JP6780559B2 - 触感提供装置、及び、触感提供システム - Google Patents

Description

本発明は、触感提供装置、及び、触感提供システムに関する。

従来より、柔軟な材料により形成され外皮部内に流体が満たされた外殻部材と、上記流体の粘性を増減させるための粘性増減手段と、上記粘性増減手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする力覚呈示装置がある。外殻部材は、手袋状であり、外側外皮と内側外皮とを重ねた構造になっており、外側外皮と内側外皮との間に流体を収容している。粘性増減手段としては、外側外皮と内側外皮との間に設けた電極対を用いている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−０６６８０６号公報

ところで、従来の力覚呈示装置（触感提供装置）は、外側外皮と内側外皮との間に設けた電極対で流体に電界又は磁界を印加して、力覚（触感）を提供する。電極対は、手袋状の外殻部材の全体に設けられているため、手のひらと甲に触れる部分の流体の粘性が増大されて硬くなる。また、複数の電極対同士は離れて配置されているため、手のひらと甲に触れる部分のうち、電極対が存在しない部分では、流体の粘性が変化しない。

このため、利用者に提供される触感が良好ではない。

そこで、触感が良好な触感提供装置、及び、触感提供システムを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の触感提供装置は、手の指の指先側の第１位置に取り付けられる第１取り付け部と、前記第１位置よりも前記指の根元側の第２位置に取り付けられる第２取り付け部と、前記指の腹側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第１液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第１液袋と、前記指の腹とは反対側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第２液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第２液袋と、前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する流路と、前記流路内の機能性流体に電界又は磁界を印加する印加部とを含む。

触感が良好な触感提供装置、及び、触感提供システムを提供することができる。

実施の形態の触感提供装置１００を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 触感提供装置１００を指に装着した状態を示す図である。 アクチュエータ１６０を示す図である。 触感提供装置１００を指に装着して指を動かした状態を示す図である。 グローブ型の触感提供装置１００Ａを示す図である。 触感提供装置１００Ａを含む触感提供システム８００の構成を示す図である。 仮想物体の画像と手の画像を表すデータを示す図である。 １１個のアクチュエータ１６０に印加する電圧のデータを示す図である。 駆動制御装置５００が実行する処理を表すフローチャートである。 触感提供システム８００の配置を示す図である。 実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｂを示す図である。 実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｃを示す図である。 実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｄを示す図である。 実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｄを示す図である。 実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｄを示す図である。 実施の形態の変形例のアクチュエータ１６２を示す図である。 実施の形態の変形例のアクチュエータ１６３を示す図である。 実施の形態の変形例のアクチュエータ１６４を示す図である。 実施の形態の変形例のアクチュエータ１６５を示す図である。 実施の形態の変形例のアクチュエータ１６６を示す図である。

以下、本発明の触感提供装置、及び、触感提供システムを適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の触感提供装置１００を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。図３は、触感提供装置１００を指に装着した状態を示す図である。

触感提供装置１００は、取り付け部１１０、１２０、液袋１３０、１４０、パイプ１５０、アクチュエータ１６０、及びＥＲ(Electro-Rheological)流体１７０を含む。触感提供装置１００は、さらに、制御部及びバッテリ等を含むが、ここでは図示を省略する。

また、以下では、図１乃至図３に加えて、図４及び図５を用いて触感提供装置１００について説明する。図４は、アクチュエータ１６０を示す図である。なお、以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。図５は、触感提供装置１００を指に装着して指を動かした状態を示す図である。

取り付け部１１０は、Ｙ軸正方向側に切り欠き部１１１を有する、ＹＺ面視でＣ字型の樹脂製の部材である。切り欠き部１１１は、指を取り付け部１１０の内部に挿通させることができる程度のサイズを有する。このように、取り付け部１１０は、ＹＺ面視で円環状の部材のＹ軸正方向側の一部を切り欠いた形状を有する。また、取り付け部１１０には、液袋１３０、１４０の一端が取り付けられる。

取り付け部１１０は、切り欠き部１１１側に指の左側を当てて、指を取り付け部１１０の内部に挿入することによって、図３に示すように指に装着される。取り付け部１１０は、指の根元よりも指先側に装着されるように設計される部材である。取り付け部１１０は、第１取り付け部の一例である。

取り付け部１２０は、Ｙ軸正方向側に切り欠き部１２１を有する、ＹＺ面視でＣ字型の樹脂製の部材である。取り付け部１２０は、取り付け部１１０と同様の形状を有する。切り欠き部１２１は、切り欠き部１１１と同様に、指を取り付け部１２０の内部に挿通させることができる程度のサイズを有する。このように、取り付け部１２０は、ＹＺ面視で円環状の部材のＹ軸正方向側の一部を切り欠いた形状を有する。また、取り付け部１２０には、液袋１３０、１４０の他端が取り付けられる。

取り付け部１２０は、切り欠き部１２１側に指の左側を当てて、指を取り付け部１２０の内部に挿入することによって、図３に示すように、指に装着される。取り付け部１２０が指に装着される位置は、取り付け部１１０よりも指の根元側に装着されるように設計される部材である。取り付け部１２０は、第２取り付け部の一例である。

液袋１３０は、取り付け部１１０と１２０との間でＺ軸負方向側に取り付けられる。液袋１３０は、取り付け部１１０と取り付け部１２０を指に装着した状態で、指の腹側に位置するように設計されている。

