JPH10177387A - 力覚駆動装置、力覚付与方法および記録媒体 - Google Patents

力覚駆動装置、力覚付与方法および記録媒体

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JPH10177387A
JPH10177387A JP9149749A JP14974997A JPH10177387A JP H10177387 A JPH10177387 A JP H10177387A JP 9149749 A JP9149749 A JP 9149749A JP 14974997 A JP14974997 A JP 14974997A JP H10177387 A JPH10177387 A JP H10177387A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数方向の力覚を付与する力覚駆動装置を提
供する。 【解決手段】 ２次元アクチュエータ１０1のセンサに
よって位置情報ｘ，ｙが検出され、これが合成ベクトル
演算回路７に供給されると、位置情報ｘ，ｙの座標変換
が行われる。この後、位置情報Ｘ，Ｙが順次微分され速
度情報Ｘ’，Ｙ’と加速度情報Ｘ”，Ｙ”が生成され
る。これらの情報がタッチデータテーブル群８に供給さ
れると、運動方程式に係わるパラメータの組が読み出さ
れ、合成ベクトル演算回路７で合成される。これによ
り、力点Ｗにおいて外部に力Ｆを作用させる力ＦX，ＦY
が算出される。

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、複数方向の力覚
を付与するのに好適な力覚駆動装置、力覚付与方法、お
よび力覚駆動装置を制御するプログラムを記録した記録
媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自然楽器のピアノの鍵盤は、鍵操作によ
ってハンマを駆動し、弦を叩いて楽音を発生させる。一
方、電子楽器の鍵盤はハンマ等の機械的要素を駆動する
必要がないので、簡易な構成で作られるのが一般であ
る。ところで、自動演奏機能を有する電子楽器にあって
は、その鍵盤動作が楽曲の進行に合わせて自動制御され
る。鍵盤の駆動機構は、鍵盤を押し下げる方向に力を与
えるアクチュエータ、押し下げられた鍵盤を元の状態
（レスト位置）に戻す方向に力を与えるバネ、および鍵
盤の位置を検出するセンサによって構成される。そし
て、鍵盤の位置情報に基づいて、アクチュエータを駆動
する電流が調整され、これにより鍵盤の状態が制御され
る。また、人が演奏する際には、指で鍵盤を押し下げる
と、鍵盤の位置情報に基づいて鍵盤を押し上げるように
アクチュエータを駆動して、指に反力を付与することが
行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、仮想現実の
技術分野では、コンピュータによって作り出された仮想
環境において、疑似体験を提供するシステムが研究され
ている。例えば、人が指で物を把持する際に指は物から
反力を受けるが、仮想現実の技術分野ではこの反力を力
覚と称し、これを人工的に作り出すことが行われる。上
述した電子楽器の鍵盤は、アクチュエータを駆動する電
流を制御することにより、鍵盤を押し上げる方向に力覚
を作用させるものであるから、一方向の力覚駆動装置で
あるといえる。また、直線上に力覚を作用させるもので
あるから、一次元の力覚駆動装置であるといえる。しか
し、この力覚駆動装置では、力覚を一方向にしか付与す
ることができないため、人の指に複雑な力覚を付与する
ことはできない。また、２次元の力覚駆動装置や３次元
の力覚駆動装置については開発途上である。さらに、複
数の力覚駆動装置を組み合わせて総合的に制御する技術
は開発されていない。
【０００４】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、複数方向に力覚を付与できる力覚駆動装置、
力覚付与方法、および力覚駆動装置を制御するプログラ
ムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明にあっては、操作子の位置に応じ
て、前記操作子に力を付与する力覚駆動装置において、
前記操作子と連結され、前記操作子を複数方向に可動さ
せるアクチュエータと、前記操作子の位置情報を検出す
る検出手段と、前記位置情報に基づいて前記アクチュエ
ータが前記操作子に付与すべき力を指示する制御信号を
生成する制御手段と、前記制御信号に基づいて、前記ア
クチュエータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴
とする。
【０００６】また、請求項２に記載の発明にあっては、
操作子が操作されると、前記操作子に力を付与する力覚
駆動装置において、前記操作子と連結され、前記操作子
を複数方向に可動させるアクチュエータと、前記操作子
の位置情報を検出する検出手段と、前記操作子の操作方
向を検出する操作方向検出手段と、前記位置情報および
前記操作方向に基づいて前記操作子に付与する前記力の
大きさおよび方向を求め、求められた前記力の大きさお
よび方向に応じた制御信号を生成する制御手段と、前記
制御信号に基づいて前記力が前記操作子に付与されるよ
うに前記アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えた
