ毎に算出する。

【００３７】そして、制御部２２ｂは、算出した電流Ｉ
１，Ｉ２を制御信号としてペン１ｂ、パネル２１ｂに供
給する。電流Ｉ１は、ペン１ｂ内のペンコイル１１ａに
印加される。また、領域２５ａ毎に算出された電流Ｉ２
は、パネル２１ｂ内の対応するタブレットコイル２６ａ
に印加される。このようにして、ペン１ｂの磁力とパネ
ル２１ｂの磁力により、操作対象物８０の現在位置の背
景明度に比例した大きさを有する、Ｚ方向の力が操作者
に伝達される。

【００３８】本実施の形態では、ディスプレイ装置３３
ｂに表示された操作対象物（カーソル）８０の位置の背
景色の変化を、Ｚ方向の力のフィードバックによって感
知することが可能となる。例えば、カーソルが単色の背
景から、任意のフォルダやウィンドウフレームに移動し
たことを感知できる。また、任意の画像上でカーソルを
操作すれば、その絵や写真の色の変化を感知することが
可能となる。また、アーム等の力を伝達する装置を必要
としない、優れたコストパフォーマンスと省スペース性
及び携帯性が実現可能となる。

【００３９】［実施の形態の４］図１３は本発明の第４
の実施の形態を示す力覚ペンタブレットのブロック図、
図１４はこの力覚ペンタブレットを使用するアームロボ
ットシステムの外観図である。本実施の形態の力覚ペン
タブレットは、ペン１ｃと、タブレット部２ｃと、力パ
ターン処理部３ｃとから構成されている。

【００４０】本実施の形態においてもペン１ｃの構造
は、実施の形態の２のペン１ａと全く同じなので、ペン
１ｃ内の動作については図４に示した符号を用いて説明
する。タブレット部２ｃは、図１３に示すように、ペン
１ｃの操作によって指示された座標Ｘ１，Ｙ１を検出す
ると共に、所望の磁力を発生させるための手段を備えた
平板状のパネル２１ｃと、力パターン処理部３ｃからの
力パターン情報に応じた磁力をペン１ｃとパネル２１ｃ
に発生させる制御部２２ｃと、ペン１ｃの筆圧を検出す
る基本機能処理部２３ｃとから構成されている。

【００４１】パネル２１ｃの構造は、実施の形態の２の
パネル２１ａと全く同じなので、パネル２１ｃ内の動作
については図５、図６に示した符号を用いて説明する。
アームロボットシステムは、図１４に示すように、アー
ムロボット９１と、アームロボット９１を制御するロボ
ットコントローラ９２と、計算機からなるロボット教示
装置９３とから構成されている。そして、アームロボッ
ト９１には、その手先の力を検出する力センサ９４が設
けられている。

【００４２】図１５は力パターン処理部３ｃのブロック
図である。力パターン処理部３ｃは、入出力部３１ｃ
と、中央処理部３２ｃと、ディスプレイ装置３３ｃとを
有している。なお、本実施の形態の力パターン処理部３
ｃは、ロボット教示装置９３内に組み込まれている。

【００４３】入出力部３１ｃは、ロボット教示装置９３
のポートへタブレット部２ｃを接続するための変換装置
となる。中央処理部３２ｃは、アームロボット９１の手
先に備えられた力センサ９４の値を処理する。

【００４４】次に、本実施の形態の力覚ペンタブレット
の動作を説明する。操作者は、ディスプレイ装置３３ｃ
に表示された画像あるいはアームロボット９１を見なが
ら、従来のポインティングデバイスのように力覚ペンタ
ブレットのペン１ｃを操作する。基本機能処理部２３ｃ
は、ペン１ｃからの情報と、パネル２１ｃからの情報に
基づいて、ペン１ｃの筆圧Ｐを検出する。

