JP2012221074A - 操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザ等による加圧力の検出精度を向上させることができる操作装置を提供すること。
【解決手段】本技術に係る操作装置は、基体と、センシングユニットと、複数のプレートと、駆動機構とを具備する。前記基体は、表面を有する。前記センシングユニットは、前記基体の前記表面の少なくとも一部を区画する複数の領域に設定された３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧検出領域を含む。前記複数のプレートは、前記複数の領域にそれぞれ対応して配置され、前記表面の前記少なくとも一部を覆うように設けられている。前記駆動機構は、前記センシングユニットの検出により生成される信号に基づき、前記複数のプレートを駆動する。
【選択図】図２

Description

本技術は、ユーザに操作される操作装置であって、ユーザの操作に応じて触覚を得ることができる操作装置に関する。
特許文献１には、仮想世界を一層現実的に表現できるようにした、テレビゲーム機械やバーチャルリアリティ装置の仮想世界表現装置が開示されている。この装置には、プレイヤーが握って操作する握り部が設けられている。この握り部の表面には、ゴム等の握り用のパッドが固着され、そのパッドの、人間の片手の５本の指に対応する位置には、５つの電磁ソレノイドがそれぞれ配置されている。電磁ソレノイドの内部にはその伸縮するロッドの動きにより生じる圧力を検出する圧力センサが設けられ、プレイヤーがそのパッドを握ると、その握る力が圧力センサにより検出される。これによりプレイヤーは仮想世界への何等かの働きかけを行うことができる。
仮想世界表現装置は、その圧力センサによる検出信号に基づいて電磁ソレノイドを駆動することにより、仮想世界表現装置のディスプレイに表現されるキャラクターの情報を、プレイヤーにフィードバックする。プレイヤーは、その情報を触覚により認識する（例えば、特許文献１の明細書段落[００１２]、[００１５]、[００２１]、図３及び７等を参照）。
特許文献２に記載のボール型触覚デバイスは、操作者のデバイスを握る圧力を検出する圧力センサと、その圧力に応じてボールの表面を変形させるリニアアクチュエータとを備えている（例えば、特許文献２の明細書段落[００１６]、[００２０]、[００２９]及び図１等を参照）。このボール型触覚デバイスは、例えばロボットアームを遠隔制御するデバイスとして利用される。
特開平７−２１９７０４号公報 特開２００５−２６７１７４号公報
これらのような操作デバイスでは、ユーザが操作デバイスを操作する時の加圧力の検出精度を向上させることが要求されている。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、ユーザ等による加圧力の検出精度を向上させることができる操作装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術に係る操作装置は、基体と、センシングユニットと、複数のプレートと、駆動機構とを具備する。
前記基体は、表面を有する。
前記センシングユニットは、前記基体の前記表面の少なくとも一部を区画する複数の領域に設定された３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧検出領域を含む。
前記複数のプレートは、前記複数の領域にそれぞれ対応して配置され、前記表面の前記少なくとも一部を覆うように設けられている。
前記駆動機構は、前記センシングユニットの検出により生成される信号に基づき、前記複数のプレートを駆動する。
３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３つ以上の感圧検出領域により、複数の領域に対応してそれぞれ設けられたプレートに加えられた圧力を検出することができる。したがって、ユーザ等による加圧力の検出精度を向上させることができる。
前記駆動機構は、前記基体の前記表面と、前記複数のプレートとの間にそれぞれ設けられた複数のアクチュエータを有してもよい。これらのアクチュエータにより、複数のプレートを駆動することができる。
前記駆動機構は、前記基体内に設けられた、前記複数のアクチュエータに駆動力を個別に発生させる駆動源を有してもよい。
前記複数のアクチュエータは、それぞれ流体圧で駆動されるベローズであってもよいし、それぞれ電気的に駆動される電気アクチュエータであってもよい。
前記基体は球形を有してもよい。基体が球形を有することにより、ユーザの多様な基体の握り方を実現することができる。
前記複数のプレートは、前記基体の前記表面の全面を覆う三角形の８つのプレートであってもよい。複数のプレートが基体の表面の前面を覆うことにより、多様な方向からの加圧力の検出を実現でき、また、多様な方向でのプレートの駆動を実現することができる。