ことを特徴とする。
【０００７】また、請求項３に記載の発明にあっては、
操作子と連結され、前記操作子を複数方向に可動させる
アクチュエータと、前記操作子の位置、速度、もしくは
加速度、または、これらの組み合わせに基づいて、前記
アクチュエータが前記操作子に付与すべき力を指示する
制御信号を生成する制御手段と、前記制御信号に基づい
て、前記アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えた
ことを特徴とする。
【０００８】また、請求項４に記載の発明にあっては、
操作子と連結され、前記操作子を複数方向に可動させる
アクチュエータと、前記操作子の位置情報、速度情報お
よび加速度情報を検出する検出手段と、運動方程式の位
置、速度、加速度または外部入力情報に対応する操作力
に係わる各項の値を指示する各データが格納されたテー
ブルと、前記位置情報、前記速度度情報、前記加速度情
報および前記外部入力情報に基づいて前記テーブルを参
照し、これにより得られた前記各データから制御信号を
生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に基づい
て、前記アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えた
ことを特徴とする。
【０００９】また、請求項５に記載の発明にあっては、
前記操作子に付与する前記力の方向を、前記操作子が操
作された方向と同一方向に設定することを特徴とする。
【００１０】また、請求項６に記載した発明にあって
は、操作子に連結されたアクチュエータを用いて、前記
操作子に複数方向の力を付与する力覚付与方法であっ
て、前記操作子の状態を示す状態情報を検出し、前記操
作子の前記状態情報に基づいて前記操作子に付与すべき
力を算出して、力覚情報を生成し、前記力覚情報に基づ
いて前記アクチュエータを駆動することを特徴とする。
【００１１】また、請求項７に記載した発明にあって
は、前記力覚情報を生成する処理は、運動方程式の各項
の値を示すデータと前記状態情報を対応付けて記憶した
テーブルを参照することによって、行うことを特徴とす
る。
【００１２】また、請求項８に記載した発明にあって
は、前記テーブルに、記録媒体から読み出した前記デー
タ、または通信により取得した前記データを記憶するこ
とを特徴とする。
【００１３】また、請求項９に記載した発明にあって
は、操作子に連結されたアクチュエータを用いて、前記
操作子に複数方向の力を付与する力覚駆動装置を制御す
るプログラムを記録した記録媒体であって、前記プログ
ラムは、前記操作子の状態を示す状態情報を検出する処
理と、前記操作子の前記状態情報に基づいて、前記操作
子に付与すべき力を算出して、力覚情報を生成する力覚
情報生成処理と、前記力覚情報に基づいて前記アクチュ
エータを駆動する処理とを前記力覚駆動装置に行わせる
ことを特徴とする。
【００１４】また、請求項１０に記載した発明にあって
は、操作子に連結されたアクチュエータを用いて、前記
操作子に複数方向の力を付与する力覚駆動装置であっ
て、通信回線を介してプログラムを受信する受信手段
と、前記プログラムを記憶する記憶手段を備え、前記プ
ログラムは、前記操作子の状態を示す状態情報を検出す
る処理と、前記操作子の前記状態情報に基づいて、前記
操作子に付与すべき力を算出して、力覚情報を生成する
力覚情報生成処理と、前記力覚情報に基づいて前記アク
チュエータを駆動する処理とを前記力覚駆動装置に行わ
せることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施形態 １．第１実施形態の構成 以下、図面を参照して発明の第１実施形態の構成につい
て説明する。図１はこの発明の第１実施形態に係わる力
覚駆動装置のブロック図である。図１において、１1，
１2…１Nは、同一構成の１次元アクチュエータである。
１次元アクチュエータ１1の構成を図２（Ａ）に示す。
１次元アクチュエータ１1はコイル１１ａ，１１ｂと中
心棒１０を主要部として構成される。また、中心棒１０
の位置は、センサ１２によって検出され、位置情報Ｘ
（状態情報）として出力される。中心棒１０の材質は鉄
であり、磁化され易い性質を有する。このため、コイル
１１ａに駆動電流Ｉａが供給されると、中心棒１０の中
央部１０ｃはコイル１１ａに引きつけられて中心棒１０
が突出する。一方、コイル１１ｂに駆動電流Ｉｂが供給
されると、中心棒１０の中央部１０ｃはコイル１１ｂに
引きつけられて中心棒１０が引き込まれる。ここで、中
心棒１０が突出する方向を正方向とすれば、１次元アク
チュエータ１1は正負方向の力±Ｆを作用させることが
できる。すなわち、１次元アクチュエータ１1は双方向
駆動型であって、複数方向に力を作用させることができ
る。
【００１６】なお、１次元アクチュエータ１1を図２
（Ｂ）に示すように構成してもよい。この場合には、第
１のアクチュエータ１Ａと第２のアクチュエータ１Ｂの
中心棒１０を連結し、中心棒１０上に操作子Ｓを設け
る。ここで、図示するように左方向を正方向とし、第１
のアクチュエータ１Ａに駆動電流Ｉａを供給すると、操
作子Ｓには正方向の力＋Ｆが付与され、一方、第２のア
クチュエータ１Ｂに駆動電流Ｉｂを供給すると、操作子
Ｓには負方向の力−Ｆが付与される。
