JP4482686B2 - 触覚情報伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、接触摩擦による触覚を利用して情報を伝達する触覚情報伝達装置に関する。

人体に備わる知覚には、視覚，触覚，味覚，臭覚，聴覚が有る。この中で触覚は他の知覚と比べて特定の器官に依存せず、ほぼ全身に存在する。このような特性を利用して、触覚により情報を伝達する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この技術では、圧電アクチュエータの高さまたは厚みを変位させ、指が圧電アクチュエータに触れることで情報を伝達するものである。
特開平６−１８３４１号公報（第３−４頁，図１）

しかし、特許文献１に開示された技術によれば面圧や面の凹凸で情報を伝達できるものの、面圧や面の凹凸と情報内容との関連を学習しなければならず、指で感じた圧力や凹凸に基づいて学習した情報内容を導き出さなければならないので時間を要していた。
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、事前に学習する必要もなく、従来よりも短時間で簡易に情報を伝達し得る触覚情報伝達装置を提供することを目的とする。

（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、図１に模式的に表すように、人体の皮膚Ｈに直接的または間接的に接触可能な接触子４と、接触子４が所定の運動を行うように制御する制御手段７とを備え、接触子４の運動に伴って皮膚Ｈとの間で生ずる接触摩擦によって触覚を利用して情報を伝達することを要旨とする。

解決手段１によれば、制御手段７が制御する接触子４の運動に伴って皮膚Ｈとの間で接触摩擦生じ、この接触摩擦を触覚で感知し、情報として脳に伝達する。図１に表す制御手段７は、例えば接触子４を運動させる駆動部５と、駆動部５を制御する制御部６とを有する。接触子４の運動は、例えば回転運動（回転方向は一方向回転でもよく、正逆方向回転でもよい）や往復運動（前進運動と後退運動との組み合わせであって、直線的でもよく曲線的でもよい）等が該当する。接触子４が回転する方向や往復運動する方向等は、事前に学習しなくても感覚的に理解することができる。また回転方向や運動方向は学習するまでもなく、時間を要せずに内容を把握できる。したがって、従来よりも短時間で簡易に情報を伝達することができる。

（２）解決手段２は、解決手段１に記載した触覚情報伝達装置１であって、出発地から目的地までの経路情報２ｂと地図情報２ａとを記憶する記憶手段２と、現在地の情報を取得する位置情報取得手段３とを備え、制御手段７は、地図情報２ａにおける現在地を特定し、目的地に向かう方向に対応する角度の運動を接触子４に行わせるように制御することで角度情報を伝達することを要旨とする。なお、出発地は出発位置に相当し、目的地は目的位置に相当し、現在地は現在位置に相当する。

出発地から目的地に行くにあたっては、高さ方向の情報はあまり重要でないのに対して、左右方向の情報は重要になる。解決手段２によれば、地図情報２ａ（すなわち地図上）における現在地を特定したうえで、目的地に向かう方向に対応する角度の運動を接触子４に行わせる。つまり目的地に到達するまで接触子４に触れていれば、接触子４の角度が変化した位置で左右方向の向き（すなわち進路）を変えることができ、目的地に辿り着くことができる。したがって、歩行や走行の支援を行うことができる。

（３）解決手段３は、解決手段１または２に記載した触覚情報伝達装置１であって、制御手段７は角度情報を伝達するにあたって、接触子４が変位する変位量を制御することを要旨とする。

解決手段３によれば、制御手段７は接触子４の変位量を制御することにより角度情報を伝達する。変位量としては、例えば接触子４を回転させる場合には回転角が該当し、接触子４を往復運動させる場合には移動量が該当する。変位量（回転角や移動量）が大きくなるにつれて向きを大きく変え、変位量が小さくなるにつれて向きを小さく変えればよい。したがって、左右方向の向きをどれだけ変えればよいのかが簡単に分かる。

（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載した触覚情報伝達装置１であって、制御手段７は角度情報を伝達するにあたって、接触子４の運動速度を制御することを要旨とする。

