JP5042292B2 - 状態再現システム - Google Patents

Description

本発明は、機器の形状等の状態を再現する状態再現システムに関する。

変電所や発電所等における機器の状態（正常状態又は異常状態）は、例えば同機器に設けられたセンサからの検出結果に基づいて自動的に判定される。機器のあらゆる箇所にセンサが設けられているわけではないため、センサの無い箇所については、例えば熟練者が自身の手の感触に基づいて判定する。

一方、監視対象の機器に対しこのような熟練者を常時待機させておくことは現実的ではない。そこで、例えば機器における振動及び温度をセンサがそれぞれ検出し、その検出結果に基づいてアクチュエータが同機器における振動及び温度をそれぞれ再現する技術を適用すれば（例えば特許文献１参照）、熟練者の判定を支援できる。同技術では、振動センサにより検出された振動を再現するアクチュエータ及び温度センサにより検出された温度を再現するアクチュエータに対し板部材が設けられており、熟練者はこの板部材に手を当てることによって、機器における振動及び温度を遠隔的に感じることができる。

特開平１１−８３５６１号公報

しかしながら、多様な機器は多様な形状を有するのに対し、手のひらは同形状に応じて柔軟に同機器の外面に接触し得るものである一方、前述した特許文献１に開示された技術では、機器の外面を板部材で再現しているだけである。このため、熟練者は、板部材からは、機器の状態を判定するのに十分な感触を得ることができない。

また、前述した特許文献１に開示された技術では、機器におけるセンサが設置された箇所のみについてその振動及び温度が再現されるだけであるため、熟練者は、もし手で機器に直接触れることができれば得られたであろう感触のうち、センサが設置されていない箇所についての感触を得ることができない。

尚、以上は、機器の状態を熟練者が遠隔的に判定する場合のみに生じる問題に限ったことではない。例えば機器に電流が流れているために同機器を手で直接触れることができない場合にも、前述した特許文献１に開示された技術では、その状態を精度良く判定できないという問題がある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機器の外面の感触を直接触れることなく精度良く再現することにある。

前記課題を解決するための発明は、機器との接触面が前記機器の形状に応じて変形する弾性体と、前記弾性体の接触面の変形の度合を検出する位置センサと、アクチュエータと、前記アクチュエータが前記機器の形状を再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を備えた状態再現システムである。
この状態再現システムによれば、機器における弾性体との接触面の形状を、アクチュエータを通じて遠隔的又は間接的に精度良く把握できる。一例として、アクチュエータの形状を通じて機器の外面の形状を遠隔的に視認したり、アクチュエータに触れることによって機器の外面の形状の感触を間接的に確認したりすることができる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記弾性体は、前記機器と接触する第１の方向に前記機器の形状に応じた距離だけ弾性的に変位するとともに前記第１の方向と交差する第２の方向に隣接して配置され、先端が前記接触面を形成する複数の可動片を有し、前記位置センサは、前記弾性体を構成する複数の可動片の変位量を検出し、前記アクチュエータは、前記第１の方向に対応する第３の方向に弾性的に変位するとともに前記第２の方向に対応する第４の方向に隣接して配置される複数の可動片を有し、前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の形状を再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御することが好ましい。
この状態再現システムによれば、弾性体における複数の可動片の変位量の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータにおける複数の可動片の変位量の第４の方向の分布を形成することによって、機器における弾性体との接触面の形状（変位量の分布）をより精度良く再現できる。また、可動片を細かくし、弾性体における可動片の密度を高めることによって、再現精度がより一層向上する。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記位置センサの検出結果を記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の形状を再現するように、前記記憶装置からの読み出し内容に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御することが好ましい。
この状態再現システムによれば、例えば、機器の状態を示す情報ごとに位置センサの検出結果を対応付けて予め記憶しておけば、その後に、機器の状態に応じた形状をアクチュエータ単独で再現できる。このようなアクチュエータによる擬似体験を通じて、実際の機器の状態を判定するための訓練ができる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記弾性体を構成する複数の可動片は、前記位置センサを有することが好ましい。
この状態再現システムによれば、各可動片とこれに対応する位置センサとが例えば一体となることによって、機器の形状の検出作業が容易になるとともに、同形状の検出精度も向上する。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記弾性体を構成する複数の可動片は、前記機器の振動を検出する振動センサを有し、前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の振動を再現するように、前記振動センサの検出結果に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御することが好ましい。
この状態再現システムによれば、弾性体における複数の可動片の振動の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータにおける複数の可動片の振動の第４の方向の分布を形成することによって、機器における弾性体との接触面における振動分布をより精度良く再現できる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記弾性体を構成する複数の可動片は、前記機器の温度を検出する温度センサを有し、前記アクチュエータを構成する複数の可動片は、発熱素子を有し、前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の温度を再現するように、前記温度センサの検出結果に応じて前記発熱素子の動作を制御することが好ましい。
この状態再現システムによれば、弾性体における複数の可動片の温度の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータにおける複数の可動片の温度の第４の方向の分布を形成することによって、機器における弾性体との接触面における温度分布をより精度良く再現できる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記アクチュエータを構成する複数の可動片は、前記アクチュエータに対する外圧を検出する圧力センサを有し、前記制御装置は、前記弾性体が前記アクチュエータに対する外圧を再現するように、前記圧力センサの検出結果に応じて前記弾性体の動作を制御した後、前記アクチュエータが前記機器の固さを再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータの動作を制御することが好ましい。
この状態再現システムによれば、弾性体から機器に対し前記外圧を再現するべく複数の可動片の変位量の第２の方向の分布を形成し、次に同分布に応じてアクチュエータを動作させることによって機器の外面の固さ（外圧を加えたときの同外圧に対する反作用の圧力）をより精度良く再現できる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記位置センサ、前記振動センサ、前記温度センサ、前記圧力センサと前記制御装置とは、通信回線を介して接続されていることが好ましい。
この状態再現システムによれば、機器側にある弾性体を検出する各種センサと、例えばアクチュエータに触れる人がいる側の制御装置との間を、通信回線を介して接続することによって、機器の外面の感触を遠隔的に精度良く再現できる。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記弾性体の前記機器と接触する側を撮影するビデオカメラを備え、前記制御装置は、前記ビデオカメラの撮影結果と前記位置センサの検出結果とに応じて、前記アクチュエータの動作を制御することとしてもよい。
この状態再現システムによれば、ビデオカメラによる画像情報に対し、例えば、テクスチャやエッジ等を強調する所定の処理を施し、同画像情報から弾性体に相当する特徴を抽出し、その抽出結果から弾性体の変形の度合を求めることができる。この情報は位置センサによる検出結果の少なくとも一部と重複するため、例えばこの重複部分について、検出精度がより高い方を採用すれば、アクチュエータによる機器の形状の再現精度が向上する。

