JP5608007B2 - Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program - Google Patents

Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program Download PDF

Info

Publication number
JP5608007B2
JP5608007B2 JP2010178638A JP2010178638A JP5608007B2 JP 5608007 B2 JP5608007 B2 JP 5608007B2 JP 2010178638 A JP2010178638 A JP 2010178638A JP 2010178638 A JP2010178638 A JP 2010178638A JP 5608007 B2 JP5608007 B2 JP 5608007B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
information
hardness
measurement
measuring
dimensional shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010178638A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012037420A (en
Inventor
拓也 半田
忠裕 坂井
裕之 篠田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Broadcasting Corp filed Critical Japan Broadcasting Corp
Priority to JP2010178638A priority Critical patent/JP5608007B2/en
Publication of JP2012037420A publication Critical patent/JP2012037420A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5608007B2 publication Critical patent/JP5608007B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Description

本発明は、表面硬さ計測装置、触力覚提示装置、表面硬さ計測プログラム、及び触力覚提示プログラムに係り、特に仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚をより高精度に提示するための表面硬さ計測装置、触力覚提示装置、表面硬さ計測プログラム、及び触力覚提示プログラムに関する。   The present invention relates to a surface hardness measurement device, a tactile force sense presentation device, a surface hardness measurement program, and a tactile force sense presentation program. The present invention relates to a surface hardness measurement device, a tactile force sense presentation device, a surface hardness measurement program, and a tactile force sense presentation program for highly accurate presentation.

従来、触力覚を用いて情報を提示する機器では、バーチャルリアリティの分野において、仮想的な物体の形状を機械的に力覚で提示する装置の開発が行われている。このような力覚提示装置では、例えばユーザの操作に応じて仮想物体の位置情報を検出し、検出により得られた位置情報と仮想物体の位置情報とから計算した反力を指等にフィードバックしている。また、上述した反力の提示方法には、ワイヤの張力・空気圧・回転体の慣性モーメント等を利用したものが開発されている(例えば、非特許文献1及び2参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, devices that present information using a tactile sensation have been developed in the field of virtual reality in which a device that mechanically presents the shape of a virtual object with a force sense has been developed. In such a force sense presentation device, for example, position information of a virtual object is detected according to a user operation, and a reaction force calculated from the position information obtained by the detection and the position information of the virtual object is fed back to a finger or the like. ing. In addition, as a method for presenting the reaction force described above, a method using the tension of the wire, the air pressure, the moment of inertia of the rotating body, and the like has been developed (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

ここで、非特許文献1に示されている力覚提示装置の「PHANToM」は、ユーザの指先の動きに応じた力覚情報を3又は6自由度のアーム型のアクチュエータでフィードバックする点接触型提示を行っている。また、他の方式である非特許文献2に示されている「Haptic Master」は、複数の並列のアクチュエータを連結し反力を伝えるパラレルメカニズムを用いている。これらの装置は、仮想的な物体に触れ、物体の形状や硬さ等を伝えることができる。   Here, “PHANToM” of the haptic device shown in Non-Patent Document 1 is a point contact type that feeds back haptic information corresponding to the movement of the user's fingertip with an arm-type actuator having 3 or 6 degrees of freedom. Presenting. In addition, “Haptic Master” shown in Non-Patent Document 2, which is another method, uses a parallel mechanism that connects a plurality of parallel actuators to transmit a reaction force. These devices can touch a virtual object and transmit the shape and hardness of the object.

また、上述した他にも複数の指で物体を把持したり、なぞるように触察した感覚を与える多指型力覚提装置も開発されている(例えば、非特許文献3〜5参照)。   In addition to the above, a multi-finger type force sense device that gives a sense of grasping or touching an object with a plurality of fingers has been developed (for example, see Non-Patent Documents 3 to 5).

このような触力覚提示装置を用いて、放送や通信を介し、実物体の情報を遠隔にて仮想的に再現するためには、実物体の3次元空間座標情報を取得する必要がある。空間座標を取得する方法には、レーザをスキャン照射し反射光を検出することで物体との距離を測定する3次元デジタイザー(例えば、非特許文献6参照)や、多数のカメラを実物体の周囲に配置し、様々な方向から得た画像を適切に処理し、3次元座標データを生成する多視点カメラ(例えば、非特許文献7参照)等の方法が実用化されている。   In order to virtually reproduce information on a real object remotely through broadcasting or communication using such a haptic sense presentation device, it is necessary to acquire three-dimensional spatial coordinate information of the real object. Spatial coordinates can be obtained by scanning a laser beam and detecting reflected light to measure the distance to the object, such as a three-dimensional digitizer (see Non-Patent Document 6, for example) or a number of cameras around the actual object. A multi-view camera (see, for example, Non-Patent Document 7) or the like that is arranged in the above, appropriately processes images obtained from various directions, and generates three-dimensional coordinate data has been put into practical use.

T.H.Massie、 J.K.Salisbury:“The phantom haptic interface: A device for probing virtual objects、” Proc. ASME Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems In Dynamic Systems and Control 1994、 vol.1、 pp.295−301 (1994)T. T. et al. H. Massie, J.M. K. Salisbury: “The phantom haptic interface: A device for probing virtual objects,” Proc. ASME Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems In Dynamic Systems and Control 1994, vol. 1, pp. 295-301 (1994) 浅野、矢野、岩田:“フォースディスプレイを用いた仮想環境における手術シミュレーションの要素技術開発”、VR学大、pp.95−98(1996)Asano, Yano, Iwata: "Development of elemental technology for surgical simulation in a virtual environment using force display", VR University, pp. 95-98 (1996) 佐藤、平田、河原田:“空間インタフェース装置SPIDARの提案”、信学論、Vol.J74−D−II、No.7、pp.887−894(1991)Sato, Hirata, Kawarada: "Proposal of Spatial Interface Device SPIDAR", Theory of Science, Vol. J74-D-II, no. 7, pp. 887-894 (1991) http://www.immersion.com/3d/products/http: // www. immersion. com / 3d / products / H.Kawasaki et al.:“Development of five−fingerd haptic interface:HIRO II”、Proc.15th Int.Conf.Artificial Reality & Telexistence、pp.209−214(2005)H. Kawasaki et al. : “Development of five-fingered haptic interface: HIRO II”, Proc. 15th Int. Conf. Artificial Reality & Teleexistence, pp. 209-214 (2005) http://konicaminolta.jp/instruments/products/3d/index.htmlhttp: // konicaminolta. jp / instruments / products / 3d / index. html 岩舘:“多視点映像処理技術の放送応用”、社団法人映像情報メディア学会,ITE Technical Report Vol.33、No.42、pp.21〜28、2009年10月21日Iwabuchi: “Broadcasting application of multi-view video processing technology”, The Institute of Image Information and Television Engineers, ITE Technical Report Vol. 33, no. 42, pp. 21-28, October 21, 2009

ところで、放送や通信を介して高臨場感の環境をより高精度に提供するためには、視聴覚情報に触覚情報を加えて実物体に近い感覚を提示することが有効な手法になってくる。ここで、実物体の情報を遠隔で触覚に提示するためには、実物体の面や角等の3次元空間座標や、表面の粗さ、硬さ等の情報を取得し、触力覚提示装置で提示することが必要となる。   By the way, in order to provide a highly realistic environment through broadcasting and communication with higher accuracy, it is effective to add tactile information to audiovisual information and present a sense close to a real object. Here, in order to present the real object information remotely to the tactile sense, obtain information such as the three-dimensional spatial coordinates such as the surface and corners of the real object, the roughness and hardness of the surface, and present the tactile force sense. It must be presented on the device.

しかしながら、従来技術による3次元デジタイザーや多視点カメラ方式等では、物体の3次元座標データと表面の粗さのデータを取得することができても、硬さ情報のセンシングまでは考えられておらず、より実物体に近い触感覚を提示するためには硬さを指標とする新たな情報センシングの方式が求められる。   However, with conventional 3D digitizers and multi-viewpoint camera systems, even if 3D coordinate data and surface roughness data of an object can be acquired, it is not considered to sense hardness information. In order to present a tactile sensation closer to a real object, a new information sensing method using hardness as an index is required.

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚をより高精度に提示するための表面硬さ計測装置、触力覚提示装置、表面硬さ計測プログラム、及び触力覚提示プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a surface hardness measurement device and a tactile force sense for presenting a tactile sensation close to a real object with higher accuracy when an object is virtually presented. It is an object of the present invention to provide a presentation device, a surface hardness measurement program, and a haptic sense presentation program.

更に言い換えれば、本発明の目的は、仮想物体の触力覚提示において、実物体を触察しているような、より自然な触感覚を得られる表面硬さ計測装置、触力覚提示装置、表面硬さ計測プログラム、及び触力覚提示プログラムを提供することである。   Furthermore, in other words, the object of the present invention is to provide a surface hardness measurement device, a tactile force sense presentation device, a surface that can obtain a more natural tactile sensation as if a real object is touched in the tactile force sense presentation of a virtual object. It is to provide a hardness measurement program and a haptic sense presentation program.

上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention employs means for solving the problems having the following characteristics.

請求項1に記載された発明は、ユーザに触力覚で提示する仮想空間上の仮想物体に対応する実物体の硬さ情報を計測するための表面硬さ計測装置において、前記実物体の3次元形状を計測する3次元形状計測手段と、前記3次元形状計測手段により得られる3次元形状情報に基づいて、超音波振動子アレイが複数の超音波を所定の周期で変化させて前記実物体の表面の所定の位置に照射したときの周期的な放射圧の変化によって生じる前記表面の振動振幅を非接触で計測し、計測した前記表面の振動振幅から前記位置での変位の比率又は変位量を計測する変位計測手段と、前記変位計測手段により得られる変位の比率又は変位量から前記実物体の計測した位置毎の粘弾性インピーダンスを推定し、推定された粘弾性インピーダンスにより前記実物体の所定位置毎の硬さ情報を取得する計測制御手段とを有することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a surface hardness measurement apparatus for measuring hardness information of a real object corresponding to a virtual object in a virtual space to be presented to a user by a tactile force sense. A three-dimensional shape measuring means for measuring a three-dimensional shape, and the ultrasonic transducer array changes a plurality of ultrasonic waves at a predetermined cycle based on the three-dimensional shape information obtained by the three-dimensional shape measuring means, and the real object Non-contact measurement of the vibration amplitude of the surface caused by a periodic change in radiation pressure when irradiating a predetermined position on the surface of the surface, and the displacement ratio or displacement amount at the position from the measured vibration amplitude of the surface A displacement measuring means that measures the viscoelastic impedance for each position measured by the real object from the displacement ratio or displacement obtained by the displacement measuring means, and the estimated viscoelastic impedance And having a measuring and controlling unit for obtaining the stiffness information of each predetermined position of the object.

請求項1記載の発明によれば、実物体の硬さ情報を高精度に取得することができる。これにより、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。   According to the first aspect of the present invention, the hardness information of the real object can be acquired with high accuracy. Thereby, when presenting an object virtually, a tactile sensation close to a real object can be presented with high accuracy.

請求項に記載された発明は、前記請求項に記載された表面硬さ計測装置を備えた触力覚提示装置において、前記計測制御手段により得られる前記粘弾性インピーダンスによる前記実物体の所定位置毎の硬さ情報を、前記実物体に対応する仮想空間上の仮想物体にマッピングすることで前記硬さ情報による力覚制御を行う触力覚提示手段を有することを特徴とする。
The invention described in claim 2, in haptic presentation device provided with a surface hardness measuring apparatus according to claim 1, given the actual object by the viscoelastic impedance obtained by the measurement control unit It has a tactile force sense presenting means for performing force sense control based on the hardness information by mapping the hardness information for each position onto a virtual object in a virtual space corresponding to the real object.

請求項4記載の発明によれば、表面硬さ情報を用いて、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。   According to the invention described in claim 4, when the object is virtually presented using the surface hardness information, a tactile sensation close to the real object can be presented with high accuracy.

請求項に記載された発明は、前記触力覚提示手段は、前記3次元形状計測手段により得られる3次元形状情報と前記硬さ情報とに対応させて前記仮想物体に対する力覚制御を行うことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the tactile force sense presenting means performs force sense control on the virtual object in correspondence with the three-dimensional shape information and the hardness information obtained by the three-dimensional shape measuring means. It is characterized by that.

請求項に記載された発明は、前記実物体の表面の凹凸及び粗さの情報を含む表面形状を取得する表面粗さ計測手段を有し、前記触力覚提示手段は、前記表面粗さ計測手段により得られる表面粗さ情報と前記硬さ情報とに対応させて前記仮想物体に対する力覚制御を行うことを特徴とする。
The invention described in claim 4 has surface roughness measuring means for obtaining a surface shape including information on the surface roughness and roughness of the real object, and the tactile sensation presentation means is the surface roughness. Force control is performed on the virtual object in correspondence with the surface roughness information obtained by the measuring means and the hardness information.

