JP6663484B2 - 擬似力覚発生装置 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、従来よりも効率的に擬似的な力覚を呈示することである。
[第1−9実施形態の概要]
第1−9実施形態の擬似力覚発生装置は、「ベース機構」と、「ベース機構」に対して周期的な「非対称運動」を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該「非対称運動」に基づく力を与える「接触機構」と、を有する。ただし「接触機構」の質量は「ベース機構」の質量よりも小さい、または、「接触機構」の質量は「ベース機構」の質量と「ベース機構に取り付けられる機構」の質量との合計よりも小さい。このような構成では、系全体の質量が大きい場合でも、「接触部」とともに振動する系である「接触機構」の質量は小さいため、「接触機構」から皮膚または粘膜に十分な大きさの力が伝達される。これにより、従来方式とストロークおよび出力が同じアクチュエータであったとしても、より明確に力覚を呈示できる。あるいは、従来よりもストロークおよび出力の小さなアクチュエータであったとしても、従来方式と同程度の力覚を呈示できる。すなわち、本形態では従来よりも効率的に力覚を呈示できる。
例11−1:「介在部材」が「ベース機構側部材」と「基部」との間に配置されていてもよい。例えば、「介在部材」の一方側が「ベース機構側部材」側に取り付けられており、「介在部材」の他方側が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「介在部材」を介して「ベース機構側部材」を支持する。
例11−2: 「介在部材」が「接触機構側部材」と「接触部」との間に配置されていてもよい。例えば、「介在部材」の一方側が「接触機構側部材」側に取り付けられており、「介在部材」の他方側が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
例12−1:「第2介在部材」が「第2ベース機構側部材」と「基部」との間に配置されていてもよい。例えば、「第2介在部材」の一方側が「第2ベース機構側部材」側に取り付けられており、「第2介在部材」の他方側が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「第2介在部材」を介して「第2ベース機構側部材」を支持する。
例12−2:「第2介在部材」が「第2接触機構側部材」と「接触部」との間に配置されていてもよい。例えば、「第2介在部材」の一方側が「第2接触機構側部材」側に取り付けられており、「第2介在部材」の他方側が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
例21−1:「第1取り付け部」が「ベース機構側部材」側に取り付けられ、「第2取り付け部」が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「介在部材」を介して「ベース機構側部材」を支持する。
例21−2:「第1取り付け部」が「接触機構側部材」側に取り付けられ、「第2取り付け部」が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
例22−1:「第3取り付け部」が「第2ベース機構側部材」側に取り付けられ、「第4取り付け部」が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「第2介在部材」を介して「第2ベース機構側部材」を支持する。
例22−2:「第3取り付け部」が「第2接触機構側部材」側に取り付けられ、「第4取り付け部」が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
例21−1かつ例22−1、または、例21−2かつ例22−2であることが望ましいが、その他の組み合わせで配置されてもよい。
例31−1:「レール部」が「ベース機構側部材」側に取り付けられており、「スライド部」が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「介在部材」を介して「ベース機構側部材」を支持する。
例31−2:「レール部」が「接触機構側部材」側に取り付けられており、「スライド部」が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
例32−1:「第2レール部」が「第2ベース機構側部材」側に取り付けられており、「第2スライド部」が「基部」側に取り付けられていてもよい。この場合、「基部」は「第2介在部材」を介して「第2ベース機構側部材」を支持する。
例32−2:「第2レール部」が「第2接触機構側部材」側に取り付けられており、「第2スライド部」が「接触部」側に取り付けられていてもよい。
以降、図面を参照しつつ各実施形態を説明する。
<構成>
図1A−図1D,図2Aおよび図2Bに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置1は、基部101、支持部1026−1および支持部1026−1に対する非対称振動を行う可動部1025−1を含む振動子102−1、支持部1026−2および支持部1026−2に対する非対称振動を行う可動部1025−2を含む振動子102−2、接触部103、および介在部材104−1,104−2を有する。本形態では、支持部1026−i(ただし、i=1,2)が「ベース機構側部材」に相当し、可動部1025−i(ただし、i=1,2)が「接触機構側部材」に相当する。また接触部103は、擬似力覚発生装置1の重量を支える部材である。本形態の可動部1025−i(ただし、i=1,2)は、駆動制御装置100の駆動制御信号DCSに基づいて、支持部1026−iに支持された状態で、D−i軸(第i軸)に沿った非対称振動を行う。これらの非対称振動は擬似的な力覚を知覚させるための振動である。このような非対称振動の詳細は、例えば、非特許文献1や参考文献1(特許第4551448号公報)や参考文献2(特開2015−223563)などに開示されている。各非対称振動に基づく振動は接触部103に伝導される。これにより、接触部103は周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該非対称運動に基づく力を与える。ここで、接触部103とともに振動する系の質量m1は、当該接触部103とともに振動する系を支持する系の質量m2よりも小さい。このような構成では、系全体の質量m1+m2が大きい場合でも、接触部103とともに振動する系の質量m1は小さいため、接触部103から皮膚または粘膜に十分な大きさの力が伝達される。結果として、同じストロークおよび出力を持つ振動子102−iで、皮膚または粘膜に従来方式よりも大きな変形を与えることができる。また、可動部1025−iと支持部1026−iとの相対変位を小さくできるため、ストロークのより小さな振動子102−iを用いることができる。このような機構を用いて振動子102−iを非対称振動させることにより、効率的に牽引感覚などの擬似的な力覚を知覚させることができる。
図1A−図1Dに例示するように、本形態の基部101は板状の部材であり、その底面101b側には振動子102−iおよび介在部材104−iがそれぞれ配置される凹部101d−iが設けられている。前述のように基部101はどのようなものであってもよく、例えば、スマートフォン端末装置などの移動体端末装置を含む部位を基部101としてもよい。
凹部101d−iの底面101ba−iには介在部材104−iの一方側が取り付けられている。介在部材104−iは、各可動部1025−iのD−i軸(第i軸)に沿った非対称振動を接触部103に効率的に伝え、かつ、各可動部1025−iの非対称振動および可動部1025−1,1025−2の非対称振動の合成からなる振動が接触部103に大きく妨げられないようにするための部材である。言い換えると、介在部材104−iは、可動部1025−iの非対称振動に基づくD−i軸に沿った方向成分の振動を接触部103に伝達し、かつ、D−i軸と異なる向きのE−i軸に沿った方向への接触部103の移動(基部101に対する接触部103の移動、すなわち「逃げ」)を可能にする部材である。本形態では、D−i軸とE−i軸とが同一平面上に存在し、かつ、D−i軸とE−i軸とが互いに直交するものとする。例えば、振動子102−1と振動子102−2を互いに逆向きに擬似的な力覚を呈示するように駆動(例えば、逆相で駆動)させた場合、接触部103は基部101に対して回転運動を行う。介在部材104−iはE−i軸に沿った方向への「逃げ」を可能とし、これによって歪みを逃がして、この回転運動を可能にする。介在部材104−iの詳細については後述する。
介在部材104−iの他方側には振動子102−iの支持部1026−iが取り付けられている。これによって振動子102−iは介在部材104−iを介して基部101に支持され(すなわち、支持部1026−iは基部101による支持が可能な構成とされている)、振動子102−iの一部は凹部101d−iの内部に配置されている。振動子102−iの可動部1025−iは、支持部1026−iに支持された状態で、D−i軸に沿って支持部1026−iに対する非対称振動を行うことが可能である。以下、振動子102−iの具体的な構成を例示する。
各振動子102−iの可動部1025−iには接触部103が取り付けられ、これによって接触部103が各振動子102−iによって支持される。すなわち、接触部103は、可動部1025−iに取り付けられており、かつ、支持部1026−iに対して振動可能とされている。図1A−図1Dに例示するように、本形態の接触部103は、上述のように介在部材104−iを介して振動子102−iを支持した基部101を収容可能な箱状部材である。すなわち、接触部103は、支持部1026−iを支持した基部101の外側の少なくとも一部の領域を覆う形状に構成されている。例えば、接触部103は、支持部1026−iを支持した移動体端末装置である基部101の外側の少なくとも一部の領域(例えば、一部の面)を覆うケースである。接触部103は、可動部1025−iの非対称振動に基づく振動を伝導可能な硬さを持ち、把持部として機能する強度を持ち、かつ、できるだけ軽量な材質で構成されることが望ましい。このような材質としては、例えば、ABS樹脂等の合成樹脂を例示できる。
本形態の接触部103とともに振動する系である「接触機構」の振動の平均振幅は、接触部103とともに振動する系を支持する系である「ベース機構」の振動の平均振幅よりも大きい。ただし、「接触部103とともに振動する系」および「接触部103とともに振動する系を支持する系」は擬似力覚発生装置1に含まれた系である。上述の構成の場合、接触部103とともに振動する系である「接触機構」は、接触部103および可動部1025−iを含む。この「接触機構」が、さらに連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを含んでもよい。接触部103とともに振動する系を支持する系である「ベース機構」は、支持部1026−iを含む。この「ベース機構」が、さらに基部101、介在部材104−i、ばね1022−i,1023−i、およびコイル1024−iの少なくとも何れかを含んでもよい。
駆動制御装置100は、例えば、CPU(central processing unit)等のプロセッサ(ハードウェア・プロセッサ)およびRAM(random-access memory)・ROM(read-only memory)等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。このコンピュータは1個のプロセッサやメモリを備えていてもよいし、複数個のプロセッサやメモリを備えていてもよい。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めROM等に記録されていてもよい。また、CPUのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路(circuitry)ではなく、プログラムを用いることなく処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。また、1個の装置を構成する電子回路が複数のCPUを含んでいてもよい。
擬似力覚発生装置1の利用時には、擬似力覚発生装置1の接触部103の外側のみが掌1000で把持される(図1D)。基部101などのその他の部位は把持されない。これにより、接触部103のみが皮膚に直接的に接触する部位として機能する。また、接触部103が掌1000で直接把持されるのではなく、手袋などの部材を介して把持されてもよい。すなわち、接触部103が間接的に掌1000で把持されてもよい。あるいは、手以外の人体の皮膚または粘膜に接触部103を接触させてもよい。ただし、この場合でも基部101などのその他の部位は人体に接触しない。つまり、接触部103のみを皮膚または粘膜に直接的または間接的に接触する部位として機能させる。言い換えると、利用時の擬似力覚発生装置1の重量は接触部103によって支えられる。
可動部1025−1と可動部1025−2とが逆位相の非対称振動を行った場合、接触部103が基部101に対して回転(回動)する。このような動きは、前述した介在部材104−iの働きによって実現されている。以下に介在部材104−iの構成例を説明する。
D−i軸(第i軸)に沿った方向の剛性がE−i軸(D−i軸と異なる向きの軸)に沿った方向の剛性よりも高い部材を介在部材104−iとすることができる。本形態の介在部材104−iは、何れも支持部1026−iと基部101との間に配置される。
図3Aおよび図3Bに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−1である介在部材1041−iを示す。図3Aは介在部材1041−iの右側面図であり、図3Bは介在部材1041−iの正面図である。介在部材1041−iは直方体の柔軟性部材(例えば、合成樹脂やゴムなどの弾性体)である。例えば、スポンジ付両面テープなどを介在部材1041−iとしてもよい。振動子102−iの可動部1025−iは連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられており、振動子102−iの支持部1026−iは介在部材1041−iの一側面に取り付けられている。介在部材1041−iの当該一側面の反対面は基部101に取り付けられている。介在部材1041−iの長手方向(D−i軸に沿った方向)の剛性は、短手方向(E−i軸に沿った方向)の剛性よりも高い。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、振動子102−iがE−15方向に回転するため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない(接触部103が基部101に対してE−i軸に沿った方向に微小振動できる)。
