JP7159894B2

JP7159894B2 - 擬似力覚提示装置

Info

Publication number: JP7159894B2
Application number: JP2019018509A
Authority: JP
Inventors: 諒真棚瀬; 裕章五味
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: US20220107373A1; JP2020126446A; WO2020162191A1; US11815572B2

Description

本発明は、擬似的な力覚を提示する擬似力覚提示装置に関し、特に、磁気センサを備える擬似力覚提示装置に関する。

制御信号に基づいて電気式のアクチュエータを制御し、牽引力錯覚などの擬似力覚を提示する擬似力覚発生装置を用いて歩行者のナビゲーションを行うシステムが提案されている（非特許文献１）。

Tomohiro Amemiya, Hiroaki Gomi, "Buru-Navi3: Behavioral Navigations Using Illusory Pulled Sensation Created by Thumb-sized Vibrator", In Proc. of ACM SIGGRAPH 2014 Emerging Technologies, Vancouver, Canada, August 2014.

非特許文献１では天井に貼り付けられたＡＲマーカを読み取ることでユーザの位置を計測しているが、屋外では利用することができない。屋外利用のためには、例えばＧＰＳや磁気センサにより位置を計測することが考えられる。しかしながら、非特許文献１のような電気式のアクチュエータを用いた擬似力覚提示装置に外部磁界に基づいて位置を検出するための磁気センサを搭載すると、アクチュエータが発生させる磁界の影響で位置計測の精度が著しく低下してしまうことがある。アクチュエータで発生した磁界の影響の影響を低減するためにアクチュエータと磁気センサとの間の距離を大きくすると、擬似力覚発生装置のサイズが大きくなってしまい、片手で把持することが困難になってしまう。

本発明の課題は、片手で把持可能なサイズ（小型）で外部磁界を正しく計測可能な電気式の擬似力覚提示装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、供給された制御信号に基づいて物理的な運動を行う電気式のアクチュエータと、アクチュエータの物理的な運動に基づいて、擬似的な力覚を知覚させる周期的な非対称運動を行う接触機構と、外部の磁界を計測する磁気センサと、アクチュエータと磁気センサとの間に配置され、アクチュエータの磁気センサ側の部位の周囲を覆い、アクチュエータから発生する磁気センサ側の磁界を遮蔽する遮蔽部材と、を有する擬似力覚発生装置が提供される。

本発明では、遮蔽部材がアクチュエータから磁気センサに向かう磁波を遮蔽するため、アクチュエータと磁気センサとの間の距離が小さくても外部磁界を適切に計測できる。そのため、小型で外部磁界を正しく計測可能な擬似力覚提示装置を実現できる。

図１は第１実施形態の擬似力覚提示装置を例示した斜視図である。図２は第１実施形態の擬似力覚提示装置を例示した分解斜視図である。図３Ａは、第１実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過平面図である。図３Ｂは、第１実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過正面図である。図３Ｃは、第１実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過左側面図である。図４Ａおよび図４Ｂは第１実施形態のアクチュエータの構成を例示した概念図である。図４Ａおよび図４Ｂは、第１実施形態のアクチュエータの３Ａ－３Ａ概略断面を表す。図５は、第１実施形態の擬似力覚発生装置の動作を例示するための図である。図６Ａは、第２実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過平面図である。図６Ｂは、第２実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過正面図である。図６Ｃは、第２実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した透過左側面図である。図７は、第２実施形態の擬似力覚発生装置の使用状態を説明するための概念図である。図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず（シールドなし）、アクチュエータを駆動させない（駆動なし）ときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図８Ｄ，図８Ｅ，図８Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず（シールドなし）、アクチュエータを駆動させた（駆動あり）ときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドし、アクチュエータを駆動させないときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図９Ｄ，図９Ｅ，図９Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドし、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］を各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させないときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１０Ｄ，図１０Ｅ，図１０Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１１Ｄ，図１１Ｅ，図１１Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１２Ａ，図１２Ｂ，図１２Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドしない場合（シールドなし）とシールドする場合（シールドあり）とのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度のバイアス（μＴ）をそれぞれ例示したグラフである。図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃは、アクチュエータを駆動する場合としない場合とにおいて、アクチュエータをシールドしない場合（シールドなし）とシールドする場合（シールドあり）とのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度ノイズの標準偏差（μＴ）をそれぞれ例示したグラフである。

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。
図１から図５を用い、本形態の擬似力覚発生装置１の構成を説明する。図１から図５に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１は、基部４０１、アクチュエータ１０２－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）、板バネ部１０４３－１，１０４４－１、連結部１０４１－１，１０４２－１、固定部４０４５－１、連結部２０４５－３、台座４０９、接続部４０３、接触部４０８、遮蔽部材１０１、および磁気センサ１０３を有する。アクチュエータ１０２－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）は、支持部１０２６－ｉ、可動部１０２５－ｉ、連結部１０２ｅａ－ｉ，連結部１０２ｅｂ－ｉを有する。