請求項に記載された発明は、コンピュータを、請求項に記載の表面硬さ計測装置として機能させるための表面硬さ計測プログラムである。
The invention described in claim 5 is a surface hardness measurement program for causing a computer to function as the surface hardness measurement apparatus according to claim 1 .

請求項記載の発明によれば、実物体の硬さ情報を高精度に取得することができる。これにより、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。また、実行プログラムをコンピュータにインストールすることにより、容易に表面硬さ計測処理を実現することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the hardness information of the real object can be acquired with high accuracy. Thereby, when presenting an object virtually, a tactile sensation close to a real object can be presented with high accuracy. Moreover, the surface hardness measurement process can be easily realized by installing the execution program in the computer.

請求項に記載された発明は、コンピュータを、請求項乃至の何れか1項に記載の触力覚提示装置として機能させるための触力覚提示プログラムである。
The invention described in claim 6 is a haptic sense presentation program for causing a computer to function as the haptic sense presentation device according to any one of claims 2 to 4 .

請求項記載の発明によれば、表面硬さ情報を用いて、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。また、実行プログラムをコンピュータにインストールすることにより、容易に触力覚提示処理を実現することができる。

According to the invention described in claim 6 , when the object is virtually presented using the surface hardness information, a tactile sensation close to a real object can be presented with high accuracy. Further, by installing the execution program in the computer, it is possible to easily realize the tactile sensation presentation process.

なお、本発明の構成要素、表現又は構成要素の任意の組み合わせを、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、記録媒体、データ構造等に適用したものも本発明の態様として有効である。   In addition, what applied the component, expression, or arbitrary combination of the component of this invention to a method, an apparatus, a system, a computer program, a recording medium, a data structure, etc. is also effective as an aspect of this invention.

本発明によれば、実物体の硬さ情報を高精度に取得することができる。これにより、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。   According to the present invention, the hardness information of a real object can be acquired with high accuracy. Thereby, when presenting an object virtually, a tactile sensation close to a real object can be presented with high accuracy.

本実施形態における表面硬さ計測装置の概要構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of the surface hardness measuring apparatus in this embodiment. 表面硬さ計測処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a surface hardness measurement processing procedure. 表面硬さ計測装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a function structure of a surface hardness measuring apparatus. 本実施形態における超音波振動子アレイを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ultrasonic transducer | vibrator array in this embodiment. 本実施形態に適用される機械インピーダンスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanical impedance applied to this embodiment. 本実施形態における表面硬さ計測装置を用いた触力覚提示装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the tactile-force sense presentation apparatus using the surface hardness measuring apparatus in this embodiment. 本実施形態における触力覚提示処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the tactile-force sense presentation process procedure in this embodiment. 硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データの記述例を示す図である。It is a figure which shows the example of description of the virtual object data which has hardness and roughness information.

<本発明について>
本発明は、仮想的に物体を提示する触力覚提示技術に用いられる、物体の表面の硬さを検出する技術を提供する。また、これに加えて、物体及び物体表面の3次元座標を検出し、その凹凸を提示する触力覚提示方法と、表面のざらざら感等の触感を提示する手段を有することで、よりリアルな仮想物体を複数のユーザに提示する。
<About the present invention>
The present invention provides a technique for detecting the hardness of the surface of an object, which is used in a haptic sense presentation technique for virtually presenting an object. In addition to this, it is possible to detect the three-dimensional coordinates of the object and the surface of the object, and to provide a tactile sensation presentation method that presents the unevenness and a means for presenting a tactile sensation such as a rough feeling on the surface. Present virtual objects to multiple users.

更に具体的に説明すると、本発明では、物体の表面の硬さを抽出し提示するために、超音波の放射圧等で表面の変位を計測することにより、表面の粘弾性インピーダンスを推定する。つまり、本発明では、硬さ情報の一例として表面の粘弾性インピーダンス等を用いる。更に、推定された粘弾性インピーダンスを用いて、少なくとも1つの触力覚提示装置に提示することで表面の硬さを体感することができる。   More specifically, in the present invention, in order to extract and present the surface hardness of an object, the surface viscoelastic impedance is estimated by measuring the displacement of the surface with ultrasonic radiation pressure or the like. That is, in the present invention, surface viscoelastic impedance or the like is used as an example of hardness information. Furthermore, the hardness of the surface can be experienced by presenting the estimated viscoelastic impedance to at least one tactile sensation presentation device.

また、上述した粘弾性インピーダンスの他にもコンピュータで作成した物体や実物体の3次元形状情報をデジタイザー等で取得し、物体形状の凹凸を提示する手段と、表面のざらざら感等の微細な凹凸や粗さ情報を取得し、物体形状の凹凸情報に組み合わせて触感を提示する手段とを有し、これらを統合することで、よりリアルな仮想物体の提示を可能とする。   In addition to the viscoelastic impedance described above, a means for obtaining three-dimensional shape information of a computer-created object or real object with a digitizer and presenting the object shape unevenness, and fine unevenness such as a rough surface And means for acquiring roughness information and presenting a tactile sensation in combination with unevenness information of the object shape, and integrating them makes it possible to present a more realistic virtual object.

なお、本発明では、これらの手法で得られる仮想物体のデータを、一元的に管理し、放送やインターネットを介し、各クライアントの触力覚提示装置に提供することで、複数のユーザが同じ物体を触察することができる。これにより、仮想的に物体を提示する触力覚提示装置において、より実物体に近い触感覚を得ることが可能であり、より認知しやすい提示手法を提供することが可能である。   In the present invention, the virtual object data obtained by these methods is centrally managed and provided to the tactile sensation presentation device of each client via broadcasting or the Internet, so that a plurality of users can share the same object. Can be palpated. Thereby, in the tactile force sense presentation device that virtually presents an object, it is possible to obtain a tactile sensation closer to a real object and to provide a presentation method that is easier to recognize.

次に、上述したような特徴を有する本発明における表面硬さ計測装置、表面硬さ計測装置、触力覚提示装置、表面硬さ計測プログラム、及び触力覚提示プログラムを好適に実施した形態について、図面等を用いて詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the surface hardness measurement device, the surface hardness measurement device, the tactile force sense presentation device, the surface hardness measurement program, and the tactile force sense presentation program according to the present invention having the above-described features. This will be described in detail with reference to the drawings.

<表面硬さ計測装置の概要構成例>
図1は、本実施形態における表面硬さ計測装置の概要構成の一例を示す図である。図1に示す表面硬さ計測装置10は、変位計測手段としての1又は複数の超音波振動子アレイ11(図1の例では、超音波振動子アレイ11−1,11−2)と、振動測定手段12(図1の例では、振動測定手段12−1,12−2)と、3次元形状計測手段13と、計測制御手段14と、記録手段15とを有するよう構成されている。
<Outline configuration example of surface hardness measuring device>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a surface hardness measurement apparatus according to the present embodiment. A surface hardness measurement apparatus 10 shown in FIG. 1 includes one or a plurality of ultrasonic transducer arrays 11 (in the example of FIG. 1, ultrasonic transducer arrays 11-1 and 11-2) serving as displacement measuring means, and vibrations. The measuring unit 12 (vibration measuring units 12-1 and 12-2 in the example of FIG. 1), a three-dimensional shape measuring unit 13, a measurement control unit 14, and a recording unit 15 are configured.

超音波振動子アレイ11は、超音波を発生する振動子が所定の間隔で所定の位置に多数配列されている。なお、本実施形態における超音波振動子アレイ11は、既存の超音波振動子アレイを用いることができ、例えば、「Takayuki Hoshi、Takayuki Iwamoto、and Hiroyuki Shinoda:Non−Contact Tactile Sensation Synthesized by Ultrasound Transducers、 Proc. World Haptics 2009、 Salt Lake City、 UT、 March 18−20、pp.256−260、2009.」等に記載の超音波振動子アレイを用いることができる。なお、超音波振動子アレイ11の構成等の具体例については後述する。   In the ultrasonic transducer array 11, a large number of transducers that generate ultrasonic waves are arranged at predetermined positions at predetermined intervals. Note that the ultrasonic transducer array 11 in the present embodiment can be an existing ultrasonic transducer array. Proc. World Haptics 2009, Salt Lake City, UT, March 18-20, pp. 256-260, 2009. "and the like can be used. A specific example of the configuration of the ultrasonic transducer array 11 will be described later.

ここで、本実施形態における表面硬さ計測装置10は、超音波振動子アレイ11により被測定対象物体21(例えば、製品だけでなく生き物等も含んだ実物体)に対して、例えば約180mm角のフェーズドアレイから超音波22を放出し、被測定対象物体21の表面に収束させる。なお、収束スポットの直径は、例えば約10mm程度である。その際、対象面には、超音波ビームのエネルギー密度に比例した圧力(放射圧)が印加される。   Here, the surface hardness measurement apparatus 10 according to the present embodiment uses, for example, about 180 mm square with respect to the measurement target object 21 (for example, a real object including not only a product but also a living thing) by the ultrasonic transducer array 11. The ultrasonic waves 22 are emitted from the phased array and converged on the surface of the measurement target object 21. The diameter of the convergence spot is about 10 mm, for example. At that time, a pressure (radiation pressure) proportional to the energy density of the ultrasonic beam is applied to the target surface.

ここで、本実施形態において、超音波振動子アレイ11は、最高出力時に1.6gf程度の力を対象面の収束スポット付近に印加することができる。また、超音波振動子アレイ11は、超音波ビームを所定のタイミングでオン−オフすることで圧力を変化させることができる。   Here, in this embodiment, the ultrasonic transducer array 11 can apply a force of about 1.6 gf to the vicinity of the convergence spot on the target surface at the maximum output. The ultrasonic transducer array 11 can change the pressure by turning on and off the ultrasonic beam at a predetermined timing.

振動測定手段12は、超音波振動子アレイ11によって、予め設定されたタイミングで、数百Hz程度までの任意の異なる周波数の超音波を選択的に発生させ、その周期的な圧力変化によって発生する被測定対象物体21の対象表面の振動振幅を計測する。これにより、本実施形態では、力に対する変位の比率又は変位量からその位置毎の硬さを推定することができる。なお、図1の例では、振動計測手段12−1,12−2は、超音波振動子アレイ11−1,11−2と対となるように設けられる。   The vibration measuring means 12 selectively generates ultrasonic waves having arbitrary different frequencies up to about several hundred Hz at a preset timing by the ultrasonic transducer array 11, and generates them by a periodic pressure change. The vibration amplitude of the target surface of the measurement target object 21 is measured. Thereby, in this embodiment, the hardness for every position can be estimated from the ratio or displacement amount of the displacement with respect to force. In the example of FIG. 1, the vibration measuring means 12-1 and 12-2 are provided so as to be paired with the ultrasonic transducer arrays 11-1 and 11-2.

なお、力を印加する部位、すなわち超音波の放射圧の収束位置は、超音波振動子アレイ(超音波フェーズドアレイ)11の各素子の駆動位相を調整することにより表面上の自由な位置に設定することができる。   It should be noted that the position where the force is applied, that is, the convergence position of the ultrasonic radiation pressure is set to a free position on the surface by adjusting the drive phase of each element of the ultrasonic transducer array (ultrasonic phased array) 11. can do.

また、このときのある一点(注目点)での硬さとは、粘弾性インピーダンスZ(ω)=F(ω)/D(ω)の式から導出することができる。なお、上述したF(ω)は、放射圧によって表面に印加される力の角周波数ω成分の振幅であり、上述したD(ω)は角周波数ωにおける表面変位(超音波収束点の中心における表面変位)の振幅である。   Further, the hardness at one point (attention point) at this time can be derived from the equation of viscoelastic impedance Z (ω) = F (ω) / D (ω). Note that F (ω) described above is the amplitude of the angular frequency ω component of the force applied to the surface by the radiation pressure, and D (ω) described above is the surface displacement at the angular frequency ω (at the center of the ultrasonic convergence point). (Surface displacement) amplitude.

なお、表面に印加される力の各周波数ω成分の振幅F、及び表面変位の振幅Dを複素数表示(フェーザ表示)としておけば、この値から機械インピーダンスのバネ要素、質量要素とダンパー要素を分解して記述することができる。なお、上述した機械インピーダンスについては後述する。   If the amplitude F of each frequency ω component of the force applied to the surface and the amplitude D of the surface displacement are displayed as complex numbers (phasor display), the mechanical impedance spring element, mass element and damper element are decomposed from these values. Can be described. The above-described mechanical impedance will be described later.

