JP2021149585A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を作成する作業を容易に行うことを可能にしたアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】脈動発生装置は、第１〜第３ＤＥＡと、第１〜第３ＤＥＡのそれぞれに対応する駆動波形情報に基づいて変化する電圧を、第１〜第３ＤＥＡに印加する駆動装置と、駆動波形情報を編集する波形編集装置とを備えている。波形編集装置は、第１〜第３ＤＥＡのそれぞれに対応する駆動波形情報に基づく複数の波形を重ねた集約画像５７ａを含む位相調整画面５７を表示部に表示させる画像処理部と、集約画像５７ａの波形を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、第２〜第３ＤＥＡの動作タイミングを変更する位相調整部とを備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、アクチュエータ装置に関する。

特許文献１には、電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動等の動作を触感として認識させる触感提示装置が開示されている。上記触感提示装置は、電場応答性高分子アクチュエータに印加する電圧の波形を変更することにより、電場応答性高分子アクチュエータの動作パターンが変化し、動作パターンに応じた様々な触感を使用者に提示する。

特許第４２４７５１７号公報

上記触感提示装置を用いて特定の触感を使用者に提示するためには、まず、特定の触感を提示するように電場応答性高分子アクチュエータを動作させるための電圧波形を作成する必要がある。上記電圧波形は、例えば、基礎となる電圧波形を用意し、その電圧波形を変更する編集作業と、編集後の電圧波形を用いた電場応答性高分子アクチュエータの動作試験とを繰り返し、電場応答性高分子アクチュエータから提示される触感を特定の触感に近づけていく作業を行うことにより作成される。こうした電圧波形の編集作業は、非常に困難な作業であり、特に、複数の電場応答性高分子アクチュエータを連動させることにより特定の触感を提示する場合には、作業者にかかる負担が大きくなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を作成する作業を容易に行うことを可能にしたアクチュエータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するアクチュエータ装置は、一対の電極を有する複数の電場応答性高分子アクチュエータと、前記電場応答性高分子アクチュエータのそれぞれに対応する駆動波形情報に基づいて変化する電圧を、複数の前記電場応答性高分子アクチュエータの前記一対の電極の間に印加する駆動装置と、前記駆動波形情報を編集する波形編集装置とを備え、前記波形編集装置は、複数の前記電場応答性高分子アクチュエータのそれぞれに対応する複数の前記駆動波形情報に基づく複数の波形を重ねた集約画像を含む位相調整画面を表示部に表示させる画像処理部と、前記位相調整画面に表示される前記集約画像の波形を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更する位相調整部とを備える。

上記構成によれば、複数の電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを調整する作業を直感的に行うことができ、複数の電圧波形を組み合わせる複雑な編集作業をより簡易かつ円滑に行うことができる。そのため、機械や情報処理に関する知識が少ない使用者であっても、複数の電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を容易に作成できる。

上記アクチュエータ装置において、前記駆動波形情報は、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データを含み、前記位相調整部は、前記駆動波形データの開始点の位置を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更することが好ましい。

上記アクチュエータ装置において、前記位相調整部は、特定の前記駆動波形情報の前記駆動波形データの開始点を基準点として、その他の前記駆動波形情報の前記駆動波形データの開始点の位置を相対的に時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更することが好ましい。

上記アクチュエータ装置において、前記位相調整画面には、前記集約画像の波形を時間軸方向にシフトさせる位相操作部が設けられていることが好ましい。
上記アクチュエータ装置において、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく動作を触感として認識させる触感提示装置として適用されることが好ましい。

上記アクチュエータ装置において、前記触感提示装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動を脈動の触感として認識させる脈動発生装置であることが好ましい。

本発明によれば、複数の電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を作成する作業を容易に行うことができる。

脈動発生装置の概略図。 模擬体の断面図。 誘電エラストマーアクチュエータの断面構造を示す断面図。 脈動発生装置のブロック図。 波形編集画面の説明図。 波形編集画面の部分拡大図。 波形編集装置側の制御を示すフローチャート。 波形編集装置側の制御を示すフローチャート。 駆動装置側の制御を示すフローチャート。

以下、本発明のアクチュエータ装置を、印加電圧に応じて発生する振動を人体の脈動の触感として使用者に認識させる脈動発生装置に具体化した一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、脈動発生装置は、人体の前腕及び手の外側形状を模擬した柔軟材料からなる模擬体１０を備えている。模擬体１０を構成する柔軟材料としては、例えば、シリコーンやウレタン等のエラストマーが挙げられる。

模擬体１０の内部には、人体の橈骨及び尺骨をそれぞれ模擬した第１芯部１１及び第２芯部１２と、橈骨動脈を模擬した３枚のシート状の誘電エラストマーアクチュエータ１３（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）を備えている。３枚のＤＥＡ１３は、掌側から順に脈診における「寸」の位置に配置される第１ＤＥＡ１３ａ、「関」の位置に配置される第２ＤＥＡ１３ｂ、及び「尺」の位置に配置される第３ＤＥＡ１３ｃであり、「寸」、「関」、「尺」のそれぞれの位置における橈骨動脈の脈動を模擬する。各ＤＥＡ１３の構造は、同一である。

