JP6169647B2

JP6169647B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP6169647B2
Application number: JP2015127518A
Authority: JP
Inventors: 落合　克幸; 克幸落合; 森澤　文晴; 文晴森澤; アハマドムサ; 森村　浩季; 浩季森村; 哲史莊司; 五味　裕章; 裕章五味
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: JP2017009519A

Description

本発明は、疑似的な力覚を知覚させる技術に関し、特に、力覚に係る特徴量（物理的な加速度等）を測定する測定装置に関する。

現在、疑似的な力覚を発生させる力覚発生装置が研究開発されている。例えば、特許文献１において、所定の方向に加速度を発生させる加速度発生装置が発明されている。その装置を把持した利用者に加速度を知覚させることで、誘導すべき方向を指示する等の応用利用が可能となる。

通常、装置が研究開発又は製品化される場合、開発工程等の一段階で特性検査が行われ、その検査結果に基づき良品のみが選定される。力覚発生装置についても同様であり、検査者が完成後の装置を手に把持し、規定の力覚を発生させるか否かが測定される。規定値を満たさない場合、力覚発生機能は不能と認定され、不良品として取り扱われる。

特許第４５５１４４８号公報

しかし、その特性検査は力覚発生装置を手に把持した状態で行われるため、検査者の力覚やその装置を把持する力の個体差により特性の測定結果に誤差が生じていた。

また、力覚発生装置の種類に応じて測定装置の制御パラメータ（例えば、振動制御パラメータ）を調整する必要があるが、人が把持した状態で検査する場合、例示したような人の個体差を加味しなければならず、その検査効率は低いものであった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、力覚発生手段（力覚発生装置）で発生する力覚に係る特徴量を再現よく定量的に測定することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の測定装置は、対象物を対向する台座の間に挟み固定する固定手段と、前記台座の座面にそれぞれ固定され、力覚を発生させる力覚発生手段を対向する自身の間で固定する複数の弾性体と、前記力覚発生手段で発生した力覚に係る特徴量を測定する力覚特徴量測定手段と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、対向する台座に弾性体をそれぞれ固定し、その弾性体の間で力覚発生手段を固定するため、その力覚発生手段で発生する力覚に係る特徴量を再現よく定量的に測定することがきる。

請求項２に記載の測定装置は、請求項１に記載の測定装置において、前記弾性体と前記台座又は前記力覚発生手段との間に固定され、前記力覚発生手段に加えられる力の大きさを測定する荷重測定手段、を更に備え、前記力の大きさは所定の大きさに調整されることを要旨とする。

請求項３に記載の測定装置は、請求項２に記載の測定装置において、前記荷重測定手段と前記弾性体との間に固定され、前記弾性体が変形して前記台座又は前記力覚発生手段に接触することを防止する接触防止手段、を更に備えることを要旨とする。

請求項４に記載の測定装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の測定装置において、予め設定された力覚に係る特徴量を記憶しておく力覚特徴量記憶手段と、前記力覚発生手段に加えられる力の大きさを変更しながら、前記力覚特徴量測定手段で測定された力覚に係る特徴量を取得して、前記力覚特徴量記憶手段に記憶されている力覚に係る特徴量と比較する制御手段と、を更に備えることを要旨とする。

請求項５に記載の測定装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置において、前記力覚発生手段が固定される位置に目印を付与する目印付与手段、を更に備えることを要旨とする。

本発明によれば、力覚発生手段で発生する力覚に係る特徴量を再現よく定量的に測定することができる。

第１の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。第２の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。第３の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。第４の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。第５の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。第６の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。この測定装置は、クランプ１と、２つの弾性材２ａ，２ｂと、を備えて構成される。

クランプ１は、対向する２つのクランプ台座１１ａ，１１ｂを備え、その間に対象物を挟んで固定する固定手段である。一方のクランプ台座１１ａは、クランプハンドル１２の回転動作に連動し、自身の位置を他方のクランプ台座１１ｂへ向けて直進移動させる。クランプハンドル１２を人手で右方向へ回すことにより、それら２つのクランプ台座１１ａ，１１ｂの間に存在する対象物を締め付け、荷重を加えることができる。また、クランプハンドル１２を左方向へ回すことにより、その荷重を低減することもできる。このようなクランプ１としては、例えば、Ｃ型クランプ、万力を用いることが考えられる。