図3Cおよび図3Dに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−2である介在部材1042−iを示す。図3Cは介在部材1042−iの右側面図であり、図3Dは介在部材1042−iの正面図である。介在部材1042−iは、互いに略平行(例えば、平行)に配置された長方形の2枚の板状部1042a−i,1042b−i、および板状部1042a−i,1042b−iの間をつなぐ、互いに略平行(例えば、平行)に配置された長方形の2枚の板状部1042c−i,1042d−iからなる。板状部1042a−i,1042b−iと板状部1042c−i,1042d−iとは互いに略直交(例えば、直交)する。介在部材1042−iは柔軟性部材からなり、例えば一体に構成されている。振動子102−iの可動部1025−iは連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられており、振動子102−iの支持部1026−iは介在部材1042−iの板状部1042b−iに取り付けられている。介在部材1042−iの板状部1042a−iは基部101に取り付けられている。介在部材1042−iの長手方向(D−i軸に沿った方向)の剛性は、短手方向(E−i軸に沿った方向)の剛性よりも高い。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、振動子102−iがE−16方向に回転するため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。
図4Aおよび図4Bに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−3である介在部材1043−iを示す。図4Aは介在部材1043−iの右側面図であり、図4Bは介在部材1043−iの正面図である。介在部材1043−iは、互いに略平行に配置された長方形の2枚の板状部およびそれらを斜めにつなぐ1枚の長方形の板状部からなる右側面がZ型をなす部材である。介在部材1043−iは柔軟性部材からなり、例えば一体に構成されている。振動子102−iの可動部1025−iは連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられており、振動子102−iの支持部1026−iは介在部材1043−iの一端に取り付けられており、介在部材1043−iの他端は基部101に取り付けられている。介在部材1043−iの長手方向(D−i軸に沿った方向)の剛性は、短手方向(E−i軸に沿った方向)の剛性よりも高い。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、振動子102−iがE−13方向に移動するため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。さらに振動子102−iはE−12方向にも移動可能であり、接触部103の基部101に対するE−12方向の移動も大きく妨げられない。
図4Cおよび図4Dに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−4である介在部材1044−iを示す。図4Cは介在部材1044−iの右側面図であり、図4Dは介在部材1044−iの正面図である。介在部材1044−iは、互いに略平行に配置された長方形の2枚の板状部1044c−i,1044d−i、および板状部1044c−i,1044d−iの間をつなぐ、2枚の蛇腹状部1044a−i,1044b−iからなる。介在部材1044−iは柔軟性部材からなり、例えば一体に構成されている。振動子102−iの可動部1025−iは連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられており、振動子102−iの支持部1026−iは介在部材1044−iの板状部1044d−iに取り付けられている。介在部材1044−iの板状部1044c−iは基部101に取り付けられている。介在部材1044−iの長手方向(D−i軸に沿った方向)の剛性は、短手方向(E−i軸に沿った方向)の剛性よりも高い。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。さらに振動子102−iはE−12方向にも移動可能であり、接触部103の基部101に対するE−12方向の移動も大きく妨げられない。
図4Eおよび図4Fに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−5である介在部材1045−iを示す。図4Cは介在部材1045−iの右側面図であり、図4Dは介在部材1045−iの正面図である。介在部材1045−iは、上述の介在部材1044−iの2枚の蛇腹状部1044a−i,1044b−iを湾曲部1045a−i,1045b−iに置換したものである。介在部材1045−iは柔軟性部材からなり、例えば一体に構成されている。この構成でも例1−4と同様な機能を実現できる。
図6Aおよび図6Bに、剛性の異方性を利用した介在部材104−iの例1−6である介在部材1048−iを示す。図6Aは介在部材1048−iの右側面図であり、図6Bは介在部材1048−iの正面図である。介在部材1048−iは、互いに略直交する長方形の2枚の板状部1048a−i,1048c−iおよびそれらをつなぐ1枚の長方形の板状部1048b−iからなる部材である。板状部1048b−iは板状部1048a−i,1048c−iのどの位置をつないでもよい。介在部材1048−iは柔軟性部材からなり、例えば一体に構成されている。振動子102−iの可動部1025−iは連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられており、振動子102−iの支持部1026−iの側面が介在部材1048−iの板状部1048a−iに取り付けられている。介在部材1048−iの他端に位置する板状部1048c−iは基部101に取り付けられている。介在部材1048−iの長手方向(D−i軸に沿った方向)の剛性は、短手方向(E−i軸に沿った方向)の剛性よりも高い。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、振動子102−iがE−14方向に移動するため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。さらに振動子102−iはE−12方向にも移動可能であり、接触部103の基部101に対するE−12方向の移動も大きく妨げられない。
ヒンジ機構を介在部材104−iとしてもよい。
≪例2−1≫
図5Aおよび図5Bに、ヒンジ機構による介在部材104−iの例2−1である介在部材1046−iを示す。図5Aは介在部材1046−iの右側面図であり、図5Bは介在部材1046−iの正面図である。介在部材1046−iは、取り付け部1046a−iと、取り付け部1046a−iに対してヒンジ軸1046c−i周りに相対的に回転可能な取り付け部1046b−iと、を含むヒンジである。介在部材1046−iはポリプロピレンなどの柔軟性部材によって一体構成されていてもよいし、柔軟性部材によって構成された別体の取り付け部1046a−i,1046b−iが接続されていてもよい。ただし、ヒンジ軸1046c−iがD−i軸(第i軸)に沿った向きに配置されなければならない。取り付け部1046a−iは支持部1026−i側に取り付けられており、取り付け部1046b−iは基部101側に取り付けられている。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、振動子102−iのE−17方向の回転と連結部102eb−iに沿った軸周りの回転のため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。
図5Cおよび図5Dに、ヒンジ機構による介在部材104−iの例2−2である介在部材1047−iを示す。図5Cは介在部材1047−iの右側面図であり、図5Dは介在部材1047−iの正面図である。介在部材1047−iは、取り付け部1047a−iと、取り付け部1047a−iに対してヒンジ軸1047c−i周りに相対的に回転可能な取り付け部1047b−iと、を含むヒンジである。例2−1との相違は、取り付け部1047a−i,1047b−iがヒンジ軸1047c−iによって機械的にヒンジ結合されている点である。介在部材1047−iは、例えば、合成樹脂などによって構成される。ヒンジ軸1047c−iがD−i軸(第i軸)に沿った向きに配置されなければならない。取り付け部1047a−iは支持部1026−i側に取り付けられており、取り付け部1047b−iは基部101側に取り付けられている。この構成でも例2−1と同様な機能を実現できる。
スライド機構によって介在部材104−iを構成してもよい。
図6Cおよび図6Dに、スライド機構による介在部材104−iの例である介在部材1049−iを示す。図6Cは介在部材1048−iの右側面図であり、図6Dは介在部材1048−iの正面図である。介在部材1048−iは、レール部1049b−iとレール部1049b−iにスライド可能に支持されているスライド部1049a−iとを含むスライド機構である。レール部1049b−iは、E−i軸(第i軸と異なる向きのスライド軸)に沿った向きに配置されている。スライド部1049a−iは、レール部1049b−iに支持された状態で、E−i軸(スライド軸)に沿ってスライド可能である。レール部1049b−iは支持部1026−i側に取り付けられており、スライド部1049a−iは基部101側に取り付けられている。これにより、可動部1025−iによるD−i軸に沿った方向の振動は効率よく接触部103に伝導される。また、スライド部1049a−iがE−i軸に沿ってスライド可能であるため、接触部103の基部101に対するE−i軸に沿った方向の移動が大きく妨げられない。
第1実施形態の擬似力覚発生装置1から介在部材104−iを省略し、支持部1026−iが直接、基部101の凹部101d−iの底面101ba−iに取り付けられていてもよい。この場合には回転方向の擬似的な力覚を呈示できないが、可動部1025−1と可動部1025−2とが同一位相の非対称振動を行うことで並進力覚を呈示できる。
本形態では、接触部103が連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して可動部1025−iに取り付けられていた。しかしながら、接触部103が可動部1025−iと一体であってもよい。
第1実施形態では、基部101の底面101bおよび側面101aのみが接触部103で覆われていたが、基部101の外部がすべて接触部で覆われていてもよい。なお、以下ではこれまで説明した事項との相違点を中心に説明し、既に説明した事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。
第1,2実施形態では、擬似力覚発生装置1,2が2個の振動子102−1,102−2を備え、これらが介在部材104−1,104−2を介して基部101に取り付けられていた。しかし、擬似力覚発生装置が1個の振動子102−1のみを備えていてもよい。この場合には介在部材104−1は不要となる。
擬似力覚発生装置が備える振動子102−iの配置や個数は、第1−3実施形態のものに限定されない。例えば、図9A−図9Eに例示するように、基部101、支持部1026−i(ただし、i=1,2,3)および支持部1026−iに対する非対称振動を行う可動部1025−iを含む振動子102−i、接触部103、および介在部材104−iを有する擬似力覚発生装置4であってもよい。本形態では、振動子102−i(ただし、i=1,2,3)の支持部1026−iが「ベース機構側部材」に相当し、可動部1025−iが「接触機構側部材」に相当する。第1実施形態との相違点は、第1実施形態ではi=1,2であったのに対し、擬似力覚発生装置4ではi=1,2,3であり、D−3軸がD−1,2軸と略直交し、E−3軸がE−1,2軸と略直交し、振動子102−1と振動子102−2との間の領域に振動子102−3が配置されることである。あるいは、図10Aの擬似力覚発生装置4’のように、i=1,2,3,4であり、D−3,4軸がD−1,2軸と略直交し、E−3,4軸がE−1,2軸と略直交し、振動子102−1または振動子102−2が配置されていない基部101の辺縁部に振動子102−3,4が配置されてもよい。あるいは、図10Bの擬似力覚発生装置4”のように、i=1,2であり、D−1軸がD−2軸と略直交し、E−1軸がE−2軸と略直交してもよい。その他は第1実施形態やその変形例と同じでよい。
第1−4実施形態では、振動子102−iの支持部1026−iが介在部材104−iを介して基部101に取り付けられており、振動子102−iの可動部1025−iが連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して接触部103に取り付けられていた。しかし、基部101と接触部103との位置が逆であってもよい。すなわち、図11A−図11C、図2A、および図2Bに例示する擬似力覚発生装置5のように、支持部1026−iが介在部材104−iを介して接触部103に取り付けられており、可動部1025−iが連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iを介して基部101の凹部101d−iの底面101ba−iに取り付けられていてもよい。すなわち、支持部1026−iと接触部103との間に介在部材104−iが配置されており、接触部103が、介在部材104−iを介して支持部1026−iに取り付けられており、かつ、可動部1025−iに対して振動可能であってもよい。本形態では、振動子102−i(ただし、i=1,2)の可動部1025−iが「ベース機構側部材」に相当し、支持部1026−iが「接触機構側部材」に相当する。
図11Dに例示する擬似力覚発生装置5’のように、振動子102−iの支持部1026−iが、直接、基部101の凹部101d−iの底面101ba−iに取り付けられ、振動子102−iの可動部1025−iが、連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iおよび介在部材104−iを介して接触部103に取り付けられてもよい。すなわち、介在部材104−iが可動部1025−iと接触部103との間に配置されていてもよい。この場合、振動子102−iの支持部1026−iが「ベース機構側部材」に相当し、可動部1025−iが「接触機構側部材」に相当する。この構成の場合、接触部103とともに振動する系である「接触機構」は、接触部103および可動部1025−iを含む。この「接触機構」が、さらに介在部材104−i、および連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iの少なくとも何れかを含んでもよい。接触部103とともに振動する系を支持する系である「ベース機構」は、支持部1026−iを含む。この「ベース機構」が、さらに基部101、ばね1022−i,1023−i、およびコイル1024−iの少なくとも何れかを含んでもよい。この場合も、「接触機構」の振動の平均振幅は、「ベース機構」の振動の平均振幅よりも大きいものとする。また、「接触機構」の質量m1は、「ベース機構」の質量m 2 よりも小さい。好ましくは、「接触機構」の質量m1が、「ベース機構」の質量m2の質量の三分の一以下である。
本形態では、接触部103が介在部材104−iを介して支持部1026−iに取り付けられていた。しかしながら、接触部103が介在部材104−iを介すことなく支持部1026−iと一体であってもよい。或いは、接触部103、介在部材104−i、および支持部1026−iが一体であってもよい。
