JP6891843B2 - 触覚装置 - Google Patents

Description

本発明は、触覚刺激を利用者に与える触覚装置に関する。

振動、電気刺激、機構的変形、圧電素子等を用いた触覚デバイスを利用した端末機器やそれを用いたサービス開発が行われている。触覚デバイスは、性能の効果的な発現のために、アクチュエータや電極等の位置関係、機構的な効率等を考慮し、特定の把持形状を基準とした想定した設計がなされる。例えば、筐体の一端及び他端の各々に振動子を設け、一端側に左手の親指を配置し、他端側に右手の親指を配置して筐体を把持することで、利用者に回転の触力覚を与える装置が提案されている（特許文献１参照）。

上述した技術では、筐体の左右端付近を指先で軽く把持することで、最も効果的に触力覚を発生させる構成となっている。しかしながら、上述した技術では、把持の自由度が高いため、必ずしも設計者の意図通りには、把持されない場合が多い。把持する箇所が異なれば、利用者における触力覚は低下することになる。このため、筐体の外部形状等により把持の仕方を誘導するなどの工夫がなされてきた（図１５、特許文献２参照）。

国際公開第２０１７／１１５７２９号 意匠登録第１５７１０５３号

ところが、人間の手は、多様な形状の物体に適応して把持することが可能であり、上述した技術のように誘導する外形形状としていても、設計者が意図しない箇所で把持を行うことがしばしばあった。また、把持部の状況が掌の中に隠れがちであるため、操作者が正しい把持方法を把握するため、他の操作者の実技や記録映像などを確認することが容易ではなく、また、指導者等が指導を行うにあたっても、操作者の把持状況を確認することが容易ではない。このため、従来では、例えば、触覚装置の特性を熟知した指導者が個々の操作者の手指に接触して指導することが必要となるなど、触覚装置の筐体の把持の仕方を誘導することが容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、筐体の把持の仕方がより容易に誘導できるようにすることを目的とする。

本発明に係る触覚装置は、把持可能とされた筐体と、筐体を把持する利用者の手指の接触を検出するセンサと、センサが検出した手指の接触位置に関するセンサ情報と、あらかじめ設定されている基準位置情報とが一致するか否かを判定する判定部と、センサ情報と基準位置情報とが一致しない場合に、手指の接触位置が基準位置からずれている旨、センサ情報と基準位置情報とが一致する場合に手指の接触位置が前期基準位置と一致している旨の少なくとも一方を通知する通知部と、筐体を把持する利用者に触覚刺激を与える触覚刺激生成部とを備える。

上記触覚装置において、複数のセンサが筐体に設けられ、判定部は、複数のセンサによる手指の接触の検出結果の組み合わせ、または複数のセンサによる手指の接触の検出結果から特定の関係式より導き出される値をセンサ情報とする。

上記触覚装置において、センサは、静電容量型であればよい。

上記触覚装置において、触覚刺激生成部は、機械的振動を発生させるアクチュエータから構成されてる。例えば、アクチュエータは、非対称な振動により触覚刺激を与える。この場合、センサを構成する電極の少なくとも１つは、アクチュエータの外挿部と共通、または電気的に等電位となるように接続されている。

上記触覚装置において、触覚刺激生成部は、手指に電気刺激を与える電極から構成されている。この場合、センサを構成する電極の少なくとも１つは、触覚刺激生成部を構成する電極と共通、または電気的に等電位となるように接続されている。

以上説明したことにより、本発明によれば、筐体の把持の仕方がより容易に誘導できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態における触覚装置の構成を示す構成図である。 図２は、触覚装置の例を示す写真である。 図３は、本発明の実施の形態における触覚装置の一部構成を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態における触覚装置の一部構成を示す斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。 図５は、本発明の実施の形態における触覚装置の一部構成を示す斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。 図６は、本発明の実施の形態における触覚装置の構成を示す構成図である。 図７は、本発明の実施の形態における触覚装置の構成を示す構成図である。 図８は、触覚装置の例を示す写真である。 図９は、触覚装置の例を示す写真である。 図１０は、触覚装置の例を示す写真である。 図１１は、本発明の実施の形態における触覚装置を用いた把持の仕方の誘導例を説明する説明図である。 図１２は、本発明の実施の形態における触覚装置の構成を示す構成図である。 図１３は、本発明の実施の形態における触覚装置の構成を示す構成図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態における触覚装置の一部構成を示す平面図である。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態における触覚装置を用いた把持の仕方の誘導例を説明する写真である。 図１４Ｃは、本発明の実施の形態における触覚装置を用いた把持の仕方の誘導例を説明する写真である。 図１４Ｄは、本発明の実施の形態における触覚装置を用いた把持の仕方の誘導例を説明する写真である。 図１５は、特許文献２に示された写真である。