前記操作装置は、前記基体内に設けられ、前記基体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに具備してもよい。姿勢センサが基体の姿勢を検出するので、この操作装置を空間操作デバイスとして応用することができる。
前記操作装置は、前記複数のプレートを覆うカバーシートをさらに具備してもよい。これにより、汚れた環境下でもユーザはこの操作装置を使用することができる。
以上、本技術によれば、操作装置において、ユーザ等による加圧力の検出精度を向上させることができる。
図１は、本技術の第１の実施形態に係る操作装置を示す外観図である。 図２は、操作装置を示す断面図である。 図３は、操作装置のハードウェアの電気的な構成を示すブロック図である。 図４ＡおよびＢは、センシングユニットによる加圧位置及び加圧力の検出原理を説明するための平面図および側面図である。 図５は、正負の圧力に対応した感圧センサを用いた場合の検出原理を説明するための図である。 図６は、加圧位置を算出するための方法を説明するための図である。 図７は、基体が球体などの立体形状をもつ場合の加圧位置を算出するための方法を説明するための図である。 図８は、第２の実施形態に係る操作装置を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
[第１の実施形態]
（操作装置の構成）
図１は、本技術の第１の実施形態に係る操作装置を示す外観図であり、図２はその操作装置を示す断面図である。
操作装置１０は、実質的に球形の外観を有しており、典型的には人が手で握ることができる程度のサイズを有している。
図２に示すように、操作装置１０は、球形を有する中空の基体１１を備えている。基体１１の表面１１ａには、この表面１１ａを覆うように複数のプレート１２が設けられている。複数のプレート１２は、図１に示すように、例えば基体１１の表面１１ａの全体を区画する複数の領域にそれぞれ対応して配置されている。本実施形態では、例えば基体１１の表面が８つの実質的に同じ形状及び同じ面積の領域に区画され、その８つの領域に一対一で対応した複数のプレート１２がそれぞれ配置されている。複数のプレート１２の形状は、それらの基体１１の表面１１ａの領域に対応して球面形状とされている。
複数のプレート１２は、典型的には、すべて実質的に同じ構成及び機能を有している。したがって、以下では、複数のプレート１２を説明する必要がある場合を除き、１つのプレート１２の構成及びその機能等について説明する。
プレート１２は、上層（外側）プレート１２ａ、下層（内側）プレート１２ｂ、これらの間に挟み込まれた感圧センサ７を有している。
感圧センサ７は、図１に示すように、基体１１の表面１１ａの各領域に設定された３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に感圧検出領域が配置されるような位置に設けられている。本実施形態では、各領域の形状は三角形を有し、それらの３つの頂点位置に３つの感圧センサ７がそれぞれ配置され、これら３つの感圧センサ７によりセンシングユニットが構成される。
感圧センサ７は例えばシート状に形成されている。感圧センサ７としては、典型的にはひずみゲージ等の電気抵抗の変化を検出可能なセンサが用いられるが、圧電素子を利用するセンサ等が用いられてもよい。
プレート１２は、人為的な範囲の加圧力によりプレート１２が撓むことがない程度、また、基体１１の表面１１ａに当接して感圧センサ７への力の伝達が低減したりすることがない程度以上の剛性を有するように、その材質や厚さなどが適宜選定される。
操作装置１０は、これらのセンシングユニットで検出された圧力に基づき、複数のプレート１２を一体的に（一斉に）駆動する駆動機構２０をさらに備える。
駆動機構２０は、基体１１の表面と、各プレート１２との間にそれぞれ設けられたアクチュエータとして、ベローズ２６を有する。これらのベローズ２６は、例えば感圧センサ７の配置に対応する位置にそれぞれ配置されている。すなわち、１つのプレート１２について３つのベローズ２６が対応して設けられている。複数のプレート１２は、これらのベローズ２６により基体１１に弾性的に支持されている。
駆動機構２０は、基体１１内に設けられた、駆動源２３及び中央ベローズ２４を有する。駆動源２３は、例えば図示しないモータ及びこのモータの回転運動を直線運動に変換する変換機構を有する。
そのモータとしては、例えばサーボモータが用いられる。変換機構としては、例えばボールネジ機構、またはラックアンドピニオン機構等が用いられる。
中央ベローズ２４は、他の各ベローズ２６と比べて流体（例えば空気）の流量が大きいものが用いられ、サイズが大きく形成されている。中央ベローズ２４は、基体１１内で移動しないように、基体１１内に設けられた支持部材１９に支持され、また、駆動源２３も図示しない支持部材によって基体１１内で移動しないように支持されている。