図３に示すように、ＤＥＡ１３は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電層２０と、誘電層２０の厚さ方向の両側に配置された電極層としての正極電極２１及び負極電極２２とが複数積層された多層構造体である。ＤＥＡ１３の最外層には絶縁層２３が積層されている。ＤＥＡ１３は、正極電極２１と負極電極２２との間に直流電圧が印加されると、印加電圧の大きさに応じて、誘電層２０が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電層２０の面に沿った方向であるＤＥＡ１３の面方向に伸張するように変形する。

誘電層２０を構成する誘電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。誘電層２０の厚さは、例えば、２０〜２００μｍである。

正極電極２１及び負極電極２２を構成する材料としては、例えば、導電エラストマー、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック（登録商標）、金属蒸着膜が挙げられる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。

上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。正極電極２１及び負極電極２２の厚さは、例えば、０．１〜１００μｍである。

絶縁層２３を構成する絶縁エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡの絶縁部分に用いられる公知の絶縁エラストマーを用いることができる。上記絶縁エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。絶縁層２３の厚さは、例えば、１．０〜１００μｍである。

図１及び図４に示すように、脈動発生装置は、各ＤＥＡ１３の正極電極２１及び負極電極２２により構成される一対の電極の間に周期的に変化する電圧を印加する駆動装置３０と、各ＤＥＡ１３に印加する電圧の波形を編集する波形編集装置４０とを備えている。

駆動装置３０には、第１ＤＥＡ１３ａを駆動するための第１駆動側記憶部３１ａ及び第１制御部３１ｂ、第２ＤＥＡ１３ｂを駆動するための第２駆動側記憶部３２ａ及び第２制御部３２ｂ、並びに第３ＤＥＡ１３ｃを駆動するための第３駆動側記憶部３３ａ及び第３制御部３３ｂが設けられている。

第１駆動側記憶部３１ａには、波形編集装置４０から送信された第１駆動波形情報が記憶されている。第１駆動波形情報は、第１ＤＥＡ１３ａに印加される１周期分の電圧の変化を示す波形に関する情報である第１駆動波形データを含む。第１制御部３１ｂは、第１駆動側記憶部３１ａに記憶されている第１駆動波形データに基づく波形の電圧をバッテリ等の電源（図示略）から第１ＤＥＡ１３ａに繰り返し印加する。

第２駆動側記憶部３２ａには、波形編集装置４０から送信された第２駆動波形情報が記憶されている。第２駆動波形情報は、第２ＤＥＡ１３ｂに印加される１周期分の電圧の変化を示す波形に関する情報である第２駆動波形データと、第２ＤＥＡ１３ｂの動作タイミングに関する位相差情報である第２遅延時間とを含む。第２遅延時間は、第１編集波形データに基づく波形の開始点と、第２編集波形データに基づく波形の開始点との間の時間的なずれ量である。第２制御部３２ｂは、第２駆動側記憶部３２ａに記憶されている第２駆動波形データに基づく波形の電圧を、第２遅延時間に基づくタイミングにて、バッテリ等の電源（図示略）から第２ＤＥＡ１３ｂに繰り返し印加する。

第３駆動側記憶部３３ａには、波形編集装置４０から送信された第３駆動波形情報が記憶されている。第３駆動波形情報は、第３ＤＥＡ１３ｃに印加される１周期分の電圧の変化を示す波形に関する情報である第３駆動波形データと、第３ＤＥＡ１３ｃの動作タイミングに関する位相差情報である第３遅延時間とを含む。第３遅延時間は、第１編集波形データに基づく波形の開始点と、第３編集波形データに基づく波形の開始点との間の時間的なずれ量である。第３制御部３３ｂは、第３駆動側記憶部３３ａに記憶されている第３駆動波形データに基づく波形の電圧を、第３遅延時間に基づくタイミングにて、バッテリ等の電源（図示略）から第３ＤＥＡ１３ｃに繰り返し印加する。

波形編集装置４０は、入力部としてのポインティングデバイス４１、表示部４２、第１記憶部４３、第２記憶部４４、第３記憶部４５、波形編集部４６、位相調整部４７、変更判定部４８、条件設定部４９、画像処理部５０を備えるコンピュータとして構成される。

ポインティングデバイス４１は、例えば、キーボード、タッチパネル、マウス、ジョイスティック等のポインティングデバイスであり、使用者からの操作指示等を受け付ける。表示部４２は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。

図５に示すように、表示部４２の上部には、各ＤＥＡ１３への電圧の印加のオン・オフを切り替える出力ボタン５１が表示される。表示部４２の左側下部には、登録済みの波形パターンを呼び出すための呼び出しボタン５２、新たな波形パターンを登録するための保存ボタン５３が表示される。波形パターンは、特定の第１駆動波形情報と、特定の第２駆動波形情報と、特定の第３駆動波形情報と、後述する駆動条件とを組み合わせたものであり、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを一定の法則にて連動して動作させるための総合情報である。

