JP5238626B2 - Sensory presentation device - Google Patents

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Description

本発明は、手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を提示する感覚提示装置に関する。   The present invention relates to a sensory presentation device that presents at least one of a force sense and a tactile sense to a finger.

手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を提示する感覚提示装置としては、力を与える装置が外部に固定されたものが実用化されている。ひとつは、ロボット機構を用いて把持部に力覚や触覚を生成するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。他は、外部固定の駆動源にワイヤをつけて人間への提示箇所を位置変動させるもの(例えば、特許文献2参照)である。   As a sensory presentation device that presents at least one of a force sense and a tactile sense to a finger, a device in which a device for applying force is fixed to the outside has been put into practical use. One has been proposed that generates a force sensation and a tactile sensation in a gripping part using a robot mechanism (see, for example, Patent Document 1). The other is to attach a wire to an externally fixed drive source and to change the position of the location to be presented to a human (for example, see Patent Document 2).

また、力覚を付与する装置が外部に固定されないものとしては、3個の回転制御モータに慣性モーメントの大きいディスクをつけ、回転角速度を変化させて力を生成する方法(例えば、特許文献3参照)、ジンバルを用いてジャイロモーメント生成して力を生成する方法、慣性モーメントの大きなディスクを回転させておいて、そのディスクをブレーキにより回転角速度を変化させて力を生成する方法(例えば、非特許文献1参照)などがある。   In addition, as a device in which a force sense device is not fixed to the outside, a method of generating force by attaching a disk having a large moment of inertia to three rotation control motors and changing a rotation angular velocity (see, for example, Patent Document 3) ), A method of generating a force by generating a gyro moment using a gimbal, and a method of generating a force by rotating a disk having a large moment of inertia and changing the rotational angular velocity of the disk by a brake (for example, non-patent Reference 1).

また、指に力覚を生成するものとしては, ブレーキを用いた方法(例えば、特許文献4参照)、指サックを用いた方法(例えば、特許文献5参照)、指の提示位置を固定しているCyberGrasp(例えば、非特許文献2参照)などが開示されている。   In addition, as a method for generating a force sensation on a finger, a method using a brake (for example, see Patent Document 4), a method using a finger sack (for example, see Patent Document 5), a finger presentation position is fixed. CyberGrasp (see, for example, Non-Patent Document 2) is disclosed.

また、指に接触する接触位置を変更するアイデアが提案されている(例えば、非特許文献3、4参照)。   Moreover, the idea which changes the contact position which contacts a finger | toe is proposed (for example, refer nonpatent literature 3 and 4).

特表2007−510232号公報Special table 2007-510232 gazette 特開2003−172662号公報JP 2003-172661 A 特開2004−177360号公報JP 2004-177360 A 特開2000−99240号公報JP 2000-99240 A 特開2002−182817号公報JP 2002-182817 A

安藤英由樹,尾花和俊,渡邊淳司,杉本麻樹、前田太郎,「回転モーメントを利用した機械ブレーキ式力覚提示装置の開発」ヒューマンインタフェース論文誌,pp181-188,Vol.5 No.2,2003.Hideyuki Ando, Kazutoshi Obana, Tsukasa Watanabe, Maki Sugimoto, Taro Maeda, "Development of a mechanical brake-type force presentation device using rotational moments" Human Interface Journal, pp181-188, Vol.5 No.2,2003. CyberGrasp catalog, Immersion Corp.CyberGrasp catalog, Immersion Corp. K. J. Kuchenbecker,W. R. Provancher, G. Niemeyer, M, R. Cutkosky: "Haptic Display of Contact Location", Proceedings of the 12th International Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, 2004.K. J. Kuchenbecker, W. R. Provancher, G. Niemeyer, M, R. Cutkosky: "Haptic Display of Contact Location", Proceedings of the 12th International Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, 2004. 横小路泰義,村守宣彦,吉川恒夫,“多指遭遇型ハプティックデバイスの設計”,日本バーチャルリアリティ学会第7 回大会論文集,pp. 69-72, 2002.Yokokoji Yasuyoshi, Muramori Nobuhiko, Yoshikawa Tsuneo, “Design of Multifinger Encounter Haptic Device”, Proceedings of the 7th Annual Conference of the Virtual Reality Society of Japan, pp. 69-72, 2002.

上記の従来の装置において、把持部が固定されるものは、力覚及び触覚を提示する位置が変更できず、提示できる力覚及び触覚の自由度が低かった。また、力覚及び触覚を提示する位置を変更できる装置であっても、複雑な構成となっていた。   In the conventional apparatus described above, the position where the force sense and the tactile sensation cannot be changed, and the degree of freedom of the force sense and the tactile sense that can be presented is low. Further, even a device that can change the position for presenting a force sense and a tactile sense has a complicated configuration.

本発明は、手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を提示する感覚提示装置において、簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることを課題とする。   An object of the present invention is to increase the degree of freedom of force sense and touch sense that can be presented with a simple configuration in a sensory presentation device that presents at least one of force sense and touch sense to fingers.

本発明の請求項1に係る感覚提示装置は、手指の背側に配置され、前記手指の根元側から指先側に沿って延びるガイドと、前記ガイドに移動可能に取り付けられた移動体と、前記移動体に設けられ、前記手指の腹側に接触する接触部と、前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する感覚付与機構と、前記移動体を前記ガイドに沿って移動させることにより前記接触部を移動させ、前記感覚付与機構が前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する付与位置を前記手指の根元側又は指先側へ変更可能にする駆動部と、を備えている。 A sensation presentation device according to claim 1 of the present invention is arranged on the dorsal side of a finger, extends from the base side of the finger along the fingertip side, a movable body movably attached to the guide, A contact part that is provided on the movable body and contacts the ventral side of the finger; a sensory imparting mechanism that imparts at least one of a force sense and a tactile sensation to the finger via the contact part; and the movable body along the guide The contact portion is moved by moving the touch portion, and the giving position at which the sense applying mechanism applies at least one of a force sense and a tactile sense to the finger through the contact portion can be changed to the base side or the fingertip side of the finger. And a driving unit.

この構成によれば、接触部が手指の腹側に接触し、この接触部を介して、感覚付与機構が手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する。   According to this structure, a contact part contacts the belly side of a finger, and a sensory provision mechanism provides at least one of a force sense and a tactile sense to a finger through this contact part.

また、接触部が設けられた移動体が、手指の背側に配置されると共に手指の根元側から指先側に沿って延びるガイドに沿って移動することにより、接触部が移動し、接触部が手指に接触する接触位置が変更される。   Further, the moving body provided with the contact portion is arranged on the dorsal side of the finger and moves along a guide extending from the base side of the finger along the fingertip side. The contact position in contact with the finger is changed.

これにより、接触位置が変更しない構成に比して、手指に付与できる力覚及び触覚が多様となり、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Thereby, compared with the structure which a contact position does not change, the force sensation and tactile sensation which can be provided to a finger become various, and the freedom degree of the force sensation and tactile sensation which can be shown can be raised.

また、請求項1では、手指の背側に配置されると共に手指の根元側から指先側に沿って延びるガイドに沿って移動体を移動させて接触位置を変更するので、従来の構成に比して簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Further, in the first aspect, the contact position is changed by moving the moving body along a guide that is arranged on the dorsal side of the finger and extends along the fingertip side from the base side of the finger. In addition, the degree of freedom of force and touch that can be presented can be increased with a simple configuration.

本発明の請求項2に係る感覚提示装置は、請求項1の構成において、前記ガイドは、前記手指が曲がる曲方向に指先側が湾曲しており、前記駆動部は、前記移動体を前記ガイドに沿って移動させることにより前記接触部を移動させ、前記感覚付与機構が前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する付与方向及び前記付与位置を変更可能にするThe sensation presentation device according to claim 2 of the present invention is the sensor presentation device according to claim 1, wherein the guide is curved on the fingertip side in a bending direction in which the finger is bent, and the driving unit uses the moving body as the guide. The contact portion is moved by moving the contact portion, and the application direction and the application position in which the sense applying mechanism applies at least one of a force sense and a tactile sense to the fingers through the contact portion can be changed .

この構成によれば、接触部が設けられた移動体が、手指が曲がる曲方向に指先側が湾曲しているガイドに沿って移動することにより、接触部が移動し、接触部が手指に接触する接触方向及び接触位置が変更できる。   According to this configuration, the moving body provided with the contact portion moves along the guide whose fingertip side is curved in the bending direction in which the finger bends, whereby the contact portion moves, and the contact portion contacts the finger. The contact direction and contact position can be changed.

このように接触方向も変更できるので、接触方向が変更しない構成に比して、簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Since the contact direction can also be changed in this way, the degree of freedom of force sense and tactile sense that can be presented can be increased with a simple configuration as compared with a configuration in which the contact direction does not change.

本発明の請求項3に係る感覚提示装置は、請求項2の構成において、前記ガイドは、前記手指としての人差し指の根元から、前記人差し指の指先、前記手指としての親指の指先、前記親指の根元の順に沿って延び、前記接触部は、前記人差し指と前記親指とにそれぞれ配置され、それぞれが前記人差し指と前記親指とに接触し、前記移動体は、前記人差し指と前記親指とにそれぞれ配置され、それぞれに前記接触部の各々が設けられている。 The sensation presentation device according to claim 3 of the present invention is the sensor presentation device according to claim 2, wherein the guide starts from the base of the index finger as the finger, the fingertip of the index finger, the fingertip of the thumb as the finger, and the base of the thumb The contact portions are respectively disposed on the index finger and the thumb, each contacting the index finger and the thumb, and the moving body is disposed on the index finger and the thumb, respectively. Each of the contact portions is provided.

この構成によれば、1つのガイドにより、親指及び人差し指に配置された接触部を移動させられるので、部品点数が低減でき、簡易な構成で接触位置を変更できる。   According to this configuration, since the contact portions arranged on the thumb and the index finger can be moved by one guide, the number of parts can be reduced, and the contact position can be changed with a simple configuration.

本発明の請求項4に係る感覚提示装置は、請求項1又は請求項2の構成において、前記手指の根元側に配置され、前記ガイドの基端部を支持する支持部材と、前記手指が曲がる曲方向に前記ガイドの先端部を移動可能に前記ガイドの基端部と前記支持部材とを連結する連結部と、前記ガイドの先端部を前記曲方向へ移動させることにより前記手指に接触する接触方向を変更可能な第2駆動部とを備えている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the sensory presentation device according to the first or second aspect, wherein the sensation presenting device is arranged on the base side of the finger and supports the base end portion of the guide, and the finger is bent. A connecting portion that connects the proximal end portion of the guide and the support member so that the distal end portion of the guide can be moved in a bending direction, and contact that contacts the finger by moving the distal end portion of the guide in the bending direction. And a second drive unit capable of changing the direction.