3次元形状計測手段13は、被測定対象物体21の3次元形状を計測する。なお、3次元形状計測手段13は、被測定対象物体21の硬さ測定をするための超音波が超音波振動子アレイ11から放射させる前に、すなわち硬さ測定開始前又は硬さ測定開始時に取得しておく。これらのデータは、記録手段15等に記録しておき、計測制御手段14により、記録手段15に記録されたデータを用いて被測定対象物体21と、超音波振動子アレイ11との相対的な位置関係から超音波の焦点位置を設定する。   The three-dimensional shape measuring unit 13 measures the three-dimensional shape of the measurement target object 21. The three-dimensional shape measuring means 13 is used before the ultrasonic wave for measuring the hardness of the measurement target object 21 is radiated from the ultrasonic transducer array 11, that is, before the hardness measurement is started or when the hardness measurement is started. Get it. These data are recorded in the recording unit 15 and the like, and the measurement control unit 14 uses the data recorded in the recording unit 15 to compare the measurement target object 21 and the ultrasonic transducer array 11 relative to each other. The focal position of the ultrasonic wave is set from the positional relationship.

計測制御手段14は、超音波振動子アレイ11−1,11−2に対する位置の移動や超音波の焦点位置の設定、超音波の発生タイミング、振動測定手段12−1,12−2に対する移動や測定タイミング、3次元形状計測手段13に対する移動や形状計測制御等を行う。   The measurement control unit 14 moves the position relative to the ultrasonic transducer arrays 11-1 and 11-2, sets the focal position of the ultrasonic wave, generates ultrasonic waves, moves relative to the vibration measurement units 12-1 and 12-2, Measurement timing, movement of the three-dimensional shape measuring means 13, shape measurement control, and the like are performed.

つまり、計測制御手段14は、超音波振動子アレイ11−1,11−2、振動測定手段12−1,12−2、3次元形状計測手段13をそれぞれに予め設けられた移動機構により移動させて被測定対象物体21の表面全体の硬さを計測する。なお、本発明において硬さを測定する位置は、上述した表面全体に限定されるものではなく、例えばユーザに触力覚で提示する被測定対象物体21の所定の領域だけでもよい。   That is, the measurement control unit 14 moves the ultrasonic transducer arrays 11-1 and 11-2, the vibration measurement units 12-1 and 12-2, and the three-dimensional shape measurement unit 13 by using a moving mechanism provided in advance. Then, the hardness of the entire surface of the measurement target object 21 is measured. In the present invention, the position where the hardness is measured is not limited to the entire surface described above, and may be only a predetermined region of the measurement target object 21 that is presented to the user with a tactile force sense, for example.

また、計測制御手段14は、超音波振動子アレイ11及び振動測定手段12を複数有する場合には、被測定対象物体21に対してそれぞれ異なる位置の硬さを測定するように制御を行う。これにより、例えば被測定対象物体21の形状等に合わせて、複雑な形状の部分となだらかな形状の部分とで使い分けることで、全体の硬さを迅速且つ正確に測定することができる。   Further, when there are a plurality of ultrasonic transducer arrays 11 and vibration measuring means 12, the measurement control means 14 performs control so as to measure the hardness at different positions with respect to the measurement target object 21. Thereby, for example, according to the shape or the like of the measurement target object 21, the entire hardness can be measured quickly and accurately by properly using a complicated shape portion and a gentle shape portion.

また、計測制御手段14は、超音波振動子アレイ11の各焦点において、垂直入射面に対して印加される力を予め調べておき、そのデータが適宜利用できるように、記録手段15にデータベース等として記録しておく。なお、垂直入射面とは、焦点を通る平面のうち、焦点と超音波振動子アレイ11の中心を結ぶ直線に垂直な面である。   In addition, the measurement control unit 14 checks in advance the force applied to the normal incidence surface at each focal point of the ultrasonic transducer array 11, and stores the data in the recording unit 15 so that the data can be used as appropriate. Record as. The vertical incident surface is a surface perpendicular to a straight line connecting the focal point and the center of the ultrasonic transducer array 11 among the planes passing through the focal point.

また、超音波ビームによる放射圧は、ビームが面に垂直な場合に最も効果的に作用し、斜めに入射した場合には面に及ぼされる力が小さくなる。具体的には、対象表面の法線と入射方向とのなす角度をθとすると、印加される力は概ねcosθに比例して減少する。   In addition, the radiation pressure by the ultrasonic beam works most effectively when the beam is perpendicular to the surface, and the force exerted on the surface is small when it is incident obliquely. Specifically, when the angle formed between the normal line of the target surface and the incident direction is θ, the applied force decreases approximately in proportion to cos θ.

ここで、3次元形状計測手段13によって得られた3次元形状データによって対象面の法線ベクトルの方向は、予めわかっているため、計測制御手段14は、それを用いて表面に印加される正味の力を計算し、それと振動振幅から粘弾性インピーダンスZを計算する。具体的には、計測制御手段14は、対象表面の注目点(超音波振動子アレイ11の焦点位置)における法線ベクトルと垂直入射面の法線ベクトルとの間の余弦cosθを計算し、垂直入射面に対して働くはずの力(上述した記録手段15等に記録されている)にcosθを乗じて正味の力とする。   Here, since the direction of the normal vector of the target surface is known in advance from the three-dimensional shape data obtained by the three-dimensional shape measurement means 13, the measurement control means 14 uses the net to be applied to the surface. And viscoelastic impedance Z is calculated from the vibration amplitude. Specifically, the measurement control unit 14 calculates the cosine cos θ between the normal vector at the target point on the target surface (the focal position of the ultrasonic transducer array 11) and the normal vector of the normal incidence surface, and performs vertical calculation. Multiplying cos θ by the force that should work against the incident surface (recorded in the recording means 15 or the like described above) to obtain the net force.

ここで、図1に示す実施形態では、複数の方向を向く複数のフェーズドアレイ(図1の例では、超音波振動子アレイ11−1,11−2)が設置されているため、θが90度に近づく場合には、θがより小さくなる超音波振動子アレイ11を選択して圧力を印加する。また、計測制御手段14は、必要があれば振動計測装置12−1,12−2についても対象面が正面近くに見えるものを選択して計測する。   Here, in the embodiment shown in FIG. 1, since a plurality of phased arrays (in the example of FIG. 1, ultrasonic transducer arrays 11-1 and 11-2) facing a plurality of directions are installed, θ is 90. When the angle approaches, the ultrasonic transducer array 11 having a smaller θ is selected and pressure is applied. In addition, the measurement control unit 14 selects and measures the vibration measuring devices 12-1 and 12-2 that have the target surface near the front if necessary.

ここで、本実施形態において、振動計測装置12が一点の振動変位のみを測定するタイプの場合には、振動計測装置の測定領域が対象表面上の各注目点(計測点)に一致するように振動計測装置の方向・位置を移動機構によって制御するか、或いは光の経路中に鏡を設置し、その方向・位置を移動機構によって制御する。また、被測定対象物体21を移動及び回転機構によって制御してもよい。   Here, in this embodiment, when the vibration measuring device 12 is of a type that measures only one vibration displacement, the measurement area of the vibration measuring device matches each point of interest (measurement point) on the target surface. The direction / position of the vibration measuring device is controlled by a moving mechanism, or a mirror is installed in the light path, and the direction / position is controlled by the moving mechanism. Further, the measurement target object 21 may be controlled by a moving and rotating mechanism.

また、本実施形態における振動計測装置12及び3次元形状計測手段13は、例えばステレオ方式、レーザ光切断方式、モアレ縞方式、光干渉方式、等任意の光学式製品を用いることができる。ステレオ方式とは、人間の両眼視と同様の原理で,2台の光学式カメラにより,プロジェクタの投影像又は非測定物に付加したマーカーを測定する方式である。また、レーザ光切断方式とは、スリット状のレーザ光で入力対象をスキャン(走査)し,その反射光をカメラで受光することで,三角測量の原理で被写体との距離情報を得て3次元データ化する方式である。また、モアレ縞方式とは、プロジェクタ(光源)とカメラにそれぞれ格子パターンを配し,モアレパターンを観測して奥行きを計測する方式である。更に、光干渉方式とは、反射光と参照光を干渉させて発生する干渉縞を観測して奥行きを計測する方式であり、例えば、ナノオーダの微細な凹凸等の計測に有効である。   In addition, for the vibration measurement device 12 and the three-dimensional shape measurement unit 13 in the present embodiment, any optical product such as a stereo method, a laser beam cutting method, a moire fringe method, and an optical interference method can be used. The stereo system is a system in which a marker added to a projected image of a projector or a non-measurement object is measured by two optical cameras based on the same principle as human binocular vision. The laser beam cutting method scans an input object with a slit-shaped laser beam and receives the reflected light with a camera, thereby obtaining distance information from the subject on the basis of the triangulation principle and three-dimensionally. This is a method of data conversion. In addition, the moire fringe method is a method in which a grating pattern is arranged on each of a projector (light source) and a camera, and the depth is measured by observing the moire pattern. Further, the optical interference method is a method of measuring the depth by observing interference fringes generated by causing reflected light and reference light to interfere with each other, and is effective for measuring, for example, nano-order fine irregularities.

振動周波数ωは、測定対象や応用目的に応じて選択する。複数のωに対するZ(ω)を測定しておけば、ユーザが与える変位の任意の時間変化パターンに対する力応答を、変位と力の間の線形性が仮定できる範囲で、より忠実に再現することができる。しかしながら、その場合には、測定時間が長くなるため、許容される測定時間に応じてωの選択の仕方を調整する。例えば、1Hz、10Hz、30Hz、50Hz、及び100Hzのうちの1つ或いは複数の周波数を選択する。   The vibration frequency ω is selected according to the measurement object and application purpose. By measuring Z (ω) for multiple ωs, the force response to any time-varying pattern of displacement given by the user can be reproduced more faithfully within a range where linearity between the displacement and force can be assumed. Can do. However, in this case, since the measurement time becomes long, the method of selecting ω is adjusted according to the allowable measurement time. For example, one or more frequencies of 1 Hz, 10 Hz, 30 Hz, 50 Hz, and 100 Hz are selected.

<表面硬さ計測処理手順>
ここで、本実施形態における表面硬さ計測処理手順についてフローチャートを用いて説明する。図2は、表面硬さ計測処理手順の一例を示すフローチャートである。図2に示すように、まず硬さ測定開始前又は硬さ測定開始時に実物体である被測定対象物体21の対象表面(全体又は所定領域)の3次元形状を計測する(S01)。
<Surface hardness measurement processing procedure>
Here, the surface hardness measurement processing procedure in the present embodiment will be described using a flowchart. FIG. 2 is a flowchart showing an example of the surface hardness measurement processing procedure. As shown in FIG. 2, first, the three-dimensional shape of the target surface (entire or predetermined region) of the measurement target object 21 that is an actual object is measured before the hardness measurement is started or at the start of the hardness measurement (S01).

次に、S01の処理により得られる3次元形状の結果から被測定対象物体21と、超音波振動子アレイ11との相対的な位置関係により、被測定対象物体21の対象表面に対する超音波の焦点位置を設定する(S02)。   Next, the focal point of the ultrasonic wave with respect to the target surface of the measurement target object 21 based on the relative positional relationship between the measurement target object 21 and the ultrasonic transducer array 11 from the three-dimensional shape result obtained by the process of S01. A position is set (S02).

次に、予め設定されたタイミングで異なる周波数の超音波を選択的に対象表面に放射し(S03)、その周期的な圧力変化によって発生する被測定対象物体21の対象表面の振動振幅を計測する(S04)。また、S04の処理により得られる力に対する変位の比率又は変位量からその位置の硬さを粘弾性インピーダンスにより推定する(S05)。   Next, ultrasonic waves of different frequencies are selectively emitted to the target surface at a preset timing (S03), and the vibration amplitude of the target surface of the measurement target object 21 generated by the periodic pressure change is measured. (S04). Moreover, the hardness of the position is estimated from viscoelastic impedance from the ratio of displacement to the force obtained by the process of S04 or the amount of displacement (S05).

次に、ユーザが指示等により表面硬さ計測処理を終了するか否かを判断する(S06)。処理が終了でない場合(S06において、NO)、S01に戻り他の位置(対象表面)に対して継続して処理を行い、被測定対象物体21の計測した位置毎に、力に対する変位の比率又は変位量から粘弾性インピーダンスを推定し、粘弾性インピーダンスとして被測定対象物体21の所定位置毎の硬さ情報を取得する。また、S06の処理において、処理終了の場合(S06において、YES)、表面硬さ計測処理を終了する。   Next, it is determined whether or not the user finishes the surface hardness measurement process according to an instruction or the like (S06). If the process is not completed (NO in S06), the process returns to S01 to continue the process for other positions (target surface), and the ratio of displacement to force for each measured position of the measurement target object 21 or The viscoelastic impedance is estimated from the amount of displacement, and the hardness information for each predetermined position of the measurement target object 21 is acquired as the viscoelastic impedance. Moreover, in the process of S06, when the process is completed (YES in S06), the surface hardness measurement process is terminated.