介在部材104−iを用いることなく、振動方向が相違する複数個の振動子の支持部が互いに取り付けられているか、もしくは、固定されていることで、接触部103が基部101に対して任意の二次元方向に振動可能な構成とされてもよい。図16A、図17A、および図17Bに例示した擬似力覚発生装置5”では、基部101が、連結部102da−2,102db−2,102ea−2,102eb−2を介して振動子102−2の可動部1025−2に取り付けられているか、もしくは、可動部1025−2と一体とされている。また接触部103は、連結部102da−1,102db−1,102ea−1,102eb−1を介して振動子102−1の可動部1025−1に取り付けられているか、もしくは、可動部1025−1と一体とされている。振動子102−iは、D−i軸(第i軸)に沿って支持部1026−iに対して振動可能である。ただし、D−1軸とD−2軸との向きは相違しており、D−1軸に対するD−2軸の相対位置が固定または制約されている。図16A、図17A、および図17Bの例では、D−1軸とD−2軸とが略直交しており、支持部1026−1の外面が支持部1026−2の外面に取り付けられているか、支持部1026−1,1026−2が一体となっている。このような構成により、接触部103には、可動部1025−1の非対称振動および可動部1025−2の非対称振動の少なくとも一方に基づく振動が伝導され、接触部103は、皮膚または粘膜に当該非対称振動の少なくとも一方に基づく力を与える。
接触部、基部、支持部、および可動部の配置構成には様々なバリエーションがある。例えば、図18Aに例示する擬似力覚発生装置6のように、平面形状が略四角形である板状の基部601の側面の外方が枠体の接触部603で囲まれており、基部601の4つの側面601a−i(ただし、i=1,2,3,4)と接触部603の4つの内壁面603a−iとの間に振動子102−iがそれぞれ配置されていてもよい。この例では、振動子102−iの支持部1026−iが基部601の側面601a−iに取り付けられており、振動子102−iの可動部1025−iが連結部1029−i(連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−i)を介して棒状支持部6021−iの一端側に取り付けられている。接触部603の4つの内壁面603a−iにはそれぞれ貫通孔6031−iが設けられており、貫通孔6031−iには棒状支持部6021−iの他端側が貫通挿入されている。貫通孔6031−iの内径は棒状支持部6021−iの外径よりも若干大きく、棒状支持部6021−iは貫通孔6031−iと同軸のH−i軸(内壁面603a−iの貫通方向に沿った軸)に沿って移動可能となっている。ボールベアリングなどの機構により、棒状支持部6021−iが貫通孔6031−iに沿って自由移動できる構成であってもよい。振動子102−iの可動部1025−iは支持部1026−iに対してG−i軸に沿った方向に非対称振動を行う。側面601a−iと内壁面603a−iとの間には隙間があり、かつ、G−i軸に沿った方向の非対称振動は連結部1029−iおよび棒状支持部6021−iを介して接触部603に伝導される。一方、接触部603は、棒状支持部6021−iに対してH−i軸に沿った方向に自由に移動できる。そのため、接触部603のH−i軸に沿った方向の振動が棒状支持部6021−iやそれに取り付けられた振動子102−iによって大きく制限されることはない。本形態では、振動子102−i(ただし、i=1,2,3,4)の支持部1026−iが「ベース機構側部材」に相当し、可動部1025−iが「接触機構側部材」に相当する。また接触部603は、擬似力覚発生装置6の重量を支える部材である。接触部603には、少なくとも何れかの可動部1025−iの非対称振動に基づく振動が伝導され、接触部603は、それに直接または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該非対称振動の少なくとも何れかに基づく力を与える。これによっても、擬似的な力覚を呈示できる。
3次元の各軸に沿って振動子を配置してもよい。例えば、図18Bに例示する擬似力覚発生装置7のように、略6面体(例えば、略立方体)の基部701が箱状の接触部703の内部に収容され、基部701の各面701a−i(ただし、i=1,2,3,4,5,6)と接触部703の6つの内壁面703a−iとの間に振動子102−iがそれぞれ配置されていてもよい。ただし、面701a−1,701a−2,701a−3が互いに略直交し、面701a−4,701a−5,701a−6(図示せず)が互いに略直交する。面701a−1と面701a−4は略平行であり、面701a−2と面701a−5は略平行であり、面701a−3と面701a−6は略平行である。また接触部703は、擬似力覚発生装置7の重量を支える部材である。この例では、振動子102−iの支持部1026−iが基部701の面701a−iに取り付けられており、振動子102−iの可動部1025−iが連結部1029−iを介して棒状支持部7021−iの一端側に取り付けられている。各振動子102−iの可動部1025−iは支持部1026−iに対してJ−i軸に沿った方向に非対称振動を行う。J−1軸,J−2軸,J−3軸は互いに略直交する。J−4軸,J−5軸,J−6軸(図示せず)は互いに略直交する。J−1軸とJ−4軸は略平行であり、J−2軸とJ−5軸は略平行であり、J−3軸とJ−6軸は略平行である。接触部703の6つの内壁面703a−iには、棒状支持部7021−iの他端側をK−i−2軸(J−i軸と略直交する軸)にスライド可能に保持する溝703aa−iが設けられている。図19Aに例示するように、溝703aa−iの底面と棒状支持部7021−iの先端との間には隙間(遊び)があり、接触部703は基部701に対してK−i−1軸方向(面701a−iと略直交方向)に移動可能である。面701a−iと内壁面703a−iとの間には隙間があり、かつ、J−i軸に沿った方向の非対称振動は棒状支持部7021−iを介して接触部703に伝導される。また、図19Aの右側面図である図19Bに例示するように、接触部703は、棒状支持部7021−iに対してK−i−2軸(J−i軸と略直交する軸)に沿った方向に移動できる。そのため、接触部703のK−i−1軸およびK−i−2軸に沿った方向の振動が棒状支持部7021−iやそれに取り付けられた振動子102−iによって大きく制限されることはない。接触部703には、少なくとも何れかの振動子102−iの非対称振動に基づく振動が伝導され、接触部703は、それに直接または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該非対称振動の少なくとも何れかに基づく力を与える。これによって、6自由度(第8実施形態参照)の擬似的な力覚を呈示できる。
第7実施形態の変形例として、棒状支持部7021−iと溝703aa−iに代えて、第1実施形態で説明した介在部材104−iが用いられてもよい。例えば、図20Aおよび図20Bに例示する擬似力覚発生装置8のように、略6面体(例えば、略立方体)の基部701が箱状の接触部703の内部に収容され、基部701の各面701a−i(ただし、i=1,2,3,4,5,6)と接触部703の6つの内壁面703a−iとの間に振動子102−iおよび介在部材104−iがそれぞれ配置されていてもよい。本形態の接触部703は、擬似力覚発生装置8の重量を支える部材である。この例では、振動子102−iの支持部1026−iが基部701の面701a−iに取り付けられており、振動子102−iの可動部1025−iが連結部1029−iを介して介在部材104−iの一方側に取り付けられている。介在部材104−iの他方側は接触部703の内壁面703a−iに取り付けられている。介在部材104−iとしては、例えば、介在部材1044−iや介在部材1045−iが好ましい。各振動子102−iの可動部1025−iは支持部1026−i(図2Aおよび図2B等参照)に対してJ−i軸に沿った方向に非対称振動を行う。この非対称振動に基づく振動は介在部材104−iを介して効率的に接触部703に伝導される。一方、介在部材104−iの働きにより、接触部703のK−i−1軸およびK−i−2軸に沿った方向の振動が棒状支持部7021−iやそれに取り付けられた振動子102−iによって大きく制限されることはない。接触部703には、少なくとも何れかの振動子102−iの非対称振動に基づく振動が伝導され、接触部703は、それに直接または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該非対称振動の少なくとも何れかに基づく力を与える。これによっても、以下のように6自由度の擬似的な力覚を呈示できる。
振動子の支持部が基部に支持されていなくてもよい。例えば、図23Aおよび図23Bに例示する擬似力覚発生装置9は、振動子102−1、板状の接触部903およびバンド状の接触部904を有する。接触部903は合成樹脂等から構成され、接触部904は合成樹脂や皮などから構成される。振動子102−1の可動部1025−1は連結部102da−1,102db−1,102ea−1,102eb−1を介して接触部903の板面903cに取り付けられている。さらに接触部903のエッジ部903a,903bには接触部904の両端が取り付けられている。なお、振動子102−1の可動部1025−1はL−1軸に沿って非対称振動を行うが、エッジ部903a,903bはそのL−1軸に沿った(L−1軸と略平行な)エッジ部である。図23Bに例示するように、擬似力覚発生装置9は、例えば、接触部903,904が利用者の腕900の皮膚に接触するように装着される。本形態では、振動子102−1の支持部1026−1が「ベース機構側部材」に相当し、可動部1025−1が「接触機構側部材」に相当する。
利用者の皮膚に所望の波形パターンの力を与えるための駆動制御信号DCSの設定方法を例示する。ここでは振動系のダイナミクス解析によって駆動制御信号DCSを設定する。図1Dに例示するように、擬似力覚発生装置1の接触部103の外側が利用者の掌1000で把持された状態を想定する。この状態を擬似力覚発生装置1の力学特性モデルMdおよび接触部103に接触する掌1000の皮膚の力学特性モデルMsで表現する。この例の擬似力覚発生装置1の力学特性モデルMdは、それぞれの質量がm1,m2の質点M1,M2、それらを接続する弾性係数k2のばね、粘性係数(減衰係数)b2のダンパ、および駆動電圧Voutに応じて質点M1,M2に働く周期的なローレンツ力fからなる力学系の特性を表す。図2Aおよび図2Bに例示した構成の場合、ローレンツ力fはf=ι2BLと表記できる。ただし、ι2[A]はコイル1024−iに流される電流であり、Bはコイル1024−iによる磁束密度であり、L[m]は支持部1026−iを長手方向に貫く磁束方向と垂直なコイル1024−iの長さである。基準原点O1に対する質点M1の位置をx1と表現し、基準原点O2に対する質点M2の位置をx2と表現する。ただし、基準原点O1,O2は掌1000の重心に対する相対位置が固定された点である。また、x1,x2の何れも掌1000の重心から図1Dにおける右方向を正とし、掌1000の重心から図1Dにおける左方向を負とする。ここでは、掌1000の重心は外界に対して動いていないものとする。x1,x2の時間微分値、すなわち速度を
と表記する。ただし、記載表記の制約上、本明細書ではこれらをx・ 1,x・ 2と表記する場合もある。図26に例示する皮膚の力学特性モデルMsは、質点M1と掌1000の重心との間の弾性係数k1のばねおよび粘性係数b1のダンパからなる力学系の特性を表す。ここで把持部126に接触する掌1000の皮膚に与える力(その力に対して皮膚に生じる応力)をfsと表現する。
≪力学特性モデルMdの例≫
力学特性モデルMdの力学系パラメータm1,m2,k2,b2は、擬似力覚発生装置1の設計値あるいは計測値から得られてもよいし、システム同定などの方法で得られてもよい。
fs=k1・x1+b1・x・ 1 (2)
力学特性モデルMsの力学系パラメータk1,b1は、システム同定などの方法で得られてもよいし、典型的な値とされてもよい。
上記の式(1)(2)の未知の時系列パラメータはf,x1,x・ 1,x2,x・ 2,fsであるが、上記の式(1)(2)を用いてx1,x・ 1,x2,x・ 2,を消去することにより、fとfsとの関係式fs=F(f)が得られる。ここで図2Aおよび図2Bの例ではf=ι2BLと表記できる。BおよびLは擬似力覚発生装置1の設計値やシステム同定などの方法で得られる。fs=F(ι2BL)=F2(ι2)より、関係式
fs=F2(ι2) (3A)
が得られる。この関係式(3A)の逆関数または近似逆関数である
ι2=Inv(fs) (3B)
を制御対象の逆ダイナミクスモデルMcとしてもよい。
fs=FR(Vout)(4A)
の逆関数または近似逆関数である
Vout=InvR(fs) (4B)
を制御対象の逆ダイナミクスモデルMcとしてもよい。
次に、従来型の擬似力覚発生装置(振動子を本体に内蔵)と第5実施形態の擬似力覚発生装置5(図11A,図11C)とを比較した比較シミュレーション結果を示す。
図27A−図27Fを用い、駆動制御信号DCSとして正弦波を入力した場合の比較シミュレーション結果を示す。図27A−図27Cは従来型の擬似力覚発生装置でのシミュレーション結果を表し、図27D−図27Fは擬似力覚発生装置5でのシミュレーション結果を表す。図27Aおよび図27Dは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に入力される駆動制御信号DCSの入力波形を表す。縦軸は入力波形の電圧値[V]を表し、横軸は時間[sec]を表す。図27Bおよび図27Eは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に図27Aおよび図27Dの入力波形の駆動制御信号DCSが与えられたときの、接触部から皮膚に与えられる力を表す。縦軸は皮膚に与えられる力[N]を表し、横軸は時間[sec]を表す。図27Cおよび図27Fは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に図27Aおよび図27Dの入力波形の駆動制御信号DCSが与えられたときの、接触部の振動波形(位置波形)を表す。縦軸は接触部の位置[m]を表し、横軸は時間[sec]を表す。ただし、図27A−図27Cでは、従来型の擬似力覚発生装置では、質量135gの基部(例えば、スマートフォン端末装置)、質量10gの接触部(例えば、スマートフォンケース)、質量10gの支持部(例えば、アクチュエータケース)からなる系の質量をm1=155gとし、質量5gの可動部(例えば、アクチュエータ可動子)からなる系の質量をm2=5gとした。一方、図27D−図27Fでは、質量10gの接触部103(例えば、スマートフォンケース)および質量10gの支持部1026−i(例えば、アクチュエータケース)からなる系の質量をm1=20gとし、質量5gの可動部1025−i(例えば、アクチュエータ可動子)および質量135gの基部101(例えば、スマートフォン端末装置)からなる系の質量をm2=140gとした。図27A−図27Fから分かるように、本形態は従来型に比べて質量m1に対して質量m2を大きくでき、その結果、接触部の振動が大きくなり、皮膚に与えられる力も強くなる。
