JP6729930B2 - 触覚評価方法および触覚評価システム - Google Patents

Description

本発明は、触覚評価方法および触覚評価システムに関し、特に、物体に触れたときに感じる触覚を定量的に評価する技術に関する。

人は物体を把持するとき、指先に覚える「滑る」感覚に応じて無意識に指への力の入れ具合を調整している。人が知覚するこのような滑る感覚は指先の固着率によって説明することができる。固着率は接触領域に対する固着領域の面積比として定義される。物体を把持するとき指の腹がある程度潰れて物体表面と接触する。接触領域とは指と物体との接触面全体のことをいう。接触領域の一部は指が物体に固着して滑りが生じない領域であり、残りの部分は物体の表面摩擦特性により滑りが生じる領域である。接触領域において滑りが生じない領域が固着領域である。すなわち、固着率が大きいほど滑りにくく、固着率が小さいほど滑りやすいと言える。

人が未知の物体を把持するとき、初めは物体の表面摩擦特性の違いにより固着率にばらつきがみられるが、物体把持に慣れてくると物体の表面摩擦係数の違いにかかわらず固着率がほぼ一定になることがわかっている。このように、人は表面摩擦特性が異なるさまざまな物体に対してその物体を把持する際の指への力の入れ具合を無意識に調整してその物体をうまく把持することができる。

人の手をまねたロボットに物体を把持させる場合、把持力が強すぎると物体が壊れるおそれがあり、逆に把持力が弱すぎるとロボットの指先と物体との接触領域に全面滑りが生じて物体をうまく把持することができない。かかる問題に関して、指に相当する弾性体を測定対象物に接触させたときの接触面の変形情報、接触面に働く接線方向の力、および弾性体の物性定数に基づいて指が全面滑りを起こすまでの滑り余裕や摩擦係数を計測する触覚センサが下記特許文献１に開示されている。

国際公開第２００６／０３０５７０号

人が物体に触れたときに感じる触覚は物体間の滑り余裕や摩擦係数によって一定程度評価することはできる。しかし、物体表面の微細な凹凸（例えば、布や紙の場合には表面の毛羽立ち具合）や手の濡れ具合などによっても触覚は変わり得るため、触覚評価においてこれらの観点も考慮する必要がある。

上記問題に鑑み、本発明は、物体に触れたときに感じる触覚を定量的に高精度に評価する方法およびシステムを提供することを目的とする。

本発明の一局面に従った触覚評価方法は、被検体に弾性材料でできた擬似指を一定の力で押し当てるステップと、被検体に擬似指を押し当てた状態で擬似指または被検体を動かすステップと、擬似指または被検体を動かしたときの擬似指と被検体との接触面の変化を取得するステップと、擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係をパラメータ化するステップと、得られたパラメータに基づいて被検体に触れたときの触覚を定量的に評価するステップとを備える。

また、上記触覚評価方法を実施するための触覚評価システムは、被検体に弾性材料でできた擬似指を一定の力で押し当てる第１の機構と、被検体に擬似指を押し当てた状態で擬似指または被検体を動かす第２の機構と、擬似指と被検体との接触面を測定する測定装置と、擬似指または被検体を動かしたときの接触面の変化を取得し、擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係をパラメータ化し、得られたパラメータに基づいて被検体に触れたときの触覚を定量的に評価する計算処理装置とを備える。

上記触覚評価方法および上記触覚評価システムによると、擬似指を一定の力で被検体に押し当てた状態で擬似指または被検体を動かしたときの擬似指または被検体の動きと擬似指と被検体との接触面との変化の関係をパラメータ化し、当該パラメータに基づいて触覚が定量的に評価される。被検体表面の微細な凹凸や擬似指の濡れ具合などによって得られるパラメータが変わり得ることから、これら観点も考慮した高精度な触覚評価が可能になる。