基部４０１、台座４０９、支持部１０２６－１，１０２６－３を含む機構（例えば、これらからなる機構）が「ベース機構」に相当する。可動部１０２５－ｉ、連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）、板バネ部１０４３－１，１０４４－１、固定部４０４５－１、連結部２０４５－３、接続部４０３、および接触部４０８を含む機構（例えば、これらからなる機構）が「接触機構」に相当する。「接触機構」は「ベース機構」に対して周期的な非対称運動を行い、接触機構に直接的または間接的に接触した皮膚に非対称運動に基づく力を与え、これによって擬似的な力覚を知覚させる。

＜基部４０１＞
基部４０１は、基部４０１はＡＢＳ樹脂等の合成樹脂から構成された板状の部材である。基部４０１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４０１の一方の板面４０１ｂ側には、アクチュエータ１０２－１の底面側（支持部１０２６－１の底面側）および板状の台座４０９の一方の板面４０９ａが固定されている。台座４０９の他方の板面４０９ｂには、アクチュエータ１０２－３の底面側（支持部１０２６－３の底面側）が固定されている。固定されたアクチュエータ１０２－１の長手方向とアクチュエータ１０２－３の長手方向とでなす角度は略９０°である。アクチュエータ１０２－１の長手方向は基部４０１の一辺に沿って配置され、アクチュエータ１０２－３の長手方向はこの一辺に略直交し、アクチュエータ１０２－３を長手方向に延長した位置にアクチュエータ１０２－１の中央部分が位置するように配置されている。

＜アクチュエータ１０２－ｉ＞
アクチュエータ１０２－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）は、支持部１０２６－ｉ、支持部１０２６－ｉに対する非対称振動を行う可動部１０２５－ｉ、可動部１０２５－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１０２ｅｂ－ｉ、可動部１０２５－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１０２ｅａ－ｉを有する。

アクチュエータ１０２－ｉの構成は、例えば、参考文献１（ＷＯ２０１７／１８３５３７号公報）等に開示されている。図４Ａおよび図４Ｂに例示するように、アクチュエータ１０２－ｉは、供給された制御信号に基づいて物理的な運動を行う電気式のアクチュエータであり、例えば、ケース１０２７－ｉおよびガイド１０２１－ｉを含む支持部１０２６－ｉ、ばね１０２２－ｉ，１０２３－ｉ（弾性体）、コイル１０２４－ｉ、永久磁石である可動部１０２５－ｉ、および連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉを有するリニア・アクチュエータである。本形態のケース１０２７－ｉおよびガイド１０２１－ｉは、ともに筒（例えば、円筒や多角筒）の両方の開放端の一部を閉じた形状からなる中空の部材である。ただし、ガイド１０２１－ｉは、ケース１０２７－ｉよりも小さく、ケース１０２７－ｉの内部に収容可能な大きさである。ケース１０２７－ｉ、ガイド１０２１－ｉ、および連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉは、例えば、合成樹脂から構成される。ばね１０２２－ｉ，１０２３－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１０２２－ｉ，１０２３－ｉの弾性係数（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。可動部１０２５－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１０２５ａ－ｉ側がＮ極であり、他方の端部１０２５ｂ－ｉ側がＳ極である。コイル１０２４－ｉは、例えば、一つながりのエナメル線であり、第１巻き部１０２４ａ－ｉと第２巻き部１０２４ｂ－ｉとを有する。

可動部１０２５－ｉはガイド１０２１－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、ガイド１０２１－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、可動部１０２５－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。ガイド１０２１－ｉの長手方向の一端側の内壁面１０２１ａ－ｉには、ばね１０２２－ｉの一端が固定され（すなわち、ガイド１０２１－ｉにばね１０２２－ｉの一端が支持され）、ばね１０２２－ｉの他端は可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉに固定されている（すなわち、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉがばね１０２２－ｉの他端に支持されている）。また、ガイド１０２１－ｉの長手方向の他端側の内壁面１０２１ｂ－ｉには、ばね１０２３－ｉの一端が固定され（すなわち、ガイド１０２１－ｉにばね１０２３－ｉの一端が支持され）、ばね１０２３－ｉの他端は可動部１０２５－ｉの端部１０２５ｂ－ｉに固定されている（すなわち、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ｂ－ｉがばね１０２３－ｉの他端に支持されている）。