解決手段４によれば、制御手段７は接触子４の運動速度を制御することで角度情報を伝達する。運動速度としては、例えば接触子４を回転させる場合には回転速度が該当し、接触子４を往復運動させる場合には移動速度が該当する。運動速度（回転速度や移動速度）が速くなるにつれて向きを大きく変え、運動速度が遅くなるにつれて向きを小さく変えればよい。したがって、左右方向の向きをどれだけ変えればよいのかが簡単に分かる。

（５）解決手段５は、解決手段１から４のいずれか一項に記載した触覚情報伝達装置１であって、接触子４には皮膚Ｈと接触する接触面４ａに凹凸を設けたことを要旨とする。

解決手段５によれば、接触子４の接触面４ａには凹凸が設けられているので、接触によって皮膚Ｈとの間で生ずる摩擦力が大きくなる。摩擦力が大きくなれば触覚への伝達が容易になり、伝達すべき内容がより明確になる。

本発明によれば、接触子の運動は、事前に学習しなくても感覚的に理解することができる。また接触子の運動によって認識する方向は、時間を要せずに内容を把握できる。したがって、従来よりも短時間で簡易に情報を伝達することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、実施例に従って説明する。

本実施例は、携帯端末装置の一つである携帯電話機を用いて本発明を実現する例であって、図２〜図６を参照しながら説明する。まず図２には、携帯電話機１０に回転伝達装置２０を装着した例を示す。具体的には、正面図を図２（Ａ）に示し、側面図を図２（Ｂ）に示し、背面図を図２（Ｃ）に示す。

触覚情報伝達装置１は、別個に構成された携帯電話機１０と回転伝達装置２０とからなる。携帯電話機１０は、表示器１１や操作ボタン１２等を有する。表示器１１は液晶表示器等が用いられ、各種情報を表示する。操作ボタン１２は、電話番号等の入力時に操作する。回転伝達装置２０は携帯電話機１０の背面側に着脱可能に構成されており、円板２２，駆動制御装置２１，接続ケーブル２３等を有する。駆動制御装置２１は、円板２２の回転方向や回転角を制御する。接続ケーブル２３は、駆動制御装置２１と携帯電話機１０との間で信号を伝達可能に接続する。

駆動制御装置２１によって回転を制御される円板２２は、接触子４に相当する。当該円板２２は、携帯電話機１０を手で持ったときに接触面２２ａが掌と接触可能に構成されている。接触面４ａに相当する接触面２２ａには、掌で円板２２の回転方向や回転角を認識し易くするために、図３（Ａ）にも示すように矢印を模した凸部２２ｂが形成されている。凸部２２ｂとして模す形状は矢印に限らず、掌で円板２２の回転方向や回転角を認識し易ければ任意である。例えば、図３（Ｂ）に示す線分（本例では一の直線と交差する二の直線とを示す）や、図３（Ｃ）に示す点または点列、図３（Ｄ）に示す模様（本例では縞模様と格子模様とを示す）などが該当する。

上述のように構成した触覚情報伝達装置１において、出発地から目的地に誘導して案内するための構成および処理について図４，図５を参照しながら説明する。図４には携帯電話機１０および回転伝達装置２０の構成例をブロック図で表し、図５には情報取得処理および回転制御処理にかかる手続き例をフローチャートで表す。

図４に示す携帯電話機１０は、通信処理部１３，測位処理部１６，メモリ１７，データ制御部１９等を有する。通信処理部１３は、通信網Ｎを通じて他の端末装置（コンピュータ等）との間で通信を制御する。通信網Ｎは、電話網やインターネット網が該当する。位置情報取得手段３に相当する測位処理部１６は、複数（通常は３つ以上）のＧＰＳ衛星ＳＴから発信されるＧＰＳ電波を受信して現在地を測位する。記憶手段２に相当するメモリ１７には、出発地や目的地に関するデータや、地図データ１４，経路データ１５，現在地データ１８等を記憶する。地図情報２ａに相当する地図データ１４は、出発地と目的地とを含む地図のデータである。当該地図データ１４は、携帯電話機１０の製造時に予め記憶させてもよく、通信網Ｎを通じて取得して記憶させてもよい。経路情報２ｂに相当する経路データ１５は、地図データ１４における出発地から目的地まで誘導する経路のデータである。当該経路データ１５は、操作ボタン１２を操作して入力してもよく、操作ボタン１２によって出発地と目的地とが入力されると自動的に作成してもよい。現在地データ１８は、測位処理部１６によって測位された現在地のデータである。データ制御部１９は、データの入力や、回転伝達装置２０との間で行う通信を制御する。