被検体を動かすステップにおいて擬似指の押し当て方向に対して垂直となる方向に擬似指または被検体を移動させてもよく、接触面の変化を取得するステップにおいて接触面の偏心度を計算してもよく、パラメータ化するステップにおいて擬似指または被検体の移動量と接触面の偏心度との関係をパラメータ化してもよい。

被検体を動かすステップにおいて擬似指の押し当て方向の軸回りに擬似指または被検体を回転させてもよく、接触面の変化を取得するステップにおいて接触面の回転度を計算してもよく、パラメータ化するステップにおいて擬似指または被検体の回転角度と接触面の回転度との関係をパラメータ化してもよい。

擬似指が透明ゲルで形成されていてもよく、接触面の変化を取得するステップにおいて擬似指の平面視方向から接触面を撮像して接触面を測定してもよい。さらに、接触面の変化を取得するステップにおいて接触面の周りから接触面に平行に光を当てた状態で接触面を撮像してもよい。

接触面の変化を取得するステップにおいて擬似指と被検体との接触箇所の周りを測距して接触面を測定してもよい。具体的には、接触面の変化を取得するステップにおいて被検体の周りに配したフォトリフレクタにより擬似指と被検体との接触箇所の周りを測距してもよい。

擬似指が透明ゲルで形成されていてもよく、測定装置が擬似指の上方から接触面を撮像するカメラであってもよい。

測定装置が、擬似指の先端の周囲に配置され、擬似指と被検体との接触箇所までの距離を測定する複数の測距素子を含んでいてもよい。

本発明によると、物体に触れたときに感じる触覚を定量的に高精度に評価することができる。

指と物体との接触面を示す模式図 Hertzの接触理論を説明する図 固着率と相対変位との関係を表したグラフ 接線方向の力を印加する前後の指と物体との接触面の変化の例を示す図 検証実験を説明する図 擬似指を被検体に押し当てた状態で被検体をスライドさせたときの接触面の偏心度とスライド量との関係を表したグラフ 本発明の一実施形態に係る触覚評価方法の手順を示すフローチャート 回転前後の指と物体との接触面の変化の例を示す図 第１の実施形態に係る触覚評価システムの模式図 第１の実施形態において被検体と接触した擬似指を平面視した模式図 第２の実施形態に係る触覚評価システムの模式図 第２の実施形態において被検体と接触した擬似指を平面視した模式図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者らは、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、図面に描かれた各部材の寸法、厚み、細部の詳細形状などは実際のものとは異なることがある。

１．本発明の基礎となった知見
（１）固着率
図１は、指と物体との接触面を示す模式図である。上述したように、弾性体である指が物体に接触するとき、指の腹がある程度潰れて接触領域（接触面）が形成される。便宜のため、接触面を円形とし、その半径をｒｓとする。さらに、接触面の中央部に円形の固着領域が形成されるものとし、その半径をｒｃとする。このとき、固着率ｓは次式１で表される。

（２）固着率と相対変位との関係
二物体の弾性接触としてHertz接触が知られている。図２は、Hertzの接触理論を説明する図である。Hertz接触は指が物体に接触するときのモデル（以下、指先接触モデルと称する）として扱うことができる。

図２において、指に相当する弾性体が剛性体の表面の法線方向に力Ｆ_ｇで接触し、弾性体の先端に接線方向（ｘ軸方向）へ力Ｆ_ｌが印加され、弾性体と剛性体との接触箇所に図１に示したような接触面が形成されているものとする。

ここで、剛性体表面の摩擦係数をμとすると、固着領域の大きさは摩擦係数μ、法線方向の力Ｆ_ｇおよび接線方向の力Ｆ_ｌに影響を受けることから次式２が成り立つ。

式１および式２から、指先接触モデルにおける固着率ｓは次式３のように表される。

一方、Hertz接触において、弾性体に接線方向の力Ｆ_ｌが印加されることで、弾性体と剛性体との接触面に微小な相対変位が生じる。Hertzの接触理論によるとこの相対変位δは次式４のように表される。