この構成によれば、第2駆動部が、ガイドの先端部を曲方向へ移動させることにより手指に接触する接触方向を変更できる。   According to this structure, the 2nd drive part can change the contact direction which contacts a finger by moving the front-end | tip part of a guide to a bending direction.

このように接触方向も変更できるので、接触方向が変更しない構成に比して、簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Since the contact direction can also be changed in this way, the degree of freedom of force sense and tactile sense that can be presented can be increased with a simple configuration as compared with a configuration in which the contact direction does not change.

本発明の請求項5に係る感覚提示装置は、請求項4の構成において、前記手指としての親指の手根中手関節を支点とした前記親指の移動の軌道に沿って前記ガイドを移動させる移動機構を備えている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the sensory presentation device according to the fourth aspect, wherein the guide is moved along a trajectory of the thumb movement with a thumb-carpal joint of the thumb as the finger as a fulcrum. It has a mechanism.

この構成によれば、動きの自由度が高い親指に追従してガイドを移動できるので、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   According to this configuration, since the guide can be moved following the thumb having a high degree of freedom of movement, the degree of freedom of force sense and tactile sense that can be presented can be increased.

本発明の請求項6に係る感覚提示装置は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の構成において、前記ガイド、前記移動体、前記接触部、前記感覚付与機構及び前記駆動部を有する感覚提示装置本体と、前記手指を有する手の手首周りに回転可能に前記感覚提示装置本体を支持する本体支持体と、前記手の手首周りに前記感覚提示装置本体を回転させる回転機構と、を備える。 The sensation presentation apparatus according to claim 6 of the present invention includes the guide, the moving body, the contact portion, the sensation imparting mechanism, and the drive portion in the configuration according to any one of claims 1 to 5. A sensory presentation device main body , a main body support that supports the sensory presentation device main body so as to be rotatable around the wrist of the hand having the fingers, and a rotation mechanism that rotates the sensory presentation device main body around the wrist of the hand. Prepare.

この構成よれば、手の手首周りに感覚提示装置本体を回転させることができるので、手首の回転動作に対して力覚を提示することができる。 According to this configuration, since the sensation presentation device main body can be rotated around the wrist of the hand, it is possible to present a sense of force with respect to the rotation operation of the wrist.

本発明の請求項7に係る感覚提示装置は、請求項6の構成において、前記回転機構による前記感覚提示装置本体の回転を制動するブレーキを備える。 According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect, the sensory presentation device includes a brake that brakes rotation of the sensory presentation device main body by the rotation mechanism.

この構成によれば、トルクを急激に変化させることができるので、手首の回転動作に対して、より大きな力覚を提示することができる。   According to this configuration, since the torque can be changed rapidly, it is possible to present a greater force sense to the wrist rotation operation.

本発明は、上記構成としたので、手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を提示する感覚提示装置において、簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Since the present invention is configured as described above, in a sensory presentation device that presents at least one of a force sense and a tactile sense on a finger, the degree of freedom of force sense and touch sense that can be presented can be increased with a simple configuration.

図1は、本実施形態に係る力覚提示装置10の構成を示す概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a force sense presentation device 10 according to the present embodiment. 図2は、本実施形態に係る力覚提示装置本体13の構成を示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the haptic device main body 13 according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係る力覚提示装置本体13の構成を示す概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view showing the configuration of the haptic device main body 13 according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係る移動体40の構成を示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of the moving body 40 according to the present embodiment. 図5は、図4の5−5線断面図である。5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 図6(A)は、ガイド42に移動可能に取り付けられた移動体40の取り付け構造を示す概略側面図であり、図6(B)は、図6(A)の6B−6B線断面図である。6A is a schematic side view showing a mounting structure of the moving body 40 movably attached to the guide 42, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line 6B-6B in FIG. 6A. is there. 図7は、力覚提示装置10を制御する制御システムを示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a control system that controls the force sense presentation device 10. 図8は、変形例に係る力覚提示装置本体113の構成を示す概略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view showing the configuration of the force sense presentation device main body 113 according to the modification. 図9は、変形例に係る力覚提示装置200の構成を示す概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing a configuration of a force sense presentation device 200 according to a modification. 図10は、変形例に係る力覚提示装置200における本体支持体202、回転機構210及びブレーキ220の構成を示す概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating configurations of the main body support 202, the rotation mechanism 210, and the brake 220 in the force sense presentation device 200 according to the modification. 図11(A)は、変形例に係る力覚提示装置200における回転機構210及びブレーキ220の構成を示す概略断面図であり、図11(B)(C)は、図11(A)の矢印A方向から見た図であり、(B)は接触位置にあるカム222を示し、(C)は非接触位置にあるカム222を示す。FIG. 11A is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the rotation mechanism 210 and the brake 220 in the force sense presentation device 200 according to the modification, and FIGS. 11B and 11C are arrows in FIG. It is the figure seen from A direction, (B) shows the cam 222 in a contact position, (C) shows the cam 222 in a non-contact position.

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
本実施形態では、手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を提示する感覚提示装置として、手指に力覚を提示する力覚提示装置を説明する。
Below, an example of an embodiment concerning the present invention is described based on a drawing.
In the present embodiment, a force sense presentation device that presents a force sense to a finger will be described as a sensory presentation device that presents at least one of a force sense and a tactile sense to the finger.

感覚提示装置としては、力覚に加えて触覚を手指に提示する力覚提示装置であってもよく、手指に触覚のみを提示する触覚提示装置であってもよい。   The sensory presentation device may be a force sense presentation device that presents a tactile sense to a finger in addition to a force sense, or may be a tactile sense presentation device that presents only a tactile sense to a finger.

なお、力覚は、接触している物体から反力を受ける感覚をいい、触覚は、物体に接触した時の表面のザラザラ感などの皮膚感覚をいう。この力覚は、例えば、手指を押圧したり、手指に当接して手指の移動を規制したりすることにより、作用させることができる。また、触覚は、手指に接触する接触部に振動を与えるなどすることにより、作用させることができる。   Note that the sense of force refers to a sense of receiving a reaction force from an object in contact, and the sense of touch refers to a sense of skin such as a rough feeling on the surface when the object is touched. This force sense can be applied by, for example, pressing a finger or abutting the finger to restrict the movement of the finger. The tactile sensation can be applied by applying vibration to the contact portion that contacts the finger.

(本実施形態に係る力覚提示装置10の構成)
まず、本実施形態に係る力覚提示装置10の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る力覚提示装置10の構成を示す概略斜視図である。図2は、本実施形態に係る力覚提示装置本体13の構成を示す概略斜視図である。図3は、本実施形態に係る力覚提示装置本体13の構成を示す概略側面図である。図4は、本実施形態に係る移動体40の構成を示す概略斜視図である。図5は、図4の5−5線断面図である。図6(A)は、ガイド42に移動可能に取り付けられた移動体40の取り付け構造を示す概略側面図であり、図6(B)は、図6(A)の6B−6B線断面図である。
(Configuration of the force sense presentation device 10 according to the present embodiment)
First, the configuration of the force sense presentation device 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a force sense presentation device 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the haptic device main body 13 according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic side view showing the configuration of the haptic device main body 13 according to the present embodiment. FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of the moving body 40 according to the present embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 6A is a schematic side view showing a mounting structure of the moving body 40 movably attached to the guide 42, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line 6B-6B in FIG. 6A. is there.

力覚提示装置10は、例えば、仮想空間にある仮想の対象をあたかも現実の対象であるかのように感じると共に操作することができる仮想物体操作システムに用いられる。   The force sense presentation device 10 is used in, for example, a virtual object operation system capable of feeling and operating a virtual target in a virtual space as if it were a real target.

仮想空間は、例えば、コンピューター上にデータとして構築され、コンピュータグラフィックスなどの手法を用いて映像化され、ディスプレー等に表示される。   The virtual space is constructed as data on a computer, for example, and is visualized using a technique such as computer graphics and displayed on a display or the like.

この映像化された仮想空間には、操作対象となる仮想物体と、その仮想物体を操作する操作者の仮想の手指とが表示される。   In this visualized virtual space, a virtual object to be operated and a virtual finger of an operator who operates the virtual object are displayed.

力覚提示装置10は、操作者の現実の手指に装着され、現実の手指の実空間における位置と仮想の手指の仮想空間における位置との対応をとることができるようになっている。   The force sense presentation device 10 is attached to an operator's actual finger, and can correspond to the position of the actual finger in the real space and the position of the virtual finger in the virtual space.

これにより、力覚提示装置10が装着された手指を動かすことで仮想の手指を動かし、仮想物体を操作することが可能となる。   As a result, it is possible to move the virtual finger by moving the finger on which the force sense presentation device 10 is mounted, and to operate the virtual object.

操作としては、例えば、仮想物体に接触すること、仮想物体を把持すること及び仮想物体を把持したままその物体を動かすことが可能である。   As the operation, for example, it is possible to touch the virtual object, hold the virtual object, and move the object while holding the virtual object.

力覚提示装置10は、操作者が、視覚的に仮想物体を操作していると感じるだけでなく、あたかも仮想物体を触ったり、把持したりしているような感覚を得られるように、操作者の手指に力覚を提示する。   The force sense presentation device 10 is operated not only so that the operator can visually feel that the virtual object is operated, but also so that the operator can feel as if he / she is touching or holding the virtual object. Sense of force on the fingers of the person.

なお、力覚提示装置10は、組み立てや手術などの作業をスムーズに行うためのナビゲーションに用いたり、組み立てや手術などの作業を習熟するための訓練等に用いたりすることが可能である。以下、力覚提示装置10の具体的構成を示す。   The force sense presentation device 10 can be used for navigation for smoothly performing operations such as assembly and surgery, or for training for mastering operations such as assembly and surgery. Hereinafter, a specific configuration of the force sense presentation device 10 will be described.

力覚提示装置10は、図1に示すように、力覚提示装置本体13と、力覚提示装置本体13を支持する支持機構70とを備えている。   As shown in FIG. 1, the force sense presentation device 10 includes a force sense presentation device main body 13 and a support mechanism 70 that supports the force sense presentation device main body 13.