液袋１３０には、パイプ１５０のＺ軸正方向側の端部が接続される。液袋１３０の内部空間は、パイプ１５０の流路と連通されている。液袋１３０の内部には、ＥＲ流体１７０が収容される。液袋１３０は、第１液袋の一例である。

液袋１４０は、取り付け部１１０と１２０との間でＺ軸正方向側に取り付けられる。液袋１４０は、取り付け部１１０と取り付け部１２０を指に装着した状態で、指の腹とは反対側に位置するように設計されている。

液袋１４０には、パイプ１５０のＺ軸負方向側の端部が接続される。液袋１４０の内部空間は、パイプ１５０の流路と連通されており、パイプ１５０を介して液袋１３０の内部空間と連通されている。液袋１４０の内部には、ＥＲ流体１７０が収容される。液袋１３０の内部空間と、液袋１４０の内部空間とは、パイプ１５０の流路によって接続されるとともに、ＥＲ流体１７０が漏れないように封止されている。液袋１４０は、第２液袋の一例である。

パイプ１５０は、液袋１３０と１４０とを接続しており、内部に管状の流路を有する。流路は、パイプ１５０の一端から他端まで設けられおり、液袋１３０の内部空間と液袋１４０の内部空間とを接続している。また、パイプ１５０の流路１５０Ａ内にもＥＲ流体が充填されている。このため、液袋１３０が外圧を受けて縮むと、ＥＲ流体１７０がパイプ１５０を介して液袋１３０の内部空間から液袋１４０の内部空間に移動する。また、液袋１４０が外圧を受けて縮むと、ＥＲ流体１７０がパイプ１５０を介して液袋１４０の内部空間から液袋１３０の内部空間に移動する。

アクチュエータ１６０は、パイプ１５０の途中に設けられている。アクチュエータ１６０は、印加部の一例である。アクチュエータ１６０は、図４に示すように、パイプ１５０の流路１５０Ａの内部に設けられる電極１６０Ａ、１６０Ｂを有する。電極１６０Ａ、１６０Ｂは、互いに対向した状態で、パイプ１５０の内壁に沿って湾曲した状態で設けられている。電極１６０Ａ、１６０Ｂは、ＥＲ流体１７０と化学反応を起こさず、導電性を有する金属製であればよい。

電極１６０Ａ、１６０Ｂは、パイプ１５０の側壁を貫通して設けられている。貫通する部分は封止されている。電極１６０Ａ、１６０Ｂには、それぞれ、端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１が接続されている。端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１が設けられるのは、パイプ１５０の両端の間の中央部分であり、パイプ１５０の長さの一部分である。端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１は、制御部に接続され、制御部から電圧が印加される。

ＥＲ流体１７０は、液袋１３０及び１４０の内部空間と、パイプ１５０の流路１５０Ａの内部に充填されている。ＥＲ流体１７０は、電圧が印加されると電界によって粘性（粘度）が変化する流体である。ＥＲ流体１７０は、電界が印加されない状態では粘性が低い。一方、ＥＲ流体１７０は、電界が印加されると粘性が高くなる。ＥＲ流体１７０は、機能性流体の一例である。また、ＥＲ流体１７０は、電気粘性流体の一例でもある。

以上のような触感提供装置１００において、端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１の間に所定の電圧を印加すると、パイプ１５０内のＥＲ流体１７０に電界が印加され、パイプ１５０内のＥＲ流体１７０の粘性が増大し、ＥＲ流体１７０がパイプ１５０を通流しなくなるようにすることができる。

パイプ１５０は、液袋１３０、１４０に比べると十分に小さいため、電極１６０Ａ、１６０Ｂに印加する電圧をそれほど高くしなくても、パイプ１５０内のＥＲ流体１７０に十分な強度の電界を印加することができ、パイプ１５０内にＥＲ流体１７０を詰まらせることができる。この状態では、液袋１３０と１４０との間でＥＲ流体１７０が移動しなくなる。

従って、図３に示すように触感提供装置１００を指の第２関節に装着した状態で、図５に示すように利用者が第２関節を折り曲げるように動かす際に、又は、第２関節を折り曲げた状態から戻すように動かす際に、電極１６０Ａ、１６０Ｂからパイプ１５０内のＥＲ流体１７０に電界を印加すると、第２関節を動かそうとする指の動きが規制（制限）され、触感提供装置１００から利用者の指に触感が提供される。

実施の形態１の触感提供装置１００は、電極１６０Ａ、１６０Ｂに電圧を印加することによってパイプ１５０内のＥＲ流体１７０の粘性を変化させて、利用者の指に触感を提供する。

図６は、グローブ型の触感提供装置１００Ａを示す図である。触感提供装置１００Ａは、グローブ１０の内側に、図１乃至図５に示す触感提供装置１００を１１個配置したものである。グローブ１０は、布製又はゴム製等であり、手の五指を自在に動かすことができるものであればよい。

１１個の触感提供装置１００のうちの３個は、親指の第１関節、第２関節、及び第３関節の部分に設けられている。また、残りの８個は、人差し指、中指、薬指、及び小指の第２関節と第３関節の部分に設けられている。

各触感提供装置１００の取り付け部１１０、１２０は、Ｃ字型ではなく、各指を挿通する内径を有する環状であればよい。また、親指の第１関節の触感提供装置１００の取り付け部１２０と、第２関節の触感提供装置１００の取り付け部１１０とは取り付け部１２０Ａとして一体化されている。これは、人差し指、中指、薬指、及び小指の第２関節と第３関節についても同様である。

