JP2004278733A - Feeling presenting device - Google Patents
Feeling presenting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004278733A JP2004278733A JP2003073358A JP2003073358A JP2004278733A JP 2004278733 A JP2004278733 A JP 2004278733A JP 2003073358 A JP2003073358 A JP 2003073358A JP 2003073358 A JP2003073358 A JP 2003073358A JP 2004278733 A JP2004278733 A JP 2004278733A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- unit
- holding
- presentation device
- movable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
- Mechanical Control Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感覚提示装置に関し、詳細には、人が車やドア等の有る装置等の操作対象物に対して、操作等を行なう際の操作性を力やトルク、加速度、位置等の物理量で定量的に評価してモデル化し、その操作対象物を扱うのと同様の操作感を再現して提示する感覚提示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開2001−165268号公報
従来、機械製造においては、設計された機械構成に基づいて試作品を作成し、作成した試作品を用いて動作確認や操作を確認することが行われているが、近年、設計された機械構成と同様の動きを再現し、かつ、人が感じる感触、触覚、力覚等の感覚を再現するデバイスを開発し、試作品を製作しないバーチャルリアリティ技術を応用した試作レス製造方法がある。
【0003】
この技術を利用した従来技術としては、例えば、ワイヤー部材が接続されたフィルムと、該フィルムを挟み込むための動力ローラー及び圧迫ローラーとを備え、フィルムを動かす際に、圧迫ローラーによって当該フィルムを動力ローラーに押し付けて動力を伝達するための伝達機構を設けることで、ワイヤー部材が接続されたフィルムを動力ローラー及び圧迫ローラーにより搬送し、ワイヤー部材の駆動機構を簡単化するワイヤー駆動装置及びこれを用いた力触覚提示装置が提案されている(特許文献1参照)。
【0004】
すなわち、従来から人が車やドア等の有る装置の操作対象物に対して、操作、作業、動作等を行なう際の操作性を力やトルク、加速度、位置等の物理量で定量的に評価する「Haptic」(触覚に関する)(Haptics:触覚学)という技術分野、すなわち、人が何か動作をさせた際の感覚や感触、力覚を定量的に評価してあらわす技術分野が存在する。このような人が受ける感覚や感触を再現する機器や装置のことをHapticインターフェイスやHapticデバイスと総称している。
【0005】
この場合の力覚としては、例えば、ドアを勢い良く閉めたときに跳ね返る反力により感じる感覚である衝突感、カメラのシャッターを押すときにシャッターを押したと認識できる感触であるクリック感、床に置いたダンボール等を人が押してスライドさせるときに感じる重量感からくる動きの抵抗感である抵抗感(摩擦)等がある。
【0006】
そして、上記試作レス製造方法においては、従来ではモータ等の電動機により出力を発生させ、設計した機構の動作を再現していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の試作レス製造方法においては、従来ではモータ等の電動機により出力を発生させ、設計した機構の動作を再現していたため、以下のような問題があった。
【0008】
すなわち、モータによる出力だけでは衝突感のような加速度の大きい現象を再現することは困難であった。この場合、モータの制御ゲインを限界まで上げることで衝突感を表現しようとしても、振動を起こした状態になり、制御が不安定になる。
【0009】
また、モータのみの制御に加えて、ピン等によるメカロック方式が従来から存在しており、このメカロック方式においては、決まった場所で衝突感を再現することはできる。ところが、様々な設計を再現しようとする場合には、衝突感を表現したい場所は設計毎に異なる可能性が高い。メカロック方式では、ロック箇所の変更等が大変困難である。この場合、モータ等の力発生装置のトルクを大きくすれば衝突時の加速度表現を行うことができると考えられるが、トルクを大きくするには、モータ自体が大きくなり、モータの慣性が増大してしまうため、機構の動作を再現するために必要なバックドライバビリティを小さく構成することが困難になる。
【0010】
さらに、同様に操作を行なう機構の慣性について、実際の機構と同様な表現を電動機による出力発生デバイスで表現するのは困難である。特に、重量物の慣性を表現しようとすると、動作させるための最適ゲインとは異なるゲインでモータを動作させる必要があるため、ゲインの設定によっては、発振等の不安定状態に陥ることがある。
【0011】
また、同様に操作を行なう際の機構の材質、質量、支持機構との材質の違い等による動作部と支持機構部の接触部分での摩擦やでこぼこ感やざらざら感等のテクスチャについては、そのテクスチャの細かさや操作を行なう動作物体の速度が高速であればあるほど、モータ等による駆動機器では力を発生させることが困難である。
【0012】
そこで、本発明は、操作手段の操作内容を検出して、当該操作内容に応じた力を発生して、当該力を伝達手段を介して操作手段に伝達し、当該操作手段に操作感を発生させることにより、試作品を作ることなく、バーチャルな世界で実物を表現して、評価できるようにし、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0013】
具体的には、請求項1記載の発明は、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させることにより、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにし、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0014】
請求項2記載の発明は、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させることにより、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにし、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0015】
請求項3記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させることにより、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現し、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0016】
請求項4記載の発明は、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現し、安価により一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0017】
請求項5記載の発明は、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現し、安価により一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0018】
請求項6記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0019】
請求項7記載の発明は、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0020】
請求項8記載の発明は、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0021】
請求項9記載の発明は、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0022】
請求項10記載の発明は、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0023】
請求項11記載の発明は、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0024】
請求項12記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させることにより、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0025】
請求項13記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構とすることにより、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0026】
請求項14記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとすることにより、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0027】
請求項15記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとすることにより、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【0028】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明の感覚提示装置は、人が力を加えて任意の速度で操作可能な操作手段が、所定方向に移動可能に配置され、当該操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させる感覚提示装置であって、前記操作手段への操作力を検出する力検出手段と、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を検出する加速度検出手段と、当該操作手段の位置を検出する位置検出手段と、前記操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段と、前記操作手段が移動操作されると、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記力発生手段を駆動させて当該操作手段の移動操作に対応する操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させる制御手段と、を備えていることにより、上記目的を達成している。
【0029】
上記構成によれば、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0030】
この場合、例えば、請求項2に記載するように、前記感覚提示装置は、前記操作手段は、所定の一方向にスライド動作可能に配置されており、前記制御手段は、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記力発生手段に、前記操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させるものであってもよい。
【0031】
上記構成によれば、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0032】
また、例えば、請求項3に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、前記操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を備え、前記制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、前記操作手段に急激な力の変動を発生させるものであってもよい。
【0033】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させるので、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0034】
さらに、例えば、請求項4に記載するように、前記急変再現手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータであってもよい。
【0035】
上記構成によれば、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0036】
また、例えば、請求項5に記載するように、前記急変再現手段は、エアシリンダ内の空気の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータであってもよい。
【0037】
上記構成によれば、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0038】
さらに、例えば、請求項6に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を備え、前記制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【0039】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0040】
また、例えば、請求項7に記載するように、前記慣性発生手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる前記可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備え、前記制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【0041】
上記構成によれば、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0042】
さらに、例えば、請求項8に記載するように、前記慣性発生手段は、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に前記伝達手段の前記可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる前記可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備え、前記制御手段は、当該ローラ狭持機構による前記可動部の狭持と狭持の開放及び前記駆動ローラの回転動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【0043】
上記構成によれば、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0044】
また、例えば、請求項9に記載するように、前記力発生手段は、前記伝達手段に前記発生した力を出力する出力軸を備え、前記慣性発生手段は、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備え、前記制御手段は、当該力付与手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【0045】
上記構成によれば、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0046】
さらに、例えば、請求項10に記載するように、前記力付与手段は、通電により前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータであってもよい。