図28A−図28Fを用い、駆動制御信号DCSとして時間非対称矩形波を入力した場合の比較シミュレーション結果を示す。ただし、この時間非対称矩形波は、駆動制御信号DCSの入力波形が正である期間T1および負である期間T2が[T1,T2]=[8,16][ms]のものである。図28A−図28Cは従来型の擬似力覚発生装置でのシミュレーション結果を表し、図28D−図28Fは擬似力覚発生装置5でのシミュレーション結果を表す。図28Aおよび図28Dは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に入力される駆動制御信号DCSの入力波形を表す。縦軸は入力波形の電圧値[V]を表し、横軸は時間[sec]を表す。図28Bおよび図28Eは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に図28Aおよび図28Dの入力波形の駆動制御信号DCSが与えられたときの、接触部から皮膚に与えられる力を表す。縦軸は皮膚に与えられる力[N]を表し、横軸は時間[sec]を表す。図28Cおよび図28Fは、従来型のおよび擬似力覚発生装置5に図28Aおよび図28Dの入力波形の駆動制御信号DCSが与えられたときの、接触部の振動波形(位置波形)を表す。縦軸は接触部の位置[m]を表し、横軸は時間[sec]を表す。ただし、図28A−図28Cでは、従来型の擬似力覚発生装置では、質量135gの基部(例えば、スマートフォン端末装置)、質量10gの接触部(例えば、スマートフォンケース)、質量10gの支持部(例えば、アクチュエータケース)からなる系の質量をm1=155gとし、質量5gの可動部(例えば、アクチュエータ可動子)からなる系の質量をm2=5gとした。一方、図28D−図28Fでは、質量10gの接触部103(例えば、スマートフォンケース)および質量10gの支持部1026−i(例えば、アクチュエータケース)からなる系の質量をm1=20gとし、質量5gの可動部1025−i(例えば、アクチュエータ可動子)および質量135gの基部101(例えば、スマートフォン端末装置)からなる系の質量をm2=140gとした。図28A−図28Fから分かるように、本形態は従来型に比べて質量m1に対して質量m2を大きくでき、接触部の振動の非対称性および皮膚に与えられる力の非対称性をともに大きくできる。その結果、本形態の構成では従来よりも明確に擬似的な力覚を呈示できる。
図29A−図29Fは、駆動制御信号DCSとして[T1,T2]=[5,14][ms]の時間非対称矩形波を入力した場合の比較シミュレーション結果を示す。この場合にも、本形態は従来型に比べて質量m1に対して質量m2を大きくでき、接触部から皮膚に与えられる力の非対称性を大きくできる。その結果、本形態の構成では従来よりも明確に擬似的な力覚を呈示できる。
図30A−図30Fは、[T1,T2][ms]の時間非対称矩形波である駆動制御信号DCSを擬似力覚発生装置5(図11A,図11C)に入力した際に、接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性の一例を、[m1,m2][g]ごとにステムプロットした図である。各図の底面の二軸が期間T1およびT2をそれぞれ表し、縦軸が皮膚に与えられる力の非対称性を表す。なお、皮膚に与えられる第1の方向(正方向)の力の絶対値の最大値と、第1の方向と逆方向(負方向)の力の絶対値の最大値と、の差分を「力の非対称性」の値としている。図31A−図31Fは、図30A−図30Fと同じデータを折れ線グラフで表した図である。各図は以下の[m1,m2]に対応する。
図30A,図31A:[m1,m2]=[10,150][g]
図30B,図31B:[m1,m2]=[20,140][g]
図30C,図31C:[m1,m2]=[40,120][g]
図30D,図31D:[m1,m2]=[60,100][g]
図30E,図31E:[m1,m2]=[80,80][g]
図30F,図31F:[m1,m2]=[120,40][g]
これらの図から、質量m2に対して質量m1が小さいほど接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性が大きくなり、皮膚に明確な力覚を知覚させることができることが分かる。特に、図30A−図30Cでは接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性が大きく、皮膚に明確な力覚をより知覚させることができ、好ましいといえる。すなわち、0<m1/m2≦1/3の関係を満たすことが好ましく、これによって、より明確に擬似的な力覚を呈示できることが分かる。
図32A−34Aは非線形最適化した駆動制御信号DCSの入力波形の時系列データを例示した図であり、図32B−34Bはこのような駆動制御信号DCSで制御された擬似力覚発生装置5の接触部103から皮膚に加わる力の時系列データ(最適化波形パターン)を例示した図であり、図32C−34Cはこの場合の接触部103の位置波形の時系列データを例示した図である。[m1,m2]=[20,140][g]である。駆動制御信号DCSは、図32Bの破線で示された矩形波形パターン(最適化波形パターンを得るための矩形波形パターン)を前述の逆ダイナミクスモデルMcに適用して計算した。各図の[T1,T2]は以下の通りである。
図32A−32C:[T1,T2]=[2,16][ms]
図33A−33C:[T1,T2]=[5,18][ms]
図34A−34C:[T1,T2]=[8,18][ms]
これらの図から分かるように、最適化波形パターンでは接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性が大きく、さらに接触部103の位置波形の非対称性も大きく、皮膚により明確な力覚を知覚させることができる。
図35A−図35Dは、[T1,T2][ms]の駆動制御信号DCSを擬似力覚発生装置5(図11A,図11C)に入力した際に、接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性の一例を、[m1,m2][g]ごとにステムプロットした図である。ただし、図35Aおよび図35Cでは時間非対称矩形波である駆動制御信号DCSを用いており、図35Bおよび図35Dでは非線形最適化した駆動制御信号DCSを用いている。各図の底面の二軸が期間T1およびT2をそれぞれ表し、縦軸が皮膚に与えられる力の非対称性を表す。なお、皮膚に与えられる第1の方向(正方向)の力の絶対値の最大値と、第1の方向と逆方向(負方向)の力の絶対値の最大値と、の差分を「力の非対称性」の値としている。図36A−図36Dは、図35A−図35Dと同じデータを折れ線グラフで表した図である。各図は以下の[m1,m2]に対応する。
図35A,35B,36A,36B:[m1,m2]=[20,140][g]
図35C,35D,36C,36D:[m1,m2]=[60,100][g]
これらの図より、非線形最適化した駆動制御信号DCSを用いることで、時間非対称矩形波である駆動制御信号DCSを用いる場合に比べ、接触部103から皮膚に与えられる力の非対称性が大きくなることが分かる。さらに、非線形最適化した駆動制御信号DCSを用いることで[T1,T2]の変化に対してもロバストな傾向を持つことが分かる。すなわち、図35C,35D,36C,36Dから分かるように、非線形最適化した駆動制御信号DCSを用いることで、m1とm2との質量差が小さくなった場合でも、或る程度の力の非対称性を実現できる。
第10−15実施形態の擬似力覚発生装置は、「ベース機構」と、「ベース機構」に対して周期的な「非対称運動」を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該「非対称運動」に基づく力を与える複数個の「接触機構」と、を有する。言い換えると、この擬似力覚発生装置は、「ベース機構」と、「ベース機構」に対して周期的な「非対称運動」を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該「非対称運動」に基づく力を与える一つの「接触機構」と、「ベース機構」に対して周期的な「非対称運動(第3非対称運動)」を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に「非対称運動(第3非対称運動)」に基づく力を与える他の一つの「接触機構(第3接触機構)」とを少なくとも有する。ただし「接触機構」それぞれの質量は「ベース機構」の質量よりも小さい、または、「接触機構」それぞれの質量は「ベース機構」の質量と「ベース機構に取り付けられる機構」の質量との合計よりも小さい。この構成でも、系全体の質量が大きい場合でも、皮膚または粘膜に直接的または間接的に接触しつつ振動する系である複数個の「接触機構」それぞれの質量は小さいため、複数個の「接触機構」から皮膚または粘膜に十分な大きさの力が伝達される。これにより、従来方式とストロークおよび出力が同じアクチュエータであったとしても、より明確に力覚を呈示できる。あるいは、従来よりもストロークおよび出力の小さなアクチュエータであったとしても、従来方式と同程度の力覚を呈示できる。すなわち、本形態では従来よりも効率的に力覚を呈示できる。
前述のように、「接触機構」それぞれの質量(「接触部」とともに振動する系の質量)は、「ベース機構」の質量、または、「ベース機構」および「ベース機構」に取り付けられる機構の質量の合計(「接触部」とともに振動する系を支持する系の質量)よりも小さい。この場合、「接触機構」それぞれの振動の平均振幅は、「ベース機構」の振動の平均振幅、または、「ベース機構」および「ベース機構」に取り付けられる機構の振動の平均振幅よりも大きい。「接触機構それぞれの振動の平均振幅」とは、「接触機構」それぞれを構成する各部材の振幅(絶対値)の平均の時間平均(絶対値)を意味する。同様に「ベース機構の振動の平均振幅、または、ベース機構およびベース機構に取り付けられる機構の振動の平均振幅」とは、「ベース機構」および「ベース機構に取り付けられる機構」を構成する各部材の振幅(絶対値)の平均の時間平均(絶対値)を意味する。言い換えると、「接触機構それぞれ」の振動の大きさは、「ベース機構、または、ベース機構およびベース機構に取り付けられる機構」の振動の大きさよりも大きい。例えば、「ベース機構、または、ベース機構およびベース機構に取り付けられる機構」は「接触機構それぞれ」とともに振動しないか、「接触機構それぞれ」よりも小さな平均振幅で振動する。
以降、図面を参照しつつ各実施形態を説明する。
<構成>
図37A−図41Bに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置2001は、基部20101、支持部201026−1および支持部201026−1に対する非対称振動を行う可動部201025−1を含む振動子20102−1、支持部201026−2および支持部201026−2に対する非対称振動を行う可動部201025−2を含む振動子20102−2、および接触部20103−1,2を有する。本形態では、支持部201026−i(ただし、i=1,2)が「ベース機構側部材」に相当し、可動部201025−i(ただし、i=1,2)が「接触機構側部材」に相当する。また接触部20103−i(ただし、i=1,2)は、擬似力覚発生装置2001の重量を支える部材である。本形態の可動部201025−i(ただし、i=1,2)は、駆動制御装置20100の駆動制御信号DCSに基づいて、支持部201026−iに支持された状態で、D20−i軸(第i軸)に沿った非対称振動を行う。これらの非対称振動は、所望の方向に擬似的な力覚を知覚させるための振動である。このような非対称振動の詳細は、例えば、非特許文献1や参考文献1や参考文献2などに開示されている。各可動部201025−iの非対称振動によって、各接触部20103−iも非対称振動する。すなわち、可動部201025−1の非対称振動によって接触部20103−1が非対称振動し、可動部201025−2の非対称振動によって接触部20103−2が非対称振動する。これにより、接触部20103−iのそれぞれは、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該非対称運動に基づく力を与える。すなわち、接触部20103−1は可動部201025−1の非対称振動に基づく力を皮膚または粘膜に与え、接触部20103−2は可動部201025−2の非対称振動に基づく力を皮膚または粘膜に与える。接触部20103−1,2は、例えば、互いに非接触であり、それぞれの運動は互いに独立している。ここで、接触部20103−iのそれぞれとともに振動する系の質量m1−iは、それぞれ当該接触部20103−iとともに振動する系を支持する系の質量m2よりも小さい(接触機構それぞれの質量m1−iは、ベース機構の質量m2よりも小さい)。このような構成では、系全体の質量(m1−1)+(m1−2)+m2が大きい場合でも、接触部20103−iとともに振動する系の質量m1−iが十分小さければ、接触部20103−iから皮膚または粘膜に十分な大きさの力が伝達される。結果として、同じストロークおよび出力を持つ振動子20102−iで、皮膚または粘膜に従来方式よりも大きな変形を与えることができる。また、可動部201025−iと支持部201026−iとの相対変位を小さくできるため、ストロークのより小さな振動子20102−iを用いることができる。このような機構を用いて振動子20102−iを非対称振動させることにより、効率的に牽引感覚などの擬似的な力覚を知覚させることができる。また接触部20103−1,2を互いに独立に振動させることができるため、接触部20103−1,2が互いの振動を妨げることはない。さらに、接触部20103−1,2を互いに独立に振動させることで、多彩な力覚を呈示できる。
図37A−図40に例示するように、本形態の基部20101は板状の部材であり、その底面20101b側には振動子20102−iがそれぞれ配置される凹部20101d−iが設けられている。前述のように基部20101はどのようなものであってもよく、例えば、スマートフォン端末装置などの移動体端末装置を含む部位を基部20101としてもよい。
凹部20101d−iの底面20101ba−iには、振動子20102−iの支持部201026−iが取り付けられている。これによって振動子20102−iは基部20101に支持され、振動子20102−iの一部は凹部20101d−iの内部に配置されている。振動子20102−iの可動部201025−iは、支持部201026−iに支持された状態で、D20−i軸に沿って支持部201026−iに対する非対称振動を行うことができる。本形態のD20−1軸とD20−2軸とは、互いに平行または略平行な互いに異なる軸である。以下、振動子20102−iの具体的な構成を例示する。
ケース201027−iおよびガイド201021−iの内壁面201021a−i側には貫通孔201028a−iが設けられており、内壁面201021b−i側には貫通孔201028b−iが設けられている。貫通孔201028a−iには棒状の連結部20102ea−iが挿入されており、貫通孔201028b−iには棒状の連結部20102eb−iが挿入されている。連結部20102ea−iの一端側は可動部201025−iの端部201025a−i側に接触し、連結部20102ea−iの他端側はケース201027−iの外部に配置された連結部20102da−iの一端側に回転可能(連結部20102ea−iの軸周りに回転可能)に支持されている。連結部20102eb−iの一端側は可動部201025−iの端部201025b−i側に接触し、連結部20102eb−iの他端側はケース201027−iの外部に配置された連結部20102db−iの一端側に回転可能(連結部20102eb−iの軸周りに回転可能)に支持されている。連結部20102ea−iの一端側は可動部201025−iの端部201025a−i側に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。連結部20102eb−iの一端側は可動部201025−iの端部201025b−i側に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。例えば、可動部201025−iの端部201025a−i,201025b−iが連結部20102ea−iの一端側と連結部20102db−iの一端側とで挟み込まれていてもよい。ただし、可動部201025−iの運動に伴って連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iが移動する必要がある。すなわち、連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iは、可動部201025−iとともに移動しなければならない。その他、連結部20102ea−iの一端側が可動部201025−iの端部201025a−i側と一体であってもよいし、連結部20102eb−iの一端側が可動部201025−iの端部201025b−i側と一体であってもよい。