ガイド１０２１－ｉの外周側にはコイル１０２４－ｉが巻きつけられている。ただし、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）では、第１巻き部１０２４ａ－ｉがＡ_１方向（奥から手前に向けた方向）に巻きつけられており、端部１０２５ｂ－ｉ側（Ｓ極側）では、第２巻き部１０２４ｂ－ｉがＡ_１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、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）からみた場合、第１巻き部１０２４ａ－ｉは時計回りに巻き付けられており、第２巻き部１０２４ｂ－ｉは反時計回りに巻き付けられている。また、可動部１０２５－ｉが停止し、ばね１０２２－ｉ，１０２３－ｉからの弾性力が釣り合った状態において、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側（Ｎ極側）が第１巻き部１０２４ａ－ｉの領域に配置され、端部１０２５ｂ－ｉ側（Ｓ極側）が第２巻き部１０２４ｂ－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ガイド１０２１－ｉ、ばね１０２２－ｉ，１０２３－ｉ、コイル１０２４－ｉ、および可動部１０２５－ｉが、ケース１０２７－ｉ内に収容され、ガイド１０２１－ｉがケース１０２７－ｉの内部に固定されている。すなわち、ケース１０２７－ｉのガイド１０２１－ｉに対する相対位置が固定されている。ただし、ケース１０２７－ｉの長手方向は、ガイド１０２１－ｉの長手方向および可動部１０２５－ｉの長手方向と一致する。

ケース１０２７－ｉおよびガイド１０２１－ｉの内壁面１０２１ａ－ｉ側には貫通孔１０２８ａ－ｉが設けられており、内壁面１０２１ｂ－ｉ側には貫通孔１０２８ｂ－ｉが設けられている。貫通孔１０２８ａ－ｉには棒状の連結部１０２ｅａ－ｉが挿入されており、貫通孔１０２８ｂ－ｉには棒状の連結部１０２ｅｂ－ｉが挿入されている。連結部１０２ｅａ－ｉの一端側は可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側に接触し、連結部１０２ｅａ－ｉの他端側はケース１０２７－ｉ（支持部１０２６－ｉ）の外部に配置されている。連結部１０２ｅｂ－ｉの一端側は可動部１０２５－ｉの端部１０２５ｂ－ｉ側に接触し、連結部１０２ｅｂ－ｉの他端側はケース１０２７－ｉ（支持部１０２６－ｉ）の外部に配置されている。

コイル１０２４－ｉは、流された電流に応じた力を可動部１０２５－ｉに与え、これにより、可動部１０２５－ｉは、ガイド１０２１－ｉに対して周期的な非対称振動（ガイド１０２１－ｉを基準とした軸方向に非対称性をもった周期的な並進往復運動）を行う。すなわち、コイル１０２４－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、可動部１０２５－ｉにＣ_１方向（可動部１０２５－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４Ａ）。逆に、コイル１０２４－ｉにＡ_２方向（Ｂ_２方向）に電流を流すと、可動部１０２５－ｉにＣ_２方向（可動部１０２５－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４Ｂ）。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、可動部１０２５－ｉおよびばね１０２２－ｉ，１０２３－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１０２７－ｉを基準とする可動部１０２５－ｉの位置および加速度（ガイド１０２１－ｉを基準とした軸方向の位置および加速度）を変化させ、それに伴って連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉの位置および加速度も変化させることができる。すなわち可動部１０２５－ｉは、与えられた駆動制御信号ＤＣＳに基づいて、支持部１０２６－ｉに支持された状態で、Ｄ－ｉ軸（図５）に沿って支持部１０２６－ｉに対する非対称振動を行い、それと共に連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉもＤ－ｉ軸に沿って非対称振動を行う。

なお、アクチュエータ１０２－ｉの構成は図４Ａおよび図４Ｂのものに限定されない。例えば、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側にコイル１０２４－ｉの第１巻き部１０２４ａ－ｉがＡ_１方向に巻きつけられおり、端部１０２５ｂ－ｉ側にコイル１０２４－ｉが巻き付けられていない構成であってもよい。逆に、端部１０２５ｂ－ｉ側にコイル１０２４－ｉの第２巻き部１０２４ｂ－ｉがＢ_１方向に巻き付けられており、可動部１０２５－ｉの端部１０２５ａ－ｉ側にコイル１０２４－ｉが巻き付けられていない構成であってもよい。あるいは、第１巻き部１０２４ａ－ｉと第２巻き部１０２４ｂ－ｉとが互いに別のコイルであってもよい。すなわち、第１巻き部１０２４ａ－ｉと第２巻き部１０２４ｂ－ｉとが電気的に接続されておらず、互いに異なる電気信号が与えられる構成であってもよい。

図５に例示するように、可動部１０２５－ｉは、支持部１０２６－ｉに支持された状態で、連結部１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉを通るＤ－ｉ軸に沿って支持部１０２６－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（Ｄ－ｉ軸の軸心方向）はいずれも基部４０１の板面４０１ｂと略平行であり、Ｄ－１軸とＤ－２軸とのなす角度は略９０°である。