ただし、式４においてＧ＝Ｅ／｛２（１＋ν）｝であり、Ｅは縦弾性係数、νは動粘性係数である。

ここで式３を変形して次式５が得られる。

式５を式４に代入することで次式６が得られる。

式６から、固着率ｓが減少するにつれて相対変位δが増大することがわかる。図３は、固着率ｓと相対変位δとの関係を表したグラフである。

（３）偏心度と相対変位との関係
図４は、接線方向の力Ｆ_ｌを印加する前後の指と物体との接触面の変化の例を示す図である。図４左側は力Ｆ_ｌが印加されていない初期状態の接触面を示し、図４右側はｘ軸方向に力Ｆ_ｌが印加されたときの変形後の接触面を示す。初期状態の接触面の重心を原点Ｏとする。初期状態の接触面において第１象限の面積をＳ_ｓ１、第２象限の面積をＳ_ｓ２、第３象限の面積をＳ_ｓ３、第４象限の面積をＳ_ｓ４とする。また、変形後の接触面において第１象限の面積をＳ_ｔ１、第２象限の面積をＳ_ｔ２、第３象限の面積をＳ_ｔ３、第４象限の面積をＳ_ｔ４とする。このとき、ｘ軸の偏心度ｅは次式７で定義される。

偏心度ｅとHertz接触における相対変位δとの間には次式８の関係式が成り立つことがわかっている。

すなわち、偏心度ｅは相対変位δと比例関係にある。このことから偏心度ｅは固着率ｓとも関係があり、式６および式８から、固着率ｓが減少するにつれて偏心度ｅが増大することがわかる。換言すると、偏心度ｅにより固着率ｓの大小を評価することができる、すなわち、物体表面の滑りにくさまたは滑りやすさを評価することができる。

（４）検証実験
物体の表面特性の違いによる偏心度の違いを検証するために次のような実験を行った。図５は検証実験を説明する図である。被検体に弾性材料でできた擬似指を一定の力で押し当てた状態で被検体を一定速度でスライドさせ、そのときの擬似指と被検体との接触面の変化を観察する。被検体は２種類用意し、一つは表面に凹凸のある滑りにくい素材Ａであり、もう一つは表面に凹凸のない滑りやすい素材Ｂである。被検体に擬似指を５［Ｎ］の力で押し当てて被検体を速度２．５［ｍｍ／ｓ］で１０［ｍｍ］までスライドさせる試行を５回行った。

図６は、検証実験の結果を表すグラフである。グラフの横軸は被検体のスライド量、縦軸は接触面の偏心度であり、グラフは全試行の平均を表す。被検体のスライド量はHertz接触における相対変位δに相当する。図６のグラフからわかるように素材Ａおよび素材Ｂともにスライド量が大きくなるに従って偏心度が大きくなる。ただし、同じスライド量でも素材Ｂよりも素材Ａの方が偏心度が小さい。すなわち、滑りにくい素材はスライド量の増加に対して偏心度の増加が小さく、滑りやすい素材はスライド量の増加に対して偏心度の増加が大きい。したがって、図６のグラフを例えば直線近似することでその傾きの大小によって素材の表面特性を評価することができる。

２．触覚評価方法
発明者は上記知見に基づいて、物体の表面特性の違いにより人がさまざまに感じる触覚を定量的に評価する方法を発明した。以下、本発明に係る触覚評価方法について説明する。

本発明に係る触覚評価方法は、擬似指を被検体の表面に接触させて試験することで被検体表面のざらつき感やつるつる・すべすべ感といった触覚を定量的に評価するものである。擬似指は略球欠状の弾性材料でできており、人の指先に相当する。被検体に特に制限はなく、繊維、紙、プラスチック、ガラス、金属、自然物、人工物などさまざまなものを使用することができる。本発明に係る触覚評価方法は後述の触覚評価システムにより実施することができる。触覚評価方法の詳細を先に説明する。

