JP3164929B2 - 触覚の遠隔表示方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触覚の遠隔表示方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、ロボットが検出した
情報をできるだけ忠実に人間に呈示し、判断機能を人間
に委ねてロボットを制御するテレイグジスタンス（tele
-existence）型のロボットが知られている。しかしなが
ら、この種のロボットにあつては、視覚の分野での研究
はなされているが、ハンドのフィンガの人工触覚で検出
した情報を遠隔の人間の指等に伝達・表示するという触
覚に関するテレイグジスタンスの開発は、今後の課題で
あり、特に人工触覚で検出した情報を人間の指に表示で
きる遠隔表示装置の出現が待望されている。また、例え
ば手指触覚失認症患者、義手装着者等において、手指に
よる触覚を認識することのできる手指触覚表示装置の出
現が待望されている。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、触覚の遠
隔表示方法の構成は、可動部材に取付けた触覚センサを
物体に接触させた際に生ずる少なくとも圧覚からなる触
覚を検出して検出信号を発生し、人体に取付けられ、内
部空隙を有して伸縮自在な表示手段に、前記検出信号に
応じて前記触覚を表示する触覚の遠隔表示方法であつ
て、前記表示手段が、前記検出信号に応じて作動する加
熱・冷却手段によつて加熱又は冷却されて水素を放出又
は吸収させる水素吸蔵合金を有し、該水素が表示手段の
内部空隙に吸排されることを特徴とする。また、触覚の
遠隔表示装置の構成は、可動部材に取付けられ、少なく
とも圧覚からなる触覚を検出する触覚センサと、該触覚
センサによる検出信号に応じて制御信号を設定する制御
信号設定手段と、人体に取付け可能に構成され、内部空
隙を有して伸縮自在な表示手段と、該制御信号によつて
作動する水素吸排源とを備え、該水素吸排源が、該制御
信号が与えられる加熱・冷却手段によつて加熱又は冷却
されて水素を放出又は吸収させる水素吸蔵合金を有し、
該水素が表示手段の内部空隙に吸排されることを特徴と
する。

【０００４】

【作用】可動部材に取付けた触覚センサを物体に接触さ
せ、例えば可動部材によつて物体を把持すれば、触覚セ
ンサによる検出信号が出力されるので、この検出信号に
応じて加熱・冷却手段を作動させる。制御信号設定手段
を備える場合には、触覚センサによる検出信号に応じた
制御信号を制御信号設定手段において設定し、制御信号
によつて加熱・冷却手段を作動させることができる。

【０００５】すなわち、加熱・冷却手段を作動させ、水
素吸蔵合金を加熱又は冷却させれば、これによつて水素
が放出又は吸収されるので、表示手段が作動する。具体
的には、水素吸蔵合金から放出又は吸収される水素ガス
が、表示手段の内部空隙に吸排され、膨張又は収縮す
る。これにより、可動部材の少なくとも圧覚からなる触
覚が、人体に表示される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１〜図３は、本発明に係る触覚の表示装
置をロボットに適用した第１実施例を示す。図中におい
て符号１はアクチュエータを示し、アクチュエータ１
は、後記するように内部空隙１１ａを有して伸縮自在で
あり、少なくとも圧覚からなる触覚を表示する表示手段
１１と、水素吸排源１０とを主構成要素とする。表示手
段１１は、人体の触覚を有する適当箇所として、指２
（人体）に取付けられる。

【０００７】そして、表示手段１１には、可撓性及び耐
圧性を有する配管１３を介して水素吸排源１０を接続
し、内部空隙１１ａを水素吸排源１０に接続する。水素
吸排源１０は、図２に示すように密閉容器２０の内部
に、加熱又は冷却されて水素吸蔵量を変化させ、水素を
放出又は吸収する水素吸蔵合金Ａを、ペルチェ素子から
なる一対の加熱・冷却手段２１にて挟んだ状態で設置し
て構成され、加熱・冷却手段２１にはマイクロコンピュ
ータ１９が接続されている。水素吸蔵合金Ａは、比較的
低温で可逆的に多量の水素を放出又は吸収する能力を有
する。２３は配管１３を継合する水素出入り口、２４は
冷却用のフインである。しかして、マイクロコンピュー
タ１９から加熱・冷却手段２１に正逆の電流を供給し
て、水素吸蔵合金Ａを加熱又は冷却することができ、こ
れによつて水素ガスが放出又は吸収される。