【００１７】また、図１に示す２1，２2…２Nは、一次
元アクチュエータ１1，１2…１Nと接続される各ＰＷＭ
ドライバであり、駆動電流Ｉａと駆動電流Ｉｂを生成す
る。また、３はマルチプレクサであり、そこでは、一次
元アクチュエータ１1，１2…１Nの各センサ１２によっ
て検出される各位置情報Ｘが時分割多重される。４はマ
ルチプレクサ３と接続されるタッチデータテーブル群で
あり、ＲＯＭ等で構成される。その記憶領域には、運動
方程式の各項の値を示すパラメータの組が一次元アクチ
ュエータ１1，１2…１N毎に格納されている。運動方程
式は、例えば、Ｆ＝ＭＸ”＋ρＸ’＋ｋＸで与えられ
る。ここで、Ｘは位置情報、Ｘ’は速度情報、Ｘ”は加
速度情報、Ｍは質量、ρは粘性係数、ｋはバネ係数であ
り、また、ＭＸ”，ρＸ’，ｋＸは、パラメータの組で
ある。５は演算回路であり、位置情報Ｘを順次微分して
速度情報Ｘ’と加速度情報Ｘ”を算出する。また、演算
回路５は、タッチデータテーブル群４からのパラメータ
の組を加算して、一次元アクチュエータ１1，１2…１N
が外部に作用すべき力Ｆを算出し（力覚情報）、制御信
号ＣＴＬXとして出力する。そして、デマルチプレクサ
６は、制御信号ＣＴＬXを時分割分離して、各ＰＷＭド
ライバ２1，２2…２Nに供給する。
【００１８】２．第１実施形態の動作 次に、図１に示す１次元力覚駆動装置をスライドスイッ
チに適用した場合を、１次元力覚駆動装置の動作の一例
として説明する。この場合、スライドスイッチは、図３
に示すように、図２（Ｂ）に示す一次元アクチュエータ
を用いて構成され、操作子Ｓとしてボタン部Ｂ１が設け
られている。ここで、図３（Ａ）に示す状態におけるボ
タン部Ｂ１の位置情報Ｘを０とし、また、左方向を正方
向にとるものとする。ボタン部Ｂ１の位置情報Ｘがセン
サ１２によって検出されると、これが演算回路５に供給
され、そこで運動方程式の演算が行われる。ここで、運
動方程式のＭＸ”およびρＸ’各項は常に０として、力
ＦはｋＸの項のみに依存するものとし、ｋＸとＸとの間
には図４に示す関係があり、これがタッチデータテーブ
ル群４として格納されているものとする。この場合、人
が指で正方向の力Ａを加えボタンＢ１をＸ＝ｘ１の位置
まで左側にスライドさせると、Ｘの値は正となるからｋ
Ｘの値は負となり、ボタンＢ１には、負方向の反力ｂが
生じる（図３（Ｂ）参照）。また、この時点で人が指を
ボタンＢ１から離したとすると、反力の値は位置情報に
のみ依存するので、ボタンＢ１は反力ｂを受け中点位置
まで移動する。一方、人が指で負方向の力Ｂを加えボタ
ンＢ１をＸ＝−ｘ１の位置まで右側にスライドさせる
と、Ｘの値は負となるからｋＸの値は正となり、ボタン
Ｂ１には、正方向の反力ａが生じる（図３（Ｃ）参
照）。また、この時点で人が指をボタンＢ１から離した
とすると、上述の場合と同様に、ボタンＢ１は反力ａを
受け中点位置まで移動する。これにより、ボタンＢ１を
中点（Ｘ＝０）に戻す方向に反力を付与することがで
き、また、ボタンＢ１の位置が中点（Ｘ＝０）を離れる
につれ、反力の大きさを大きくすることができる。すな
わち、この例にあっては、位置情報Ｘに基づいて、正負
両方向の力覚を付与することにより、中点復帰型のスイ
ッチを実現できる。
【００１９】次に、図１に示す１次元力覚駆動装置を特
殊なキーボードに適用した場合を、１次元力覚駆動装置
の動作の他の例として説明する。この場合、キーボード
は複数のボタン部からなり、そのうちの一のボタン部
は、図５に示すように指サックＣと一体に形成されたボ
タンＢ２と１次元アクチュエータ１から構成される。な
お、この例の１次元アクチュエータ１は、図２（Ａ）に
示したものである。図において、端末操作者が指を指サ
ックＣに差し入れてボタンＢ２を押し下げると、その位
置がセンサ１２によって検出され、位置情報Ｘとして出
力される。また、他のボタンについても、同様に位置が
検出され位置情報Ｘとして出力される。この際、１次元
アクチュエータ１は、力Ｆを指に対して作用するので、
力Ｆを適宜可変することにより、所望のタッチ感を出す
ことができる。
【００２０】次に各ボタン部からの位置情報Ｘが、図１
に示すマルチプレクサ３で時分割多重され、演算回路５
に供給されると、演算回路５は、運動方程式を演算す
る。ここで、中心棒１０が伸びきった状態で位置情報Ｘ
＝０とし、ボタンＢ２を押し下げる方向を正方向にとる
ものとする。また、運動方程式のＭＸ”およびρＸ’の
各項は常に０として、反力ＦはｋＸの項に依存するもの
とする。ただし、ボタンＢ２の操作方向、すなわち指が
ボタンＢ２に作用する力の向きによって、ｋＸとＸの関
係を規定するタッチデータテーブル群４を切り換えるも
のとする。なお、この指が与える力の向きとタッチデー
タテーブル群４との関係は、固定的であってもよく、ま
た演奏者が任意に選択可能としてもよい。具体的には、
ボタンＢ２の操作方向が押し下げる方向Ａである場合、
図６（Ａ）に図示する内容のタッチデータテーブル群４
が選択され、一方、操作方向が押し上げる方向Ｂである
場合、図６（Ｂ）に図示する内容のタッチデータテーブ
ル群４が選択され、さらに、ボタンＢ２が動いていない
ときには、反力を０にするものとする。この場合、ボタ
ンＢ２の操作方向は速度情報Ｘ’に基づいて判別され、
速度情報Ｘ’の値が正であれば、ボタンＢ２は方向Ａの
向きに操作されたと判別し、一方、この値が負であれ
ば、ボタンＢ２は方向Ｂの向きに操作されたと判別す