【００４５】基本機能処理部２３ｃは、パネル２１ｃに
よって検出されたペン１ｃの現在の座標Ｘ１，Ｙ１とペ
ン１ｃの筆圧Ｐとを力パターン処理部３ｃへ送出する。
力パターン処理部３ｃ内の中央処理部３２ｃは、入出力
部３１ｃを介して入力されたペン１ｃの現在の座標Ｘ
１，Ｙ１とペン１ｃの筆圧Ｐとを処理して、アームロボ
ット９１の手先の動作に反映させる。

【００４６】本実施の形態では、ペン１ｃの座標Ｘ１，
Ｙ１をロボット９１の手先の目標位置を示すＸ，Ｙ座標
に反映させ、ペン１ｃの筆圧Ｐを同目標位置を示すＺ座
標に反映させる。そして、中央処理部３２ｃは、この目
標位置の座標Ｘ，Ｙ，Ｚを入出力部３１ｃを介してロボ
ットコントローラ９２に出力し、ロボットコントローラ
９２は、これに応じてアームロボット９１の手先を制御
する。

【００４７】こうして、ペン１ｃをパネル２１ｃ上で操
作することによって、アームロボット９１の手先を動か
すことができる。また、中央処理部３２ｃは、入出力部
３１ｃを介して入力された力センサ９４の情報を基に、
力の目標値Ｆとその力の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向成分）を
示す情報Ｄとからなる力パターンを算出する。算出され
た力パターン情報は、入出力部３１ｃを介してタブレッ
ト部２ｃに送出される。

【００４８】タブレット部２ｃ内の制御部２２ｃは、力
パターン処理部３ｃから送出された力の目標値Ｆ及びそ
の力の方向を示す情報Ｄと、ペン１ｃの現在の座標Ｘ
１，Ｙ１を基に、ペン１ｃに供給すべき電流Ｉ１の値を
算出すると共に、パネル２１ｃに供給すべき電流Ｉ２の
値を領域２５ａ毎に算出する。

【００４９】そして、制御部２２ｃは、算出した電流Ｉ
１，Ｉ２を制御信号としてペン１ｃ、パネル２１ｃに供
給する。電流Ｉ１は、ペン１ｃ内のペンコイル１１ａに
印加される。また、領域２５ａ毎に算出された電流Ｉ２
は、パネル２１ｃ内の対応するタブレットコイル２６ａ
に印加される。こうして、タブレット部２ｃ（パネル２
１ｃ）と水平な２軸方向（図２のＸ，Ｙ方向）の力と、
タブレット部２ｃと垂直な１軸方向（図２のＺ方向）の
力が操作者に伝達される。

【００５０】このように、本実施の形態では、ペンタブ
レットを用いて、３次元方向の力のフィードバックを得
ながらアームロボット９１を操作することが可能とな
る。これにより、例えば遠隔地の表面形状を感知するこ
とが可能となり、手先にグリッパーを装着したロボット
の遠隔ハンドリングに用いれば、干渉物や目標対象物を
感知することが可能となる。また、アーム等の力を伝達
する装置を必要としない、優れたコストパフォーマンス
と省スペース性及び携帯性が実現可能となる。

【００５１】なお、以上の実施の形態では、ペン１ａ，
１ｂ，１ｃ内に、磁力を発生させるための手段として電
磁石を設けているが、永久磁石を設けるようにしてもよ
い。この場合、ペン１ａ，１ｂ，１ｃからは一定強度の
磁力が発生しているので、制御部２２ａ，２２ｂ，２２
ｃは、パネル２１ａ，２１ｂ，２１ｃの磁力だけを制御
することになる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、ペンと平板状のタブレ
ット部の各々に磁力を発生させることにより、ペンタブ
レットを操作する操作者に対して力を伝達するので、力
覚ペンタブレットを介して、その操作者に力（触感）の
フィードバックを伝えることができる。また、省スペー
ス性と携帯性とコストパフォーマンスに優れたポインテ
ィングデバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態となる力覚ペンタ
ブレットの動作原理を示す図である。