＜連結部１０４１－１，１０４２－１＞
連結部１０４１－１，１０４２－１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１０４１－１，１０４２－１は、例えば合成樹脂から構成される。支持部１０２６－１の外部に配置された連結部１０２ｅａ－１の他端側は、連結部１０４２－１の一端側の側面を支持している。支持部１０２６－１の外部に配置された連結部１０２ｅｂ－１の他端側は、連結部１０４１－１の一端側の側面を支持している。連結部１０４１－１はアクチュエータ１０２－１の長手方向の一端側の外方に配置され、連結部１０４２－１はアクチュエータ１０２－１の長手方向の他端側の外方に配置されている。連結部１０４１－１と連結部１０４２－１とは互いに略平行に配置されている。

＜板バネ部１０４３－１，１０４４－１および固定部４０４５－１＞
板バネ部１０４３－１および１０４４－１は合成樹脂から構成された板状のばねである。板バネ部１０４３－１および１０４４－１の一端はそれぞれ連結部１０４１－１，１０４２－１に支持される。板バネ部１０４３－１および１０４４－１の他端は固定部４０４５－１に支持される。固定部４０４５－１は、円柱状の突部４０４５ａ－１を備えた板状の部材である。固定部４０４５－１は、例えば合成樹脂から構成できる。突部４０４５ａ－１は、固定部４０４５－１の外方側（アクチュエータ１０２－１側の反対側）に設けられている。板バネ部１０４３－１および板バネ部１０４４－１は、Ｄ－１軸に沿った方向に並べられ、板バネ部１０４３－１と板バネ部１０４４－１との間に固定部４０４５－１が配置されている。

＜連結部２０４５－３＞
連結部２０４５－３は、略Ｇ型の合成樹脂等から構成される部材である。アクチュエータ１０２－３の支持部１０２６－３の外部に配置された連結部１０２ｅａ－３の他端側は、連結部２０４５－３の一端２０４５ｂ－３を支持している。支持部１０２６－３の外部に配置された連結部１０２ｅｂ－３の他端側は、連結部２０４５－３の他端２０４５ｃ－３を支持している。連結部２０４５－３の一端２０４５ｂ－３および他端２０４５ｃ－３ならびに連結部１０２ｅａ－３，１０２ｅｂ－３の軸心はＤ－２軸に沿って配置されている。連結部２０４５－３の他端２０４５ｃ－３側には、挿入孔２０４５ａａ－３を備えた支持部２０４５ａ－３が設けられている。挿入孔２０４５ａａ－３の中心軸の軸心とＤ－１軸とのなす角度、および、挿入孔２０４５ａａ－３の中心軸の軸心とＤ－２軸とのなす角度は、いずれも略９０°である。アクチュエータ１０２－３を駆動すると、連結部２０４５－３は基部２０１に対してＤ－２軸に沿った非対称振動を行う。

＜接続部４０３および接触部４０８＞
接続部４０３は合成樹脂等から構成された板状の部材であり、接触部４０８は合成樹脂等から構成された円盤状の部材である。接続部４０３の一端の一方の板面４０３３側には、円柱状の回転軸４０３１が設けられている。接続部４０３の他端には、板面４０３３とその裏面である板面４０３２との間を貫通する貫通孔４０３４が設けられている。貫通孔４０３４の開口端は円状であり、貫通孔４０３４の内径は突部４０４５ａ－１の端面の外径よりも大きい。接触部４０８の一方の板面４０８ｂ側の中央には、先端部が開放された円筒状の筒状突起部４０８１が設けられている。筒状突起部４０８１の軸心方向は板面４０８ｂと略直交する。筒状突起部４０８１の外径は貫通孔４０３４の内径よりも若干小さく、筒状突起部４０８１の内径は突部４０４５ａ－１の端面の外径と略同一である。

接続部４０３は、板面４０３３側を台座４０９の板面４０９ｂ側（基部４０１の板面４０１ｂ側）に向けて配置されている。接続部４０３の回転軸４０３１は挿入孔２０４５ａａ－３に回転可能に支持されている。固定部４０４５－１の突部４０４５ａ－１は、板面４０３３側から接続部４０３の貫通孔４０３４に挿入されている。接触部４０８の筒状突起部４０８１は、板面４０３２側から接続部４０３の貫通孔４０３４に挿入されている。また、筒状突起部４０８１の内壁面側には、貫通孔４０３４を貫通した突部４０４５ａ－１が挿入されて固定されている。これにより、接続部４０３の他端および接触部４０８が固定部４０４５－１に取り付けられている。

