JP7107419B2 - 擬似力覚呈示装置 - Google Patents

Description

本発明は、擬似的な力覚を呈示する技術に関する。

目の不自由な人は、白杖または自身の手などで外界の対象物（以下「外界対象物」と呼ぶ）に触れ、外界対象物の存在、位置、形状等を知り、障害物回避等をすることが多い。しかし、壊れやすい物、触れてはいけない物、歩行中や乗り物の中での他人の位置確認などの場合は、接触は有効な手段ではない。また、手や白杖が届く範囲の対象だけしか触れることはできない。

一方、非接触で外界対象物までの距離またはその形状等を計測し、その計測結果に応じて音や振動などの情報を呈示する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。しかし、このような技術では、計測結果に応じた疑似的な力覚を呈示することは困難である。

また、制御信号に基づいてアクチュエータを制御し、擬似的な力覚を認知させる技術が提案されている（例えば、特許文献２，３および非特許文献１等参照）。このような技術を用いれば任意の方向に擬似的な力覚を呈示できる。

特開平１１－５９３５５号公報 特許第６１２６０４７号公報 国際公開第ＷＯ／２０１７／１８３５３７号

雨宮智浩，高椋慎也，伊藤翔，五味裕章，"指でつまむと引っ張られる感覚を生み出す装置「ぶるなび３」"，２０１４年，ＮＴＴ技術ジャーナル，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．９，ｐｐ．２３－２６．

しかしながら、外界対象物に触れることなく、当該外界対象物に応じた疑似的な力覚を呈示する技術は知られていない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、外界対象物に触れることなく、当該外界対象物に応じた疑似的な力覚を呈示する技術を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、外界対象物から擬似力覚呈示装置までの距離を計測して得られた第１物理量または第１物理量の関数値に応じた非対称運動を行い、非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示する力覚呈示機構を有する擬似力覚呈示装置が提供される。

以上により、外界対象物に触れることなく、当該外界対象物に応じた疑似的な力覚を呈示できる。

図１は実施形態の擬似力覚呈示装置を例示したブロック図である。 図２は図１の力覚呈示機構を例示した概念図である。 図３Ａおよび図３Ｂは図２の非対称運動部を例示した概念図である。 図４Ａおよび図４Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の使用状態を例示した概念図である。 図５Ａおよび図５Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図６Ａおよび図６Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図７Ａおよび図７Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図８Ａおよび図８Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図９Ａおよび図９Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１０Ａから図１０Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１１Ａから図１１Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１２Ａから図１２Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１３Ａから図１３Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１４Ａから図１４Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１５Ａから図１５Ｄは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１６Ａおよび図１６Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１７Ａおよび図１７Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１８Ａおよび図１８Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図１９Ａおよび図１９Ｂは実施形態の擬似力覚呈示装置の動作を説明するための概念図である。 図２０は実施形態の擬似力覚呈示装置を例示したブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
まず第１実施形態を説明する。
＜構成＞
図１に例示するように、本実施形態の擬似力覚呈示装置１は、距離計測部１１、位置・姿勢計測部１２、演算部１３、制御部１４、力覚呈示機構１５、およびケース１６を有する。

距離計測部１１は、擬似力覚呈示装置１から外界対象物までの距離を非接触で計測する周知のセンサである。例えば、レーザ光、赤外線、超音波、ミリ波などを利用して距離を計測するセンサを距離計測部１１として用いることができる。位置・姿勢計測部１２は、擬似力覚呈示装置１の動きおよび姿勢の少なくとも一方を計測するセンサである。例えば、位置・姿勢計測部１２は、位置、速度、加速度、向き、角速度、角加速度等を計測するＧＰＳセンサ、磁気センサ、加速度センサ（例えば、３軸並進加速度センサ）、ジャイロセンサ（例えば、３軸ジャイロセンサ）などである。演算部１３および制御部１４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。

図２に例示するように、本実施形態の力覚呈示機構１５は、ベース１５１と、ベース１５１に取り付けられ、ｘ軸方向に疑似的な力覚（すなわち、並進方向の力覚）を呈示する非対称運動部１５２－１と、ベース１５１に取り付けられ、ｙ軸方向に疑似的な力覚（すなわち、並進方向の力覚）を呈示する非対称運動部１５２－２とを有する。ｘ軸およびｙ軸は、ベース１５１に対して固定された直交座標系（ｘ軸とｙ軸とｚ軸とからなる直交座標系）の軸である。本実施形態では、非対称運動部１５２－１，１５２－２が互いに十字をなすように重ねて配置される。これらの非対称運動部１５２－１，１５２－２の駆動を制御することで、ｘ－ｙ平面の任意の向きに疑似的な力覚を呈示することができる。非対称運動部１５２－１，１５２－２は、非対称運動（周期的な非対称運動、例えば、非対称振動）に基づいて擬似的な力覚を呈示する装置である。なお、非対称運動の例は、非対称加速度運動、非対称速度運動、非対称振幅運動などである。「疑似的な力覚」とは、物体から特定の方向に継時的に力を与えられていないにもかかわらず、あたかもこの特定の方向に力を与え続けられているように感じられる知覚を意味する。非対称運動部１５２－１，１５２－２の例は、例えば、特許文献２，３および非特許文献１等に記載されている。また、非対称運動部１５２－１，１５２－２の組み合わせによって任意の向きに疑似的な力覚を呈示できることは、例えば、参考文献１（特開２０１５－２２５５２０号公報），参考文献２（特開２０１７－２０８９０５）等にも開示されている。

ケース１６は中空の部材である。ケース１６は、例えば、合成樹脂、金属、ガラス、木材、ゴム等によって構成される。ケース１６の内部には、距離計測部１１、位置・姿勢計測部１２、演算部１３、制御部１４、および力覚呈示機構１５のベース１５１が固定されている。

≪非対称運動部１５２－ｉ（ただし、ｉ＝１，２）の構成例≫
図３Ａおよび図３Ｂに例示するように、非対称運動部１５２－ｉ（振動子、アクチュエータ）は、例えば、支持部１５２１－ｉ、ばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉ、コイル１５２４－ｉ、永久磁石１５２５－ｉ、およびケース１５２６－ｉを有している。ケース１５２６－ｉおよび支持部１５２１－ｉは、ともに円筒の両方の開放端を閉じた形状からなる中空の部材である。ただし、支持部１５２１－ｉは、ケース１５２６－ｉよりも小さく、ケース１５２６－ｉの内部に収容可能な大きさである。ケース１５２６－ｉおよび支持部１５２１－ｉは、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂から構成される。ばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉは、例えば、金属等から構成されるつるまきばねや板ばね等である。ばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉのばね定数は同一であることが望ましいが、互いに相違していてもよい。永久磁石１５２５－ｉは、例えば、円柱形状の永久磁石であり、長手方向の一方の端部１５２５ａ－ｉ側がＮ極であり、他方の端部１５２５ｂ－ｉ側がＳ極である。コイル１５２４－ｉは、例えば、一つながりのエナメル線であり、第１巻き部１５２４ａ－ｉと第２巻き部１５２４ｂ－ｉとを有する。