力覚提示装置本体13は、図1、図2及び図3に示すように、手指の背側に配置されると共に手指の根元側から指先側に沿って延びるガイド42,43と、ガイド42に移動可能に取り付けられた移動体40,41と、ガイド43に移動可能に取り付けられた移動体45と、手指の根元側に配置されると共にガイド42,43を支持する支持体60とを備えている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the force sense presentation device main body 13 is disposed on the back side of the finger and extends along the fingertip side from the base side of the finger, and guides 42 and 43. A movable body 40, 41 movably attached, a movable body 45 movably attached to the guide 43, and a support body 60 disposed on the base side of the finger and supporting the guides 42, 43 are provided. Yes.

ガイド42,43及び移動体40,41,45は、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、アルミニューム・マグネシウム素材で形成されている。支持体60は、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)やアルミニューム素材で形成されている。   The guides 42, 43 and the moving bodies 40, 41, 45 are made of, for example, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or aluminum / magnesium material. The support body 60 is made of, for example, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or aluminum material.

なお、ガイド42,43、移動体40,41,45及び支持体60は、軽量で剛性がある材料として、上記の材料を用いるのが好ましいが、上記の材料に限定されるものではなく、種々の材料を用いることできる。   The guides 42, 43, the moving bodies 40, 41, 45, and the support body 60 are preferably made of the above materials as lightweight and rigid materials, but are not limited to the above materials. These materials can be used.

また、支持体60は、図2に示すように、環状(円筒状)に形成されており、手指(手)が差し入れられる中空部60Aが形成されている。支持体60の内周面には、ガイド42の一端部及び他端部と、ガイド43の一端部及び他端部とが取り付けられており、ガイド42,43が支持体60に固定されている。図3に示すように、支持体60の中空部60Aに手指(手)が差し入れられることにより、側面視にて、ガイド42と支持体60に囲まれて空間に手指が位置する。この位置において手指に力覚提示装置本体13が装着される。   Moreover, as shown in FIG. 2, the support body 60 is formed in an annular shape (cylindrical shape), and a hollow portion 60A into which a finger (hand) is inserted is formed. One end and the other end of the guide 42 and one end and the other end of the guide 43 are attached to the inner peripheral surface of the support body 60, and the guides 42 and 43 are fixed to the support body 60. . As shown in FIG. 3, by inserting a finger (hand) into the hollow portion 60 </ b> A of the support body 60, the finger is positioned in the space surrounded by the guide 42 and the support body 60 in a side view. At this position, the force sense presentation device main body 13 is attached to the finger.

ガイド42は、手指としての人差し指fの根元から、人差し指fの指先、手指としての親指tの指先、親指tの根元の順に沿って延びており、一部が円弧状をしたU字状に形成されている。これにより、ガイド42は、人差し指fの指先側に配置された部位42Cが、人差し指fが曲がる曲方向Aに湾曲しており、親指tの指先側に配置された部位42Dが、親指tが曲がる曲方向Bに湾曲している。なお、手指が曲がる曲方向とは、具体的には、手指の根元側の部位に対して指先側の部位が動く方向である。   The guide 42 extends from the base of the index finger f as a finger, in the order of the fingertip of the index finger f, the fingertip of the thumb t as a finger, and the base of the thumb t, and a part is formed in a U-shape having an arc shape. Has been. Thereby, in the guide 42, the part 42C arranged on the fingertip side of the index finger f is curved in the bending direction A in which the index finger f bends, and the part 42D arranged on the fingertip side of the thumb t bends the thumb t. Curved in the bending direction B. The bending direction in which the finger is bent is specifically the direction in which the part on the fingertip side moves relative to the part on the base side of the finger.

また、ガイド42は、断面T字状に形成されている(図6(B)参照)。ガイド42は、T字の横棒をなす横板42Aと、その横棒の中央から延びるT字の縦棒をなす縦板42Bと、を備えて構成されている。   Further, the guide 42 is formed in a T-shaped cross section (see FIG. 6B). The guide 42 includes a horizontal plate 42A that forms a T-shaped horizontal bar, and a vertical plate 42B that forms a T-shaped vertical bar extending from the center of the horizontal bar.

ガイド43は、ガイド42と同様に、手指としての中指の根元から中指の指先に沿って延びており、一部が円弧状をしたU字状に形成されている。これにより、ガイド43は、中指の指先側に配置された部位が、中指が曲がる曲方向に湾曲している。また、ガイド43は、ガイド42と同様に、断面T字状に形成されている(図6(B)参照)。ガイド43は、T字の横棒をなす横板43Aと、その横棒の中央から延びるT字の縦棒をなす縦板43Bと、を備えて構成されている。   Similar to the guide 42, the guide 43 extends from the base of the middle finger as a finger along the fingertip of the middle finger, and a part of the guide 43 is formed in an arcuate U shape. Thereby, as for the guide 43, the site | part arrange | positioned at the fingertip side of a middle finger is curving in the bending direction in which a middle finger bends. Moreover, the guide 43 is formed in the cross-section T shape similarly to the guide 42 (refer FIG. 6 (B)). The guide 43 includes a horizontal plate 43A that forms a T-shaped horizontal bar, and a vertical plate 43B that forms a T-shaped vertical bar extending from the center of the horizontal bar.

移動体40は、図2及び図4に示すように、ガイド42を間において、ガイド42の横方向の両側からガイド42を挟む一対の側板40A,40Bを備えている。側板40A,40Bは、矩形状に形成されており、4つの隅部が軸部32で固定されている。   As shown in FIGS. 2 and 4, the moving body 40 includes a pair of side plates 40 </ b> A and 40 </ b> B that sandwich the guide 42 from both lateral sides of the guide 42 with the guide 42 interposed therebetween. The side plates 40 </ b> A and 40 </ b> B are formed in a rectangular shape, and four corners are fixed by a shaft portion 32.

側板40A,40Bには、縦板42Bに接触する回転体46A,46Bが、それぞれ回転可能に設けられており、移動体40は計4つの回転体を有している。回転体46A,46Bは、具体的には、側板40A,40Bに設けられた取付部(取付板)47に取り付けられている
回転体46A,46Bは、円盤状に形成されており、その外周面がそれぞれ縦板42Bに接触している。側板40Aに設けられた回転体46A,46Bと、側板40Bに設けられた回転体46A,46Bとが、それぞれ縦板42Bを介して対向配置されており、対向配置された2つの回転体46Aと対向配置された2つの回転体46Bとは、それぞれ縦板42Bを挟持している(図6(B)参照)。
The side plates 40A and 40B are respectively provided with rotating bodies 46A and 46B that are in contact with the vertical plate 42B so as to be rotatable, and the moving body 40 has a total of four rotating bodies. Specifically, the rotating bodies 46A and 46B are attached to mounting portions (mounting plates) 47 provided on the side plates 40A and 40B. The rotating bodies 46A and 46B are formed in a disc shape, and the outer peripheral surface thereof. Are in contact with the vertical plate 42B. The rotating bodies 46A, 46B provided on the side plate 40A and the rotating bodies 46A, 46B provided on the side plate 40B are arranged to face each other via the vertical plate 42B, and the two rotating bodies 46A arranged to face each other. The two rotating bodies 46B arranged to face each other hold the vertical plate 42B (see FIG. 6B).

この回転体46A,46Bがガイド42の縦板42Bの表面を転がることにより、移動体40がガイド42に沿って移動した際に移動体40とガイド42との摩擦抵抗(移動抵抗)が低減される。   The rotating bodies 46A and 46B roll on the surface of the vertical plate 42B of the guide 42, so that when the moving body 40 moves along the guide 42, the frictional resistance (movement resistance) between the moving body 40 and the guide 42 is reduced. The

また、側板40A,40Bには、横板42Aに接触する回転体48A,48Bが、それぞれ回転可能に設けられている。   Further, on the side plates 40A and 40B, rotating bodies 48A and 48B that are in contact with the horizontal plate 42A are rotatably provided, respectively.

回転体48A,48Bは、円盤状に形成されており、横板42Aの一方の表面(縦板42Bが延出した側の面であって、手指配置側の内周面)に接触している。   The rotating bodies 48A and 48B are formed in a disk shape and are in contact with one surface of the horizontal plate 42A (the surface on the side where the vertical plate 42B extends and the inner peripheral surface on the finger placement side). .

また、側板40A,40Bには、横板42Aに接触する回転体49A,49Bが、それぞれ回転可能に設けられている。   Further, on the side plates 40A and 40B, rotating bodies 49A and 49B that are in contact with the horizontal plate 42A are rotatably provided, respectively.

回転体49A,49Bは、円盤状に形成されており、横板42Aの他方の表面に接触している。回転体49A,49Bは、それぞれ横板42Aを介して回転体48A,48Bと対向配置されており、回転体48A,48Bとで横板42Aを挟持している
この回転体49A,49Bと回転体48A,48Bとが、ガイド42の横板42Aの表面を転がることにより、移動体40がガイド42に沿って移動した際に移動体40とガイド42との摩擦抵抗(移動抵抗)が低減される。
The rotating bodies 49A and 49B are formed in a disk shape and are in contact with the other surface of the horizontal plate 42A. The rotating bodies 49A and 49B are respectively arranged to face the rotating bodies 48A and 48B via the horizontal plate 42A, and the horizontal plates 42A are sandwiched between the rotating bodies 48A and 48B. When 48A and 48B roll on the surface of the horizontal plate 42A of the guide 42, the frictional resistance (movement resistance) between the moving body 40 and the guide 42 is reduced when the moving body 40 moves along the guide 42. .

横板42Aの他方の表面には、図3に示すように、ラック50,51が形成されている。このラック50と噛み合うピニオン52が、移動体40を移動させるための駆動力を移動体40に付与する駆動部の一例としての駆動モータ44の駆動軸に取り付けられている。   Racks 50 and 51 are formed on the other surface of the horizontal plate 42A as shown in FIG. A pinion 52 that meshes with the rack 50 is attached to a drive shaft of a drive motor 44 as an example of a drive unit that applies a drive force for moving the mobile body 40 to the mobile body 40.

駆動モータ44は、側板40Bに固定されている。なお、ラック50は、図2において図示を省略している。   The drive motor 44 is fixed to the side plate 40B. The rack 50 is not shown in FIG.

