JPH0950232A - サーモモジュールを用いた触覚生成装置 - Google Patents

サーモモジュールを用いた触覚生成装置

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JPH0950232A
JPH0950232A JP7203549A JP20354995A JPH0950232A JP H0950232 A JPH0950232 A JP H0950232A JP 7203549 A JP7203549 A JP 7203549A JP 20354995 A JP20354995 A JP 20354995A JP H0950232 A JPH0950232 A JP H0950232A
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JP
Japan
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temperature
thermomodule
tactile
feedback
section
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JP7203549A
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English (en)
Inventor
Naofumi Nakazawa
直文 中澤
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、人工現実感を得る装置において実現さ
れていなかった熱い冷たいといった温度感覚を操作者に
知覚させる触覚生成装置の提供。 【解決手段】 触覚させる温度を生成するための素子を
有し、触覚面の形成されたサーモモジュール1とサーモ
モジュール1を駆動するための直流電流源2と直流電流
源を制御する電源制御部3、サーモモジュール部の温度
を測るための温度センサ4と温度センサ入力部5、そし
て、温度センサの出力値とフィードバックすべき量を決
めるための温度の情報により電源制御部3への制御量を
決め、フィードバック制御を行うコントロール部6、サ
ーモモジュール1の部分の移動機構の駆動部7とその制
御部8を持ち、その機構によりフィードバック制御され
た温度の触覚面を接触状態へ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、人間の手や指等
に触覚フィードバックを与え、仮想物体が存在するかの
ように知覚させ人工現実感を実現するための装置に関
し、より詳細には、温度を知覚させる当該装置で、視覚
障害者等用の触覚ディスプレイにも用い得るものに関す
る。
【0002】
【従来の技術】人間の手や指等に触覚フィードバックを
与える従来の装置としては、(1)マスタアームやジョ
イスティックを使用し、手や指に力覚によるフィードバ
ックを与えるもの。(2)圧電素子を用いて振動による
フィードバックを与えるもの、が周知である。図8は、
上記(1)のマスタアームやジョイスティックを使用し
力覚によるフィードバックを与える装置の外観図であ
る。この装置は、図8に示すようにマスタマニュピュレ
ータ81にモータ82等の駆動源を組み込んで操作反力
を得るようにしたものである。
【0003】図9は、上記(2)の圧電素子を用いて振
動によるフィードバックを与える装置を示す図である。
この装置は、対象物との接触状態を検出してその接触状
態信号を出力する検出手段91と、その接触状態信号を
触覚情報に変換する信号処理手段92、及び触覚呈示手
段93とから構成され、その触覚呈示手段93は圧電素
子と、その圧素子の振動を伝達する弾性部材、及びその
弾性部材の振動を操作者の指先に伝達する部材から構成
されている(特開平6−278056)。ところが、上
述した従来の触覚フィードバック装置においては、力や
振動等を操作者に与えることはできたが、暖かい冷たい
といった感覚を操作者にフィードバックするものではな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来、人
工現実感を得る装置において実現されていなかった、暖
かい冷たいといった温度感覚を操作者に知覚させる触覚
生成装置を提供することをその課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、人間
の触覚的感覚のうち、暖かい冷たいという温度に対する
触覚を起こさせるための触覚生成装置であり、触覚させ
る温度を生成するための素子を有し、触覚面の形成され
たサーモモジュールと、該サーモモジュールを駆動する
ための直流電流源と、該直流電流源からの電流を制御す
る電源制御部と、前記サーモモジュールの温度を測る温
度センサと該温度センサの出力値とフィードバックすべ
き量を決めるための温度の情報とにより前記電源制御部
への制御量を決め、フィードバック制御を行うコントロ
ール部を有し、サーモモジョールへのフィードバック量
をコントロール部で決めることにより、人間に接触する
サーモモジュールの触覚面の温度を制御し、暖かい冷た
いという触覚を使用者に与えるものである。
【0006】請求項2の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、前記サーモモジュールを接触位置と隔離位置の