永久磁石１５２５－ｉは支持部１５２１－ｉの内部に収容され、そこで長手方向にスライド可能に支持されている。このような支持機構の詳細は図示しないが、例えば、支持部１５２１－ｉの内壁面に長手方向に沿ったまっすぐなレールが設けられ、永久磁石１５２５－ｉの側面にこのレールをスライド可能に支持するレール支持部が設けられている。支持部１５２１－ｉの長手方向の一端側の内壁面１５２１ａ－ｉには、ばね１５２２－ｉの一端が固定され、ばね１５２２－ｉの他端は永久磁石１５２５－ｉの端部１５２５ａ－ｉに固定されている。また、支持部１５２１－ｉの長手方向の他端側の内壁面１５２１ｂ－ｉには、ばね１５２３－ｉの一端が固定され、ばね１５２３－ｉの他端は永久磁石１５２５－ｉの端部１５２５ｂ－ｉに固定されている。

支持部１５２１－ｉの外周側にはコイル１５２４－ｉが巻きつけられている。ただし、永久磁石１５２５－ｉの端部１５２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）では、第１巻き部１５２４ａ－ｉがＡ_１方向に巻きつけられており、端部１５２５ｂ－ｉ側（Ｓ極側）では、第２巻き部１５２４ｂ－ｉがＡ_１方向（奥から手前に向けた方向）と反対向きのＢ_１方向（手前から奥に向けた方向）に巻き付けられている。すなわち、永久磁石１５２５－ｉの端部１５２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）からみた場合、第１巻き部１５２４ａ－ｉは時計回りに巻き付けられており、第２巻き部１５２４ｂ－ｉは反時計回りに巻き付けられている。また、永久磁石１５２５－ｉが停止し、ばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉからの弾性力が釣り合った状態において、永久磁石１５２５－ｉの端部１５２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）が第１巻き部１５２４ａ－ｉの領域に配置され、端部１５２５ｂ－ｉ側（Ｓ極側）が第２巻き部１５２４ｂ－ｉの領域に配置されることが望ましい。

以上のように配置構成された支持部１５２１－ｉ、ばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉ、コイル１５２４－ｉ、および永久磁石１５２５－ｉが、ケース１５２６－ｉ内に収容され、支持部１５２１－ｉがケース１５２６－ｉの内部に固定されている。ただし、ケース１５２６－ｉの長手方向は、支持部１５２１－ｉの長手方向および永久磁石１５２５－ｉの長手方向と一致する。

コイル１５２４－ｉにＡ_１方向（Ｂ_１方向）に電流を流すと、フレミングの左手の法則で説明されるローレンツ力の反作用により、永久磁石１５２５－ｉにＣ_１方向（永久磁石１５２５－ｉのＮ極からＳ極に向かう方向：右方向）の力が加えられる（図３Ａ）。逆に、コイル１５２４－ｉにＡ_２方向（Ｂ_２方向）に電流を流すと、永久磁石１５２５－ｉにＣ_２方向（永久磁石１５２５－ｉのＳ極からＮ極に向かう方向：左方向）の力が加えられる（図３Ｂ）。ただし、Ａ_２方向はＡ_１方向の反対方向である。これらの動作により、永久磁石１５２５－ｉおよびばね１５２２－ｉ，１５２３－ｉからなる系に運動エネルギーが与えられる。それにより、ケース１５２６－ｉを基準とする永久磁石１５２５－ｉの位置および加速度を変化させることができる。

ここで、コイル１５２４－ｉに所定の方向に電流を流す期間（時間）とそれ以外の期間とを周期的に繰り返す。その際、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間との比（反転比）を何れか一方の期間に偏らせることにより、永久磁石１５２５－ｉを非対称運動（非対称振動）させ、所望の方向に擬似的な力覚を呈示できる。所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間とを周期的に繰り返す電流であって、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間との反転比が何れか一方の期間に偏っているのであれば、どのような波形の電流であってもよい。例えば、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）の電流を流す期間ｔ_１とＡ_２方向（Ｂ_２方向）の電流を流す期間ｔ_２との比（反転比ｔ_１：ｔ_２）に応じ、図３Ａおよび図３Ｂの左方向または右方向に擬似的な力覚を呈示できる。図３Ａおよび図３Ｂの左方向に擬似的な力覚を呈示する場合には、ｔ_１＞ｔ_２となる反転比の周期的な電流をコイル１５２４－ｉに流す。逆に、右方向に擬似的な力覚を呈示する場合には、ｔ_１＜ｔ_２となる反転比の周期的な電流をコイル１５２４－ｉに流す。なお、擬似的な力覚の方向は人間が認知する力覚の方向である。疑似的な力覚の方向は、所定の方向に電流を流す期間とそれ以外の期間とに対する関数値で特定される。また、駆動信号（例えば、コイル１５２４－ｉに流す駆動電流やコイル１５２４－ｉに加える駆動電圧）の駆動周波数、反転比、ピーク値を制御することで、呈示する擬似的な力覚の大きさを制御できる。例えば、周期的な加速度運動の周波数が８０Ｈｚに近くなる駆動周波数であるほど擬似的な力覚の大きさが大きくなり、周期的な加速度運動の周波数が８０Ｈｚから遠くなる駆動周波数であるほど擬似的な力覚の大きさが小さくなる（例えば、特許文献２等参照）。また、図３Ａおよび図３Ｂの左方向に擬似的な力覚を呈示する場合、期間ｔ_１に対する期間ｔ_２の割合が小さいほど、大きな擬似的な力覚を認知させることができる。図３Ａおよび図３Ｂの右方向に擬似的な力覚を呈示する場合、期間ｔ_２に対する期間ｔ_１の割合が小さいほど、大きな擬似的な力覚を認知させることができる。さらに、図３Ａおよび図３Ｂの左方向に擬似的な力覚を呈示する場合、Ａ_２方向（Ｂ_２方向）へ流される電流のピークが大きいほど、大きな擬似的な力覚を認知させることができる。図３Ａおよび図３Ｂの右方向に擬似的な力覚を呈示する場合、Ａ_１方向（Ｂ_１方向）へ流される電流のピークが大きいほど、大きな擬似的な力覚を認知させることができる。すなわち、永久磁石１５２５－ｉの振幅が大きいほど、大きな擬似的な力覚を認知させることができる。なお、擬似的な力覚の大きさは人間が認知する力覚の大きさである。擬似的な力覚の大きさは、駆動周波数、反転比、ピーク値の少なくとも何れかの関数値（例えば、比例関数、Ｎ次比例関数、指数的比例関数、シグモイド関数など）で表現できる。なお、人間が認知する力覚の大きさは、駆動周波数、反転比、ピーク値や永久磁石１５２５－ｉの振幅に比例するとは限らないため、擬似的な力覚の大きさが適切に呈示されるよう最適な関数を選択する。また、非対称運動部１５２－ｉの機械的な構造上、適切に呈示可能な擬似的な力覚の大きさに限界があるため、このような関数の入力値に閾値を設け、閾値に収まらない入力値を当該閾値に固定してもよい。