【0047】
上記構成によれば、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0048】
また、例えば、請求項11に記載するように、前記力付与手段は、通電により粘性が変化して前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータであってもよい。
【0049】
上記構成によれば、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0050】
さらに、例えば、請求項12に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備え、前記制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、前記操作手段に凹凸等の感覚を発生させるものであってもよい。
【0051】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させるので、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0052】
また、例えば、請求項13に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、回転動作を直線動作に変換して前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を移動させるカム機構であってもよい。
【0053】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構としているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0054】
さらに、例えば、請求項14に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータであってもよい。
【0055】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとしているので、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0056】
また、例えば、請求項15に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータであってもよい。
【0057】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとしているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0059】
図1〜図3は、本発明の感覚提示装置の第1の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項1及び請求項2に対応するものである。
【0060】
図1は、本発明の感覚提示装置の第1の実施の形態を適用した感覚提示装置1の斜視図である。
【0061】
図1において、感覚提示装置1は、駆動ローラ2と従動ローラ3との間に伝達ベルト4が張り渡されており、伝達ベルト4が駆動ローラ2と従動ローラ3の方向に移動することで、駆動ローラ2及び従動ローラ3が回転する。
【0062】
伝達ベルト4には、その操作者が操作する操作対象物としての操作部(操作手段)5が伝達ベルト4の上側に固定されており、操作部5は、図1に両矢印で示す駆動ローラ2と従動ローラ3の方向(以下、スライド方向という。)に移動される。
【0063】
操作部5には、操作部5がスライド方向に操作された際に操作部5に作用する力を検出する6軸力覚センサ(力検出手段)6と、操作部5がスライド方向に操作された際の加速度を検出する加速度センサ(加速度検出手段)7と、位置検出ヘッド8と、が取り付けられており、また、操作部5を人が操作する際に把持する把持部5aが形成されている。伝達ベルト4の近傍には、伝達ベルト4の長手方向、すなわち、スライド方向に、少なくとも操作部5の移動範囲にわたって伝達ベルト4に平行にリニアエンコーダ9が配設されており、上記位置検出ヘッド8は、このリニアエンコーダ9に基づいて操作部5の位置検出を行う。このリニアエンコーダ9と位置検出ヘッド8は、全体として、位置検出手段として機能している。
【0064】
上記駆動ローラ2には、その駆動軸2aに駆動モータ(力発生手段)10の出力軸が連結されており、駆動モータ10は、操作部5が操作された際の操作状態に応じたトルクを発生させて、駆動ローラ2の中心軸に付与して、駆動ローラ2が回転し、駆動ローラ2が回転することで、伝達ベルト4及び従動ローラ3が回転して、伝達ベルト4に固定されている操作部5に駆動モータ10の発生した力を伝達する。したがって、駆動ローラ2、従動ローラ3及び伝達ベルト(可動部)4は、全体として、伝達機構(伝達手段)11として機能している。
【0065】
そして、感覚提示装置1は、図2に示すようにブロック構成されており、本体部20と制御部30を備えており、本体部20は、上記駆動モータ10、6軸力覚センサ6、加速度センサ7、リニアエンコーダ9及び図2には図示しない位置検出ヘッド8等を備えている。
【0066】
制御部30は、モータドライバ31と制御用コンピュータ32等を備え、制御用コンピュータ(制御手段)32は、力覚センサレシーバボード33、AD/DA変換ボード34及びエンコーダボード35等を備えている。力覚センサレシーバボード33には、6軸力覚センサ6から当該6軸力覚センサ6の検出した操作部5が操作された際の力信号が入力され、力覚センサレシーバボード33は、入力される力信号を制御用コンピュータ32の処理可能な信号に変換する。
【0067】
AD/DA変換ボード34には、加速度センサ7から操作部5がスライド方向に操作された際の加速度信号がアナログ信号として入力され、AD/DA変換ボード34は、入力されるアナログの加速度信号を制御用コンピュータ32の処理可能なデジタル信号に変換するとともに、制御用コンピュータ32から駆動モータ20を制御するためのデジタルのドライブ信号をアナログ変換してモータドライバ31に出力する。
【0068】
エンコーダボード35には、リニアエンコーダ9の位置検出ヘッド8から位置検出信号とモータドライバ31のドライブ信号が入力され、位置検出信号及びドライブ信号を制御用コンピュータ32の処理可能な信号に変換する。
【0069】
制御用コンピュータ32は、6軸力覚センサ6からの力信号、加速度センサ7からの加速度信号及びリニアエンコーダ9の位置検出センサ8からの位置検出信号に基づいて、操作部5への操作状態を判定して、当該操作状態に応じた力や感触等の操作感を実現させるドライブ信号をモータドライバ31に出力し、モータドライバ31が当該ドライブ信号に基づいて駆動モータ10を駆動して、駆動ローラ2及び伝達ベルト4を介して、操作部5に付与して、操作部5を操作する操作者に当該操作に対応する力や感触等の操作感を与える。
【0070】
すなわち、制御用コンピュータ32は、操作部5を操作者が持ち、図1の両矢印方向(スライド方向)に移動させた際に、動作を再現したい設計対象物の位置、加える力及び加速度に応じた感覚、例えば、摩擦や粘性、衝突等を表現するように、駆動モータ10のトルクを制御する。
【0071】
次に、本実施の形態の作用を説明する。感覚提示装置1は、人が動作をさせることが可能な取っ手やドアのノブ等や掴むことが可能なジョイスティック状のもの等に対応するものとして操作部5が設けられており、操作者が操作部5をスライド方向に動かすことで、その動作に応じた力や感触等の操作感を伝える。例えば、感覚提示装置1は、ドアの動作を表現する場合には、動作させる部分である操作部5をドアノブ形状とし、人がそのドアノブに対応する操作部5を掴んで開閉の動作と同じように動かしたときに、現実のドアと同様の感触や閉めるときの衝撃力を力覚情報として再現する。
【0072】
なお、以下の説明では、感覚提示装置1の実際の動作が、箪笥や複写機の給紙トレイ等の引き出し動作であるとして、特に、複写機の給紙トレイを引き出す動作であるとして、以下説明する。
【0073】
感覚提示装置1は、複写機の給紙トレイとしての操作部5の把持部5aを操作者が持って、図1の両矢印方向(スライド方向)にスライドさせると、給紙トレイを実際にスライドさせたときに、複写機の給紙トレイのスライド動作に寄与するスチールベルト、ワイヤー機構、ボールネジ及びボールスプライン等により操作者の感じる操作感覚と同様の操作感覚を、駆動ローラ2、従動ローラ3及び伝達ベルト4を介して操作部5に付与するために、駆動モータ10のモータトルクを制御する。感覚提示装置1は、制御用コンピュータ32が、モータドライバ31を介して駆動モータ10に流す電流値を制御することで、駆動モータ10に発生させるモータトルクの力を変化させ、また、操作部5の位置によってモータトルクを変化させる。
【0074】
例えば、制御用コンピュータ32は、操作部5が、給紙トレイである場合、
▲1▼給紙トレイを引き出す際に、当該給紙トレイを引き出し切ったときの衝突感を壁に衝突するようなモデルにより衝突力として表現する。そこで、制御用コンピュータ32は、給紙トレイの衝突が起こる場所を位置情報として記憶して、駆動モータ10に取り付けたエンコーダ情報から給紙トレイとしての操作部5の位置情報を入手し、当該衝突の発生する場所では、動作時の速度に応じた反力が発生するようにモータトルクを制御する。
▲2▼制御用コンピュータ32は、給紙トレイをスライドさせる動作時に人の手に感じる凹凸感やざらざらした感触を表現するために、操作部5が動作している場所や速度、加速度をパラメータとして、そのパラメータを元に表現する感覚を駆動モータ10のモータトルクの強弱によって表現できるようなモデル式を立てて制御する。
▲3▼制御用コンピュータ32は、給紙トレイがセットされるときに、ラッチ機構が働くときの「カチッ」と人に伝わるクリック感を表現するために、当該クリック感を表現するモータ制御モデルを立てて、制御を行なう。
【0075】
そして、制御用コンピュータ32は、このような力を発生させるための制御を行うために、予め物理モデル式が内部メモリに格納されており、モデルパラメータを調整することで、駆動モータ10のモータトルクを制御する。
【0076】
そこで、感覚提示装置1は、実際に動作対象の箪笥の引き出しや給紙トレイ等の実物の位置、速度、加速度、力(人が取っ手部分等を持っていて伝わる力)等の物理データを測定して、同定したパラメータが内部メモリに格納されており、このパラメータを利用して制御を行う。
【0077】
そして、物理モデル式としては、例えば、以下のような公知の式を用いることができる。
【0078】
摩擦のモデル式は、次式1を用いる。
【0079】
【数1】
また、イナーシャ−(慣性)のモデル式は、次式2を用いる。
【0080】
【数2】
さらに、バネのモデル式は、次式3を用いる。
【0081】
【数3】
すなわち、図3に示すように、感覚提示装置1は、操作者が操作部5の把持部5aを持って操作、例えば、給紙トレイを閉じる方向へ移動させる操作を行うと(ステップS101)、操作者が操作部5を持っている状態の力、例えば、どの方向に力が加わっているかを6軸力覚センサ6で検出して(ステップS102)、力覚センサレシーバボード33で6軸力情報として制御用コンピュータ(図3では、PCと記載)32に取り込む(ステップS103)。また、感覚提示装置1は、トレイの位置に相当する操作部5の位置をリニアエンコーダ9と位置検出ヘッド8で検出して(ステップS104)、エンコーダボード35で位置情報として制御用コンピュータ32に取り込み(ステップS105)、さらに、動作状態の加速度を加速度センサ7で検出して(ステップS106)、AD/DA変換ボード34で加速度情報として制御用コンピュータ32に取り込む(ステップS107)。
【0082】
次に、制御用コンピュータ32は、上記検出した力、位置及び加速度の情報に基づいて駆動モータ10に発生させるトルクをモデルから演算する(ステップS108)。この場合、制御用コンピュータ32には、操作部5の把持部5aの位置の情報に応じた給紙トレイの物理モデルとパラメータが設定されており、制御用コンピュータ32は、その位置が、例えば、トレイ動作の中間地点であると、トレイの中間地点での粘性、摩擦等のモデルによりモータトルクを演算する。また、制御用コンピュータ32は、トレイが閉じる箇所の場合には、そのラッチ部分のモデルと衝突のモデルによりモータトルクを演算する。
【0083】
そして、制御用コンピュータ32は、演算結果から求まったトルクを発生する電圧指令をAD/DA変換ボード34からモータドライバ31に出力し(ステップS109)、モータドライバ31が増幅した電流値を駆動モータ20に流して、駆動モータ10を駆動する(ステップS110)。
【0084】
このように、本実施の形態の感覚提示装置1は、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作部5が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を操作部5に発生させるに際して、操作部5への操作力を6軸力覚センサ6で検出し、操作部5が移動操作されたときの操作部5の移動の加速度を加速度センサ7で検出し、操作部5の位置をリニアエンコーダ9の位置検出ヘッド8で検出して、制御用コンピュータ32が、操作部5に伝達手段を介して連結されて伝達手段を介して操作部5に操作感を発生させる駆動モータ10を、操作部5の操作内容に基づいて駆動させて、操作部5の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作部5に発生させている。
【0085】
したがって、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作部5を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0086】
また、本実施の形態の感覚提示装置1は、操作部5を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御用コンピュータ32が、6軸力覚センサ6、加速度センサ7及び位置検出ヘッド8の検出結果に基づいて、駆動モータ10に、操作部5のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作部5に発生させている。
【0087】
したがって、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作部5を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0088】
図3及び図4は、本発明の感覚提示装置の第2の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項3から請求項5に対応するものである。
【0089】
なお、本実施の形態は、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0090】
本実施の形態は、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現するものであり、図3において、本実施の形態の感覚提示装置40は、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の駆動ローラ2、従動ローラ3、伝達ベルト4、操作部5、6軸力覚センサ6、加速度センサ7、位置検出ヘッド8、リニアエンコーダ9及び駆動モータ10等を備えているとともに、衝突再現機構部41等を備えている。
【0091】
衝突再現機構部(急変再現手段)41は、伝達ベルト4の下側であって、駆動ローラ2と従動ローラ3の略中間付近に配設されており、図4に示すように、略コの字型をした圧電アクチュエータが用いられている。衝突再現機構部41は、当該コの字型の開いた狭持先端部が伝達ベルト4を挟む状態で配設されており、当該狭持先端部には、それぞれ積層圧電素子42が配設されている。