以上のように、回転体46A,46Bでガイド42の縦板42Bを挟持すると共に、回転体48A,48Bと回転体49A,49Bとでガイド42の横板42Aを挟持することにより、移動体40は、ガイド42に移動可能に支持されている。   As described above, the vertical plate 42B of the guide 42 is clamped by the rotary bodies 46A and 46B, and the horizontal plate 42A of the guide 42 is clamped by the rotary bodies 48A and 48B and the rotary bodies 49A and 49B. Is supported by the guide 42 so as to be movable.

そして、駆動モータ44が回転駆動することにより、ピニオン52が回転する。これにより、ピニオン52がラック50と噛み合って移動し、移動体40がガイド42に沿って図3におけるX方向へ移動するようになっている。移動体40は、具体的には、人差し指f(手指)の根元から指先に沿って延びる移動軌道であって人差し指fが曲がる曲方向Aに湾曲する移動軌道に沿って移動する。これにより、接触部12が手指に接触する接触位置及び接触部12が手指に接触する接触方向が変更される。   Then, the drive motor 44 rotates to rotate the pinion 52. Thereby, the pinion 52 meshes with the rack 50 and moves, and the moving body 40 moves along the guide 42 in the X direction in FIG. Specifically, the moving body 40 moves along a movement trajectory that extends along the fingertip from the base of the index finger f (hand) and curves in the bending direction A in which the index finger f bends. Thereby, the contact position where the contact part 12 contacts a finger and the contact direction where the contact part 12 contacts the finger are changed.

また、移動体40の側板40Aには、手指側に延びる棒状のガイド22が設けられている。ガイド22は、側板40Aに一体的に形成されている。   Further, the side plate 40A of the moving body 40 is provided with a rod-shaped guide 22 extending to the finger side. The guide 22 is formed integrally with the side plate 40A.

ガイド22には、人間の手指の腹側に接触する接触部12が移動可能に設けられている。なお、手指の腹側とは、手指で物体の把持した場合に物体が接触しうる接触面であり、爪のある指の背中側とは反対側の部分である。   The guide 22 is movably provided with a contact portion 12 that contacts the ventral side of a human finger. Note that the ventral side of the finger is a contact surface on which an object can come into contact when the object is gripped by the finger, and is a portion on the opposite side to the back side of the finger with the nail.

接触部12は、図4に示すように、L字状に屈曲する板体で形成されている。L字の一方の辺をなす板片12Aの表面に手指が置かれる。L字の他方の辺をなす板片12Bは、ガイド22の長手方向Yへ移動可能にガイド22に取り付けられている。   As shown in FIG. 4, the contact portion 12 is formed of a plate that bends in an L shape. A finger is placed on the surface of the plate piece 12A forming one side of the L-shape. The plate piece 12 </ b> B that forms the other side of the L shape is attached to the guide 22 so as to be movable in the longitudinal direction Y of the guide 22.

また、移動体40には、接触部を介して手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する感覚付与機構の一例として、接触部12を介して力覚を付与する力覚付与機構20が設けられている。力覚付与機構20は、上記のガイド22と、接触部12に駆動力を付与する駆動部の一例としての駆動モータ24と、駆動モータ24の駆動力を接触部12に伝達する伝達機構26と、を備えて構成されている。   In addition, the moving body 40 is provided with a force sense imparting mechanism 20 that imparts a force sense via the contact portion 12 as an example of a sensory imparting mechanism that imparts at least one of a force sense and a tactile sense to a finger via the contact portion. It has been. The force sense applying mechanism 20 includes the above-described guide 22, a drive motor 24 as an example of a drive unit that applies drive force to the contact unit 12, and a transmission mechanism 26 that transmits the drive force of the drive motor 24 to the contact unit 12. , And is configured.

伝達機構26は、接触部12が固定された環状のワイヤ28と、ワイヤ28が巻き掛けられた一対のプーリ30、33と、を備えて構成されている。   The transmission mechanism 26 includes an annular wire 28 to which the contact portion 12 is fixed, and a pair of pulleys 30 and 33 around which the wire 28 is wound.

駆動モータ24は、側板40Bに支持されており、駆動モータ24の駆動軸には、一方のプーリ30が取り付けられている。   The drive motor 24 is supported by the side plate 40 </ b> B, and one pulley 30 is attached to the drive shaft of the drive motor 24.

他方のプーリ33は、ガイド22の先端部に回転可能に取り付けられている。ワイヤ28は、固定部28Aにより、接触部12の板片12Bに固定されている。   The other pulley 33 is rotatably attached to the tip of the guide 22. The wire 28 is fixed to the plate piece 12B of the contact portion 12 by a fixing portion 28A.

駆動モータ24が回転駆動することにより、プーリ30が回転し、ワイヤ28が回転(循環)する。接触部12は、ワイヤ28に固定された接触部12は、ワイヤ28が回転(循環)することにより、ガイド22に沿ってガイド22の長手方向Yへスライド移動する。これにより、人差し指fに当接したり、人差し指fを押圧したりすることにより、人差し指fに力覚を付与することができる。   When the drive motor 24 is driven to rotate, the pulley 30 rotates and the wire 28 rotates (circulates). The contact portion 12 fixed to the wire 28 slides in the longitudinal direction Y of the guide 22 along the guide 22 when the wire 28 rotates (circulates). Thereby, a force sense can be given to the index finger f by contacting the index finger f or pressing the index finger f.

なお、手指に触覚を提示する構成の場合には、力覚付与機構20に加えて(力覚付与機構20に替えて)触覚付与機構が設けられる。触覚付与機構は、例えば、接触部12を振動させるように制御される駆動モータ24により構成することが可能である。駆動モータ24は、必要な周波数でON/OFFを繰り返しことで、ワイヤ28を通じて接触部12に振動を付与する。   In the case of a configuration in which a tactile sensation is presented to the fingers, a tactile sensation providing mechanism is provided in addition to the haptic provision mechanism 20 (in place of the haptic provision mechanism 20). The tactile sense imparting mechanism can be configured by, for example, a drive motor 24 that is controlled to vibrate the contact portion 12. The drive motor 24 applies vibration to the contact portion 12 through the wire 28 by repeating ON / OFF at a necessary frequency.

また、触覚付与機構としては、ワイヤ28に引っ張り力を変化させることによって、接触部12を振動させる構成とすることもできる。   The tactile sense imparting mechanism may be configured to vibrate the contact portion 12 by changing the pulling force on the wire 28.

さらに、触覚付与機構としては、例えば、接触部12を振動させるバイブレータ等で構成され、手指に振動を与えることにより触覚を付与する構成とすることができる。   Furthermore, as a tactile sense providing mechanism, for example, a vibrator that vibrates the contact portion 12 or the like may be used, and a tactile sense may be imparted by applying vibration to the fingers.

ここで、移動体41・移動体45及びその移動体41・移動体45に設けられた各部材は、移動体40とその移動体40に設けられた各部材と同様に構成されているので、同様の機能を有する部分は、説明を省略し、主に異なる部分を説明する。   Here, since the moving body 41 and the moving body 45 and each member provided in the moving body 41 and the moving body 45 are configured similarly to the moving body 40 and each member provided in the moving body 40, Description of parts having similar functions is omitted, and different parts are mainly described.

移動体41は、移動体40の側板40Aと同様に構成された側板41Aと、移動体40の側板40Bと同様に構成された側板41Bを備えている。   The moving body 41 includes a side plate 41A configured similarly to the side plate 40A of the moving body 40 and a side plate 41B configured similar to the side plate 40B of the moving body 40.

移動体41では、側板41Bにある駆動モータ44の駆動軸に取り付けられたピニオン52は、ラック51と噛み合うようになっている。また、移動体41では、接触部12が移動可能に取り付けられたガイド22は、側板41Aではなく、側板41Bに一体的に形成されている。   In the moving body 41, the pinion 52 attached to the drive shaft of the drive motor 44 on the side plate 41 </ b> B meshes with the rack 51. In the moving body 41, the guide 22 to which the contact portion 12 is movably attached is formed integrally with the side plate 41B, not the side plate 41A.

また、移動体41は、手指として親指に配置され、移動体41には親指が接触する接触部12が設けられている。   In addition, the moving body 41 is disposed on the thumb as a finger, and the moving body 41 is provided with a contact portion 12 that contacts the thumb.

移動体45は、移動体40の側板40Aと同様に構成された側板45Aと、移動体40の側板40Bと同様に構成された側板45Bを備えている。   The moving body 45 includes a side plate 45A configured similarly to the side plate 40A of the moving body 40 and a side plate 45B configured similar to the side plate 40B of the moving body 40.

移動体45では、側板45Bにある駆動モータ44の駆動軸に取り付けられたピニオン52は、ガイド43に形成されたラックと噛み合うようになっている。また、移動体45では、接触部12が移動可能に取り付けられたガイド22は、側板45Aではなく、側板45Bに一体的に形成されている。   In the moving body 45, the pinion 52 attached to the drive shaft of the drive motor 44 on the side plate 45 </ b> B meshes with a rack formed on the guide 43. In the moving body 45, the guide 22 to which the contact portion 12 is movably attached is formed integrally with the side plate 45B, not the side plate 45A.

また、移動体45は、ガイド42と同様に構成されたガイド43に取り付けられており、移動体40及びその移動体40に設けられた各部材が、ガイド42に作用するのと同様に、移動体45及びその移動体45に設けられた各部材が、ガイド43に作用する。   The moving body 45 is attached to a guide 43 configured in the same manner as the guide 42, and the moving body 40 and each member provided in the moving body 40 are moved in the same manner as acting on the guide 42. The body 45 and each member provided on the moving body 45 act on the guide 43.

また、移動体45は、手指として中指に配置され、移動体45には中指が接触する接触部12が設けられている。これにより、各手指(親指t、人差し指f、中指)に独立して力覚を付与することができる。   In addition, the moving body 45 is arranged on the middle finger as a finger, and the moving body 45 is provided with the contact portion 12 that comes into contact with the middle finger. Thereby, a force sense can be independently given to each finger (thumb t, forefinger f, middle finger).

各移動体40,41,45の接触部12に各手指が接触することにより、力覚提示装置本体13が手指に装着される。   When each finger comes into contact with the contact portion 12 of each moving body 40, 41, 45, the force sense presentation device main body 13 is attached to the finger.