中央ベローズ２４は、支持部材１９に設けられた空気の流路２２を介して複数のチューブ２５に接続されている。複数のチューブ２５は、それぞれ各ベローズ２６に個別に接続されている。
以上のような駆動機構２０の構成によれば、駆動源２３が各ベローズ２６に駆動力を発生させることができる。すなわち、駆動源２３が中央ベローズ２４を伸縮させることにより、中央ベローズ２４の内部容積が変化し、その変化に応じて、中央ベローズ２４、各チューブ２５及び各ベローズ２６の内部圧力が変化する。これにより、各ベローズ２６が伸縮して駆動力を発生し、各プレート１２が実質的に同時に同じ駆動力で駆動される。
複数のプレート１２の表面は、カバーシート１３で覆われている。カバーシート１３は、例えばゴムや樹脂より形成されている。例えばシリコンゴムやシリコン樹脂などである。このようにカバーシート１３で覆われることにより、汚れた環境下でもユーザはこの操作装置１０を使用することができる。例えばゴミ、埃、あるいはユーザの汗等が各プレート１２間の隙間を介して基体１１の表面１１ａあるいは基体１１内に侵入することを防止できる。また、ゴミ等がプレート１２間の隙間に混入することを防止できる結果、プレート１２の所期の機械的動きを確保することができる。
特に基体１１が球形の場合、その形状が単純であるので、この操作装置１０の製造時において、作業者はカバーシート１３をプレート１２上に容易に被せることができる。
図３は、操作装置１０のハードウェアの電気的な構成を示すブロック図である。操作装置１０は、加速度センサ５、角速度センサ６、感圧センサ７、コントローラ１５、通信機９及び電源８等を有する。
これら、感圧センサ７以外の各センサ５、６、及びコントローラ１５等は、基体１１内に設けられた図示しない回路基板に搭載されている。この回路基板は、基体１１に対して固定されている。
通信機９は、各センサ５、６及び７により得られた検出信号に基づきコントローラ１５で算出された制御信号等を含む情報を、図示しない他の機器に送信する機能を有する。また、通信機９は、他の機器からの情報を受信する機能を有する。
他の機器とは、例えばこの操作装置１０により操作される操作対象機器である。通信機９は、有線または無線で信号を送受信する。無線には、例えば赤外線やマイクロ波が用いられる。
操作装置１０が、例えば直交３軸の検出軸を持つ加速度センサ５及び直交３軸の検出軸を持つ角速度センサ６を備えることにより、３次元空間でのあらゆる方向における、操作装置１０の加速度及び回転速度が算出される。また、これらのセンサ５及び６によって、３次元空間での操作装置１０の絶対的な（一義的な）姿勢も算出可能となる。
加速度センサ５及び角速度センサ６は、この操作装置１０の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。これらのセンサ５及び６が基体１１の姿勢を検出するので、この操作装置を空間操作デバイス（例えば空間ポインティングデバイス、あるいは空間マウス）として応用することができる。特に、基体１１が球形である場合、ユーザによる操作装置１０の多様な握り方が実現され得るが、その握り方に関わらず、各センサ５及び６によってその姿勢を検出することができ、便利である。
操作装置１０は、これら加速度センサ５及び角速度センサ６の他、地磁気センサも備えていてもよい。これにより、加速度センサ５及び角速度センサ６の検出軸数を減らしたり、または、操作装置１０の姿勢及び動きの検出精度を向上させたりすることができる。
コントローラ１５は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する。
ＲＯＭには、少なくとも各センサ５、６及び７により得られる加速度、角速度及び圧力に基づく所定の演算処理を実行するプログラムが記憶されている。また、ＲＯＭには、感圧センサ７で検知された圧力に基づき、駆動源へ出力する制御信号（センシングユニットの検出により生成される信号）を生成するプログラムが記憶される。
例えば、その制御信号を生成するプログラムは、後述するように、感圧センサ７の検出情報に基づき、当該領域に対応するプレート１２上でユーザの指などの接触物が当たった位置（加圧位置）及び加圧力を演算するプログラムである。
コントローラ１５として、ＣＰＵに限られず、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデバイスが用いられてもよい。
（加圧位置及び加圧力の計算方法）
次に、１つのプレート１２における加圧位置及び加圧力の検出方法について説明する。説明の簡単のため、プレート１２は平板とする。
図４ＡおよびＢはその検出原理を説明するための平面図および側面図である。