＜磁気センサ１０３＞
基部４０１の板面４０１ｂ側には磁気センサ１０３が固定されている。磁気センサ１０３は擬似力覚発生装置１の外部の磁界（磁場）の大きさや方向を計測するためのセンサである。磁気センサ１０３の例は地磁気センサである。本形態の磁気センサ１０３は、アクチュエータ１０２－３の近傍に配置されている。磁気センサ１０３は、アクチュエータ１０２－３の中心と磁気センサ１０３との距離のほうがアクチュエータ１０２－１の中心と磁気式センサ１０３との距離よりも近く、かつ、台座４０９の外側となる位置に配置される。例えば、磁気センサ１０３は、アクチュエータ１０２－３内で巻き付けられたコイル１０２４－３の巻き付け中心軸（すなわち、巻き付け中心軸の軸回りにコイル１０２４－３が巻き付けられている）に沿った方向に配置されている。前述のようにコイル１０２４－３に電流が流されることでコイル１０２４－３の巻き付け中心軸を貫く磁界が発生する。例えば、磁気センサ１０３は、このコイル１０２４－３の巻き付け中心軸を貫く磁力線の方向に配置されている。この方向はＤ－２軸に沿った方向であり、アクチュエータ１０２－３から漏れる磁界の磁束密度が大きな方向である。磁気センサ１０３の目的は擬似力覚発生装置１の外部の磁界を計測することであり、アクチュエータ１０２－３から漏れる磁界はこの目的を阻害するものである。なお、磁気センサ１０３の配置はこれに限定されるものではなく、アクチュエータ１０２－３の近傍のその他の位置に磁気センサ１０３が配置されてもよい。

＜遮蔽部材１０１＞
遮蔽部材１０１は、少なくとも磁気センサ１０３による外部磁界の計測を阻害するアクチュエータ１０２－３からの磁波を遮蔽する。遮蔽部材１０１はアクチュエータ１０２－３に供給される制御信号（制御電流や制御電圧）に基づく周波数成分を持つ磁波を遮蔽する強磁性体である。すなわち、擬似力覚発生装置１で擬似力覚を知覚させるためには、アクチュエータ１０２－３を低い周波数（例えば１０[Ｈｚ]から１５０［Ｈｚ］程度）で周期的に駆動させる必要があり、そのようなアクチュエータ１０２－３から漏洩する磁界の周波数も低いものとなる。遮蔽部材１０１はこのような低い周波数の磁界を遮蔽する材質の部材である。例えば、遮蔽部材１０１は１０Ｈｚから１５０Ｈｚまでに含まれる特定の周波数帯域の磁界（磁波）を少なくとも遮蔽する材質で構成され、例えば、８０Ｈｚまたは８０Ｈｚ近傍の磁界を遮蔽する材質で構成される。遮蔽部材１０１の材質としてはパーマロイ（permalloy）等を例示できる。遮蔽部材１０１は、アクチュエータ１０２－３と磁気センサ１０３との間に配置され、アクチュエータ１０２－３の磁気センサ１０３側の部位（例えば、アクチュエータ１０２－３の磁気センサ１０３側に面した領域）の周囲を覆い、アクチュエータ１０２－３から発生する磁気センサ１０３側の磁界を遮蔽する。例えば、遮蔽部材１０１はアクチュエータ１０２－３のコイル１０２４－３と磁気センサ１０３との間に配置されている。一例を挙げると、遮蔽部材１０１は、アクチュエータ１０２－３のコイル１０２４－３の外方のうち少なくとも磁気センサ１０３および磁気センサ１０３の周囲へ向かう側の領域を取り囲むように配置されている。例えば、遮蔽部材はコイル１０２４－３の巻き付け中心軸に沿った方向に配置されている。遮蔽部材１０１の形状に限定はないが、図１から図３，図５に例示した遮蔽部材１０１は、単層または複層の帯状の部材をＵ字型に形成したものである。この遮蔽部材１０１は、アクチュエータ１０２－３の磁気センサ１０３側の部位（連結部１０２ｅｂ－３側の部位）の周囲を囲むように基部４０１の板面４０１ｂ側に固定されている。遮蔽部材１０１の板面１０１ａは基部４０１の板面４０１ｂに対して略垂直であり、遮蔽部材１０１の内側の板面１０１ａがアクチュエータ１０２－３の磁気センサ１０３側の周囲領域を囲むように配置されている。

＜動作＞
図５を用い、擬似力覚発生装置１の動作を説明する。利用者は自らの皮膚を接触部４０８に接触させた状態、または、皮膚と接触部４０８との間に布などを介在させた状態で擬似力覚発生装置１を把持する。