回転伝達装置２０は、上述したように駆動制御装置２１や円板２２等を有する。駆動制御装置２１は、回転制御部２４やモータ２５を有する。回転制御部２４は、携帯電話機１０から地図データ１４，経路データ１５，現在地データ１８等を受けて、進路に従ってモータ２５の回転を制御する。上述した携帯電話機１０および回転制御部２４は、制御部６に相当する。駆動部５に相当するモータ２５には、例えばステッピングモータを用いるが、サーボモータや超音波モータ等を用いてもよい。円板２２はモータ２５の回転軸に固定するが、回転軸に直接固定できない場合には回転軸と円板２２との間にトルク伝達機構を介在させてもよい。トルク伝達機構は、例えばギア，ベルト，チェーン，ウォーム減速機，歯車減速機等によって構成する。

図５において、左側の情報取得処理はデータ制御部１９の機能を実現する手続きであり、右側の回転制御処理は回転制御部２４の機能を実現する手続きである。これらの情報取得処理および回転制御処理は、例えば回転伝達装置２０の接続ケーブル２３を携帯電話機１０に接続し、通信可能な状態に至ったことを契機として実行される。

まず情報取得処理では、操作ボタン１２の操作によって入力された出発地や目的地等のデータをメモリ１７に記憶する〔ステップＳ１０〕。もし地図データ１４がメモリ１７に記憶されていない場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１０で入力された出発地や目的地等に基づいて通信網Ｎを通じて地図データ１４を取得してメモリ１７に記憶する〔ステップＳ１２〕。地図データ１４が記憶されると、目的地までの経路データをメモリ１７に記憶する〔ステップＳ１３〕。経路データは、操作ボタン１２から入力してもよく、出発地や目的地等のデータおよび地図データ１４に基づいて経路生成プログラムを実行して自動的に設定してもよい。この経路生成プログラムはメモリ１７に予め記憶しておくか、通信網Ｎを通じて取得してメモリ１７に記憶しておく必要がある。

そして、測位処理部１６によって現在地を測位してメモリ１７に記憶する〔ステップＳ１４〕。測位処理部１６は、ＧＰＳ衛星ＳＴから発信されるＧＰＳ電波を受信し、このＧＰＳ電波に含まれるデータ（例えば軌道要素や、世界標準時とＧＰＳ時の補正情報など）に基づいて現在地を測位する。ステップＳ１４の記憶によって、メモリ１７には目的地，現在地，経路，地図等にかかる各データが記憶される。こうしてメモリ１７に記憶されたデータに基づいて目的地，現在地，経路，地図等のうちで少なくとも一つを表示器１１に表示し〔ステップＳ１５〕、メモリ１７に記憶されたデータの全部または一部を回転伝達装置２０に送信する〔ステップＳ１６〕。ステップＳ１５では、表示器１１に表示するだけでなく、携帯電話機１０に備えたスピーカから音声や効果音等によって現在地や進路方向等を案内するとなお分かり易くなる。上述したステップＳ１４〜Ｓ１６の処理は、回転伝達装置２０から終了信号を受信するまで継続して実行する〔ステップＳ１７〕。