３角形の平板状のプレート１２のそれぞれの角部の位置に対応して、当該プレート１２に加えられた圧をそれぞれ３つの分圧として検出可能な３つの感圧センサ７が設置されていることとする。ここで、プレート１２上の任意な位置を加圧位置としてＰの力が加えられたこととする。この加圧力Ｐはプレート１２で分散され、プレート１２の３つの角部に対応して配置された３つの感圧センサ７に分割して与えられる。すなわち、３つの感圧センサ７それぞれに印加される力をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３とした場合、Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の関係式が成り立つ。つまりプレート１２のどの位置に力Ｐを加えても、その力Ｐは３つの感圧センサ７の出力値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の和として検出できる。
例えば、図５に示すように、プレート１１２の面積がその領域２１の面積よりも大きい場合であって、かつ、プレート１１２の剛性が比較的小さい場合、正負の圧力に対応した感圧センサ７が用いられればよい。この場合、例えば、加圧位置が３つのセンサ位置を頂点とする三角形の領域２１から外れた位置に加わったとしても、同様な手法でプレート１１２に加えられた力Ｐを計算することが可能である。例えば、圧力Ｐが加えられた時に、Ｐ１及びＰ３は正方向（圧力Ｐと同じ方向）で、Ｐ２が負方向となる場合もある。しかし、プレート１２の剛性が十分に高い場合、圧力Ｐが加えられた場合、３つの感圧センサ７の圧力の方向は圧力Ｐと同じ正方向である場合もある。
次に、加圧位置を算出する方法を図６を用いて説明する。
感圧センサ７の位置は既知であるので、図６に示すような位置ベクトルＰ１，Ｐ２，Ｐ３が描ける。ここで、３角形の辺ａを感圧センサ７の出力値［Ｐ３］：［Ｐ１］の比で分割する点の位置ベクトルＰ４は、
Ｐ４＝(Ｐ１×[Ｐ３]＋Ｐ３×[Ｐ１])/[Ｐ１]＋[Ｐ３] ・・・（１）
[Ｐ４]＝[Ｐ１]＋[Ｐ３]
で表せる。
ここで、加圧位置Ｐは、点Ｐ４と点Ｐ２を結ぶ線上に存在し、かつこの線を上式の計算で求めた[Ｐ４]と、センサ出力[Ｐ２]の比、すなわち[Ｐ４]：[Ｐ２]で分割した点になる。従って上式同様に、加圧位置の位置ベクトルＰは、
Ｐ＝(Ｐ２×[Ｐ４]＋Ｐ４×[Ｐ２])/[Ｐ２]＋[Ｐ４] ・・・（２）
[Ｐ]＝[Ｐ２]＋[Ｐ４]＝[Ｐ１]＋[Ｐ２]＋[Ｐ３]
で表される。つまり加圧位置にかかる力と位置が、３つの感圧センサ７からの出力値によって正確に算出できる。
ここで、感圧センサ７の数３個は、１つの平面上に加えられた力の位置と大きさをベクトル計算で算出するために最低限必要な数であり、この数を４つ以上に増やした場合でも同様の計算手法を用いることが可能である。
以上の原理は、球体などの立体形状をもつ物体の表面に対して応用することができる。
本実施形態のように、球面形状のプレート１２の場合、ベクルト計算に図７に示すような極座標を用いることができる。
前記のベクトル式（２）を極座標表示で記述すると、
Ｐ＝(([Ｐ３]×ψ１＋[Ｐ１]×ψ３)/([Ｐ１]＋[Ｐ３])，([Ｐ３]×τ１＋[Ｐ１]×τ３)/([Ｐ１]＋[Ｐ３])，ｒ) ・・・（３）
[Ｐ]＝[Ｐ２]＋[Ｐ４]＝[Ｐ１]＋[Ｐ２]＋[Ｐ３]
Ｐ＝(([Ｐ４]×ψ２＋[Ｐ２]×ψ４)/([Ｐ２]＋[Ｐ４])，([Ｐ４]×τ２＋[Ｐ２]×τ４)/([Ｐ２]＋[Ｐ４])，ｒ) ・・・（４）
[Ｐ]＝[Ｐ２]＋[Ｐ４]＝[Ｐ1]＋[Ｐ２]＋[Ｐ３]
ｒ＝球の半径
となる。
この手法を用いることによって、球面、円柱面などの任意の表面形状を持った物体の表面であっても、表面をいくつかの領域に区画し、各々の領域における表面形状に対応した平面座標、極座標、円筒座標等の座標式として近似すれば、任意形状の物体表面全域に対する加圧位置と加圧力を算出することが可能である。
但し、任意形状の表面に対しては、表面全域にわたって形状を近似するのに必要な座標系の数だけは区画領域を設けなければならない。
以上のように、本実施形態に係る操作装置１０によれば、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３つ以上の感圧検出領域により、複数の領域に対応してそれぞれ設けられたプレート１２に加えられた圧力を検出することができる。したがって、比較的少ないセンサ数でも、ユーザ等による加圧力の検出精度を向上させることができる。
また、操作装置１０が球形を有することにより、ユーザによる操作装置１０の多様な握り方を実現することができる。
特に、本実施形態に係る操作装置１０を３Ｄ仮想現実（例えばゲームなど）に応用することができる。仮想現実の３Ｄオブジェクトを操作対象とする場合、この操作装置１０は、ユーザがその３Ｄオブジェクトに触れたり、掴んだりする時の感覚を生成することができる。