また、かかる状態再現システムにおいて、前記機器の音を検出するマイクと、音を再現するべく前記アクチュエータに隣接して配置されるスピーカと、を備え、前記制御装置は、前記アクチュエータが前記機器の形状を再現しつつ前記スピーカが前記機器の音を再現するように、前記マイクにより検出された音を前記スピーカから出力させることとしてもよい。
この状態再現システムによれば、例えば、熟練者は、耳で聞くスピーカの音の情報と、アクチュエータの形状を通じて視認できる機器の形状や同アクチュエータに触れて得られる機器の外面の感触等の情報とを併せて、機器の状態をより精度良く判定できる。

本発明によれば、機器における弾性体との接触面の形状を、アクチュエータを通じて遠隔的又は間接的に精度良く把握できる。

本実施の形態の状態再現システムの構成例を示す図である。 本実施の形態の検出装置の構成例を示す部分斜視図である。 本実施の形態の再現装置の構成例を示す部分斜視図である。 本実施の形態の状態再現システムの制御を司る構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の制御装置の処理手順の一例を示すブロック図である。

===状態再現システムの構成例===
図１乃至図４を参照しつつ、本実施の形態の状態再現システム１の構成例について説明する。図１は、状態再現システム１の構成例を示す図である。図２は、本実施の形態の検出装置１０の構成例を示す部分斜視図である。図３は、本実施の形態の再現装置２０の構成例を示す部分斜視図である。図４は、本実施の形態の状態再現システム１の制御を司る構成の一例を示すブロック図である。

図１に例示されるように、状態再現システム１は、機器Ｓの形状等を検出するための検出装置１０と、同機器Ｓの形状等を再現するための再現装置２０と、これらを制御する制御装置３０とを備えている。同図における例示では、この状態再現システム１は、記憶装置４０と、ビデオカメラ１０１、１０２、マイク１０３、及びスピーカ５０とを更に備えている。

尚、本実施の形態では、検出装置１０、再現装置２０、ビデオカメラ１０１、１０２、及びマイク１０３は、制御装置３０と通信回線３を介して接続され、記憶装置４０及びスピーカ５０は、制御装置３０と直接接続されている。

また、本実施の形態では、検出装置１０、ビデオカメラ１０１、１０２、及びマイク１０３は、機器Ｓの近傍に配置される一方、再現装置２０、制御装置３０、記憶装置４０、及びスピーカ５０は、機器Ｓから離れた場所に配置されているものとする。

<<<検出装置>>>
検出装置１０は、図１に例示されるように、機器Ｓの形状に応じて変形可能な弾性体１３と、弾性体１３の形状及び機器Ｓの固さ・振動・温度分布を検出する検出部１１とを備えている。尚、図１の例示では、この検出装置１０は、弾性体１３を支持する支持体１２を更に備えている。

<弾性体>
弾性体１３は、図２に例示されるように、機器Ｓと接触するｚ軸方向（第１の方向）に機器Ｓの形状に応じた距離だけ弾性的に変位する同方向に長尺な直方形状の複数の可動片（例えば可動片１３８１、１３９１、１３９２等）を備えている。図２の例示では、支持体１２は、矩形状の開口１２ａを有し、複数の可動片は、同開口１２ａを通じて支持体１２の内部に例えばバネ等の弾性部材（不図示）を介して立設されている。図１及び図２の例示では、複数の可動片は、ｘ軸方向（第２の方向）及びｙ軸方向（第２の方向）に隣接してマトリックス状に配置され、それぞれの先端の矩形状の面も同様にマトリックス状に配置されて機器Ｓとの接触面を構成している。