【0092】
衝突再現機構部41は、積層圧電素子42に通電されると、伝達ベルト4を挟み込み、通電が解除されると、伝達ベルト4の挟み込みを開放する。
【0093】
そして、感覚提示装置40は、制御用コンピュータ32が、衝突再現機構部41の動作を制御して、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現する。
【0094】
すなわち、制御用コンピュータ32は、衝突感を実現する場合、駆動モータ10を停止制動させるとともに、衝突再現機構部41の積層圧電素子42に通電して、衝突再現機構部41の狭持先端部で伝達ベルト4を狭持させて、伝達ベルト4の移動を急停止させ、衝突感をリアルに再現する。
【0095】
また、制御用コンピュータ32は、高速動作や高推進力動作を実現する場合、操作部5が操作される前に、積層圧電素子42に通電して衝突再現機構部41で伝達ベルト4を挟み込み、操作部5が操作されると、駆動モータ10へ通電するとともに、所定のタイミング遅らせて積層圧電素子42への通電を解除して衝突再現機構部41による伝達ベルト4の挟み込みを開放して、伝達ベルト4を急激に移動させ、高速動作と高推進動作をリアルに再現する。
【0096】
なお、衝突再現機構部としては、上記図3または図4に示した圧電素子を利用したものだけでなく、例えば、図5及び図6に示す感覚提示装置50のように、エアシリンダを用いた圧空アクチュエータ51を利用したものであってもよい。
【0097】
すなわち、図5及び図6に示すように、略コの字型の圧空アクチュエータ51の当該コの字型の開いた狭持先端部に、それぞれエアシリンダ狭持部52が配設されており、このエアシリンダ狭持部52が、伝達ベルト4を挟む状態で配設されている。
【0098】
この場合も、制御用コンピュータ32が、当該エアシリンダ狭持部52のエアシリンダへの圧空の導入と排出を制御することで、エアシリンダ狭持部52が伝達ベルト4の狭持と開放を行い、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現する。
【0099】
このように、本実施の形態の感覚提示装置40及び感覚提示装置50は、伝達機構11を、駆動モータ10の発生する力に応じて可動して当該力を操作部5に伝達する伝達ベルト4である伝達ベルト4を備えたものとし、伝達ベルト4を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作部5に作用する力に急激な変動を発生させる衝突再現機構41、圧空アクチュエータ51を設け、制御用コンピュータ32が、衝突再現機構41、圧空アクチュエータ51の動作を制御して、操作部5に急激な力の変動を発生させている。
【0100】
したがって、駆動モータ10で発生するトルク以上の衝突時の加速度を衝突再現機構41、圧空アクチュエータ51で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0101】
また、本実施の形態の感覚提示装置40は、衝突再現機構部を、圧電素子の動作によって伝達ベルト4の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしている。
【0102】
したがって、簡単な構成で、駆動モータ10で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0103】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置50は、衝突再現機構部を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達ベルト4の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータ51としている。
【0104】
したがって、簡単な構成で、駆動モータ10で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0105】
図7及び図8は、本発明の感覚提示装置の第3の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項6から請求項8に対応するものである。
【0106】
なお、本実施の形態は、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第1の実施の形態の感覚提示装置1で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【0107】
本実施の形態は、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に操作部分の重量等の慣性を再現する。
【0108】
すなわち、図7に示すように、本実施の形態の感覚提示装置60は、慣性再現機構部(慣性発生手段)61を備えており、慣性再現機構部61は、伝達ベルト4の上下面を挟む形状に形成されたアーム部62と、アーム部62の伝達ベルト4を挟む上下端部のそれぞれに伝達ベルト4の移動方向(スライド方向)に所定長さにわたって延在して設けられているスライド方向推力発生アクチュエータ部(狭持位置可変アクチュエータ)63と、当該スライド方向推力発生アクチュエータ部63のスライド方向両端部にそれぞれ伝達ベルト4を挟む方向に設けられている挟み込みアクチュエータ部(狭持圧電アクチュエータ)64と、を備えている。
【0109】
スライド方向推力発生アクチュエータ部63としては、例えば、積層圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられており、スライド方向推力発生アクチュエータ部63は、制御用コンピュータ32により通電と通電解除の制御が行われることで、図7にスライド方向の両矢印で示すように、伸縮して、挟み込みアクチュエータ部64をスライド方向に移動させる。
【0110】
挟み込みアクチュエータ部64としては、例えば、積層圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられており、挟み込みアクチュエータ部64は、制御用コンピュータ32により通電と通電解除の制御が行われることで、図7に上下方向の両矢印で示すように、伸縮して、伝達ベルト4を挟み込み、また、挟み込みを開放する。
【0111】
そして、感覚提示装置60は、制御用コンピュータ32が、慣性再現機構部61の動作を制御して、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に、駆動モータ10のゲインを上げることなく、操作部分の重量等の慣性を再現する。
【0112】
すなわち、制御用コンピュータ32は、操作部5が操作された際に、操作部分の重量等の慣性を付与させるために、駆動モータ10を駆動するとともに、当該駆動モータ10のゲインを上げることなく、まず、挟み込みアクチュエータ部64を駆動させて挟み込みアクチュエータ部64により伝達ベルト4を挟み込ませ、次に、スライド方向推力発生アクチュエータ部63を駆動させてスライド方向推力発生アクチュエータ部63によりスライド方向に挟み込みアクチュエータ部64を移動させることで、伝達ベルト4にスライド方向の推力を発生させる。そして、制御用コンピュータ32は、スライド方向推力発生アクチュエータ部63への通電と通電の解除を繰り返し行うことで、操作部5の操作方向と同じ方向に推力を発生させて、駆動モータ10のゲインを上げることなく、駆動モータ10のみで慣性を再現する場合以上の慣性の再現を、安定的に再現する。
【0113】
なお、慣性再現機構部としては、上記圧電アクチュエータを用いたものに限るものではなく、上記図5及び図6で示したようなエアシリンダを用いた圧空アクチュエータを利用したものであってもよいし、図8に示すように、圧縮開放ローラを用いたものであってもよい。
【0114】
すなわち、図8に示すように、慣性再現機構部71は、伝達ベルト4の側方に伝達ベルト4と直交する方向に配置された支柱72に、ローラ狭持機構としての駆動ローラ圧縮アーム73と従動ローラ圧縮アーム74が、伝達ベルト4を挟んで上下位置に取り付けられており、駆動ローラ圧縮アーム73に、駆動ローラ75が取り付けられ、従動ローラ圧縮アーム74に、従動ローラ76が取り付けられている。
【0115】
そして、駆動ローラ75と従動ローラ76は、制御用コンピュータ32の制御下で、駆動ローラ圧縮アーム73と従動ローラ圧縮アーム74が伝達ベルト4を挟み込む方向に回動して、伝達ベルト4を挟み込み、伝達ベルト4を挟み込んだ状態で、駆動ローラ75が制御用コンピュータ32の制御下で回転駆動されることで、伝達ベルト4に推力を発生させる。このとき、従動ローラ76は、伝達ベルト4の移動に伴って、従動回転する。
【0116】
したがって、制御用コンピュータ32が、駆動ローラ圧縮アーム73と従動ローラ圧縮ローラ74へ通電して、駆動ローラ75と従動ローラ76で伝達ベルト4を挟み込んだ状態で、駆動ローラ75の回転と回転停止を繰り返し行うことで、操作部5の操作方向と同じ方向に推力を発生させて、駆動モータ10のゲインを上げることなく、駆動モータ10のみで慣性を再現する場合以上の慣性の再現を、安定的に行う。
【0117】
このように、本実施の形態の感覚提示装置60、70は、伝達ベルト4に作用して操作部5の移動方向に力を加える慣性再現機構部61、71を設け、制御用コンピュータ32が、慣性再現機構部61、71の動作を制御して、操作部5に慣性を発生させている。
【0118】
したがって、駆動モータ10の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト4に作用して操作部5が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0119】
また、本実施の形態の感覚提示装置60は、慣性再現機構部61を、圧電素子の動作によって伝達ベルト4を狭持する狭持動作と伝達ベルト4の狭持を開放する開放動作を行う挟み込みアクチュエータ部64と、当該挟み込みアクチュエータ部64が取り付けられて当該挟み込みアクチュエータ部64による伝達ベルト4の狭持位置を当該伝達ベルト4の移動方向に順次変化させるスライド方向推力発生アクチュエータ部63と、を備えたものとし、制御用コンピュータ32が、当該挟み込みアクチュエータ部64とスライド方向推力発生アクチュエータ部63の動作を制御して、操作部5に慣性を発生させている。
【0120】
したがって、駆動モータ10の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト4に作用して操作部5が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0121】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置70は、慣性再現機構部71を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラ75と、駆動ローラ75に対向して配設されて駆動ローラ75との間に伝達ベルト4を狭持可能な従動ローラ76と、駆動ローラ75と従動ローラ76による伝達ベルト4の狭持と狭持の開放を行う駆動ローラ圧縮アーム73と従動ローラ圧縮アーム74と、を備えたものとし、制御用コンピュータ32が、駆動ローラ圧縮アーム73と従動ローラ圧縮アーム74による伝達ベルト4の狭持と狭持の開放及び駆動ローラ75の回転動作を制御して、操作部5に慣性を発生させている。
【0122】
したがって、駆動モータ10の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト4に作用して操作部5が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0123】
図9及び図10は、本発明の感覚提示装置の第4の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項9から請求項11に対応するものである。
【0124】
なお、本実施の形態は、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第1の実施の形態の感覚提示装置1で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【0125】
本実施の形態は、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に操作部分の重量等の慣性を再現する。
【0126】
すなわち、図9及び図10に示すように、本実施の形態の感覚提示装置80は、駆動ローラ2の駆動軸2aが駆動モータ10とは反対方向に所定量突出して形成されており、この突出する駆動軸2a部分に、慣性再現機構部(慣性発生手段)81が配設されている。慣性再現機構部81は、駆動軸2aを所定方向、図9及び図10では上下方向から挟む形状に形成されたアーム部82と、アーム部82の駆動軸2aを挟む上下端部のそれぞれに設けられている狭持部83と、を備えている。
【0127】
狭持部83としては、例えば、積層圧電素子を利用した圧電アクチュエータが用いられており、通電されることで、伸張して駆動ローラ2の駆動軸2aを挟み込む。
【0128】
そして、感覚提示装置80は、制御用コンピュータ32が、慣性再現機構部81の動作を制御して、スライド動作方向の力を発生させて、慣性を実現する。
【0129】
すなわち、制御用コンピュータ32は、慣性感を実現する場合、駆動モータ10を回転駆動させるとともに、慣性再現機構部81の狭持部83の積層圧電素子に通電して、慣性再現機構部81の狭持先端部の狭持部83で駆動ローラ2の駆動軸2aを狭持させる。
【0130】
このとき、狭持部83は、駆動軸2aに対して擦るような動作を行って、駆動モータ10の駆動力に加え、回転力を合わせるように力を発生させて、慣性を再現する。
【0131】
なお、慣性再現機構部としては、上記図9及び図10に示した圧電素子を利用した圧電アクチュエータに限るものではなく、例えば、図11に示すように、電気粘性流体アクチュエータ85を用いてもよい。
【0132】
すなわち、電気粘性流体アクチュエータ85を駆動ローラ2の駆動軸2aに取り付け、制御用コンピュータ32の制御下で、電気粘性流体アクチュエータ85の動作を叙述のように制御することで、駆動ローラ2の駆動軸2aに対して、直接力を加え、駆動モータ10の駆動力に加え、回転力を合わせるように力を発生させて、慣性を再現する。
【0133】
このように、本実施の形態の感覚提示装置80は、駆動ローラ2の駆動軸2aが駆動モータ10とは反対方向に所定量突出して形成されていて、この突出する駆動軸2a部分に、慣性再現機構部81が配設されており、制御用コンピュータ32が、慣性再現機構部81の動作を制御して、操作部5に慣性を発生させている。
【0134】
したがって、駆動モータ10の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト4に作用して操作部5が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0135】
また、本実施の形態の感覚提示装置80は、慣性再現機構部81を、通電により駆動軸2aに力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータを用いている。
【0136】
したがって、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0137】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置80は、慣性再現機構部81を、通電により粘性が変化して駆動軸2aに力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータを用いている。
【0138】
したがって、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0139】