弾性材２ａ，２ｂは、人の指や掌のように弾力性に富んだ材質を持つ弾性体であり、２つのクランプ台座１１ａ，１１ｂの座面にそれぞれ固定される。これら２つの弾性材２ａ，２ｂは、対向する位置関係にあり、人が持つ２本の指を模擬している。その大きさは、例えば、指の大きさ又は指で把持した際の接触面積に合わせて一片が１５ｍｍの正方体とする。また、その硬度については、例えば、把持時の実測値との比較実験より１０°又は２０°とする。このような弾性材２ａ，２ｂとしては、例えば、シリコーンゴムを用いることが考えられる。

このような測定装置において、本実施の形態では、測定対象である加速度発生器１００を２つの弾性材２ａ，２ｂの間で固定する。具体的には、加速度発生器１００を下側の弾性材２ｂの上に載置し、クランプハンドル１２を回して上側の弾性材２ａで荷重をかけ、動かない程度に固定する。

このように、本実施の形態では、対向するクランプ台座１１ａ，１１ｂに２つの弾性材２ａ，２ｂをそれぞれ固定し、その２つの弾性材２ａ，２ｂの間で加速度発生器１００を固定するので、人が加速度発生器１００を把持した状態を模擬し、その加速度発生器１００で発生する加速度及び振動の大きさを再現よく定量的に測定することができる。また、適切な牽引力が得られるように振動等の制御パラメータを調整することができる。

なお、加速度発生器１００とは、力覚を発生させる力覚発生手段（力覚発生装置（アクチュエータを含む））の一例である。加速度を発生させる固有の発生部を搭載し、他の機能や回路を持つ端末でもよい。その他、過去又は将来に研究開発又は販売される様々な種類の力覚発生手段を測定対象に含めることも当然に考えられる。例えば、電圧の印加又は非印加に応じて振動又は非振動するリニア振動素子、電圧の印加又は非印加に応じて隆起又は沈降するピエゾ素子である。

また、クランプ１については、２つのクランプ台座１１ａ，１１ｂがそれぞれ可動するクリップ型のものを用いてもよい。クランプ１の個数は複数でもよい。さらに、弾性材２については、掌で覆う場合を模擬して４組の弾性材で加速度発生器１００を四方から固定してもよし、５本の指で把持する場合を模擬して上下で異なる個数又は大きさのものを用いてもよい。

〔第２の実施の形態〕
図２は、第２の実施の形態に係る測定装置の基本構成を示す図である。この測定装置は、第１の実施の形態で説明した基本構成に対して、加速度計３を更に備えて構成される。

加速度計３は、加速度発生器１００で発生した加速度（力覚に係る特徴量の一例）を測定する力覚特徴量測定手段である。例えば、加速度発生器１００に直接固定される接触式の圧電型加速度計、加速度発生器１００に離間して設けられる非接触式のレーザ反射型加速度計を用いる。なお、加速度計３は力覚特徴量測定手段の一例であり、その他変位計又は速度系を用いてもよい。

本実施の形態の場合であっても、２つの弾性材２ａ，２ｂの間で加速度発生器１００を固定することに代わりはないので、その加速度発生器１００で発生する加速度及び振動の大きさを再現よく定量的に測定することができる。

〔第３の実施の形態〕
ここまで、測定装置の基本構成について説明した。しかし、加速度発生器１００は検査者の大凡の想定下で「動かない程度」に固定されるため、複数の測定対象を測定する際、その荷重にバラつきが生じてしまう。

そこで、本実施の形態では、その荷重値を把握し、人の把持力を正確に模擬するため、これまでの測定装置に荷重計を追加する。図３は、第３の実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。この測定装置は、第２の実施の形態で説明した基本構成に対して、荷重計４を更に備えて構成される。