尚、本実施の形態では、マトリックス状に配置された複数の可動片のそれぞれは、支持体１２の開口１２ａの周囲で定義されたｘ軸方向の離散的な座標と、ｙ軸方向の離散的な座標とによって特定されるようになっている。つまり、各可動片は、ｘ軸方向のｘ１乃至ｘ９の何れかと、ｙ軸方向のｙ１乃至ｙ９の何れかとによって特定される。ここで、図１及び図２では、可動片は、一例として、９行９列の合計８１個で構成されている。例えば、図２に例示されるように、可動片１３８１は座標（ｘ８、ｙ１）に対応し、可動片１３９１は座標（ｘ９、ｙ１）に対応し、可動片１３９２は座標（ｘ９、ｙ２）に対応する。

<検出部>
各可動片は、先端側の内部に温度センサ（例えば温度センサ１８１ｄ、１９１ｄ、１９２ｄ等）を備え、支持体１２の側に位置センサ（例えば位置センサ１８１ａ、１９１ａ、１９２ａ等）及び振動センサ（例えば振動センサ１８１ｃ、１９１ｃ、１９２ｃ等）を備えている。

ここで、図２の仮想線で示されるように、温度センサ１８１ｄ、１９１ｄ、１９２ｄは、機器Ｓにおける各可動片の先端との接触面の温度を検出するための例えば熱電対等である。また、図２の仮想線で示されるように、位置センサ１８１ａ、１９１ａ、１９２ａは、各可動片のｚ軸方向の変位量を検出するための例えば差動変圧器等であり、振動センサ１８１ｃ、１９１ｃ、１９２ｃは、各可動片のｚ軸方向の振動を検出するための例えば圧電素子等である。更に、各可動片は、ｚ軸方向に変位するための圧力アクチュエータ１５ｂ（図４）を備えている。図２の仮想線で位置センサ１８１ａ、１９１ａ、１９２ａ及び振動センサ１８１ｃ、１９１ｃ、１９２ｃとともに示されるように、例えば可動片１３８１、１３９１、１３９２は、例えば駆動モータ等の圧力アクチュエータ１８１ｂ、１９１ｂ、１９２ｂをそれぞれ備えている。

マトリックス状に配置された複数の可動片に対する位置センサの集合体が、弾性体１３における機器Ｓとの接触面における形状・固さ分布を検出する形状・固さ分布検出部１１ａを構成している（図４）。尚、図４に例示される位置センサ１１１ａは、不図示の座標（ｘ１、ｙ１）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される位置センサ１１２ａは、不図示の座標（ｘ１、ｙ２）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される位置センサ１９９ａは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

マトリックス状に配置された複数の可動片に対する振動センサの集合体が、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における振動分布を検出する振動分布検出部１１ｃを構成している（図４）。尚、図４に例示される振動センサ１１１ｃは、不図示の座標（ｘ１、ｙ１）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される振動センサ１１２ｃは、不図示の座標（ｘ１、ｙ２）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される振動センサ１９９ｃは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

マトリックス状に配置された複数の可動片に対する温度センサの集合体が、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における温度分布を検出する温度分布検出部１１ｄを構成している（図４）。尚、図４に例示される温度センサ１１１ｄは、不図示の座標（ｘ１、ｙ１）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される温度センサ１１２ｄは、不図示の座標（ｘ１、ｙ２）に対応する可動片に設けられ、図４に例示される温度センサ１９９ｄは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

図４に例示されるように、以上の形状・固さ分布検出部１１ａと、振動分布検出部１１ｃと、温度分布検出部１１ｄとによって、本実施の形態の検出部１１が構成される。

<<<再現装置>>>
再現装置２０は、図１に例示されるように、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面の形状・固さ分布を再現する複数の可動片２３を有するアクチュエータ２１を備えている。尚、図１の例示では、この再現装置２０は、複数の可動片２３を支持する支持体２２を更に備えている。

<アクチュエータ>
アクチュエータ２１は、図３に例示されるように、前述した検出装置１０の弾性体１３を構成する複数の可動片と同一形状の複数の可動片２３（例えば可動片２３１１、２３１２、２３２１等）を備えている。本実施の形態では、図１及び図３の座標軸ｘ、ｙ、ｚに示されるように、アクチュエータ２１の可動片２３は、検出装置１０の弾性体１３の可動片をｙ軸の周りにｘ軸及びｚ軸を１８０度回転したものと対応している。つまり、アクチュエータ２１の可動片２３は、ｚ軸方向（第３の方向）に、これと対応する弾性体１３の可動片が変位した距離だけ逆向きに変位するようになっている。図３の例示では、支持体２２は、矩形状の開口２２ａを有し、複数の可動片２３は、同開口２２ａを通じて支持体２２の内部に立設されている。複数の可動片２３は、ｘ軸方向（第４の方向）及びｙ軸方向（第４の方向）に隣接してマトリックス状に配置され、例えば、可動片２３１１は座標（ｘ１、ｙ１）に対応し、可動片２３１２は座標（ｘ１、ｙ２）に対応し、可動片２３２１は座標（ｘ２、ｙ１）に対応する。

各可動片２３は、先端側の内部に発熱素子（例えば発熱素子２１１ｄ、２１２ｄ、２２１ｄ等）を備え、支持体２２の側に位置アクチュエータ（例えば位置アクチュエータ２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ等）及び振動アクチュエータ（例えば振動アクチュエータ２１１ｃ、２１２ｃ、２２１ｃ等）を備えている。