＜動作＞
次に、第１実施形態の擬似力覚呈示装置１の動作を説明する。
図４Ａおよび図４Ｂに例示するように、利用者１００は擬似力覚呈示装置１のケース１６の外側を把持する。距離計測部１１は、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１（例えば、壁、床、設置物、障害物、人間など）までのｙ軸方向の距離を計測し、その計測結果を表す物理量Ｐ１（例えば、計測距離）（第１物理量）を得て出力する。位置・姿勢計測部１２は、擬似力覚呈示装置１自体の動きおよび姿勢の少なくとも一方を計測し、当該動きを表す物理量Ｐ２（例えば、位置、速度、加速度）（第２物理量）および当該姿勢を表す物理量Ｐ３（例えば、向き、角速度、角加速度）（第３物理量）の少なくとも一方を得て出力する。

距離計測部１１で得られた物理量Ｐ１、ならびに位置・姿勢計測部１２で得られた物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方は、演算部１３に入力される。演算部１３は、入力された物理量を用い、力覚呈示機構１５の非対称運動部１５２－ｉが当該物理量および当該物理量の関数値の少なくとも一方に応じた非対称運動を行い、力覚呈示機構１５が当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示するための制御信号ＣＳを得て出力する。

制御部１４は、演算部１３で得られた制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳ（駆動電流または駆動電圧）を生成し、非対称運動部１５２－ｉのコイル１５２４－ｉに供給する。これにより、力覚呈示機構１５は、物理量Ｐ１（外界対象物から擬似力覚呈示装置１までの距離を計測して得られた第１物理量）、物理量Ｐ１の関数値、物理量Ｐ２（擬似力覚呈示装置１の動きを計測して得られた第２物理量）、物理量Ｐ２の関数値、物理量Ｐ３（擬似力覚呈示装置１の姿勢を計測して得られた第３物理量）、物理量Ｐ３の関数値、の少なくともいずれかに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示する。力覚呈示機構１５が取り付けられた擬似力覚呈示装置１を把持する利用者１００は、物理量Ｐ１、物理量Ｐ１の関数値、物理量Ｐ２、物理量Ｐ２の関数値、物理量Ｐ３、物理量Ｐ３の関数値、の少なくともいずれかに応じた疑似的な力覚を認知する。以下、具体例を示す。

＜具体例１－１＞
具体例１－１は、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１（外界対象物１０１から当該擬似力覚呈示装置１までのｙ方向の距離を計測して得られた物理量Ｐ１）に応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１に応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し（図５Ａおよび図５Ｂ）、その計測結果を表す物理量Ｐ１＝Ｌが演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。
Ｆ_ｙｐ＝ｋ_ｙｐ（Ｌ－Ｌ_ｅ） ｆｏｒ ０≦Ｌ＜Ｌ_ｅ （１）
Ｆ_ｙｐ＝Ｆ_ｙｐ ^ｍａｘ ｆｏｒ Ｌ≧Ｌ_ｅ （２）
ただし、ｋ_ｙｐは正のゲイン定数である。Ｌ_ｅは予め定められた正の基準距離である。擬似的な力覚Ｆ_ｙｐの向きはｙ軸方向である。擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを正値で表し、逆に外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを負値で表す。Ｆ_ｙｐ ^ｍａｘはＦ_ｙｐの最大値を表す。前述のように、擬似的な力覚の向きおよび大きさは、駆動信号ＤＳの駆動周波数、反転比、ピーク値などによって制御できるため（例えば、特許文献２，３等参照）、所望の擬似的な力覚Ｆ_ｙｐに対応する駆動信号ＤＳを特定でき、その駆動信号ＤＳに対応する制御信号ＣＳも計算できる。例えば、所望の擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを目標値としたシミュレーションを行い、この擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを提示するための制御信号ＣＳを設定すればよい。このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。すなわち、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが基準距離Ｌ_ｅ以下になった場合、利用者１００は、擬似力覚呈示装置１と外界対象物１０１との間の距離Ｌが小さくなるほど大きな力で外界対象物１０１側から押し返されるような擬似的な力覚を認知する。一方、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが基準距離Ｌ_ｅを超えると、利用者１００は、擬似力覚呈示装置１が最大の力Ｆ_ｙｐ ^ｍａｘで外界対象物１０１側へ引き戻されるような擬似的な力覚を認知する。これにより、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１から基準距離Ｌ_ｅだけ離れた位置に配置されるように、利用者１００が誘導される。

≪具体例１－２≫
具体例１－２も、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示する例である。この例の場合も物理量Ｐ１＝Ｌが演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｙｐを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。
Ｆ_ｙｐ＝ｋ_ｙｐ（Ｌ－Ｌ_ｅ） ｆｏｒ ０≦Ｌ＜Ｌ_ｅ （３）
Ｆ_ｙｐ＝０ ｆｏｒ Ｌ≧Ｌ_ｅ （４）
このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。すなわち、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが基準距離Ｌ_ｅ以下になった場合、利用者１００は、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌが小さいほど大きな力で外界対象物１０１側から押し返されるような擬似的な力覚を認知する。一方、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが基準距離Ｌ_ｅを超えると、利用者１００は擬似的な力覚を認知しない。これにより、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが基準距離Ｌ_ｅ以下となったことを、利用者１００に認知させることができる。