図12から図15は、本発明の感覚提示装置の第5の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項12から請求項15に対応するものである。
【0140】
なお、本実施の形態は、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第1の実施の形態の感覚提示装置1と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第1の実施の形態の感覚提示装置1で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【0141】
本実施の形態は、伝達ベルト4を操作部5の操作方向と直交する方向に移動させて、凹凸感等を再現する。
【0142】
すなわち、図12において、感覚提示装置90は、操作部5を両矢印Aで示すスライド方向に動作させたときに、当該操作部5の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、制御用コンピュータ32が、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、図12に両矢印Bで示すスライド方向と直交する方向、すなわち、上下方向に、伝達機構である伝達ベルト4を、図示しない凹凸感再現機構で運動させて、当該伝達ベルト4の上下運動を操作部5に伝達して、凹凸等を再現する。
【0143】
凹凸感再現機構(直交方向移動力発生手段)としては、具体的には、例えば、図13に示すように、カム機構91、92を用いることができる。
【0144】
すなわち、感覚提示装置90は、駆動ローラ2の駆動軸2a及び従動ローラ3の従動軸3aが所定量突出して形成されており、この突出した駆動軸2aと従動軸3aに当接する状態でカム機構91、92が配設されている。
【0145】
カム機構91、92は、図13に両矢印Cで示すように回転することで、各カム機構91、92の当接する駆動軸2aと従動軸3aを図12に両矢印Bで示した上下方向に移動させる。
【0146】
そして、制御用コンピュータ32は、上述のように、操作部5が両矢印Aで示すスライド方向に動作されると、当該操作部5の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象物のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、カム機構91、92を同期して回転させ、駆動軸2aと従動軸3aを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト4を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト4の上下運動を操作部5に伝達して、凹凸等を再現する。
【0147】
なお、上記図13では、凹凸感再現機構(直交方向移動力発生手段)として、カム機構91、92を用いているが、凹凸感再現機構としては、カム機構に限るものではなく、例えば、図14に示すように、圧電アクチュエータ94、95を用いてもよい。
【0148】
すなわち、図14では、圧電アクチュエータ94、95が、突出した駆動軸2aと従動軸3aに当接する状態で配設されており、圧電アクチュエータ94、95としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電素子が用いられている。
【0149】
圧電アクチュエータ94、95は、通電されることで、駆動軸2a及び従動軸3a方向に伸張して、図14に破線で示すように、駆動軸2a及び従動軸3aを上方向に移動させ、通電が解除されることで元の長さに戻って、図15に実線で示すように、元の位置に駆動軸2a及び従動軸3aを戻す。
【0150】
この場合にも、制御用コンピュータ32は、操作部5が図12に両矢印Aで示すスライド方向に動作されると、当該操作部5の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、圧電アクチュエータ94、95を同期して駆動させ、駆動軸2aと従動軸3aを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト4を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト4の上下運動を操作部5に伝達して、凹凸等を再現する。
【0151】
また、凹凸感再現機構(直交方向移動力発生手段)としては、図15に示すように、リニアモータアクチュエータ96、97を用いてもよい。
【0152】
すなわち、図15では、リニアモータアクチュエータ96、97は、その駆動アーム96a、97aが突出した駆動軸2aと従動軸3aに固定されており、通電が制御されることで、駆動アーム96a、97aを上下方向に移動させて、駆動軸2aと従動軸3aを介して伝達ベルト4を上下運動させる。
【0153】
この場合にも、制御用コンピュータ32は、操作部5が図12に両矢印Aで示すスライド方向に動作されると、当該操作部5の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、リニアモータアクチュエータ96、97を同期して駆動させ、駆動アーム96a、97aを同時にかつ同期して上下動させて、駆動軸2aと従動軸3aを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト4を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト4の上下運動を操作部5に伝達して、凹凸等を再現する。
【0154】
このように、本実施の形態の感覚提示装置90は、伝達ベルト4に作用して操作部の移動方向と直交する方向に移動させる凹凸感再現機構を備えたものとし、制御用コンピュータ32が、当該凹凸感再現機構の動作を制御して、操作部5に凹凸等の感覚を発生させている。
【0155】
したがって、駆動モータ10で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0156】
また、本実施の形態の感覚提示装置90は、凹凸感再現機構を、回転動作を直線動作に変換して操作部5の移動方向と直交する方向に伝達ベルト4を移動させるカム機構としている。
【0157】
したがって、高速に伝達ベルト4を移動動作させて、駆動モータ10で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0158】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置90は、凹凸感再現機構を、通電により操作部5の移動方向と直交する方向に伝達ベルト4を動作させる圧電アクチュエータ94、95としている。
【0159】
したがって、より一層高速に伝達ベルト4を移動動作させて、駆動モータ10で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0160】
また、本実施の形態の感覚提示装置90は、凹凸感再現機構を、通電により操作部5の移動方向と直交する方向に伝達ベルト4を動作させるリニアモータアクチュエータ96、97としている。
【0161】
したがって、高速に伝達ベルト4を移動動作させて、駆動モータ10で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0162】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0163】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の感覚提示装置によれば、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0164】
請求項2記載の発明の感覚提示装置によれば、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【0165】
請求項3記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させるので、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0166】
請求項4記載の発明の感覚提示装置によれば、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0167】
請求項5記載の発明の感覚提示装置によれば、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【0168】
請求項6記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0169】
請求項7記載の発明の感覚提示装置によれば、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0170】
請求項8記載の発明の感覚提示装置によれば、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0171】
請求項9記載の発明の感覚提示装置によれば、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0172】
請求項10記載の発明の感覚提示装置によれば、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0173】
請求項11記載の発明の感覚提示装置によれば、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【0174】
請求項12記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させるので、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0175】
請求項13記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構としているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0176】
請求項14記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとしているので、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【0177】
請求項15記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとしているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の感覚提示装置の第1の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図2】図1の感覚提示装置の要部ブロック構成図。
【図3】図1の感覚提示装置による感覚提示処理を示すフローチャート。
【図4】本発明の感覚提示装置の第2の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図5】図4の感覚提示装置の衝突再現機構部部分の拡大斜視図。
【図6】図4の感覚提示装置の他の例の感覚提示装置の要部斜視図。
【図7】図6の圧空アクチュエータ部分の拡大斜視図。
【図8】本発明の感覚提示装置の第3の実施の形態を適用した感覚提示装置の慣性再現機構部部分の拡大斜視図。
【図9】図8の慣性再現機構部の他の例の拡大斜視図。
【図10】本発明の感覚提示装置の第4の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図11】図10の感覚提示装置の慣性再現機構部部分の拡大斜視図。
【図12】図10の慣性提示装置の慣性再現機構部部分の他の例の拡大斜視図。
【図13】本発明の感覚提示装置の第5の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図14】図13の感覚提示装置の凹凸感再現機構としてカム機構を用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【図15】図13の感覚提示装置の凹凸感再現機構として圧電アクチュエータを用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【図16】図13の感覚提示装置の凹凸感再現機構としてリニアモータを用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【符号の説明】
1 感覚提示装置
2 駆動ローラ
2a 駆動軸
3 従動ローラ
3a 従動軸
4 伝達ベルト
5 操作部
5a 把持部
6 6軸力覚センサ
7 加速度センサ
8 位置検出ヘッド
9 リニアエンコーダ
10 駆動モータ
20 本体部
30 制御部
31 モータドライバ
32 制御用コンピュータ
33 力覚センサレシーバボード
34 AD/DA変換ボード
35 エンコーダボード
40 感覚提示装置
41 衝突再現機構部
42 積層圧電素子
50 感覚提示装置
51 圧空アクチュエータ
52 エアシリンダ狭持部
60 感覚提示装置
61 慣性再現機構部
62 アーム部
63 スライド方向推力発生部
64 挟み込み部
71 慣性再現機構部
72 支柱
73 駆動ローラ圧縮アーム
74 従動ローラ圧縮アーム
75 駆動ローラ
76 従動ローラ
80 感覚提示装置
81 慣性再現機構部
82 アーム部
83 狭持部
85 電気粘性流体アクチュエータ
90 感覚提示装置
91、92 カム機構
94、95 圧電アクチュエータ
96、97 リニアモータアクチュエータ
96a、97a 駆動アーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensation presentation device, and more particularly, to a physical quantity such as force, torque, acceleration, or position when a person performs an operation or the like on an operation target such as a device having a car or a door. The present invention relates to a sensation presentation device that quantitatively evaluates and models the same, and reproduces and presents the same operational feeling as handling the operation target.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP 2001-165268 A
Conventionally, in machine manufacturing, a prototype is created based on a designed machine configuration, and operation check and operation confirmation are performed using the created prototype. There is a prototype-less manufacturing method that develops a device that reproduces the same movement as above and that reproduces the sensations such as the tactile sensation, the tactile sensation, and the force sensation, and that uses virtual reality technology that does not produce a prototype.