ここで、図３の仮想線で示されるように、発熱素子２１１ｄ、２１２ｄ、２２１ｄは、各可動片２３の先端を、これに対応する弾性体１３の可動片の温度センサにより検出された温度とするための例えばヒータ等である。また、図３の仮想線で示されるように、位置アクチュエータ２１１ａ、２１２ａ、２２１ａは、各可動片２３を、これに対応する弾性体１３の可動片の位置センサにより検出された変位量だけｚ軸方向に逆向きに変位させるための例えば駆動モータ等である。同様に、振動アクチュエータ２１１ｃ、２１２ｃ、２２１ｃは、各可動片２３を、これに対応する弾性体１３の可動片の振動センサにより検出された振動の振幅及び周波数（又は周期）と略等しい振幅及び周波数（又は周期）でｚ軸方向に振動させるための例えば圧電素子等である。更に、各可動片２３は、ｚ軸方向に作用する外圧を検出するための圧力センサ２５ｂを備えている。図３の仮想線で位置アクチュエータ２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ及び振動アクチュエータ２１１ｃ、２１２ｃ、２２１ｃとともに示されるように、例えば可動片２３１１、２３１２、２３２１は、例えば圧電素子等の圧力センサ２１１ｂ、２１２ｂ、２２１ｂをそれぞれ備えている。

マトリックス状に配置された複数の可動片２３に対する位置アクチュエータの集合体が、弾性体１３における機器Ｓとの接触面における形状・固さ分布を再現する形状・固さ分布再現部２１ａを構成している（図４）。尚、図４に例示される位置センサ２９９ａは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

マトリックス状に配置された複数の可動片２３に対する振動アクチュエータの集合体が、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における振動分布を再現する振動分布再現部２１ｃを構成している（図４）。尚、図４に例示される振動センサ２９９ｃは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

マトリックス状に配置された複数の可動片２３に対する発熱素子の集合体が、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における温度分布を再現する温度分布再現部２１ｄを構成している（図４）。尚、図４に例示される発熱素子２９９ｄは、不図示の座標（ｘ９、ｙ９）に対応する可動片に設けられるものである。

図４に例示されるように、以上の形状・固さ分布再現部２１ａと、振動分布再現部２１ｃと、温度分布再現部２１ｄとによって、本実施の形態のアクチュエータ２１が構成される。

尚、本実施の形態では、弾性体１３の可動片の形状及び個数は、アクチュエータ２１の可動片２３の形状及び個数と同一であり、それぞれの配置も一対一に対応するものであるが、これに限定されるものではない。

例えば、弾性体１３の隣接する複数個の可動片が、アクチュエータ２１の１個の可動片２３に対応するものであってもよいし、弾性体１３の１個の可動片が、アクチュエータ２１の隣接する複数個の可動片２３に対応するものであってもよい。この場合、弾性体１３及びアクチュエータ２１のうちの、何れか一方側の隣接する複数個の可動片と、これに対応する他方側の１個の可動片とでは、先端の接触面の総面積どうしが等しくてもよいし、異なっていてもよい。要するに、弾性体１３とアクチュエータ２１との間で、相互に対応する可動片の個数比及び先端の接触面の総面積比は、検出対象である機器Ｓの形状、検出精度、再現精度等に応じて如何なる値に設定されてもよい。

このように、弾性体１３の可動片の形状及び個数と、アクチュエータ２１の可動片２３の形状及び個数とが同一でない場合には、検出される情報と再現される情報とは、例えば以下のような関係を有してもよい。例えば、弾性体１３の１個の可動片と、アクチュエータ２１の隣接する複数個の可動片２３とが対応する場合、１個の可動片について検出された情報（変位量、振幅、周波数（又は周期）、温度）そのものを複数個の可動片２３のそれぞれについて再現してもよいし、同情報に所定の処理を施した情報を複数個の可動片２３のそれぞれについて再現してもよい。この所定の処理とは、例えば、弾性体１３の１個の可動片の検出情報に基づいて同可動片の周囲に隣接する可動片の予測検出情報を求め、これらの検出情報や予測検出情報等を平均する処理である。この平均された情報を、対応するアクチュエータ２１の複数個の可動片２３のそれぞれについて再現する。或いは、例えば、弾性体１３の隣接する複数個の可動片と、アクチュエータ２１の１個の可動片２３とが対応する場合、複数個の可動片について検出された情報（変位量、振幅、周波数（又は周期）、温度）を平均した情報を１個の可動片２３について再現してもよい。

また、本実施の形態では、検出装置１０の位置センサにより検出された変位量と、再現装置２０の位置アクチュエータの変位量とは同一であるが、これに限定されるものではない。検出装置１０の位置センサにより検出された変位量が必要に応じて増幅又は抑制された変位量だけ位置アクチュエータを動作させるものであってもよい。これは、振動センサにより検出された振動の振幅及び振動数（又は周期）や、温度センサにより検出された温度等についても同様であり、それぞれに対応するアクチュエータが必要に応じて検出結果を増幅又は抑制して動作するものであってもよい。