荷重計４は、加速度発生器１００に加えられる荷重を測定する荷重測定手段であり、弾性材２ａと加速度発生器１００との間に固定される。検査者は、荷重計４で計測された荷重値を目視しながら、クランプハンドル１２での締め付けにより加速度発生器１００への荷重を調整する。そして、クランプハンドル１２の回転量を制御してその荷重値を例えば１００ｇｆに設定し、その状態で加速度発生器１００の加速度を測定する。このような荷重値としては、例えば、複数の検査者の把持力を実測した平均値を用いることが考えられる。

このように、本実施の形態では、加速度発生器１００に加えられる荷重を測定し、その荷重値を一定の大きさに調整するので、加速度発生器１００で発生する加速度及び振動の大きさをより再現性が高く、より定量的に測定することができる。

なお、荷重計４の固定位置については、弾性材２ａと加速度発生器１００との間以外に、弾性材２ａとクランプ台座１１ａとの間、弾性材２ｂと加速度発生器１００との間、弾性材２ｂとクランプ台座１１ｂとの間のうちいずれでもよい。

〔第４の実施の形態〕
第３の実施の形態の場合、荷重により弾性材２ａがたわみ、その弾性材２ａの一部が加速度発生器１００に接触して荷重を正確に測定できない可能性がある。これについて、弾性材２ａよりも接触面積の大きい荷重計４を用いることも考えられるが、それでは荷重計４の仕様に依存してしまう。

そこで、本実施の形態では、弾性材２ａのたわみよる荷重計４の測定誤差を防止するため、これまでの測定装置に荷重計台座を追加する。図４は、第４の実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。この測定装置は、第３の実施の形態で説明した構成において、荷重計４の固定位置を弾性材２ａとクランプ台座１１ａとの間に変更し、荷重計台座５を更に備えて構成される。

荷重計台座５は、弾性材２ａがたわんでクランプ台座１１ａに接触することを防止する接触防止手段であり、荷重計４と弾性材２ａとの間に固定される。このような荷重計台座５としては、例えば、平板を用いる。弾性材２ａよりも接触面積の大きいものが好ましいが、たわみによる弾性材２ａのクランプ台座１１ａへの接触を回避できる能力があれば小さくてもよい。例えば、厚みの大きい平板を用いることが考えらえる。

このように、本実施の形態では、弾性材２ａがたわんでクランプ台座１１ａに接触することを防止する荷重計台座５を荷重計４と弾性材２ａとの間に設けたので、加速度発生器１００に加えられる荷重を正確に計測することができる。

〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態では、加速度発生器１００で生じる加速度及び振動量の計測、加速度発生器１００に加える荷重量を自動化し、さらに加速度発生器１００の良否を自動判別する方法について説明する。図５は、第５の実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。この測定装置は、第３の実施の形態で説明した構成において、リファレンス蓄積器６と、制御器７と、荷重調整器８と、を更に備えて構成される。

リファレンス蓄積器６は、予め設定された加速度及び振動量をリファレンスデータとして記憶しておく力覚特徴量記憶手段である。加速度発生器１００に対する検査者の把持力には個人差があるため、荷重毎の適切な加速度及び振動量を事前に蓄積しておく。このようなリファレンス蓄積器６としては、例えば、メモリ及びハードディスクを持つコンピュータで実現することが考えられる。

制御器７は、荷重調整器８を制御し、加速度発生器１００の良否を判定する制御手段である。加速度計３とともに力覚特徴量測定手段としても機能する。具体的には、加速度発生器１００に加えられる荷重を調整するための荷重調整信号を荷重調整器８に出力する機能を備える。また、加速度発生器１００に生じた振動量、加速度計３で測定された加速度、荷重計４で測定された荷重、それら全ての測定データを取り込み、リファレンス蓄積器６のリファレンスデータと比較する機能を備える。さらに、その比較結果に基づき加速度発生器１００の良否を判定する機能を備える。このような制御器７としては、例えば、リファレンス蓄積器６と同様に、メモリ及びハードディスクを持つコンピュータで実現することが考えられる。