なお、本実施形態において、硬さ情報は粘弾性インピーダンスに対応しているため、粘弾性インピーダンスの数値が大きい程、硬い(加えた力に対する抵抗値が高い)ことになる。   In the present embodiment, since the hardness information corresponds to viscoelastic impedance, the larger the value of viscoelastic impedance, the harder (the resistance value against applied force is higher).

このように、本発明によれば、対象物体の3次元表面形状データの各点に対し、粘弾性インピーダンスZを計測し、記録することができる。また、このデータを、例えば触覚提示装置等に伝送することで、ユーザはそのデータから生成される触感(粘弾性インピーダンス)を仮想体験することが可能となる。   Thus, according to the present invention, the viscoelastic impedance Z can be measured and recorded for each point of the three-dimensional surface shape data of the target object. Further, by transmitting this data to, for example, a tactile sense presentation device, the user can virtually experience the tactile sensation (viscoelastic impedance) generated from the data.

<表面硬さ計測装置10の機能構成例>
次に、上述した本実施形態における表面硬さ計測装置10の具体的な機能構成例について図を用いて説明する。図3は、表面硬さ計測装置の機能構成の一例を示す図である。図3に示す表面硬さ計測装置10は、3次元形状計測手段31と、3次元形状記録手段32と、硬さ情報測定位置算出手段33と、圧力印加位置制御手段34と、振動振幅測定位置制御手段35と、振動振幅測定手段36と、印加圧力算出手段37と、圧力印加周期制御手段38と、圧力印加手段39と、硬さ情報算出手段40と、硬さ情報記録手段41とを有するよう構成されている。また、図3の例では、取得した表面の硬さ情報を触力覚提示装置に出力して仮想物体の提示情報に硬さ情報を反映させるための硬さ情報伝送手段42と、触力覚提示手段43とを有している。
<Functional Configuration Example of Surface Hardness Measurement Device 10>
Next, a specific functional configuration example of the surface hardness measurement apparatus 10 in the present embodiment described above will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the surface hardness measurement apparatus. The surface hardness measurement apparatus 10 shown in FIG. 3 includes a three-dimensional shape measurement unit 31, a three-dimensional shape recording unit 32, a hardness information measurement position calculation unit 33, a pressure application position control unit 34, and a vibration amplitude measurement position. Control means 35, vibration amplitude measurement means 36, applied pressure calculation means 37, pressure application cycle control means 38, pressure application means 39, hardness information calculation means 40, and hardness information recording means 41 are provided. It is configured as follows. In the example of FIG. 3, hardness information transmission means 42 for outputting the acquired surface hardness information to the haptic sense presentation device and reflecting the hardness information in the presentation information of the virtual object; Presentation means 43.

上述した本実施形態における動作を行うために、表面硬さ計測装置10には上記の機能が設けられている。具体的には、3次元形状計測手段31は、上述したように被測定対象物体の3次元形状を計測する。また、3次元形状記録手段32は、3次元形状情計測手段31で計測した被測定対象物体の3次元形状情報を記録する。なお、3次元形状記録手段32は、上述した記録手段15に相当する。   In order to perform the operation in the present embodiment described above, the surface hardness measuring apparatus 10 is provided with the above-described function. Specifically, the three-dimensional shape measuring unit 31 measures the three-dimensional shape of the measurement target object as described above. The three-dimensional shape recording unit 32 records the three-dimensional shape information of the measurement target object measured by the three-dimensional shape information measuring unit 31. The three-dimensional shape recording unit 32 corresponds to the recording unit 15 described above.

硬さ情報測定位置算出手段33は、被測定対象となる物体上において対象表面の硬さ情報を測定する位置を算出する。また、圧力印加位置制御手段34は、硬さ情報測定位置算出手段33により算出された硬さ情報の測定位置に応じて圧力を印加する位置を制御する。   The hardness information measurement position calculation means 33 calculates a position for measuring the hardness information of the target surface on the object to be measured. Further, the pressure application position control unit 34 controls the position to apply pressure according to the measurement position of the hardness information calculated by the hardness information measurement position calculation unit 33.

振動振幅測定位置制御手段35は、硬さ情報測定位置算出手段33で算出した測定位置に応じて振動振幅を測定する位置を制御する。また、振動振幅測定手段36は、圧力の印加によって物体表面に生じる振動振幅を測定する。また、印加圧力算出手段37は、予め設定された被測定対象物体21の表面に対して垂直に圧力を印加した場合の印加力の数値の集合である垂直入射面印加力データ44を入力し、印加する圧力の算出及び物体表面に印加される正味の力を算出する。   The vibration amplitude measurement position control means 35 controls the position at which the vibration amplitude is measured according to the measurement position calculated by the hardness information measurement position calculation means 33. The vibration amplitude measuring means 36 measures the vibration amplitude generated on the object surface by the application of pressure. Further, the applied pressure calculating means 37 inputs normal incident surface applied force data 44, which is a set of numerical values of applied force when pressure is applied perpendicularly to the surface of the measurement target object 21 set in advance. Calculate the pressure to be applied and the net force applied to the object surface.

圧力印加周期制御手段38は、印加する圧力の周期を制御する。また、圧力印加手段39は、物体に所定の圧力を印加する。硬さ情報算出手段40は、印加圧力算出手段37で算出される物体表面に印加される正味の力と,振動振幅測定手段36で測定された測定値から硬さ情報を算出する。硬さ情報記録手段41は、硬さ情報算出手段40で算出された硬さ情報を記録する。なお、硬さ情報記録手段41は、上述した記録手段15に相当する。   The pressure application cycle control means 38 controls the cycle of the applied pressure. The pressure application means 39 applies a predetermined pressure to the object. The hardness information calculation unit 40 calculates hardness information from the net force applied to the object surface calculated by the applied pressure calculation unit 37 and the measurement value measured by the vibration amplitude measurement unit 36. The hardness information recording unit 41 records the hardness information calculated by the hardness information calculating unit 40. The hardness information recording unit 41 corresponds to the recording unit 15 described above.

また、本実施形態において、硬さ情報伝送手段42は、硬さ情報算出手段40により算出された硬さ情報や硬さ情報記録手段41により記録されている硬さ情報を伝送する。また、触力覚提示手段43は、硬さ情報伝送手段42より伝送された硬さ情報に応じて後述するような触力覚提示を行う。   In the present embodiment, the hardness information transmission unit 42 transmits the hardness information calculated by the hardness information calculation unit 40 and the hardness information recorded by the hardness information recording unit 41. The tactile sensation presentation unit 43 performs tactile sensation presentation as described later according to the hardness information transmitted from the hardness information transmission unit 42.

<超音波振動子アレイ11について>
次に、本実施形態における超音波振動子アレイ11の具体例について説明する。図4は、本実施形態における超音波振動子アレイを説明するための図である。
<About the ultrasonic transducer array 11>
Next, a specific example of the ultrasonic transducer array 11 in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the ultrasonic transducer array in the present embodiment.

図4(A)に示すように、超音波振動子アレイ11の放射平面には、超音波を発生させるアレイ素子51が所定の間隔で多数配列されている。なお、図4(A)の正方形状に配列されているが、この形状については本発明においては特に制限されるものではなく、例えば長方形等の矩形や円形等でもよい。   As shown in FIG. 4A, on the radiation plane of the ultrasonic transducer array 11, a large number of array elements 51 that generate ultrasonic waves are arranged at predetermined intervals. 4A is arranged in a square shape, the shape is not particularly limited in the present invention, and may be a rectangle such as a rectangle or a circle.

また、超音波振動子アレイ11の放射表面に対して、例えば約200mm程度の距離の位置を目標平面とし、その位置に配列された各アレイ素子51が、それぞれ所定の位置から所定のタイミングで所定の方向に超音波を放射し、被測定対象物体21の対象表面に超音波を放射する。   Further, for example, a position with a distance of about 200 mm with respect to the radiation surface of the ultrasonic transducer array 11 is set as a target plane, and each array element 51 arranged at the position is predetermined at a predetermined timing from a predetermined position. The ultrasonic wave is radiated in the direction of and the ultrasonic wave is radiated to the target surface of the measurement target object 21.

つまり、本実施形態では、上述したように、力を印加する部位、すなわち超音波の放射圧の収束位置は、超音波振動子アレイ(超音波フェーズドアレイ)11の各素子の駆動位相を調整することにより表面上の自由な位置に設定することができる。したがって、その位置(注目点)を順次切り替えていく、すなわち走査(スキャン)することにより表面の硬さ分布を対象表面全体にわたって計測することができる。なお、この時の注目点は、典型的には図4に示すように、縦横10mm間隔程度に設定するが、被測定対象物体21の種類や表面の形状等の条件に応じて、これより細かく設定したり粗く設定してもよい。   That is, in the present embodiment, as described above, the site to which the force is applied, that is, the convergence position of the ultrasonic radiation pressure adjusts the drive phase of each element of the ultrasonic transducer array (ultrasonic phased array) 11. Thus, it can be set to a free position on the surface. Therefore, the hardness distribution of the surface can be measured over the entire target surface by sequentially switching the position (attention point), that is, by scanning. Note that the attention point at this time is typically set at intervals of about 10 mm in length and width as shown in FIG. 4, but it is finer depending on conditions such as the type of the object to be measured 21 and the shape of the surface. It may be set or coarsely set.

また、超音波振動子アレイ11におけるスキャンとしては、例えば図4(B)に示すように、リニアスキャン(図4(B)(a))や、セクタースキャン(図4(B)(b))、ゾーンフォーカス(図4(B)(c))、ダイナミック・デプス・フォーカス(図4(B)(d))等を順次切り替えて又は組み合わせて適用することができ、本実施形態では、特に図4(B)(c)に示すゾーンフォーカスを用いて測定するが、本発明においてはこれに限定されるものではなく他の手法を用いることもできる。   Further, as scanning in the ultrasonic transducer array 11, for example, as shown in FIG. 4B, linear scanning (FIGS. 4B and 4A) and sector scanning (FIGS. 4B and 4B). , Zone focus (FIGS. 4B and 4C), dynamic depth focus (FIGS. 4B and 4D), and the like can be sequentially switched or combined. Measurement is performed using the zone focus shown in 4 (B) and (c), but the present invention is not limited to this, and other methods can be used.

また、測定の際には、被測定対象物体21に対して、超音波振動子アレイ11及び被測定対象物体21の何れか又は両方を相対的に移動させることで、目標平面を移動させ、被測定対象物体21を所定の位置からスキャンすることができる。   In the measurement, the target plane is moved by moving either or both of the ultrasonic transducer array 11 and the measurement target object 21 relative to the measurement target object 21, The measurement target object 21 can be scanned from a predetermined position.

ここで、本実施形態において、振動変位が不足して測定に支障をきたすようであれば、超音波振動子アレイ11をより大型のものとし、より多くの振動子を駆動して印加力を増大させてもよい。その場合には超音波振動子アレイ11と物体間の距離を、超音波振動子アレイ11の開口程度にまで離して利用する。   Here, in this embodiment, if the vibration displacement is insufficient and the measurement is hindered, the ultrasonic transducer array 11 is made larger and more transducers are driven to increase the applied force. You may let them. In that case, the distance between the ultrasonic transducer array 11 and the object is used as far as the opening of the ultrasonic transducer array 11.

このような超音波振動子アレイ11において、システムの最高出力時(超音波を使った場合)は、上述したように約1.6gf程度としたが、対象が生体でなければ特に力の上限はなく、大きなフェーズドアレイを作って強力に駆動すればかなりの力を出すことができる。   In such an ultrasonic transducer array 11, the maximum output of the system (when using ultrasonic waves) is about 1.6 gf as described above. However, if the target is not a living body, the upper limit of force is particularly high. However, if a large phased array is made and driven powerfully, considerable power can be produced.

例えば、被測定対象物体21を人体に適用する場合には、人体に透過する超音波のパワーを安全基準以下にする必要がある。ここで、最も厳しい(安全側)の基準で約100mW/cmといわれているため、これに対応する放射圧、約60gf/cmが実用上の上限となる。 For example, when the measurement target object 21 is applied to a human body, it is necessary to set the power of ultrasonic waves transmitted through the human body to a safety standard or less. Here, since the strictest (safe side) standard is said to be about 100 mW / cm 2 , the radiation pressure corresponding to this is about 60 gf / cm 2, which is a practical upper limit.