また、親指の第２関節の触感提供装置１００の取り付け部１２０と、第３関節の触感提供装置１００の取り付け部１１０と、人差し指、中指、薬指、及び小指の第２関節の触感提供装置１００の取り付け部１２０と、第３関節の触感提供装置１００の取り付け部１１０とは、取り付け部１２０Ｂとして一体化されている。

このようなグローブ型の触感提供装置１００Ａは、１１個の触感提供装置１００のパイプ１５０に設けられたアクチュエータ１６０を駆動することにより、手の各関節の動きに伴って、触感を提供することができる。

図７は、触感提供装置１００Ａを含む触感提供システム８００の構成を示す図である。触感提供システム８００は、触感提供装置１００Ａ、駆動制御装置５００、表示部６００、及びモーションセンサ７００を含む。

触感提供装置１００Ａは、取り付け部１１０、１２０、液袋１３０、１４０、パイプ１５０、アクチュエータ１６０、ＥＲ流体１７０、制御部１８０、通信部１９０、及びバッテリ１９５を含む。駆動制御装置５００は、画像制御部５１０、駆動制御部５２０、メモリ５３０、及び通信部５４０を含む。

まず、触感提供装置１００Ａの制御部１８０、通信部１９０、及びバッテリ１９５の構成について説明する。触感提供装置１００Ａの取り付け部１１０、１２０乃至ＥＲ流体１７０は、図１乃至図６に示す通りである。触感提供装置１００Ａは、１１個の触感提供装置１００を含むグローブ型の触感提供装置である。このため、ここでは取り付け部１１０、１２０乃至ＥＲ流体１７０についての説明を省略する。制御部１８０、通信部１９０、及びバッテリ１９５は、例えば、筐体等に収容して、グローブ１０の甲の部分に固定できるようにすればよい。

制御部１８０は、アクチュエータ１６０の端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１、及び通信部１９０と配線によって接続されている。制御部１８０は、アクチュエータ１６０の駆動制御に用いる駆動制御信号に基づき、アクチュエータ１６０の電極１６０Ａ、１６０Ｂに電圧を印加する制御を行う。制御部１８０は、例えば、マイクロコンピュータ（マイコン）によって実現される。

通信部１９０は、駆動制御装置５００の通信部５４０と無線通信を行う。無線通信は、例えば、Bluetooth（登録商標）又はＬＡＮ(Local Area Network)等で実現される。通信部１９０は、通信部５４０から駆動制御信号を受信し、制御部１８０に出力する。なお、通信部１９０と通信部５４０とをケーブルで接続して通信を行ってもよい。

バッテリ１９５は、アクチュエータ１６０、制御部１８０、及び通信部１９０に直流電力を供給する電源である。バッテリ１９５は、充電可能な二次電池であればよく、例えば、リチウムイオン電池を用いることができる。

次に、駆動制御装置５００について説明する。駆動制御装置５００は、例えば、ＰＣ(Personal Computer)によって実現される。駆動制御装置５００は、表示部６００及びモーションセンサ７００とケーブル６０１及び７０１によって接続されている。

画像制御部５１０は、表示部６００に表示する画像を制御する。画像制御部５１０は、利用者によって選択された仮想物体の画像を表す画像データを表示部６００に出力する。これにより、表示部６００に仮想物体の画像が表示される。

また、画像制御部５１０は、モーションセンサ７００によって検出される利用者の手の位置を表示部６００の座標系における位置に変換し、変換した位置を表す位置座標のデータと、手の画像を表す画像データとを表示部６００に出力する。これにより、表示部６００は、変換した位置を表す位置座標に手の画像を表示する。なお、表示部６００に表示される手の画像は、利用者の手の写真画像ではなく、予め用意された手のＣＧ(Computer Graphic)画像である。

また、画像制御部５１０は、手の画像と仮想物体の画像とが接触したかどうかを検出する。手の画像と仮想物体の画像との接触は、表示部６００の座標系における手の位置座標から広がる手のＣＧ画像と、仮想物体の画像とが交点を有するかどうかで判定される。

駆動制御部５２０は、手の画像と仮想物体の画像との接触が画像制御部５１０によって検出されると、１１個のアクチュエータ１６０のＥＲ流体１７０に印加する電圧を表す駆動制御信号を生成して出力する。

また、駆動制御部５２０は、画像制御部５１０によって接触が検出された後に、モーションセンサ７００によって触感提供装置１００Ａを装着した手を握る動きが検出されると、１１個のアクチュエータ１６０のＥＲ流体１７０に印加する電圧を表す駆動制御信号を生成して出力する。

なお、１１個のアクチュエータ１６０の各々に印加する電圧値は、表示部６００に表示される仮想物体の種類によって予め決められており、電圧値を表すデータは、メモリ５３０に格納されている。

メモリ５３０は、１１個のアクチュエータ１６０の各々に印加する電圧値を表すデータを格納する。メモリ５３０は、ＰＣのＲＡＭ(Ramdom Access Memory)とＨＤ(Hard Disk)の両方をメモリ５３０として表したものである。

通信部５４０は、触感提供装置１００Ａの通信部１９０と無線通信を行う。無線通信は、例えば、上述したように、Bluetooth（登録商標）又はＬＡＮ等で実現される。通信部５４０は、仮想物体の画像を表す画像データ、表示部６００の座標系における位置座標のデータ、手の画像を表す画像データ、及び駆動制御信号を通信部１９０に送信する。

表示部６００は、例えば、スクリーン及び投影装置、又は、液晶ディスプレイパネル等によって実現される。表示部６００は、利用者によって選択された仮想物体の画像と手の画像を表示する。