以下、本発明の実施の形態おける触覚装置１００について図１を参照して説明する。触覚装置１００は、筐体１０１，センサ１０２，判定部１０３，通知部１０４，触覚刺激生成部１０５を備える。

筐体１０１は、例えば、図２の写真に例示するように、利用者の手による把持が可能とされた外形とされている。センサ１０２は、筐体１０１を把持する利用者の手指の接触を検出する。センサ１０２は、例えば、静電容量型である。判定部１０３は、センサ１０２が検出した手指の接触位置に関するセンサ情報と、あらかじめ設定されている基準位置情報とが一致するか否かを判定する。センサ１０２は、例えば、筐体１０１に収容されている。

例えば、複数のセンサ１０２が筐体１０１に設けられ、判定部１０３は、複数のセンサ１０２による手指の接触の検出結果の組み合わせをセンサ情報として用いる。また、判定部１０３は、複数のセンサ１０２による手指の接触の検出結果から特定の関係式より導き出される値をセンサ情報とする。判定部１０３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置となどを備えた小型のコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。判定部１０３は、例えば、筐体１０１に収容されている。

通知部１０４は、センサ情報と基準位置情報とが一致しない場合に、手指の接触位置が基準位置からずれている旨、センサ情報と基準位置情報とが一致する場合に手指の接触位置が前期基準位置と一致している旨の少なくとも一方を利用者に通知する。触覚刺激生成部１０５は、筐体１０１を把持する利用者に触覚刺激を与える。触覚刺激生成部１０５は、例えば、機械的振動を発生させるアクチュエータから構成されている。アクチュエータは、例えば、非対称な振動により触覚刺激を与える。また、触覚刺激生成部１０５は、例えば、手指に電気刺激を与える電極から構成されている。通知部１０４および触覚刺激生成部１０５は、例えば、筐体１０１に収容されている。

センサ１０２は、例えば、図３に示すように、複数の電極（検出電極）１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７を備える。電極１２１，１２２，１２３，１２４は、筐体１０１の主面に配置されている。また、電極１２５，電極１２６は、筐体１０１の周面に隣接する１つの側面に配置されている。電極１２７，電極１２８は、電極１２５，１２６が配置された側面に対向する側面に配置されている。電極１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７が接触する部分の筐体１０１の材料は、プラスティック、硬質ビニールなどの絶縁材料から構成する。

また、電極１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７は、例えば、筐体１０１を把持する利用者の手指の接触により発生する静電容量を検出する。例えば、電極１２１は、図４に示すように、筐体１０１の表面側に形成され、指１０６が接触可能とされている。また、図５に示すように、筐体１０１の裏面側に電極１２１ａを形成し、指１０６は、電極１２１ａには接触しない構成としてもよい。

触覚装置１００は、例えば、図６に示すように、電極１２１，１２２，１２３，１２４は、コントローラ１３１に接続する。電極１２１，１２２，１２３，１２４により利用者の手指の接触が検出されると、この状態がコントローラ１３１に含まれる判定部により判定される。この判定の結果が、例えば、コントローラ１３１の制御により、通知部としての視覚表示装置１４１に表示される。また、判定結果が、コントローラ１３１の制御により、通知部としてのスピーカ１４２より音として出力される。また、判定結果を、触覚刺激生成部であるアクチュエータ１５１を動作させることで通知してもよい。

なお、判定結果の通知は、図７に示すように、触覚装置１００の伝送装置１０７より、端末装置１１０の伝送装置１０８に無線または有線通信により送信し、触覚装置１００において、視覚表示装置１４１,スピーカ１４２より出力してもよい。

なお、センサ１０２を構成する電極の少なくとも１つと、アクチュエータの外挿部とが共通または電気的に等電位となるように接続してもよい。アクチュエータの外挿部が金属製であり、これが電気的に浮いている場合、この部分における筐体１０１でも手指が配置されれば静電結合が発生する。この場合は、センサ１０２による静電容量の検出性能が低下する原因となる。ここで、アクチュエータの外挿部を、接地すると、筐体１０１で発生した静電気が、接地により減衰するので、接地することができない。これらに対し、センサ１０２を構成する電極の少なくとも１つを、アクチュエータの外挿部とが共通または電気的に等電位となるように接続することで、上述した問題が解消できる。