回転制御処理では、携帯電話機１０から送信されたデータを受信すると〔ステップＳ２０〕、当該受信データに基づいて現在地および経路を地図と照合する〔ステップＳ２１〕。この照合の結果、左折や右折等のように進路を変更する必要がある場合には（ステップＳ２２でＹＥＳ）、進路に合わせたモータ２５の回転駆動により円板２２を回転させ〔ステップＳ２３〕、当該ステップＳ２３における円板２２の回転制御は経路に沿った進路に変わるまで継続する（ステップＳ２４でＮＯ）。ステップＳ２３で制御する円板２２の状態は利用者が認識できればよいので、一方向回転（例えば左回転または右回転）を続けてもよく、所定角度（例えば４５度や９０度等）に回転した後の状態を維持し続けてもよい。進路を大きく変えるときは円板２２の回転速度を速めたり回転角を大きくし、進路を少し変えるときは円板２２の回転速度を遅くしたり回転角を小さくすると分かり易い。

左折や右折等を終えて経路に沿った進路に変わると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、モータ２５を回転駆動して円板２２を標準状態（例えば直進を表す状態）に戻す〔ステップＳ２５〕。目的地に到達するまでは、上述したステップＳ２０〜Ｓ２５を繰り返し実行して利用者の走行や歩行を支援する（ステップＳ２６でＮＯ）。利用者が目的地に到達すると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、終了信号を携帯電話機１０に送信したうえで〔ステップＳ２７〕、情報取得処理および回転制御処理をともに終了する。
なお、ステップＳ２７では目的地への到達を利用者に報知するため、所定のパターン（例えば５秒間程度にわたって、左回転と右回転とを交互に切り換えるパターンや、一方向回転と停止とを交互に切り換えるパターン等）で円板２２を回転運動させるとよい。また、携帯電話機１０では終了信号を受けて表示器１１に目的地に到達した旨を文字や図形等で表示するとよい。

次に、図５に示す情報取得処理および回転制御処理を実行して、利用者を目的地に歩いて行く際に案内する例について図６を参照しながら説明する。図６において、地図および経路等のデータを図６（Ａ）に表し、円板２２の状態を図６（Ｂ）〜図６（Ｆ）にそれぞれ表す。本例では、利用者が進行する方向に対応した回転角度で円板２２の回転を制御する。なお、上下左右等の方向は図６（Ａ）に従って記載する。

図６（Ａ）に表す地図データ１４において、例えば出発地Ｐｓを駅とし、目的地Ｐｅを公園とする（ステップＳ１０）。本例の経路データ１５には、駅の位置Ｐ１を起点として、位置Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５でそれぞれ進路を変更し、終点となる位置Ｐ６に至る経路が設定されている（ステップＳ１３）。出発地Ｐｓで測位したときは（ステップＳ１４）、破線で表す領域内が表示器１１に表示される（ステップＳ１５）。

利用者が歩き始めてから位置Ｐ２に到達するまで、円板２２は図６（Ｂ）に示すような直進を表す標準状態を維持する（ステップＳ２５）。利用者が位置Ｐ２に到達すると進路を変える必要があるので、円板２２は右方向に９０度回転して図６（Ｃ）に示すような右折を表す状態になる（ステップＳ２３）。円板２２の回転を掌で感知した利用者は、その回転角を認識して位置Ｐ２では右折すればよいと分かる。利用者が右折し終えると、円板２２は再び図６（Ｂ）に示すような直進を表す標準状態に戻る（ステップＳ２５）。

利用者が位置Ｐ３に到達すると、円板２２は回転して図６（Ｄ）に示すような斜め左（左側に４５度回転）を指示する状態になる（ステップＳ２３）。この指示に従って利用者が向きを変えると、円板２２は再び図６（Ｂ）に示すような直進を表す標準状態に戻る（ステップＳ２５）。こうした円板２２の回転によって、利用者は位置Ｐ４に向かって歩行することができる。同様にして、位置Ｐ４では円板２２が図６（Ｅ）に示すような斜め右（右側に４５度）に回転し、位置Ｐ５では円板２２が図６（Ｆ）に示すような左折（左側に９０度）に回転する（ステップＳ２３）。そのため、利用者は位置Ｐ４で斜め右に進路を変え、位置Ｐ５では左折することができる。位置Ｐ５を左折した利用者が歩行し続けて位置Ｐ６に到達すると、目的地への到達が報知される（ステップＳ２７）。よって、利用者は目的地に到達したことが容易に分かる。