各振動子20102−iの可動部201025−iには各接触部20103−iが取り付けられ、これによって各接触部20103−iが各振動子20102−iによって支持される。すなわち、各接触部20103−iは、各可動部201025−iに取り付けられており、かつ、各支持部201026−iに対して振動可能とされている。接触部20103−1と接触部20103−2とは互いに分離されており、非接触である。図37A,図37B,および図38Bに例示するように、本形態の接触部20103−iは、上述のように振動子20102−iを支持した基部20101を覆うケース状部材である。接触部20103−1は、支持部201026−1を支持した基部20101の外側の一部の領域を覆う形状に構成されており、接触部20103−2は、支持部201026−2を支持した基部20101の外側の他の一部の領域を覆う形状に構成されている。例えば、接触部20103−1,2は、支持部201026−1,2を支持した移動体端末装置である基部20101の外側の少なくとも一部の領域(例えば、一部の面)を覆うケースである。接触部20103−iは、可動部201025−iの非対称振動に基づく振動を伝導可能な硬さを持ち、把持部として機能する強度を持ち、かつ、できるだけ軽量な材質で構成されることが望ましい。このような材質としては、例えば、ABS樹脂等の合成樹脂を例示できる。
本形態の接触部20103−iとともに振動する系である「接触機構」それぞれの振動の平均振幅は、接触部20103−iとともに振動する系を支持する系である「ベース機構」の振動の平均振幅よりも大きい。ただし、「接触部20103−iとともに振動する系」および「接触部20103−iとともに振動する系を支持する系」は擬似力覚発生装置2001に含まれた系である。上述の構成の場合、接触部20103−iとともに振動する系である「接触機構」のそれぞれは、接触部20103−iおよび可動部201025−iを含む。各「接触機構」が、さらに連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iを含んでもよい。接触部20103−iとともに振動する系を支持する系である「ベース機構」は、支持部201026−iを含む。この「ベース機構」が、さらに基部20101、ばね201022−i,201023−i、およびコイル201024−iの少なくとも何れかを含んでもよい。
駆動制御装置20100は、例えば、CPU(central processing unit)等のプロセッサ(ハードウェア・プロセッサ)およびRAM(random-access memory)・ROM(read-only memory)等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。このコンピュータは1個のプロセッサやメモリを備えていてもよいし、複数個のプロセッサやメモリを備えていてもよい。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めROM等に記録されていてもよい。また、CPUのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路(circuitry)ではなく、プログラムを用いることなく処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。また、1個の装置を構成する電子回路が複数のCPUを含んでいてもよい。
擬似力覚発生装置2001の利用時には、擬似力覚発生装置2001の接触部20103−iの外側のみが掌2000で把持される(図40)。基部20101などのその他の部位は把持されない。これにより、接触部20103−iのみが皮膚に直接的に接触する部位として機能する。また、接触部20103−iが掌2000で直接把持されるのではなく、手袋などの部材を介して把持されてもよい。すなわち、接触部20103−iが間接的に掌2000で把持されてもよい。あるいは、手以外の人体の皮膚または粘膜に接触部20103−iを接触させてもよい。ただし、この場合でも基部20101などのその他の部位は人体に接触しない。つまり、接触部20103−iのみを皮膚または粘膜に直接的または間接的に接触する部位として機能させる。言い換えると、利用時の擬似力覚発生装置2001の重量は接触部20103−iによって支えられる。
本形態では、接触部20103−iが連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iを介して可動部201025−iに取り付けられていた。しかしながら、接触部20103−iが可動部201025−iと一体であってもよい。
第10実施形態では、基部20101の底面20101bおよび側面20101aのみが接触部20103−iで覆われていたが、基部20101の底面および側面だけではなく、上面も接触部で覆われていてもよい。なお、以下ではこれまで説明した事項との相違点を中心に説明し、既に説明した事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。
擬似力覚発生装置が備える振動子20102−iの配置や個数は、第10,11実施形態のものに限定されない。図44A−図46に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置2003は、基部20101、支持部201026−i(ただし、i=1,2,3)および支持部201026−iに対する非対称振動を行う可動部201025−iを含む振動子20102−i、および接触部20303−iを有する。本形態では、振動子20102−i(ただし、i=1,2,3)の支持部201026−iが「ベース機構側部材」に相当し、可動部201025−iが「接触機構側部材」に相当する。第10実施形態との相違点は、第10実施形態ではi=1,2であったのに対し、擬似力覚発生装置2004ではi=1,2,3であり、D20−3軸がD20−1,2軸と略直交し、振動子20102−1と振動子20102−2との間の領域に振動子20102−3が配置され、接触部20303−1と接触部20303−2との間に接触部20303−3が配置されることである。接触部20303−iの内側底面20303b−iには、振動子20102−iの可動部201025−iを取り付けるための凹部20303ba−iが設けられている。振動子20102−iを支持した基部20101は接触部20303−iの内側に収容され、振動子20102−iの可動部201025−iは、前述の連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iを介して凹部20303ba−iの底面側に取り付けられる。また、基部20101の底面20101bは接触部20303−iの内側底面20303b−iに対向して配置され、基部20101の側面20101aは接触部20303−iの内壁面20303a−iに対向して配置される。ただし、底面20101bと内側底面20303b−iとの間には間隙があり、これらは互いに接触していない。同様に側面20101aと内壁面20303a−iとの間には間隙があり、これらも互いに固定されていない。よって接触部20303−iは、基部20101、および支持部201026−iに対する振動(D20−i軸に沿った非対称振動)が可能である。接触部20303−1,2,3は互いに非接触であり、それぞれの運動は互いに独立している。接触部20303−1,2,3の非対称振動は、互いに非接触な状態で行われる。接触部20303−i(ただし、i=1,2,3)は、基部20101および支持部201026−iに対して周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した皮膚に当該非対称運動に基づく力を与える。接触部20303−1,2,3の何れか、または接触部20303−1,2,3のすべてが皮膚に当該非対称運動に基づく力を与えることで、所望の並進方向または回転方向の擬似的な力覚を呈示できる。例えば、接触部20303−1および接触部20303−2のみが同一方向(D20−1軸およびD20−2軸に沿った同一方向)に擬似的な力感覚を呈示する同位相の非対称振動を行った場合、接触部20303−iを把持する利用者は並進力覚を知覚する。接触部20303−1および接触部20303−2のみが逆方向(D20−1軸およびD20−2軸に沿った逆方向)に擬似的な力感覚を呈示する同位相の非対称振動を行った場合、接触部20303−iを把持する利用者は回転力覚を知覚する。接触部20303−1,3が非対称振動を行った場合、接触部20303−2,3が非対称振動を行った場合、または接触部20303−1,2,3が非対称振動を行った場合には、接触部20303−iを把持する利用者は、D20−1−D20−3軸に沿った任意の二次元方向の並進力覚および/または回転力覚を知覚する。その他は第10実施形態やその変形例と同じである。
第10−12実施形態では、振動子20102−iの支持部201026−iが基部20101に取り付けられており、振動子20102−iの可動部201025−iが連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iを介して接触部20103−iに取り付けられていた。しかし、基部20101と接触部20103−iとの位置関係が逆であってもよい。例えば、図37A,図37B,図38B,図48、図41A、および図41Bに例示する擬似力覚発生装置2004のように、支持部201026−iが接触部20103−iに取り付けられており、可動部201025−iが連結部20102da−i,20102db−i,20102ea−i,20102eb−iを介して基部20101の凹部20101d−iの底面20101ba−iに取り付けられていてもよい。すなわち、接触部20103−iが、支持部201026−iに取り付けられており、かつ、可動部201025−iに対して振動可能であってもよい。本形態では、振動子20102−i(ただし、i=1,2)の可動部201025−iが「ベース機構側部材」に相当し、支持部201026−iが「接触機構側部材」に相当する。
第10から13実施形態またはその変形例において、接触部20103−i同士が互いの振動を制限しないようにスライド機構や柔軟物を介して連結されていてもよい。例えば、図49Aおよび図49Bに例示する擬似力覚発生装置2005のように、接触部20103−1と接触部20103−2とが介在部20404aおよび20404bを介して連結されていてもよい。介在部20404aおよび20404bは、ウレタン、ゴム、バネなどの柔軟物であってもよいし、接触部20103−1,2がある程度独立に動作できる柔らかい剛性を持ったものであってもよいし、接触部20103−1が接触部20103−2に対してD20−1方向にスライド可能であり、かつ、接触部20103−2が接触部20103−1に対してD20−2方向にスライド可能なスライド機構であってもよい。
接触部、基部、支持部、および可動部の配置構成には様々なバリエーションがある。例えば、図50Aのように、第10実施形態の擬似力覚発生装置2001の接触部20103−1,2が接触部20603−1,2に置換された擬似力覚発生装置2006であってもよい。第10実施形態の接触部20103−1,2は基部20101の長手方向の端部の外方を覆っていたが、本形態の接触部20603−1,2は基部20101の長手方向の端部の外方を覆っていない。その点のみが第10実施形態との相違点である。また、図50Bのように、擬似力覚発生装置2006の接触部20103−1と接触部20103−2とが介在部20404aおよび20404bを介して連結された擬似力覚発生装置2007であってもよい。その他、複数の接触部が互いに平行な方向や直交する方向に非対称振動するのではなく、複数の接触部それぞれの非対称振動の方向がその他の角度θ(0°<θ<90°)であってもよい。また、基部の底面側と側面側とに独立した接触部が設けられ、それらが互いに独立に非対称振動してもよいし、基部の側面側に独立した接触部が設けられ、それらが互いに独立に非対称振動してもよいし、基部の底面側と上面側とに独立した接触部が設けられ、それらが互いに独立に非対称振動してもよい。
第16−20実施形態の擬似力覚発生装置は、「ベース機構」と、「ベース機構」に対して周期的な「非対称運動」を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に当該「非対称運動」に基づく力を与える「接触機構」と、を有する。「接触機構」は、「ベース機構」に対して「第1軸」に沿った非対称振動を行う「第1可動機構」と、「第1可動機構」とともに非対称振動を行う「第1板バネ機構」と、少なくとも一部が「第1板バネ機構」の外側に配置され、「第1板バネ機構」の「非対称振動」に基づく「非対称運動」を行う「接触部」と、を有する。「第1可動機構」は、「ベース機構」に対する非対称振動が可能な状態で「ベース機構」に支持されている。「第1板バネ機構」は、「第1軸」と向きの異なる「第2軸」に沿った方向の力が与えられたときに「第2軸」に沿った方向に弾性変形し、「第1可動機構」から「第1軸」に沿った方向の力が与えられたときに「第1軸」に沿った方向の力を「接触部」に与える。この構成では、「第1可動機構」とともに振動する「接触機構」の「接触部」から皮膚または粘膜に十分な大きさの力が伝達される。これにより、従来方式とストロークおよび出力が同じアクチュエータであったとしても、より明確に力覚を呈示できる。あるいは、従来よりもストロークおよび出力の小さなアクチュエータであったとしても、従来方式と同程度の力覚を呈示できる。すなわち、従来よりも効率的に力覚を呈示できる。また、「第1板バネ機構」は、「第1軸」と向きの異なる「第2軸」に沿った方向の力が与えられたときに「第2軸」に沿った方向に弾性変形する。これにより、与えられた「第2軸」に沿った方向の非対称振動が「第1可動機構」によって妨げられることを抑制し、「第2軸」に沿った方向の力を「接触部」に効率的に与えることができる。一般に、アクチュエータの軸受けにラジアル荷重が掛けられた場合には摩擦が増加し、アクチュエータの駆動を妨げるが、「第2板バネ機構」により「第2軸」に沿った方向の動きを逃がすことにより、該ラジアル荷重を減少することができる。つまり、「第2軸」に沿った方向の力によって「第1可動機構」の非対称振動が妨げられることも抑制し、「第1可動機構」から与えられる「第1軸」に沿った方向の力を効率的に「接触部」に与えることができる。すなわち、「第2軸」に沿った方向の力を「第1板バネ機構」によって逃がしながら、「第1可動機構」から与えられる「第1軸」に沿った方向の力を効率的に「接触部」に与えることができる。その結果、任意の方向に効率的に力覚を呈示できる。また、「第1板バネ機構」をABS樹脂等の合成樹脂で一体形成することもでき、さらに「ベース機構」および「接触機構」をすべて同じ材料で形成することもできる。3Dプリンタ形成によって「ベース機構」および「接触機構」を形成することもできる。このように、本形態の構成は、小型化、低価格化、成型しやすさの面でメリットがある。また、ヒンジやスライド機構で「第2軸」に沿った方向の力を逃がす構成では、摺動などによる摩擦やそれによる雑音などが発生するが、「第1板バネ機構」を用いた構成ではこのような問題は発生しない。