図７は、本発明の一実施形態に係る触覚評価方法の手順を示すフローチャートである。まず、試料台に被検体を載置して被検体の表面に擬似指の球冠を一定の力で押し当てる（Ｓ１）。ここで、被検体に擬似指を押し当てるための機構（第１の機構）を用いる。さらに言うと、擬似指の押し当て力を測定するための力センサを設置して、第１の機構は力センサの測定値が常に一定になるように擬似指の押し当て力を調整することが好ましい。

なお、被検体を固定して擬似指を移動させて被検体に擬似指を押し当ててもよいし、逆に擬似指を固定して被検体を移動させて被検体に擬似指を押し当てるようにしてもよい。また、力センサは被検体側または擬似指側に設置すればよい。

次に、被検体に擬似指を押し当てた状態で擬似指または被検体を動かす（Ｓ２）。ここで、擬似指または被検体を動かすための機構（第２の機構）を用いる。第２の機構は被検体が載置された試料台を動かしてもよいし、逆に擬似指を動かしてもよい。擬似指または被検体を動かす方向は、擬似指の押し当て方向に対して垂直となる方向である。擬似指または被検体の動かし方は、例えば、一定速度でスライドさせる、一定周期で往復運動させるなどである。あるいは、第２の機構は被検体が載置された試料台を擬似指の押し当て方向の軸回りに回転させてもよいし、逆に擬似指を当該軸回りに回転させてもよい。

次に、被検体または擬似指を動かしたときの擬似指と被検体との接触面の変化を取得する（Ｓ３）。ここで、擬似指と被検体との接触面を測定する測定装置と、擬似指または被検体を動かしたときの接触面の変化を取得する計算処理装置とを用いる。

擬似指は弾性材料でできているため、被検体に押し当てられることで擬似指の球冠は一定程度潰れて被検体と面接触する。測定装置はそのような面接触した領域を測定する。計算処理装置は測定装置の測定結果から擬似指と被検体との接触面の輪郭を抽出する。なお、接触面の輪郭抽出処理は周知の画像処理技術を用いて行うことができる。

被検体に擬似指を押し当てた状態で擬似指または被検体を動かすと擬似指と被検体との接触面が変形する。計算処理装置は、擬似指または被検体を動かす前の接触面を初期状態の接触面として、擬似指または被検体を動かして変形した接触面の偏心度を計算する。より詳細には、計算処理装置は測定装置から初期状態の接触面の画像情報を受け、当該接触面の重心Ｏを求めて各象限の面積Ｓ_ｓ１，Ｓ_ｓ２，Ｓ_ｓ３，Ｓ_ｓ４を計算する。さらに計算処理装置は測定装置から変形後の接触面の画像情報を受け、当該接触面の各象限の面積Ｓ_ｔ１，Ｓ_ｔ２，Ｓ_ｔ３，Ｓ_ｔ４を計算して式７に従って偏心度を計算する。なお、接触面の重心を求める処理および各象限の面積計算は周知の画像処理技術を用いて行うことができる。

被検体または擬似指を擬似指の押し当て方向の軸回りに回転させる場合には、被検体と擬似指との接触面の変化を評価する尺度として回転度を用いることができる。図８は、回転前後の指（擬似指）と物体（被検体）との接触面の変化の例を示す図である。図８左側は初期状態の接触面を示す。初期状態の接触面の重心を原点Ｏとする。図８右側は原点Ｏを中心に左回りに角度θだけ回転したときの回転後の接触面を示す。初期状態の接触面の第１象限の面積をＳ（０）、回転後の接触面の第１象限の面積をＳ（θ）として、回転度ｒは、
ｒ＝Ｓ（θ）／Ｓ（０）
で定義することができる。このように、回転度は擬似指と被検体との接触面の回転角がわからなくても面積比で計算できる点で有利である。計算処理装置は第２の機構から回転角度の情報を得なくとも測定装置から得た擬似指と被検体との接触面の画像情報から回転度を計算することができる。