【図２】 本発明の第２の実施の形態を示す力覚ペンタ
ブレットの外観図である。

【図３】 図２の力覚ペンタブレットのブロック図であ
る。

【図４】 図２のペンの構造を示す側面図である。

【図５】 図２のパネルの構造を示す平面図である。

【図６】 図２のパネルの構造を示す側面図である。

【図７】 図３の力パターン処理部のブロック図であ
る。

【図８】 対象画像の明度と操作者に伝える力の大きさ
の関係を示す図である。

【図９】 本発明の第２の実施の形態における対象画像
と力パターンの関係を示す図である。

【図１０】 本発明の第３の実施の形態を示す力覚ペン
タブレットのブロック図である。

【図１１】 図１０の力パターン処理部のブロック図で
ある。

【図１２】 本発明の第３の実施の形態における対象画
像を示す図である。

【図１３】 本発明の第４の実施の形態を示す力覚ペン
タブレットのブロック図である。

【図１４】 図１３の力覚ペンタブレットを使用するア
ームロボットシステムの外観図である。

【図１５】 図１３の力パターン処理部のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…ペン、２、２ａ、２ｂ、２ｃ…
タブレット部、３ａ、３ｂ、３ｃ…力パターン処理部、
１１ａ…ペンコイル、１２ａ…ペン基本機能部、２１
ａ、２１ｂ、２１ｃ…パネル、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ
…制御部、２３ｃ…基本機能処理部、２４ａ…タブレッ
ト基本機能部、２５ａ…領域、２６ａ…タブレットコイ
ル、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…入出力部、３２ａ、３２
ｂ、３２ｃ…中央処理部、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…デ
ィスプレイ装置、９１…アームロボット、９２…ロボッ
トコントローラ、９３…ロボット教示装置、９４…力セ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B068 AA01 AA21 AA36 BB16 BD02 BD07 BE14 CC01 EE01 5B087 AA06 AA07 BC03 BC34 CC11 CC32