第16実施形態を説明する。
<構成>
図51−図53、図54A、図54B、図55Aおよび図55Bを用い、本形態の擬似力覚発生装置3001の構成を説明する。なお、図54Aおよび図54Bではケース30105を省略している。図51−図53、図54Aおよび図54Bに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置3001は、基部30101、固定部301011−1,301011−2,301012−2、振動子30102−1,30102−2、連結部301041−1,301042−1,301041−2,301042−2、板バネ部301043−1,301044−1,301043−2,301044−2、固定部301045、ケース30105、および接触部30103を有する。振動子30102−i(ただし、i=1,2)は、支持部301026−i、可動部301025−i、連結部30102ea−i,連結部30102eb−iを有する。
基部30101は、円盤形状の剛体または剛体とみなすことができる部材である。例えば、基部30101はABS樹脂等の合成樹脂から構成される。基部30101は、擬似力覚発生装置3001に専用の部材であってもよいし、スマートフォン端末装置などの電子機器の一部の部位であってもよい。基部30101の一方の板面30101b側には、固定部301011−1,301011−2,301012−2が固定または一体形成されている。固定部301011−1は、振動子30102−1の底面および底面付近の4側面の外形にフィットする矩形の枠である。固定部301011−1の枠内には振動子30102−1の底面側がはめ込まれ、これによって振動子30102−1の底面側(支持部301026−1の底面側)が基部30101の板面30101bに固定されている。固定部301011−2は、振動子30102−2の長手方向の一端側の底面および当該底面付近の3側面の外形にフィットする枠である。固定部301012−2は、振動子30102−2における長手方向の他端側の底面および当該底面付近の3側面の外形にフィットする枠である。固定部301011−2は、上述のように基部30101に固定された振動子30102−1の短手方向の一方の側面側に配置され、固定部301012−2は、振動子30102−1の短手方向の他方の側面側に配置されている。固定部301011−2,301012−2の厚みは振動子30102−1の厚みよりも厚く、固定部301011−2および固定部301012−2の枠内には、振動子30102−2の両端の底面側(支持部301026−2の両端の底面側)がそれぞれはめ込まれ、これによって振動子30102−2の両端の底面側が基部30101の板面30101bに固定されている。このように固定された振動子30102−1の長手方向と振動子30102−2の長手方向とでなす角度は略90°であり、振動子30102−2の中央部と基部30101の板面30101bとの間に振動子30102−1の中央部が配置されている。
振動子30102−i(ただし、i=1,2)は、支持部301026−i、支持部301026−iに対する非対称振動を行う可動部301025−i、可動部301025−iの長手方向の一端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる棒状の連結部30102eb−i、可動部301025−iの長手方向の他端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる連結部30102ea−iを有する。可動部301025−iは、支持部301026−iに支持された状態で、連結部30102ea−i,30102eb−iを通るL1−i軸(第i軸)に沿って支持部301026−iに対する非対称振動が可能である。これらの非対称振動の振動方向(L1−i軸の軸心方向)はいずれも基部30101の板面30101bと略平行であり、L1−1軸とL1−2軸とのなす角度は略90°である。以下に振動子30102−iの構成例を示す。
連結部301041−i,301042−i(ただし、i=1,2)は、柱状の剛体または剛体とみなすことができる部材である。連結部301041−i,301042−iは、例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成される。支持部301026−iの外部に配置された連結部30102ea−iの他端側は、連結部301042−iの一端側の側面を支持している。支持部301026−iの外部に配置された連結部30102eb−iの他端側は、連結部301041−iの一端側の側面を支持している。例えば、連結部30102ea−iの他端側は連結部301042−iの一端側の側面に固定または一体とされ、連結部30102eb−iの他端側は連結部301041−iの一端側の側面に固定または一体とされている。連結部301041−iは振動子30102−iの長手方向の一端側の外方に配置され、連結部301042−iは振動子30102−iの長手方向の他端側の外方に配置されている。連結部301041−i,301042−iはL1−i軸と略直交し、連結部301041−iと連結部301042−iとは互いに略平行に配置されている。本形態では、L1−i軸が基部30101の板面30101bに対して略平行となり、連結部301041−1,301041−2,301042−1,301042−2が互いに略平行となり、連結部301041−1,301041−2,301042−1,301042−2が板面30101bに対して略垂直となる。
板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−iは、弾性変形する板状のバネ部材である。例えば、ABS樹脂等の合成樹脂を薄い板状に成形したものを、板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−iとしてもよい。固定部301045は挿入孔301045eを備えた筒状(例えば、円筒状)の部材である。固定部301045は、例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成できる。板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−i、ならびに固定部301045を一体成型してもよい。板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−i(ただし、i=1,2)は、L1−i軸(第i軸)に沿った方向に並べられ、板バネ部301043−iと板バネ部301044−iとの間に固定部301045が配置されている。例えば、板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−iは、L1−i軸を含む平面に沿って配置され、これらはL1−i軸と略平行な直線に沿って配置されている。当該L1−1軸を含む平面とL1−2軸を含む平面とは互いに略直交し、これらの平面が交差する位置に固定部301045が配置されている。連結部301041−1の他端側の側面(第1可動機構の一端)は板バネ部301043−1(第1板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301043−1の他端は固定部301045を支持する。連結部301042−1の他端側の側面(第1可動機構の他端)は板バネ部301044−1(第2板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301044−1の他端は固定部301045を支持する。連結部301041−2の他端側の側面(第2可動機構の一端)は板バネ部301043−2(第3板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301043−2の他端は固定部301045を支持する。連結部301042−2の他端側の側面(第2可動機構の他端)は板バネ部301044−2(第4板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301044−2の他端は固定部301045を支持する。例えば、連結部301041−1の他端側の側面は板バネ部301043−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301043−1の他端は固定部301045に固定または一体とされている。例えば、連結部301042−1の他端側の側面は板バネ部301044−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301044−1の他端は固定部301045に固定または一体とされている。例えば、連結部301041−2の他端側の側面は板バネ部301043−2の一端に固定または一体とされ、板バネ部301043−2の他端は固定部301045と一体とされている。例えば、連結部301042−2の他端側の側面は板バネ部301044−2の一端に固定または一体とされ、板バネ部301044−2の他端は固定部301045に固定または一体とされている。板バネ部301043−i,301044−iの他端は、板バネ部301043−iの一端と板バネ部301044−iの一端との間に配置されている。後述のように、板バネ部301043−i,301044−iの他端に支持される固定部301045には接触部30103が固定される。これにより、板バネ部301043−i,301044−iの他端は、固定部301045を介して接触部30103を支持する。
接触部30103およびケース30105は、剛体または剛体とみなすことができる部材であり、例えば、ABS樹脂等の合成樹脂から構成される。接触部30103は、略円盤状の部材である円盤部30103aと、円盤部30103aの一方の板面側に突部301031とを有する。ケース30105は貫通孔301051が設けられたカップ形状の部材である。ケース30105は、上述のように構成された固定部301011−1,301011−2,301012−2、振動子30102−1,30102−2、連結部301041−1,301042−1,301041−2,301042−2、板バネ部301043−1,301044−1,301043−2,301044−2、および固定部301045を含む機構を収容し、基部30101に固定される。接触部30103の円盤部30103aはケース30105の外側に配置され、突部301031がケース30105の貫通孔301051に挿入され、ケース30105の内部に配置された固定部301045の挿入孔301045eに挿入される。これにより、接触部30103が固定部301045に固定される。
図56A−図57Bを用い、擬似力覚発生装置3001の動作を説明する。なお、図56A−図57Bでは、動作に伴う内部の動きを明示するためにケース30105および接触部30103を省略し、接触部30103の位置を二点鎖線で表した。実際にはケース30105および接触部30103が装着された擬似力覚発生装置3001(図51−図53)が以下の動作を行う。
第17実施形態を説明する。以下では、既に説明した事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。
<構成>
図58、図59、図60A−図60C、および図61A−図61Cを用い、本形態の擬似力覚発生装置3002の構成を説明する。なお、図61A−図61Cでは接触部30203を省略している。図58、図59、図60A−図60C、および図61A−図61Cに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置3002は、基部30201、電子装置302011、振動子30102−i(ただし、i=1,3)、板バネ部301043−1,301044−1、連結部301041−1,301042−1、固定部302045−1、連結部302045−3、および接触部30203を有する。振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、可動部301025−i、連結部30102ea−i,連結部30102eb−iを有する。
基部30201は、板状の剛体または剛体とみなすことができる部材である。例えば、基部30201は合成樹脂等から構成される。基部30201の例は、電子部品が実装された電子回路基板(例えば、スマートフォン端末装置の回路基板)である。基部30201の一方の板面30201a側には電子装置302011が固定されている。電子装置302011の例はバッテリーを含む電源装置などである。基部30201の他方の板面30201b側には、振動子30102−1の底面側(支持部301026−1の底面側)および振動子30102−3の底面側(支持部301026−3の底面側)が固定されている。固定された振動子30102−1の長手方向と振動子30102−3の長手方向とでなす角度は略90°である。振動子30102−1の長手方向は基部30201の一辺に沿って配置され、振動子30102−3の長手方向はこの一辺に略直交し、振動子30102−3を長手方向に延長した位置に振動子30102−1の中央部分が配置されている。
振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、支持部301026−iに対する非対称振動を行う可動部301025−i、可動部301025−iの長手方向の一端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる棒状の連結部30102eb−i、可動部301025−iの長手方向の他端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる連結部30102ea−iを有する。可動部301025−iは、支持部301026−iに支持された状態で、連結部30102ea−i,30102eb−iを通るL2−i軸(第i軸)に沿って支持部301026−iに対する非対称振動が可能である。これらの非対称振動の振動方向(L2−i軸の軸心方向)はいずれも基部30201の板面30201bと略平行であり、L2−1軸とL2−2軸とのなす角度は略90°である。振動子30102−iの構成例は第16実施形態で説明した通りである。
連結部301041−1,301042−1の構成は第16実施形態と同じである。