【０００８】一方、ロボットの前腕の先端部に取付ける
可動部材であるハンド３のフィンガには、圧覚を検出す
る触覚センサ５が取付けられ、ハンド３によつて物体４
を把持した際の圧覚が検出される。触覚センサ５は、ハ
ンド３の表面に対して垂直方向の圧力成分を検出して、
検出信号ａを発生するものとして、感圧導電性ゴムや圧
電フィルムをマトリクス状に配列して構成される。ハン
ド３は、駆動用モータ３ａによつてワイヤ３ｂ，３ｃを
緩めれば、スプリング３ｄ，３ｅの弾発力によつて開
き、駆動用モータ３ａによつてワイヤ３ｂ，３ｃを引け
ば、スプリング３ｄ，３ｅの弾発力に抗して閉じる。

【０００９】この触覚センサ５による検出信号ａを人間
の指２に取付けた表示手段１１に与え、認識・判断機能
は人間に委ね、人間がロボットを操作する。表示手段１
１は、触覚センサ５の能力に応じたものとする。すなわ
ち、触覚センサ５がハンド３の圧覚のみを検出するもの
であるため、表示手段１１は、図３に示すように単一の
内部空隙１１ａを有するゴム容器１１ｂにて形成され、
指２の腹に接触配置してバンド１４によつて固定してあ
る。

【００１０】触覚センサ５による検出信号ａは、図外の
Ａ／Ｄ変換器によつてデジタル信号に変換して、制御信
号設定手段６に入力する。制御信号設定手段６は、マイ
クロコンピュータ１９にて構成される。制御信号設定手
段６では、触覚センサ５による検出信号ａに応じてテー
ブルルックアップを行つてマイクロコンピュータ１９の
ＲＯＭに予め記憶させたデータテーブルから制御信号ｂ
を読み出す。この制御信号ｂが図外のＤ／Ａ変換器によ
つてアナログ信号に変換されて、水素吸排源１０の加熱
・冷却手段２１を加熱又は冷却する。

【００１１】次に上記実施例の作用について説明する。
ハンド３によつて物体４を把持すれば、触覚センサ５に
よる検出信号ａが出力されるので、制御信号設定手段６
においてこの検出信号ａに応じた制御信号ｂを読み出
し、この制御信号ｂを図外のＤ／Ａ変換器によつてアナ
ログ信号化させてアクチュエータ１を作動させる。

【００１２】すなわち、制御信号ｂによつて加熱・冷却
手段２１を作動させ、水素吸蔵合金Ａを加熱又は冷却さ
せれば、これによつて水素が放出又は吸収されるので、
表示手段１１が作動する。具体的には、水素吸蔵合金Ａ
から放出又は吸収される水素ガスが、配管１３によつて
連通する内部空隙１１ａに吸排され、ゴム容器１１ｂが
膨張又は収縮する。これにより、ハンド３の圧覚と同様
の圧覚が、指２の腹に表示される。

【００１３】図４〜図６は、本発明に係る触覚の表示装
置によつて圧覚及びずれ覚を表示するようにした第２実
施例を示し、第１実施例と実質的に同一の部分には同一
の符号を付してそれらの説明を省略する。

【００１４】例えば、ハンド３によつて実際に物体４を
把持してそれを持ち上げる際には、その物体４がハンド
３からずれ落ちる傾向にあるためハンド３にずれ覚を生
じることがある。従つて、ハンド３の圧覚に加えてずれ
覚をも表示することが、物体４を確実に把持する上で望
まれる。

【００１５】そこで、ハンド３に上記の触覚センサ５に
加えてローラ型の触覚センサ１５を取付ける。図６に
は、ハンド３のずれ覚を検出するローラ型の触覚センサ
１５を示す。この触覚センサ１５は、フォトセンサ及び
スリット板を内蔵するローラ１５ｂを、板ばね１５ａに
よつてハンド３に回転自在に支持して構成され、物体４
を把持しない状態でローラ１５ｂがハンド３の把持面か
ら若干突出している。ハンド３を閉じて物体４を把持す
れば、板ばね１５ａが弾性変形して物体４が把持される
と共に、ローラ１５ｂが物体４に圧接する。

【００１６】しかして、ハンド３からの物体４のずれに
よりローラ１５ｂが回転し、この回転運動が、内蔵する
フォトセンサ及びスリット板によりパルス信号に変換さ
れて検出信号ｃが得られる。この検出信号ｃは、図５に
示す一対の第１補正手段３５及び第２補正手段３６に入
力させる。

【００１７】また、ハンド３のずれ覚を検出する触覚セ
ンサ１５を備える場合には、表示手段１１は、例えば図
４に示す構造とする。すなわち、周縁部に折曲片３１ａ
を有する湾曲した基板３１の内側に、等間隔にて隔壁３
１ｃを設け、折曲片３１ａ及び各隔壁３１ｃによつて区
画されるそれぞれの空間に、内部空隙３２ａ，３３ａを
有するゴム容器３２，３３を各対をなすように収容す
る。