る。また、速度情報Ｘ’の値が０であれば、反力Ｆ＝０
にするため１次元アクチュエータへの電流の供給を停止
する。
【００２１】ここで、ボタンＢ２がＸ＝０の位置から押
し下げられたとすると、速度情報Ｘ’の値は正となるか
ら、ボタンＢ２は操作方向Ａの向きに操作された判別さ
れ、運動方程式の演算には図６（Ａ）に示すタッチデー
タテーブル群４が適用される。したがって、この場合の
反力は、負方向すなわちボタンＢ２を押し上げる方向ｂ
に作用する。また、その値は、Ｘ＝０の位置からの距離
が増加するにつれ、次第に大きくなり、Ｘ＝ｘ１を越え
るとその値は一定値−ｆ１となる。
【００２２】一方、位置Ｘ＝ｘ１にあるボタンＢ２を、
押し上げる方向に操作すると、速度情報Ｘ’の値は負と
なるから、ボタンＢ２は操作方向Ｂの向きに操作された
判別され、運動方程式の演算には図６（Ｂ）に示すタッ
チデータテーブル群４が適用される。したがって、この
場合の反力は、正方向すなわちボタンＢ２を押し下げる
方向ｂに作用する。また、その値は、Ｘ＝ｘ１の位置か
らの距離が減少するにつれ、次第に小さくなり、Ｘ＝０
で０となる。このようにしてボタンＢ２の操作方向が方
向Ａである場合、方向ｂの反力を付与することができ、
一方、操作方向が方向Ｂである場合、方向ａの反力を付
与することができる。
【００２３】次に、上述した例において、タッチデータ
テーブル群４の内容を変更した場合を説明する。ここで
は、ボタンＢ２の操作方向が押し下げる方向Ａである場
合、図６（Ｃ）に図示する内容のタッチデータテーブル
群４が選択され、一方、操作方向が押し上げる方向Ｂで
ある場合、図６（Ｄ）に図示する内容のタッチデータテ
ーブル群４が選択され、さらに、ボタンＢ２が動いてい
ないときには、反力を０にするものとする。この場合
も、上述した例と同様に速度情報Ｘ’の値によってボタ
ンＢ２の操作方向が判別され、また、速度情報Ｘ’の値
が０であれば、反力Ｆ＝０にするため１次元アクチュエ
ータへの電流の供給を停止する。ここで、ボタンＢ２が
Ｘ＝０の位置から押し下げられたとすると、速度情報
Ｘ’の値は正となるから、ボタンＢ２は操作方向Ａの向
きに操作された判別され、運動方程式の演算には図６
（Ｃ）に示す内容のタッチデータテーブル群４が適用さ
れる。したがって、Ｘ＝０の位置からボタンＢ２を押し
下げると、反力がボタンＢ２を押し下げる方向ａに作用
する。また、その値は、Ｘ＝０の位置からの距離が増加
するにつれ、次第に大きくなり、Ｘ＝ｘ１を越えるとそ
の値は一定値＋ｆ２となる。この場合には、人の指がボ
タンＢ２を押し下げる方向と同じ方向に力が作用するの
で、指はサックＣから下向きの力を受ける。
【００２４】一方、位置Ｘ＝ｘ１にあるボタンＢ２を、
押し上げる方向に操作すると、速度情報Ｘ’の値は負と
なるから、ボタンＢ２は操作方向Ｂの向きに操作された
判別され、運動方程式の演算には図６（Ｄ）に示す内容
のタッチデータテーブル群４が適用される。この場合、
ボタンＢ２には負方向すなわち押し上げる方向ｂに力が
作用する。したがって、人の指はボタンＢ２を操作した
方向と同じ方向の力を受ける。このようにしてボタンＢ
２の操作方向が方向Ａである場合、方向ａの力を付与す
ることができ、一方、操作方向が方向Ｂである場合、方
向ｂの力を付与することができる。すなわち、操作方向
と同一方向の力覚を付与することができる。なお、上述
した例において、ボタンＢ２の操作方向が方向Ａである
場合に方向ｂの力を付与し、操作方向が方向Ｂである場
合に方向ｂの力を付与したり、あるいは、操作方向が方
向Ａである場合に方向ａの力を付与し、操作方向が方向
Ｂである場合に方向ａの力を付与するようにしたりする
ことができるのは当然である。
【００２５】Ｂ．第２実施形態 第１実施形態は一次元の力覚を付与するものであったの
に対し、第２実施形態は２次元の力覚を付与するもので
ある。 １．第２実施形態の構成 第２実施形態の構成について、図面を参照しつつ説明す
る。図７は第２実施形態に係わる力覚駆動装置のブロッ
ク図である。なお、図７において、図１と同一構成は同
一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】１０1，１０2…１０Nは、各２次元アクチ
ュエータであり、２つの１次元アクチュエータを組み合
わせて構成される。２次元アクチュエータ１０1の構成
を図８に示す。図において、１次元アクチュエータ
１1，１2は、支点Ｐ，Ｑを中心として、点Ｐ，Ｑ，Ｗを
含む平面上で回動できるように設けられており、また、
１次元アクチュエータ１1，１2の一端は、点Ｗで相互に
連結されており、そこには操作子Ｓ（図示せず）が設け
られている。そして、操作子Ｓを操作すると、力点Ｗに
は紙面と平行方向の力Ｆが付与されるようになってい
る。この例では、１次元アクチュエータ１1が最も伸長
した状態で回転すると、その先端の軌跡は曲線Ｃ１１と
なり、最も縮小した状態で回転すると、その先端の軌跡
は曲線Ｃ１２となる。また、１次元アクチュエータ１2
が最も伸長した状態で回転すると、その先端の軌跡は曲
線Ｃ２１となり、最も縮小した状態で回転すると、その
先端の軌跡は曲線Ｃ２２となる。したがって、力点Ｗ
は、曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２で囲まれた範
囲内で可動することができる。また、１次元アクチュエ