[0003]
As a conventional technology using this technology, for example, a film to which a wire member is connected, comprising a power roller and a compression roller for sandwiching the film, when moving the film, when the film is powered roller by the compression roller By providing a transmission mechanism for transmitting power by pressing against a wire, a wire drive device that conveys the film to which the wire member is connected by the power roller and the compression roller, and simplifies the drive mechanism of the wire member, and using the same. A haptic presentation device has been proposed (see Patent Document 1).
[0004]
That is, conventionally, the operability when a person performs an operation, a work, an operation, or the like on an operation target of a device such as a car or a door is quantitatively evaluated by physical quantities such as force, torque, acceleration, and position. There is a technical field of "haptics" (related to tactile sensation) (haptics: tactile science), that is, a technical field in which a sensation, a tactile sensation, and a force sensation when a person performs some action are quantitatively evaluated. Such devices and devices that reproduce the sensations and feelings received by a person are collectively referred to as a haptic interface or haptic device.
[0005]
As a force sense in this case, for example, a collision feeling which is a feeling felt by a reaction force bouncing when the door is closed with a vigor, a click feeling which is a feeling that can be recognized as pressing the shutter when pressing the shutter of the camera, a floor feeling. There is a sense of resistance (friction), which is a sense of resistance to movement due to the sense of weight felt when a person pushes and slides a placed cardboard or the like.
[0006]
In the manufacturing method without prototype, conventionally, an output is generated by an electric motor such as a motor to reproduce the operation of the designed mechanism.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional manufacturing method without a prototype, since an output is generated by an electric motor such as a motor and the operation of the designed mechanism is reproduced in the related art, there are the following problems.
[0008]
That is, it is difficult to reproduce a phenomenon with a large acceleration, such as a sense of collision, only by the output from the motor. In this case, even if an attempt is made to express a sense of collision by increasing the control gain of the motor to the limit, vibration occurs and control becomes unstable.
[0009]
In addition to the control of only the motor, there has conventionally been a mechanical lock system using a pin or the like. In this mechanical lock system, it is possible to reproduce a sense of collision at a fixed place. However, when trying to reproduce various designs, it is highly likely that the place where the sense of collision is desired differs for each design. In the mechanical lock method, it is very difficult to change the lock position. In this case, it is considered that if the torque of a force generating device such as a motor is increased, the acceleration at the time of a collision can be expressed. However, to increase the torque, the motor itself becomes large, and the inertia of the motor increases. Therefore, it is difficult to reduce the backdrivability necessary to reproduce the operation of the mechanism.
[0010]
Furthermore, it is difficult to express the same inertia of a mechanism that performs the same operation as an actual mechanism using an output generating device using a motor. In particular, in order to express the inertia of a heavy object, it is necessary to operate the motor with a gain different from the optimal gain for operating the motor, and depending on the gain setting, an unstable state such as oscillation may occur.
[0011]
Similarly, regarding the texture such as friction, unevenness, or roughness at the contact portion between the operating part and the support mechanism due to the difference in the material and mass of the mechanism and the material of the support mechanism when performing the operation, etc. The higher the speed of the moving object performing the fineness and operation, the more difficult it is to generate a force with a driving device such as a motor.
[0012]
Therefore, the present invention detects the operation content of the operation means, generates a force corresponding to the operation content, transmits the force to the operation means via the transmission means, and generates an operation feeling in the operation means. The purpose of this is to provide a sensory presentation device that can express and evaluate the real thing in a virtual world without making a prototype, and can reduce the cost, period, and raw materials required for the prototype. I have.
[0013]
Specifically, according to the first aspect of the present invention, when a human being can operate at an arbitrary speed by applying force and is moved in a predetermined direction, an operation feeling corresponding to the moving operation is performed. When the operation means is generated, the operation force on the operation means is detected by the force detection means, and the acceleration of the movement of the operation means when the operation means is moved is detected by the acceleration detection means. The position of the operating means is detected by the position detecting means, and the control means is connected to the operating means via the transmitting means, and controls the force generating means to generate an operability in the operating means via the transmitting means. By driving the operation means based on the operation contents of the means and generating an operation feeling corresponding to the moving operation of the operation means on the operation means via the transmission means, the operator can perform the actual operation without creating a prototype. The same force as the object And be able to feel the operation feeling such as a touch through operating means, to allow evaluation, and its object is to provide cost of trial period, the sensation presentation device capable of reducing the raw material.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the operating means is disposed so as to be slidable in one predetermined direction, and the control means controls the force generating means based on the detection results of the force detecting means, the acceleration detecting means and the position detecting means. , By operating the operating means via the transmitting means, the operating feeling corresponding to the sliding operation position, the sliding operating force, and the sliding acceleration of the sliding operation of the operating means, thereby operating the linearly moving operation object. The present invention provides a sensation presentation device capable of allowing the user to feel and evaluate the operation feeling such as touch and feel through operation means, and reducing the cost, period, and raw materials required for trial production of an operation object that slides. It is aimed at.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, the transmission means includes a movable portion which is movable in accordance with the force generated by the force generation means and transmits the force to the operation means, and the movable portion of the transmission means is pinched. A sudden change reproducing means for performing a sudden change in the force acting on the operating means by performing a narrowing operation to perform the opening and closing operations to release the narrowing of the movable portion, and the control means operates the sudden change reproducing means. Control to generate abrupt force fluctuations in the operating means, so that the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the force generating means is expressed by the sudden change reproducing means, so that the actual operational feeling can be further felt. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can perform the sensation.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, the sudden change reproducing means is a piezoelectric actuator which performs a holding operation and an opening operation of the movable portion of the transmitting means by the operation of the piezoelectric element, and is generated by the force generating means with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that expresses an acceleration at the time of a collision equal to or more than a torque and that allows the user to feel the actual operation feeling at a lower cost.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, the sudden change reproducing means is a pneumatic actuator which performs a holding operation and an opening operation of the movable portion of the transmission means by the operation of air in the air cylinder, so that the force generating means has a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that expresses an acceleration at the time of a collision equal to or higher than the torque generated by the sensation, and that allows the user to feel the actual operation feeling at a low cost.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, the transmission means includes a movable part which is movable in accordance with the force generated by the force generation means and transmits the force to the operation means, and acts on the movable part of the transmission means. An inertia generating means for applying a force in the moving direction of the operating means, and a control means for controlling an operation of the inertial generating means to generate an inertia in the operating means, thereby adjusting a control gain of the force generating means to an optimum gain. In addition to stably generating force, it acts on the movable part of the transmission means and applies force in the direction in which the operating means is operating, so that the inertia that you want to express while ensuring stable operation is appropriately expressed It is another object of the present invention to provide a sensation presentation device that can more stably feel the actual operation feeling.
[0019]
The invention according to
[0020]
In the invention according to claim 8, the inertia generating means is provided with a driving roller capable of rotating and stopping at an arbitrary speed, and a movable transmission means disposed between the driving roller and the driving roller. A driven roller capable of pinching the movable portion, and a roller pinching mechanism for pinching the movable portion and opening the pinch by the driven roller and the driven roller. By controlling the holding of the movable part by the mechanism, the opening of the holding, and the rotation of the drive roller to generate inertia in the operating means, the control gain of the force generating means is set to the optimum gain and the force is stably set. And applying force in the direction in which the operating means is operating by acting on the movable part of the transmission means, thereby more appropriately expressing the inertia desired to be expressed while ensuring stable operation, and stably Feel the actual operation feeling It is an object of the present invention to provide a sense presentation device that can be.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, the force generating means includes an output shaft for outputting the force generated in the transmission means, and the inertial generating means is provided with a force for applying a force to the output shaft portion of the force generating means. A force applying means for performing an applying operation and an applying force canceling operation for canceling the force is provided, and the control means controls the operation of the force applying means to generate inertia in the operating means, thereby generating a force. By setting the control gain of the means to the optimum gain and generating a stable force, and by acting on the movable part of the transmission means and applying a force in the direction in which the operating means is operating, the stable operation is ensured. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can more appropriately express the inertia to be expressed and can more stably feel the actual operation feeling.
[0022]
The invention according to
[0023]
According to an eleventh aspect of the present invention, the force applying means is an electrorheological fluid actuator that performs a force applying operation for applying a force to an output shaft portion by changing a viscosity by energizing and an applying force canceling operation for canceling the force. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can appropriately express inertia to be expressed while ensuring stable operation with a simple configuration, and that can more stably feel the actual operation feeling at a low cost. .
[0024]
According to a twelfth aspect of the present invention, the transmission means includes a movable part which is movable in accordance with the force generated by the force generation means and transmits the force to the operation means, and acts on the movable part of the transmission means. The moving means in the direction perpendicular to the moving direction of the operating means. The controlling means controls the operation of the moving means in the orthogonal direction so that the operating means has a sense of unevenness or the like. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can perform texture expression of an area that cannot be expressed by the force generating means by generating the sensation, and can further feel the actual operation feeling.
[0025]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the orthogonal direction moving force generating means is a cam mechanism that converts a rotating operation into a linear operation and moves the movable part of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that moves a movable portion at a high speed to more appropriately perform texture expression in an area that cannot be represented by a force generating unit, and that allows a user to feel the actual operation feeling even more.
[0026]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the orthogonal direction moving force generating means is a piezoelectric actuator that operates the movable part of the transmission means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means by energization, so that the movable part can be further accelerated. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can perform a movement operation to more appropriately perform texture expression in an area that cannot be expressed by a force generation unit, and can further sense an actual operation feeling.