≪具体例２－１≫
具体例２－１は、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔに応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。この例の場合も物理量Ｐ１＝Ｌが演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。
Ｆ_ｙｖ＝ｋ_ｙｖ（ｄＬ／ｄｔ） （５）
ただし、ｋ_ｙｖは正のゲイン定数である。擬似的な力覚Ｆ_ｙｖの向きはｙ軸方向である。擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを正値で表し、逆に外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを負値で表す。ｔは時間を表す。ｄＬ／ｄｔはＬのｔについての時間微分値（すなわち、距離Ｌの時間変化）である。なお、時間微分値は例えば差分法を用いて計算できる。このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。すなわち、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが小さくなる方向に変化する場合、利用者１００は、その距離Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きな力で外界対象物１０１側から押し返されるような擬似的な力覚を認知する。一方、外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１までの距離Ｌが大きくなる方向に変化する場合、利用者１００は、その距離Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きな力で外界対象物１０１側へ引き戻されるような擬似的な力覚を認知する。

≪具体例２－２≫
具体例２－２も、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化に応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化に応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。ただし、擬似力覚呈示装置１のｙ軸方向の動きが小さい場合にのみ擬似的な力覚を呈示する。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し、位置・姿勢計測部１２が擬似力覚呈示装置１のｙ軸上の速度を特定するための物理量Ｐ２（例えば、擬似力覚呈示装置１のｙ軸上の位置、速度、または、加速度）を計測し、物理量Ｐ１＝Ｌおよび物理量Ｐ２が演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。
Ｆ_ｙｖ＝ｋ_ｙｖ（ｄＬ／ｄｔ） ｆｏｒ ａｂｓ（ｄｙ／ｄｔ）≦ｙ’_ｓ （６）
Ｆ_ｙｖ＝０ ｆｏｒ ａｂｓ（ｄｙ／ｄｔ）＞ｙ’_ｓ （７）
ただし、ｄｙ／ｄｔは擬似力覚呈示装置１のｙ軸の位置ｙのｔついての時間微分値（すなわち、擬似力覚呈示装置１のｙ軸方向の移動速度）である。ａｂｓ（α）はαの絶対値を表す。ｙ’_ｓは予め定められた正の閾値を表す。擬似的な力覚Ｆ_ｙｖの向きはｙ軸方向である。擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを正値で表し、逆に外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙｖを負値で表す。このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。すなわち、擬似力覚呈示装置１のｙ軸方向の移動速度ｄｙ／ｄｔの絶対値がｙ’_ｓ以下である場合、利用者１００は具体例２－１と同じ疑似的な力覚を認知する。一方、擬似力覚呈示装置１のｙ軸方向の移動速度ｄｙ／ｄｔの絶対値がｙ’_ｓを越えた場合、利用者１００は擬似的な力覚を認知しない。

≪具体例３－１≫
具体例３－１は、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔ、および、擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔおよび擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔに応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し、位置・姿勢計測部１２が擬似力覚呈示装置１のｘ軸上の移動速度を特定するための物理量Ｐ２（例えば、擬似力覚呈示装置１のｘ軸上の位置、速度、または、加速度）を計測し、物理量Ｐ１＝Ｌおよび物理量Ｐ２が演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。

ただし、ｋ_ｘｖは正のゲイン定数である。擬似的な力覚Ｆ_ｘｖの向きはｘ軸方向である。ｄｘ／ｄｔは擬似力覚呈示装置１のｘ軸の位置ｘのｔついての時間微分値（すなわち、擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の移動速度）である。擬似的な力覚Ｆ_ｘｖの向きはｘ軸方向である。図５Ａおよび図５Ｂにおける右方向の擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを正値で表し、左方向の擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを負値で表す。このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。ｄＬ／ｄｔおよびｄｘ／ｄｔが共に正であるか負である場合、利用者１００はｘ軸の値が大きくなる方向（右方向）に擬似的な力覚を知覚する。ｄＬ／ｄｔおよびｄｘ／ｄｔの何れかが負である場合、利用者１００はｘ軸の値が小さくなる方向（左方向）に擬似的な力覚を知覚する。なお、いずれの方向の擬似的な力覚もｄＬ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きく、ｄｘ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きい。これにより、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に速く移動させるほど擬似的な力覚の大きさも大きくなり、Ｌの時間変化が大きいほど擬似的な力覚の大きさも大きくなる。

≪具体例３－２≫
具体例３－２は、具体例３－１で説明した擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔを、擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度Θ_ｚの時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔで近似するものである。すなわち、具体例３－２は、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔ、および、擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度Θ_ｚの時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔおよび擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度の時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔに応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔを得るためにはカルマンフィルタ等を用いた複雑な計算が必要となるが、角速度の時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔはジャイロセンサ等の簡易なセンサを位置・姿勢計測部１２として用いることで容易に計算できる。よって、具体例３－２は具体例３－１に比べ、擬似力覚呈示装置１の構成を簡易にできる。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し、位置・姿勢計測部１２が擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度の時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔを特定するための物理量Ｐ２（例えば、擬似力覚呈示装置１のｘ軸上の位置、速度、または、加速度）を計測し、物理量Ｐ１＝Ｌおよび物理量Ｐ２が演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。

ただし、図５Ａおよび図５Ｂに例示するように、ｚ軸周りの角速度Θ_ｚはｚ軸方向（図５Ａおよび図５Ｂの奥から手前に向かう方向）で見たときの時計回り（図５Ａおよび図５Ｂにおける反時計回り）の方向を正方向とする。

≪具体例３－３≫
具体例３－３は、力覚呈示機構１５が物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔの絶対値、および、擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚（物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔの絶対値および擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔに応じた擬似的な力覚）を呈示する例である。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し、位置・姿勢計測部１２が擬似力覚呈示装置１のｘ軸上の移動速度を特定するための物理量Ｐ２（例えば、擬似力覚呈示装置１のｘ軸上の位置、速度、または、加速度）を計測し、物理量Ｐ１＝Ｌおよび物理量Ｐ２が演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。

このような制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳが力覚呈示機構１５に供給されると、利用者１００は次のような擬似的な力覚を認知する。ｄｘ／ｄｔが正であるか負である場合、利用者１００はｘ軸の値が大きくなる方向（右方向）に擬似的な力覚を知覚する。ｄｘ／ｄｔが負である場合、利用者１００はｘ軸の値が小さくなる方向（左方向）に擬似的な力覚を知覚する。なお、いずれの方向の擬似的な力覚もｄＬ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きく、ｄｘ／ｄｔの絶対値が大きいほど大きい。これにより、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に速く移動させるほど擬似的な力覚の大きさも大きくなり、Ｌの時間変化が大きいほど擬似的な力覚の大きさも大きくなる。