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作者に対して触感のフィードバックを
   返すための力覚提示方法であって、 ペンと平板状のタブレット部の各々に磁力を発生させる
   ことにより、ペンタブレットを操作する操作者に対して
   力を伝達することを特徴とする力覚提示方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の力覚提示方法において、 前記タブレット部に、磁力を個々に変えることが可能な
   １つまたは複数の領域を設けることを特徴とする力覚提
   示方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の力覚提示方法において、 前記ペンの磁力とタブレット部の磁力を同極にすること
   によってペンとタブレット部の間にタブレット面と垂直
   な方向の斥力を発生させ、ペンの磁力とタブレット部の
   磁力を異極にすることによってペンとタブレット部の間
   にタブレット面と垂直な方向の引力を発生させることを
   特徴とする力覚提示方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の力覚提示方法において、 タブレット面上に操作者に伝達すべき力の作用方向と直
   角な境界線を設け、この境界線の両側に異なる磁力を発
   生させるか、あるいは一方に磁力を発生させることによ
   って、ペンとタブレット部の間に前記作用方向に沿っ
   た、タブレット面と水平な方向の斥力又は引力を発生さ
   せることを特徴とする力覚提示方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の力覚提示方法において、 前記ペンの磁力とタブレット部の磁力を同極又は異極に
   することによってペンとタブレット部の間にタブレット
   面と垂直な方向の斥力又は引力を発生させると共に、タ
   ブレット面上に操作者に伝達すべき力の作用方向と直角
   な境界線を設け、この境界線の両側に異なる磁力を発生
   させるか、あるいは一方に磁力を発生させることによっ
   て、ペンとタブレット部の間に前記作用方向に沿った、
   タブレット面と水平な方向の斥力又は引力を発生させる
   ことを特徴とする力覚提示方法。
6. 【請求項６】 ポインティングデバイスであるペンタブ
   レットにおいて、 磁力を発生させるための手段を備えたペンと、 このペンの操作によって指示された座標を検出すると共
   に、磁力を発生させるための手段を備えたタブレット部
   と、 ペンとタブレット部の間に発生させる力のパターンを算
   出し、その力パターン情報をタブレット部に出力する力
   パターン処理部とを有し、 前記タブレット部は、前記ペンの操作によって指示され
   た座標を検出するパネルと、力パターン処理部からの力
   パターン情報に応じた磁力をパネルに発生させる制御部
   とを備え、ペンとタブレット部の間に発生させる力によ
   り操作者に対して触感のフィードバックを返すことを特
   徴とする力覚ペンタブレット。
7. 【請求項７】 請求項６記載の力覚ペンタブレットにお
   いて、 前記制御部は、前記パネルに発生させる磁力を制御する
   と共に、前記ペンに発生させる磁力を制御することを特
   徴とする力覚ペンタブレット。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の力覚ペンタブレッ
   トにおいて、 前記タブレット部は、前記ペンの筆圧を検出する基本機
   能処理部を備えることを特徴とする力覚ペンタブレッ
   ト。
9. 【請求項９】 請求項６記載の力覚ペンタブレットにお
   いて、 前記ペンは、前記磁力を発生させる手段として永久磁石
   を備えることを特徴とする力覚ペンタブレット。
10. 【請求項１０】 請求項７記載の力覚ペンタブレットに
    おいて、 前記ペンは、前記制御部からの制御信号に応じて任意の
    磁力を発生させる手段を備えることを特徴とする力覚ペ
    ンタブレット。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の力覚ペンタブレット
    において、 前記ペンは、前記磁力を発生させる手段としてコイルを
    備えることを特徴とする力覚ペンタブレット。
12. 【請求項１２】 請求項６又は７記載の力覚ペンタブレ
    ットにおいて、 前記パネルは、前記磁力を発生させる手段として、２次
    元状に配置された磁力を個々に変えることが可能な１つ
    または複数のコイルを備えることを特徴とする力覚ペン
    タブレット。
13. 【請求項１３】 請求項６又は７記載の力覚ペンタブレ
    ットにおいて、 前記制御部は、前記ペンが前記パネル上の任意の座標位
    置にあるとき発生させる力の目標値とこれに対応する前
    記座標とからなる力パターン情報と、ペンによって指示
    される現在の座標に基づいて、制御信号を出力しペン及
    びタブレット部の磁力を制御することを特徴とする力覚
    ペンタブレット。
14. 【請求項１４】 請求項６又は７記載の力覚ペンタブレ
    ットにおいて、 前記力パターン処理部は、前記力のパターンを算出し、
    その力パターン情報を出力する中央処理部と、 この力パターン情報をタブレット部に出力する入出力部
    とを備えることを特徴とする力覚ペンタブレット。
15. 【請求項１５】 請求項８記載の力覚ペンタブレットに
    おいて、 前記力パターン処理部は、前記タブレット部の基本機能
    処理部から送出されたペンの座標及び筆圧の情報を受け
    る入出力部と、 入出力部を介して入力されたペンの座標及び筆圧の情報
    に応じた処理を行う中央処理部とを備えることを特徴と
    する力覚ペンタブレット。
16. 【請求項１６】 請求項８記載の力覚ペンタブレットに
    おいて、 センサを備えたアームロボットを有し、 前記力パターン処理部は、前記タブレット部の基本機能
    処理部から送出されたペンの座標及び筆圧の情報を受け
    ると共に、アームロボットから送出されたセンサの情報
    を受ける入出力部と、 入出力部を介して入力されたペンの座標及び筆圧の情報
    に応じてアームロボットを制御すると共に、入出力部を
    介して入力されたセンサの情報に基づいて力のパターン
    を算出し、その力パターン情報を入出力部を介してタブ
    レット部に出力する中央処理部とを備えることを特徴と
    する力覚ペンタブレット。