表示部４２の中央下部及び右側下部には、第１駆動波形情報、第２駆動波形情報、及び第３駆動波形情報に対応する各波形の形状を変更するための波形編集画面５５が表示される。波形編集画面５５には、第１駆動波形情報、第２駆動波形情報、及び第３駆動波形情報のそれぞれに対応する三つの波形が表示されるとともに、それらの波形を変更するための各種ボタンが表示される。

波形編集画面５５の「寸」欄に表示される波形が第１駆動波形情報に対応する波形であり、「関」欄に表示される波形が第２駆動波形情報に対応する波形であり、「尺」欄に表示される波形が第３駆動波形情報に対応する波形である。各波形は、１周期分の波形の始点、終点、及び変曲点に該当する数点のアンカーポイントＰと、アンカーポイントＰ間を接続するベジェ曲線とにより構成される波形として表示される。また、波形編集画面５５の各種ボタンとしては、例えば、アンカーポイントＰの追加及び削除等を行うアンカーポイントボタン、波形毎の出力の大きさ（Amp）やオフセット電圧の大きさ（Offset）等を調整するスライダーが挙げられる。

図５及び図６に示すように、表示部４２の右側上部には、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに印加されている電圧の三つの波形を重ねて示す駆動状況画面５６が表示される。
図５及び図６に示すように、表示部４２の中央上部には、一つの波形パターンに含まれる第２駆動波形情報及び第３駆動波形情報を構成する第２遅延時間及び第３遅延時間を調整するための位相調整画面５７が表示される。位相調整画面５７には、第１駆動波形情報に対応する波形における開始点の近傍の一定範囲に、第２及び第３駆動波形情報に対応する波形における各開始点の近傍の一定範囲を、第２及び第３駆動波形情報に対応する第２遅延時間及び第３遅延時間ずらして重ねた集約画像５７ａが表示される。また、位相調整画面５７には、第２遅延時間及び第３遅延時間を変更する位相操作部としてのスライダー５７ｂが表示される。なお、図５及び図６においては、「［１］−［２］」が第２遅延時間を示し、「［１］−［３］」が第３遅延時間を示している。

図５に示すように、表示部４２の左側上部には、波形パターンの駆動条件を一括して設定するための条件設定画面５８が表示される。条件設定画面５８には、各種の駆動条件を変更するスライダーが表示される。上記駆動条件としては、例えば、出力の大きさ（Amp）、オフセット電圧の大きさ（Offset）、最大電圧（Max voltage）、周期間に設けられる待機時間の長さ（Interval）、１周期の速さ（BeatCount）が挙げられる。

使用者は、ポインティングデバイス４１を操作して表示部４２に表示される各種ボタン、波形編集画面５５、及び位相調整画面５７の表示内容を変更することにより、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを駆動するための波形パターンの編集を行うこと、及び第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを動作を変更させることができる。また、ポインティングデバイス４１を操作して条件設定画面５８の表示内容を変更することにより、波形パターンの駆動条件を変更することができる。

第１記憶部４３には、登録済みの波形パターンとして、平脈や滑脈等の既知の脈動パターン、及び使用者が以前に作成した脈動パターンが呼び出しボタン５２に対応付けて記憶されている。なお、平脈は、平生の健康なときの動脈の振動パターンであり、滑脈は、妊娠中等に生じる動脈の振動パターンである。また、既知の脈動パターンを再現する波形パターンは、「平脈」等の脈の名称が付されている呼び出しボタン５２に対応付けられており、使用者が作成した波形パターンは、「User」の名称が付されている呼び出しボタン５２に対応付けられている。

第２記憶部４４には、駆動装置３０に直前に送信した第１〜第３駆動波形情報（前回波形情報と記載する。）と、第１〜第３編集波形情報とが記憶されている。第１編集波形情報は、第１編集波形データを含む情報であり、第２編集波形情報は、第２編集波形データ及び第２編集遅延時間を含む情報であり、第３編集波形情報は、第３編集波形データ及び第３編集遅延時間を含む情報である。第１〜第３編集波形データ及び第２〜第３編集遅延時間については後述する。

第３記憶部４５には、波形編集装置４０及び駆動装置３０に後述するステップＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ２１〜Ｓ２６、Ｓ３１〜Ｓ３４の各処理を実行させるプログラムが記憶されている。波形編集装置４０及び駆動装置３０は、そのプログラムに従って各ステップの処理を実行する。

波形編集部４６は、駆動装置３０に送信した前回波形情報を構成する第１〜第３駆動波形データを基礎とする１周期分の第１〜第３編集波形データを作成し、第２記憶部４４に記憶させる。第１編集波形データは、第１駆動波形データを基礎とする波形データであり、第２編集波形データは、第２駆動波形データを基礎とする波形データであり、第３編集波形データは、第３駆動波形データを基礎とする波形データである。波形編集部４６は、使用者の操作に基づいて、第２記憶部４４に記憶されている第１〜第３編集波形データを変更する。また、波形編集部４６は、所定のタイミングにおいて、現時点の第１〜第３編集波形データを新たな第１〜第３駆動波形データとして駆動装置３０に送信するとともに、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第１〜第３駆動波形データを更新する。