≪具体例３－４≫
具体例３－４は、具体例３－３で説明した擬似力覚呈示装置１のｘ軸方向の位置の時間変化ｄｘ／ｄｔを、擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度Θ_ｚの時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔで近似するものである。この例の場合、距離計測部１１が擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までのｙ軸方向の距離Ｌを計測し、位置・姿勢計測部１２が擬似力覚呈示装置１のｚ軸周りの角速度の時間変化ｄΘ_ｚ／ｄｔを特定するための物理量Ｐ２を計測し、物理量Ｐ１＝Ｌおよび物理量Ｐ２が演算部１３に入力される。演算部１３は、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｘｖを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力する。

≪具体例４－１≫
上述した擬似的な力覚Ｆ_ｙｐ，Ｆ_ｙｖの成分を合成したものをｙ軸方向に呈示し、擬似的な力覚Ｆ_ｘｖをｘ軸方向に呈示してもよい。例えば、演算部１３が、以下のような擬似的な力覚Ｆ_ｙおよびＦ_ｘを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力してもよい。
Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｐ＋Ｆ_ｙｖ （１２）
Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｘｖ （１３）
ただし、擬似的な力覚Ｆ_ｙの向きはｙ軸方向である。擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙを正値で表し、逆に外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙを負値で表す。擬似的な力覚Ｆ_ｘの向きはｘ軸方向である。図５Ａおよび図５Ｂにおける右方向の擬似的な力覚Ｆ_ｘを正値で表し、左方向の擬似的な力覚Ｆ_ｘを負値で表す。

≪具体例４－２≫
具体例４－１においてＦ_ｙ＝Ｆ_ｙｐとしてもよいし、Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｖとしてもよい。

≪具体例５－１≫
飽和特性等を考慮し、演算部１３が、具体例４の擬似的な力覚Ｆ_ｙおよびＦ_ｘを非線形変換した擬似的な力覚をＦ’_ｙおよびＦ’_ｘを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力してもよい。例えば、演算部１３が、以下のようなＦ_ｙおよびＦ_ｘのシグモイド関数値である擬似的な力覚Ｆ’_ｙおよびＦ’_ｘを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力してもよい。

ただし、ｋ_ｇｙ１，ｋ_ｇｙ２，ｋ_ｇｘ１，ｋ_ｇｘ２は正のゲイン定数である。ｅｘｐ（α）はαの指数関数値である。擬似的な力覚Ｆ_ｙの向きはｙ軸方向である。擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ’_ｙを正値で表し、逆に外界対象物１０１から擬似力覚呈示装置１に向かう方向の擬似的な力覚Ｆ’_ｙを負値で表す。擬似的な力覚Ｆ’_ｘの向きはｘ軸方向である。図５Ａおよび図５Ｂにおける右方向の擬似的な力覚Ｆ’_ｘを正値で表し、左方向の擬似的な力覚Ｆ’_ｘを負値で表す。これにより、呈示される疑似的な力覚を知覚のダイナミックレンジと整合させることができる。

≪具体例５－２≫
演算部１３が、以下のようなＦ_ｙの区分線形関数値で表される疑似的な力覚Ｆ’_ｙを認知させるための制御信号ＣＳを生成して出力してもよい。
Ｆ'_ｙ＝Ｆ_ｙ ｆｏｒ －Ｆ_ｙ ^ｍａｘ＜Ｆ_ｙ＜Ｆ_ｙ ^ｍａｘ （１４）
Ｆ'_ｙ＝Ｆ_ｙ ^ｍａｘ ｆｏｒ Ｆ_ｙ ^ｍａｘ≦Ｆ_ｙ （１５）
Ｆ'_ｙ＝－Ｆ_ｙ ^ｍａｘ ｆｏｒ －Ｆ_ｙ ^ｍａｘ≧Ｆ_ｙ （１６）
ただし、Ｆ_ｙ ^ｍａｘは疑似的な力覚Ｆ_ｙの最大値である。

≪具体例５－３≫
具体例５－１，５－２においてＦ_ｙ＝Ｆ_ｙｐとしてもよいし、Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｖとしてもよい。

以上に例示するように、力覚呈示機構１５は、物理量Ｐ１＝Ｌに応じた非対称運動を行い、物理量Ｐ１＝Ｌに応じた擬似的な力覚を呈示してもよいし（モードＡ：具体例１－１，１－２）、物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化に応じた非対称運動を行い、物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化に応じた擬似的な力覚を呈示してもよい（モードＢ：具体例２－１，２－２）。また、力覚呈示機構１５は、擬似力覚呈示装置１の動きを計測して得られた物理量Ｐ２、物理量Ｐ２の関数値、擬似力覚呈示装置１の姿勢を計測して得られた物理量Ｐ３、および第３物理量Ｐ３の関数値、の少なくとも何れか、ならびに、物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化、に応じた非対称運動を行い、物理量Ｐ２、物理量Ｐ２の関数値、物理量Ｐ３、物理量Ｐ３の関数値、の少なくとも何れか、ならびに、物理量Ｐ１＝Ｌの時間変化に応じた擬似的な力覚を呈示してもよい（モードＣ：具体例３－１，３－２，３－３，３－４）。また、力覚呈示機構１５がモードＡ～Ｃの疑似的な力覚の少なくとも一部を合成したものを呈示してもよいし、力覚呈示機構１５がモードＡ～Ｃの疑似的な力覚の少なくとも一部を非線形変換して合成したものを呈示してもよい（モードＤ：具体例４－１，４－２，５－１，５－２，５－３）。