荷重調整器８は、制御器７からの荷重調整信号に基づき加速度発生器１００に荷重を加える荷重付与手段である。第１〜第４の実施の形態で用いたクランプハンドル１２の代わりに用いられる。例えば、荷重調整信号に含まれる荷重値を解析する解析部と、その荷重値に応じた荷重が加えられるようにクランプ台座１１ａの固定位置を制御する可能部と、を備えた機構、電気電子回路、論理回路及びコンピュータで実現する。

このような測定装置において、本実施の形態では、制御器７において、加速度発生器１００に加えられる荷重を変更しながら、測定された加速度及び振動量を取得して、加速度及び振動量のリファレンスデータと比較する。そして、その両者が合致する場合又は規定の誤差範囲に含まれる場合、加速度発生器１００は良品と判定し、それ以外の場合は不良品と判定する。このとき、判定結果を文字でモニタに表示してもよいし、判定結果に応じた警告音を出力してもよい。例えば、製造ライン等での出荷検査に応用することが考えられる。

〔第６の実施の形態〕
複数の加速度発生器１００を測定する場合、各測定時に加速度発生器１００の固定位置が異なってしまうことが考えられる。その場合、振動等の特性結果が異なってしまい、再現性のある正確な測定を行うことが難しくなる。

そこで、本実施の形態では、加速度発生器１００の固定位置がずれてしまうことを防止するため、これまでの測定装置にマーキング装置を追加する。図６は、第６の実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。この測定装置は、第２の実施の形態で説明した構成において、マーキング装置９を更に備えて構成される。

マーキング装置９は、加速度発生器１００が固定される位置に目印を付与する目印付与手段である。クランプ１の本体に固定され、加速度発生器１００の大きさ等に合わせて指し示すマーキング位置を調整可能である。例えば、互いに直交するｘ，ｙ，ｚの３つの軸を持ち、その交点において任意の軸をスライド可能であり、所定軸の先端に設けられた矢印により、加速度発生器１００が固定されるべきその端部の位置を指し示しておく。

このように、本実施の形態では、マーキング装置９を用いて加速度発生器１００の固定位置に目印を付与しておくので、複数の加速度発生器１００においてその固定位置がずれてしまうことを防止することができる。

なお、加速度発生器１００の一端部の位置を指し示す以外に、複数のマーキング装置を用いてその装置の四隅を指し示すようにしてもよい。また、このような機械式のマーキング装置以外にレーザ距離計等を用いてもよい。

１…クランプ
１１ａ，１１ｂ…クランプ台座
１２…クランプハンドル
２ａ，２ｂ…弾性材
３…加速度計
４…荷重計
５…荷重計台座
６…リファレンス蓄積器
７…制御器
８…荷重調整器
９…マーキング装置
１００…加速度発生器

Claims

対象物を対向する台座の間に挟み固定する固定手段と、
前記台座の座面にそれぞれ固定され、力覚を発生させる力覚発生手段を対向する自身の間で固定する複数の弾性体と、
前記力覚発生手段で発生した力覚に係る特徴量を測定する力覚特徴量測定手段と、
を備えることを特徴とする測定装置。
前記弾性体と前記台座又は前記力覚発生手段との間に固定され、前記力覚発生手段に加えられる力の大きさを測定する荷重測定手段、を更に備え、
前記力の大きさは所定の大きさに調整されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記荷重測定手段と前記弾性体との間に固定され、前記弾性体が変形して前記台座又は前記力覚発生手段に接触することを防止する接触防止手段、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
予め設定された力覚に係る特徴量を記憶しておく力覚特徴量記憶手段と、
前記力覚発生手段に加えられる力の大きさを変更しながら、前記力覚特徴量測定手段で測定された力覚に係る特徴量を取得して、前記力覚特徴量記憶手段に記憶されている力覚に係る特徴量と比較する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測定装置。
前記力覚発生手段が固定される位置に目印を付与する目印付与手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。