また、本実施形態では、約1.6gf印加時の場合に、レーザ変位計で約1μmの変位までは安定に計測できるため、皮膚の硬さを基準として、その10倍程度の硬さのものまでは定量評価することができる。なお、約60gfの力が発生できるのであれば、更にその10倍以上硬くても測定することができる。また、被測定対象物体21が柔らかい場合には、適用する放射圧を小さくすることで適切に測定することができる。   In the present embodiment, when applying about 1.6 gf, a laser displacement meter can stably measure up to a displacement of about 1 μm, so that the hardness of the skin is about 10 times that of the skin hardness. Until then, quantitative evaluation is possible. If a force of about 60 gf can be generated, it can be measured even if it is ten times harder than that. Moreover, when the measurement target object 21 is soft, it can be measured appropriately by reducing the applied radiation pressure.

また、例えば約40kHz程度の超音波を利用する限り、収束スポットは約10mm(〜波長8mm)程度以下にはならない。また、この周波数を上げれば収束スポットは小さくなるが、減衰距離が周波数の2乗に反比例して小さくなる。例えば、40kHz超音波の振幅が1/eになるまでの減衰距離は8.7mであるため、1m程度まで離れた対象を測定するのに超音波減衰はあまり考慮しなくてもよい。しかしながら、周波数を10倍にすれば、この距離は1/100になるため、ごく近くの対象しか測定できなくなる。したがって、収束スポットの実用上の下限は、約10mmか或いは0.5mm程度までとなる。   Further, for example, as long as an ultrasonic wave of about 40 kHz is used, the convergence spot does not become about 10 mm (˜wavelength 8 mm) or less. If the frequency is increased, the convergence spot is reduced, but the attenuation distance is reduced in inverse proportion to the square of the frequency. For example, since the attenuation distance until the amplitude of the 40 kHz ultrasonic wave becomes 1 / e is 8.7 m, ultrasonic attenuation does not need to be considered much when measuring an object separated to about 1 m. However, if the frequency is increased 10 times, this distance becomes 1/100, so that only a very close object can be measured. Therefore, the practical lower limit of the convergence spot is about 10 mm or about 0.5 mm.

<機械インピーダンスについて>
次に、上述した機械インピーダンスについて、図を用いて説明する。図5は、本実施形態に適用される機械インピーダンスを説明するための図である。なお、図5は、機械インピーダンスの基本的なモデルであり、この場合の一般化バネ定数は質量m、バネ係数k、ダンパーαとすると、Z(ω)=F/D=−ω2m+jωε+kとなる。
<About mechanical impedance>
Next, the mechanical impedance described above will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram for explaining the mechanical impedance applied to the present embodiment. FIG. 5 shows a basic model of mechanical impedance. In this case, assuming that the generalized spring constant is mass m, spring coefficient k, and damper α, Z (ω) = F / D = −ω2m + jωε + k.

なお、上述では「インピーダンス」としているが、インピーダンスという場合は分母を変位ではなく速度にするのが通常であり、そのように定義した場合には、Z(ω)=F/jωD=jωm+ε+k/jωとなる。なお、粘弾性モデルとしては、ダンパーαとバネkを直列にしたもの、また、それと図5に示す並列モデルを(直列、並列に)結合したもの等、無数のバリエーションがあり、本実施形態では、その何れも適用することができる。   In the above description, “impedance” is used, but in the case of impedance, the denominator is usually a speed instead of a displacement. In this case, Z (ω) = F / jωD = jωm + ε + k / jω It becomes. As the viscoelastic model, there are countless variations such as the one in which the damper α and the spring k are connected in series, and the one in which the parallel model shown in FIG. 5 is connected (in series and in parallel). Any of them can be applied.

<表面硬さ計測装置を用いた触力覚提示装置>
次に、上述した表面硬さ計測装置を用いた触力覚提示装置について、図を用いて説明する。図6は、本実施形態における表面硬さ計測装置を用いた触力覚提示装置の概要を示す図である。
<Tactile force sense presentation device using surface hardness measurement device>
Next, a tactile sensation presentation device using the above-described surface hardness measurement device will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating an outline of a haptic sense presentation device using the surface hardness measurement device according to the present embodiment.

図6に示す表面硬さ計測装置を用いた触力覚提示装置60は、触力覚情報伝送側に実物体である被測定対象物体21の形状及び硬さ等の触感情報を取得又は生成して伝送する構成を有しており、具体的には、表面硬さ計測装置61と、3次元形状計測装置62と、表面粗さ計測装置(表面粗さ計測手段)63と、計測制御手段64と、記録手段65と、伝送手段66とを有している。また、触力覚提示装置60は、触力覚により仮想物体を提示するための触力覚提示側には、感覚伝達装置70−1,70−2と、触力覚制御装置80とを有するよう構成されている。   The haptic sense presentation device 60 using the surface hardness measurement device shown in FIG. 6 acquires or generates haptic information such as the shape and hardness of the measurement target object 21 that is an actual object on the haptic sense information transmission side. Specifically, a surface hardness measuring device 61, a three-dimensional shape measuring device 62, a surface roughness measuring device (surface roughness measuring means) 63, and a measurement control means 64 are provided. And a recording means 65 and a transmission means 66. The tactile force sense presentation device 60 includes sensory transmission devices 70-1 and 70-2 and a tactile force sense control device 80 on the tactile force sense presentation side for presenting a virtual object by tactile force sense. It is configured as follows.

表面硬さ計測装置61は、上述した本実施形態に示すように物体表面の硬さを非接触で計測する。   The surface hardness measuring device 61 measures the hardness of the object surface in a non-contact manner as shown in the present embodiment described above.

また、3次元形状計測装置62は、上述した本実施形態における3次元形状計測手段13と同様に、被測定対象物体21の物体全体の3次元形状を計測する。また、表面粗さ計測装置63は、物体表面の微細な凹凸や粗さを計測する。また、計測制御手段64は、本実施形態における上述した各計測装置(表面硬さ計測装置61、3次元形状計測装置62、表面粗さ計測装置63)の制御及びデータの統合又は生成を行う。   The three-dimensional shape measuring device 62 measures the three-dimensional shape of the entire object to be measured 21 as with the three-dimensional shape measuring means 13 in the present embodiment described above. The surface roughness measuring device 63 measures fine irregularities and roughness on the object surface. In addition, the measurement control unit 64 controls each measurement device (the surface hardness measurement device 61, the three-dimensional shape measurement device 62, and the surface roughness measurement device 63) in the present embodiment and integrates or generates data.

また、記録手段65は、上述した各計測装置のデータ及び統合又は生成されたデータを被測定対象物体21に対応付けて記録する。また、伝送手段66は、計測制御手段64により統合又は生成された物体の触力覚情報を含むデータを1又は複数の触力覚提示側に伝送する。   In addition, the recording unit 65 records the data of each measuring device described above and the integrated or generated data in association with the measurement target object 21. The transmission unit 66 transmits data including the haptic information of the object integrated or generated by the measurement control unit 64 to one or a plurality of haptic sense presentation sides.

本実施形態では、上述した本実施形態と同様の手法を用いることにより、計測制御手段により表面硬さ計測装置61を制御することで、3次元形状計測装置62を制御して取得し記録装置45に記録した被測定対象物体21の3次元表面形状データの各点に対し、上述した粘弾性インピーダンスを計測し、同様に記録手段65に記録することができる。   In the present embodiment, by using the same method as in the present embodiment described above, the surface hardness measuring device 61 is controlled by the measurement control means, thereby controlling and acquiring the three-dimensional shape measuring device 62, and the recording device 45. The viscoelastic impedance described above can be measured for each point of the three-dimensional surface shape data of the measurement target object 21 recorded in FIG.

また、本実施形態では、表面粗さ計測装置63を制御することにより、3次元表面形状データの各点に対し、実物体である被測定対象物体21の表面の微細な凹凸や粗さを計測し、記録手段65に記録する。このとき計測制御手段64は、3次元表面形状データの持つ座標空間を基準として、粘弾性インピーダンス等の表面硬さ情報及び表面の粗さ情報をこれに対応付けてマッピングを行い、実物体である被測定対象物体21の統一的な触力覚情報を記録手段65に記録する。   Further, in the present embodiment, by controlling the surface roughness measuring device 63, fine irregularities and roughness on the surface of the measurement target object 21 that is a real object are measured for each point of the three-dimensional surface shape data. And recorded in the recording means 65. At this time, the measurement control unit 64 performs mapping by mapping the surface hardness information such as viscoelastic impedance and the surface roughness information in association with the coordinate space of the three-dimensional surface shape data as a reference, and is a real object. The unified haptic information of the measurement target object 21 is recorded in the recording means 65.

また、計測制御手段64は、記録手段65に記録された触力覚情報を読み出し、伝送手段66を介して1又は複数の触力覚制御装置80に伝送する。つまり、計測した物体の触力覚情報を含むデータを同時に複数の触力覚制御装置80に出力することで、複数のユーザが同時に物体を触力覚により体感することができる。   In addition, the measurement control unit 64 reads the haptic information recorded in the recording unit 65 and transmits the haptic information to the one or more haptic control devices 80 via the transmission unit 66. That is, by outputting data including the measured haptic information of the object to the plurality of haptic control devices 80 at the same time, a plurality of users can simultaneously sense the object with the haptic sensation.

つまり、マクロな3次元表面形状に加えて、よりミクロな物体表面の凹凸及び粗さ情報を表面硬さ情報と併せて提示することにより、硬さ情報のみを提示した場合、或いは微細な凹凸と粗さ情報のみを提示した場合と比較して、実物体を構成する材質特有の触感をより表現することができる。したがって、例えば実際には同じ硬さであっても異なる材質(或いは状態)の場合や、同じ表面の粗さでも硬さの異なる材質(状態)の場合が複数存在するため、本実施形態を適用することで、硬さ情報のみの提示や粗さ情報のみの提示では把握できない材質の違いを表現することができ、より実物体に近い材質感を触力覚で体感することができる。   In other words, in addition to the macro three-dimensional surface shape, by presenting the microscopic surface roughness and roughness information together with the surface hardness information, only the hardness information is presented, or Compared with the case where only the roughness information is presented, the tactile sensation peculiar to the material constituting the real object can be expressed more. Therefore, for example, there are a plurality of cases of different materials (or states) even if the hardness is actually the same, and cases of different materials (states) having the same surface roughness and different hardness. By doing so, it is possible to express a difference in material that cannot be grasped by only presentation of hardness information or presentation of roughness information, and it is possible to experience a material feeling closer to a real object with a tactile sensation.

なお、3次元表面形状、物体表面の微細な凹凸や粗さ、及び硬さ情報は、同じ座標空間或いは最小構成要素に対応付けるが、それぞれ独立に、又は組合わせて提示してもよい。   Note that the three-dimensional surface shape, the fine unevenness and roughness of the object surface, and the hardness information are associated with the same coordinate space or minimum component, but may be presented independently or in combination.

ここで、本実施形態における3次元形状計測装置62及び表面粗さ計測装置63は、同時に測定可能な1つの装置であってもよく、また上述したようにステレオ方式、レーザ光切断方式、モアレ縞方式、光干渉方式等、任意の光学式製品を用いてよい。   Here, the three-dimensional shape measuring device 62 and the surface roughness measuring device 63 in the present embodiment may be one device capable of simultaneously measuring, and as described above, the stereo method, the laser beam cutting method, the moire fringe. Any optical product such as a method or an optical interference method may be used.

伝送手段66は、データを電気信号等により受信機能を有する複数の装置に伝送可能な任意の装置でよく、伝送経路としては有線又は無線による通信設備、或いは電波等による放送設備を用いることができる。   The transmission means 66 may be any device capable of transmitting data to a plurality of devices having a receiving function by an electric signal or the like, and a wired or wireless communication facility or a broadcast facility using radio waves or the like can be used as a transmission path. .

また、計測制御手段64は、実物体である被測定対象物体21及び各計測装置を用いることなく仮想的に同様の触力覚情報をコンピュータ上で生成して記録してもよい。   Further, the measurement control means 64 may virtually generate and record the same haptic information on the computer without using the measurement target object 21 that is a real object and each measurement device.

3次元形状計測装置62により取得された3次元表面形状データは、インターネット等の通信ネットワーク上等において仮想的に3次元物体等の表示を行う際に、出力のフォーマット等をマークアップ言語等によるデータで記述することができるため、触力覚情報は、例えば、このようなデータ記述形式を拡張することで、仮想物体を構成するポリゴン等の最小構成要素の1つ1つに対して、硬さを表すパラメータを追加で記述することができる。   The three-dimensional surface shape data acquired by the three-dimensional shape measuring device 62 is data in a markup language or the like when the virtual three-dimensional object is displayed on a communication network such as the Internet. For example, by expanding the data description format, the haptic information can be determined with respect to each of the smallest components such as polygons constituting the virtual object. Can be additionally described.