支持機構70は、図1に示すように、支持フレーム72と、支持フレーム72に回転可能に取り付けられた巻き掛けロール73と、巻き掛けロール73を回転駆動する駆動モータ74と、一端部が巻き掛けロール73に巻き掛けられたと共に他端部が力覚提示装置本体13に取り付けられたワイヤ76とを備えて構成されている。なお、支持機構70としては、多軸のロボット機構を用いることもできる。   As shown in FIG. 1, the support mechanism 70 includes a support frame 72, a winding roll 73 that is rotatably attached to the support frame 72, a drive motor 74 that rotationally drives the winding roll 73, and one end thereof is wound. The wire 76 is provided with a wire 76 that is wound around a hanging roll 73 and has the other end attached to the force sense presentation device main body 13. As the support mechanism 70, a multi-axis robot mechanism can also be used.

支持フレーム72は、直方体に骨組みされている。巻き掛けロール73は、支持フレーム72の8つの隅部にそれぞれ配置されている。   The support frame 72 is framed in a rectangular parallelepiped. The winding roll 73 is disposed at each of the eight corners of the support frame 72.

各ワイヤ76は、一端部が力覚提示装置本体13に固定され、巻き掛けロール73に巻き掛けられている。駆動モータ74が巻き掛けロール73を一方に回転駆動することにより、巻き掛けロール73にワイヤ76が巻き付けられ、駆動モータ74が巻き掛けロール73を他方の回転駆動することにより、巻き掛けロール73からワイヤ76が巻き出される。   One end of each wire 76 is fixed to the force sense presentation device main body 13 and is wound around a winding roll 73. When the drive motor 74 rotates the winding roll 73 in one direction, the wire 76 is wound around the winding roll 73, and the drive motor 74 drives the winding roll 73 in the other direction so that the winding roll 73 is rotated from the winding roll 73. The wire 76 is unwound.

これにより、力覚提示装置本体13(手及び手指)の姿勢制御をすること、及び力覚提示装置本体13の全体に力を作用させることが可能となり、外部から手指全体にかかる力覚を提示できる。外部から手指全体にかかる力覚としては、例えば、物体の重力、慣性力がある。   This makes it possible to control the posture of the force sense presentation device main body 13 (hand and fingers) and to apply force to the entire force sense presentation device main body 13, and to present the force sense applied to the whole finger from the outside. it can. Examples of the force sense applied to the entire finger from the outside include the gravity and inertial force of the object.

下方にある巻き掛けロール73にワイヤ76を巻き付けて力覚提示装置本体13を下方へ引っ張ることにより、重力を作用させることができる。仮想物体が重量の重い場合には、重量が軽い場合に比して、力覚提示装置本体13を引っ張る量を増加させる。   Gravity can be applied by winding the wire 76 around the lower winding roll 73 and pulling the force sense presentation device main body 13 downward. When the virtual object is heavy, the amount of pulling the force sense presentation device main body 13 is increased as compared with the case where the virtual object is light.

また、把持した仮想物体を動かしたときに発生する慣性力は、物体を動かした方向にある巻き掛けロール73にワイヤ76を巻き付けて力覚提示装置本体13を引っ張ることにより、作用させることができる。仮想物体を速く動かした場合には、遅く動かした場合に比して、力覚提示装置本体13を引っ張る量を増加させる。   The inertial force generated when the grasped virtual object is moved can be applied by winding the wire 76 around the winding roll 73 in the direction in which the object is moved and pulling the force sense presentation device main body 13. . When the virtual object is moved quickly, the amount of pulling the force sense presentation device main body 13 is increased compared to when the virtual object is moved slowly.

なお、力覚提示装置本体13においては、力覚を提示していないときには、各部は自由状態となっており、力覚提示装置本体13が装着された手指は自由に動かすことができるようになっている。また、各駆動モータ24、44、74には、エンコーダが取り付けられており、その回転量を測定することにより手指の移動量を測定し、現実の手指の実空間における現在位置を把握できるようになっている。   It should be noted that in the force sense presentation device main body 13, when no force sense is presented, each part is in a free state, and a finger equipped with the force sense presentation device main body 13 can be freely moved. ing. Each drive motor 24, 44, 74 is provided with an encoder so that the amount of movement of the finger can be measured by measuring the amount of rotation so that the current position of the actual finger in real space can be grasped. It has become.

上記のように、本実施形態では、力覚等を提示するために駆動する駆動部としての各駆動モータ24、44、74に設けられたエンコーダから、直接的に手指の位置を計測するようになっており、外部から手指の位置を測定・推測して手指の位置を把握する方法とは異なる。   As described above, in the present embodiment, the position of the finger is directly measured from the encoders provided in each of the drive motors 24, 44, and 74 as drive units that are driven to present a force sense or the like. This method is different from the method of grasping the finger position by measuring and estimating the finger position from the outside.

また、移動体40,41,45を移動させるための駆動部、接触部12を移動させるための駆動部、力覚提示装置本体13を移動させるための駆動部は、種々の機構、機械要素を用いることができ、例えば、電磁気やボールねじを利用したリニアアクチュエータや、導電性高分子・イオン性高分子を用いたソフトアクチュエータを活用することも可能である。   The driving unit for moving the moving bodies 40, 41, and 45, the driving unit for moving the contact unit 12, and the driving unit for moving the force sense presentation device main body 13 include various mechanisms and machine elements. For example, it is possible to use a linear actuator using electromagnetic or ball screws, or a soft actuator using a conductive polymer / ionic polymer.

次に、力覚提示装置10を制御する制御システムを説明する。図7は、力覚提示装置10を制御する制御システムを示す図である。   Next, a control system for controlling the force sense presentation device 10 will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a control system that controls the force sense presentation device 10.

力覚提示装置10を制御する制御システム80は、コンピュータグラフィックスを活用して、仮想の手指やその手指で操作する仮想物体の3次元モデルを管理するシーン管理部82と、仮想の手指と仮想物体との干渉状態を計算する干渉判定部84と、仮想物体の重量や拘束などの静的条件(例えば、仮想物体にかかる重力)や動的な特性(例えば、移動する物体に作用する慣性力)を計算する物理シミュレーション部86と、を備えている。   A control system 80 for controlling the force sense presentation device 10 utilizes a computer graphics to manage a virtual finger and a three-dimensional model of a virtual object operated by the finger, a virtual finger and virtual An interference determination unit 84 that calculates an interference state with an object, static conditions such as weight and restraint of the virtual object (for example, gravity applied to the virtual object), and dynamic characteristics (for example, inertial force acting on the moving object) ) To calculate a physical simulation unit 86.

シーン管理部82は、予め設定される仮想物体の形状・大きさ、予め設定される手指(手)の形状・大きさ、予め設定される仮想物体の把持の仕方等の種々の条件に基づき、仮想の手指及び仮想物体の形状・大きさや初期状態における仮想物体と仮想の手指との位置関係等を決定する。また、シーン管理部82は、駆動モータ24、44、74のエンコーダにより現実の手指の実空間における現在位置を把握し、現実の手指の実空間における位置と仮想の手指の仮想空間における位置とを対応させるようになっており、現実の手指が移動するのに伴って仮想の手指を移動させる。   The scene management unit 82 is based on various conditions such as a preset shape / size of a virtual object, a preset shape / size of a finger (hand), a preset way of gripping a virtual object, etc. The shape and size of the virtual finger and virtual object, the positional relationship between the virtual object and the virtual finger in the initial state, and the like are determined. Further, the scene management unit 82 grasps the current position of the actual finger in the real space by the encoders of the drive motors 24, 44, and 74, and determines the position of the actual finger in the real space and the position of the virtual finger in the virtual space. The virtual finger is moved as the real finger moves.

干渉判定部84は、仮想物体を把持する仮想の手指と、その仮想物体との干渉状態を計算する。   The interference determination unit 84 calculates the interference state between the virtual finger that holds the virtual object and the virtual object.

制御システム80は、図1に示す支持機構70のワイヤ76の巻き付け量及び巻き出し量を計算する支持機構計算部88と、支持機構70の駆動モータ74を駆動制御する支持機構コントローラ90とを備えている。   The control system 80 includes a support mechanism calculation unit 88 that calculates the winding amount and unwinding amount of the wire 76 of the support mechanism 70 shown in FIG. 1 and a support mechanism controller 90 that drives and controls the drive motor 74 of the support mechanism 70. ing.

支持機構計算部88は、干渉判定部84で計算された干渉状態及び物理シミュレーション部86で計算された静的条件及び動的な特性に基づき、力覚提示装置本体13に負荷する荷重を計算し、ワイヤ76の巻き付け量及び巻き出し量を計算する。支持機構コントローラ90は、支持機構計算部88が計算したワイヤ76の巻き付け量及び巻き出し量に基づき、駆動モータ74を駆動制御する。   The support mechanism calculation unit 88 calculates the load applied to the force sense presentation device main body 13 based on the interference state calculated by the interference determination unit 84 and the static conditions and dynamic characteristics calculated by the physical simulation unit 86. The winding amount and unwinding amount of the wire 76 are calculated. The support mechanism controller 90 controls the drive motor 74 based on the winding amount and unwinding amount of the wire 76 calculated by the support mechanism calculation unit 88.

また、制御システム80は、手指に提示する力覚を計算する力覚計算部92を備えている。この力覚計算部92は、接触部12が手指に接触する接触位置(力覚を提示する提示位置)を計算する接触位置計算部94と、手指に提示する力覚の強度を計算する力覚強度計算部96とを備えている。   The control system 80 includes a haptic calculation unit 92 that calculates a haptic to be presented to the fingers. The haptic calculation unit 92 calculates a contact position where the contact unit 12 contacts the finger (presentation position for presenting the haptic sense), and a haptic for calculating the strength of the haptic to be presented to the finger. And an intensity calculator 96.

さらに、制御システム80は、接触位置コントローラ98と、力覚強度コントローラ99とを備えている。   Furthermore, the control system 80 includes a contact position controller 98 and a haptic intensity controller 99.

接触位置計算部94は、予め設定される仮想物体の形状・大きさ、予め設定される手指(手)の形状・大きさ、予め設定される仮想物体の把持の仕方等の種々の条件に基づき、手指に接触する接触部12の接触位置が計算される。   The contact position calculation unit 94 is based on various conditions such as a preset shape / size of a virtual object, a preset shape / size of a finger (hand), and a preset way of gripping the virtual object. The contact position of the contact portion 12 that contacts the finger is calculated.

接触位置コントローラ98は、接触位置計算部94が計算した接触部12の接触位置に基づき、移動体40,41,45を移動させるための駆動モータ44を駆動制御する。   The contact position controller 98 controls the drive motor 44 for moving the moving bodies 40, 41, 45 based on the contact position of the contact portion 12 calculated by the contact position calculation unit 94.