位相調整部４７は、駆動装置３０に送信した前回波形情報を構成する第２遅延時間及び第３遅延時間と同値の第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間を作成し、第２記憶部４４に記憶させる。位相調整部４７は、使用者の操作に基づいて、第２記憶部４４に記憶されている第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間を変更する。また、位相調整部４７は、所定のタイミングにおいて、現時点の第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間を新たな第２遅延時間及び第３遅延時間として駆動装置３０に送信するとともに、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２遅延時間及び第３遅延時間を更新する。

変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第１駆動波形情報を構成する第１駆動波形データと、現時点の第１編集波形データとの比較に基づいて、第１編集波形データが変更されているか否かを判定する。

変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２駆動波形データと、現時点の第２編集波形データとの比較に基づいて、第２編集波形データが変更されているか否かを判定する。また、変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２遅延時間と、現時点の第２編集遅延時間との比較に基づいて、第２編集遅延時間が変更されているか否かを判定する。

変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第３駆動波形情報を構成する第３駆動波形データと、現時点の第３編集波形データとの比較に基づいて、第３編集波形データが変更されているか否かを判定する。また、変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第３駆動波形情報を構成する第３遅延時間と、現時点の第３編集遅延時間との比較に基づいて、第３編集遅延時間が変更されているか否かを判定する。

条件設定部４９は、使用者の操作に基づいて駆動条件を変更するとともに、駆動条件を駆動装置３０に送信する。
画像処理部５０は、第１〜第３編集波形データに対応する波形を示す画像を作成し、表示部４２の波形編集画面５５に表示する。画像処理部５０は、集約画像５７ａを作成し、表示部４２の位相調整画面５７に表示する。また、画像処理部５０は、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに印加されている電圧の各波形を重ねて示した画像を作成し、表示部４２の駆動状況画面５６に表示する。

実施形態における各駆動波形データ及び各編集波形データは、波形を特定するパラメータとして、１周期分の波形が有する全てのアンカーポイントＰの座標、アンカーポイントＰ間を接続するベジェ曲線、出力の大きさ、オフセット電圧の大きさ、最大電圧に関する情報を含む。なお、始点及び終点に該当するアンカーポイントＰの値は同値である。

次に、波形編集装置４０にて実行される処理について説明する。波形編集装置４０は、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃが駆動中の間、図７及び図８の各フローチャートに示す処理を、数ミリ秒〜数十ミリ秒の周期でそれぞれ繰り返し実行する。

図７のフローチャートに示すステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は、第１ＤＥＡ１３ａを駆動するための波形の編集、及び第１ＤＥＡ１３ａを駆動するための第１駆動波形情報である第１駆動波形データの送信に関する処理である。

ステップＳ１１として、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第１駆動波形情報を構成する第１駆動波形データと現時点の第１編集波形データとの比較に基づいて、第１編集波形データが変更されているか否かを判定する。上記第１駆動波形データと現時点の第１編集波形データとが異なる場合、第１編集波形データが変更されていると判定する。第１駆動波形データと第１編集波形データとの相違は、波形データに含まれる上記パラメータが全て一致しているか否かに基づいて判定する。

ステップＳ１１において、第１編集波形データが変更されていると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２として、波形編集部４６は、現時点の第１編集波形データを新たな第１駆動波形データとして駆動装置３０に送信する。次に、ステップＳ１３として、波形編集部４６は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第１駆動波形情報を構成する第１駆動波形データを更新して処理を終了する。また、ステップＳ１２において、第１編集波形データが変更されていないと判定された場合（ＮＯ）、処理を終了する。

図８のフローチャートに示すステップＳ２１〜Ｓ２６の処理は、第２ＤＥＡ１３ｂを駆動するための波形の編集、及び第２ＤＥＡ１３ｂを駆動するための第２駆動波形情報である第２駆動波形データ及び第２遅延時間の送信に関する処理である。

ステップＳ２１として、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２駆動波形データと現時点の第２編集波形データとの比較に基づいて、第２編集波形データが変更されているか否かを判定する。上記第２駆動波形データと現時点の第２編集波形データとが異なる場合、第２編集波形データが変更されていると判定する。第２駆動波形データと第２編集波形データとの相違は、波形データに含まれる上記パラメータが全て一致しているか否かに基づいて判定する。

ステップＳ２１において、第２編集波形データが変更されていると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２２として、波形編集部４６は、現時点の第２編集波形データを新たな第２駆動波形データとして駆動装置３０に送信する。次に、ステップＳ２３として、波形編集部４６は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２駆動波形データを更新して、続くステップＳ２４を実行する。また、ステップＳ２１において、第２編集波形データが変更されていないと判定された場合（ＮＯ）、Ｓ２４を実行する。

ステップＳ２４として、変更判定部４８は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２遅延時間と現時点の第２編集遅延時間との比較に基づいて、第２編集遅延時間が変更されているか否かを判定する。上記第２遅延時間と現時点の第２編集遅延時間とが異なる場合、第２編集遅延時間が変更されていると判定する。

ステップＳ２４において、第２編集遅延時間が変更されていると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２５として、位相調整部４７は、現時点の第２編集遅延時間を新たな第２遅延時間として駆動装置３０に送信する。次に、ステップＳ２６として、位相調整部４７は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報の第２駆動波形情報を構成する第２遅延時間を更新して処理を終了する。また、ステップＳ２４において、第２編集遅延時間が変更されていないと判定された場合（ＮＯ）、処理を終了する。