≪位置関係と擬似的な力覚との関係の例示１≫
外界対象物１０１と擬似力覚呈示装置１との位置関係と擬似力覚呈示装置１が呈示する擬似的な力覚との関係を例示する。図６Ａから図９Ｂは、擬似力覚呈示装置１がｙ軸方向に式（５）の擬似的な力覚Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｖを呈示し、ｘ軸方向に式（８）の擬似的な力覚Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｘｖを呈示する場合の例である。図６Ａ，図７Ａ，図８Ａ，図９Ａにおける１から８の数字はｘ－ｙ平面における方向を表す。図６Ｂ，図７Ｂ，図８Ｂ，図９Ｂは、それぞれ、擬似力覚呈示装置１および壁である外界対象物１０１が図６Ｂ，図７Ｂ，図８Ｂ，図９Ｂの位置関係にあるときに、上述の１から８の数字で示されたｘ－ｙ平面における方向に擬似力覚呈示装置１が単位速度で平行移動する場合に、擬似力覚呈示装置１が呈示する擬似的な力覚Ｆ_ｙおよびＦ_ｘの合成をベクトル表示したものである。外界対象物１０１は静止している。各ベクトルには対応する擬似力覚呈示装置１の移動方向を表す数字を付している。これらの図に示すように、外界対象物１０１までの距離Ｌが長くなる方向へ擬似力覚呈示装置１が移動する場合（図６Ａの５，６，７の方向、図７Ａの６，７，８の方向、図８Ａの１，６，７，８の方向、図９Ａの１，７，８の方向）、擬似力覚呈示装置１は移動方向のｙ軸成分の反対向きの成分および移動方向のｘ軸方向成分（図６Ｂの５，６，７の方向成分、図７Ｂの６，７，８の方向成分、図８Ｂの１，６，７，８の方向成分、図９Ｂの１，７，８の方向成分）を持つ擬似的な力覚を呈示する。一方、外界対象物１０１までの距離Ｌが短くなる方向へ擬似力覚呈示装置１が移動する場合（図６Ａの１，２，３の方向、図７Ａの２，３，４の方向、図８Ａの２，３，４，５の方向、図９Ａの３，４，５の方向）、擬似力覚呈示装置１は移動方向のｙ軸成分の反対向きの成分および移動方向のｘ軸方向成分の反対向きの成分（図６Ｂの１，２，３の方向成分、図７Ｂの２，３，４の方向成分、図８Ｂの２，３，４，５の方向成分、図９Ｂの３，４，５の方向成分）を持つ擬似的な力覚を呈示する。図６Ａの４，８で示された方向、図７Ａの１，５で示された方向、図９Ａの２，６で示された方向に擬似力覚呈示装置１が移動する場合には、擬似的な力覚は呈示されない。

≪位置関係と擬似的な力覚との関係の例示２≫
図１０Ａから図１３Ｂは、擬似力覚呈示装置１がｙ軸方向に式（５）の擬似的な力覚Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｖを呈示し、ｘ軸方向に式（１０）の擬似的な力覚Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｘｖを呈示する場合の例である。図１０Ａ，図１１Ａ，図１２Ａ，図１３Ａにおける１から８の数字はｘ－ｙ平面における方向を表す。図１０Ｂ，図１１Ｂ，図１２Ｂ，図１３Ｂは、それぞれ、擬似力覚呈示装置１および壁である外界対象物１０１が図１０Ｂ，図１１Ｂ，図１２Ｂ，図１３Ｂの位置関係にあるときに、上述の１から８の数字で示されたｘ－ｙ平面における方向に擬似力覚呈示装置１が単位速度で平行移動する場合に、擬似力覚呈示装置１が呈示する擬似的な力覚Ｆ_ｙおよびＦ_ｘの合成をベクトル表示したものである。外界対象物１０１は静止している。各ベクトルには対応する擬似力覚呈示装置１の移動方向を表す数字を付している。これらの例では、擬似力覚呈示装置１の移動方向にかかわらず、擬似力覚呈示装置１は移動方向のｙ軸成分の反対向きの成分および移動方向のｘ軸方向成分を持つ擬似的な力覚を呈示する。図１０Ａの４，８で示された方向、図１１Ａの１，５で示された方向、図１３Ａの２，６で示された方向に擬似力覚呈示装置１が移動する場合には、擬似的な力覚は呈示されない。

≪外界対象物１０１の形状と擬似的な力覚との関係の例示１≫
外界対象物１０１の形状と擬似力覚呈示装置１が呈示する擬似的な力覚との関係を例示する。図１４Ａから図１６Ｄは、擬似力覚呈示装置１がｙ軸方向に式（５）の擬似的な力覚Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｖを呈示し、ｘ軸方向に式（８）の擬似的な力覚Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｘｖを呈示する場合の例である。図１４Ｂから図１４Ｄは、図１４Ａのように断面形状が矩形型のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が矩形型のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かったところで、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１に引き寄せられるような擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが呈示される（Ｆ_ｘおよびＦ_ｙが共に正）。これにより、利用者１００は、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１のくぼみにｙ軸方向に落ち込み、さらにｘ軸方向に加速するような感覚が得られる。これは手で外界対象物１０１をなぞる際の感覚に似ている。擬似力覚呈示装置１がくぼみに対向している時点では擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙは０である。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに差し掛かったところで、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１から押し出され、かつ、擬似力覚呈示装置１の進行方向の逆向きに押されるような擬似的な力覚が呈示される（Ｆ_ｘおよびＦ_ｙが共に負）。これにより、利用者１００は、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１のくぼみの終端でｘ軸方向に減速し、ｙ軸方向に押し戻されるような感覚が得られる。これも手で外界対象物１０１をなぞる際の感覚に似ている。図１５Ｂから図１５Ｄは、図１５Ａのように断面形状が楔形のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が楔形のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かってからくぼみの最も深い部分に対向する位置に達するまで、正の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに達するまで、負の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。図１６Ｂから図１６Ｄは、図１６Ａのように断面形状が半円型のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が半円型のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かってからくぼみの最も深い部分に対向する位置に達するまで、正の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに達するまで、負の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。ただし、断面形状が半円型のくぼみの場合には距離Ｌが連続的に変化するため、擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙの大きさは連続的に変化する。以上のように、擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙにより、利用者１００に外界対象物１０１の形状をクリアに認知させることができる。