モーションセンサ７００は、利用者の手の位置及び手の動きを検出するセンサである。モーションセンサ７００としては、例えば、赤外線を出射し、反射光を受光し、受光した反射光に基づいて、利用者の手の位置及び手の動きを検出するセンサを用いることができる。

図８は、仮想物体の画像と手の画像を表すデータを示す図である。図８に示すデータは、項目名、ＩＤ(Identifier)、画像データ、位置座標、３次元形状データを関連付けたデータである。

項目名は、手又は仮想物体等の項目の種類を表す名称である。図８には、１つの手の項目名と、複数の仮想物体の項目名とを示す。

ＩＤは、各項目に割り当てられる識別子である。図８では、一例として、手のＩＤは０００であり、仮想物体１のＩＤは００１であり、仮想物体２のＩＤは００２である。その他の仮想物体のＩＤは省略する。

画像データは、各項目の画像を表すデータである。図８では、一例として、手の画像データはimage 0であり、仮想物体１の画像データはimage 1であり、仮想物体２の画像データはimage 2である。その他の仮想物体の画像データは省略する。

位置座標は、各項目の位置座標を表すデータである。図８では、一例として、手の位置座標はh(x,y,z)であり、仮想物体１の位置座標はodj1(x,y,z)であり、仮想物体２の位置座標はodj2(x,y,z)である。その他の仮想物体の位置座標は省略する。

各項目の画像の座標は、表示部６００が表示する画像に設定されるｘｙｚ座標系の座標値として表される。なお、位置座標は各項目の画像データの基準点の座標である。基準点は、重心点又はｘｙｚ座標系の原点に最も近い点等である。

ここで、手の位置座標h(x,y,z)は、モーションセンサ７００によって検出される利用者の手の位置を画像制御部５１０が表示部６００の座標系における位置に変換することによって得られる。このため、手の位置座標h(x,y,z)は、変数である。

また、仮想物体１の位置座標odj1(x,y,z)は、表示部６００の座標系における所定の位置として予め設定されており、固定値である。これは、仮想物体２及びその他の仮想物体の位置座標についても同様である。

３次元形状データは、各項目の３次元形状を表すデータである。図８では、一例として、手の３次元形状はhであり、仮想物体１の３次元形状はodj1であり、仮想物体２の３次元形状はodj2である。その他の仮想物体の３次元形状は省略する。

手の３次元形状hは、位置座標h(x,y,z)を基準として、３次元的に存在する手の画像の範囲を表すデータである。仮想物体１の３次元形状odj1は、位置座標odj1(x,y,z)を基準として、３次元的に存在する手の画像の範囲を表すデータである。これは、仮想物体２及びその他の仮想物体についても同様である。

図９は、１１個のアクチュエータ１６０に印加する電圧のデータを示す図である。図９には、ＩＤが００１の仮想物体について、１１個のアクチュエータ１６０に割り当て得られた電圧値を表すデータ（電圧データ）を示す。１１個のアクチュエータ１６０は、親指の３個のアクチュエータ１６０、人差し指、中指、薬指、及び小指の各２個のアクチュエータ１６０の順番で識別子１〜１１が割り当てられており、１１個のアクチュエータ１６０の各々について、それぞれ、電圧データＶ１〜Ｖ１１が割り当てられている。

電圧データＶ１〜Ｖ１１は、それぞれ、親指の３個のアクチュエータ１６０、人差し指、中指、薬指、及び小指の各２個のアクチュエータ１６０の駆動に用いる駆動制御信号に含まれる電圧値を表す。

電圧データＶ１〜Ｖ１１は、ＩＤが表す仮想物体の形状及び表面の凹凸等の質感に応じて設定されている。例えば、仮想物体が野球のボールである場合には、手が実際の野球のボールに触れていない状態から、手で実際の野球のボールを握り始めたときに手で感じるような触感を触感提供装置１００Ａが提供できるように、電圧データＶ１〜Ｖ１１が設定されている。

このような電圧データＶ１〜Ｖ１１を用いることにより、実際の野球のボールに手が触れたときの触感を再現した触感を触感提供装置１００Ａを装着した手に提供することができる。

なお、ここでは、一例として、上述のように野球のボールに触れた際の触感を再現できるように、１１個のアクチュエータ１６０を駆動する電圧データＶ１〜Ｖ１１を設定する形態について説明する。しかしながら、電圧データＶ１〜Ｖ１１の電圧値は、野球のボール用のものに限られない。

図１０は、駆動制御装置５００が実行する処理を表すフローチャートである。

駆動制御装置５００は、電源スイッチがオンにされた状態で、触感提供システム８００の利用を開始する操作が行われると一連の処理を開始する（ＳＴＡＲＴ）。触感提供システム８００の利用を開始する操作の一例は、駆動制御装置５００で処理を開始するボタンを押す等の操作が行われることである。

駆動制御装置５００は、利用者によって選択された仮想物体の画像を表す画像データと、手の画像を表す画像データとを表示部６００に出力する（ステップＳ１）。

これにより、表示部６００に仮想物体と手の画像が表示される。仮想物体と手の画像データは、駆動制御装置５００が図８に示すデータを読み出すことによって得られる。ここでは、一例として、仮想物体１が利用者によって選択されたこととする。なお、ステップＳ１の処理は、画像制御部５１０によって実行される。