[0027]
According to a fifteenth aspect of the present invention, the orthogonal direction moving force generating means is a linear motor actuator using a linear motor that operates the movable part of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means by energizing, thereby increasing the speed. It is an object of the present invention to provide a sensation presentation device that can more appropriately perform texture expression in an area that cannot be expressed by a force generation unit by moving a movable unit to perform a movement operation.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In the sensation presentation device according to the first aspect of the present invention, the operation means that can be operated by a person at an arbitrary speed by applying a force is arranged so as to be movable in a predetermined direction, and when the operation means is moved, the movement is performed. What is claimed is: 1. A sensation presentation device that causes an operation feeling corresponding to an operation to be generated by the operation means, wherein force detection means for detecting an operation force on the operation means, and movement of the operation means when the operation means is moved Acceleration detecting means for detecting the acceleration of the operating means, position detecting means for detecting the position of the operating means, and a transmitting means connected to the operating means to generate an operational feeling in the operating means via the transmitting means. When the force generation means and the operation means are moved, the force generation means is driven based on the detection results of the force detection means, the acceleration detection means and the position detection means, and the movement operation of the operation means is performed. Correspondence That a control means for generating said operation means the operation feeling through said transmission means, due to the provision of the, have achieved the above objects.
[0029]
According to the above configuration, when the operating means that can be operated at an arbitrary speed by applying a force by a human and is movable in a predetermined direction is moved, an operation feeling corresponding to the moving operation is generated in the operating means. At this time, the operating force on the operating means is detected by the force detecting means, the acceleration of the movement of the operating means when the operating means is moved is detected by the acceleration detecting means, and the position of the operating means is detected. Means for detecting, by the control means, a force generating means coupled to the operating means via the transmitting means to generate an operational feeling in the operating means via the transmitting means based on the operation content of the operating means When driven, an operation feeling corresponding to the moving operation of the operation means is generated in the operation means via the transmission means, so that the operator can use the same force and feeling as the actual operation target without creating a prototype. Operation feeling As can feel through, it is possible to allow evaluation, it is possible to reduce cost of trial period, the raw material.
[0030]
In this case, for example, as described in
[0031]
According to the above configuration, the operation means is disposed so as to be slidable in one predetermined direction, and the control means performs an operation on the force generation means based on the detection results of the force detection means, the acceleration detection means and the position detection means. Since the operating means generates an operational feeling according to the sliding operation position, the sliding operating force and the sliding acceleration of the sliding operation of the means via the transmitting means, the force and the feeling when operating the linearly operated operation object, etc. The user can feel the operation feeling through the operation means to be able to evaluate the operation feeling, and it is possible to reduce the cost, the period, and the raw material required for the trial production of the operation object that slides.
[0032]
In addition, for example, as described in
[0033]
According to the above configuration, the transmission unit includes a movable unit that is movable in accordance with the force generated by the force generation unit and transmits the force to the operation unit. A sudden change reproducing means for performing a holding operation and an opening operation for releasing the holding of the movable part to generate a sudden change in the force acting on the operating means, and the control means controls the operation of the sudden change reproducing means. Then, a sudden change in force is generated in the operating means, so that the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the force generating means can be expressed by the sudden change reproducing means, and the actual operational feeling can be further felt. it can.
[0034]
Further, for example, as set forth in claim 4, the sudden change reproducing unit may be a piezoelectric actuator that performs a holding operation and an opening operation of the movable portion of the transmission unit by an operation of a piezoelectric element.
[0035]
According to the above configuration, the sudden change reproduction unit is a piezoelectric actuator that performs the holding operation and the opening operation of the movable portion of the transmission unit by the operation of the piezoelectric element. The acceleration at the time of the collision can be expressed, and the actual operational feeling can be felt more inexpensively.
[0036]
Further, for example, as set forth in
[0037]
According to the above configuration, the sudden change reproducing unit is a pneumatic actuator that performs the holding operation and the opening operation of the movable portion of the transmission unit by the operation of the air in the air cylinder. Acceleration at the time of collision exceeding the torque can be expressed, and the actual operation feeling can be further felt at a low cost.
[0038]
Further, for example, as described in
[0039]
According to the above configuration, the transmission unit is provided with a movable unit that is movable in accordance with the force generated by the force generation unit and transmits the force to the operation unit, and operates by operating on the movable unit of the transmission unit. Inertial generating means for applying a force in the moving direction of the means is provided, and the control means controls the operation of the inertial generating means to generate inertia in the operating means, so that the control gain of the force generating means is set to an optimum gain. In addition to being able to generate a stable and stable force, it acts on the movable part of the transmission means and applies force in the direction in which the operating means is operating, so that the inertia that you want to express while ensuring stable operation is appropriately expressed It is possible to more stably feel the actual operation feeling.
[0040]
Further, for example, as set forth in
[0041]
According to the above configuration, the inertial generating means includes a holding piezoelectric actuator that performs a holding operation for holding the movable portion of the transmission unit by the operation of the piezoelectric element and an opening operation for opening the holding of the movable portion, A holding position variable actuator, to which the holding piezoelectric actuator is attached, and which sequentially changes a holding position of the movable portion by the holding piezoelectric actuator in a moving direction of the movable portion. Since the operation of the piezoelectric actuator and the holding position variable actuator is controlled to generate inertia in the operation means, the control gain of the force generation means can be set to the optimum gain and the force can be generated stably. By acting on the movable part of the transmission means and applying a force in the direction in which the operating means is operating, the inertia desired to be expressed while ensuring stable operation is more appropriately expressed. It can be, you can feel the more actual operational feeling more stable.
[0042]
Further, for example, as set forth in claim 8, the inertia generating means includes a driving roller capable of rotating and stopping at an arbitrary speed, and a driving roller disposed opposite to the driving roller and provided with the driving roller. A driven roller capable of holding the movable portion of the transmission means therebetween, and a roller holding mechanism for holding and opening the held portion by the drive roller and the driven roller. The means may control the holding of the movable portion by the roller holding mechanism and the release of the holding and the rotation operation of the drive roller to generate inertia in the operating means.
[0043]
According to the above configuration, the inertia generating means is provided with a drive roller that can be rotationally driven and stopped at an arbitrary speed, and a movable portion of the transmission means disposed between the drive roller and the drive roller, which is disposed to face the drive roller. A driven roller, and a roller holding mechanism for holding and opening the movable portion by the driving roller and the driven roller. Since the holding of the movable portion and the opening of the holding and the rotation of the drive roller are controlled to generate inertia in the operating means, the control gain of the force generating means is set to the optimum gain to stably generate the force. By applying a force in the direction in which the operating means is operating by acting on the movable part of the transmission means, the inertia desired to be expressed while ensuring stable operation can be more appropriately expressed, and And more actual operation You can feel.
[0044]
Further, for example, as described in claim 9, the force generating means includes an output shaft for outputting the generated force to the transmission means, and the inertia generating means includes an output shaft portion of the force generating means. And a force applying unit for performing a force applying operation for applying a force to the device and a force canceling operation for canceling the force. The control unit controls the operation of the force applying unit to generate inertia in the operation unit. It may be something.
[0045]
According to the above configuration, the force generating means includes an output shaft for outputting the force generated in the transmission means, and the inertial generating means applies a force to the output shaft portion of the force generating means. And a force applying means for performing an applying force canceling operation for canceling the force. The control means controls the operation of the force applying means to generate inertia in the operating means. A stable force can be generated by setting the gain to the optimum gain, and a stable operation is ensured by applying a force in the direction in which the operating means is operating by acting on the movable part of the transmission means. The inertia to be expressed can be more appropriately expressed, and the actual operation feeling can be more stably felt.
[0046]
Further, for example, as described in
[0047]
According to the configuration described above, the force applying means is a piezoelectric actuator that performs a force applying operation of applying a force to the output shaft portion by energization and a piezoelectric force canceling operation of canceling the force. The inertia desired to be expressed can be appropriately expressed while securing, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0048]
Further, for example, as described in
[0049]
According to the above configuration, the force applying means is an electrorheological fluid actuator that performs a force applying operation of applying a force to the output shaft portion by changing the viscosity by energization and an applying force canceling operation of canceling the force. With such a configuration, the inertia desired to be expressed can be appropriately expressed while ensuring stable operation, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0050]
Further, for example, as described in
[0051]
According to the above configuration, the transmission unit is provided with a movable unit that is movable in accordance with the force generated by the force generation unit and transmits the force to the operation unit, and operates by operating on the movable unit of the transmission unit. It is provided with orthogonal direction moving force generating means for moving in a direction orthogonal to the moving direction of the means, and the control means controls the operation of the orthogonal direction moving force generating means to generate a feeling of unevenness or the like on the operating means. Therefore, it is possible to express a texture in an area that cannot be expressed by the force generating means, so that an actual operation feeling can be further felt.
[0052]
Further, for example, as described in claim 13, the orthogonal direction moving force generating means converts a rotating operation into a linear operation and moves the movable portion of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means. It may be a cam mechanism that causes the cam mechanism.
[0053]
According to the above configuration, the orthogonal moving force generating means is a cam mechanism that converts the rotating operation into a linear operation and moves the movable portion of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means. By moving the unit, the texture expression of the area that cannot be expressed by the force generating means can be performed more appropriately, and the actual operation feeling can be further felt.
[0054]
Furthermore, for example, as described in claim 14, the orthogonal direction moving force generating means may be a piezoelectric actuator that operates the movable portion of the transmission means in a direction orthogonal to the movement direction of the operation means by energization. Good.
[0055]
According to the above configuration, since the orthogonal direction moving force generating means is a piezoelectric actuator that operates the movable part of the transmission means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means by energizing, the moving part is moved at a higher speed. Thus, the texture expression of the area that cannot be expressed by the force generating means can be performed more appropriately, and the actual operation feeling can be further felt.
[0056]
Further, for example, as described in
[0057]
According to the above configuration, the orthogonal movement force generating means is a linear motor actuator using a linear motor that operates the movable part of the transmission means in a direction orthogonal to the movement direction of the operation means by energization. Can be moved to perform the texture expression of the area that cannot be expressed by the force generating means more appropriately, and the actual operation feeling can be further felt.