板バネ部301043−1,301044−1の構成は第16実施形態と同じである。ただし、板バネ部301043−1および301044−1の他端は固定部301045を支持するのではなく、固定部302045−1を支持する。固定部302045−1は挿入孔302045a−1,302045b−1を備えた板状の部材である。固定部302045−1は、例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成できる。板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−i、ならびに固定部302045−1を一体成型してもよい。板バネ部301043−1および板バネ部301044−1は、L2−1軸(第1軸)に沿った方向に並べられ、板バネ部301043−1と板バネ部301044−1との間に固定部302045−1が配置されている。例えば、板バネ部301043−1および板バネ部301044−1は、L2−2軸と略直交し、L2−1軸を含む平面に沿って配置され、これらはL2−1軸と略平行な直線に沿って配置されている。連結部301041−1の他端側の側面(第1可動機構の一端)は板バネ部301043−1(第1板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301043−1の他端は固定部302045−1を支持する。連結部301042−1の他端側の側面(第1可動機構の他端)は板バネ部301044−1(第2板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301044−1の他端は固定部302045−1を支持する。例えば、連結部301041−1の他端側の側面は板バネ部301043−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301043−1の他端は固定部302045−1に固定または一体とされている。例えば、連結部301042−1の他端側の側面は板バネ部301044−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301044−1の他端は固定部302045−1に固定または一体とされている。板バネ部301043−1,301044−1の他端は、板バネ部301043−1の一端と板バネ部301044−1の一端との間に配置されている。後述のように、板バネ部301043−1,301044−1の他端に支持される固定部302045−1には接触部30203が固定される。これにより、板バネ部301043−1,301044−1の他端は、固定部302045−1を介して接触部30203を支持する。
連結部302045−3は、略G型の剛体または剛体とみなせる部材である。例えば、連結部302045−3はABS樹脂等の合成樹脂から構成される。振動子30102−3の支持部301026−3の外部に配置された連結部30102ea−3の他端側は、連結部302045−3の一端302045b−3を支持している。支持部301026−3の外部に配置された連結部30102eb−3の他端側は、連結部302045−3の他端302045c−3を支持している。例えば、連結部30102ea−3の他端側は、連結部302045−3の一端302045b−3に固定または一体とされており、連結部30102eb−3の他端側は、連結部302045−3の他端302045c−3に固定または一体とされている。本形態では、振動子30102−1と連結部302045−3の他端302045c−3との間に連結部302045−3の一端302045b−3が配置されている。連結部302045−3の一端302045b−3および他端302045c−3ならびに連結部30102ea−3,30102eb−3の軸心はL2−2軸(第2軸)に沿って配置されている。連結部302045−3の他端302045c−3側には、挿入孔302045aa−3を備えた支持部302045a−3が設けられている。挿入孔302045aa−3の中心軸の軸心とL2−1軸とのなす角度、および、挿入孔302045aa−3の中心軸の軸心とL2−2軸とのなす角度は、いずれも略90°である。振動子30102−3を駆動すると、連結部302045−3は基部30201に対してL2−2軸(第2軸)に沿った非対称振動を行う。
接触部30203は、板状の剛体または剛体とみなせる部材である。例えば、接触部30203はABS樹脂等の合成樹脂から構成される。接触部30203の一方の板面30203a側には、突部302032,302033および円柱状の回転軸302031が設けられている。接触部30203はその板面30203a側を基部30201の板面30201b側に向けて配置され、突部302032,302033が固定部302045−1の挿入孔302045a−1,302045b−1に挿入され、回転軸302031が支持部302045a−3の挿入孔302045aa−3に挿入されている。突部302032,302033は挿入孔302045a−1,302045b−1に固定されており、回転軸302031は挿入孔302045aa−3に回転可能に支持されている。これにより、接触部30203は、連結部302045−3の支持部302045a−3(第3可動機構の一部)に回転可能に支持され、L2−1軸(第1軸)と略直交する回転軸302031を中心とした回転が可能である。さらに接触部30203は、可動部301025−3、連結部30102ea−3,30102eb−3、および連結部302045−3を含む機構(第3可動機構)とともに非対称振動を行うことが可能である。
図62A−図63Bを用い、擬似力覚発生装置3002の動作を説明する。なお、図62A−図63Bでは、動作に伴う内部の動きを明示するために接触部30203を省略し、接触部30203の位置を二点鎖線で表した。実際には接触部30203を備えた擬似力覚発生装置3002が以下の動作を行う(図59、図60A−図60C)。
第18実施形態を説明する。
<構成>
図64A−図64Cを用い、本形態の擬似力覚発生装置3003の構成を説明する。図64A−図64Cに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置3003は、基部30301、振動子30102−i(ただし、i=1,3)、板バネ部301043−1,301044−1、連結部301041−1,301042−1、固定部303045−1、連結部302045−3、および接触部30303を有する。振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、可動部301025−i、連結部30102ea−i,連結部30102eb−iを有する。
基部30301は、板状または棒状の剛体または剛体とみなすことができる部材である。例えば、基部30301は合成樹脂等から構成される。基部30301の例は、ゲーム機などのコントローラーの一部である。基部30301の一方の板面30301b側には、振動子30102−1の底面側(支持部301026−1の底面側)および振動子30102−3の底面側(支持部301026−3の底面側)が固定されている。固定された振動子30102−1の長手方向と振動子30102−3の長手方向とでなす角度は略90°である。振動子30102−1の長手方向は基部30301の一辺と略平行に配置され、振動子30102−3の長手方向はこの一辺に略直交し、振動子30102−3を長手方向に延長した位置に振動子30102−1の中央部分が配置されている。
振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、支持部301026−iに対する非対称振動を行う可動部301025−i、可動部301025−iの長手方向の一端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる棒状の連結部30102eb−i、可動部301025−iの長手方向の他端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる連結部30102ea−iを有する。可動部301025−iは、支持部301026−iに支持された状態で、連結部30102ea−i,30102eb−iを通るL3−i軸(第i軸)に沿って支持部301026−iに対する非対称振動が可能である。これらの非対称振動の振動方向(L3−i軸の軸心方向)はいずれも基部30301の板面30301bと略平行であり、L3−1軸とL3−2軸とのなす角度は略90°である。振動子30102−iの構成例は第16実施形態で説明した通りである。
連結部301041−1,301042−1の構成は第16実施形態と同じである。
板バネ部301043−1,301044−1の構成は第16実施形態と同じである。ただし、板バネ部301043−1および301044−1の他端は固定部301045を支持するのではなく、固定部303045−1を支持する。固定部303045−1は挿入孔303045a−1を備えた板状の部材である。固定部303045−1は、例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成できる。板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−i、ならびに固定部303045−1を一体成型してもよい。
連結部302045−3の構成は第17実施形態と同じである。ただし、本形態では、第17実施形態の構成とは反対向きに取り付けられており、振動子30102−1と連結部302045−3の一端302045b−3との間に挿入孔302045aa−3を備えた支持部302045a−3が配置されている。
接触部30303は、さや状の剛体または剛体とみなせる部材である。例えば、接触部30303はABS樹脂等の合成樹脂から構成される。接触部30303の一つの内壁面30303a側には、突部303032および円柱状の回転軸303031が設けられている。接触部30303はその内壁面30303a側を基部30301の板面30301b側に向けて配置され、突部303032が固定部303045−1の挿入孔303045a−1に挿入され、回転軸303031が支持部302045a−3の挿入孔302045aa−3に挿入されている。突部303032は挿入孔303045a−1に固定されており、回転軸303031は挿入孔302045aa−3に回転可能に支持されている。これにより、接触部30303は、連結部302045−3の支持部302045a−3(第3可動機構の一部)に回転可能に支持され、L3−1軸(第1軸)と略直交する回転軸303031を中心とした回転が可能であるとともに、可動部301025−3、連結部30102ea−3,30102eb−3、および連結部302045−3を含む機構(第3可動機構)とともに非対称振動を行うことが可能である。
図65A−図66Bを用い、擬似力覚発生装置3003の動作を説明する。なお、図65A−図66Bでは、動作に伴う内部の動きを明示するために接触部30303を省略し、接触部30303の位置を二点鎖線で表した。実際には接触部30303を備えた擬似力覚発生装置3003が以下の動作を行う(図64A−図64C)。
第19実施形態を説明する。以下では、既に説明した事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。
<構成>
図67、図68、図69A−図69C、および図70を用い、本形態の擬似力覚発生装置3004の構成を説明する。図67、図68、および図69A−図69C、および図70に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置3004は、基部30401、振動子30102−i(ただし、i=1,3)、板バネ部301043−1,301044−1、連結部301041−1,301042−1、固定部304045−1、連結部302045−3、台座30409、接続部30403、および接触部30408を有する。振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、可動部301025−i、連結部30102ea−i,連結部30102eb−iを有する。
基部30401は、板状の剛体または剛体とみなすことができる部材である。例えば、基部30401は合成樹脂等から構成される。基部30401の例は、電子部品が実装された電子回路基板(例えば、スマートフォン端末装置の回路基板)である。基部30401の一方の板面30401b側には、振動子30102−1の底面側(支持部301026−1の底面側)および板状の台座30409の一方の板面30409aが固定されている。台座30409の他方の板面30409bには、振動子30102−3の底面側(支持部301026−3の底面側)が固定されている。固定された振動子30102−1の長手方向と振動子30102−3の長手方向とでなす角度は略90°である。振動子30102−1の長手方向は基部30401の一辺に沿って配置され、振動子30102−3の長手方向はこの一辺に略直交し、振動子30102−3を長手方向に延長した位置に振動子30102−1の中央部分が配置されている。
振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、支持部301026−iに対する非対称振動を行う可動部301025−i、可動部301025−iの長手方向の一端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる棒状の連結部30102eb−i、可動部301025−iの長手方向の他端と接続または一体に構成され、当該長手方向に伸びる連結部30102ea−iを有する。可動部301025−iは、支持部301026−iに支持された状態で、連結部30102ea−i,30102eb−iを通るL4−i軸(第i軸)に沿って支持部301026−iに対する非対称振動が可能である。これらの非対称振動の振動方向(L4−i軸の軸心方向)はいずれも基部30401の板面30401bと略平行であり、L4−1軸とL4−2軸とのなす角度は略90°である。振動子30102−iの構成例は第16実施形態で説明した通りである。
連結部301041−1,301042−1の構成は第16実施形態と同じである。
板バネ部301043−1,301044−1の構成は第16実施形態と同じである。ただし、板バネ部301043−1および301044−1の他端は固定部301045を支持するのではなく、固定部304045−1を支持する。固定部304045−1は、円柱状の突部304045a−1を備えた板状の部材である。固定部304045−1は、例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成できる。板バネ部301043−iおよび板バネ部301044−i、ならびに固定部304045−1を一体成型してもよい。板バネ部301043−1および板バネ部301044−1は、L4−1軸(第1軸)に沿った方向に並べられ、板バネ部301043−1と板バネ部301044−1との間に固定部304045−1が配置されている。例えば、板バネ部301043−1および板バネ部301044−1は、L4−2軸と略直交し、L4−1軸を含む平面に沿って配置され、これらはL4−1軸と略平行な直線に沿って配置されている。連結部301041−1の他端側の側面(第1可動機構の一端)は板バネ部301043−1(第1板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301043−1の他端は固定部304045−1を支持する。連結部301042−1の他端側の側面(第1可動機構の他端)は板バネ部301044−1(第2板バネ部)の一端を支持し、板バネ部301044−1の他端は固定部304045−1を支持する。例えば、連結部301041−1の他端側の側面は板バネ部301043−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301043−1の他端は固定部304045−1に固定または一体とされている。例えば、連結部301042−1の他端側の側面は板バネ部301044−1の一端に固定または一体とされ、板バネ部301044−1の他端は固定部304045−1に固定または一体とされている。板バネ部301043−1,301044−1の他端は、板バネ部301043−1の一端と板バネ部301044−1の一端との間に配置されている。後述のように、板バネ部301043−1,301044−1の他端に支持される固定部304045−1には接触部30408が固定される。これにより、板バネ部301043−1,301044−1の他端は、固定部304045−1を介して接触部30408を支持する。突部304045a−1は、固定部304045−1の外方側(振動子30102−1側の反対側)に設けられている。