次に、判定結果の通知例について説明する。例えば、センサ情報と基準位置情報とが一致せず、把持位置がずれていると判断された場合、図８の（ａ）に示すように、赤色のランプの点灯により、手指の接触位置（把持位置）がずれている旨を利用者に通知する。一方、センサ情報と基準位置情報とが一致し、把持位置が正しいと判断された場合、図８の（ｂ）に示すように、青色のランプの点灯により、把持位置が正しい旨を利用者に通知する。なお、明暗、図形や文字の表示、表示位置などを変化させることで、把持位置の一致不一致を通知するようにしてもよい。

また、例えば、センサ情報と基準位置情報とが一致せず、把持位置がずれていると判断された場合、図９の（ａ）に示すように、スピーカからの連続した音響により、把持位置がずれている旨を利用者に通知する。一方、センサ情報と基準位置情報とが一致し、把持位置が正しいと判断された場合、図９の（ｂ）に示すように、スピーカからの不連続な音響により、把持位置が正しい旨を利用者に通知する。なお、音程、音量、旋律などを変化させることで、把持位置の一致不一致を通知するようにしてもよい。

また、例えば、センサ情報と基準位置情報とが一致せず、把持位置がずれていると判断された場合、図１０の（ａ）に示すように、アクチュエータによる連続した振動により、把持位置がずれている旨を利用者に通知する。一方、センサ情報と基準位置情報とが一致し、把持位置が正しいと判断された場合、図１０の（ｂ）に示すように、アクチュエータによる不連続な振動により、把持位置が正しい旨を利用者に通知する。なお、振動強度、振動の周波数、振動する位置などを変化させることで、把持位置の一致不一致を通知するようにしてもよい。

また、触覚刺激生成部１０５を、手指に電気刺激を与える電極から構成する場合、図１１に示すように、複数の電極１１１を、触覚装置１００の筐体１０１に設ける。例えば、センサ情報と基準位置情報とが一致せず、把持位置がずれていると判断された場合、図１１の（ａ）に示すように、電極１１１による電気刺激を、筐体１０１の下側の電極１１１から上側の電極１１１へと順に発生させる。これにより、利用者に対し、把持している手を筐体１０１の上側へ移動することを促す。図１１の（ｂ）に示すように、把持位置が正しい状態となり、センサ情報と基準位置情報とが一致し、把持位置が正しいと判断されると、電極１１１による電気刺激を停止する。

例えば、隣り合う電極１１１の間に刺激回路により微弱電流を流し、これらの間の電流を検出回路で検出する。隣り合う電極１１１ごとに、上記回路を設ける。例えば、隣り合う電極１１１に、親指および人差し指が接触すると、これらの電極間には電流が流れ、接触が検出される。隣り合う電極１１１の両者に接触していない場合、電流が流れず、非接触と判断できる。なお、この構成において、センサ１０２を構成する電極の少なくとも１つは、触覚刺激生成部１０５を構成する電極と共通、または電気的に等電位となるように接続するとよい。このようにすることで、前述同様に、センサ１０２による静電容量の検出性能の低下が抑制できるようになる。

ところで、図１２に示すように、複数の触覚装置１００におけるセンサ情報を、集中制御装置２００で中継して制御端末２０１に送信し、制御端末２０１でセンサ情報と基準位置情との一致不一致を判定するようにしてもよい。制御端末２０１では、判定結果の通知のための動作指示を、集中制御装置２００で中継し、各触覚装置１００に送信する。また、制御端末２０１は、複数の触覚装置１００における状態表示を制御する。また、制御端末２０１は、把持位置に関する統計をとり、この統計量を表示する。また、制御端末２０１は、各触覚装置１００における把持位置に関する情報を、各触覚装置１００の位置情報あるいは固体識別符号と関連付けて管理する。

なお、図１３に示すように、複数の触覚装置１００におけるセンサ情報を、情報集約・配信装置２０２で中継して集中制御装置２０３に送信し、集中制御装置２０３でセンサ情報と基準位置情との一致不一致を判定するようにしてもよい。集中制御装置２０３では、判定結果の通知のための動作指示を、情報集約・配信装置２０２で中継し、各触覚装置１００に送信する。

次に、実施例を用いてより詳細に説明する。例えば、図１４Ａに示すように、筐体１０１の裏面に、筐体１０１を把持する利用者の手指の接触を検出するための電極１２１ａおよび電極１２２ａを設ける。電極１２１ａが、筐体１０１への指の接触を検出し、電極１２２ａが、筐体１０１への指の接触を検出しない場合、正しい把持状態としこれ以外を誤った把持状態とする。