（操作装置の応用例）
操作装置１０は、産業用途及び一般ユーザ用途に幅広く利用され得る。
産業用途としては、操作装置１０がマスター装置となり、この操作装置１０の対象となる操作対象機器が、ロボット等のスレーブ装置となる。この操作装置１０により、ロボットが遠隔制御される。例えば、作業者がこの操作装置１０を動かすことにより、そのロボットが有するアーム等を動かすことができる。
また、医者等がこのマスター装置として操作装置１０を操作することにより、スレーブ装置である治療（手術）ロボットを遠隔制御することができる。この場合、感圧センサ７を用いた技術として、次のような応用例も可能である。例えば、医者が触診等を行う場合に、医者がこの操作装置１０を触ると、コントローラ１５はこの加圧位置及び加圧力を検出し、これにより得られる情報をロボットに送信する。ロボットは感圧センサ７等を備え、受信した情報に基づき患者に接触し、その反作用により得られる圧力をその感圧センサ７で検出する。ロボットは、その感圧センサ７で得られた圧力の情報を操作装置１０に送信し、操作装置１０のコントローラ１５は、受信した情報に基づき、ロボットにより得られた圧力に応じた制御信号を駆動源２３に出力し、ベローズ２６を駆動させる。このように操作装置１０は、医者に患者に対する触感をフィードバックすることができる。
一般ユーザ用途としては、操作装置１０は、上述のように空間ポインティングデバイスとして用いられる。これはＰＣで用いられるマウスの機能を有していてもよい。
あるいは、操作装置１０はゲーム機のコントローラとして用いられる。例えば、ユーザが操作装置１０を握ることにより、仮想現実で、ユーザはディスプレイに表示されたソフトウェア上のオブジェクト（例えば動物などのキャラクター）を握る、といった応用も可能である。この場合、操作装置１０のコントローラ１５は、センシングユニットがユーザによる加圧位置及び加圧力を検出し、それらの加圧位置及び加圧力の情報に基づき、駆動機構２０を駆動する。その駆動機構２０により発生する様々な駆動力が、例えばキャラクターがもがく時の震え等の状態や、喜怒哀楽を表現することができる。
あるいは、ユーザは、仮想現実で豆腐などの柔らかい物体を掴み、そのフィードバックによりユーザはその物体の触感を得ることができる。
[第２の実施形態]
図８は、本技術の第２の実施形態に係る操作装置を示す図である。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係る操作装置１０が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
この操作装置１１０は、球形の入力装置３０と、この入力装置３０に接続された、ベローズ２６を駆動する駆動ユニット１２０とを備える。
入力装置３０の、図２に示した上記操作装置１０と比較して異なる点は、基体１１内に駆動源２３及び中央ベローズ２４等がなく、入力装置３０の外側にそれらが配置されている点である。
駆動ユニット１２０は、これら駆動源１２３、中央ベローズ２４及びコントローラ（制御基板）１１５等を有する。中央ベローズ２４と、基体１１内のチューブ２５との間にはチューブ２７が接続され、このチューブ２７を介して中央ベローズ１２４から入力装置３０内の各ベローズ２６へ空気が送られるようになっている。
この実施形態では、駆動源１２３として、サーボモータ１２５及びこれに接続されたボールネジ１２８が設けられている。感圧センサ７及びコントローラ１１５は、導線２９により接続されている。コントローラ１１５は、感圧センサ７により検出された圧力に基づき、サーボコントローラ１１６に指令値を出力する。なお、コントローラ１１５である制御基板は、上記第１の実施形態と同様に基体１１内に設けられていてもよい。
加速度センサ５及び角速度センサ６等（図３参照）を搭載した図示しない回路基板は基体１１内に配置されている。
本実施形態のように、アクチュエータ（ベローズ２６）を除く部分の駆動機構２０が、入力装置３０の外側に設けられることにより、入力装置３０のサイズを、上記の操作装置１０に比べ小さくすることができる。
[第３の実施形態]
上記第１及び第２の実施形態では、アクチュエータとして流体圧で駆動するベローズ２６が用いられた。この第３の実施形態では、図示しないが、電気的に駆動される電気アクチュエータが用いられてもよい。電気アクチュエータとして、例えば、ボールネジ機構、ラックアンドピニオン機構、あるいは、電磁作用により駆動するリニアモータ機構（例えばソレノイド）が用いられる。
そして、この操作装置１０は、それらの電気アクチュエータを個別に駆動するドライバを備える。ドライバは、例えば図３に示したコントローラ１５のＲＯＭ内に記憶されていてもよいし、コントローラ１５とは別に回路基板にＩＣとして搭載されていてもよい。