また、図８のフローチャートに示すステップＳ２１〜２６の処理は、第３ＤＥＡ１３ｃを駆動するための波形の編集、及び第３ＤＥＡ１３ｃを駆動するための第３駆動波形情報である第３駆動波形データ及び第３遅延時間の送信に関する処理である。本処理は、上記のステップＳ２１〜２６の処理の説明における第２駆動波形情報、第２駆動波形データ、第２編集波形データ、第２遅延時間、及び第２編集遅延時間をそれぞれ、第３駆動波形情報、第３駆動波形データ、第３編集波形データ、第３遅延時間、及び第３編集遅延時間に置き換えた処理であり、その詳細な説明は省略する。なお、第２ＤＥＡ１３ｂを駆動するためステップＳ２１〜２６の処理、及び第３ＤＥＡ１３ｃを駆動するためのステップＳ２１〜２６の処理は、それぞれ独立して実行される。

次に、駆動装置３０にて実行される処理について説明する。駆動装置３０は、第１制御部３１ｂ、第２制御部３２ｂ、及び第３制御部３３ｂのそれぞれにおいて、図９に示すフローチャートのステップＳ３１〜Ｓ３４の処理を、数ミリ秒〜数十ミリ秒の周期で繰り返し実行する。

第１制御部３１ｂにより実行されるステップＳ３１では、第１駆動側記憶部３１ａに記憶されている第１駆動波形情報である第１駆動波形データ、及び波形編集装置４０の条件設定部４９から入力される駆動条件に基づいて、次に印加すべき電圧Ｖｎを演算する。次に、ステップＳ３２として、演算された電圧Ｖｎを第１ＤＥＡ１３ａに印加する。

次に、ステップＳ３３として、波形編集装置４０の波形編集部４６から新たに第１駆動波形情報（第１駆動波形データ）を受信しているか否かを判定する。ステップＳ３３において、新たに第１駆動波形情報を受信している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３４として、第１駆動側記憶部３１ａに記憶されている第１駆動波形情報を更新して処理を終了する。また、ステップＳ３３において、新たに第１駆動波形情報を受信していない場合（ＮＯ）、処理を終了する。

第２制御部３２ｂにより実行されるステップＳ３１では、第２駆動側記憶部３２ａに記憶されている第２駆動波形情報である第２駆動波形データ及び第２遅延時間、並びに波形編集装置４０の条件設定部４９から入力される駆動条件に基づいて、次に印加すべき電圧Ｖｎを演算する。次に、ステップＳ３２として、演算された電圧Ｖｎを第２ＤＥＡ１３ｂに印加する。

次に、ステップＳ３３として、波形編集装置４０の波形編集部４６から新たに第２駆動波形情報（第２駆動波形データ及び第２遅延時間の少なくとも一方）を受信しているか否かを判定する。ステップＳ３３において、新たに第２駆動波形情報を受信している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３４として、第２駆動側記憶部３２ａに記憶されている第２駆動波形情報を更新して処理を終了する。また、ステップＳ３３において、新たに第２駆動波形情報を受信していない場合（ＮＯ）、処理を終了する。

なお、ステップＳ３４において、１周期分の第２駆動波形情報を駆動させたタイミングで新たな第２駆動波形情報を更新することで、使用者に対して、違和感なく触感を提示することができる。

第３制御部３３ｂにより実行されるステップＳ３１〜Ｓ３４の処理は、上記の第２制御部３２ｂにより実行されるステップＳ２１〜２６の処理の説明における第２駆動側記憶部３２ａ、第２駆動波形情報、第２駆動波形データ、第２遅延時間、第２ＤＥＡ１３ｂをそれぞれ、第３駆動側記憶部３３ａ、第３駆動波形情報、第３駆動波形データ、第３遅延時間、第３ＤＥＡ１３ｃに置き換えた処理であり、その詳細な説明は省略する。

次に、本実施形態の脈動発生装置を用いて、特定の触感を提示するように第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを動作させるための波形パターンを作成する方法について説明する。以下では、平脈に対応する登録済みの波形パターンを編集して、実際の触診時に熟練者が感じる平脈の脈動パターンにより近い触感を提示するように第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを動作させる波形パターンを作成する場合を例に挙げて説明する。

まず、準備工程として、平脈に対応する登録済みの波形パターンに基づく脈動パターンで模擬体１０を動作させるように第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを駆動する。
詳述すると、出力ボタン５１がオフの状態、即ち、駆動装置３０から第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに電圧が印加されておらず、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃが駆動していない駆動停止時において、ポインティングデバイス４１を操作して平脈に対応する呼び出しボタン５２をクリックする。これにより、波形編集装置４０において、平脈に対応する登録済みの第１〜第３駆動波形情報が駆動装置３０に送信されるとともに、第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報が更新される。そして、駆動装置３０において、波形編集装置４０から送信された第１〜第３駆動波形情報にて、第１〜第３駆動側記憶部３１ａ〜３３ａに記憶されている第１〜第３駆動波形情報が更新される。