次に、擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係をパラメータ化する（Ｓ４）。ここで、擬似指または被検体の動きと、擬似指と被検体との接触面の変化との関係をパラメータ化する計算処理装置を用いる。例えば、試料台を一定速度でスライドさせて被検体の動きと偏心度との関係が図６のグラフのようになったとする。この場合、計算処理装置は、被検体の動きと偏心度との関係を直線近似してその直線の傾きをパラメータとして抽出することができる。

なお、擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係のパラメータ化は直線近似に限られない。高次関数、対数関数、指数関数などの非線形関数で近似してもよい。さらに、得られた擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係をいくつかの区間に分割して、各区間で異なる関数に近似してもよい。あるいは、往復運動させる場合にはヒステリシスの大きさをパラメータとして抽出することができる。また、被検体の表面が乾いているときと水分を与えたときの各条件下で抽出したパラメータの変化の度合い、あるいは、擬似指の表面特性やサイズをさまざまに変更したときのパラメータの変化の度合いを新たなパラメータとして抽出することができる。

最後に、得られたパラメータに基づいて被検体に触れたときの触覚を定量的に評価する（Ｓ５）。ここで、被検体の触覚を定量的に評価する計算処理装置を用いる。例えば、擬似指または被検体の動きと接触面の変化との関係を直線近似した場合、計算処理装置は当該直線の傾きを当該被検体に触れたときの触覚を表す評価値として評価結果を出力する。

３．触覚評価システム
次に、上記の触覚評価方法を実施する触覚評価システムについて説明する。

（第１の実施形態）
図９は、第１の実施形態に係る触覚評価システムの模式図である。便宜のため、図の左右方向をＸ軸方向、図の奥行き方向をＹ軸方向、図の上下方向をＺ軸方向とする。

本実施形態に係る触覚評価システム１００Ａにおいて、支持台１０の上面に水平スライド機構１１が可動自在に設置されている。水平スライド機構１１は図略のモータ、ギア、駆動軸などを備えており、支持台１０上でＸ軸方向およびＹ軸方向に可動し、さらにＸＹ平面上で回転することもできる。水平スライド機構１１は上記の第２の機構に相当する。

水平スライド機構１１の上面に試料台１２が設置されている。試料台１２は触覚評価システム１００Ａによる評価対象となる被検体１０１が載置されるステージである。なお、被検体１０１として薄いシート状のものを想定している。

試料台１２の適当な箇所に力センサ１３が設置されている。力センサ１３は試料台１２に対して法線方向に加わる力を計測する。

試料台１２の周囲を取り囲むように適当な間隔で光源１４，１４，・・・が配設されている。光源１４，１４，・・・は、試料台１２の上面に略平行に試料台１２の中心方向に光１４ａ，１４ａ，…を照射する。

水平スライド機構１１の上面に垂直スライド機構１５が設置されている。垂直スライド機構１５は、水平スライド機構１１に設置された支持部１５ａと、支持部１５ａに接続されたアーム１５ｂと、アーム１５ｂに把持された透明板１５ｃとを備える。垂直スライド機構１５は上記の第１の機構に相当する。

垂直スライド機構１５は図略のモータ、ギア、軸などを備えており、アーム１５ｂをＺ軸方向に駆動する。透明板１５ｃは試料台１２の上方略中央部に試料台１２の上面と平行に配置されている。

透明板１５ｃの下面に透明の擬似指１６が設置されている。擬似指１６は弾性特性を有する透明ゲルでできており、その形状は略球欠である。擬似指１６の平面は透明板１５ｃの下面と接触し、擬似指１６の球冠は試料台１２側を向いている。すなわち、垂直スライド機構１５のアーム１５ｂがＺ軸方向下へ駆動されることで、擬似指１６の球冠の先端部分が試料台１２に載置された被検体１０１の表面に押し当てられるようになっている。そしてそのときの押し当て力が力センサ１３によって計測される。