上述した実施例によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
（１）人体の皮膚Ｈに直接的に接触可能な円板２２と、円板２２が回転運動を行うように制御する携帯電話機１０，回転制御部２４およびモータ２５（制御手段７に相当）とを備え、円板２２の運動に伴って皮膚Ｈとの間で生ずる接触摩擦によって触覚を利用して情報を伝達する構成とした｛図４を参照｝。円板２２が回転する方向や往復運動する方向等は、事前に学習しなくても触れるだけで感覚的に理解することができる。また回転方向や運動方向は学習するまでもなく、時間を要せずに内容を把握できる。したがって、従来よりも短時間で簡易に情報を伝達することができる。

（２）出発地から目的地までの経路データ１５と地図データ１４とを記憶するメモリ１７と、ＧＰＳ電波に基づいて現在地の情報を取得する測位処理部１６とを備えた｛図４を参照｝。そして、地図データ１４における現在地を特定し、目的地に向かう方向に対応する角度の運動を円板２２に行わせるように制御することで角度情報を伝達する構成とした｛図５の回転制御処理を参照｝。目的地に到達するまで利用者が円板２２に触れていると、円板２２の角度が変化した位置で進路を変えることができ、目的地に辿り着くことができる。したがって、例えば視覚障害者や健常者を誘導する場合等のように、歩行や走行の支援を行うことができる。

（３）角度情報を伝達するにあたって、円板２２が回転する回転角（すなわち変位量）を制御する構成とした｛図５のステップＳ２３および図６を参照｝。したがって、進路を変えるにあたって左右方向の向きをどれだけ変えればよいのかが簡単に分かる。
本例では円板２２の回転角を制御する構成としたが、円板２２の回転速度を制御する構成としてもよい。円板２２の回転速度が変化させると、その速度変化を掌（皮膚Ｈに相当）で感知し、進路を変えることができる。

（４）円板２２には、掌と接触する接触面２２ａに凸部２２ｂ（凹凸に相当）を設ける構成とした｛図２（Ａ）を参照｝。本例では凸部２２ｂを設ける構成としたが、凹部（例えば溝）を設ける構成としてもよく、凸部２２ｂと凹部とを混在する構成としてもよい。さらには、円板２２の接触面２２ａに代えて、あるいは接触面２２ａとともに、側面に凸部２２ｂや凹部を設ける構成としてもよい。これらの凸部２２ｂや凹部は、接触によって掌との間で生ずる摩擦力が大きくなる。摩擦力が大きくなれば触覚への伝達が容易になり、伝達すべき内容がより明確になる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例に従って説明したが、本発明は当該実施例に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することが可能である。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

（１）上述した実施例では、触覚情報伝達装置１として携帯電話機１０および回転伝達装置２０を適用した。携帯電話機１０に代えて、他の端末装置を適用してもよい。他の端末装置としては、例えば携帯型コンピュータや、携帯情報端末（ＰＤＡ；Personal Digital Assistance）、腕時計、カーナビゲーションシステム、自動車等が該当する。回転伝達装置２０は、携帯電話機１０または他の端末装置に組み込んだり、一体化する構成としてもよい。例えば、携帯電話機１０や腕時計等に組み込んで背面側に円板２２を設けたり、自動車やオートバイのハンドルに組み込む。さらに、端末装置とは別体に構成するものの、人体の皮膚Ｈと接触可能な物に回転伝達装置２０の全部または一部を組み込む構成としてもよい。具体的には、回転伝達装置２０を構成する一部の要素（例えばモータ２５および円板２２）を眼鏡，被服，ベルト，靴，帽子，アクセサリー，カバン，バッグ等に組み込む。アクセサリーには、ネックレス，指輪，腕輪，パスケース，財布等が該当する。
いずれの形態にせよ、人体の皮膚Ｈと直接的または間接的に接触するように円板２２を設ければよい。この場合でも、当該円板２２の回転運動は事前に学習しなくても利用者は感覚的に理解できる。円板２２の回転運動によって認識する方向は、時間を要せずに内容を把握できる。したがって、従来よりも短時間で簡易に情報を伝達できる。