≪外界対象物１０１の形状と擬似的な力覚との関係の例示２≫
他の例を示す。図１７Ａから図１９Ｄは、擬似力覚呈示装置１がｙ軸方向に式（１）（２）および式（５）の擬似的な力覚を合成した擬似的な力覚Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｙｐ＋Ｆ_ｙｖを呈示し、ｘ軸方向に式（８）の擬似的な力覚Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｘｖを呈示する場合の例である。図１７Ｂから図１７Ｄは、図１７Ａのように断面形状が矩形型のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が矩形型のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かったところで、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１に引き寄せられるような擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが呈示される（Ｆ_ｘおよびＦ_ｙが共に正）。擬似力覚呈示装置１がくぼみに対向している時点では擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙは０である。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに差し掛かったところで、擬似力覚呈示装置１が外界対象物１０１から押し出され、かつ、擬似力覚呈示装置１の進行方向の逆向きに押されるような擬似的な力覚が呈示される（Ｆ_ｘおよびＦ_ｙが共に負）。図１８Ｂから図１８Ｄは、図１８Ａのように断面形状が楔形のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が楔形のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かってからくぼみの最も深い部分に対向する位置に達するまで、正の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに達するまで、負の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。ただし、距離Ｌに依存するＦ_ｙｐの成分もＦ_ｙに含まれるため、ｙ軸方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙは時間変化する。図１９Ｂから図１９Ｄは、図１９Ａのように断面形状が半円型のくぼみ（ｙ軸方向のくぼみ）を持つ外界対象物１０１に対し、擬似力覚呈示装置１をｘ軸方向に秒速０．２５ｍ／ｓで移動させた場合における、時間［ｓ］と、擬似力覚呈示装置１から外界対象物１０１までの距離Ｌ［ｍ］、擬似的な力覚Ｆ_ｘ、および擬似的な力覚Ｆ_ｙとの関係をそれぞれ例示している。断面形状が半円型のくぼみを持つ外界対象物１０１の場合、擬似力覚呈示装置１がくぼみに差し掛かってからくぼみの最も深い部分に対向する位置に達するまで、正の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。その後、擬似力覚呈示装置１がくぼみの終わりに達するまで、負の擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙが継続的に呈示される。ただし、半円型のくぼみの場合には距離Ｌが連続的に変化するため、擬似的な力覚Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙの大きさは連続的に変化する。さらに、距離Ｌに依存するＦ_ｙｐの成分もＦ_ｙに含まれるため、ｙ軸方向の擬似的な力覚Ｆ_ｙの時間変化はさらに顕著になる。以上の例の場合、Ｆ_ｙが距離Ｌに依存するＦ_ｙｐの成分を含むため、利用者１００に外界対象物１０１の形状をより明確に認知させることができる。

［第１実施形態の変形例１］
前述した複数のモードＡ～Ｄから特定のモードが選択可能であってもよいし、各モードで呈示される疑似的な力覚が選択可能（例えば、前述した具体例の式に示される擬似的な力覚からの選択）であってもよい。このように選択される疑似的な力覚の種別を「力覚種別」と呼ぶことにする。この場合、擬似力覚呈示装置１は、演算部１３に代え、力覚種別を選択する機能を持つ演算部１３’を有する。演算部１３’には複数の力覚種別から選択された特定の力覚種別を示す選択情報μが入力される。演算部１３’は当該選択情報μが示す力覚種別を設定し、力覚呈示機構１５が当該設定された力覚種別での擬似的な力覚を呈示するための制御信号ＣＳを第１実施形態で説明したように得て出力する。すなわち、複数の力覚種別のそれぞれは、物理量Ｐ１、物理量Ｐ１の関数値、物理量Ｐ２、物理量Ｐ２の関数値、物理量Ｐ３、および物理量Ｐ３の関数値、の少なくとも何れかを含む物理情報に対応し、力覚呈示機構１５は、選択された特定の力覚種別に対応する物理情報に応じた非対称運動を行い、当該特定の力覚種別に対応する物理情報に応じた擬似的な力覚を呈示する。これにより、様々な状況に応じて適切な擬似的な力覚を呈示できる。例えば、外界対象物１０１の形状に応じて疑似的な力覚を切り替え、外界対象物１０１の形状に関する情報をより明確に利用者１００に知覚させることができる。

あるいは、演算部１３’に選択情報μが入力されるのではなく、擬似力覚呈示装置１の内部で取得可能な情報（例えば、時間、方向、速度、加速度など）に応じ、演算部１３’の内部で力覚種別の選択および設定が行われてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、演算部１３の機能が擬似力覚呈示装置の外部に設けられる。以下、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２０に例示するように、本実施形態の擬似力覚呈示装置２は、距離計測部１１、位置・姿勢計測部１２、制御部１４、力覚呈示機構１５、ケース１６、出力部２６、および入力部２７を有する。また、擬似力覚呈示装置２の外部には、擬似力覚呈示装置２と無線通信または有線通信が可能な演算装置２３が設けられている。演算装置２３は、例えば、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。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。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。

＜動作＞
次に、第２実施形態の擬似力覚呈示装置２の動作を説明する。第１実施形態との相違点は以下の通りである。第１実施形態では、距離計測部１１で得られた物理量Ｐ１、ならびに位置・姿勢計測部１２で得られた物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方が演算部１３に入力された。これに代え、第２実施形態では、これらの物理量Ｐ１ならびに物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方を表す情報（計測部で得られた計測値を表す情報）が出力部２６から出力され、演算装置２３に送られる。演算装置２３は、物理量Ｐ１ならびに物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方を表す情報を用い、第１実施形態の演算部１３の処理を行って制御信号ＣＳ（計測値に応じた入力情報）を得て出力する。制御信号ＣＳは、擬似力覚呈示装置２の入力部２７に入力され、制御部１４に送られる。制御部１４は、この制御信号ＣＳに対応する駆動信号ＤＳを生成し、非対称運動部１５２－ｉのコイル１５２４－ｉに供給する。これにより、力覚呈示機構１５は、制御信号ＣＳに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示する。これにより、擬似力覚呈示装置２を小型化できる。

［第２実施形態の変形例１］
その他、演算部１３の機能だけではなく制御部１４の機能も、擬似力覚呈示装置２の外部の演算装置２３に設けられてもよい。この場合には、物理量Ｐ１ならびに物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方を表す情報（計測部で得られた計測値を表す情報）が出力部２６から出力され、演算装置２３に送られる。演算装置２３は、物理量Ｐ１ならびに物理量Ｐ２および物理量Ｐ３の少なくとも一方を表す情報を用い、第１実施形態の演算部１３および制御部１４の処理を行って制御信号ＣＳおよび駆動信号ＤＳ（計測値に応じた入力情報）を得て出力する。駆動信号ＤＳは、擬似力覚呈示装置２の入力部２７に入力され、非対称運動部１５２－ｉのコイル１５２４－ｉに供給される。これにより、力覚呈示機構１５は、制御信号ＣＳに応じた非対称運動を行い、当該非対称運動に基づいた擬似的な力覚を呈示する。これにより、擬似力覚呈示装置２をより小型化できる。

［第２実施形態の変形例２］
第２実施形態または第２実施形態の変形例１において、演算装置２３が演算部１３の機能に代えて、第１実施形態の変形例１で説明した演算部１３’の機能を備えてもよい。