この操作装置１０によれば、ユーザによる加圧位置及び加圧力に基づき、個別に各プレート１２を駆動することができるので、多様な力フィードバックの表現が可能となる。
この操作装置１０の応用例として、上述の第１の実施形態に係る応用例と同様なものが挙げられる。
[その他の実施形態]
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
上記実施形態では、基体１１の形状を球体としたが、これに限られず、多面体、円柱体（円筒体）、円錐体、楕円球、準正多面体、マウス形状、あるいは、これらのうち少なくとも２つの組み合わせの形状であってもよい。
基体の表面の全体が区画されて複数の領域が設定されたが、基体の表面の一部が区画されて複数の領域が設定されてもよい。この場合、基体は球形であってもよいし、その他の立体形状であってもよい。
上記実施形態では、基体の表面の領域の区画数は８つとしたが、少なくとも２つであればよい。例えば基体が球形の場合、２つの半球面のように区画されればよい。
基体の表面が区画された領域の形状は三角形としたが、四角以上の多角形であってもよい。また、それらの領域ごとの面積は実質的に同じでもよいし、それらのうち少なくとも２つの領域の面積が異なっていてもよい。例えば基体が球形の場合、地球儀の経線のような区画線で領域が区画されてもよい。あるいは、基体が球形の場合、サッカーボールのように、複数の五角形及び複数の六角形で領域が区画されてもよい。
上記実施形態におけるベローズ２６や電気アクチュエータの配置は、感圧センサ７に対応した位置（感圧センサ７の直下位置）であった。しかし、これらのアクチュエータの配置は、プレート１２の中央位置に１つ、あるいはプレート１２の、中央位置以外、かつ、端部位置以外に１つまたは複数配置されてもよい。
上記第１及び第２の実施形態では、アクチュエータとしてベローズ２６が用いられたが、風船、あるいは気体圧で駆動されるシリンダ機構が用いられてもよい。また、これらベローズ２６、風船、シリンダ機構の作動流体として、不活性気体や、水等の液体が用いられてもよい。
上記各実施形態に係る操作装置１０及び入力装置３０は、加速度センサ５及び角速度センサ６を備えていた。しかし、これらの装置は、感圧センサ７を備え、それら加速度センサ５及び角速度センサ６のうち少なくとも一方を備えていなくてもよい。
上記各実施形態では、上層プレート１２ａ及び下層プレート１２ｂの間に感圧センサ７が配置されていた。しかし、例えば基体の表面と複数のプレート（この場合のプレートは２枚に限られず１枚でもよい）との間に感圧センサが配置されてもよい。この場合、アクチュエータ（ベローズ、シリンダ、または電気アクチュエータ）の配置は、次の２通りの形態がある。
１つ目の形態として、それら複数のプレートより外側に、それらを覆うようにそれらに対応して複数の第２のプレートがさらに配置される。そして、それら内側のプレートと、外側のプレート（第２のプレート）との間にアクチュエータが配置される。
２つ目の形態として、基体の表面と複数のプレートとの間にアクチュエータが配置される。
上記両者の場合でも、基体の表面の少なくとも一部が区画された複数の領域のうち、１つの領域内（１つのプレートに対応する領域）に設けられるアクチュエータの数及びその配置は、どのような配置であってもよい。
上記「センシングユニットの検出により生成される信号」は、加圧位置や加圧力の情報を含む信号に限られない。当該信号は、圧力が一定値である信号や、その他の信号も含む。例えば、１つのセンシングユニットにより検出された圧力が閾値を超える場合、あるいは複数のセンシングユニットのスカラー和またはベクトル和が、閾値を超える場合に、コントローラは、駆動機構がアクチュエータを駆動するための制御信号を生成してもよい。この場合、センシングユニットを、ON/OFFスイッチとしても用いることができる。また、この場合の駆動機構によるアクチュエータの駆動の仕方は様々である。
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの組み合わせることも可能である。
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）表面を有する基体と、
前記基体の前記表面の少なくとも一部を区画する複数の領域に設定された３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧検出領域を含むセンシングユニットと、
前記複数の領域にそれぞれ対応して配置され、前記表面の前記少なくとも一部を覆うように設けられた複数のプレートと、
前記センシングユニットの検出により生成される信号に基づき、前記複数のプレートを駆動する駆動機構と
を具備する操作装置。
（２）（１）に記載の操作装置であって、
前記駆動機構は、前記基体の前記表面と、前記複数のプレートとの間にそれぞれ設けられた複数のアクチュエータを有する
操作装置。