駆動制御装置５００は、モーションセンサ７００によって検出される利用者の手の位置を表示部６００の座標系における位置に変換し、変換した位置を表す位置座標のデータと、表示部６００に仮想物体の画像が接触したかどうかを判定する（ステップＳ２）。

より具体的には、駆動制御装置５００は、仮想物体１の位置座標odj1(x,y,z)と３次元形状odj1によって表される空間領域と、利用者の手の位置座標とに交点があるかどうかを判定する。なお、ステップＳ２の処理は、画像制御部５１０によって実行される。

駆動制御装置５００は、仮想物体と手が接触した（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、１１個のアクチュエータ１６０を駆動する駆動制御信号を出力する（ステップＳ３）。より具体的には、駆動制御装置５００は、図９に示す電圧データＶ１〜Ｖ１１を用いて駆動制御振動を生成し、１１個のアクチュエータ１６０に伝送する。

これにより、１１個のアクチュエータ１６０が電圧データＶ１〜Ｖ１１によって駆動される。なお、ステップＳ３の処理は、駆動制御部５２０によって実行される。

駆動制御装置５００は、触感提供システム８００の利用を終了する操作が行われたかどうかを判定する（ステップＳ４）。触感提供システム８００の利用を終了する操作の一例は、駆動制御装置５００で処理を終了するボタンを押す等の操作が行われることである。

駆動制御装置５００は、触感提供システム８００の利用を終了する操作が行われていない（Ｓ４：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ１にリターンする。表示部６００に表示する手の画像を更新するためである。

駆動制御装置５００は、触感提供システム８００の利用を終了する操作が行われた（Ｓ４：ＹＥＳ）と判定すると、一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、駆動制御装置５００は、仮想物体と手が接触していない（Ｓ２：ＮＯ）と判定した場合は、フローをステップＳ１にリターンする。表示部６００に表示する手の画像を更新するためである。

以上のような処理を繰り返し実行することにより、駆動制御装置５００は、表示部６００への仮想物体と手の画像を表示し、仮想物体と手の画像の接触状態に応じて１１個のアクチュエータ１６０を駆動する。

このような処理を実行することにより、触感提供装置１００Ａを装着した利用者の手に物体に触れたときの触感が提供される。

図１１は、触感提供システム８００の配置を示す図である。

触感提供システム８００は、触感提供装置１００Ａ、駆動制御装置５００、スクリーン６００Ａ、投影装置６００Ｂ、モーションセンサ７００を含む。これらのうち、スクリーン６００Ａ及び投影装置６００Ｂは、図７に示す表示部６００に対応する。

スクリーン６００Ａは、例えば、プロジェクタ用スクリーンを用いることができる。スクリーン６００Ａのサイズは、用途に応じて適宜設定すればよい。スクリーン６００Ａには、投影装置６００Ｂによって投影される画像が表示される。ここでは、物品６１０の画像と手６２０の画像とがスクリーン６００Ａに表示されていることとする。物品６１０は、ボールである。

投影装置６００Ｂは、スクリーン６００Ａに画像を投影できる装置であればよく、例えば、プロジェクタを用いることができる。投影装置６００Ｂは、ケーブル６０１によって駆動制御装置５００に接続されており、駆動制御装置５００から入力される画像をスクリーン６００Ａに投影する。ここでは、投影装置６００Ｂは、３Ｄ画像（立体視の画像）をスクリーン６００Ａに投影できるタイプのものである。

なお、スクリーン６００Ａ及び投影装置６００Ｂの代わりに、例えば、液晶ディスプレイパネルを用いてもよい。また、スクリーン６００Ａ及び投影装置６００Ｂの代わりに、ヘッドマウントディスプレイを用いてもよい。

また、ここでは、触感提供システム８００に触感提供装置１００Ａを適用した形態について説明したが、触感提供システム８００に図１乃至図５に示す触感提供装置１００を適用してもよい。この場合には、触感提供装置１００を装着した指に触感を提供することができる。この場合に、複数の指に触感提供装置１００を装着してもよい。

以上のように、液袋１３０と１４０との間を連通するパイプ１５０に設けたアクチュエータ１６０を駆動するので、パイプ１５０内のＥＲ流体１７０の粘性が増大され、パイプ１５０内のＥＲ流体１７０の粘性が増大される。そして、これによってパイプ１５０の内部のＥＲ流体１７０が流動しにくくなり、又は、パイプ１５０の内部にＥＲ流体１７０が詰まり、液袋１３０と１４０との間でＥＲ流体１７０の移動が制限されることによって、利用者の指に触感が提供される。

液袋１３０及び１４０の内部のＥＲ流体１７０には電界は印加されないため、液袋１３０及び１４０は粘性は増大されず、弾性が残された状態になる。また、指の曲げ具合によって液袋１３０及び１４０の内部のＥＲ流体１７０の量が決まり、液袋１３０及び１４０の弾性が決まることになる。

液袋１３０及び１４０とパイプ１５０との内部に収容されるＥＲ流体１７０の量と、アクチュエータ１６０に印加する電圧とを予め調整しておくことにより、利用者の指に所望の触感を提供することができる。

従って、触感が良好な触感提供装置１００、１００Ａ、及び、触感提供システム８００を提供することができる。

図１２は、実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｂを示す図である。触感提供装置１００Ｂは、図６に示す触感提供装置１００Ａからグローブ１０を取り除いた構成を有する。このような触感提供装置１００Ｂでも、触感提供装置１００Ａと同様に良好な触感を提供することができる。