ータ１1のセンサは、支点Ｐから力点Ｗまでの距離を示
す位置情報ｘを出力し、一方、１次元アクチュエータ１
2のセンサは、支点Ｑから力点Ｗまでの距離を示す位置
情報ｙを出力する。これにより、操作子の状態が検出さ
れる。
【００２７】次に、図７に示す７は合成ベクトル演算回
路であり、位置情報ｘ，ｙに基づいて、２次元アクチュ
エータを構成する各１次元アクチュエータに付与する力
ＦX，ＦYを算出する（力覚情報の算出）。なお、力
ＦX，ＦYは、各２次元アクチュエータ１０1，１０2…１
０N毎に算出される。また、ＰＵ１，ＰＵ２は、ＰＷＭ
ユニットであり、ＰＷＭドライバ２1，２2…２Nとデマ
ルチプレクサ６から構成される。
【００２８】２．第２実施形態の動作 次に、第２実施形態の動作を図７を参照しつつ説明す
る。第２実施形態の力覚駆動装置は、各２次元アクチュ
エータ１０1，１０2…１０Nを制御するため、時分割で
動作するが、ここでは、２次元アクチュエータ１０1の
制御を一例として説明する。
【００２９】まず、２次元アクチュエータ１０1のセン
サによって位置情報ｘ，ｙが検出される。ところで、一
次元アクチュエータ１1，１2が点Ｗに作用すべき力
ＦX，ＦYは、直交する座標軸上の座標値を用いて算出さ
れる。このため、位置情報ｘ，ｙが合成ベクトル演算回
路７に供給されると、位置情報ｘ，ｙの座標変換が行わ
れる。この処理を図９を参照して説明する。図におい
て、Ｘ軸とＹ軸は変換後の座標軸である。Ｘ軸は点Ｐ，
Ｑを含むように設定され、また、Ｙ軸は点Ｐにおいて、
Ｘ軸と直交するように設定される。なお、点Ｐは原点
（０，０）とされる。この場合、力点Ｗの座標（Ｘ，
Ｙ）は、位置情報ｘ，ｙおよび点Ｐと点Ｑとの間の距離
Ｌから算出される。
【００３０】次に、合成ベクトル演算回路７は、位置情
報Ｘ，Ｙを順次微分して速度情報Ｘ’，Ｙ’と加速度情
報Ｘ”，Ｙ”を生成する。これらの情報がタッチデータ
テーブル群８に供給されると、タッチデータテーブル群
８は、位置情報Ｘ、速度情報Ｘ’および加速度情報Ｘ”
に基づいて、Ｘ軸方向の運動方程式に係わるパラメータ
の組を読み出し、また、位置情報Ｙ、速度情報Ｙ’およ
び加速度情報Ｙ”に基づいて、Ｙ軸方向の運動方程式に
係わるパラメータの組を読み出す。この後、合成ベクト
ル演算回路７は、読み出されたパラメータの組に基づい
て、力ＦX，ＦYを算出する。そして、２次元アクチュエ
ータ１０1が力ＦXを外部に作用するように制御信号ＣＴ
ＬXが生成され、また、力ＦYを外部に作用するように制
御信号ＣＴＬYが生成される。
【００３１】ところで、力覚駆動装置は時分割で動作す
るため、上述した合成ベクトル演算回路７は、各２次元
アクチュエータ１０1，１０2…１０Nによって付与され
る力ＦX，ＦYを時分割で算出する。したがって、制御信
号ＣＴＬX，ＣＴＬYは、各２次元アクチュエータ１
０1，１０2…１０Nが力ＦX，ＦYを外部に作用できるよ
うに時分割多重されたものとなっている。こうして生成
された制御信号ＣＴＬX，ＣＴＬYがＰＷＭユニットＰＵ
１，ＰＵ２に供給されると、各２次元アクチュエータ１
０1，１０2…１０Nを駆動する駆動電流が生成される。
これにより、各２次元アクチュエータ１０1，１０2…１
０Nは駆動され、それらの各力点Ｗにおいて力ＦX，ＦY
が合成され、外部に力Ｆを作用させる。
【００３２】このように本実施形態によれば、２次元ア
クチュエータ１０1，１０2…１０Nが外部に作用する力
Ｆを位置情報Ｘ，Ｙ、速度情報Ｘ’，Ｙ’および加速度
情報Ｘ”，Ｙ”によって可変できるから、時刻とともに
変化する力点Ｗの状態に応じて面方向の複雑な力Ｆを生
成することができる。また、力覚駆動装置を時分割で動
作させたので、各２次元アクチュエータ１０1，１０2…
１０N毎に合成ベクトル演算回路７やタッチデータテー
ブル群８を設ける必要がなく、簡易な構成で複数の２次
元アクチュエータを制御することが可能となる。
【００３３】３．実施態様 上述した２次元力覚駆動装置は、一般的なものであった
が、より簡易に２次元の力覚を付与することも可能であ
る。このような実施態様について、以下説明する。第１
の実施態様は、力点Ｗの位置に応じて反力Ｆを作用させ
るものであり、上述した第１実施形態で説明した中点復
帰型のスイッチに対応するものである。この場合には、
反力Ｆは、力点Ｗの中点位置を基準として、人の手で操
作子Ｓを操作して中点位置から力点Ｗを移動させた際
に、移動後の力点Ｗの位置と中点位置との差に応じて付
与される。したがって、反力Ｆは位置情報にのみ依存す
るから、運動方程式の速度および加速度に係わる項は常
に０とすることができる。また、力点Ｗから支点Ｐ，Ｑ
までの距離ｘ，ｙを知ることができれば、力点Ｗの位置
を特定することができるので、上述した一般的な２次元
力覚駆動装置のように位置情報ｘ，ｙをＸ軸，Ｙ軸上の
座標に変換する必要もない。このため、第１の実施態様
にあっては、図８に示す１次元アクチュエータ１1，１2
が作用する力ＦX，ＦYと位置情報ｘ，ｙの関係をテーブ
ルに格納しておき、１次元アクチュエータ１1，１2で検
出される位置情報ｘ，ｙに基づいてテーブルを参照し、
力ＦX，ＦYを求める。そして、力ＦX，ＦYに対応する駆
動電流をＰＷＭドライバで発生させ、これを１次元アク
チュエータ１1，１2に供給する。このように第１の実施
態様によれば、簡易な構成によって、力点Ｗの位置と中
点位置との距離の差に応じて２次元の力覚を付与するこ