連結部302045−3の構成は、第17実施形態と同じである。振動子30102−3の支持部301026−3の外部に配置された連結部30102ea−3の他端側は、連結部302045−3の一端302045b−3を支持している。支持部301026−3の外部に配置された連結部30102eb−3の他端側は、連結部302045−3の他端302045c−3を支持している。連結部302045−3の一端302045b−3および他端302045c−3ならびに連結部30102ea−3,30102eb−3の軸心はL4−2軸(第2軸)に沿って配置されている。連結部302045−3の他端302045c−3側には、挿入孔302045aa−3を備えた支持部302045a−3が設けられている。挿入孔302045aa−3の中心軸の軸心とL4−1軸とのなす角度、および、挿入孔302045aa−3の中心軸の軸心とL4−2軸とのなす角度は、いずれも略90°である。振動子30102−3を駆動すると、連結部302045−3は基部30401に対してL4−2軸(第2軸)に沿った非対称振動を行う。
接続部30403は板状の剛体または剛体とみなせる部材であり、接触部30408は円盤状の剛体または剛体とみなせる部材である。これらは例えばABS樹脂等の合成樹脂から構成される。接続部30403の一端の一方の板面304033側には、円柱状の回転軸304031が設けられている。接続部30403の他端には、板面304033とその裏面である板面304032との間を貫通する貫通孔304034が設けられている。貫通孔304034の開口端は円状であり、貫通孔304034の内径は突部304045a−1の端面の外径よりも大きい。接触部30408の一方の板面30408b側の中央には、先端部が開放された円筒状の筒状突起部304081が設けられている。筒状突起部304081の軸心方向は板面30408bと略直交する。筒状突起部304081の外径は貫通孔304034の内径よりも若干小さく、筒状突起部304081の内径は突部304045a−1の端面の外径と略同一である。
図70を用い、擬似力覚発生装置3004の動作を説明する。利用者は自らの皮膚または粘膜を接触部30408に接触させた状態、または、皮膚または粘膜と接触部30408との間に布などを介在させた状態で擬似力覚発生装置3004を把持する。
第20実施形態を説明する。本形態は第19実施形態の変形例である。第20実施形態と第19実施形態との相違点は接触部の構造である。
図71A−図71Cおよび図72を用い、本形態の擬似力覚発生装置3005の構成を説明する。図71A−図71Cおよび図72に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置3005は、基部30401、振動子30102−i(ただし、i=1,3)、板バネ部301043−1,301044−1、連結部301041−1,301042−1、固定部304045−1、連結部302045−3、台座30409、接続部30403、および接触部30508を有する。振動子30102−i(ただし、i=1,3)は、支持部301026−i、可動部301025−i、連結部30102ea−i,連結部30102eb−iを有する。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、第1〜5実施形態やその変形例において、擬似力覚発生装置の基部(例えば、スマートフォン端末装置)が着脱可能であってもよい。この場合には、擬似力覚発生装置1〜5やその変形例の構成のうち基部101を除いた部分からなる装置が擬似力覚発生装置として流通してもよい。このような基部101は「ベース機構に取り付けられる機構」に相当する。この場合、「接触機構」の質量m1が「ベース機構」の質量と「ベース機構に取り付けられる機構」である基部101の質量との合計m2よりも小さければよい。0<m1/m2≦1/3であればより好ましい。また、連結部102ea−iが連結部102da−iに固定されていてもよいし、連結部102eb−iが連結部102db−iに固定されていてもよい。その他、連結部102da−i,102db−i,102ea−i,102eb−iが一体であってもよいし、さらにそれらと可動部や接触部などの部位が一体であってもよい。
Claims (13)
- 擬似力覚発生装置であって、
ベース機構と、
前記ベース機構に対して周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に前記非対称運動に基づく力を与える接触機構と、を有し、
前記接触機構の質量が前記ベース機構の質量よりも小さい、または、前記接触機構の質量が前記ベース機構の質量と前記ベース機構に取り付けられる機構の質量との合計よりも小さく、
前記ベース機構は、ベース機構側部材を含み、
前記接触機構は、前記ベース機構側部材に対する非対称振動を行う接触機構側部材と、少なくとも一部が前記接触機構側部材の外側に配置され、前記接触機構側部材の前記非対称振動に基づく非対称運動を行う接触部とを含み、
介在部材と第2介在部材をさらに有し、
前記ベース機構は、さらに第2ベース機構側部材を含み、
前記接触機構は、さらに前記第2ベース機構側部材に対する第2非対称振動を行う第2接触機構側部材を含み、
前記接触機構側部材は、第1軸に沿って前記ベース機構側部材に対する前記非対称振動を行う部材であり、
前記第2接触機構側部材は、第2軸に沿って前記第2ベース機構側部材に対する前記第2非対称振動を行う部材であり、
前記介在部材は、前記ベース機構側部材および前記第2ベース機構側部材を支持する基部と前記接触部との間に配置されており、
前記第2介在部材は、前記基部と前記接触部との間に配置されており、
前記基部は、前記ベース機構に含まれた機構であるか、または、前記ベース機構に取り付けられる機構であり、
前記介在部材は、前記非対称振動に基づく前記第1軸に沿った方向成分の力を前記接触部に与え、かつ、前記第1軸と異なる向きの軸に沿った方向への前記接触部の前記基部に対する移動を可能にする部材であり、
前記第2介在部材は、前記第2非対称振動に基づく前記第2軸に沿った方向成分の力を前記接触部に与え、かつ、前記第2軸と異なる向きの軸に沿った方向への前記接触部の前記基部に対する移動を可能にする部材であり、
前記接触部は、前記非対称振動および前記第2非対称振動の少なくとも一方に基づく力を与えられ、前記非対称振動および前記第2非対称振動の少なくとも一方に基づく非対称運動を行う部材である、擬似力覚発生装置。 - 請求項1の擬似力覚発生装置であって、
前記介在部材は、前記第1軸に沿った方向の剛性が前記第1軸と異なる向きの軸に沿った方向の剛性よりも高い部材であり、前記ベース機構側部材と前記基部との間に取り付けられているか、または、前記接触機構側部材と前記接触部との間に取り付けられており、
前記第2介在部材は、前記第2軸に沿った方向の剛性が前記第2軸と異なる向きの軸に沿った方向の剛性よりも高い部材であり、前記第2ベース機構側部材と前記基部との間に取り付けられているか、前記第2接触機構側部材と前記接触部との間に取り付けられている、擬似力覚発生装置。 - 請求項1の擬似力覚発生装置であって、
前記介在部材は、第1取り付け部と前記第1取り付け部に対してヒンジ軸周りに相対的に回転可能な第2取り付け部とを含むヒンジであり、前記ヒンジのヒンジ軸が前記第1軸に沿った向きに配置されており、前記第1取り付け部が前記ベース機構側部材側に取り付けられており、前記第2取り付け部が前記基部側に取り付けられているか、または、前記第1取り付け部が前記接触機構側部材側に取り付けられており、前記第2取り付け部が前記接触部側に取り付けられており、
前記第2介在部材は、第3取り付け部と前記第3取り付け部に対してヒンジ軸周りに相対的に回転可能な第4取り付け部とを含む第2ヒンジであり、前記第2ヒンジのヒンジ軸が前記第2軸に沿った向きに配置されており、前記第3取り付け部が前記第2ベース機構側部材側に取り付けられており、前記第4取り付け部が前記基部側に取り付けられているか、または、前記第3取り付け部が前記第2接触機構側部材側に取り付けられており、前記第4取り付け部が前記接触部側に取り付けられている、擬似力覚発生装置。 - 請求項1の擬似力覚発生装置であって、
前記介在部材は、レール部と前記レール部にスライド可能に支持されているスライド部とを含むスライド機構であり、前記レール部が前記第1軸と異なる向きのスライド軸に沿った向きに配置されており、前記スライド部は前記スライド軸に沿ってスライド可能であり、前記レール部が前記ベース機構側部材側に取り付けられており、前記スライド部が前記基部側に取り付けられているか、または、前記レール部が前記接触機構側部材側に取り付けられており、前記スライド部が前記接触部側に取り付けられており、
前記第2介在部材は、第2レール部と前記第2レール部にスライド可能に支持されている第2スライド部とを含む第2スライド機構であり、前記第2レール部が前記第2軸と異なる向きの第2スライド軸に沿った向きに配置されており、前記第2スライド部は前記第2スライド軸に沿ってスライド可能であり、前記第2レール部が前記第2ベース機構側部材側に取り付けられており、前記第2スライド部が前記基部側に取り付けられているか、または、前記第2レール部が前記第2接触機構側部材側に取り付けられており、前記第2スライド部が前記接触部側に取り付けられている、擬似力覚発生装置。 - 擬似力覚発生装置であって、
ベース機構と、
前記ベース機構に対して周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した皮膚または粘膜に前記非対称運動に基づく力を与える接触機構と、を有し、
前記接触機構の質量が前記ベース機構の質量よりも小さい、または、前記接触機構の質量が前記ベース機構の質量と前記ベース機構に取り付けられる機構の質量との合計よりも小さく、
前記ベース機構は、ベース機構側部材を含み、
前記接触機構は、前記ベース機構側部材に対する非対称振動を行う接触機構側部材と、少なくとも一部が前記接触機構側部材の外側に配置され、前記接触機構側部材の前記非対称振動に基づく非対称運動を行う接触部とを含み、
前記接触機構は、前記ベース機構に対して第1軸に沿った非対称振動を行う第1可動機構と、前記第1可動機構とともに前記非対称振動を行う第1板バネ機構と、少なくとも一部が前記第1板バネ機構の外側に配置され、前記第1板バネ機構の前記非対称振動に基づく非対称運動を行う接触部と、を有し、
前記第1板バネ機構は、前記第1軸と向きの異なる第2軸に沿った方向の力が与えられたときに前記第2軸に沿った方向に弾性変形し、前記第1可動機構から前記第1軸に沿った方向の力が与えられたときに前記第1軸に沿った方向の力を前記接触部に与える、擬似力覚発生装置。 - 請求項5の擬似力覚発生装置であって、
前記第1板バネ機構は、前記第1軸に沿った方向に並べられた第1板バネ部と第2板バネ部を有し、
前記第1可動機構の一端は前記第1板バネ部の一端を支持し、前記第1板バネ部の他端は前記接触部を支持し、
前記第1可動機構の他端は前記第2板バネ部の一端を支持し、前記第2板バネ部の他端は前記接触部を支持し、
前記第1板バネ部の他端および前記第2板バネ部の他端は、前記第1板バネ部の一端と前記第2板バネ部の一端との間に配置されている、擬似力覚発生装置。 - 請求項5または6の擬似力覚発生装置であって、
前記接触機構は、
前記ベース機構に対して前記第2軸に沿った第2非対称振動を行う第2可動機構と、
前記第2可動機構とともに前記第2非対称振動を行う第2板バネ機構と、をさらに有し、
前記接触部は、前記第2板バネ機構の前記第2非対称振動に基づく非対称振動を行い、
前記第2板バネ機構は、前記第1軸に沿った方向の力が与えられたときに前記第1軸に沿った方向に弾性変形し、前記第2可動機構から前記第2軸に沿った方向の力が与えられたときに前記第2軸に沿った方向の力を前記接触部に与える、擬似力覚発生装置。 - 請求項7の擬似力覚発生装置であって、
前記第2板バネ機構は、前記第2軸に沿った方向に並べられた第3板バネ部と第4板バネ部を有し、
前記第2可動機構の一端は前記第3板バネ部の一端を支持し、前記第3板バネ部の他端は前記接触部を支持し、
前記第2可動機構の他端は前記第4板バネ部の一端を支持し、前記第4板バネ部の他端は前記接触部を支持し、
前記第3板バネ部の他端および前記第4板バネ部の他端は、前記第3板バネ部の一端と前記第4板バネ部の一端との間に配置されている、擬似力覚発生装置。 - 請求項5または6の擬似力覚発生装置であって、
前記ベース機構に対して前記第2軸に沿った第3非対称振動を行う第3可動機構をさらに有し、
前記接触部は、前記第3可動機構の一部に回転可能に支持され、前記第1軸および前記第2軸と略直交する回転軸を中心とした回転が可能であり、前記第1板バネ機構の前記非対称振動および前記第3可動機構の前記第3非対称振動の少なくとも一方に基づく非対称運動を行う、擬似力覚発生装置。 - 請求項5または6の擬似力覚発生装置であって、
前記ベース機構に対して前記第2軸に沿った第3非対称振動を行う第3可動機構と、
一端が前記第3可動機構の一部に回転可能に支持された接続部と、
をさらに有し、
前記接触部は、前記接続部の他端に支持され、前記第1軸および前記第2軸と略直交する回転軸を中心とした回転が可能であり、前記第1板バネ機構の前記非対称振動および前記第3可動機構の前記第3非対称振動の少なくとも一方に基づく非対称運動を行う、擬似力覚発生装置。 - 請求項10の擬似力覚発生装置であって、
前記接続部の他端および前記接触部は前記第1板バネ機構の一部に取り付けられている、擬似力覚発生装置。 - 請求項10または11の擬似力覚発生装置であって、
前記接触部は、前記ベース機構の一方の面側に配置された第1領域と、前記第1領域の一端に支持された第2領域と、前記第2領域の他端に支持され、前記ベース機構の他方の面側に配置された第3領域と、を含み、
前記第1領域は、前記第1板バネ機構の前記一部に支持されており、
前記第1領域と前記第3領域との間に、前記ベース機構の少なくとも一部、前記第1可動機構の少なくとも一部、および前記第1板バネ機構の少なくとも一部が配置されている、擬似力覚発生装置。 - 請求項1から12の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記接触機構が前記皮膚または粘膜に与える力の波形パターンは、
第1の時間区間では、向きが所定方向であって絶対値が第1の閾値以上である力を表し、
前記第1の時間区間と異なる第2の時間区間では、向きが前記所定方向の反対方向であって絶対値が前記第1の閾値よりも小さな第2の閾値以内である力を表し、
前記第1の時間区間が前記第2の時間区間よりも短い、擬似力覚発生装置。
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