［その他の変形例等］
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、非対称運動部１５２－ｉとして、特許第４５５１４４８号公報（参考文献３）、国際公開第ＷＯ２００７／０８６４２６号（参考文献４）、特開２０１５－２２６３８８公報（参考文献５）等のその他の非対称運動に基づいて擬似的な力覚を呈示する装置が用いられてもよい。また、力覚呈示機構１５が３個以上の非対称運動部１５２－ｉを備え、それらの駆動を制御することで並進方向の疑似的な力覚だけではなく、回転方向の疑似的な力覚も呈示できてもよい（例えば、参考文献１等参照）。また参考文献５に記載された構成の非対称運動部１５２－１を用い、１個の非対称運動部１５２－１のみで並進方向および回転方向が呈示できてもよい。距離計測部１１および位置・姿勢計測部１２での計測結果に応じ、非対称運動部１５２－ｉが非対称運動を行い、当該計測結果に応じた２自由度以上の擬似的な力覚が呈示できるのであれば、非対称運動部１５２－ｉの構成および個数に制限はない。

また、物理量Ｐ１＝Ｌの関数値や物理量Ｐ２の関数値は、速度であってもよいし、加速度であってもよい。物理量Ｐ２の関数値は、角速度であってもよいし、角加速度であってもよい。

上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

上記の演算部や演算装置の機能をコンピュータによって実現する場合、各機能の処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例は、非一時的な（non-transitory）記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。

このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。

コンピュータ上で所定のプログラムを実行させて本装置の処理機能が実現されるのではなく、これらの処理機能の少なくとも一部がハードウェアで実現されてもよい。

本発明により、例えば、目の不自由な人や視覚が不自由な状況にある人が、外界対象物に触れずに、外界対象物の存在、位置、形状などを知ることができる。特に、壊れやすい外界対象物、触れてはいけない外界対象物、歩行中や乗り物の中の他人の存在、位置、形状などを、非接触で認知させることができる。

１，２ 擬似力覚呈示装置

Claims (9)

1. 擬似的な力覚を呈示する擬似力覚呈示装置であって、
   外界対象物から当該擬似力覚呈示装置までの第１軸方向の距離Ｌを計測して得られた第１物理量および前記第１物理量の関数値である前記第１物理量の時間変化に応じた非対称運動に基づいて、前記距離Ｌに応じた擬似的な力覚Ｆ_ｙｐの成分および前記距離Ｌの時間変化に応じた擬似的な力覚Ｆ_ｙｖの成分を合成した擬似的な力覚Ｆ_ｙｐ＋Ｆ_ｙｐを前記第１軸方向に呈示する力覚呈示機構を有する擬似力覚呈示装置。
2. 請求項１の擬似力覚呈示装置であって、
   前記力覚呈示機構は、さらに当該擬似力覚呈示装置の動きを計測して得られた第２物理量、前記第２物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の姿勢を計測して得られた第３物理量、および前記第３物理量の関数値、の少なくとも何れかに応じた前記非対称運動を行う、擬似力覚呈示装置。
3. 請求項１または２の擬似力覚呈示装置であって、
   前記力覚呈示機構は、前記第１物理量に応じた前記非対称運動を行い、前記第１物理量に応じた前記擬似的な力覚を呈示する、擬似力覚呈示装置。
4. 請求項１から３のいずれかの擬似力覚呈示装置であって、
   前記力覚呈示機構は、前記第１物理量の時間変化に応じた前記非対称運動を行い、前記第１物理量の時間変化に応じた前記擬似的な力覚を呈示する、擬似力覚呈示装置。
5. 請求項１から４のいずれかの擬似力覚呈示装置であって、
   前記力覚呈示機構は、当該擬似力覚呈示装置の動きを計測して得られた第２物理量、前記第２物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の姿勢を計測して得られた第３物理量、および前記第３物理量の関数値、の少なくとも何れか、ならびに、前記第１物理量の時間変化、に応じた前記非対称運動を行い、前記第２物理量、前記第２物理量の関数値、前記第３物理量、前記第３物理量の関数値、の少なくとも何れか、ならびに、前記第１物理量の時間変化に応じた前記擬似的な力覚を呈示する、擬似力覚呈示装置。
6. 請求項１から５のいずれかの擬似力覚呈示装置であって、
   複数の力覚種別から選択された特定の力覚種別を設定する演算部さらに有し、
   前記複数の力覚種別のそれぞれは、前記第１物理量、前記第１物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の動きを計測して得られた第２物理量、前記第２物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の姿勢を計測して得られた第３物理量、および前記第３物理量の関数値、の少なくとも何れかを含む物理情報に対応し、
   前記力覚呈示機構は、前記特定の力覚種別に対応する物理情報に応じた前記非対称運動を行い、前記特定の力覚種別に対応する擬似的な力覚を呈示する、擬似力覚呈示装置。
7. 請求項１から６のいずれかの擬似力覚呈示装置であって、
   前記第１物理量、前記第１物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の動きを表す第２物理量、前記第２物理量の関数値、当該擬似力覚呈示装置の姿勢を表す第３物理量、および前記第３物理量の関数値の少なくとも何れかを計測する計測部と、
   前記計測部で得られた計測値を表す情報を出力する出力部と、
   前記計測値に応じた入力情報を受け付ける入力部と、をさらに有し、
   前記力覚呈示機構は、前記入力情報に応じた前記非対称運動を行う、擬似力覚呈示装置。
8. 擬似的な力覚を呈示する擬似力覚呈示装置であって、
   外界対象物から当該擬似力覚呈示装置までの第１軸方向の距離Ｌを計測して得られた第１物理量に応じた非対称運動に基づいて、前記距離Ｌが正の基準距離Ｌ_ｅ以下になった場合に、前記第１軸に沿って前記外界対象物から当該擬似力覚呈示装置に向かう方向に、前記距離Ｌが小さいほど大きな擬似的な力覚を呈示し、前記距離Ｌが前記基準距離Ｌ_ｅを超えた場合に、前記第１軸に沿って当該擬似力覚呈示装置から前記外界対象物に向かう方向に、予め定められた最大の大きさの擬似的な力覚を提示するか、前記第１軸に沿った擬似的な力覚の提示を停止する力覚呈示機構を有する擬似力覚呈示装置。
9. 擬似的な力覚を呈示する擬似力覚呈示装置であって、
   外界対象物から当該擬似力覚呈示装置までの第１軸方向の距離Ｌを計測して得られた第１物理量に応じた非対称運動に基づいて、前記第１軸に沿った当該擬似力覚呈示装置の位置の時間変化ｄｙ／ｄｔの絶対値が予め定められた正の閾値ｙ’_ｓ以下の場合に、前記距離Ｌの時間変化ｄＬ／ｄｔに応じた擬似的な力覚を呈示し、前記時間変化ｄｙ／ｄｔの絶対値が前記閾値ｙ’_ｓを超える場合に、前記第１軸に沿った擬似的な力覚の提示を停止する力覚呈示機構を有する擬似力覚呈示装置。

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