とができる。
【００３４】次に、第２の実施態様は、第１実施形態で
説明した特殊なボタン部に対応するものであり、操作子
Ｓの操作方向と力点Ｗの位置に応じて反力Ｆを付与する
ものである。この場合には、まず、力点Ｗの位置情報
ｘ，ｙを図９に示すＸ軸，Ｙ軸上の座標に変換して位置
情報Ｘ，Ｙを求める。次に、位置情報Ｘ，Ｙの変化から
操作子Ｓの操作方向を求める。具体的には、速度情報
Ｘ’，Ｙ’の合成ベクトルが操作方向を示すため、位置
情報Ｘ，Ｙを微分して速度情報Ｘ’，Ｙ’を求める。ま
た、位置および操作方向と力ＦX，ＦYの関係を規定する
テーブルを用意しておき、位置情報Ｘ，Ｙと速度情報
Ｘ’，Ｙ’に基づいて、テーブルを参照し、力ＦX，ＦY
を求める。そして、力ＦX，ＦYに対応する駆動電流をＰ
ＷＭドライバで発生させ、これを１次元アクチュエータ
１1，１2に供給する。このように第２の実施態様によれ
ば、簡易な構成によって、操作子Ｓの操作方向と力点Ｗ
の位置に応じて力覚を付与することができる。
【００３５】Ｃ．第３実施形態 第２実施形態は２次元の力覚を付与するものであったの
に対し、第３実施形態では、さらに次元を増やして３次
元の力覚を付与する力覚駆動装置に関する。 １．第３実施形態の構成 第３実施形態の構成について、図面を参照しつつ説明す
る。図１０は第３実施形態に係わる力覚駆動装置のブロ
ック図である。
【００３６】１００1，１００2…１００Nは、各３次元
アクチュエータであり、３つの１次元アクチュエータを
組み合わせて構成される。３次元アクチュエータ１００
1の構成を図１１に示す。図において、１次元アクチュ
エータ１1，１2，１3の各一端は、ボールジョイントＪ
１，Ｊ２，Ｊ３を介して固定部Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３と接続
されている。なお、ボールジョイントＪ１，Ｊ２，Ｊ３
は、点Ｐ，Ｑ，Ｒを各々中心として回転できるようにな
っている。また、１次元アクチュエータ１1，１2，１3
の各他端は、ボールジョイントからなる継手ＪＪで連結
され、この継手ＪＪには操作子Ｓが図示するように設け
られている。これにより、操作子Ｓは３次元空間を自由
に移動することができる。ここで、継手ＪＪの中心点Ｗ
は、各１次元アクチュエータ１1，１2，１3からの力
ＦX，ＦY，ＦZが合成される力点となる。この力点Ｗか
ら点Ｐ，Ｑ，Ｒまでの各距離は各１次元アクチュエータ
１1，１2，１3のセンサによって各々検出され、これら
を指示する位置情報ｘ，ｙ，ｚ（状態情報）が各センサ
から出力される。これにより操作子Ｓの状態が検出され
る。
【００３７】次に、図１０に示す合成ベクトル演算回路
７は、位置情報ｘ，ｙ，ｚに基づいて、３次元アクチュ
エータを構成する各１次元アクチュエータが付与する力
ＦX，ＦY，ＦZを算出する（力覚情報の算出）。なお、
力ＦX，ＦY，ＦZは、各３次元アクチュエータ１００1，
１００2…１００N毎に算出される。また、ＰＵ１，ＰＵ
２，ＰＵ３は、ＰＷＭユニットであり、ＰＷＭドライバ
２1，２2…２Nとデマルチプレクサ６から構成される。
【００３８】２．第３実施形態の動作 次に、第３実施形態の動作を図１０を参照しつつ説明す
る。第３実施形態の力覚駆動装置は、各３次元アクチュ
エータ１００1，１００2…１００Nを制御するため、時
分割で動作するが、ここでは、３次元アクチュエータ１
００1の制御を一例として説明する。
【００３９】まず、３次元アクチュエータ１００1のセ
ンサによって位置情報ｘ，ｙ，ｚが検出される。これら
の位置情報ｘ，ｙ，ｚが合成ベクトル演算回路７に供給
されると、位置情報ｘ，ｙ，ｚの座標変換が行われ、位
置情報Ｘ，Ｙ，Ｚが生成される。なお、変換後のＸ軸、
Ｙ軸，Ｚ軸によって、運動方程式における座標値が表さ
れる。
【００４０】次に、合成ベクトル演算回路７は、位置情
報Ｘ，Ｙ，Ｚを順次微分して速度情報Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’
と加速度情報Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”を生成する。これらの情
報がタッチデータテーブル群８に供給されると、タッチ
データテーブル群８は、第２実施形態と同様にＸ，Ｙ軸
方向の運動方程式に係わるパラメータの組を読み出す
他、位置情報Ｚ、速度情報Ｚ’および加速度情報Ｚ”に
基づいて、Ｚ軸方向の運動方程式に係わるパラメータの
組を読み出す。
【００４１】この後、合成ベクトル演算回路７は、読み
出されたパラメータの組に基づいて、力ＦX，ＦY，ＦZ
を算出する。そして、３次元アクチュエータ１００1が
力ＦX，ＦY，ＦZ，ＦXを外部に作用するように制御信号
ＣＴＬX，ＣＴＬY，ＣＴＬZが生成される。なお、本実
施形態も第１，２実施形態と同様に時分割で動作するた
め、制御信号ＣＴＬX，ＣＴＬY，ＣＴＬZは、各３次元
アクチュエータ１００1，１００2…１００Nが力ＦX，Ｆ
Y，ＦZを外部に作用できるように時分割多重されたもの
となっている。こうして生成された制御信号ＣＴＬX，
ＣＴＬY，ＣＴＬZがＰＷＭユニットＰＵ１，ＰＵ２，Ｐ
Ｕ３に供給されると、各３次元アクチュエータ１０
０1，１００2…１００Nを駆動する駆動電流が生成さ
れ、これにより、各３次元アクチュエータ１００1，１
００2…１００Nは駆動される。