力覚強度計算部96は、干渉判定部84で計算された干渉状態及び物理シミュレーション部86で計算された静的条件及び動的な特性に基づき、接触部12を介して力覚付与機構20によって手指に付与する力覚の強度を計算する。   The haptic intensity calculation unit 96 is operated by the haptic application mechanism 20 via the contact unit 12 based on the interference state calculated by the interference determination unit 84 and the static conditions and dynamic characteristics calculated by the physical simulation unit 86. Calculate the strength of the force sense applied to the finger.

力覚強度コントローラ99は、力覚強度計算部96が計算した手指に付与する力覚の強度に基づき、駆動モータ24を駆動制御する。   The haptic intensity controller 99 controls the drive motor 24 based on the haptic intensity applied to the finger calculated by the haptic intensity calculator 96.

(本実施形態に係る力覚提示装置10の作用)
次に、実施形態に係る力覚提示装置10の作用を説明する。
(Operation of the force sense presentation device 10 according to the present embodiment)
Next, the operation of the force sense presentation device 10 according to the embodiment will be described.

本実施形態に係る力覚提示装置10によれば、接触位置コントローラ98によって駆動モータ44の駆動が制御されると、ラック50と噛み合うピニオン52が回転して、移動体40がガイド42に沿って移動する。また、ラック51と噛み合うピニオン52が回転して、移動体41がガイド42に沿って移動する。また、ガイド43のラックと噛み合うピニオン52が回転して、移動体45がガイド43に沿って移動する。   According to the force sense presentation device 10 according to the present embodiment, when the drive of the drive motor 44 is controlled by the contact position controller 98, the pinion 52 that meshes with the rack 50 rotates and the moving body 40 moves along the guide 42. Moving. Further, the pinion 52 that meshes with the rack 51 rotates, and the moving body 41 moves along the guide 42. Further, the pinion 52 that meshes with the rack of the guide 43 rotates, and the moving body 45 moves along the guide 43.

これにより、接触部12が所望の位置に移動し、接触部12が手指に接触する接触位置が変更される。   Thereby, the contact part 12 moves to a desired position, and the contact position where the contact part 12 contacts a finger is changed.

また、本実施形態に係る力覚提示装置10では、移動体40,41,45は、手指が曲がる曲方向に指先側が湾曲しているガイド42,43に沿って移動するので、接触部12が手指に接触する接触方向が変更できる。   In the force sense presentation device 10 according to the present embodiment, the moving bodies 40, 41, and 45 move along the guides 42 and 43 whose fingertips are curved in the bending direction in which the fingers are bent. The direction of contact with the fingers can be changed.

このように、接触位置及び接触方向が変更できるので、手指に付与できる力覚が多様となり、提示できる力覚の自由度を高めることができる。   Thus, since the contact position and the contact direction can be changed, the force sensations that can be applied to the fingers are diversified, and the degree of freedom of the force sense that can be presented can be increased.

また、本実施形態に係る力覚提示装置10では、手指の背側に配置されると共に手指の根元側から指先側に沿って延びるガイド42,43に沿って移動体40,41,45を移動させて接触位置を変更するので、従来の構成に比して簡易な構成で、提示できる力覚及び触覚の自由度を高めることができる。   Further, in the force sense presentation device 10 according to the present embodiment, the movable bodies 40, 41, and 45 are moved along guides 42 and 43 that are arranged on the dorsal side of the fingers and extend from the base side of the fingers along the fingertip side. Thus, since the contact position is changed, the degree of freedom of the haptic and tactile sensations that can be presented can be increased with a simpler configuration than the conventional configuration.

また、本実施形態に係る力覚提示装置10では、1つのガイド42により、親指及び人差し指に配置された接触部12を移動させられるので、部品点数が低減でき、簡易な構成で接触位置を変更できる。   Further, in the force sense presentation device 10 according to the present embodiment, the contact portion 12 arranged on the thumb and forefinger can be moved by one guide 42, so the number of parts can be reduced and the contact position can be changed with a simple configuration. it can.

(本実施形態に係る力覚提示装置本体13の変形例)
次に、変形例に係る力覚提示装置本体13の構成を説明する。図8は、変形例に係る力覚提示装置本体113の構成を示す概略斜視図である。なお、上記の力覚提示装置本体13と同様に構成された部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Modification of the force sense presentation device main body 13 according to the present embodiment)
Next, the structure of the force sense presentation apparatus main body 13 according to the modification will be described. FIG. 8 is a schematic perspective view showing the configuration of the force sense presentation device main body 113 according to the modification. In addition, about the part comprised similarly to said force sense presentation apparatus main body 13, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

変形例に係る力覚提示装置本体113は、力覚提示装置本体13のガイド42,43を変形したものであり、力覚提示装置本体13のガイド42,43に替えて、ガイド141,142,143を備えている。   The force sense presentation device main body 113 according to the modification is a modification of the guides 42 and 43 of the force sense presentation device main body 13. Instead of the guides 42 and 43 of the force sense presentation device main body 13, the guides 141 and 142, 143.

ガイド141は、親指の背側に配置されると共に親指の根元側から指先側に沿って延びている。ガイド141には、移動体41が移動可能に取り付けられている。また、ガイド141には、ガイド42,43のラック50と同様のラックが形成されており、駆動モータ44でピニオン52を回転されることにより、移動体41をガイド141に沿って移動させられる。   The guide 141 is disposed on the back side of the thumb and extends along the fingertip side from the base side of the thumb. A movable body 41 is movably attached to the guide 141. The guide 141 is formed with a rack similar to the rack 50 of the guides 42 and 43, and the moving body 41 is moved along the guide 141 by rotating the pinion 52 by the drive motor 44.

ガイド142は、人差し指の背側に配置されると共に人差し指の根元側から指先側に沿って延びている。ガイド142には、移動体40が移動可能に取り付けられている。また、ガイド142には、ガイド42,43のラック50と同様のラックが形成されており、駆動モータ44でピニオン52を回転されることにより、移動体40をガイド142に沿って移動させられる。   The guide 142 is disposed on the back side of the index finger and extends along the fingertip side from the base side of the index finger. The moving body 40 is movably attached to the guide 142. Further, the guide 142 is formed with a rack similar to the rack 50 of the guides 42 and 43, and the moving body 40 is moved along the guide 142 by rotating the pinion 52 by the drive motor 44.

ガイド143は、中指の背側に配置されると共に中指の根元側から指先側に沿って延びている。ガイド143には、移動体45が移動可能に取り付けられている。また、ガイド143には、ガイド42,43のラック50と同様のラックが形成されており、駆動モータ44でピニオン52を回転されることにより、移動体45をガイド143に沿って移動させられる。   The guide 143 is disposed on the back side of the middle finger and extends along the fingertip side from the root side of the middle finger. A movable body 45 is movably attached to the guide 143. Further, the guide 143 is formed with a rack similar to the rack 50 of the guides 42 and 43, and the moving body 45 is moved along the guide 143 by rotating the pinion 52 by the drive motor 44.

ガイド42,43では、手指の指先側に配置された部位が、手指が曲がる曲方向に湾曲していたが、ガイド141,142,143は直線状に形成されている。なお、ガイド141,142,143は、手指の指先側に配置された部位が、手指が曲がる曲方向に湾曲していてもよい。   In the guides 42 and 43, the portion arranged on the fingertip side of the finger is curved in the bending direction in which the finger is bent, but the guides 141, 142, and 143 are formed in a straight line. In addition, as for the guides 141, 142, and 143, the site | part arrange | positioned at the fingertip side of a finger | toe may be curving in the bending direction where a finger | toe bends.

ガイド141,142,143は、それぞれ、基端部(支持端部)が、支持体60に取り付けられた支持部材148に支持されている。ガイド142,143を支持する支持部材148は、支持体60に固定されており、ガイド141を支持する支持部材148は、移動可能に支持体60に取り付けられている。   The guides 141, 142, and 143 are each supported at a base end portion (support end portion) by a support member 148 attached to the support body 60. A support member 148 that supports the guides 142 and 143 is fixed to the support body 60, and the support member 148 that supports the guide 141 is movably attached to the support body 60.

ガイド141,142,143の基端部と支持部材148との間には、ガイド141,142,143の基端部と支持部材148を連結する連結部の一例としてのヒンジ150が配置されている。   Between the base end portions of the guides 141, 142, and 143 and the support member 148, a hinge 150 as an example of a connecting portion that connects the base end portions of the guides 141, 142, and 143 and the support member 148 is disposed. .

ヒンジ150は、手指が曲がる曲方向及びその反対方向X1にガイド141,142,143の先端部を移動可能に連結している。   The hinge 150 is connected so that the front-end | tip part of the guides 141, 142, and 143 can move to the bending direction where a finger | toe bends, and the opposite direction X1.

ガイド141,142,143と支持部材148との間には、それぞれ、ガイド141,142,143の先端部を手指が曲がる曲方向及びその反対方向X1へ移動させる第2駆動部としてのリニアアクチュエータ152が配置されている。   Between the guides 141, 142, 143 and the support member 148, linear actuators 152 as second drive units for moving the tip portions of the guides 141, 142, 143 in the bending direction of the fingers and the opposite direction X 1, respectively. Is arranged.

リニアアクチュエータ152の一端部は、ガイド141,142,143にそれぞれに取り付けられており、他端部は、支持部材148に取り付けられている。具体的には、リニアアクチュエータ152の本体が支持部材148に固定され、リニアアクチュエータ152の伸縮可能なロッド152Aの先端部が、ガイド141,142,143に固定されている。ロッド152Aが縮むことによりガイド141,142,143の先端部が曲方向に移動し、ロッド152Aが伸びることによりガイド141,142,143の先端部が曲方向の反対方向へ移動する。なお、リニアアクチュエータ152としては、例えば、電磁気やボールねじを利用したものや、導電性高分子・イオン性高分子を用いたソフトアクチュエータを活用することも可能である。   One end of the linear actuator 152 is attached to the guides 141, 142, and 143, and the other end is attached to the support member 148. Specifically, the main body of the linear actuator 152 is fixed to the support member 148, and the distal ends of the extendable rods 152 </ b> A of the linear actuator 152 are fixed to the guides 141, 142, and 143. When the rod 152A contracts, the tip portions of the guides 141, 142, and 143 move in the bending direction, and when the rod 152A extends, the tip portions of the guides 141, 142, and 143 move in the opposite direction of the bending direction. As the linear actuator 152, for example, an electromagnetic or ball screw type soft actuator using a conductive polymer / ionic polymer can be used.