アーム１５ｂの上端部にカメラ１７が設置されている。カメラ１７は、試料台１２の上方略中央部に当たる位置に配置され、擬似指１６の上方から擬似指１６と被検体１０１との接触面を撮像する。カメラ１７は上記の測定装置に相当する。

図１０は、第１の実施形態において被検体１０１と接触した擬似指１６を平面視した模式図である。便宜のため、試料台１２は円形とし、試料台１２の周囲に８個の光源１４，１４，・・・が配置されているものとし、被検体１０１、透明板１５ｃ、カメラ１７などの図示は省略している。被検体１０１と接触した擬似指１６を平面視すると、擬似指１６と被検体１０１との接触領域１６ａと非接触領域１６ｂとで違った画像に見える。ここで光源１４，１４，・・・から試料台１２の中心方向に光１４ａ，１４ａ，・・・を照射することで、非接触領域１６ｂは光１４ａ，１４ａ，・・・をよく透過するため明るく見えるが、接触領域１６ａは光１４ａ，１４ａ，・・・が乱反射するため暗く見える。このように光源１４，１４，・・・から光１４ａ，１４ａ，・・・を照射することにより接触領域１６ａをより明確に捉えて、擬似指１６と被検体１０１との接触面をより正確に測定することができる。

図９へ戻り、水平スライド機構１１、力センサ１３、垂直スライド機構１５、およびカメラ１７は、コンピュータ２０に接続されている。コンピュータ２０は上記の計算処理装置に相当する。コンピュータ２０は力センサ１３から信号を受けて、擬似指１６の押し当て力が一定になるように垂直スライド機構１５を制御する。また、コンピュータ２０は擬似指１６を被検体１０１に一定の力で押し当てた状態で水平スライド機構１１を制御して試料台１２に載置された被検体１０１を決められた通りに動かす。そして、コンピュータ２０は、カメラ１７が撮像した画像を解析して擬似指１６と被検体１０１との接触面を抽出し、その偏心度を計算する。さらに、コンピュータ２０は、被検体１０１の動きと偏心度との関係をパラメータ化し、得られたパラメータに基づいて被検体１０１に触れたときの触覚を定量的に評価して評価結果を出力する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態に係る触覚評価システム１００Ａでは透明ゲルでできた擬似指１６を使用する必要がある。被検体１０１の下に圧力分布センサを設ければ当該圧力分布センサの信号から擬似指１６と被検体１０１との接触面が計算できるため、擬似指１６を透明ゲルにする必要はなくなるが、圧力分布センサの精度が低いため接触面を高精度に測定することが困難である。また、第１の実施形態に係る触覚評価システム１００Ａでは被検体１０１は薄いシート状のものに制限される。第２の実施形態に係る触覚評価システムはこれらの制限をなくすものである。

図１１は、第２の実施形態に係る触覚評価システムの模式図である。便宜のため、図の左右方向をＸ軸方向、図の奥行き方向をＹ軸方向、図の上下方向をＺ軸方向とする。

本実施形態に係る触覚評価システム１００Ｂにおいて、支持台１０の上面に水平スライド機構１１が可動自在に設置されている。水平スライド機構１１は図略のモータ、ギア、駆動軸などを備えており、支持台１０上でＸ軸方向およびＹ軸方向に可動し、さらにＸＹ平面上で回転することもできる。水平スライド機構１１は上記の第２の機構に相当する。

水平スライド機構１１の上面に試料台１２が設置されている。試料台１２は、水平スライド機構１１の上面に設置された下部ステージ１２ａと、その上方に位置する上部ステージ１２ｂと、これら両ステージを連結する関節機構１２ｃ，１２ｃ，・・・とを備える。関節機構１２ｃ，１２ｃ，・・・は図略のモータ、ギア、軸などを備えており、上部ステージ１２ｂをＺ軸方向に駆動する。さらに、関節機構１２ｃ，１２ｃ，・・・は上部ステージ１２ｂを任意の角度に傾斜させることができる。上部ステージ１２ｂは触覚評価システム１００Ｂによる評価対象となる被検体１０１が載置されるステージである。なお、被検体１０１として薄いシート状のものに限らず、任意の厚み、任意の立体形状のものを使用することができる。