図１３は、実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｃを示す図である。触感提供装置１００Ｃは、図６に示す触感提供装置１００Ａのグローブ１０の手のひら側の指先の部分（指の腹に対応する部分）と、手のひらの部分とに、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆを取り付けた構成を有する。振動素子２１０Ａ〜２１０Ｅは、それぞれ、親指、人差し指、中指、薬指、及び小指の腹に対応する部分において、グローブ１０の内側に取り付けられている。また、振動素子２１０Ｆは、手のひらに対応する部分において、グローブ１０の内側に取り付けられている。

例えば、このような触感提供装置１００Ｃを触感提供システム８００に用いて、画像制御部５１０によって、手の画像と仮想物体の画像とが接触したと判定されたときに、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆを所定の振動パターンで振動させてもよい。

このような触感提供装置１００Ｃでは、触感提供装置１００Ａと同様に良好な触感を提供することができるとともに、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆの振動によっても触感を提供することができる。すなわち、アクチュエータ１６０でパイプ１５０内のＥＲ流体１７０の粘性を増大させて液袋１３０と１４０との間でＥＲ流体１７０の移動が制限されることによる触感と、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆによる触感との２種類の触感を提供することができる。

また、ここでは、触感提供装置１００Ｃに振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆを設ける形態について説明したが、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆの代わりに、若しくは、振動素子２１０Ａ〜２１０Ｆに加えて、ペルチェ素子のように発熱又は吸熱を行う素子を設けて、暖かさ若しくは温かさの感覚、又は、冷たさの感覚を提供するようにしてもよい。

図１４乃至図１６は、実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｄを示す図である。図１５は、図１４のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。図１６は、触感提供装置１００Ｄを指に装着した状態を示す図である。

触感提供装置１００Ｄは、図１乃至図５に示す触感提供装置１００のパイプ１５０の代わりに、取り付け部１２０の内部に流路１２２を設け、流路１２２で液袋１３０と１４０の内部空間を接続したものである。また、触感提供装置１００Ｄは、図１乃至図５に示す触感提供装置１００のアクチュエータ１６０の代わりに、アクチュエータ１６１を含む。

アクチュエータ１６１は、取り付け部１２０に取り付けられており、流路１２２の内部に配設される電極対を有する。アクチュエータ１６１の電極対は、図４に示すアクチュエータ１６０の電極１６０Ａ、１６０Ｂと同様である。

このような触感提供装置１００Ｄでは、アクチュエータ１６１の電極対に電圧を印加すると、流路１２２の内部のＥＲ流体１７０の粘性を増大させることができる。また、このときに、液袋１３０と１４０の内部のＥＲ流体１７０の粘性は増大されない。

従って、実施の形態の変形例による触感提供装置１００Ｄは、図１乃至図５に示す触感提供装置１００と同様に、良好な触感を提供することができる。

図１７及び図１８は、実施の形態の変形例のアクチュエータ１６２、１６３を示す図である。図１７に示すアクチュエータ１６２は、電極１６２Ａ、１６２Ｂと、端子１６２Ａ１、１６２Ｂ１とを有する。アクチュエータ１６２は、図４に示すアクチュエータ１６０の電極１６０Ａ、１６０Ｂを電極１６２Ａ、１６２Ｂに変えた構成を有する。

電極１６２Ａは、パイプ１５０の内壁面に沿って円弧状に湾曲している。また、電極１６２Ｂは、電極１６２Ａの内側に沿って円弧状に湾曲している。このような電極１６２Ａ、１６２Ｂは、図４に示す電極１６０Ａ、１６０Ｂよりも電極間距離が短いため、端子１６２Ａ１、１６２Ｂ１に印加する電圧を図４に示す端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１間に印加する電圧と等しくすると、電極１６２Ａ、１６２Ｂ間に生じる電界は、電極１６０Ａ、１６０Ｂ間に生じる電界よりも強くなる。このため、ＥＲ流体１７０の粘性をより増大させることができる。

また、電極１６２Ａ、１６２Ｂ間に生じる電界が電極１６０Ａ、１６０Ｂ間に生じる電界と等しくなるようにするには、端子１６２Ａ１、１６２Ｂ１に印加する電圧を端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１間に印加する電圧よりも低くすることができる。

図１８に示すアクチュエータ１６３は、図４に示すアクチュエータ１６０の電極１６０Ａ、１６０Ｂを電極１６３Ａ、１６３Ｂに変えた構成を有する。電極１６３Ａ、１６３Ｂは、櫛歯状で互いに入れ子式に配置されているため、図４に示す電極１６０Ａ、１６０Ｂよりも電極間距離が短い。

このため、端子１６３Ａ１、１６３Ｂ１に印加する電圧を図４に示す端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１間に印加する電圧と等しくすると、電極１６３Ａ、１６３Ｂ間に生じる電界は、電極１６０Ａ、１６０Ｂ間に生じる電界よりも強くなる。このため、ＥＲ流体１７０の粘性をより増大させることができる。

また、電極１６３Ａ、１６３Ｂ間に生じる電界が電極１６０Ａ、１６０Ｂ間に生じる電界と等しくなるようにするには、端子１６３Ａ１、１６３Ｂ１に印加する電圧を端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１間に印加する電圧よりも低くすることができる。

また、以上では、ＥＲ流体１７０を用いる形態について説明したが、ＥＲ流体１７０の代わりに、ＭＲ(Magnetorheological)流体（磁性流体）を用いて、ＭＲ流体に磁界を印加するようにしてもよい。ＭＲ流体は、磁界を印加すると粘性が増大する機能性流体の一例である。また、ＭＲ流体は、磁気粘性流体の一例でもある。ＭＲ流体に磁界を印加するには、アクチュエータ１６０の代わりに、図１９に示すアクチュエータ１６２を用いればよい。