間で移動させる移動機構と、該移動機構の駆動制御部を
有し、サーモモジュールの駆動電流の制御による触覚面
の温度の応答が必要な速さとならずす早い温度変化が得
られない場合にも、移動機構の駆動速度で必要とする早
い変化を可能とするものである。
【0007】請求項3の発明は、上記請求項2の発明に
おいて、前記サーモモジュールの触覚面の一方の面を放
熱側、他方の面を吸熱側とし、そのいずれかを触覚面と
して選択する機構と、該機構の駆動制御部を有し、放熱
側或いは吸熱側のいずれかの触覚面を選択することによ
り2つの異なる温度の触覚を可能とするものである。
【0008】請求項4の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、前記サーモモジュールの触覚面を異なる素子を
交互に配置したものとし、該素子のいずれかを接触位置
に移動させる移動機構と、該機構の駆動制御部を有し、
移動機構の1回の動作で触覚面をいずれかの素子による
ものにして、2つの異なる温度の触覚を可能とし、温度
の選択についても請求項2によるよりも自由度が大きく
なる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、各請求項の発明に係る装
置の基本構成の概要ブロック図であり、また、図2は、
本発明の構成要素である図1にも示されるサーモモジュ
ールの実施の形態を例示するものである。
【0010】このサーモモジュールは、図2(A)に示
すようにp型半導体とn型半導体をサーモエレメント1
−3として有し、電極として機能する金属電極面1−1
を図示のように1平面内に配置して、構成される。図2
(A)のようにリード線1−2から電極の金属1−1を
通してサーモエレメント1−3に電流を流すと、同図
(B)の断面の概略図に示すように、一方の側(低温
側)から吸熱し、他方の側(高温側)へ放熱する。した
がって、金属電極面1−1が作る面を触覚面とすること
ができる。ここで、電流を流す方向を逆にすると、吸熱
側と放熱側が逆転する。そして、装置の基本構成は、図
1に示すように、上記例示のサーモモジュール1を駆動
するための直流電流源2と、直流電流源2を制御する電
源制御部3、サーモモジュール部の温度を測るための温
度センサ4と温度センサ入力部5、そして、温度センサ
4の値とフィードバックすべき量を決めるための温度の
情報とによりフィードバック制御を行うコントロール部
6により構成される。さらに、サーモモジュールの触覚
面を使用者に接触させるための駆動を行うサーモモジュ
ール駆動部7とその駆動制御部8を有する。
【0011】図3は、請求項2の発明の実施の形態を示
す図で、バーチャルリアリティシステムにおいて、温度
の情報を生ずる仮想物体に指を触れたり離したりすると
いう触覚生成を行う場合に用いるものを例示する。な
お、バーチャルリアリティの仮想空間において仮想物体
と作業者の位置関係を計測する手段については周知のも
のとし、ここでは仮想物体に触れた時、または、触れた
状態から離したときの動作を伴う装置の形態として示
す。
【0012】図3に示すように、この装置は、サーモモ
ジュール1とサーモモジュール1の温度を測る温度セン
サ4、サーモモジュール1を指の表面と垂直方向に動か
すための移動機構9と、それを実現するためのシリンダ
1とよりなる。そして、仮想物体と指が触れたと判断
された時、サーモモジュール1を上記移動機構9によ
り、指に接触させ、また、逆の動作でサーモモジュール
1を指から離したりする。こうした装置を用いることに
より、サーモモジュール1の温度を急に変化させること
ができないといった欠点を克服し、指を頻繁に触れたり
離したりするような上記用途に用いることができる。
【0013】この装置の動作を図4のフローチャートを
用い説明する。まず、サーモモジュール1の表面の温度
を温度センサ4から読みとる(S41)、そして仮想物
体の温度として与えたい設定温度の値と温度センサ4の
値を比較して(S42)、温度差があれば設定温度にサ
ーモモジュール1の温度を近づけるように直流電流源2
からの電流を制御部3により制御する(S43)。温度
が等しければ次に、仮想物体に指が触れているかがバー
チャルリアリティシステムにより判断され(S44)、
触れていると判断されれば、サーモモジュール1を指に
触れるように駆動し(S45)、触れていないと判断さ
れれば、サーモモジュール1が指に触れないように駆動
する。
【0014】図5は、請求項3の発明の実施の形態を示
す図で、上述の請求項2の実施の形態と同様の用途にお
いて、温度の高い仮想物体と、温度の低い仮想物体の2
つを順序を決めずにさわったり離したりすることを可能
とするものを例示する。図5に示すように、この装置
は、上述の請求項2の実施の形態として示した装置にサ
ーモモジュールを回転させる機構を新たにつけ加え、こ
の機構を小型のモータ72を用いることにより駆動す
る。サーモモジュール1は、図2でも説明した通り、片
側の温度が高い時、裏側は温度が低くなる。そのいずれ
かの側を図5の回転機構をモータ72により駆動して触
覚面として選択して2種類の温度をこのような用途にお
いて実現できる。
【0015】図6は、この装置の動作を示すフローチャ
ートであり、これにより動作の説明を行う。まず、仮想
物体に触れたかの判断が行われる(S61)。ここで、