また、本実施形態では、表面の微細な凹凸の振幅を表すパラメータ及び粗さの拡がりを表すパラメータについても、同様に仮想物体を構成するポリゴン等の最小構成要素の1つ1つに対して記述する。硬さ及び表面の粗さ等については、各々の計測装置により取得されたデータを基に、定数や係数として記述することができるが、本発明ではこれに限らず、仮想物体を構成するポリゴン等の最小構成要素の1つ1つに対して、例えば加えられた力に応じた反力を計算する関数の形式で与えてもよい。   In the present embodiment, the parameter representing the amplitude of the fine unevenness on the surface and the parameter representing the spread of roughness are also described for each of the smallest constituent elements such as polygons constituting the virtual object. To do. The hardness, surface roughness, and the like can be described as constants or coefficients based on data acquired by each measuring device, but the present invention is not limited to this, and polygons that constitute a virtual object, etc. Each of the minimum components may be given in the form of a function that calculates a reaction force according to the applied force, for example.

更に、本実施形態では、仮想物体を構成する最小構成要素に限らず、仮想物体表面の3次元座標そのものに硬さ及び表面の粗さ等の情報を対応付けることも可能である。これらは、例えばVRML(Virtual Reality Modeling Language;仮想現実モデリング言語)等を拡張した形式で記述することができるが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えばX3DやCOLLADA(COLLAborative Design Activity)、3DMLW(3D Markup Language for Web)等のファイルフォーマットを拡張したもの等を用いることができる。   Furthermore, in this embodiment, it is possible to associate information such as hardness and surface roughness with the three-dimensional coordinates of the surface of the virtual object as well as the minimum constituent elements constituting the virtual object. These can be described, for example, in an extended form of VRML (Virtual Reality Modeling Language) or the like, but is not limited to this in the present invention. ) An extended file format such as 3DMLW (3D Markup Language for Web) can be used.

また、図6に示す触力覚提示装置60の触力覚提示側において、感覚伝達装置70−1,70−2は、ユーザの何れかの異なる指先に移動を拘束できる程度の反力等の触力覚フィードバックを伝達する装置であり、感覚を伝達する指には、例えば指サック等が装着される。   Further, on the haptic sense presentation side of the haptic sense presentation device 60 shown in FIG. 6, the sensory transmission devices 70-1 and 70-2 have a reaction force or the like that can restrict movement to any one of the different fingertips of the user. For example, a finger sack or the like is attached to a finger that transmits haptic feedback.

更に、図6に示す感覚伝達装置70−1,70−2は、ユーザの指や手掌から取得した位置情報を触力覚制御装置80に出力すると共に、触力覚制御装置80からの制御情報に基づいて所定の動作を行い、ユーザに感覚を伝達する。ここで、上述した指用の感覚伝達装置70−1,70−2は、基台71と、駆動部72と、リンク機構73と、指先伝達部74とを有するよう構成されている。   Furthermore, the sensory transmission devices 70-1 and 70-2 shown in FIG. 6 output the position information acquired from the user's finger or palm to the haptic control device 80, and control information from the haptic control device 80. Based on the above, a predetermined operation is performed to transmit a sense to the user. Here, the above-described finger sensory transmission devices 70-1 and 70-2 are configured to include a base 71, a drive unit 72, a link mechanism 73, and a fingertip transmission unit 74.

基台71(図6の例では、基台71−1,71−2)は、触力覚提示側における実空間上の所定の場所に設置されている。駆動部72(図6の例では、駆動部72−1,72−2)は、例えば基台71に対して水平に0〜360度の回転駆動ができ、またリンク機構73(図6の例では、リンク機構73−1,73−2)の軸を基台71に対して垂直に0〜360度の回転駆動ができる。なお、本実施形態における駆動部72は、例えばモータやワイヤ機構、ロータリーエンコーダ等を用いることができる。   The base 71 (the bases 71-1 and 71-2 in the example of FIG. 6) is installed at a predetermined location on the real space on the haptic sense presentation side. The drive unit 72 (in the example of FIG. 6, the drive units 72-1 and 72-2) can be driven to rotate by 0 to 360 degrees horizontally with respect to the base 71, for example. Then, the shafts of the link mechanisms 73-1 and 73-2) can be rotated by 0 to 360 degrees perpendicular to the base 71. In addition, the drive part 72 in this embodiment can use a motor, a wire mechanism, a rotary encoder, etc., for example.

リンク機構73は、1以上のロッド(軸)で構成され、その一方は駆動部72に接続されているため、基台71の面に対して水平、垂直に0〜360度回転することができる。つまり、駆動部72及びリンク機構73により、基台71を中心としてあらゆる方向への移動が可能となっている。   Since the link mechanism 73 is composed of one or more rods (shafts), one of which is connected to the drive unit 72, it can rotate 0 to 360 degrees horizontally and vertically with respect to the surface of the base 71. . That is, the drive unit 72 and the link mechanism 73 can move in any direction around the base 71.

また、リンク機構73は、指先伝達部74と接続され、ユーザの指に対し、その指の位置情報と、上述した触力覚情報伝送側より取得した仮想物体の位置情報、全体の形状情報、表面の粗さ情報、及び表面の硬さ情報に応じて適切な反力等の触力覚的負荷を与えるための動作を行う。   In addition, the link mechanism 73 is connected to the fingertip transmission unit 74, and for the user's finger, the position information of the finger, the position information of the virtual object acquired from the above-described haptic information transmission side, the overall shape information, An operation for applying a tactile load such as an appropriate reaction force is performed according to the surface roughness information and the surface hardness information.

指先伝達部74は、指先の位置情報と仮想物体の位置関係とに応じてその指先に対して何れかの方向に移動できなかったり、所定量の反力を与えたりすることで所定の触力覚的負荷を与える。なお、図6に示す本実施形態では、指先伝達部74として、ユーザの2本以上の指(多指)に対して触力覚フィードバック情報を伝達する指サック(ジンバル)等からなる。つまり、本実施形態では、指サックを例えばユーザの親指と人差し指に装着し、仮想物体を把持するときの触力覚情報(触力覚的負荷)を提示する。なお、本発明においてはこの限りではなく、例えば手の5本の指のうち少なくとも1つに装着されていればよく、また両手を対象にして、左右の手に存在する指の少なくとも1つに装着されていてもよい。また、指だけではなく、例えば掌の部分や手全体をグローブのようなもので覆って触力覚的負荷を提示する。   The fingertip transmission unit 74 cannot move in any direction with respect to the fingertip according to the positional information of the fingertip and the positional relationship of the virtual object, or gives a predetermined amount of reaction force by applying a predetermined amount of reaction force. Gives an objective load. In the present embodiment illustrated in FIG. 6, the fingertip transmission unit 74 includes a finger sack (gimbal) that transmits haptic feedback information to two or more fingers (multiple fingers) of the user. That is, in the present embodiment, for example, a finger sack is attached to the user's thumb and index finger, and haptic information (tactile force load) when a virtual object is gripped is presented. The present invention is not limited to this. For example, it may be attached to at least one of the five fingers of the hand, and at least one of the fingers existing in the left and right hands is intended for both hands. It may be attached. Further, not only the finger but also the palm part or the entire hand is covered with a glove or the like, and a tactile load is presented.

なお、本実施形態における反力や圧刺激等の触力覚的負荷としては、例えば仮想物体が硬い円柱である場合には、その仮想物体の表面の位置情報や硬さ情報に基づいて、ユーザの指や手掌部に対して仮想物体の表面の位置より内部への移動を拘束するような所定量の触力覚的負荷を与える。また、仮想物体が柔らかい円柱の場合には、その仮想物体の表面の位置情報や硬さ情報に基づいて、ユーザの指や手掌部に対して仮想物体の表面の位置情報よりも内部に移動していくと、次第に移動が拘束されるような所定量の触力覚的負荷を与える。なお、触力覚的負荷としては、例えば圧力又は振動があるが、本発明においてはこれに限定されず、例えば電気信号、熱等の何らかの感覚による負荷が含まれる。   Note that, as a tactile force load such as a reaction force or pressure stimulus in the present embodiment, for example, when a virtual object is a hard cylinder, the user is based on position information and hardness information on the surface of the virtual object. A predetermined amount of tactile sensation load is applied to the finger or palm of the user to restrain the movement of the virtual object from the surface position to the inside. Also, when the virtual object is a soft cylinder, it moves to the inside of the surface of the virtual object relative to the user's finger or palm based on the position information and hardness information of the virtual object. As a result, a predetermined amount of haptic load is applied so that the movement is gradually restrained. The tactile force load includes, for example, pressure or vibration, but is not limited to this in the present invention, and includes, for example, a load caused by some sense such as an electric signal or heat.

また、図6に示す感覚伝達装置70−1,70−2は、ユーザに触力覚を提示する対象となる指の数に対応させて設置されているが、本発明においてはこの限りではなく、例えば1つの感覚伝達装置の指先伝達部に複数の指を装着し感覚を伝達してもよく、また、複数の感覚伝達装置で1つの指に対して感覚を伝達させてもよい。また、上述した本発明における手掌とは、指との結合部分を含む全体を示していてもよく、1又は複数の所定の領域又は点であってもよい。   In addition, the sensory transmission devices 70-1 and 70-2 shown in FIG. 6 are installed corresponding to the number of fingers to be presented to the user as a tactile force sense. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of fingers may be attached to the fingertip transmission unit of one sensory transmission device to transmit a sense, or a plurality of sensory transmission devices may transmit a sensory sense to one finger. In addition, the palm in the present invention described above may indicate the whole including a coupling portion with a finger, or may be one or a plurality of predetermined regions or points.

触力覚制御装置80は、上述した各感覚伝達装置70−1,70−2の各構成部を制御するものであり、各感覚伝達装置70−1,70−2から得られる指先等の位置情報を検出し、実物体計測側の伝送手段66から送られるデータを基に、上述した各感覚伝達装置70−1,70−2の各構成部を制御することで各指先伝達部74−1、74−2を介して、ユーザに物体の形状、ざらざら感や粗さ等の表面の触感、触察箇所の硬さを提示する。   The haptic control device 80 controls each component of the above-described sensory transmission devices 70-1 and 70-2, and the position of a fingertip or the like obtained from each of the sensory transmission devices 70-1 and 70-2. Each fingertip transmission unit 74-1 is detected by detecting information and controlling each component of each of the above-described sensory transmission devices 70-1 and 70-2 based on data sent from the transmission means 66 on the real object measurement side. , 74-2, the shape of the object, the tactile sensation of the surface such as roughness and roughness, and the hardness of the touched location are presented to the user.

なお、触力覚制御装置80は、図6に示すようなディスプレイ等の出力手段を有し、その画面上に3次元物体提示データとして、実物体である被測定対象物体21に対応する仮想物体81を表示すると共に、感覚伝達装置70−1,70−2から得られる指の位置情報に基づいて動作する仮想ハンド82も画面に表示することができる。これにより、ユーザは視覚を通じて仮想空間における手の動作状況を的確に把握することができる。   Note that the haptic control device 80 has output means such as a display as shown in FIG. 6, and a virtual object corresponding to the measurement target object 21 that is a real object as three-dimensional object presentation data on the screen. 81, and a virtual hand 82 that operates based on finger position information obtained from the sensory transmission devices 70-1 and 70-2 can also be displayed on the screen. Thereby, the user can grasp | ascertain exactly the movement condition of the hand in virtual space through vision.

なお、画面上に表示される仮想物体は、上述したように円柱等の仮想物体81に限定されず、例えば仮想空間上における壁や天井、地面等も含まれる。このとき、仮想物体は、仮想空間内に固定又はユーザにより自由に動かせるように配置する。1つの指又はスタイラス等のみに提示する場合等には、硬さ、形状、表面の粗さを正確に把握するために仮想空間内に固定したり、固定されていない物体の場合等には、2つ以上の指等に提示して仮想物体を把持することにより、硬さ、形状、表面の粗さを把握することが可能である。   Note that the virtual object displayed on the screen is not limited to the virtual object 81 such as a cylinder as described above, and includes, for example, a wall, a ceiling, a ground, and the like in the virtual space. At this time, the virtual object is arranged in the virtual space so that it can be fixed or moved freely by the user. When presenting only to one finger or stylus, etc., in order to accurately grasp the hardness, shape, surface roughness, in the virtual space, or in the case of an object that is not fixed, It is possible to grasp the hardness, shape, and surface roughness by presenting on two or more fingers or the like and grasping the virtual object.