（２）上述した実施例では、円板２２の接触面２２ａで掌と接触するように、すなわち面で皮膚Ｈと接触するように構成したが、点や線で皮膚Ｈと接触するように構成してもよい。例えば円板２２に代えて、棒状部材で接触子４を構成する。棒状部材の側面（もしくは外周面）を用いて皮膚Ｈと線状に接触させるときは、円板２２と同様に回転させてたり、ソレノイドを駆動して進路に見合う方向に往復運動させる。棒状部材の端部を用いて皮膚Ｈと点で接触させるときは、ソレノイドを駆動して進路に見合う方向に往復運動させる。このような接触形態であっても、運動方向や運動速度の大小で情報を伝達できる。

（３）上述した実施例では、接触子４として円板２２（すなわち円形状の板部材）で構成したが、円形状以外の平面形状（例えば楕円形状や、三角形や四角形のような多角形状等）で形成したり、板部材以外の立体形状（例えば円筒部材や円錐形状，角錐形状，立方体形状等）で構成してもよい。これらの部材であっても、利用者は時間を要せず感覚的に部材を通じて情報を認識することができる。

本発明の構成例を模式的に表す図である。 携帯電話機に伝達装置を装着した例を示す図である。 接触子における接触面の構成例を表す図である。 携帯電話機および回転伝達装置の構成例を表すブロック図である。 情報取得処理および回転制御処理にかかる手続き例を表すフローチャートである。 地図および経路等のデータと円板の状態との一例を表す図である。

符号の説明

１ 触覚情報伝達装置
２ 記憶手段
２ａ 地図情報
２ｂ 経路情報
３ 位置情報取得手段
４ 接触子
４ａ 接触面
５ 駆動部
６ 制御部
７ 制御手段
Ｈ 皮膚
１０ 携帯電話機（触覚情報伝達装置，制御部，制御手段）
１１ 表示器
１２ 操作ボタン
１３ 通信処理部
１４ 地図データ（地図情報）
１５ 経路データ（経路情報）
１６ 測位処理部（位置情報取得手段）
１７ メモリ（記憶手段）
１８ 現在地データ（現在地情報）
２０ 伝達装置（触覚情報伝達装置）
２１ 駆動制御装置
２２ 円板（接触子）
２２ａ 接触面
２２ｂ 凸部（凹凸）
２３ 接続ケーブル
２４ 回転制御部（制御部，制御手段）
２５ モータ（駆動部）
Ｎ 通信網
ＳＴ ＧＰＳ衛星

Claims (5)

1. 人体の皮膚に直接的または間接的に接触可能な接触子と、
   前記接触子が所定の運動を行うように制御する制御手段とを備え、
   前記接触子の運動に伴って皮膚との間で生ずる接触摩擦によって触覚を利用して情報を伝達する触覚情報伝達装置であって、
   出発地から目的地までの経路情報と地図情報とを記憶する記憶手段と、
   現在地の情報を取得する位置情報取得手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位置情報取得手段が取得した現在地の情報に基づいて、前記地図情報における現在地を特定し、前記目的地に向かう方向に対応する角度の運動を前記接触子に行わせるように制御することで角度情報を伝達するものであり、
   前記接触子は回転部材であり、
   前記制御手段は前記角度情報を伝達するにあたって、前記回転部材の回転速度を制御する触覚情報伝達装置。
2. 請求項１に記載した触覚情報伝達装置であって、前記制御手段は、前記目的地に到達したことを判定すると、前記目的地への到達を利用者に報知するため、所定のパターンで前記回転部材を回転運動させる触覚情報伝達装置。
3. 請求項１または２に記載した触覚情報伝達装置であって、前記回転部材は板部材である触覚情報伝達装置。
4. 請求項３に記載した触覚情報伝達装置であって、前記板部材は円形状のものである触覚情報伝達装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した触覚情報伝達装置であって、前記接触子には、皮膚と接触する接触面に凹凸を設けた触覚情報伝達装置。

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