アクチュエータ１０２－３が駆動すると、可動部１０２５－３、連結部１０２ｅａ－３，１０２ｅｂ－３、および連結部２０４５－３がＤ－２軸に沿ってＸＡ４－ＸＢ４方向に非対称振動する。これに伴い、連結部２０４５－３に支持された接続部４０３にＤ－２軸に沿った方向の力が与えられ、接続部４０３に支持された接触部４０８にもＤ－２軸に沿った方向の力が与えられる。これにより、接触部４０８は可動部１０２５－３、連結部１０２ｅａ－３，１０２ｅｂ－３、および連結部２０４５－３ともに非対称振動を行う。その結果、接触部４０８に直接的または間接的に接触した皮膚に非対称振動に基づく力が与えられる。接触部４０８に与えられたＤ－２軸に沿った方向の力は板バネ部１０４３－１，１０４４－１および固定部４０４５－１に与えられる。これにより、板バネ部１０４３－１，１０４４－１はＤ－２軸に沿った方向に弾性変形する（撓む）。これにより、Ｄ－２軸に沿った接触部４０８の非対称振動が、アクチュエータ１０２－１によって妨げられることを抑制し、接続部４０３に支持された接触部４０８から効率的に擬似的な力覚を提示できる。

一方、アクチュエータ１０２－１が駆動すると、可動部１０２５－１および連結部１０２ｅａ－１，１０２ｅｂ－１，１０４１－１，１０４２－１がＤ－１軸に沿ってＹＡ４－ＹＢ４方向に非対称振動する。これに伴い、連結部１０４１－１，１０４２－１に支持された板バネ部１０４３－１，１０４４－１および固定部４０４５－１にＤ－１軸に沿った方向の力が与えられる。これにより、板バネ部１０４３－１，１０４４－１は、可動部１０２５－１および連結部１０２ｅａ－１，１０２ｅｂ－１，１０４１－１，１０４２－１とともにＤ－１軸に沿ってＹＡ４－ＹＢ４方向に非対称振動する。連結部１０４１－１，１０４２－１からＤ－１軸に沿った方向の力が与えられた板バネ部１０４３－１，１０４４－１は、Ｄ－１軸に沿った方向の力を固定部４０４５－１に与える。固定部４０４５－１はこの方向の力を接続部４０３および接触部４０８に与える。これにより、接続部４０３および接触部４０８は、連結部２０４５－３の支持部２０４５ａ－３の挿入孔２０４５ａａ－３を中心とした周期的な非対称回転運動（Ｄ－１軸およびＤ－２軸と略直交する回転軸４０３１を中心とした非対称回転運動）を行う。これにより、接触部４０８に直接的または間接的に接触した皮膚に非対称回転運動に基づく力を与える。また、Ｄ－１軸に沿った接触部４０８の非対称振動がアクチュエータ１０２－３によって妨げられることが抑制され、接触部４０８に直接的または間接的に接触した皮膚に効率的に擬似的な力覚が与えられる。

アクチュエータ１０２－１およびアクチュエータ１０２－３を同時に駆動させた場合も同様である。

また、磁気センサ１０３は、擬似力覚発生装置１の外部の磁界（例えば、地磁気）を計測する。この際、アクチュエータ１０２－３が駆動していてもアクチュエータ１０２－３から漏洩する磁界は遮蔽部材１０で遮蔽される。そのため、アクチュエータ１０２－３から漏洩する磁界の影響で磁気センサ１０３による外部磁界の計測が阻害されることを抑制でき、磁気センサ１０３で外部磁界を正確に計測することが可能となる。またアクチュエータ１０２－１は磁気センサ１０３から遠い位置に配置されており、さらにアクチュエータ１０２－１と磁気センサ１０３との間にはアクチュエータ１０２－３からの磁界を遮蔽するための遮蔽部材１０１も配置されている。すなわち上述のようなアクチュエータ１０２－１、１０２－３と遮蔽部材１０１との配置構成により、遮蔽部材１０１をアクチュエータ１０２－３だけではなくアクチュエータ１０２－１から漏洩した磁界の遮蔽にも流用できる。そのため、アクチュエータ１０２－１から漏洩する磁界の影響で磁気センサ１０３による外部磁界の計測が阻害されることも抑制できる。

［第２実施形態］
第２実施形態を説明する。本形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態と第１実施形態との相違点は接触部の構造である。その他は第１実施形態と同じである。
図６Ａ－図６Ｃおよび図７を用い、本形態の擬似力覚発生装置２の構成を説明する。図６Ａ－図６Ｃおよび図７に例示するように、本形態の擬似力覚発生装置２は、基部４０１、アクチュエータ１０２－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）、板バネ部１０４３－１，１０４４－１、連結部１０４１－１，１０４２－１、固定部４０４５－１、連結部２０４５－３、台座４０９、接続部４０３、接触部５０８、遮蔽部材１０１、および磁気センサ１０３を有する。アクチュエータ１０２－ｉ（ただし、ｉ＝１，３）は、支持部１０２６－ｉ、可動部１０２５－ｉ、連結部１０２ｅａ－ｉ，連結部１０２ｅｂ－ｉを有する。