図１９は、実施の形態の変形例のアクチュエータ１６４を示す図である。アクチュエータ１６４は、パイプ１５０の流路１５０Ａの内部に設けられるヨーク１６４Ａ、１６４Ｂ、パイプ１５０を貫通して外部に突出する端子１６４Ａ１、１６４Ｂ１、及びコイル１６４Ｃを有する。ヨーク１６４Ａ、１６４Ｂ、端子１６４Ａ１、１６４Ｂ１の構成は、図４に示すアクチュエータ１６０の電極１６０Ａ、１６０Ｂ、端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１と同様である。

コイル１６４Ｃは、端子１６４Ａ１、１６４Ｂ１の間に設けられている。コイル１６４Ｃは、コア１６４Ｃ１に巻線１６４Ｃ２を巻回した構成を有する。アクチュエータ１６０の端子１６０Ａ１、１６０Ｂ１間に電圧を印加する代わりに、コイル１６４Ｃに電流を流せば、コイル１６４Ｃが発生する磁界が端子１６４Ａ１、１６４Ｂ１からヨーク１６４Ａ、１６４Ｂに案内され、パイプ１５０内のＭＲ流体１７１に印加され、ＭＲ流体１７１の粘性が増大される。これにより、アクチュエータ１６０を用いる場合と同様にパイプ１５０内のＭＲ流体１７１の移動を抑制することができる。

図２０及び図２１は、実施の形態の変形例のアクチュエータ１６５、１６６を示す図である。図２０に示すアクチュエータ１６５は、ヨーク１６５Ａ、１６５Ｂ、パイプ１５０を貫通して外部に突出する端子１６５Ａ１、１６５Ｂ１、及びコイル１６５Ｃを有する。コイル１６５Ｃは、コア１６５Ｃ１と巻線１６５Ｃ２を有する。

図２０に示すアクチュエータ１６５は、図１９に示すアクチュエータ１６４のヨーク１６４Ａ、１６４Ｂの代わりに、図１７に示すアクチュエータ１６２の電極１６２Ａ、１６２Ｂと同様の形状を有するヨーク１６５Ａ、１６５Ｂを設けたものである。

ヨーク１６５Ａ、１６５Ｂは、櫛歯状で互いに入れ子式に配置されているため、図１９に示すヨーク１６４Ａ、１６４Ｂよりも間隔が短い。

このため、コイル１６５Ｃに流す電流を図１９に示すコイル１６４Ｃと等しくすると、ヨーク１６５Ａ、１６５Ｂ間に生じる磁界は、ヨーク１６４Ａ、１６４Ｂ間に生じる磁界よりも強くなる。このため、ＭＲ流体１７１の粘性をより増大させることができる。

また、ヨーク１６５Ａ、１６５Ｂ間に生じる磁界がヨーク１６４Ａ、１６４Ｂ間に生じる磁界と等しくなるようにするには、コイル１６５Ｃに流す電流をコイル１６４Ｃに流す電流よりも低減することができる。

図２１に示すアクチュエータ１６６は、ヨーク１６６Ａ、１６６Ｂ、パイプ１５０を貫通して外部に突出する端子１６６Ａ１、１６６Ｂ１、及びコイル１６６Ｃを有する。コイル１６６Ｃは、コア１６６Ｃ１と巻線１６６Ｃ２を有する。

図２１に示すアクチュエータ１６６は、図１９に示すアクチュエータ１６４のヨーク１６４Ａ、１６４Ｂの代わりに、図１８に示すアクチュエータ１６３の電極１６３Ａ、１６３Ｂと同様の形状を有するヨーク１６６Ａ、１６６Ｂを設けたものである。