更に、本実施の形態の形態では、弾性体１３及びアクチュエータ２１はそれぞれ複数の可動片から構成されるものであったが、これに限定されるものではない。つまり、前述したように先端が平坦面である可動片が複数個だけ隣接して形成されるような接触面ではなく、例えば機器Ｓの滑らかな形状に応じた滑らかで連続した接触面を有するものであってもよい。要するに、弾性体１３は、機器Ｓとの接触面が同機器Ｓの形状に応じて変形し得るものであれば、如何なるものであってもよい。これは、アクチュエータ２１についても同様である。

<<<制御装置>>>
制御装置３０は、図４に例示されるように、ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３とを備えている。
ＣＰＵ３１は、検出装置１０に後述する検出動作をさせるとともに再現装置２０に後述する再現動作をさせる処理を実行する。
ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１のこのような処理の手順を定めるプログラム等を記憶する。
ＲＡＭ３３は、ＣＰＵ３１のこのような処理の際に用いられる各種データを記憶する。また、このＲＡＭ３３は、前述した座標（ｘｎ、ｙｎ）（１≦ｎ≦９、ｎは整数）が共通な位置センサと位置アクチュエータとを対応付け、同座標（ｘｎ、ｙｎ）が共通な振動センサと振動アクチュエータとを対応付け、同座標（ｘｎ、ｙｎ）が共通な温度センサと発熱素子とを対応付け、同座標（ｘｎ、ｙｎ）が共通な圧力アクチュエータと圧力センサとを対応付けた表データ（不図示）を記憶している。

<<<記憶装置>>>
記憶装置４０は、前述した、形状・固さ分布検出部２１ａの各変位量を示す情報、振動分布検出部２１ｃの各振動の振幅及び周波数（又は周期）を示す情報、及び温度分布検出部２１ｄの各温度を示す情報を格納する。

本実施の形態では、実際に、機器Ｓの外面に検出装置１０の弾性体１３を接触させて、同外面の形状、固さ（外圧を加えたときの同外圧に対する反作用の圧力）分布、振動分布、及び温度分布を再現装置２０で再現したとき、同再現に係る各情報と、機器Ｓの状態を示す情報とを対応付けて記憶装置４０に予め格納しておく。これにより、記憶装置４０は、例えば、機器Ｓが正常状態の場合の再現装置２０の再現に係る各情報と、機器Ｓが異常状態の場合の再現装置２０の再現に係る各情報とを格納する。

<<<ビデオカメラ・マイク・スピーカ>>>
例えば弾性体１３における機器Ｓとの接触箇所の外観部分をビデオカメラ１０１、１０２により撮影してその画像情報を取得し、制御装置３０において、同画像情報に例えばテクスチャやエッジ等を強調する所定の処理を施し、同画像情報から可動片に相当する特徴を抽出し、その抽出結果から可動片の変位量を求めてもよい。この情報は、前述した形状・固さ分布検出部１１ａにより得られる形状の情報及び振動分布検出部１１ｃにより得られる振動分布の情報の一部と重複するため、例えばこの重複部分について、検出精度がより高い方の情報を採用すれば、再現装置２０による機器Ｓの形状及び振動分布の再現精度が向上する。

また、例えばビデオカメラ１０１、１０２のうちの一方が赤外線の画像を撮像できるものであれば、制御装置３０において、画像情報に前述と同様の所定の処理を施すことによって、弾性体１３の接触箇所の外観部分の温度分布の情報を求めてもよい。この情報は、前述した温度分布検出部１１ｄにより得られる温度分布の情報の一部と重複するため、例えばこの重複部分について、検出精度がより高い方の情報を採用すれば、再現装置２０による機器Ｓの温度分布の再現精度が向上する。

更に、機器Ｓの状態の判定に際し同機器Ｓの音の情報が有用である場合、マイク１０２によって取得した機器Ｓからの音の情報を、再現装置２０の側でスピーカ５０から出力してもよい。この場合、例えば熟練者は、耳で聞くスピーカ５０の音の情報と、アクチュエータ２１の形状を通じて視認できる機器Ｓの形状や同アクチュエータ２１に触れて得られる機器Ｓの外面の感触等の情報とを併せて、機器Ｓの状態をより精度良く判定できる。

===状態再現システムの動作例===
図５を参照しつつ、前述した構成を備えた状態再現システム１の動作例について説明する。同図は、制御装置３０の処理手順の一例を示すブロック図である。

以下、検出装置１０の側では、機器Ｓの外面に弾性体１３を接触させた状態を保持しているものとする。

制御装置３０は、検出装置１０から、形状・固さ分布検出部２１ａの各変位量を示す情報、振動分布検出部２１ｃの各振動の振幅及び周波数（又は周期）を示す情報、及び温度分布検出部２１ｄの各温度を示す情報を受信する（Ｓ１００）。
次に、制御装置３０は、各検出部２１ａ、２１ｃ、２１ｄの検出結果に基づいて、再現装置２０における対応するアクチュエータ２１の動作を制御する（Ｓ１０１）。具体的には、制御装置３０は、以下の処理を実行する。

形状の再現については、制御装置３０は、前述した表データで各位置センサと対応付けられた各位置アクチュエータの動作を制御して、各位置センサにより検出された変位量だけ、対応する可動片２３をｚ軸方向に逆向きに変位させる。
振動分布の再現については、制御装置３０は、前述した表データで各振動センサと対応付けられた各振動アクチュエータの動作を制御して、各振動センサにより検出された振動の振幅及び周波数（又は周期）で、対応する可動片２３をｚ軸方向に振動させる。
温度分布の再現については、制御装置３０は、前述した表データで各温度センサと対応付けられた発熱素子の動作を制御して、対応する可動片２３の先端を、各温度センサにより検出された温度とする。