（３）（２）に記載の操作装置であって、
前記複数のアクチュエータは、それぞれ流体圧で駆動されるベローズである
操作装置。
（４）（２）に記載の操作装置であって、
前記駆動機構は、前記基体内に設けられた、前記複数のアクチュエータに駆動力を個別に発生させる駆動源を有する
操作装置。
（５）（２）または（４）に記載の操作装置であって、
前記複数のアクチュエータは、それぞれ電気的に駆動される電気アクチュエータである
操作装置。
（６）（２）から（５）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記基体は球形を有する
操作装置。
（７）（６）に記載の操作装置であって、
前記複数のプレートは、前記基体の前記表面の全面を覆う三角形の８つのプレートである
操作装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記基体内に設けられ、前記基体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに具備する操作装置。
（９）（１）から（８）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記複数のプレートを覆うカバーシートをさらに具備する操作装置。
５…加速度センサ
６…角速度センサ
７…感圧センサ
１０、１１０…操作装置
１１…基体
１１ａ…表面
１２、１１２…プレート
１３…カバーシート
２０…駆動機構
２６…ベローズ
３０…入力装置
１２０…駆動ユニット

Claims (9)

  1. 表面を有する基体と、
    前記基体の前記表面の少なくとも一部を区画する複数の領域に設定された３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧検出領域を含むセンシングユニットと、
    前記複数の領域にそれぞれ対応して配置され、前記表面の前記少なくとも一部を覆うように設けられた複数のプレートと、
    前記センシングユニットの検出により生成される信号に基づき、前記複数のプレートを駆動する駆動機構と
    を具備する操作装置。
  2. 請求項１に記載の操作装置であって、
    前記駆動機構は、前記基体の前記表面と、前記複数のプレートとの間にそれぞれ設けられた複数のアクチュエータを有する
    操作装置。
  3. 請求項２に記載の操作装置であって、
    前記複数のアクチュエータは、それぞれ流体圧で駆動されるベローズである
    操作装置。
  4. 請求項２に記載の操作装置であって、
    前記駆動機構は、前記基体内に設けられた、前記複数のアクチュエータに駆動力を個別に発生させる駆動源を有する
    操作装置。
  5. 請求項２に記載の操作装置であって、
    前記複数のアクチュエータは、それぞれ電気的に駆動される電気アクチュエータである
    操作装置。
  6. 請求項２に記載の操作装置であって、
    前記基体は球形を有する
    操作装置。
  7. 請求項６に記載の操作装置であって、
    前記複数のプレートは、前記基体の前記表面の全面を覆う三角形の８つのプレートである
    操作装置。
  8. 請求項１に記載の操作装置であって、
    前記基体内に設けられ、前記基体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに具備する操作装置。
  9. 請求項１に記載の操作装置であって、
    前記複数のプレートを覆うカバーシートをさらに具備する操作装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105493000A (zh) * 2013-07-09 2016-04-13 Ez作为饮料生产公司 具有集成的压力传感器的手持计算平台及其使用方法
JP2016521891A (ja) * 2013-06-11 2016-07-25 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 圧力ベースの触覚効果のためのシステム及び方法
JP2021128691A (ja) * 2020-02-17 2021-09-02 Kddi株式会社 マルチモーダル行動認識方法、装置およびプログラム

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012027541A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Sony Corp 接触圧検知装置および入力装置
JP2013210906A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Sony Corp 制御方法、制御装置及びプログラム