水平スライド機構１１の上面にフレーム２１，２１が立設されている。一方のフレーム２１に関節機構２２が設置されている。関節機構２２の先端部は力センサ１３を介して、擬似指１６が取り付けられる取付板２３に接続されている。関節機構２２は上記の第１の機構に相当する。

取付板２３の下面に擬似指１６が設置されている。擬似指１６は弾性材料でできており、その形状は略球欠である。擬似指１６の平面は取付板２３の下面と接触し、擬似指１６の球冠は試料台１２側を向いている。すなわち、関節機構２２が取付板２３をＺ軸方向下へ駆動することで、擬似指１６の球冠の先端部分が試料台１２の上部ステージ１２ｂに載置された被検体１０１の表面に押し当てられるようになっている。そしてそのときの押し当て力が力センサ１３によって計測される。

２つのフレーム２１，２１に平面視円環形状の円環フレーム２４が支持されている。円環フレーム２４は擬似指１６の球冠の先端部分を取り囲むように配置されている。

円環フレーム２４の内面にフォトリフレクタやレーザー変位計などの測距素子２５，２５，・・・が適当な間隔で配置されている。測距素子２５，２５，・・・は円環フレーム２４の内側に存在する物体に光２５ａ，２５ａ，・・・を発光し、その反射光２５ｂ，２５ｂ，・・・を受光することでその物体まで距離を測定する。

図１２は、第２の実施形態において被検体１０１と接触した擬似指１６を平面視した模式図である。便宜のため、円環フレーム２４の内面に８個の測距素子２５，２５，・・・が配置されているものとし、関節機構２２、取付板２３、力センサ１３などの図示は省略している。擬似指１６と被検体１０１とが接触して接触領域１６ａが形成されている場合、測距素子２５，２５，・・・が発光した光２５ａ，２５ａ，・・・は擬似指１６と被検体１０１との接触領域１６ａで反射し、測距素子２５，２５，・・・は反射光２５ｂ，２５ｂ，・・・を受光する。そして、各測距素子２５の測定結果を総合することで擬似指１６と被検体１０１との接触領域１６ａの接触面を抽出することができる。

なお、円環フレーム２４と擬似指１６の先端部とに位置ずれがあると、測距素子２５，２５，・・・が擬似指１６と被検体１０１との接触面をピンポイントで測距することは難しい。そこで、Ｚ軸方向にある程度の範囲を持たせて当該接触面を測距し、その平均値を用いるようにしてもよい。

図１１へ戻り、水平スライド機構１１、関節機構１２ｃ，１２ｃ，・・・、力センサ１３、関節機構２２、および測距素子２５，２５，・・・は、コンピュータ２０に接続されている。コンピュータ２０は上記の計算処理装置に相当する。コンピュータ２０は力センサ１３から信号を受けて、擬似指１６の押し当て力が一定になるように関節機構２２を制御する。また、コンピュータ２０は擬似指１６を被検体１０１に一定の力で押し当てた状態で水平スライド機構１１を制御して試料台１２に載置された被検体１０１を決められた通りに動かす。そして、コンピュータ２０は、測距素子２５，２５，・・・の信号を解析して擬似指１６と被検体１０１との接触面を抽出し、その偏心度を計算する。さらに、コンピュータ２０は、被検体１０１の動きと偏心度との関係をパラメータ化し、得られたパラメータに基づいて被検体１０１に触れたときの触覚を定量的に評価して評価結果を出力する。

以上のように本実施形態によると、擬似指１６を一定の力で被検体１０１に押し当てた状態で擬似指１６または被検体１０１を動かしたときの擬似指１６または被検体１０１の動きと擬似指１６と被検体１０１との接触面との変化の関係をパラメータ化し、当該パラメータに基づいて触覚が定量的に評価される。被検体１０１表面の微細な凹凸や擬似指１６の濡れ具合などによって得られるパラメータが変わり得ることから、これら観点も考慮した高精度な触覚評価が可能になる。