このとき、波形編集装置４０の波形編集部４６によって、平脈に対応する登録済みの波形パターンの各電圧波形データを複製した第１〜第３編集波形データが新規に作成されるとともに、第２記憶部４４に記憶されている第１〜第３編集波形データが更新される。そして、画像処理部５０によって、第１〜第３編集波形データの波形を示す画像が作成され、当該画像が表示部４２の波形編集画面５５に表示される。

また、波形編集装置４０の位相調整部４７によって、平脈に対応する登録済みの波形パターンの第２遅延時間及び第３遅延時間と同値の第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間が新規に作成されるとともに、第２記憶部４４に記憶されている第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間が更新される。そして、画像処理部５０によって集約画像５７ａが作成され、当該画像が表示部４２の位相調整画面５７に表示される。同時に、位相調整画面５７に表示される各スライダー５７ｂの位置が、平脈に対応する登録済みの波形パターンの第２遅延時間及び第３遅延時間の値に調整される。また、条件設定画面５８に表示される各スライダーの位置が、平脈に対応する登録済みの波形パターンの値に調整される。

その後、ポインティングデバイス４１を操作して出力ボタン５１をオンの状態にすると、駆動装置３０において、図９のフローチャートの処理が繰り返し実行される。これにより、第１〜第３駆動側記憶部３１ａ〜３３ａに記憶されている第１〜第３駆動波形情報に基づいて変化する電圧が第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに印加されて、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃが動作する。また、波形編集装置４０において、図７〜図８のフローチャートの処理が繰り返し実行される。

次に、編集工程として、脈診の熟練者を使用者として、波形の編集を行う。編集工程において、使用者は、片方の手で模擬体１０に触れることにより、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの動作に基づいて模擬体１０から提示される脈動を体感しながら、もう片方の手でポインティングデバイス４１を操作して、波形の編集を行う。

波形の形状を変更する場合、使用者は、ポインティングデバイス４１を操作して、波形編集画面５５に表示された波形の画像に示されるアンカーポイントＰを移動させること、及びアンカーポイントＰを追加又は削除することにより、波形編集画面５５に表示された波形の形状を変更する。アンカーポイントＰの移動は、例えば、波形編集画面５５に表示されるポインターを目的のアンカーポイントＰに位置させてドラッグアンドドロップしたり、目的のアンカーポイントＰを選択した状態でキーボードの矢印キーを操作したりする等のポインティングデバイスを用いた慣用的な操作により実現できる。アンカーポイントＰ間はベジェ曲線により自動的に補完される。

波形の位相を変更する場合、使用者は、ポインティングデバイス４１を操作して、位相調整画面５７に表示される第２編集遅延時間及び第３編集遅延時間に対応する各スライダーの位置を変更する。図６の矢印にて示すように、第２編集遅延時間に対応するスライダーの位置を変更すると、位相調整画面５７に表示されている第１編集波形データに基づく波形の開始点と、第２編集波形データに基づく波形の開始点との間の時間間隔が、スライダーの位置に対応した第２編集遅延時間となるように、第２編集波形データに基づく波形が時間軸方向（横軸方向）にシフトする。第３遅延時間に対応するスライダーの位置を変更した場合も同様に、第３編集波形データに基づく波形が時間軸方向（横軸方向）にシフトする。

駆動条件を変更する場合、使用者は、ポインティングデバイス４１を操作して、条件設定画面５８に表示される各スライダーの位置を変更する。また、登録済みの平脈に対応する波形パターンに戻したい場合や、別の登録済みの波形パターンを基礎としたい場合等には、目的の登録済みの波形パターンに対応する呼び出しボタン５２をクリックすることにより、波形編集画面５５、位相調整画面５７、及び条件設定画面５８の表示内容を変更する。

使用者の操作に基づいて、波形編集画面５５、位相調整画面５７、及び条件設定画面５８の各画面の表示内容が変更されると、波形編集部４６及び位相調整部４７により、第２記憶部４４に記憶されている第１〜第３編集波形情報（第１〜第３編集波形データ及び第２〜第３編集遅延時間）が、現時点の各画面の表示内容に基づく情報に変更される。

ここで、図７及び図８のフローチャートに示すように、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの駆動中、ステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ２４として、波形編集装置４０は、第１〜第３編集波形情報が変更されているか否かを判定する処理を定期的に実行している。第１〜第３編集波形情報が変更されると、今回の周期又は次回の周期のステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ２４において、第１〜第３編集波形情報が変更されていると判定されて、現時点の第１〜第３編集波形情報が駆動装置３０に送信される。

また、図９のフローチャートに示すように、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの駆動中、駆動装置３０は、ステップＳ３３として、波形編集装置４０から新たに第１〜第３駆動波形情報（第１〜第３駆動波形データ及び第２〜第３遅延時間）を受信しているか否かを判定する処理を定期的に実行している。そのため、新たに第１〜第３駆動波形情報を受信すると、今回の周期又は次回の周期のステップＳ３３において、新たに第１〜第３駆動波形情報を受信していると判定されて、第１〜第３駆動側記憶部３１ａ〜３３ａに記憶されている第１〜第３駆動波形情報が新たに受信した第１〜第３駆動波形情報に更新される。