触力覚提示側では、この触力覚情報に基づいて、ユーザの手指等に触力覚提示を行う。具体的には、ワイヤの張力を利用した接触型、超音波等を利用した非接触型、錯覚による擬似的な牽引力を利用したもの等の感覚伝達装置により提示される。   On the haptic sense presentation side, haptic sensation is presented to the user's fingers and the like based on the haptic sense information. Specifically, it is presented by a sensory transmission device such as a contact type using the tension of a wire, a non-contact type using an ultrasonic wave, or the like using a pseudo traction force by an illusion.

<本実施形態における触力覚提示処理手順>
次に、上述した本実施形態における触力覚提示処理手順について、フローチャートを用いて説明する。図7は、本実施形態における触力覚提示処理手順の一例を示すフローチャートである。
<Tactile force sense presentation processing procedure in this embodiment>
Next, the tactile sensation presentation process procedure in the present embodiment described above will be described using a flowchart. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a tactile sensation presentation process procedure according to the present embodiment.

図7において、まず測定対象の実物体があるか否かを判断し(S11)、測定対象の実物体がある場合(S11において、YES)、上述したように3次元形状計測手段を制御して当該実物体の3次元形状を取得し記録する(S12)。   In FIG. 7, it is first determined whether or not there is a real object to be measured (S11). If there is a real object to be measured (YES in S11), the three-dimensional shape measuring means is controlled as described above. The three-dimensional shape of the real object is acquired and recorded (S12).

次に、表面硬さ計測装置を制御して上述したように、実物体の表面硬さ情報を取得し記録する(S13)。また、記録した硬さ情報を読み出し、先に取得した3次元形状の最小構成要素(ポリゴン等)に対してマッピング(対応付け)を行う(S14)。次に、表面粗さ計測装置を制御して上述した実物体の表面の粗さ情報を取得し記録する(S15)。また、記録した表面粗さ情報を読み出し、上述した3次元形状の最小構成要素に対してマッピング(対応付け)を行い、要素毎に硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データを生成する(S16)。なお、S16の処理の具体例については後述する。   Next, the surface hardness measuring device is controlled to acquire and record the surface hardness information of the real object (S13). Further, the recorded hardness information is read out, and mapping (association) is performed on the previously acquired minimum three-dimensional configuration element (polygon or the like) (S14). Next, the surface roughness measuring device is controlled to acquire and record the above-described surface roughness information of the real object (S15). Further, the recorded surface roughness information is read out, and mapping (association) is performed on the above-described three-dimensional minimum component, and virtual object data having hardness and roughness information is generated for each element (S16). ). A specific example of the process of S16 will be described later.

また、上述したS11の処理において、測定対象となる実物体がない場合(S11においてNO)、コンピュータ上でユーザ等が任意に設定して、3次元形状情報の作成(S17)、表面硬さ情報の作成(S18)、及び表面粗さ情報の作成(S19)を行う。つまり、上述の処理では、測定対象となる実物体が存在する場合だけでなく、存在しない場合にもユーザ設定により3次元形状情報の作成、表面硬さ情報の作成、及び表面粗さ情報の作成が行われる。また、ユーザ設定した場合には、マッピングをせずに要素毎に硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データを直接生成してもよく、また上述したようにS16の処理を行って仮想物体データを生成してもよい。   Further, in the above-described processing of S11, when there is no real object to be measured (NO in S11), the user or the like arbitrarily sets on the computer to create three-dimensional shape information (S17), surface hardness information (S18) and surface roughness information (S19). That is, in the above-described processing, not only when there is a real object to be measured, but also when there is no real object, three-dimensional shape information creation, surface hardness information creation, and surface roughness information creation by user settings Is done. In addition, when user setting is performed, virtual object data having hardness and roughness information for each element may be directly generated without mapping, and the virtual object data may be generated by performing the process of S16 as described above. May be generated.

以上の処理により3次元形状情報に対して硬さ情報と表面粗さ情報がマッピングされた情報等を触力覚情報として記録する(S20)。次に、記録された触力覚情報を読み出し(S21)、予め設定された伝送する形式に変換して伝送を行う(S22)。   Information obtained by mapping the hardness information and the surface roughness information to the three-dimensional shape information by the above processing is recorded as tactile force information (S20). Next, the recorded haptic information is read (S21), converted into a preset transmission format, and transmitted (S22).

次に、提示装置側では、上述した触力覚情報を受信し(S23)、受信した触力覚情報に対応させて、ユーザ等に提供する仮想環境の構築を行う(S24)。次に、ユーザ等の手や指の位置や向き等からなる手指情報の取得を行い(S25)、取得した手指情報から位置及び姿勢の解析を行う(S26)。また、3次元位置座標の解析を行い(S27)、伝送された触力覚情報、及びユーザ等の手指の動作情報に基づいて提示力の算出を行う(S28)。次に、得られた提示力をデバイス(感覚伝達装置50)に出力する(S29)。   Next, the presentation device receives the haptic information described above (S23), and constructs a virtual environment to be provided to the user or the like in correspondence with the received haptic information (S24). Next, finger information including the position and orientation of the user's hand and fingers is acquired (S25), and the position and orientation are analyzed from the acquired finger information (S26). Further, the three-dimensional position coordinates are analyzed (S27), and the presentation force is calculated based on the transmitted tactile force sense information and the movement information of the finger of the user or the like (S28). Next, the obtained presentation power is output to the device (sensory transmission device 50) (S29).

次に、ユーザが手の動作等による仮想触力覚提示処理を終了するか否かを判断する(S30)。処理が終了でない場合(S30において、NO)、S25に戻り継続して処理を行い、処理終了の場合(S30において、YES)、仮想触力覚提示処理を終了する。   Next, it is determined whether or not the user ends the virtual tactile sensation presentation process based on the hand motion (S30). If the process is not finished (NO in S30), the process returns to S25 to continue the process. If the process is finished (YES in S30), the virtual haptic sense presentation process is finished.

なお、上述したフローチャートにおける処理順序においては、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば複数の処理が平行して同時に行われてもよい。   Note that the processing order in the flowchart described above is not limited to this in the present embodiment, and for example, a plurality of processes may be performed simultaneously in parallel.

<要素毎に硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データの記述例>
ここで、上述した本実施形態における表面の硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データの記述例(マッピング)について図を用いて説明する。図8は、硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データの記述例を示す図である。なお、図8(A)は、記述された仮想物体のVRMLデータを示し、図8(B)は、その対象となる仮想物体81とポリゴンの生成例を示している。
<Example of description of virtual object data having hardness and roughness information for each element>
Here, a description example (mapping) of virtual object data having surface hardness and roughness information in the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram illustrating a description example of virtual object data having hardness and roughness information. FIG. 8A shows VRML data of the described virtual object, and FIG. 8B shows an example of generation of the virtual object 81 and the polygon as the target.

仮想物体81の表面は、例えばポリゴン等の最小構成要素で表現することができる。図8において、例えばP0〜P5は仮想物体表面の一部を構成する各頂点を示し、S0〜S3は仮想物体表面の一部を構成する各面を示している。また、図8(A)に示すD1は、仮想物体表面を構成する頂点の3次元座標を示し、ここではP1におけるx,y,zの座標値の例を示している。また、D2は、仮想物体表面を構成する最小構成面を示し、ここではS1を構成する頂点の組がP1、P4、及びP2である例を示している。   The surface of the virtual object 81 can be expressed by a minimum component such as a polygon. In FIG. 8, for example, P <b> 0 to P <b> 5 indicate vertices that constitute a part of the virtual object surface, and S <b> 0 to S <b> 3 indicate each surface that constitutes a part of the virtual object surface. Further, D1 shown in FIG. 8A indicates the three-dimensional coordinates of the vertices constituting the virtual object surface, and here, examples of the coordinate values of x, y, z in P1 are shown. D2 indicates a minimum configuration surface constituting the virtual object surface, and here, an example in which a set of vertices constituting S1 is P1, P4, and P2.

また、D3は、各最小構成要素における硬さ情報を表現又は算出するための関数及び数値の定義を示し、ここでは硬さを粘弾性インピーダンスとしてそれぞれ質量要素とダンパー要素とバネ要素を含む計算式を定義する例を示している。更に、D4では、D3で定義された計算式における係数及び測定された数値データを仮想物体の最小構成要素毎に記述する例を示しており、ここでは質量要素mとバネ定数kの値の組として面S1における硬さ情報の記述例を示している。   D3 represents a function and a numerical value definition for expressing or calculating hardness information in each minimum component, and here, a calculation formula including a mass element, a damper element, and a spring element, respectively, with the hardness as viscoelastic impedance. The example which defines is shown. Further, D4 shows an example in which the coefficient in the calculation formula defined in D3 and the measured numerical data are described for each minimum component of the virtual object. Here, a set of values of the mass element m and the spring constant k is shown. Shows a description example of the hardness information on the surface S1.

同様に、D5は、物体表面の最小構成要素毎に表面の微細な凹凸である粗さ情報の振幅と拡がり度合い(波長)の記述例を示し、ここでは面S3の微細な凹凸の振幅と波長の例を示している。また、粗さ情報においても、硬さ情報と同様にデータ記述の中で算出するための関数等を定義してもよい。更に、実際に取得した微細な凹凸や粗さの光学的なパターンのデータ列、或いは当該データ列の呼び出し番号を記述して対応付けてもよい。これにより、必ずしも単純に定量化できないような表面の取得情報であっても、そのまま貼り付けることができたり、外部のデータを参照することができる。   Similarly, D5 indicates a description example of the amplitude and spread degree (wavelength) of roughness information that is fine irregularities on the surface for each minimum component of the object surface. Here, the amplitude and wavelength of the fine irregularities on the surface S3. An example is shown. Also, in the roughness information, a function or the like for calculation in the data description may be defined similarly to the hardness information. Furthermore, a data string of optical patterns having fine irregularities and roughness actually acquired or a call number of the data string may be described and associated. Thereby, even if it is surface acquisition information that cannot be simply quantified, it can be pasted as it is or external data can be referred to.

このように、既存のVRML等の記述形式(D1,D2)にD3〜D4等の記述を拡張することで要素毎に硬さ及び粗さ情報を有する仮想物体データを記述することができる。   In this manner, virtual object data having hardness and roughness information can be described for each element by extending the description such as D3 to D4 to the existing description format (D1, D2) such as VRML.

<実行プログラム(表面硬さ計測プログラム、触力覚提示プログラム)>
なお、上述した実施形態は、上述した表面硬さ計測装置、触力覚提示装置における専用の装置構成により、本発明における上述した表面硬さ計測処理、触力覚提示処理手順を行うこともできるが、上述した表面硬さ計測処理、触力覚提示処理における各処理をコンピュータに実行させることができる実行プログラム(触力覚提示プログラム)を生成し、例えば、汎用のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等に表面硬さ計測プログラム、触力覚提示プログラムをインストールすることにより本発明における表面硬さ計測処理、触力覚提示処理が実現可能となる。
<Execution program (surface hardness measurement program, tactile force presentation program)>
In the above-described embodiment, the above-described surface hardness measurement processing and haptic sense presentation processing procedure according to the present invention can be performed by a dedicated device configuration in the above-described surface hardness measurement device and haptic sense presentation device. However, it generates an execution program (tactile sensation presentation program) that can cause a computer to execute each of the above-described surface hardness measurement processing and haptic sense presentation processing, for example, in a general-purpose personal computer or workstation By installing the surface hardness measurement program and the haptic sense presentation program, the surface hardness measurement process and the haptic sense presentation process in the present invention can be realized.

つまり、上述した表面硬さ計測装置、触力覚提示装置は、は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等の揮発性の記憶媒体、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の記憶媒体、マウスやキーボード、ポインティングデバイス等の入力装置、画像やデータを表示する表示部、並びに外部と通信するためのインタフェースを備えたコンピュータによって構成することができる。   That is, the surface hardness measurement device and the tactile sensation presentation device described above are non-volatile such as a volatile storage medium such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like. Storage devices, input devices such as a mouse, keyboard, and pointing device, a display unit for displaying images and data, and a computer having an interface for communicating with the outside.

したがって、表面硬さ計測装置、触力覚提示装置が有する上述した各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現可能となる。また、これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピィーディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記録媒体に格納して頒布することもできる。   Accordingly, the above-described functions of the surface hardness measurement device and the haptic sense presentation device can be realized by causing the CPU to execute a program describing these functions. These programs can also be stored and distributed in a recording medium such as a magnetic disk (floppy disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, or the like.