【００４２】このように本実施形態によれば、３次元ア
クチュエータ１００1，１００2…１００Nに付与すべき
力Ｆを位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚ、速度情報Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’
および加速度情報Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”によって可変できる
から、時刻とともに変化する力点Ｗの状態に応じて力Ｆ
を発生させることができ、しかも立体方向に力Ｆを作用
させることができる。また、時分割で動作させたので、
各３次元アクチュエータ１００1，１００2…１００N毎
に合成ベクトル演算回路７やタッチデータテーブル群８
を設ける必要がなく、簡易な構成で複数の３次元アクチ
ュエータを制御することが可能となる。
【００４３】３．実施態様 上述した３次元力覚駆動装置は、一般的なものであった
が、２次元力覚駆動装置の場合と同様に、より簡易に３
次元の力覚を付与することも可能である。このような実
施態様について、以下説明する。第１の実施態様は、力
点Ｗの位置に応じて反力Ｆを作用させるものである。こ
の場合には、反力Ｆは、力点Ｗの中点位置を基準とし
て、人の手で操作子Ｓを操作して中点位置から力点Ｗを
移動させた際に、移動後の力点Ｗの位置と中点位置との
差に応じて付与される。したがって、反力Ｆは位置情報
にのみ依存するから、運動方程式の速度および加速度に
係わる項は常に０とすることができる。また、上述した
一般的な３次元力覚駆動装置ように位置情報ｘ，ｙ，ｚ
をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標に変換する必要もない。こ
のため、第１の実施態様にあっては、図１１に示す１次
元アクチュエータ１1，１2，１3が作用する力ＦX，
ＦY，Ｆzと位置情報ｘ，ｙ，ｚの関係をテーブルに格納
しておき、１次元アクチュエータ１1，１2，１3で検出
される位置情報ｘ，ｙ，ｚに基づいてテーブルを参照
し、力ＦX，ＦY，Ｆzを求める。そして、力ＦX，ＦY，
Ｆzに対応する駆動電流をＰＷＭドライバで発生させ、
これを１次元アクチュエータ１1，１2，１3に供給す
る。このように第１の実施態様によれば、簡易な構成に
よって、力点Ｗの位置と中点位置との距離の差に応じて
３次元の力覚を付与することができる。
【００４４】次に、第２の実施態様は、操作子Ｓの操作
方向と力点Ｗの位置に応じて反力Ｆを付与するものであ
る。この場合には、まず、力点Ｗの位置情報ｘ，ｙ，ｚ
を図９に示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の座標に変換して位置
情報Ｘ，Ｙ，Ｚを求める。次に、位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚの
変化から操作子Ｓの操作方向を求める。具体的には、速
度情報Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の合成ベクトルが操作方向を示
すため、位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚを微分して速度情報Ｘ’，
Ｙ’，Ｚ’を求める。また、位置および操作方向と力Ｆ
X，ＦY，Ｆzとの関係を規定するテーブルを用意してお
き、位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚと速度情報Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’に
基づいて、テーブルを参照し、力ＦX，ＦY，Ｆzを求め
る。そして、力ＦX，ＦY，Ｆzに対応する駆動電流をＰ
ＷＭドライバで発生させ、これを１次元アクチュエータ
１1，１2，１3に供給する。このように第２の実施態様
によれば、簡易な構成によって、操作子Ｓの操作方向と
力点Ｗの位置に応じて力覚を付与することができる。
【００４５】Ｄ．第４実施形態 第４実施形態は、第１〜第３実施形態で説明した１〜３
次元アクチュエータを混在して用いる多次元の力覚駆動
装置に関する。 １．第４実施形態の構成 第４実施形態の構成を、図面を参照しつつ説明する。図
１２は第４実施形態に係わる多次元力覚駆動装置のブロ
ック図である。
【００４６】図において、Ａは、１次元アクチュエータ
１，…、２次元アクチュエータ１０，…、３次元アクチ
ュエータ１００，…を制御する制御ＩＣチップであり、
上述したタッチデータテーブル群６、合成ベクトル演算
回路７、ＰＷＭドライバ２等を内蔵している。なお、制
御ＩＣチップＡは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に関する制御
部より構成されるが、いずれも同一の構成であるため、
図１１においては、Ｘ軸に関する制御部のみを図示し、
他の制御部については省略してある。制御ＩＣチップＡ
は、以下の部分から構成される。
【００４７】２０，３０，４０，６０はマルチプレクサ
であり、２１，３１，４１，６１はＡ／Ｄ変換器であ
る。また、２２，３２，４２は座標軸の変換を行う座標
変換テーブルである。また、２７，２８は微分回路群で
あり、アクチュエータの個数だけの一次微分回路からな