JP2013222399A (ja) * 2012-04-18 2013-10-28 Sony Corp 操作方法、制御装置及びプログラム
CN105706027B (zh) * 2013-10-24 2019-02-05 朱春生 掌控输入装置
GB2533389A (en) * 2014-12-19 2016-06-22 Gen Electric Device and method for controlling an ambience or a parameter of a compression device of a mammography imaging system
WO2016171757A1 (en) * 2015-04-23 2016-10-27 Sri International Hyperdexterous surgical system user interface devices
CN106371835A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 北京像素软件科技股份有限公司 一种在游戏场景中显示足球的方法和装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5887675A (ja) * 1981-11-19 1983-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 座標入力装置
JPH07219704A (ja) 1994-02-02 1995-08-18 Namco Ltd 仮想世界表現装置及びゲーム機械
WO2000038570A1 (en) * 1998-12-31 2000-07-06 Ball Semiconductor, Inc. Miniature implanted orthopedic sensors
JP2005267174A (ja) 2004-03-18 2005-09-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ボール型触覚デバイス
FR2892315B1 (fr) * 2005-10-21 2009-04-17 Xkpad Sa Dispositif interactif pour jeux video.
US7850535B2 (en) * 2006-06-26 2010-12-14 Noble Thomas J Tethered ball game having targets and indicators
JP5441299B2 (ja) * 2006-11-01 2014-03-12 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント コントローラ装置
US20080238635A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Gunnar Klinghult Force feedback for input devices
WO2008125130A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-23 Nokia Corporation Keypad
US7791982B2 (en) * 2007-06-29 2010-09-07 Karr Lawrence J Impact energy powered golf ball transmitter
CN101650219B (zh) * 2009-05-26 2012-08-29 中国矿业大学 内球式矢量振动传感器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016521891A (ja) * 2013-06-11 2016-07-25 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 圧力ベースの触覚効果のためのシステム及び方法
CN105493000A (zh) * 2013-07-09 2016-04-13 Ez作为饮料生产公司 具有集成的压力传感器的手持计算平台及其使用方法
CN105493000B (zh) * 2013-07-09 2019-04-23 Ez作为饮料生产公司 具有集成的压力传感器的手持计算平台及其使用方法
JP2021128691A (ja) * 2020-02-17 2021-09-02 Kddi株式会社 マルチモーダル行動認識方法、装置およびプログラム
JP7283852B2 (ja) 2020-02-17 2023-05-30 Kddi株式会社 マルチモーダル行動認識方法、装置およびプログラム

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