[0058]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, and therefore, various technically preferred limitations are added. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. The embodiments are not limited to these embodiments unless otherwise specified.
[0059]
FIGS. 1 to 3 are diagrams showing a first embodiment of a sensation presentation device according to the present invention, and this embodiment corresponds to
[0060]
FIG. 1 is a perspective view of a
[0061]
In FIG. 1, in a
[0062]
An operation unit (operation means) 5 as an operation target operated by the operator is fixed to the transmission belt 4 above the transmission belt 4, and the
[0063]
The
[0064]
An output shaft of a drive motor (force generating means) 10 is connected to a drive shaft 2 a of the
[0065]
The
[0066]
The control unit 30 includes a motor driver 31, a
[0067]
An acceleration signal when the
[0068]
The encoder board 35 receives a position detection signal from the position detection head 8 of the linear encoder 9 and a drive signal of the motor driver 31, and converts the position detection signal and the drive signal into signals that can be processed by the
[0069]
The
[0070]
That is, when the operator holds the
[0071]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The
[0072]
In the following description, it is assumed that the actual operation of the
[0073]
When the operator holds the grip 5a of the
[0074]
For example, when the
{Circle around (1)} When the paper feed tray is pulled out, the sense of collision when the paper feed tray is pulled out is expressed as a collision force by a model that collides against a wall. Therefore, the
{Circle around (2)} The
{Circle around (3)} When the paper feed tray is set, the
[0075]
Then, in order to perform control for generating such a force, the
[0076]
Therefore, the
[0077]
As the physical model formula, for example, the following known formula can be used.
[0078]
The
[0079]
(Equation 1)
The
[0080]
(Equation 2)
Further, the following
[0081]
[Equation 3]
That is, as shown in FIG. 3, when the operator performs an operation while holding the grip 5 a of the
[0082]
Next, the
[0083]
Then, the
[0084]
As described above, the
[0085]
Therefore, it is possible to allow the operator to feel the same operational feeling as the actual operation target, such as force and feel, through the
[0086]
In the
[0087]
Therefore, an operation feeling such as a force or a touch when the operation object that moves linearly is operated can be felt through the
[0088]
FIGS. 3 and 4 are diagrams showing a second embodiment of the sensation presentation apparatus according to the present invention, and this embodiment corresponds to
[0089]
Note that the present embodiment is applied to a sensation presentation device similar to the
[0090]
This embodiment realizes a sense of a sudden stop operation having a large acceleration such as a sense of collision and a high-speed operation and a high propulsion operation. In FIG. 3, the
[0091]
The collision reproducing mechanism (rapid change reproducing means) 41 is disposed below the transmission belt 4 and substantially in the middle of the driving
[0092]
The
[0093]
Then, in the
[0094]
That is, the
[0095]
Further, when realizing a high-speed operation or a high thrust operation, the
[0096]
In addition, as the collision reproducing mechanism, not only the one using the piezoelectric element shown in FIG. 3 or FIG. 4 but also, for example, an air cylinder is used like the
[0097]
That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the air
[0098]
Also in this case, the
[0099]
As described above, the
[0100]
Therefore, the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the
[0101]
Further, in the
[0102]
Therefore, with a simple configuration, the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the
[0103]
Further, in the
[0104]
Therefore, with a simple configuration, the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the
[0105]
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a third embodiment of the sensation presentation device according to the present invention. This embodiment corresponds to
[0106]
Note that the present embodiment is applied to a sensation presentation device similar to the
[0107]
In the present embodiment, a force is applied in the operation direction to reproduce the inertia such as the weight of the operation portion when the operator performs the operation.
[0108]
That is, as shown in FIG. 7, the
[0109]
As the sliding direction thrust generating
[0110]
As the
[0111]
Then, the
[0112]
That is, when the
[0113]
The inertia reproducing mechanism is not limited to the one using the piezoelectric actuator, but may be one using a pneumatic actuator using an air cylinder as shown in FIGS. 5 and 6. As shown in FIG. 8, a compression release roller may be used.
[0114]
That is, as shown in FIG. 8, the inertia
[0115]
Then, under the control of the
[0116]
Accordingly, the
[0117]
As described above, the
[0118]
Therefore, by setting the control gain of the
[0119]
In addition, the
[0120]
Therefore, by setting the control gain of the
[0121]
Further, the sensation presentation device 70 of the present embodiment includes a drive roller 75 capable of rotating and stopping the
[0122]
Therefore, by setting the control gain of the
[0123]
9 and 10 are diagrams showing a fourth embodiment of the sensation presentation device according to the present invention, and this embodiment corresponds to claims 9 to 11.
[0124]
Note that the present embodiment is applied to a sensation presentation device similar to the
[0125]
In the present embodiment, a force is applied in the operation direction to reproduce the inertia such as the weight of the operation portion when the operator performs the operation.
[0126]
That is, as shown in FIGS. 9 and 10, in the
[0127]
As the holding
[0128]
Then, in the
[0129]
That is, when realizing the feeling of inertia, the
[0130]
At this time, the holding
[0131]
The inertial reproduction mechanism is not limited to the piezoelectric actuator using the piezoelectric element shown in FIGS. 9 and 10, but may be an electrorheological
[0132]
That is, by attaching the electrorheological
[0133]
As described above, in the
[0134]
Therefore, by setting the control gain of the
[0135]
In addition, the
[0136]
Therefore, with a simple configuration, the inertia to be expressed can be appropriately expressed while ensuring stable operation, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0137]
Further, the
[0138]
Therefore, with a simple configuration, the inertia to be expressed can be appropriately expressed while ensuring stable operation, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0139]
FIGS. 12 to 15 are diagrams showing a fifth embodiment of the sensation presentation apparatus according to the present invention, and this embodiment corresponds to
[0140]
Note that the present embodiment is applied to a sensation presentation device similar to the
[0141]
In the present embodiment, the transmission belt 4 is moved in a direction orthogonal to the operation direction of the
[0142]
That is, in FIG. 12, when the
[0143]
As the unevenness reproducing mechanism (orthogonal direction moving force generating means), specifically, for example, as shown in FIG. 13,
[0144]
That is, in the
[0145]
The
[0146]
Then, as described above, when the
[0147]
In FIG. 13, the
[0148]
That is, in FIG. 14, the
[0149]
When the
[0150]
In this case as well, when the
[0151]
As the unevenness reproducing mechanism (orthogonal direction moving force generating means),
[0152]
That is, in FIG. 15, the
[0153]
In this case as well, when the
[0154]
As described above, the
[0155]
Therefore, texture expression of an area that cannot be expressed by the
[0156]
In addition, in the
[0157]
Therefore, by moving the transmission belt 4 at a high speed, the texture expression in the area that cannot be expressed by the
[0158]
Further, the
[0159]
Therefore, by moving the transmission belt 4 at a higher speed, the texture expression in the area that cannot be expressed by the
[0160]
Further, in the
[0161]
Therefore, by moving the transmission belt 4 at a high speed, the texture expression in the area that cannot be expressed by the
[0162]
As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.
[0163]
【The invention's effect】
According to the sensory presentation device of the first aspect of the present invention, when the operation means that can be operated at an arbitrary speed by applying a force by a person and is movable in a predetermined direction is moved, an operation corresponding to the movement operation is performed. When generating a feeling in the operation means, the operation force on the operation means is detected by the force detection means, and the acceleration of the movement of the operation means when the operation means is moved is detected by the acceleration detection means, The position of the operating means is detected by the position detecting means, and the control means is connected to the operating means via the transmitting means, and the force generating means for generating an operational feeling in the operating means via the transmitting means, The operating means is driven based on the operation contents of the operating means, and an operating feeling corresponding to the moving operation of the operating means is generated in the operating means via the transmitting means, so that the operator can perform the actual operation without creating a prototype. Force similar to the object And be able to feel the operation feeling such as a feeling through operating means, can allow evaluation, it is possible to reduce cost of trial period, the raw material.
[0164]
According to the sensory presentation device of the second aspect of the present invention, the operation means is arranged so as to be slidable in one predetermined direction, and the control means is configured to perform the operation based on the detection results of the force detection means, the acceleration detection means and the position detection means. Then, the force generating means causes the operating means to generate an operational feeling according to the sliding operation position, the sliding operating force, and the sliding acceleration of the sliding operation of the operating means via the transmitting means, so that the operation target that moves linearly is operated. The operation feeling such as the force and feel when the operation is performed can be felt through the operation means, so that the operation can be evaluated, and the cost, period, and raw materials required for the trial production of the operation object that slides can be reduced. be able to.
[0165]
According to the sensation presentation device of the third aspect of the present invention, the transmission unit includes a movable unit that is movable in accordance with the force generated by the force generation unit and transmits the force to the operation unit. Performing a narrowing operation for nipping the movable part and an opening operation for releasing the navigating of the movable part, and providing a sudden change reproducing means for generating a sudden change in the force acting on the operating means, and the control means, Since the operation of the sudden change reproducing means is controlled to cause a sudden change in force in the operating means, the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the force generating means can be expressed by the sudden change reproducing means, and furthermore. You can feel the actual operation feeling.
[0166]
According to the sensory presentation device of the fourth aspect of the present invention, since the sudden change reproducing means is a piezoelectric actuator that performs the holding operation and the opening operation of the movable portion of the transmitting means by the operation of the piezoelectric element, the force can be reduced with a simple configuration. Acceleration at the time of a collision equal to or higher than the torque generated by the generating means can be expressed, and the actual operation feeling can be felt more inexpensively.
[0167]
According to the sensation presentation device of the fifth aspect of the present invention, the sudden change reproducing means is a pneumatic actuator that performs the holding operation and the opening operation of the movable portion of the transmission means by the operation of the air in the air cylinder, so that the simple configuration is provided. Thus, the acceleration at the time of collision exceeding the torque generated by the force generating means can be expressed, and the actual operation feeling can be felt more inexpensively.