次に、制御装置３０は、再現装置２０の圧力センサ２５ｂを通じて、アクチュエータ２１に外圧が作用したか否かを判別する（Ｓ１０２）。
アクチュエータ２１に外圧が作用していないと判別した場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、制御装置３０は、前述したステップＳ１００の処理を再度実行する。
アクチュエータ２１に外圧が作用したと判別した場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、制御装置３０は、前述した表データで各圧力センサ２５ｂと対応付けられた各圧力アクチュエータ１５ｂの動作を制御して、機器Ｓから対応する弾性体１３の可動片に対し圧力センサ２５ｂにより検出された外圧が同様に作用するべく、同可動片をｚ軸方向に向きに駆動する（Ｓ１０３）。

制御装置３０は、前述したステップＳ１０３で駆動した可動片の位置センサによる検出結果に基づいて、再現装置２０の位置アクチュエータの動作を制御して可動片２３をｚ軸方向に逆向きに駆動する（Ｓ１０４）。例えば、機器Ｓの外面が人の手の指で押しても全く変形しない程度に固い場合、前述したステップＳ１０３で駆動した検出装置１０の可動片の実際の変位量は０であるため、再現装置２０のアクチュエータ２１は人の手の指による外圧に抗して静止状態が維持される。
次に、制御装置３０は、前述したステップＳ１００の処理を再度実行する。

尚、以上の処理において、前述したビデオカメラ１０１、１０２により得られる画像情報と併せて、機器Ｓの形状の情報、振動分布の情報、温度分布の情報を求めてもよい。また、以上の処理と平行して、マイク１０３により得られる音情報を、スピーカ５０から出力してもよい。

本実施の形態の状態再現システム１は、少なくとも、機器Ｓとの接触面が機器Ｓの形状に応じて変形する弾性体１３と、弾性体１３の接触面の変形の度合を検出する位置センサ（例えば位置センサ１１１ａ、１１２ａ、１９９ａ）と、アクチュエータ２１と、アクチュエータ２１が機器Ｓの形状を再現するように、位置センサの検出結果に応じてアクチュエータ２１の動作を制御する制御装置３０とを備えていればよい。

この状態再現システム１によれば、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面の形状を、アクチュエータ２１を通じて遠隔的又は間接的に精度良く把握できる。一例として、アクチュエータ２１の形状を通じて機器Ｓの外面の形状を遠隔的に視認したり、アクチュエータ２１に触れることによって機器Ｓの外面の形状の感触を間接的に確認したりすることができる。

また、前述した状態再現システム１において、弾性体１３は、機器Ｓと接触する第１の方向に機器Ｓの形状に応じた距離だけ弾性的に変位するとともに第１の方向と交差する第２の方向に隣接して配置され、先端が接触面を形成する複数の可動片を有し、位置センサは、弾性体１３を構成する複数の可動片の変位量を検出し、アクチュエータ２１は、第１の方向に対応する第３の方向に弾性的に変位するとともに第２の方向に対応する第４の方向に隣接して配置される複数の可動片２３を有し、制御装置３０は、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３が機器Ｓの形状を再現するように、位置センサの検出結果に応じてアクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３の動作を制御している。

この状態再現システム１によれば、弾性体１３における複数の可動片の変位量の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータ２１における複数の可動片２３の変位量の第４の方向の分布を形成することによって、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面の形状（変位量の分布）をより精度良く再現できる。また、可動片を細かくし、弾性体１３における可動片の密度を高めることによって、再現精度がより一層向上する。

また、前述した状態再現システム１において、位置センサの検出結果を記憶する記憶装置４０を備え、制御装置３０は、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３が機器Ｓの形状を再現するように、記憶装置４０からの読み出し内容に応じてアクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３の動作を制御している。

この状態再現システム１によれば、例えば、機器Ｓの状態を示す情報ごとに位置センサの検出結果を対応付けて予め記憶しておけば、その後に、機器Ｓの状態に応じた形状をアクチュエータ２１単独で再現できる。このようなアクチュエータ２１による擬似体験を通じて、実際の機器Ｓの状態を判定するための訓練ができる。

また、前述した状態再現システム１において、弾性体１３を構成する複数の可動片は、位置センサを有している。
この状態再現システム１によれば、各可動片とこれに対応する位置センサとが例えば一体となることによって、機器Ｓの形状の検出作業が容易になるとともに、同形状の検出精度も向上する。

また、前述した状態再現システム１において、弾性体１３を構成する複数の可動片は、機器Ｓの振動を検出する振動センサ（例えば振動センサ１１１ｃ、１１２ｃ、１９９ｃ）を有し、制御装置３０は、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３が機器Ｓの振動を再現するように、振動センサの検出結果に応じてアクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３の動作を制御している。

この状態再現システム１によれば、弾性体１３における複数の可動片２３の振動の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータ２１における複数の可動片２３の振動の第４の方向の分布を形成することによって、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における振動分布をより精度良く再現できる。