接触部５０８は、剛体または剛体とみなせる部材である。接触部５０８は、基部４０１の一方の面４０１ｂ側に配置された第１領域５０８１と、第１領域５０８１の一端に支持された第２領域５０８２と、第２領域５０８２の他端に支持され、基部４０１の他方の面４０１ａ側（ベース機構の他方の面側）に配置された第３領域５０８３とを含む。第１領域５０８１、第２領域５０８２、および第３領域５０８３のそれぞれは略板形状を持つ。本形態では、第１領域５０８１の略板形状部分と第３領域５０８３の略板形状部分とは略平行に配置され、第２領域５０８２の略板形状部分はこれらと略直交している。第１領域５０８１の一方の板面５０８１ｂ側の中央には、第１実施形態で説明した筒状突起部４０８１が設けられている。接続部４０３は、板面４０３３側を台座４０９の板面４０９ｂ側に向けて配置されている。接続部４０３の回転軸４０３１は挿入孔２０４５ａａ－３に回転可能に支持されている。固定部４０４５－１の突部４０４５ａ－１は、板面４０３３側から接続部４０３の貫通孔４０３４に挿入されている。接触部５０８の筒状突起部４０８１は、板面４０３２側から接続部４０３の貫通孔４０３４に挿入されている。また、筒状突起部４０８１の内壁面側には、貫通孔４０３４を貫通した突部４０４５ａ－１が挿入されて固定されている。これにより、第１領域５０８１は、固定部４０４５－１に支持されている。また、第１領域５０８１と第３領域５０８３との間に、台座４０９、支持部１０２６－１，１０２６－３を含む機構の少なくとも一部、可動部１０２５－１および連結部１０２ｅａ－１，１０２ｅｂ－１，１０４１－１，１０４２－１を含む機構の少なくとも一部、および板バネ部１０４３－１，１０４４－１および固定部４０４５－１を含む機構の少なくとも一部が配置されている。

図７に例示するように、利用者は台座４０９、支持部１０２６－１，１０２６－３を含む機構（ベース機構）側を掌１０００で支持するとともに、接触部５０８の第１領域５０８１の外方の板面５０８１ａと、第３領域５０８３の外方の板面５０８３ａとを挟み込むように把持する。この状態で擬似力覚発生装置２を駆動し、接触部５０８を非対称運動させると、利用者はその非対称運動に基づく力覚を知覚する。本形態のように、利用者が第１領域５０８１と第３領域５０８３とを挟み込むように接触部５０８を把持した場合、利用者の親指から第１領域５０８１に与えられる力の少なくとも一部が第２領域５０８２を介して第３領域５０８３に与えられ、この第３領域５０８３は利用者の人差し指によって支えられる。これにより、利用者によって第１領域５０８１に与えた力がアクチュエータ１０２－１，３に加わることを抑制し、アクチュエータ１０２－１，３の負担を軽減できる。その結果、アクチュエータ１０２－１，３の摩耗を低減させたり、アクチュエータ１０２－１，３の動きが妨げられたりすることを抑制でき、故障率を低下させたり、利用者に効率よく力覚を与えることができる。

［実験データ］
図８から図１０に、上述した実施形態での遮磁の効果を示す実験結果を示す。この実験では、遮蔽部材１０１としては磁性伯に特殊加工層が付与されたシート（MAGNEFILM-MFM）を２枚積層したものを用いた。しかし、パーマロイのシートを７枚積層した場合も同じような結果が得られる。

図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界をシールドせず（シールドなし）、アクチュエータ１０２－３を駆動させない（駆動なし）ときの磁気センサ１０３で計測されるｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図８Ｄ，図８Ｅ，図８Ｆは、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界をシールドせず（シールドなし）、アクチュエータ１０２－３を駆動させた（駆動あり）ときの磁気センサ１０３で計測されるｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図８では、横軸は時間［ｓ］を表し、縦軸は各軸方向の磁束密度［μＴ］を表す。なお、ｘ軸およびｙ軸は板面４０１ｂに沿った直交軸であり、ｘ軸はＤ－１方向の軸であり、ｙ軸はＤ－２方向の軸である。ｚ軸は板面４０１ｂ（ｘ－ｙ軸平面）に直交する軸である。このようにアクチュエータ１０２－３で生じた磁界をシールドしない状態では、アクチュエータ１０２－３の駆動によって生じた強い磁界の影響で、外部の弱い磁界を判別することが困難になっていることが分かる。