上述した構成において、図１４Ｂに示すように、親指の先端が、電極１２１ａの位置に配置されると、電極１２１ａが、親指の接触を検出し、電極１２２ａは、筐体１０１への指の接触を検出しない。この結果、図１４Ｂに示す状態では、把持位置が正しい旨が利用者に通知される。一方、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示す状態では、電極１２１ａで指の接触が検出されないので、把持位置が誤っている旨が利用者に通知される。さらに、図１４Ｃに示す状態では、電極１２２ａにより指の接触が検知されるので、所定の位置より接触位置が下がっていること、もしくは所定の位置が接触位置より上方であることを、より具体的な指示として利用者へ送信（通知）することが可能となる。

以上に説明したように、本発明では、センサで、筐体を把持する利用者の手指の接触を検出し、判定部で、センサが検出した手指の接触位置に関するセンサ情報と、あらかじめ設定されている基準位置情報とが一致するか否かを判定し、センサ情報と基準位置情報とが一致しない場合に、手指の接触位置がずれている旨を利用者に通知するようにした。この結果、本発明によれば、筐体の把持の仕方がより容易に誘導できるようになる。

従来の技術では、設計者の意図と異なる把持を招きがちである結果、触覚効果が充分に得られず、最適な状態が得られないことがしばしばあった。また、操作指導を行う指導者がいたとしても、指導のために他人との直接的な接触が必要となり、また、把持の状況が掌や手指に隠れて十分に確認できない場合があった。操作者が遠隔地に存在する場合や多人数である場合は、個別に確認すること自体が困難である。これらにより、充分な触覚効果を発揮することが困難な場合があった。

本発明によれば、触覚効果が充分に得られ、最適な状態が得られる。また、指導のために他人との直接的な接触が不要であり、把持の状況が十分に確認できる。また、利用者（操作者）が遠隔地に存在する場合や多人数である場合であっても、個別に確認すること可能である。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…触覚装置、１０１…筐体、１０２…センサ、１０３…判定部、１０４…通知部、１０５…触覚刺激生成部。

Claims (5)

1. 把持可能とされた筐体と、
   前記筐体を把持する利用者の手指の接触を検出するセンサと、
   前記センサが検出した前記手指の接触位置に関するセンサ情報と、あらかじめ設定されている基準位置情報とが一致するか否かを判定する判定部と、
   前記センサ情報と前記基準位置情報とが一致しない場合に前記手指の接触位置が基準位置からずれている旨、前記センサ情報と前記基準位置情報とが一致する場合に前記手指の接触位置が前記基準位置と一致している旨の少なくとも一方を通知する通知部と、
   前記筐体を把持する前記利用者に触覚刺激を与える触覚刺激生成部と
   を備え、
   前記触覚刺激生成部は、機械的振動を発生させるアクチュエータから構成され、
   前記センサを構成する電極の少なくとも１つは、前記アクチュエータの外挿部と共通、または電気的に等電位となるように接続されていることを特徴とする触覚装置。
2. 請求項１記載の触覚装置において、
   前記アクチュエータは、非対称な振動により前記触覚刺激を与えることを特徴とする触覚装置。
3. 把持可能とされた筐体と、
   前記筐体を把持する利用者の手指の接触を検出するセンサと、
   前記センサが検出した前記手指の接触位置に関するセンサ情報と、あらかじめ設定されている基準位置情報とが一致するか否かを判定する判定部と、
   前記センサ情報と前記基準位置情報とが一致しない場合に前記手指の接触位置が基準位置からずれている旨、前記センサ情報と前記基準位置情報とが一致する場合に前記手指の接触位置が前記基準位置と一致している旨の少なくとも一方を通知する通知部と、
   前記筐体を把持する前記利用者に触覚刺激を与える触覚刺激生成部と
   を備え、
   前記触覚刺激生成部は、前記手指に電気刺激を与える電極から構成され、
   前記センサを構成する電極の少なくとも１つは、前記触覚刺激生成部を構成する電極と共通、または電気的に等電位となるように接続されていることを特徴とする触覚装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚装置において、
   複数の前記センサが前記筐体に設けられ、
   前記判定部は、複数の前記センサによる前記手指の接触の検出結果の組み合わせ、または複数の前記センサによる前記手指の接触の検出結果から特定の関係式より導き出される値を前記センサ情報とする
   ことを特徴とする触覚装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚装置において、
   前記センサは、静電容量型であることを特徴とする触覚装置。

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