つまり、上述した各構成における処理をコンピュータに実行させるための実行プログラム(表面硬さ計測プログラム、触力覚提示プログラム)を生成し、例えば、汎用のパーソナルコンピュータやサーバ等にそのプログラムをインストールすることにより、コンピュータを、上述した本実施形態における表面硬さ計測処理装置、触力覚提示装置として機能させることができ、これにより、例えば図2や図7に示すような表面硬さ計測処理、触力覚提示処理を実現することができる。   In other words, an execution program (surface hardness measurement program, tactile sensation presentation program) for causing a computer to execute the processes in the above-described configurations is generated, and the program is installed in, for example, a general-purpose personal computer or server Thus, the computer can function as the surface hardness measurement processing device and the tactile sensation presentation device in the above-described embodiment, and thereby, for example, the surface hardness measurement processing and touch as shown in FIG. 2 and FIG. A force sense presentation process can be realized.

上述したように本発明によれば、実物体の硬さ情報を非接触で高精度に取得することができる。これにより、仮想的に物体を提示する際に、実物体に近い触感覚を高精度に提示することができる。したがって、物体の3次元的な形状だけでなく、表面の硬さや表面のざらざら感等、実物体がもつよりリアルな触感覚を取得して伝送し、複数のユーザに対して仮想的に提示することができる。   As described above, according to the present invention, the hardness information of a real object can be acquired with high accuracy without contact. Thereby, when presenting an object virtually, a tactile sensation close to a real object can be presented with high accuracy. Therefore, not only the three-dimensional shape of the object, but also the more realistic tactile sensation that the real object has, such as surface hardness and surface roughness, is acquired and transmitted, and virtually presented to multiple users. be able to.

具体的には、本発明では、表面の変位を計測する手段と、表面の粘弾性インピーダンスを推定する手段と、硬さ情報を抽出しマッピングする手段と、硬さ情報に応じて力覚を制御する触力覚提示手段を有する。また、本発明では、物体の3次元形状を取得する手段を有し、物体の硬さ情報と混合する手段を有し、物体の形状と硬さを併せて提示する。   Specifically, in the present invention, means for measuring the displacement of the surface, means for estimating the viscoelastic impedance of the surface, means for extracting and mapping the hardness information, and controlling the force sense according to the hardness information Tactile sensation presentation means. The present invention also has means for acquiring the three-dimensional shape of the object, means for mixing with the hardness information of the object, and presents the shape and hardness of the object together.

更に、本発明では、物体の表面の微細な凹凸及び粗さを取得する手段を有し、形状と硬さと表面の粗さを混合する手段を有し、併せて触力覚に提示する。これにより、本発明によれば、実物体を触察しているような、より自然な触感覚を得られる触力覚提示装置及び提示方法を提供することが可能である。   Furthermore, the present invention has means for acquiring fine irregularities and roughness of the surface of the object, and has means for mixing the shape, hardness and surface roughness, and presents them to the sense of touch. Thus, according to the present invention, it is possible to provide a tactile force sense presentation device and a presentation method that can obtain a more natural tactile sensation such as touching a real object.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications, within the scope of the gist of the present invention described in the claims, It can be changed.

10,61 表面硬さ計測装置
11 超音波振動子アレイ
12 振動測定手段
13,31 3次元形状計測手段
14,64 計測制御手段
15,65 記録手段
21 被測定対象物体
22 超音波
32 3次元形状記録手段
33 硬さ情報測定位置算出手段
34 圧力印加位置制御手段
35 振動振幅測定位置制御手段
36 振動振幅測定手段
37 印加圧力算出手段
38 圧力印加周期制御手段
39 圧力印加手段
40 硬さ情報算出手段
41 硬さ情報記録手段
42 硬さ情報伝送手段
43 触力覚提示手段
44 垂直入射面印加力データ
51 アレイ素子
60 触力覚提示装置
62 3次元形状計測装置
63 表面粗さ計測装置
66 伝送手段
70 感覚伝達装置
71 基台
72 駆動部
73 リンク機構
74 指先伝達部
80 触力覚制御装置
81 仮想物体
82 仮想ハンド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,61 Surface hardness measuring apparatus 11 Ultrasonic transducer array 12 Vibration measuring means 13, 31 Three-dimensional shape measuring means 14, 64 Measurement control means 15, 65 Recording means 21 Object to be measured 22 Ultrasonic wave 32 Three-dimensional shape recording Means 33 Hardness information measurement position calculation means 34 Pressure application position control means 35 Vibration amplitude measurement position control means 36 Vibration amplitude measurement means 37 Applied pressure calculation means 38 Pressure application cycle control means 39 Pressure application means 40 Hardness information calculation means 41 Hard Information recording means 42 Hardness information transmission means 43 Tactile sensation presentation means 44 Normal incidence surface application force data 51 Array element 60 Tactile sensation presentation apparatus 62 Three-dimensional shape measurement apparatus 63 Surface roughness measurement apparatus 66 Transmission means 70 Sensory transmission Device 71 Base 72 Drive unit 73 Link mechanism 74 Fingertip transmission unit 80 Tactile force sense control device 81 Virtual object 82 virtual hand

Claims (6)

ユーザに触力覚で提示する仮想空間上の仮想物体に対応する実物体の硬さ情報を計測するための表面硬さ計測装置において、
前記実物体の3次元形状を計測する3次元形状計測手段と、
前記3次元形状計測手段により得られる3次元形状情報に基づいて、超音波振動子アレイが複数の超音波を所定の周期で変化させて前記実物体の表面の所定の位置に照射したときの周期的な放射圧の変化によって生じる前記表面の振動振幅を非接触で計測し、計測した前記表面の振動振幅から前記位置での変位の比率又は変位量を計測する変位計測手段と、
前記変位計測手段により得られる変位の比率又は変位量から前記実物体の計測した位置毎の粘弾性インピーダンスを推定し、推定された粘弾性インピーダンスにより前記実物体の所定位置毎の硬さ情報を取得する計測制御手段とを有することを特徴とする表面硬さ計測装置。
In a surface hardness measurement device for measuring hardness information of a real object corresponding to a virtual object in a virtual space to be presented to the user with a tactile sensation,
Three-dimensional shape measuring means for measuring the three-dimensional shape of the real object;
A period when the ultrasonic transducer array changes a plurality of ultrasonic waves at a predetermined period and irradiates a predetermined position on the surface of the real object based on the three-dimensional shape information obtained by the three-dimensional shape measuring means. A displacement measuring means for measuring the vibration amplitude of the surface caused by a change in a general radiation pressure in a non-contact manner, and measuring a displacement ratio or a displacement amount at the position from the measured vibration amplitude of the surface ;
The viscoelastic impedance at each measured position of the real object is estimated from the displacement ratio or the displacement amount obtained by the displacement measuring means, and the hardness information at each predetermined position of the real object is obtained from the estimated viscoelastic impedance. A surface hardness measuring device.
前記請求項に記載された表面硬さ計測装置を備えた触力覚提示装置において、
前記計測制御手段により得られる前記粘弾性インピーダンスによる前記実物体の所定位置毎の硬さ情報を、前記実物体に対応する仮想空間上の仮想物体にマッピングすることで前記硬さ情報による力覚制御を行う触力覚提示手段を有することを特徴とする触力覚提示装置。
In the tactile sensation presentation device provided with the surface hardness measurement device according to claim 1 ,
Force control by the hardness information by mapping the hardness information for each predetermined position of the real object by the viscoelastic impedance obtained by the measurement control means to a virtual object in a virtual space corresponding to the real object A tactile sensation presentation device comprising tactile sensation presentation means for performing the above.
前記触力覚提示手段は、
前記3次元形状計測手段により得られる3次元形状情報と前記硬さ情報とに対応させて前記仮想物体に対する力覚制御を行うことを特徴とする請求項に記載の触力覚提示装置。
The tactile sensation presentation means includes
3. The tactile force sense presentation device according to claim 2 , wherein force sense control is performed on the virtual object in correspondence with the three-dimensional shape information obtained by the three-dimensional shape measurement unit and the hardness information.
前記実物体の表面の凹凸及び粗さの情報を含む表面形状を取得する表面粗さ計測手段を有し、
前記触力覚提示手段は、前記表面粗さ計測手段により得られる表面粗さ情報と前記硬さ情報とに対応させて前記仮想物体に対する力覚制御を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の触力覚提示装置。
Surface roughness measuring means for obtaining a surface shape including information on the surface roughness and roughness of the real object,
The haptic presentation unit, according to claim 2 or 3, characterized in that the force control with respect to the virtual object in correspondence with the surface roughness information obtained and said hardness information by the surface roughness measuring device The tactile sensation presentation device according to claim 1.
コンピュータを、請求項に記載の表面硬さ計測装置として機能させるための表面硬さ計測プログラム。 A surface hardness measurement program for causing a computer to function as the surface hardness measurement device according to claim 1 . コンピュータを、請求項乃至の何れか1項に記載の触力覚提示装置として機能させるための触力覚提示プログラム。 A haptic sense presentation program for causing a computer to function as the haptic sense presentation device according to any one of claims 2 to 4 .
JP2010178638A 2010-08-09 2010-08-09 Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program Active JP5608007B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010178638A JP5608007B2 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010178638A JP5608007B2 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012037420A JP2012037420A (en) 2012-02-23
JP5608007B2 true JP5608007B2 (en) 2014-10-15

Family

ID=45849556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010178638A Active JP5608007B2 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5608007B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5750745B1 (en) * 2014-02-03 2015-07-22 公立大学法人高知工科大学 Tactile sensor
JP6534101B2 (en) * 2015-09-04 2019-06-26 国立大学法人東京工業大学 Method and system for non-contact evaluation of rheological properties
WO2018016652A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学 Method and device for measuring viscoelasticity
US20220032455A1 (en) * 2018-12-05 2022-02-03 Sony Group Corporation Estimation apparatus, estimation method, and estimation program
JP7358890B2 (en) 2019-10-01 2023-10-11 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 Object texture measurement device
WO2022020055A1 (en) * 2020-07-24 2022-01-27 Ta Instruments-Waters Llc Haptic feedback for configuring materials testing systems
CN112146701B (en) * 2020-09-17 2022-09-30 五邑大学 Tactile measurement device and method
CN114019031B (en) * 2021-09-13 2023-10-13 上海工程技术大学 Main end operating mechanism of force touch system and operation and maintenance device of force touch nuclear power equipment
CN116439666B (en) * 2023-04-11 2024-01-09 国家体育总局体育科学研究所 System for quantitatively researching influence of ice and snow sport gloves on touch force sense of wearer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3278150B2 (en) * 1990-08-30 2002-04-30 セイコーエプソン株式会社 Virtual input device
JP2000338858A (en) * 1999-05-28 2000-12-08 Toshiba Corp Virtual space bodily sensing device
JP2004362408A (en) * 2003-06-06 2004-12-24 Canon Inc Three-dimensional data display operating device
JP2006084447A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Toyota Motor Corp Ultrasonic nondestructive measuring method and ultrasonic nondestructive measuring apparatus used therefor
JP2010107488A (en) * 2008-11-01 2010-05-13 Choonpa Zairyo Shindan Kenkyusho:Kk Ultrasonograph

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012037420A (en) 2012-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5608007B2 (en) Surface hardness measurement device, tactile force sense presentation device, surface hardness measurement program, and tactile force sense presentation program
Frier et al. Using spatiotemporal modulation to draw tactile patterns in mid-air
US11624815B1 (en) Method and apparatus for producing an acoustic field
US9383832B1 (en) Haptic user interface
US10921890B2 (en) Method and apparatus for providing tactile sensations
Inoue et al. Active touch perception produced by airborne ultrasonic haptic hologram
Long et al. Rendering volumetric haptic shapes in mid-air using ultrasound
Culbertson et al. Modeling and rendering realistic textures from unconstrained tool-surface interactions
US20170123499A1 (en) Three dimensional tactile feedback system
JP2005509903A (en) Multi-tactile display haptic interface device
TWI501109B (en) Realistic tactile haptic feedback device
Arafsha et al. Contactless haptic feedback: State of the art
Suzuki et al. Midair haptic display to human upper body
Frier et al. Simulating airborne ultrasound vibrations in human skin for haptic applications
Inoue et al. A pinchable aerial virtual sphere by acoustic ultrasound stationary wave
Coe et al. Generating localized haptic feedback over a spherical surface
Korres et al. Characterization of ultrasound tactile display
Liu et al. Force modeling for tooth preparation in a dental training system
Fotouhi et al. A toolkit for haptic force feedback in a telerobotic ultrasound system
Górski et al. Influence of marker arrangement on positioning accuracy of objects in a virtual environment
Inoue et al. Producing airborne ultrasonic 3D tactile image by time reversal field rendering
Inoue et al. Designing stationary airborne ultrasonic 3d tactile object
CN113348430B (en) Determining a transformation between coordinate systems in an ultrasonic haptic device and a visual sensor device
Fiorentino et al. CAD interfaces in virtual reality: issues and solutions
Mengoni et al. A Method for Roughness and Texture Simulation via Tactile Displays

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130813

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140411

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140805

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140829

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5608007

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250