図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃは、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界を遮蔽部材１０１でシールドし、アクチュエータ１０２－３を駆動させないときの磁気センサ１０３で計測されるｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］をそれぞれ各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図９Ｄ，図９Ｅ，図９Ｆは、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界を遮蔽部材１０１でシールドし、アクチュエータ１０２－３を駆動させたときの磁気センサ１０３で計測されるｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度変化［μＴ］を各時間［ｓ］でプロットしたグラフの例示である。図９でも、横軸は時間［ｓ］を表し、縦軸は各軸方向の磁束密度［μＴ］を表す。このようにアクチュエータ１０２－３で生じた磁界を遮蔽部材１０１でシールドすることにより、アクチュエータ１０２－３の駆動によって生じた強い磁界の影響を軽減し、外部の弱い磁界の判別が容易になっていることが分かる。

図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させないときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１０Ｄ，図１０Ｅ，図１０Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１１Ｄ，図１１Ｅ，図１１Ｆは、アクチュエータで生じた磁界をシールドせず、アクチュエータを駆動させたときのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向のパワースペクトル密度をそれぞれ各周波数［Ｈｚ］でプロットしたグラフの例示である。図１０および図１１では、横軸は周波数［Ｈｚ］を表し、縦軸は各軸方向のパワースペクトル密度を表す。これらの図からも、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界をシールドしない状態では、アクチュエータ１０２－３の駆動によって生じた強い磁界の影響で、外部の弱い磁界を判別することが困難となるが、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界を遮蔽部材１０１でシールドすることにより、外部の弱い磁界の判別が容易になっていることが分かる。

図１２Ａ，図１２Ｂ，図１２Ｃは、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界をシールドしない場合（シールドなし）とシールドする場合（シールドあり）とのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度のバイアス（平均値）（μＴ）をそれぞれ例示したグラフである。これらの図に示すように、アクチュエータ１０２－３、遮蔽部材１０１、磁気センサ１０３を適切に配置することで、アクチュエータ１０２－３で生じた磁界を遮蔽部材１０１で遮蔽するか否かで各軸方向の磁束密度のバイアスも大きく変化しないことが分かる。

図１３Ａ，図１３Ｂ，図１３Ｃは、アクチュエータ１０２－３を駆動する場合としない場合とにおいて、アクチュエータ１０２－３をシールドしない場合（シールドなし）とシールドする場合（シールドあり）とのｘ軸方向，ｙ軸方向，ｚ軸方向の磁束密度ノイズの標準偏差（μＴ）をそれぞれ例示したグラフである。白いグラフはシールドなしに対応し、黒いグラフはシールドありに対応する。これらの図に示すように、アクチュエータ１０２－３、遮蔽部材１０１、磁気センサ１０３を適切に配置することで、アクチュエータ１０２－３の駆動の有無、シールドのありなしに対し、磁束密度ノイズの標準偏差の変化も小さくすることができる。

［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、参考文献１、参考文献２「特許４４１３１０５号公報」、参考文献３「特許第４５５１４４８号公報」、参考文献４「特許第４６５８９８３号公報」、参考文献５「特許５１５８８７９号公報」、参考文献６「特許５４５８００５号公報」、参考文献７「特開２０１２－１４３０５４号公報」等に開示されたようなその他の擬似力覚発生装置に本発明を適用してもよい。

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。

１，２擬似力覚発生装置
１０１遮蔽部材
１０３磁気センサ
１０２－ｉアクチュエータ
１０２５－ｉ可動部１０２５－ｉ（接触機構）
１０２ｅａ－ｉ，１０２ｅｂ－ｉ連結部（接触機構）
１０４３－１，１０４４－１板バネ部（接触機構）
４０４５－１固定部（接触機構）
２０４５－３連結部（接触機構）
４０３接続部（接触機構）
４０８，５０８接触部（接触機構）

Claims

供給された制御信号に基づいて物理的な運動を行う電気式のアクチュエータと、
前記アクチュエータの物理的な運動に基づいて、擬似的な力覚を知覚させる周期的な非対称運動を行う接触機構と、
外部の磁界を計測する磁気センサと、
前記アクチュエータと前記磁気センサとの間に配置され、前記アクチュエータの前記磁気センサ側の部位の周囲を覆い、前記アクチュエータから発生する前記磁気センサ側の磁界を遮蔽する遮蔽部材と、
を有し、
前記遮蔽部材は、前記制御信号に基づく周波数成分を持つ磁界を遮蔽する強磁性体であり、
前記アクチュエータは巻き付けられたコイルを有し、前記コイルに電流が流されることで前記コイルの巻き付け中心軸を貫く磁界が発生し、
前記磁気センサおよび前記遮蔽部材は前記コイルの巻き付け中心軸に沿った方向に配置されており、
前記遮蔽部材は前記コイルと前記磁気センサとの間に配置されている、擬似力覚発生装置。