また、前述した状態再現システム１において、弾性体１３を構成する複数の可動片は、機器Ｓの温度を検出する温度センサ（例えば温度センサ１１１ｄ、１１２ｄ、１９９ｄ）を有し、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３は、発熱素子（例えば発熱素子２１１ｄ、２１２ｄ、２９９ｄ）を有し、制御装置３０は、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３が機器Ｓの温度を再現するように、温度センサの検出結果に応じて発熱素子の動作を制御している。

この状態再現システム１によれば、弾性体１３における複数の可動片の温度の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータ２１における複数の可動片２３の温度の第４の方向の分布を形成することによって、機器Ｓにおける弾性体１３との接触面における温度分布をより精度良く再現できる。

また、前述した状態再現システム１において、アクチュエータ２１を構成する複数の可動片２３は、アクチュエータ２１に対する外圧を検出する圧力センサ２５ｂを有し、制御装置３０は、弾性体１３がアクチュエータ２１に対する外圧を再現するように、圧力センサ２５ｂの検出結果に応じて弾性体１３の動作を制御した後、アクチュエータ２１が機器Ｓの固さを再現するように、位置センサの検出結果に応じてアクチュエータ２１の動作を制御している。

この状態再現システム１によれば、アクチュエータ２１における複数の可動片２３に作用する外圧の第４の方向の分布に応じて、弾性体１３から機器Ｓに対する同外圧の分布を再現するべく複数の可動片の変位量の第２の方向の分布を形成し、同変位量の第２の方向の分布に応じて、アクチュエータ２１における複数の可動片２３からの反作用の圧力の第４の方向の分布を形成することによって、機器Ｓの外面の固さ（外圧を加えたときの同外圧に対する反作用の圧力）をより精度良く再現できる。

また、前述した状態再現システム１において、位置センサ、振動センサ、温度センサ、圧力センサと制御装置３０とは、通信回線３を介して接続されている。
この状態再現システム１によれば、機器Ｓの側にある弾性体１３を検出する各種センサと、例えばアクチュエータ２１に触れる人がいる側の制御装置３０との間の通信回線３を例えば延長することによって、機器Ｓの外面の感触を遠隔的に精度良く再現できる。

また、前述した状態再現システム１において、弾性体１３の機器Ｓと接触する側を撮影するビデオカメラ１０１、１０２を備え、制御装置３０は、ビデオカメラ１０１、１０２の撮影結果と位置センサの検出結果とに応じて、アクチュエータ２１の動作を制御することとしてもよい。

この状態再現システム１によれば、ビデオカメラ１０１、１０２による画像情報に対し、例えば、テクスチャやエッジ等を強調する所定の処理を施し、同画像情報から弾性体に相当する特徴を抽出し、その抽出結果から弾性体の変形の度合を求めることができる。この情報は位置センサによる検出結果の一部と重複するため、例えばこの重複部分について、検出精度がより高い方を採用すれば、アクチュエータ２１による機器Ｓの形状の再現精度が向上する。

また、前述した状態再現システム１において、機器Ｓの音を検出するマイク１０３と、音を再現するべくアクチュエータ２１に隣接して配置されるスピーカ５０と、を備え、制御装置３０は、アクチュエータ２１が機器Ｓの形状を再現しつつスピーカ５０が機器Ｓの音を再現するように、マイク１０３により検出された音をスピーカ５０から出力させることとしてもよい。

この状態再現システム１によれば、例えば、熟練者は、耳で聞くスピーカ５０の音の情報と、アクチュエータ２１の形状を通じて視認できる機器Ｓの形状や同アクチュエータ２１に触れて得られる機器Ｓの外面の感触等の情報とを併せて、機器Ｓの状態をより精度良く判定できる。

前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されるとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

前述した実施の形態では、機器Ｓの状態を遠隔的に判定する場合について述べたが、これに限定されるものではない。例えば機器Ｓに電流が流れているために同機器Ｓを手で直接触れることができない場合でも、同機器Ｓに対し所定の絶縁物を介して検出装置１０を接触させつつ安全な再現装置２０を手で触れることによって、同機器Ｓの外面の感触を精度良く得ることができる。

前述した実施の形態では、機器Ｓの振動分布を、振動センサにより検出し、振動アクチュエータにより再現するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、各可動片の振動を同可動片の位置の時間変位ととらえれば、複数の可動片による振動分布を、位置センサにより検出し、位置アクチュエータにより再現するものであってもよい。例えば、振動の検出及び再現の精度の観点から、振幅が大きめの機器Ｓには位置センサ及び位置アクチュエータを用い、振幅が小さめの機器Ｓには振動センサ及び振動アクチュエータを用いてもよい。或いは、例えば、振動数が低めの機器Ｓには位置センサ及び位置アクチュエータを用い、振動数が高めの機器Ｓには振動センサ及び振動アクチュエータを用いてもよい。

===その他===
前述した状態再現システム１（図１参照）における、例えば、ビデオカメラ１０１、１０２と、機器Ｓの形状等を再現するための再現装置２０と、これらを制御する制御装置３０と、記憶装置４０とを使用するものとする。

例えば、機器Ｓの検出対象箇所をビデオカメラ１０１、１０２により撮影してその画像情報を取得し、制御装置３０において、記憶装置４０に格納された同画像情報に対し例えばテクスチャやエッジ等を強調する所定の処理を施すことによって、同画像情報から機器Ｓの検出対象箇所の形状及び振動分布の情報に相当する特徴を抽出する。