【００１８】そして、各対をなす一方のゴム容器３２を
配管３４によつて一方の水素吸排源１０ａに接続し、他
方のゴム容器３３を配管３７によつて他方の水素吸排源
１０ｂに接続する。しかして、各水素吸排源１０ａ，１
０ｂを異なる電流値又は電圧値によつて制御することに
より、各対をなすゴム容器３２，３３の圧力を異ならせ
ることができるので、ゴム容器３２，３３の内側に位置
する指２に、圧覚及びずれ覚を表示することができる。

【００１９】ハンド３によつて物体４を把持すれば、触
覚センサ５による検出信号ａ及び触覚センサ１５による
検出信号ｃが出力されるので、制御信号設定手段６にお
いてこの検出信号ａに応じた制御信号ｂを読み出し、こ
の制御信号ｂを第１補正手段３５及び第２補正手段３６
に入力させ、検出信号ｃに応じてそれぞれを増減補正
し、第１補正制御信号ｄ及び第２補正制御信号ｅを得
る。この第１補正制御信号ｄ及び第２補正制御信号ｅを
それぞれ図外のＤ／Ａ変換器を介して各水素吸排源１０
ａ，１０ｂに供給する。

【００２０】例えば、ローラ型の触覚センサ１５の検出
信号ｃが零つまりずれ覚が存在しない場合には、触覚セ
ンサ５の検出信号ａに応じた制御信号ｂを実質的に補正
することなく第１補正制御信号ｄ及び第２補正制御信号
ｅを得、これによつて各水素吸排源１０ａ，１０ｂを同
一の電流値又は電圧値によつて制御する。これにより、
各対をなすゴム容器３２，３３の圧力が合致するので、
ゴム容器３２，３３の内側に位置する指２に、ずれ覚は
表示されず、圧覚のみが表示される。

【００２１】また、ローラ型の触覚センサ１５の検出信
号ｃが零でない、つまりずれ覚が存在する場合には、触
覚センサ５の検出信号ａに応じた制御信号ｂを、第１補
正手段３５においてローラ型の触覚センサ１５の検出信
号ｃに応じて補正し、第１補正制御信号ｄを得、この第
１補正制御信号ｄによつて一方の水素吸排源１０ａの加
熱・冷却手段２１を作動させ、水素吸蔵合金Ａを加熱又
は冷却させれば、これによつて水素が放出又は吸収され
るので、表示手段１１が作動する。すなわち、水素吸蔵
合金Ａから放出又は吸収される水素ガスが、配管３４に
よつて連通する各内部空隙３２ａに吸排され、ゴム容器
３２が膨張又は収縮する。

【００２２】同時に、触覚センサ５の検出信号ａに応じ
た制御信号ｂを、第２補正手段３６においてローラ型の
触覚センサ１５の検出信号ｃに応じて補正し、第２補正
制御信号ｅを得、この第２補正制御信号ｅによつて他方
の水素吸排源１０ｂの加熱・冷却手段２１を作動させ、
水素吸蔵合金Ａを加熱又は冷却させれば、これによつて
水素が放出又は吸収されるので、表示手段１１が作動す
る。すなわち、水素吸蔵合金Ａから放出又は吸収される
水素ガスが、配管３７によつて連通する各内部空隙３３
ａに吸排され、ゴム容器３３が膨張又は収縮する。

【００２３】しかして、対をなすゴム容器３２，３３の
膨張又は収縮量が個別に増減調節されるので、ハンド３
の圧覚と同様の圧覚を指２の腹に表示させつつ、ハンド
３のずれ覚と同様のずれ覚を、指２の腹に表示させるこ
とができる。ところで、ハンド３の表面に対する垂直方
向の成分に加え、このハンド３の表面に対して水平方向
に働く力の大きさと方向とを検出する場合には、触覚セ
ンサ５，１５として応力ベクトルセンサ或いは３分力検
出センサを取付けることができる。ハンド３の把持面の
一点を水平方向にずらしたとき、そのずれの方向弁別能
は約π／４であることが分かつている。そこで水平方向
の応力とその方向を検出し垂直成分の応力と組合せてベ
クトル量で表現することができる。

【００２４】このようなベクトル量を検出することによ
り、物体４の表面に垂直方向の押し付け力を一定にしな
がら物体４の表面に平行にハンド３を所定のずれ覚にて
動かすこともできるため、グラインダ作業や物体表面の
拭き取り作業も可能になる。また、物体４であるコップ
を把持しながらそのコップに水を注いでいく場合には、
３分力の情報を利用すれば、コップの重量変化を監視し
つつコップを柔軟に把持することができる。

【００２５】図７は、本発明に係る触覚の表示装置を手
指触覚失認症患者、義手装着者等の手指による触覚の無
い人間に適用した第３実施例を示し、第１実施例と実質
的に同一の部分には同一の符号を付してそれらの説明を
省略する。この実施例にあつては、触覚センサ５を可動
部材である指２（人体又は義手）に取付け、表示手段１
１を人間の肩部７に貼着にて取付ける。