[0168]
According to the sensation presentation device of the invention described in
[0169]
According to the sensation presentation device according to the seventh aspect of the present invention, the inertia generating means performs the holding operation of holding the movable part of the transmission means by the operation of the piezoelectric element and the opening operation of opening the holding of the movable part. A holding piezoelectric actuator, and a holding position variable actuator to which the holding piezoelectric actuator is attached and which sequentially changes the holding position of the movable portion by the holding piezoelectric actuator in the moving direction of the movable portion. Since the control means controls the operation of the holding piezoelectric actuator and the holding position variable actuator to generate inertia in the operation means, the control gain of the force generation means is set to an optimum gain and the force is stably set. Can be generated, and by acting on the movable part of the transmission means and applying force in the direction in which the operation means is operating, the expression is achieved while ensuring stable operation. It is possible to more adequately represent the inertia, you can feel the more actual operational feeling more stable.
[0170]
According to the sensation presentation device of the invention described in claim 8, the inertia generating means includes a drive roller that can be rotationally driven and stopped at an arbitrary speed, and a drive roller that is disposed to face the drive roller and is connected to the drive roller. A driven roller capable of holding the movable portion of the transmission means therebetween, and a roller holding mechanism for holding and opening the held portion by the drive roller and the driven roller; However, since the roller holding mechanism controls the holding and opening of the movable portion by the roller holding mechanism and the rotation of the drive roller to generate inertia in the operating means, the control gain of the force generating means is set to an optimum gain. Force can be generated stably, and by applying a force in the direction in which the operating means is operating by acting on the movable part of the transmission means, the inertia that you want to express while ensuring stable operation is more appropriate Can be expressed as cheap You can feel the more actual operational feeling more and.
[0171]
According to the sensation presentation device of the ninth aspect, the force generating means includes an output shaft for outputting the force generated in the transmitting means, and the inertia generating means is provided on the output shaft portion of the force generating means. And a force applying unit for performing a force applying operation for applying a force to the vehicle and a force canceling operation for canceling the force. The control unit controls the operation of the force applying unit to generate inertia in the operation unit. Therefore, it is possible to stably generate a force by setting the control gain of the force generating means to the optimum gain, and to apply a force in a direction in which the operating means is operating by acting on the movable part of the transmission means. Thus, it is possible to more appropriately express the inertia desired to be expressed while securing stable operation, and to more stably feel the actual operation feeling.
[0172]
According to the sensation presentation device of the tenth aspect of the present invention, since the force applying means is a piezoelectric actuator that performs a force applying operation of applying a force to the output shaft portion by energization and an applying force canceling operation of canceling the force, With a simple configuration, the inertia to be expressed can be appropriately expressed while ensuring stable operation, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0173]
According to the sensation presentation device of the eleventh aspect of the present invention, the force applying means performs an electric force applying operation for applying a force to the output shaft portion by changing the viscosity by energization and an applying force canceling operation for canceling the force. Since the viscous fluid actuator is used, the inertia desired to be expressed can be appropriately expressed with a simple configuration while ensuring stable operation, and the actual operation feeling can be felt more stably at low cost.
[0174]
According to the sensation presentation device of the twelfth aspect of the present invention, the transmission means includes a movable portion which is movable in accordance with the force generated by the force generation means and transmits the force to the operation means. Orthogonal moving force generating means for acting on the movable part of the operating means and moving the operating means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means, wherein the control means controls the operation of the orthogonal moving force generating means, and Since the sensation of unevenness or the like is generated by the means, it is possible to express a texture in an area that cannot be expressed by the force generating means, and it is possible to further feel the actual operation feeling.
[0175]
According to the sensation presentation apparatus of the present invention, the orthogonal direction moving force generating means converts the rotational motion into a linear motion and moves the movable portion of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means. Because of the mechanism, the movable portion can be moved at a high speed to more appropriately perform texture expression in an area that cannot be expressed by the force generating means, so that an actual operation feeling can be further felt.
[0176]
According to the sensation presentation apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention, the orthogonal direction moving force generating means is a piezoelectric actuator that operates the movable portion of the transmitting means in a direction orthogonal to the moving direction of the operating means by energizing. By moving the movable portion at a high speed, texture expression of an area that cannot be expressed by the force generating means can be performed more appropriately, and a more actual operation feeling can be felt.
[0177]
According to the sensation presentation device of the present invention, a linear motor actuator using a linear motor that operates a movable portion of a transmission means in a direction orthogonal to a movement direction of an operation means by energizing the orthogonal movement force generation means. Therefore, the movable portion can be moved at a high speed, and the texture expression of the area that cannot be expressed by the force generating means can be performed more appropriately, so that the actual operation feeling can be further felt.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a sense presentation device to which a first embodiment of a sense presentation device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram of a main part of the sensory presentation device of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing a sensation presentation process by the sensation presentation device of FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a sensation presentation device to which a second embodiment of the sensation presentation device of the present invention is applied.
FIG. 5 is an enlarged perspective view of a collision reproducing mechanism of the sensory presentation device of FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view of a main part of another example of the sensation presentation device of FIG. 4;
FIG. 7 is an enlarged perspective view of the compressed air actuator part of FIG. 6;
FIG. 8 is an enlarged perspective view of an inertial reproduction mechanism section of a sensation presentation device to which a third embodiment of the sensation presentation device of the present invention is applied.
FIG. 9 is an enlarged perspective view of another example of the inertial reproduction mechanism shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a perspective view of a main part of a sense presenting device to which a fourth embodiment of the sense presenting device of the present invention is applied.
FIG. 11 is an enlarged perspective view of an inertial reproduction mechanism of the sensory presentation device of FIG. 10;
FIG. 12 is an enlarged perspective view of another example of the inertial reproduction mechanism section of the inertial presentation device of FIG. 10;
FIG. 13 is a perspective view of a main part of a sense presentation device to which a fifth embodiment of the sense presentation device of the present invention is applied.
FIG. 14 is a perspective view of a main part of the sensation presentation device using a cam mechanism as the unevenness reproduction mechanism of the sensation presentation device of FIG. 13;
FIG. 15 is a perspective view of a main part of a sensation presentation device using a piezoelectric actuator as the unevenness reproduction mechanism of the sensation presentation device of FIG. 13;
FIG. 16 is a perspective view of a main part of a sensation presentation device using a linear motor as the unevenness reproduction mechanism of the sensation presentation device of FIG. 13;
[Explanation of symbols]
1 Sense presentation device
2 Drive roller
2a Drive shaft
3 driven rollers
3a driven shaft
4 Transmission belt
5 Operation section
5a gripper
6 6-axis force sensor
7 acceleration sensor
8 Position detection head
9 Linear encoder
10 Drive motor
20 Body
30 control unit
31 Motor driver
32 Control computer
33 Force sensor receiver board
34 AD / DA conversion board
35 Encoder board
40 Sensory presentation device
41 Collision Reproduction Mechanism
42 Multilayer piezoelectric element
50 Sensory presentation device
51 Pneumatic actuator
52 Air cylinder holding part
60 Sensory presentation device
61 Inertial Reproduction Mechanism
62 arm
63 Slide direction thrust generator
64 sandwiching part
71 Inertial Reproduction Mechanism
72 prop
73 Drive roller compression arm
74 driven roller compression arm
75 drive roller
76 driven roller
80 Sensory presentation device
81 Inertial Reproduction Mechanism
82 arm
83 Narrow part
85 Electro-rheological fluid actuator
90 Sensory presentation device
91, 92 Cam mechanism
94,95 Piezoelectric actuator
96, 97 linear motor actuator
96a, 97a drive arm
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003073358A JP4383759B2 (en) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | Sensory presentation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003073358A JP4383759B2 (en) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | Sensory presentation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004278733A true JP2004278733A (en) | 2004-10-07 |
JP4383759B2 JP4383759B2 (en) | 2009-12-16 |
Family
ID=33289273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003073358A Expired - Fee Related JP4383759B2 (en) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | Sensory presentation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4383759B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008026795A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Yamaha Corp | Operator and musical sound control device |
JP2009281415A (en) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Toyota Motor Corp | Power transmitting device |
JP2011059862A (en) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | National Institute Of Information & Communication Technology | Non-grounded inner force sense presentation device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101824085B1 (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-31 | 인하대학교 산학협력단 | Linear actuatable magneto-rheological fluid clutch |
-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003073358A patent/JP4383759B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008026795A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Yamaha Corp | Operator and musical sound control device |
JP2009281415A (en) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Toyota Motor Corp | Power transmitting device |
JP2011059862A (en) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | National Institute Of Information & Communication Technology | Non-grounded inner force sense presentation device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4383759B2 (en) | 2009-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sinclair et al. | Capstancrunch: A haptic vr controller with user-supplied force feedback | |
JP7366961B2 (en) | Method and device for driving illusionary tactile force sense | |
Choi et al. | Grabity: A wearable haptic interface for simulating weight and grasping in virtual reality | |
CN104107539B (en) | The game station of trigger is enabled with sense of touch | |
Hasser et al. | Tactile feedback with adaptive controller for a force-reflecting haptic display. 1. Design | |
Shimoga | Finger force and touch feedback issues in dexterous telemanipulation | |
US20200066117A1 (en) | Haptic Information Presentation System | |
EP3776145B1 (en) | Haptic controller | |
JP2020134891A (en) | Pedal simulator and drive simulator | |
JP5352813B2 (en) | Non-grounding type haptic device | |
JP2004278733A (en) | Feeling presenting device | |
JP2007026297A (en) | Vibration controller, temperature controller and movement controller | |
Hayward | Survey of haptic interface research at McGill University | |
WO2021155689A1 (en) | Slip sense simulation device and control system | |
US10901451B2 (en) | Input device | |
JP5238626B2 (en) | Sensory presentation device | |
Melli-Huber et al. | Electro-rheological fluidic actuators for haptic vehicular instrument controls | |
JP2794087B2 (en) | Computer design support system | |
JP4488841B2 (en) | Virtual spring system | |
JP7004549B2 (en) | Exercise training device | |
KR20210115263A (en) | Electronic Brake Pedal and Control Method for the Same | |
Gonzalez-Franco et al. | Taxonomy of Hand-Object Haptics for Virtual Reality | |
Choi | Handheld Haptic Feedback for Grasping in Virtual Reality | |
JP7071820B2 (en) | Exercise training device | |
WO2023210769A1 (en) | Input unit, input device, and system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060120 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090407 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090608 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090721 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090806 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090915 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090924 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |