JP2018063490A

JP2018063490A - 触覚呈示装置

Info

Publication number: JP2018063490A
Application number: JP2016200345A
Authority: JP
Inventors: 博満濱島; Hiromitsu Hamashima; 健司鳴海; Kenji Narumi
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19
Also published as: WO2018070275A1

Abstract

【課題】操作者に適した触覚フィードバックを呈示できる触覚呈示装置を提供する。
【解決手段】車両８の乗員９０に触覚呈示を行なう触覚呈示手段としての振動発生部１０と、乗員９０の生体情報を検出する生体情報検出手段としての生体情報検出部２０と、生体情報検出部２０の検出結果が規定範囲内となるように、振動発生部１０による乗員９０への呈示強度を制御する制御部３０と、を有して触覚呈示装置１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、触覚呈示装置に関し、特に、生体情報を利用して触覚呈示を行なう触覚呈示装置に関する。

従来の技術として、操作に対する触覚フィードバックを操作者に与える触覚呈示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この触覚呈示装置は、面内方向に伸縮が生じる伸縮フィルムと、前記伸縮フィルムの一方主面側に配し、前記伸縮フィルムに連結した被接触部と、前記伸縮フィルムの他方主面側に配し、前記伸縮フィルムから曲げ応力が発生する状態で前記伸縮フィルムに連結した、外部構造に支持される板状部と、を備えて構成されている。この構成では、伸縮フィルムは主面法線方向の弾性を有しており、この伸縮フィルム上に被接触部が設けられているために、利用者の指等によって被接触部を実際に押込むことができ、利用者に被接触部の押込み感を与えることができる。また、伸縮フィルムが面内方向に振動することで板状部が厚み方向に振動すると、板状部が外部構造に支持されているために板状部だけでなく伸縮フィルムにも主面法線方向の振動が引き起こされる。すると、伸縮フィルムの主面法線方向の振動に対して被接触部が錘として働くので、このことにより伸縮フィルムの主面法線方向の振動を増幅させて、被接触部を板状部よりも伸縮フィルムの主面法線方向に大きく振動させることができる。そして、この際に、被接触部が全体的に伸縮フィルムの主面法線方向に振動するようになるので、被接触部の位置毎の振動量のばらつきを低減できる。したがって、被接触部に利用者の指等が接触すると、利用者に大きな触覚フィードバックを確実に伝えることができる、とされている。

特開２０１６−５３８８９号公報

特許文献１の触覚呈示装置は、操作者の操作に対して大きな触覚フィードバックを確実に伝えることができるが、この触覚フィードバックの強さが操作者に対して適しているかどうかという問題がある。すなわち、触覚呈示の強度が小さいと操作者が気が付かず、逆に、触覚呈示の強度が大きいと操作者が不快に感じる場合があるという問題がある。

従って、本発明の目的は、操作者に適した触覚フィードバックを呈示できる触覚呈示装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、車両の乗員に触覚呈示を行なう触覚呈示手段と、前記乗員の生体情報を検出する生体情報検出手段と、前記生体情報検出手段の検出結果が規定範囲内となるように、前記触覚呈示手段による前記乗員への呈示強度を制御する制御部と、を有する、触覚呈示装置を提供する。

［２］前記制御部は、前記生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を下回っている場合、前記触覚呈示手段による前記乗員への提示強度を大きくする、上記［１］に記載の触覚呈示装置であってもよい。

［３］また、前記制御部は、前記生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を上回っている場合、前記触覚呈示手段による前記乗員への提示強度を小さくする、上記［１］又は［２］に記載の触覚呈示装置であってもよい。

［４］また、前記生体情報検出手段は、前記生体情報として前記乗員の緊張度合を検出する、触覚呈示装置を提供する。

本発明によれば、操作者に適した触覚フィードバックを呈示できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置が搭載された車両内部の一例を示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の概略構成を示すブロック構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の動作を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の構成を制御系のブロック線図で示したものである。図５（ａ）は、振動による触覚呈示における呈示振幅の波形信号、図５（ｂ）は、制御後の呈示振幅の波形信号である。

（本発明の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態の概略について説明する。

本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１は、車両８の乗員９０（操作者）に触覚呈示を行なう触覚呈示手段としての振動発生部１０と、乗員９０の生体情報を検出する生体情報検出手段としての生体情報検出部２０と、生体情報検出部２０が規定範囲内となるように、振動発生部１０による乗員９０への呈示強度を制御する制御部３０と、を有して構成されている。

図１に示すように、車両８のステアリング１２には、把持した乗員９０へ触覚フィードバックのための振動呈示を行なう振動発生部１０が装着されている。また、乗員９０が着座する運転席シート８１には、乗員９０の生体情報を検出するための生体情報検出部２０が装着されている。例えば、乗員９０は、振動発生部１０により振動呈示を受けることにより、その振動呈示に対応した車載機器の動作状態を把握することができる。また、その振動呈示の強さは、乗員９０の生体情報に基づいて適したものとされる。

（振動発生部１０）
触覚呈示手段として、触覚呈示装置１は、振動発生部１０を備える。触覚呈示手段は、乗員９０へ触覚フィードバックすることにより車載機器の動作状態を報知するためのものである。本実施の形態では、振動呈示のための振動発生部１０をステアリング１２に備えるものとして説明するが、他の手段、例えば、光、音等によるものであってもよい。また、振動発生部１０の装着場所も、ステアリング１２に限られず、例えば、センターコンソールに配置されるタッチパッドや運転席シート等であってもよい。

振動発生部１０は、例えば、ステアリング１２の内部に装着される圧電素子による振動アクチュエータが使用できる。振動アクチュエータは、例えば、金属板と、圧電素子と、を備えたモノモルフ型の圧電アクチュエータである。このモノモルフ型圧電アクチュエータとは、１枚の圧電素子だけで屈曲する構造の振動アクチュエータである。圧電素子の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが用いられる。なお、振動アクチュエータの変形例としては、２枚の圧電素子を金属板の両面に設けたバイモルフ型圧電アクチュエータであっても良い。また、積層型の圧電素子による振動アクチュエータも使用できる。

（生体情報検出部２０）
生体情報検出手段として、触覚呈示装置１は、生体情報検出部２０を備える。生体情報検出手段は、触覚フィードバックを行なう対象物（乗員９０）の緊張度を示すものとして、生体情報を検出し、触覚呈示手段の呈示強度を制御するためのフィードバック情報となるものである。

生体情報検出部２０は、乗員９０の緊張度を示すものとして、心拍数、血圧、呼吸、皮膚電位、皮膚電流、皮膚温度等の少なくとも１つの生体情報を検出する。本実施の形態では、乗員９０の緊張度の変化を見るために、心拍数を使用する。この生体情報検出部は、緊張度推定センサとして機能する。

心拍数を生体情報として検出する方法として、ＲＦ（高周波）送受信ユニット２２で計測した乗員９０の微小な動きにより非接触で心拍数を検出する方式が知られている。乗員９０の胸、脚などの微小変位を測定し、走行振動や体動を取り除いて心拍数を測定することができる。

図１に示すように、車両８は、運転席シート８１内にＲＦ（高周波）送受信ユニット２２を備えている。ＲＦ送受信ユニット２２は、高周波レーダを送信し、乗員９０で反射されたドップラーレーダを受信することにより、心拍数を測定する。

（制御部３０）
制御部３０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また、ＲＯＭには、例えば、制御部３０が動作するためのプログラムや閾値Ｓｔｈ等が格納されている。また、制御部３０は、信号の入出力処理のためのインターフェース部等を有する。

図２に示すように、制御部３０は、振動発生部１０と接続されて振動駆動信号Ｓｖにより振動制御を行なう。また、前述のＲＦ送受信ユニット２２から乗員９０の心拍数等の生体情報を取り込み、生体情報信号Ｓｈとして制御部３０に出力する。

（本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１の動作）
以下、図３に示すフローチャートのステップに従って触覚呈示装置１の動作を説明する。

触覚呈示装置１の動作がスタートすると、制御部３０は振動発生部１０に振動駆動信号Ｓｖを出力して振動を発生させる。これにより、ステアリング１２を振動させて乗員９０に振動呈示を行なう（Ｓｔｅｐ１）。

制御部３０は、生体情報検出部２０により生体情報信号Ｓｈを取得する（Ｓｔｅｐ２）。この生体情報信号Ｓｈは、心拍数である。

制御部３０は、生体情報信号Ｓｈは閾値Ｓｔｈ以上かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ３）。閾値Ｓｔｈは、例えば、乗員９０の心拍数が運転に適した所定の心拍数に設定されている。この閾値Ｓｔｈ（心拍数）は、任意に設定することが可能である。

制御部３０は、生体情報信号Ｓｈが閾値Ｓｔｈ以上の場合はＳｔｅｐ４に進み（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、生体情報信号Ｓｈが閾値Ｓｔｈ未満の場合はＳｔｅｐ５に進む（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）。

制御部３０は、振動強度を弱める（Ｓｔｅｐ４）。すなわち、制御部３０は、振動駆動信号Ｓｖを小さくして振動発生部１０の発生する振動強度を弱める。これにより、乗員９０の緊張度が高い場合に振動強度を弱めることができる。

また、制御部３０は、振動強度を強める（Ｓｔｅｐ５）。すなわち、制御部３０は、振動駆動信号Ｓｖを大きくして振動発生部１０の発生する振動強度を強める。これにより、乗員９０の緊張度が低い、あるいは、反応がない場合に振動強度を強めることができる。

本実施の形態に係る触覚呈示装置１は、上記の一連のフローを実施することにより、生体情報検出手段の検出結果が規定範囲内となるように、振動発生部１０の発生する振動強度を制御することができる。上記説明したようなＳｔｅｐ１からＳｔｅｐ５のフィードバック制御により、乗員９０の生体情報信号Ｓｈが閾値Ｓｔｈに収束して規定範囲内となるような制御が実行される。すなわち、制御部３０は、生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を上回っている場合、触覚呈示手段による乗員９０への提示強度を小さくする。また、制御部３０は、生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を下回っている場合、触覚呈示手段による乗員９０への提示強度を大きくする。これにより、乗員９０の緊張度が適度となるように、振動発生部１０の発生する振動強度を制御して、触覚呈示をすることができる。

したがって、生体情報から乗員の緊張度を推定し学習することで、その乗員にとって適切な触覚呈示強度を提供することが可能となる。

図４に示すように、振動発生部１０から振動が入力され、制御量である振動呈示が生体情報検出部２０を介してフィードバックされる。生体情報検出部２０の出力である生体情報信号Ｓｈはフィードバック係数Ｋにより、フィードバックされる。制御部３０は、振動発生部１０の信号Ｓｖと生体情報検出部２０からのフィードバック信号Ｋ・Ｓｖとの差分により振動呈示を行なう。

このような生体情報に基づくフィードバック制御により、乗員の緊張度に対して、適切な触覚呈示強度を提供することが可能となる。

信号Ｓｖに基づく呈示振幅をＡ１とし、図５（ａ）に示すように、時間ｔ１からｔ３まで振動発生部１０を駆動して振動呈示を行なう。制御部３０は、図４に示したフィードバック制御により、図５（ｂ）に示すように、時間ｔ１からｔ２までの過渡期間を経て、時間ｔ２からｔ３まで期間において、乗員の緊張度に対して適切な呈示振幅Ａ２で振動呈示を行なうことができる。

本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置の動作は、図３で示したような離散的なフィードバック制御が可能であり、また、図４、図５（ａ）、（ｂ）で示したような連続的なフィードバック制御も可能である。

また、図５（ａ）、（ｂ）で示したような連続的な振動波形ではなく、時系列的に離散化した振動波形列に対してもフィードバック制御が可能である。

（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る触覚呈示装置１は以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る触覚呈示装置１は、車両８の乗員９０に触覚呈示を行なう触覚呈示手段としての振動発生部１０と、乗員９０の生体情報を検出する生体情報検出手段としての生体情報検出部２０と、生体情報検出部２０の検出結果が規定範囲内となるように、振動発生部１０による乗員９０への呈示強度を制御する制御部３０と、を有して構成されている。触覚呈示装置１は、フィードバック要素として生体情報検出部２０を備えているので、振動発生部１０による振動呈示の強さを、乗員９０の生体情報に基づいて適したものとすることができる。これにより、操作者に適した触覚フィードバックを呈示できる触覚呈示装置を提供することが可能となる。
（２）生体情報検出部２０は、乗員９０の緊張度を示すものとして、心拍数、血圧、呼吸、皮膚電位、皮膚電流、皮膚温度等の少なくとも１つの生体情報を検出する。本実施の形態では、乗員９０の緊張度の変化を見るために、心拍数を使用する。この生体情報検出部は、緊張度推定センサとして機能する。これにより、運転中の乗員にとって適切な触覚呈示強度が提供できる。
（３）また、適切な触覚呈示強度を提供するため、乗員が触覚フィードバックに気付かないことや、強さに驚いて運転の妨げになることもなくなるという効果を有している。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…触覚呈示装置、８…車両、１０…振動発生部、１２…ステアリング、２０…生体情報検出部、２２…送受信ユニット、３０…制御部、８１…運転席シート、９０…乗員、Ａ１、Ａ２…呈示振幅、Ｋ…フィードバック係数、Ｓｈ…生体情報信号、Ｓｔｈ…閾値、Ｓｖ…振動駆動信号

Claims

車両の乗員に触覚呈示を行なう触覚呈示手段と、
前記乗員の生体情報を検出する生体情報検出手段と、
前記生体情報検出手段の検出結果が規定範囲内となるように、前記触覚呈示手段による前記乗員への呈示強度を制御する制御部と、
を有する、触覚呈示装置。
前記制御部は、前記生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を下回っている場合、前記触覚呈示手段による前記乗員への提示強度を大きくする、請求項１に記載の触覚呈示装置。
前記制御部は、前記生体情報検出手段での検出結果が規定範囲を上回っている場合、前記触覚呈示手段による前記乗員への提示強度を小さくする、請求項１または請求項２に記載の触覚呈示装置。
前記生体情報検出手段は、前記生体情報として前記乗員の緊張度合を検出する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の触覚呈示装置。