以上の構成により、移動体40,41,45の接触部12が手指に接触する接触位置及び接触方向が変更可能となる。   With the above configuration, it is possible to change the contact position and the contact direction in which the contact portions 12 of the moving bodies 40, 41, 45 contact the fingers.

なお、図8においては、移動体40,41,45をそれぞれ概略的に記載している。また、ガイド141に移動体41が取り付けられ、ガイド142に移動体40が取り付けられ、ガイド143に移動体45が取り付けられていたが、ガイド141,142,143には、適宜、移動体40,41,45のいずれかを用いることができる。   In addition, in FIG. 8, the mobile bodies 40, 41, and 45 are each schematically described. In addition, the moving body 41 is attached to the guide 141, the moving body 40 is attached to the guide 142, and the moving body 45 is attached to the guide 143. However, the guides 141, 142, and 143 may include the moving body 40, Either 41 or 45 can be used.

ところで、親指は、手根中手関節を支点として、手のひらに対面する位置と手のひらの側方位置との間を横方向へ動くため、親指の移動の自由度が高い。そこで、変形例に係る力覚提示装置本体113では、親指の手根中手関節を支点とした親指の移動の軌道に沿って、ガイド141を移動させる移動機構160を備えている。   By the way, since the thumb moves laterally between a position facing the palm and a side position of the palm with the wrist-carpal joint as a fulcrum, the degree of freedom of movement of the thumb is high. Therefore, the force sense presentation device main body 113 according to the modification includes a moving mechanism 160 that moves the guide 141 along the movement path of the thumb with the thumb carpal middle wrist joint as a fulcrum.

移動機構160は、支持部材148を支持体60に沿って移動可能に支持体60に取り付ける取付部162と、支持体60の外周面に形成されたラック164と、ラック164に噛み合うピニオン166と、ピニオン166を回転駆動する駆動モータ168とを備えている。   The moving mechanism 160 includes a mounting portion 162 that attaches the support member 148 to the support 60 so as to be movable along the support 60, a rack 164 formed on the outer peripheral surface of the support 60, a pinion 166 that meshes with the rack 164, And a drive motor 168 that rotationally drives the pinion 166.

この構成では、駆動モータ168がピニオン166を回転駆動することにより、取付部162、支持部材148、ヒンジ150、ガイド141が一体に、支持体60に沿って円弧状に移動する。これにより、ガイド141が親指の手根中手関節を支点とした親指の移動の軌道に沿って移動する。   In this configuration, when the drive motor 168 rotates and drives the pinion 166, the mounting portion 162, the support member 148, the hinge 150, and the guide 141 move together in an arc shape along the support body 60. As a result, the guide 141 moves along the trajectory of the thumb movement with the thumb carpal middle wrist joint as a fulcrum.

この構成によれば、ガイド141,142,143の先端部の向きを変えることより、移動体40,41,45の接触部12の接触位置に加えて、接触方向も変更できるので、提示できる力覚の自由度を高めることができる。   According to this configuration, by changing the direction of the tip portions of the guides 141, 142, and 143, in addition to the contact position of the contact portion 12 of the moving bodies 40, 41, and 45, the contact direction can also be changed. The degree of freedom of sensation can be increased.

また、動きの自由度が高い親指に追従してガイド141を移動できるので、提示できる力覚の自由度を高めることができる。   Moreover, since the guide 141 can be moved following the thumb having a high degree of freedom of movement, the degree of freedom of force sense that can be presented can be increased.

なお、ガイド141を支持体60に沿って移動させるための駆動部は、種々の機構、機械要素を用いることができ、例えば、電磁気やボールねじを利用したリニアアクチュエータや、導電性高分子・イオン性高分子を用いたソフトアクチュエータを活用することも可能である。   The drive unit for moving the guide 141 along the support 60 can use various mechanisms and mechanical elements. For example, a linear actuator using electromagnetic or ball screw, or a conductive polymer / ion can be used. It is also possible to utilize a soft actuator using a conductive polymer.

(変形例に係る力覚提示装置200の構成)
次に、変形例に係る力覚提示装置200の構成を説明する。図9〜図11は、変形例に係る力覚提示装置200の構成を示す概略図である。なお、変形例に係る力覚提示装置200における力覚提示装置本体13及び支持機構70は、上記と同様の構成であるので、同一符号を付してその説明を省略する。
(Configuration of Force Display Device 200 According to Modification)
Next, the configuration of the force sense presentation device 200 according to the modification will be described. 9 to 11 are schematic diagrams illustrating the configuration of a force sense presentation device 200 according to a modification. In addition, since the force sense presentation apparatus main body 13 and the support mechanism 70 in the force sense presentation apparatus 200 according to the modification have the same configuration as described above, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

変形例に係る力覚提示装置200は、図9及び図10に示すように、手指を有する手の手首周り(手首の軸周り)に回転可能に力覚提示装置本体13を支持する本体支持体202と、手首周りに力覚提示装置本体13を回転させる回転機構210と、を備えている。   As shown in FIGS. 9 and 10, the force sense presentation device 200 according to the modified example is a main body support that supports the force sense presentation device main body 13 so as to be rotatable around the wrist of the hand having fingers (around the wrist axis). 202 and a rotation mechanism 210 that rotates the force sense presentation device main body 13 around the wrist.

本体支持体202は、内径が、力覚提示装置本体13の支持体60の外径よりも大径とされた環状(円筒状)の第1支持部材204と、外径が第1支持部材204の内径よりも小径とされた環状(円筒状)の第2支持部材206と、を備えている。   The main body support 202 has an annular (cylindrical) first support member 204 whose inner diameter is larger than the outer diameter of the support 60 of the haptic device main body 13, and the outer diameter is the first support member 204. And an annular (cylindrical) second support member 206 having a smaller diameter than the inner diameter of the second support member 206.

第1支持部材204及び第2支持部材206は、力覚提示装置本体13が装着される手の手首周りに沿って配置される。また、第2支持部材206は、図10及び図11(A)に示すように、第1支持部材204の内周側に配置されている。   The first support member 204 and the second support member 206 are arranged around the wrist of the hand to which the force sense presentation device main body 13 is attached. Moreover, the 2nd support member 206 is arrange | positioned at the inner peripheral side of the 1st support member 204, as shown to FIG.10 and FIG.11 (A).

また、第1支持部材204には、図9に示すように、一端部が巻き掛けロール73に巻き掛けられた各ワイヤ76の他端部が取り付けられており、第1支持部材204は、支持機構70によって支持されている。このように、力覚提示装置200では、本体支持体202を介して力覚提示装置本体13が支持機構70に支持されている。   Moreover, as shown in FIG. 9, the other end part of each wire 76 by which the one end part was wound around the winding roll 73 is attached to the 1st support member 204, and the 1st support member 204 is supported. Supported by mechanism 70. Thus, in the force sense presentation device 200, the force sense presentation device main body 13 is supported by the support mechanism 70 via the main body support 202.

第2支持部材206は、自らの軸周りに回転可能に第1支持部材204に支持されている。第2支持部材206は、例えば、ボールベアリングのように、第1支持部材204と第2支持部材206との間に介装された球状のボールによって回転可能に支持される。なお、第2支持部材206を回転可能に支持する構成としては、種々の構成とすることが可能である。   The second support member 206 is supported by the first support member 204 so as to be rotatable about its own axis. The second support member 206 is rotatably supported by a spherical ball interposed between the first support member 204 and the second support member 206, for example, like a ball bearing. In addition, as a structure which supports the 2nd support member 206 rotatably, it can be set as various structures.

第2支持部材206には、力覚提示装置本体13の支持体60が固定されており、第2支持部材206と力覚提示装置本体13とは一体に回転するようになっている。これにより、力覚提示装置本体13は、力覚提示装置本体13が手指に装着された状態においては、手首の軸周りに回転することになる。   The support 60 of the force sense presentation device main body 13 is fixed to the second support member 206, and the second support member 206 and the force sense presentation device main body 13 rotate together. Thereby, the force sense presentation device main body 13 rotates around the wrist axis in a state where the force sense presentation device main body 13 is attached to the finger.

なお、本体支持体202としては、第1支持部材204及び第2支持部材206が環状に形成されたものに限られず、例えば、一部が切り欠けられていてもよく、種々の形状とすることが可能である。また、本体支持体202は、第1支持部材204のみで構成されていてもよい。この場合は、力覚提示装置本体13が直接、第1支持部材204に支持される。   The main body support 202 is not limited to one in which the first support member 204 and the second support member 206 are formed in an annular shape. For example, a part of the main support 202 may be cut out and have various shapes. Is possible. Further, the main body support 202 may be configured only by the first support member 204. In this case, the force sense presentation device main body 13 is directly supported by the first support member 204.

回転機構210は、図10及び図11(A)に示すように、第2支持部材206の外周面に形成されたラック212と、このラック212と噛み合うピニオン214と、ピニオン214を回転駆動するための駆動モータ216とを備えている。ピニオン214は、第1支持部材204に非接触とされた状態で、第2支持部材206と第1支持部材204との間に配置されると共に、駆動モータ216の駆動軸216Aに固定されている。駆動モータ216は、ブラケット218を介して第1支持部材204に固定されている。   As shown in FIGS. 10 and 11A, the rotation mechanism 210 rotates a rack 212 formed on the outer peripheral surface of the second support member 206, a pinion 214 that meshes with the rack 212, and the pinion 214. Drive motor 216. The pinion 214 is disposed between the second support member 206 and the first support member 204 in a state where the pinion 214 is not in contact with the first support member 204, and is fixed to the drive shaft 216 </ b> A of the drive motor 216. . The drive motor 216 is fixed to the first support member 204 via a bracket 218.

この構成によれば、駆動モータ216がピニオン214を回転駆動することにより、ラック212が形成された第2支持部材206を回転させる。これにより、力覚提示装置本体13が、手首の軸周りに回転し、手首の回転動作に対して、力覚を提示することができる。   According to this configuration, the drive motor 216 rotates the pinion 214 to rotate the second support member 206 on which the rack 212 is formed. Thereby, the force sense presentation apparatus main body 13 rotates around the wrist axis, and a force sense can be presented for the wrist rotation operation.