また、例えば、ビデオカメラ１０１、１０２のうちの一方が赤外線の画像を撮像できるものであれば、制御装置３０において、記憶装置４０に格納された赤外線の画像情報に対し前述と同様の所定の処理を施すことによって、同画像情報から機器Ｓの検出対象箇所の温度分布の情報に相当する特徴を抽出できる。

制御装置３０は、以上得られた機器Ｓの検出対象箇所の形状、振動分布、及び温度分布の情報を、先の実施の形態で述べた弾性体１３を有する検出装置１０により得られた情報と同様に処理することによって、再現装置２０のアクチュエータ２１を通じて機器Ｓの検出対象箇所の形状、振動分布、及び温度分布を再現できる。

これにより、機器Ｓにおける検出対象箇所の形状、振動分布、温度分布を、アクチュエータ２１を通じて遠隔的又は間接的に精度良く把握できる。

１ 状態再現システム
３ 通信回線
１０ 検出装置
１１ 検出部
１１ａ 形状・固さ分布検出部
１１ｃ 振動分布検出部
１１ｄ 温度分布検出部
１２、２２ 支持体
１２ａ、２２ａ 開口
１３ 弾性体
１５ｂ 圧力アクチュエータ
２０ 再現装置
２１ アクチュエータ
２１ａ 形状・固さ分布アクチュエータ
２１ｃ 振動分布アクチュエータ
２１ｄ 発熱素子
２３ 可動片
２５ｂ 圧力センサ
３０ 制御装置
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
４０ 記憶装置
５０ スピーカ
１０１、１０２ ビデオカメラ
１０３ マイク
１１１ａ、１１２ａ、１８１ａ、１９１ａ、１９２ａ、１９９ａ 位置センサ
１１１ｂ、１１２ｂ、１８１ｂ、１９１ｂ、１９２ｂ、１９９ｂ 圧力アクチュエータ
１１１ｃ、１１２ｃ、１８１ｃ、１９１ｃ、１９２ｃ、１９９ｃ 振動センサ
１１１ｄ、１１２ｄ、１８１ｄ、１９１ｄ、１９２ｄ、１９９ｄ 温度センサ
２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ、２９９ａ 位置アクチュエータ
２１１ｂ、２１２ｂ、２２１ｂ、２９９ｂ 圧力センサ
２１１ｃ、２１２ｃ、２２１ｃ、２９９ｃ 振動アクチュエータ
２１１ｄ、２１２ｄ、２２１ｄ、２９９ｄ 発熱素子
１３８１、１３９１、１３９２、２３１１、２３１２、２３２１ 可動片

Claims (7)

1. 機器との接触面が前記機器の形状に応じて変形する弾性体と、
   前記弾性体の接触面の変形の度合を検出する位置センサと、
   アクチュエータと、
   前記アクチュエータが前記機器の形状を再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記弾性体は、前記機器と接触する第１の方向に前記機器の形状に応じた距離だけ弾性的に変位するとともに前記第１の方向と交差する第２の方向に隣接して配置され、先端が前記接触面を形成する複数の可動片を有し、
   前記アクチュエータは、前記第１の方向に対応する第３の方向に弾性的に変位するとともに前記第２の方向に対応する第４の方向に隣接して配置される複数の可動片を有し、
   前記弾性体を構成する複数の可動片は、前記弾性体を構成する複数の可動片の変位量を検出する前記位置センサと、前記機器の振動を検出する振動センサとを有し、
   前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の形状を再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御するとともに、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の振動を再現するように、前記振動センサの検出結果に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御する
   ことを特徴とする状態再現システム。
2. 前記位置センサの検出結果を記憶する記憶装置を備え、
   前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の形状を再現するように、前記記憶装置からの読み出し内容に応じて前記アクチュエータを構成する複数の可動片の動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の状態再現システム。
3. 前記弾性体を構成する複数の可動片は、前記機器の温度を検出する温度センサを有し、
   前記アクチュエータを構成する複数の可動片は、発熱素子を有し、
   前記制御装置は、前記アクチュエータを構成する複数の可動片が前記機器の温度を再現するように、前記温度センサの検出結果に応じて前記発熱素子の動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の状態再現システム。
4. 前記アクチュエータを構成する複数の可動片は、前記アクチュエータに対する外圧を検出する圧力センサを有し、
   前記制御装置は、前記弾性体が前記アクチュエータに対する外圧を再現するように、前記圧力センサの検出結果に応じて前記弾性体の動作を制御した後、前記アクチュエータが前記機器の固さを再現するように、前記位置センサの検出結果に応じて前記アクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の状態再現システム。
5. 前記位置センサ、前記振動センサ、前記温度センサ、前記圧力センサと前記制御装置とは、通信回線を介して接続されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の状態再現システム。
6. 前記弾性体の前記機器と接触する側を撮影するビデオカメラを備え、
   前記制御装置は、前記ビデオカメラの撮影結果と前記位置センサの検出結果とに応じて、前記アクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の状態再現システム。
7. 前記機器の音を検出するマイクと、音を再現するべく前記アクチュエータに隣接して配置されるスピーカと、を備え、
   前記制御装置は、前記アクチュエータが前記機器の形状を再現しつつ前記スピーカが前記機器の音を再現するように、前記マイクにより検出された音を前記スピーカから出力させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の状態再現システム。

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