そして、次回の周期又は次々回の周期のステップＳ３１〜Ｓ３２において、新たに受信した第１〜第３駆動波形情報に基づいて、次に印加すべき電圧Ｖｎが演算され、演算された電圧Ｖｎが第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに印加される。これにより、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの動作が新たに受信した第１〜第３駆動波形情報、即ち、使用者が編集した第１〜第３編集波形情報に基づく動作に変更される。

図７〜図９の各フローチャートに示す処理は、数ミリ秒〜数十ミリ秒の周期で繰り返し実行されている。そのため、使用者が波形編集画面５５及び位相調整画面５７の表示内容を変更する操作を行った直後に、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの動作が変更を反映した動作に切り替わり、模擬体１０に触れている使用者の手に伝わる脈動の振動パターンが変化する。

また、図７及び図８のフローチャートに示すように、ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ２５において現時点の第１〜第３編集波形情報が新たな第１〜第３駆動波形情報として駆動装置３０に送信されると、ステップＳ１３，Ｓ２３，Ｓ２６において第２記憶部４４に記憶されている前回波形情報が更新されて、その次の周期のステップＳ１１においては、更新された前回波形情報に基づく判定が行われる。

使用者は、模擬体１０から片方の手に伝わる脈動の振動パターンを、自身の経験に基づく平脈の振動パターンに近づけるように、もう片方の手でポインティングデバイス４１を操作する。このとき、波形編集画面５５及び位相調整画面５７の表示内容を変更する操作を行う毎に模擬体１０から伝わる脈動の振動パターンが変化する。そして、模擬体１０から伝わる脈動の振動パターンが自身の経験に基づく平脈の振動パターンに一致したところで、保存ボタン５３をクリックして、平脈に対応する登録済みの波形パターンを、現時点の第１〜第３編集波形情報からなる波形パターンに更新する、又は現時点の第１〜第３編集波形情報からなる波形パターンを使用者が作成した波形パターンとして新たに登録する。これにより、実際の触診時に熟練者が感じる平脈の脈動パターンにより近い触感を提示するように第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを動作させるための電圧波形が得られる。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）脈動発生装置は、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃと、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃのそれぞれに対応する第１〜第３駆動波形情報に基づいて変化する電圧を、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに印加する駆動装置３０と、第１〜第３駆動波形情報を編集する波形編集装置４０とを備えている。波形編集装置４０は、第１〜第３駆動波形情報に基づく複数の波形を重ねた集約画像５７ａを含む位相調整画面５７を表示部４２に表示させる画像処理部５０と、集約画像５７ａの波形を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを変更する位相調整部４７とを備えている。

上記構成によれば、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを調整する作業を直感的に行うことができ、複数の電圧波形を組み合わせる複雑な編集作業をより簡易かつ円滑に行うことができる。そのため、機械や情報処理に関する知識が少ない使用者であっても、複数のＤＥＡに特定の動きをさせるための電圧波形を容易に作成できる。これにより、電圧波形を編集しながら、複数のＤＥＡを連動させて特定の動きをさせるための波形パターンを探索する作業をよりスムーズに行うことができる。

（２）駆動波形情報は、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データを含む。位相調整部４７は、駆動波形データの開始点の位置を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを変更している。

上記構成によれば、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを調整する作業をより直感的に行うことができる。
（２）位相調整部４７は、第１駆動波形情報の第１駆動波形データの開始点を基準点として、第２〜第３駆動波形情報の第２〜第３駆動波形データの開始点の位置を相対的に時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを変更している。

上記構成によれば、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを調整する作業をより直感的に行うことができる。
（３）位相調整画面５７には、集約画像５７ａの波形を時間軸方向にシフトさせる位相操作部としてのスライダー５７ｂが設けられている。

上記構成によれば、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃの動作タイミングを調整する作業をより簡易に行うことができる。
（４）波形編集装置４０は、ＤＥＡ１３の駆動中に第１〜第３編集波形情報が変更されたとき、第１〜第３編集波形情報を新たな第１〜第３駆動波形情報とするように第１〜第３駆動波形情報を更新し、更新された第１〜第３駆動波形情報に基づいて第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃを駆動する。

上記構成によれば、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの駆動中に第１〜第３編集波形情報を変更した場合に、変更後の第１〜第３編集波形情報の保存や送信等の操作を行わずとも、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃの動作が変更後の第１〜第３編集波形情報に基づく動作に切り替わる。これにより、第１〜第３編集波形情報を編集しながら、第１〜第３ＤＥＡ１３ａ〜１３ｃに特定の動きをさせる電圧波形を探索する作業をよりスムーズに行うことができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・集約画像５７ａの波形を時間軸方向にシフトさせる位相操作部は、スライダー５７ｂに限定されない。位相操作部は、例えば、前方又は後方にシフトさせるボタンであってもよいし、各遅延時間の数値を入力するものであってもよい。また、集約画像５７ａにおける任意の波形をドラッグアンドドロップにより移動させたり、任意の波形を選択した状態でキーボードの矢印キーを操作したりする等のポインティングデバイス４１を用いた操作により各遅延時間を調整する構成としてもよい。この場合、位相操作部を省略することもできる。