このようなアクチュエータ１６６を用いても、図２０に示すアクチュエータ１６５と同様に、磁界の増大、又は、電流の低減を図ることができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の触感提供装置、及び、触感提供システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
手の指の指先側の第１位置に取り付けられる第１取り付け部と、
前記第１位置よりも前記指の根元側の第２位置に取り付けられる第２取り付け部と、
前記指の腹側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第１液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第１液袋と、
前記指の腹とは反対側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第２液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第２液袋と、
前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する流路と、
前記流路内の機能性流体に電界又は磁界を印加する印加部と
を含む、触感提供装置。
（付記２）
前記流路は、前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する管状の流路である、付記１記載の触感提供装置。
（付記３）
前記第１液袋と前記第２液袋とを接続し、一端から他端まで挿通する前記流路を有する管状部材をさらに含む、付記１又は２記載の触感提供装置。
（付記４）
前記流路は、前記第１取り付け部又は前記第２取り付け部に設けられる流路である、付記１又は２記載の触感提供装置。
（付記５）
前記第１位置と前記第２位置は、それぞれ、前記指の関節の一方側と他方側に位置し、
前記第１取り付け部と前記第２取り付け部は、それぞれ、前記関節の一方側と他方側に装着される、付記１乃至４のいずれか一項記載の触感提供装置。
（付記６）
前記第１取り付け部及び前記第２取り付け部は、切り欠き部を有するＣ字型又はコの字型の部材であり、前記指の側部に前記切り欠き部を当接させて、前記Ｃ字型又は前記コの字型の内部に前記指を挿入することによって、前記指に装着される、付記１乃至５のいずれか一項記載の触感提供装置。
（付記７）
複数の液袋は、関節の動きに応じて収縮または膨張する位置に配置される、付記１乃至６のいずれか一項記載の触感提供装置。
（付記８）
利用者の手の指に装着される触感提供装置と、前記触感提供装置の駆動制御を行う駆動制御装置と、利用者の手の動きを検出するモーションセンサと、利用者の手の画像と仮想物体の画像とを表示する表示部とを含む、触感提供システムであって、
前記触感提供装置は、
手の指の指先側の第１位置に取り付けられる第１取り付け部と、
前記第１位置よりも前記指の根元側の第２位置に取り付けられる第２取り付け部と、
前記指の腹側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第１液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第１液袋と、
前記指の腹とは反対側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第２液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第２液袋と、
前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する流路と、
前記流路内の機能性流体に電界又は磁界を印加する印加部と
を有し、
前記駆動制御装置は、
前記表示部に画像を表示する画像制御部であって、前記モーションセンサによって検出される利用者の手の位置に対応する前記表示部の座標系における位置に利用者の手の画像を表示するとともに、仮想物体の画像を表示し、手の画像と仮想物体の画像とが接触したかどうかを判定する画像制御部と、
前記画像制御部によって前記手の画像と前記仮想物体の画像とが接触したと判定されると、前記印加部に電界又は磁界を印加させる駆動制御部と
を有する、触感提供システム。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 触感提供装置
１１０、１２０ 取り付け部
１１１、１２１ 切り欠き部
１２２ 流路
１３０、１４０ 液袋
１５０ パイプ
１５０Ａ 流路
１６０、１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６ アクチュエータ
１６０Ａ、１６０Ｂ、１６２Ａ、１６２Ｂ、１６３Ａ、１６３Ｂ 電極
１６０Ａ１、１６０Ｂ１、１６２Ａ１、１６２Ｂ１、１６３Ａ１、１６３Ｂ１ 端子
１６４Ａ、１６４Ｂ、１６５Ａ、１６５Ｂ、ヨーク１６６Ａ、１６６Ｂ ヨーク
１６４Ａ１、１６４Ｂ１、１６５Ａ１、１６５Ｂ１、１６６Ａ１、１６６Ｂ１ 端子
１６４Ｃ、１６５Ｃ、１６６Ｃ コイル
１７０ ＥＲ流体
１７１ ＭＲ流体
１８０ 制御部
１９０ 通信部
１９５ バッテリ
５００ 駆動制御装置
６００ 表示部
７００ モーションセンサ
８００ 触感提供システム

Claims (7)

1. 手の指の指先側の第１位置に取り付けられる第１取り付け部と、
   前記第１位置よりも前記指の根元側の第２位置に取り付けられる第２取り付け部と、
   前記指の腹側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第１液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第１液袋と、
   前記指の腹とは反対側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第２液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第２液袋と、
   前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する流路と、
   前記流路内の機能性流体に電界又は磁界を印加する印加部と
   を含む、触感提供装置。
2. 前記流路は、前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する管状の流路である、請求項１記載の触感提供装置。
3. 前記第１液袋と前記第２液袋とを接続し、一端から他端まで挿通する前記流路を有する管状部材をさらに含む、請求項１又は２記載の触感提供装置。
4. 前記流路は、前記第１取り付け部又は前記第２取り付け部に設けられる流路である、請求項１又は２記載の触感提供装置。
5. 前記第１位置と前記第２位置は、それぞれ、前記指の関節の一方側と他方側に位置し、
   前記第１取り付け部と前記第２取り付け部は、それぞれ、前記関節の一方側と他方側に装着される、請求項１乃至４のいずれか一項記載の触感提供装置。
6. 前記第１取り付け部及び前記第２取り付け部は、切り欠き部を有するＣ字型又はコの字型の部材であり、前記指の側部に前記切り欠き部を当接させて、前記Ｃ字型又は前記コの字型の内部に前記指を挿入することによって、前記指に装着される、請求項１乃至５のいずれか一項記載の触感提供装置。
7. 利用者の手の指に装着される触感提供装置と、前記触感提供装置の駆動制御を行う駆動制御装置と、利用者の手の動きを検出するモーションセンサと、利用者の手の画像と仮想物体の画像とを表示する表示部とを含む、触感提供システムであって、
   前記触感提供装置は、
   手の指の指先側の第１位置に取り付けられる第１取り付け部と、
   前記第１位置よりも前記指の根元側の第２位置に取り付けられる第２取り付け部と、
   前記指の腹側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第１液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第１液袋と、
   前記指の腹とは反対側に配設されるように前記第１取り付け部と前記第２取り付け部とによって支持される弾性体製又は布製の第２液袋であって、電界又は磁界の印加によって粘性が変化する機能性流体を内部に収容する第２液袋と、
   前記第１液袋と前記第２液袋とを連通する流路と、
   前記流路内の機能性流体に電界又は磁界を印加する印加部と
   を有し、
   前記駆動制御装置は、
   前記表示部に画像を表示する画像制御部であって、前記モーションセンサによって検出される利用者の手の位置に対応する前記表示部の座標系における位置に利用者の手の画像を表示するとともに、仮想物体の画像を表示し、手の画像と仮想物体の画像とが接触したかどうかを判定する画像制御部と、
   前記画像制御部によって前記手の画像と前記仮想物体の画像とが接触したと判定されると、前記印加部に電界又は磁界を印加させる駆動制御部と
   を有する、触感提供システム。

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