以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

１００Ａ，１００Ｂ 触覚評価システム
１０１ 被検体
１６ 擬似指
１５ 垂直スライド機構（第１の機構）
２２ 関節機構（第１の機構）
１１ 水平スライド機構（第２の機構）
１７ カメラ（測定装置）
２５ 測距素子（測定装置）
２０ コンピュータ（計算処理装置）

Claims (10)

1. 被検体に弾性材料でできた擬似指を一定の力で押し当てるステップと、
   前記被検体に前記擬似指を一定の力で押し当てた状態で前記擬似指の押し当て方向に対して垂直となる方向に前記擬似指または前記被検体を動かすステップと、
   前記擬似指または前記被検体を動かしたときの前記擬似指と前記被検体との接触面の変化を取得して当該接触面の偏心度を計算するステップと、
   前記擬似指または前記被検体の移動量と前記接触面の偏心度との関係をパラメータ化するステップと、
   得られたパラメータに基づいて前記被検体に触れたときの触覚を定量的に評価するステップとを備える触覚評価方法。
2. 前記被検体を動かすステップにおいて前記擬似指の押し当て方向の軸回りに前記擬似指または前記被検体を回転させ、
   前記接触面の変化を取得するステップにおいて前記接触面の回転度を計算し、
   前記パラメータ化するステップにおいて前記擬似指または前記被検体の回転角度と前記接触面の回転度との関係をパラメータ化する請求項１に記載の触覚評価方法。
3. 前記擬似指が透明ゲルで形成されており、
   前記接触面の変化を取得するステップにおいて前記擬似指の平面視方向から前記接触面を撮像して前記接触面を測定する請求項１または２に記載の触覚評価方法。
4. 前記接触面の変化を取得するステップにおいて前記接触面の周りから前記接触面に平行に光を当てた状態で前記接触面を撮像する請求項３に記載の触覚評価方法。
5. 前記接触面の変化を取得するステップにおいて前記擬似指と前記被検体との接触箇所の周りを測距して前記接触面を測定する請求項１または２に記載の触覚評価方法。
6. 前記接触面の変化を取得するステップにおいて前記被検体の周りに配したフォトリフレクタにより前記擬似指と前記被検体との接触箇所の周りを測距する請求項５に記載の触覚評価方法。
7. 被検体に弾性材料でできた擬似指を一定の力で押し当てる第１の機構と、
   前記被検体に前記擬似指を一定の力で押し当てた状態で前記擬似指の押し当て方向に対して垂直となる方向に前記擬似指または前記被検体を動かす第２の機構と、
   前記擬似指と前記被検体との接触面を測定する測定装置と、
   前記擬似指または前記被検体を動かしたときの前記接触面の変化を取得して当該接触面の偏心度を計算し、前記擬似指または前記被検体の移動量と前記接触面の偏心度との関係をパラメータ化し、得られたパラメータに基づいて前記被検体に触れたときの触覚を定量的に評価する計算処理装置とを備えた触覚評価システム。
8. 前記第２の機構は、前記擬似指の押し当て方向の軸回りに前記擬似指または前記被検体を回転させ、
   前記計算処理装置は、前記接触面の変化に基づいて前記接触面の回転度を計算し、前記擬似指または前記被検体の回転角度と前記接触面の回転度との関係をパラメータ化し、得られたパラメータに基づいて前記被検体に触れたときの触覚を定量的に評価する請求項７に記載の触覚評価システム。
9. 前記擬似指が透明ゲルで形成されており、
   前記測定装置が前記擬似指の上方から前記接触面を撮像するカメラである請求項７または８に記載の触覚評価システム。
10. 前記測定装置が、前記擬似指の先端の周囲に配置され、前記擬似指と前記被検体との接触箇所までの距離を測定する複数の測距素子を含む請求項７または８に記載の触覚評価システム。