【００２６】本実施例によれば、指２によつて物体４を
把持すれば、触覚センサ５による検出信号ａが出力され
るので、制御信号設定手段６においてこの検出信号ａに
応じた制御信号ｂを読み出し、この制御信号ｂを図外の
Ｄ／Ａ変換器によつてアナログ信号化させてアクチュエ
ータ１が作動する。

【００２７】具体的には、制御信号ｂによつて加熱・冷
却手段２１を作動させ、水素吸蔵合金Ａを加熱又は冷却
させれば、これによつて水素が放出又は吸収されるの
で、表示手段１１が作動する。すなわち、水素吸蔵合金
Ａから放出又は吸収される水素ガスが、配管１３によつ
て連通する内部空隙１１ａに吸排され、ゴム容器１１ｂ
が膨張又は収縮する。これにより、指２の圧覚と同様の
圧覚が、肩部７に表示される。勿論、指２に触覚センサ
５に加えてローラ型の触覚センサ１５を取付けると共
に、肩部７にゴム容器３２，３３を各対をなすように収
容する表示手段１１を取付けることにより、圧覚及びず
れ覚の両者を肩部７に表示することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る触覚の遠隔表示方法及びその装置によれ
ば、テレイグジスタンス型のロボットにおいて、ロボッ
トが人工触覚で検出した情報を遠隔の人間に正確に呈示
し、人間の判断に基づいてロボットを制御することが実
現される。また、手指の触覚を失つた者において、手指
による触覚を認識し、フィードバックすることが可能に
なつた。加えて、水素吸排源及び表示手段は、水素ガス
の緩衝作用を受けるので衝撃や過負荷に強く、小形軽量
にして発生力が大きく、騒音を発生しないので、空気圧
を発生する大形のコンプレッサを使用するものと比較し
て、人間への装着性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る触覚の遠隔表示装
置の構成要素の配置を示す図。

【図２】 同じく水素吸排源を示す断面図。

【図３】 同じく表示手段を示す断面図。

【図４】 本発明の第２実施例に係る表示手段を示す断
面図。

【図５】 同じく触覚の遠隔表示装置の構成要素の配置
を示す図。

【図６】 同じくハンドを一部切開してを示す斜視図。

【図７】 本発明の第３実施例に係る触覚の遠隔表示装
置の構成要素の配置を示す図。

【符号の説明】

１：アクチュエータ、２：指（可動部材又は人体）、
３：ハンド（可動部材）、４：物体、５，１５：触覚セ
ンサ、６：制御信号設定手段、７：肩部（人体）、１
０，１０ａ，１０ｂ：水素吸排源、１１：表示手段、１
１ａ：内部空隙、１３，３４，３５：配管、１９：マイ
クロコンピュータ、２０：密閉容器、２１：加熱・冷却
手段、３２，３３：ゴム容器、３２ａ，３３ａ：内部空
隙、Ａ：水素吸蔵合金、ａ，ｃ：検出信号、ｂ：制御信
号、ｄ：第１補正制御信号（制御信号）、ｅ：第２補正
制御信号（制御信号）。

フロントページの続き (72)発明者 清水 俊治 北海道札幌市北区北18条西13丁目 (72)発明者 室 正彦 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日 本製鋼所内 (56)参考文献 特開 平５−131387（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−3387（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 15/00 - 15/02 B25J 19/02 - 19/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部材に取付けた触覚センサを物体に
   接触させた際に生ずる少なくとも圧覚からなる触覚を検
   出して検出信号を発生し、人体に取付けられ、内部空隙
   を有して伸縮自在な表示手段に、前記検出信号に応じて
   前記触覚を表示する触覚の遠隔表示方法であつて、前記
   表示手段が、前記検出信号に応じて作動する加熱・冷却
   手段によつて加熱又は冷却されて水素を放出又は吸収さ
   せる水素吸蔵合金を有し、該水素が表示手段の内部空隙
   に吸排されることを特徴とする触覚の遠隔表示方法。
2. 【請求項２】 可動部材に取付けられ、少なくとも圧覚
   からなる触覚を検出する触覚センサと、該触覚センサに
   よる検出信号に応じて制御信号を設定する制御信号設定
   手段と、人体に取付け可能に構成され、内部空隙を有し
   て伸縮自在な表示手段と、該制御信号によつて作動する
   水素吸排源とを備え、該水素吸排源が、該制御信号が与
   えられる加熱・冷却手段によつて加熱又は冷却されて水
   素を放出又は吸収させる水素吸蔵合金を有し、該水素が
   表示手段の内部空隙に吸排されることを特徴とする触覚
   の遠隔表示装置。