仮想物体に触れていなければ、サーモモジュール1を指
からはなす(S62)。もし、触れていれば、触れた仮
想物体が、温度の高いものか低いものかが判断され(S
63)、温度の高いほうであれば、サーモモジュールの
温度の高い面を指の面に向ける(S64)。温度の低い
ほうであれば、サーモモジュールの温度の低い面を指の
面に向ける(S65)。そして、指に接触させる(S6
6)。そしてこの動作のフローを再び最初から行う。
【0016】図7は、請求項4の発明の実施の形態を示
す図で、上述の請求項2の実施の形態と同様の用途にお
いて、サーモモジュール部として用いるもので、同図に
示すように、小さなサーモモジュールを格子状に配置
し、温度の高いブロックと温度の低いブロックを交互に
なるようにしたものである。この温度の高いブロックと
温度の低いブロックは、それぞれブロックごとに同時に
上下する機構になっており、たとえば、温度の高いブロ
ックが上に上がっている時は、温度の低いブロックは下
に下がるように動作する。こうした構造をもつことによ
り、上述の図5に示された実施の形態の同様の動作が可
能となるが、1回の動作で触覚面として高温、低温のい
づれかを選択して、2つの異なる温度の触覚を可能とす
る。
【0017】
【発明の効果】
(請求項1及び2の効果)人間の手や指に触覚フィード
バックを与える従来の装置では温度のフィードバックが
行えなかったが、この発明によってそれが可能となる。
また、サーモモジュールの温度を素早く変化させること
ができないため、請求項1は、指で触れたり離したりと
いったことを頻繁に行う用途にはもちいることができな
かったが、請求項2では、サーモモジュール部を上下に
駆動する機構をもたせることにより、その問題を解決し
た。 (請求項3の効果)請求項2の機構では、1つの温度の
物しかフィードバックすることができなかったが、請求
項3の機構により、指の温度に比べ温度の高い物と低い
ものの2種類のフィードバックを行うことが可能となっ
た。 (請求項4の効果)サーモモジュールの表と裏の温度は
関連しており、表を熱くすればその割合で裏が冷たくな
る。そのため、請求項3の機構では、指の温度に比べ少
し温度の高いものと、それより更に温度の高いものとい
ったようなフィードバックを行うことができなかった
が、この発明の機構により、それが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成の概要ブロック図である。
【図2】本発明の構成要素であるサーモモジュールの実
施の形態を示す図である。
【図3】請求項2の発明の実施の形態を示す図である。
【図4】図3の装置の動作を示すフローチャートであ
る。
【図5】請求項3の発明の実施の形態を示す図である。
【図6】図5の装置の動作を示すフローチャートであ
る。
【図7】請求項4の発明の実施の形態を示す図である。
【図8】マスターアームを用い力覚によるフィードバッ
クを行う従来の触覚生成装置。
【図9】圧電素子を用い振動のフィードバックを行う従
来の触覚生成装置。
【符号の説明】
1…サーモモジュール、2…直流電流源、3…電源制御
部、4…温度センサ、5…センサ入力部、6…コントロ
ール部、7…サーモモジュール駆動部、71…シリン
ダ、72…モータ、8…駆動制御部、9…移動機構、1
−1…金属電極面、1−2…リード線、1−3…サーモ
エレメント、S41〜S46,S61〜S66…動作ス
テップ、81…マスタマニュピュレータ、82…モー
タ、91…検出手段、92…信号処理手段、93…触覚
呈示手段。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人間の触覚的感覚のうち、暖かい冷たい
    という温度に対する触覚を起こさせるための触覚生成装
    置であり、触覚させる温度を生成するための素子を有
    し、触覚面の形成されたサーモモジュールと、該サーモ
    モジュールを駆動するための直流電流源と、該直流電流
    源からの電流を制御する電源制御部と、前記サーモモジ
    ュールの温度を測る温度センサと該温度センサの出力値
    とフィードバックすべき量を決めるための温度の情報と
    により前記電源制御部への制御量を決め、フィードバッ
    ク制御を行うコントロール部を有することを特徴とする
    触覚生成装置。
  2. 【請求項2】 前記サーモモジュールを接触位置と隔離
    位置の間で移動させる移動機構と、該移動機構の駆動制
    御部を有することを特徴とする請求項1記載の触覚生成
    装置。
  3. 【請求項3】 前記サーモモジュールの触覚面の一方の
    面を放熱側、他方の面を吸熱側とし、そのいずれかを触
    覚面として選択する機構と、該機構の駆動制御部を有す
    ることを特徴とする請求項2記載の触覚生成装置。
  4. 【請求項4】 前記サーモモジュールの触覚面を異なる
    素子を交互に配置したものとし、該素子のいずれかを接
    触位置に移動させる移動機構と、該機構の駆動制御部を
    有することを特徴とする請求項1記載の触覚生成装置。
JP7203549A 1995-08-09 1995-08-09 サーモモジュールを用いた触覚生成装置 Pending JPH0950232A (ja)

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