・上記実施形態では、第１ＤＥＡ１３ａを駆動するための電圧波形に対して、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃを駆動するための電圧波形を相対的に遅らせる方向にシフト可能に構成していたが、第２〜第３ＤＥＡ１３ｂ〜１３ｃを駆動するための電圧波形を相対的に先行させる方向にシフト可能に構成してもよい。

・上記実施形態では、１周期分の電圧の変化を示す波形の開始点を基準点として各波形をシフト可能に構成していたが、例えば、ピークの立ち上がり点やピークの頂点等の開始点以外の点を基準点として各波形をシフト可能に構成してもよい。

・上記実施形態では、集約画像５７ａに表示される三つの波形のうち、一つの波形（第１駆動波形データに対応する波形）を固定し、それ以外の波形（第２〜第３駆動波形データに対応する波形）を時間軸方向に相対的にシフト可能に構成していたが、すべての波形を時間軸方向にシフト可能に構成してもよい。即ち、時間軸方向の波形のシフトは、一つの波形を基準とした相対的なシフトであってもよいし、時間軸を基準とした絶対的なシフトであってもよい。

・駆動状況画面を集約画像５７ａとして用いてもよい。
・上記実施形態では、波形編集装置４０から駆動装置３０へ各駆動波形データ及び各遅延時間を送信して、駆動装置３０側にて各遅延時間を反映させる処理を行っていたが、波形編集装置４０側にて、駆動波形データにそれぞれの遅延時間を反映させた合成駆動波形データを作成し、合成駆動波形データを駆動装置３０側へ送信する構成としてもよい。この場合、駆動装置３０は、合成駆動波形データに基づく波形の電圧を印加するのみでよく、遅延時間を反映させるため構成を駆動装置３０から省略できる。

・各駆動波形データ及び各編集波形データの波形を特定するパラメータは上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のパラメータの一部を省略してもよいし、別のパラメータを追加してもよい。遅延時間等の位相差情報を波形を特定するパラメータの一つとしてもよい。

・ポインティングデバイス４１及び表示部４２は、本発明のアクチュエータ装置とは別に用意される外部機器であってもよい。
・模擬体１０に設けられるＤＥＡ１３の数は、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。

・ＤＥＡ１３に代えて、イオン交換ポリマーメタル複合体（ＩＰＭＣ：Ionic Polymer Metal Composite）等の他の電場応答性高分子アクチュエータ（ＥＰＡ：Electroactive Polymer Actuator）を用いてもよい。

・本発明のアクチュエータ装置は、印加電圧に応じて発生する振動等の動作を触感として認識させる脈動発生装置以外の触覚提示装置として適用されるものであってもよい。また、本発明のアクチュエータ装置は、触覚提示装置に限らず、印加電圧を変化させることにより複数の電場応答性高分子アクチュエータに特定の動作を行わせる装置全般に適用できる。

・アクチュエータ装置を構成するＤＥＡ１３等の電場応答性高分子アクチュエータ、駆動装置３０、及び波形編集装置４０は、それらのうちの一部又は全部が一体に構成されるものであってもよい。例えば、電場応答性高分子アクチュエータと駆動装置３０とが一体に構成されていてもよいし、駆動装置３０と波形編集装置４０とが一体に構成されていてもよいし、電場応答性高分子アクチュエータと駆動装置３０と波形編集装置４０とが一体に構成されていてもよい。

３０…駆動装置
４０…波形編集装置
４２…表示部
４７…位相調整部
５０…画像処理部
５７…位相調整画面
５７ａ…集約画像
５７ｂ…スライダー

特表２０１４−５１０３４６号公報

Claims (6)

1. 一対の電極を有する複数の電場応答性高分子アクチュエータと、
   前記電場応答性高分子アクチュエータのそれぞれに対応する駆動波形情報に基づいて変化する電圧を、複数の前記電場応答性高分子アクチュエータの前記一対の電極の間に印加する駆動装置と、
   前記駆動波形情報を編集する波形編集装置とを備え、
   前記波形編集装置は、
   複数の前記電場応答性高分子アクチュエータのそれぞれに対応する複数の前記駆動波形情報に基づく複数の波形を重ねた集約画像を含む位相調整画面を表示部に表示させる画像処理部と、
   前記位相調整画面に表示される前記集約画像の波形を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更する位相調整部とを備えるアクチュエータ装置。
2. 前記駆動波形情報は、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データを含み、
   前記位相調整部は、前記駆動波形データの開始点の位置を時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更する請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記位相調整部は、特定の前記駆動波形情報の前記駆動波形データの開始点を基準点として、その他の前記駆動波形情報の前記駆動波形データの開始点の位置を相対的に時間軸方向にシフトさせる操作に基づいて、前記電場応答性高分子アクチュエータの動作タイミングを変更する請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記位相調整画面には、前記集約画像の波形を時間軸方向にシフトさせる位相操作部が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
5. 前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく動作を触感として認識させる触感提示装置として適用される請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
6. 前記触感提示装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動を脈動の触感として認識させる脈動発生装置である請求項５に記載のアクチュエータ装置。

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