なお、回転機構210としては、上記構成に限られず、例えば、ワイヤやベルトなどの他の機械要素を用いた構成としてもよく、種々の構成とすることが可能である。   Note that the rotation mechanism 210 is not limited to the above-described configuration, and for example, may be a configuration using other mechanical elements such as a wire or a belt, and various configurations may be possible.

また、力覚提示装置200においては、力覚を提示していないときには、第2支持部材206は第1支持部材204に対して回転自在とされており、力覚提示装置本体13が装着された手の手首は自由に動かすことができるようになっている。また、駆動モータ216には、エンコーダが取り付けられており、その回転量を測定することにより手首の回転量を測定し、現実の手首の実空間における回転位置を把握できるようになっている。   Further, in the force sense presentation device 200, when no force sense is presented, the second support member 206 is rotatable with respect to the first support member 204, and the force sense presentation device main body 13 is attached. The wrist of the hand can be moved freely. In addition, an encoder is attached to the drive motor 216, and the rotation amount of the wrist is measured by measuring the rotation amount of the drive motor 216, so that the rotation position of the actual wrist in the real space can be grasped.

変形例に係る力覚提示装置200は、回転機構210による力覚提示装置本体13の回転を止めるブレーキ220を備えている。このブレーキ220は、図10及び図11(A)に示すように、第2支持部材206の回転軸方向に沿った回転軸を有するカム222と、カム222の回転角を制御する駆動モータ224とを備えている。   The force sense presentation device 200 according to the modification includes a brake 220 that stops the rotation of the force sense presentation device main body 13 by the rotation mechanism 210. As shown in FIGS. 10 and 11A, the brake 220 includes a cam 222 having a rotation axis along the rotation axis direction of the second support member 206, and a drive motor 224 that controls the rotation angle of the cam 222. It has.

カム222は、第1支持部材204と第2支持部材206との間に配置されると共に、駆動モータ224の駆動軸224Aに固定されている。駆動モータ224は、ブラケット226を介して第1支持部材204に固定されている。   The cam 222 is disposed between the first support member 204 and the second support member 206 and is fixed to the drive shaft 224 </ b> A of the drive motor 224. The drive motor 224 is fixed to the first support member 204 via a bracket 226.

また、カム222は、回転軸から距離が一定ではない外周を有しており、外周が第1支持部材204及び第2支持部材206に接触する接触位置(図11(B))と、外周が少なくとも第2支持部材206に接触しない非接触位置(図11(C))との間を回転するようになっている。   The cam 222 has an outer periphery whose distance from the rotation axis is not constant. The outer periphery is in contact with the first support member 204 and the second support member 206 (FIG. 11B). It rotates between at least a non-contact position (FIG. 11C) that does not contact the second support member 206.

これにより、駆動モータ224によりカム222を非接触位置に回転させることで、第2支持部材206が回転する際の回転負荷が生じないようにすることができる。
また、駆動モータ224によりカム222を接触位置に回転させることで、カム222の外周を第1支持部材204及び第2支持部材206に接触させて、力覚提示装置本体13の回転が制動される。これにより、トルクを急激に変化させることができるので、力覚提示装置本体13が装着された手の手首の回転動作に対して、より大きな力覚を提示することが可能となる。
Thereby, the rotation load at the time of the 2nd supporting member 206 rotating can be prevented by rotating the cam 222 to a non-contact position by the drive motor 224.
Further, by rotating the cam 222 to the contact position by the drive motor 224, the outer periphery of the cam 222 is brought into contact with the first support member 204 and the second support member 206, and the rotation of the force sense presentation device main body 13 is braked. . As a result, the torque can be changed abruptly, so that a larger force sense can be presented with respect to the rotational movement of the wrist of the hand to which the force sense presenting device body 13 is attached.

なお、カム222は回転角によって第2支持部材206との接触面積が変化するように構成されていてもよい。これにより、回転する第2支持部材206の制動力を調整でき、提示される力覚を調整可能となる。また、カム222の表面に、摩擦力を高めるための摩擦材を貼り付けて、制動効率を向上させるように構成してもよい。また、ブレーキ220としては、上記の構成に限られず、種々の構成を用いることが可能である。   The cam 222 may be configured such that the contact area with the second support member 206 changes depending on the rotation angle. As a result, the braking force of the rotating second support member 206 can be adjusted, and the presented force sense can be adjusted. Further, a friction material for increasing the frictional force may be attached to the surface of the cam 222 to improve the braking efficiency. Further, the brake 220 is not limited to the above configuration, and various configurations can be used.

また、変形例に係る力覚提示装置200は、力覚提示装置本体13を備える構成であったが、力覚提示装置本体13に替えて、上述した力覚提示装置本体113を備える構成であっても良い。   In addition, the force sense presentation device 200 according to the modification has a configuration including the force sense presentation device main body 13, but instead of the force sense presentation device main body 13, the force sense presentation device main body 113 has the above-described configuration. May be.

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications, changes, and improvements can be made.

10 力覚提示装置(感覚提示装置)
12 接触部
13 力覚提示装置本体
20 力覚付与機構(感覚付与機構)
40 移動体
41 移動体
42 ガイド
43 ガイド
44 駆動モータ(駆動部)
45 移動体
113 力覚提示装置本体
141 ガイド
142 ガイド
143 ガイド
148 支持部材
150 ヒンジ(連結部)
152 リニアアクチュエータ(第2駆動部)
160 移動機構
202 本体支持体
210 回転機構
220 ブレーキ
10 Force sense presentation device (sensory presentation device)
12 contact part 13 force sense presentation device main body 20 force sense giving mechanism (sensory giving mechanism)
40 moving body 41 moving body 42 guide 43 guide 44 drive motor (drive unit)
45 moving body 113 force sense presentation device main body 141 guide 142 guide 143 guide 148 support member 150 hinge (connecting portion)
152 Linear actuator (second drive unit)
160 Moving mechanism 202 Main body support 210 Rotating mechanism 220 Brake

Claims (7)

手指の背側に配置され、前記手指の根元側から指先側に沿って延びるガイドと、
前記ガイドに移動可能に取り付けられた移動体と、
前記移動体に設けられ、前記手指の腹側に接触する接触部と、
前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する感覚付与機構と、
前記移動体を前記ガイドに沿って移動させることにより前記接触部を移動させ、前記感覚付与機構が前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する付与位置を前記手指の根元側又は指先側へ変更可能にする駆動部と、
を備えた感覚提示装置。
A guide disposed on the dorsal side of the finger and extending along the fingertip side from the base side of the finger;
A moving body movably attached to the guide;
A contact portion provided on the movable body and contacting the ventral side of the finger;
A sensation imparting mechanism that imparts at least one of force and touch to the fingers through the contact part;
The contact portion is moved by moving the moving body along the guide, and the sensory imparting mechanism provides at least one of a force sense and a tactile sense to the finger via the contact portion. A drive unit that can be changed to the root side or the fingertip side ;
Sensory presentation device with
前記ガイドは、前記手指が曲がる曲方向に指先側が湾曲しており、
前記駆動部は、前記移動体を前記ガイドに沿って移動させることにより前記接触部を移動させ、前記感覚付与機構が前記接触部を介して前記手指に力覚及び触覚の少なくとも一方を付与する付与方向及び前記付与位置を変更可能にする請求項1に記載の感覚提示装置。
The guide is curved on the fingertip side in a bending direction in which the finger is bent,
The drive unit moves the contact unit by moving the moving body along the guide, and the sensory imparting mechanism imparts at least one of force sense and touch sense to the fingers via the contact unit. The sensory presentation device according to claim 1, wherein the direction and the application position can be changed .
前記ガイドは、前記手指としての人差し指の根元から、前記人差し指の指先、前記手指としての親指の指先、前記親指の根元の順に沿って延び、
前記接触部は、前記人差し指と前記親指とにそれぞれ配置され、それぞれが前記人差し指と前記親指とに接触し、
前記移動体は、前記人差し指と前記親指とにそれぞれ配置され、それぞれに前記接触部の各々が設けられている請求項2に記載の感覚提示装置。
The guide extends from the base of the index finger as the finger, along the order of the fingertip of the index finger, the fingertip of the thumb as the finger, the base of the thumb,
The contact portions are respectively arranged on the index finger and the thumb, each contacting the index finger and the thumb,
The sensory presentation device according to claim 2, wherein the moving body is disposed on each of the index finger and the thumb, and each of the contact portions is provided on each of the moving fingers.
前記手指の根元側に配置され、前記ガイドの基端部を支持する支持部材と、
前記手指が曲がる曲方向に前記ガイドの先端部を移動可能に前記ガイドの基端部と前記支持部材とを連結する連結部と、
前記ガイドの先端部を前記曲方向へ移動させることにより前記手指に接触する接触方向を変更可能な第2駆動部と、
を備えた請求項1又は請求項2に記載の感覚提示装置。
A support member disposed on the base side of the finger and supporting the proximal end portion of the guide;
A connecting portion that connects the base end portion of the guide and the support member so that the distal end portion of the guide is movable in a bending direction in which the finger is bent;
A second drive unit capable of changing a contact direction in contact with the finger by moving a distal end portion of the guide in the bending direction;
The sensation presentation apparatus according to claim 1, further comprising:
前記手指としての親指の手根中手関節を支点とした前記親指の移動の軌道に沿って前記ガイドを移動させる移動機構を備えた請求項4に記載の感覚提示装置。   The sensory presentation device according to claim 4, further comprising a moving mechanism that moves the guide along a trajectory of movement of the thumb using a middle joint of the carpal of the thumb as the finger. 前記ガイド、前記移動体、前記接触部、前記感覚付与機構及び前記駆動部を有する感覚提示装置本体と、
前記手指を有する手の手首周りに回転可能に前記感覚提示装置本体を支持する本体支持体と、
前記手の手首周りに前記感覚提示装置本体を回転させる回転機構と、
を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の感覚提示装置。
A sensation presentation apparatus main body having the guide, the moving body, the contact part, the sensation imparting mechanism, and the drive part;
A body support that supports the sensory presentation device body so as to be rotatable around a wrist of the hand having the fingers;
A rotation mechanism for rotating the sensory presentation device body around the wrist of the hand;
A sensory presentation device according to any one of claims 1 to 5.
前記回転機構による前記感覚提示装置本体の回転を制動するブレーキを備える請求項6に記載の感覚提示装置。 The sensation presentation apparatus according to claim 6, further comprising a brake that brakes rotation of the sensation presentation apparatus main body by the rotation mechanism.
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