る。２３は選択回路であり、速度情報Ｘ’に基づいて出
力の選択を行う。また、２４，２５，３４，４４はタッ
チデータテーブル群に相当する２次元テーブル群であ
り、複数の２次元テーブルから構成される。また、６４
は１枚の２次元テーブルである。２６，３６，４６，５
６，６６は加算器、５０はＣＰＵ、７１はデマルチプレ
クサ、７２はＰＷＭドライバである。また、７０は推力
特性補正テーブル群であり、複数の推力特性補正テーブ
ルから構成される。推力特性補正テーブルの入力は力Ｆ
であり、その出力は駆動電流指令である。ところで、力
Ｆと駆動電流指令との関係はアクチュエータの状態によ
って異なる。例えば、図２（Ａ）において、中心棒１０
がアクチュエータから突出している場合と、引き込まれ
ている場合とで同一の力Ｆを発生させるとすると、駆動
電流の値が異なる。これは、アクチュエータの推力特性
が非線形だからである。このような推力特性を補正すべ
く、推力特性補正テーブル群７０は、複数の推力特性補
正テーブルから構成される。この例では、位置情報Ｘに
基づいて複数の推力特性補正テーブルのうち一つが選択
される。そして、力Ｆを示すデータが選択された推力特
性補正テーブルに供給されると、力Ｆに対応する駆動電
流指令が生成される。また、７３は電流フィードバック
回路であり、これにより、アクチュエータを駆動する駆
動電流がフィードバックされ、実際の駆動電流が目標電
流と一致するように調整される。したがって、アクチュ
エータを構成するコイルの抵抗値が発熱によって変化し
ても、目標とする電流を供給することができる。
【００４８】２．第４実施形態の動作 次に、第４実施形態の動作を図１２を参照しつつ説明す
る。１次元アクチュエータ１，…、２次元アクチュエー
タ１０，…、および３次元アクチュエータ１００，…か
らの各位置情報ｘは、微分回路群２７，２８で順次微分
され、速度情報ｘ’と加速度情報ｘ”が各アクチュエー
タ毎に生成される。そして、各位置情報ｘ、各速度情報
ｘ’および各加速度情報ｘ”が、マルチプレクサ２０，
３０，４０によって時分割多重され、Ａ／Ｄ変換器２
１，３１，４１を介して座標変換テーブル２２，３２，
４２に供給されると、第１〜第３実施形態と同様に座標
軸の変換が行われ、各位置情報Ｘ、各速度情報Ｘ’およ
び各加速度情報Ｘ”が生成される。
【００４９】ところで、３次元アクチュエータ１００，
…からの位置情報ｘの座標軸を変換するには、他の位置
情報ｙ，ｚも必要である。この場合、位置情報ｙ，ｚ
は、Ｙ軸とＺ軸の制御部から供給される。また、位置情
報ｘが２次元アクチュエータ１０，…からのものである
場合には、位置情報ｚを０として、位置情報ｘ，ｙに基
づいて座標軸の変換が行われる。さらに、位置情報ｘが
１次元アクチュエータ１，…からのものである場合に
は、位置情報ｙ，ｚを０として、座標軸の変換が行われ
る。なお、速度情報ｘ’および加速度情報ｘ”について
も、位置情報ｘの場合と同様に座標軸の変換が行われ
る。また、複数の外部入力ＥＸＴ，…は、マルチプレク
サ６０によって時分割多重された後、Ａ／Ｄ変換器６１
を介してデジタル信号に変換される。なお、複数の外部
入力ＥＸＴ，…は、例えば、鍵盤演奏者への警告情報
や、演奏トリガー等の情報を力覚により外部から与える
ために用いられる。
【００５０】次に、運動方程式の演算が行われる。この
例では、Ｘ軸方向の運動方程式として、以下に示す式１
を用いる。 Ｆ＝ＭＸ”＋ρＸ’＋ｋＸ＋ｆ１＋ｆ２……式１ ここで、ｋＸの値は、選択回路２３、２次元テーブル群
２４，２５および加算器２６によって生成される。ま
ず、位置情報Ｘが選択回路２３に供給されると、選択回
路２３は、速度情報Ｘ’に基づいて、位置情報Ｘを２次
元テーブル群２４に出力するか、２次元テーブル群２５
に出力するかを選択する。速度情報Ｘ’が正の値を示す
ならば、位置情報Ｘは２次元テーブル群２４に出力さ
れ、速度情報Ｘ’が負の値を示すならば、位置情報Ｘは
２次元テーブル群２５に出力される。この２次元テーブ
ル群２４は、制御の対象となるアクチュエータが正方向
に動いている場合のｋＸの値を格納しており、また、２
次元テーブル群２５は、アクチュエータが負方向に動い
ている場合のｋＸの値を格納している。これにより、ア
クチェータの動作方向によって、参照するテーブルを選
択することができる。
【００５１】また、２次元テーブル群２４，２５は、上
述したように複数の２次元テーブルによって構成される
が、速度情報Ｘ’が２次元テーブル群２４，２５に供給
されると、その値に応じて複数の２次元テーブルうちの
１つが選択される。そして、選択された２次元テーブル
から、位置情報Ｘに応じて、ｋＸの値を指示するデータ
が読み出される。したがって、位置情報Ｘのみならず速
度情報Ｘ’も考慮され、ｋＸの値が定まる。こうして、
ｋＸの値を指示するデータが２次元テーブル群２４，２
５から読み出され、読み出されたデータが加算器２６で
加算される。ただし、位置情報Ｘが各２次元テーブル群
２４，２５に供給されない場合には、０を指示するデー
タが読み出されるようになっている。したがって、加算
器２６から、ｋＸの値を指示するデータが出力される。
【００５２】次に、式１に示すρＸ’の値は、２次元テ
ーブル群３４によって生成される。この場合、位置情報
Ｘと速度情報Ｘ’が２次元テーブル群３４に供給される
と、位置情報Ｘに基づいて複数の２次元テーブルのうち
の１つが選択され、選択された２次元テーブルから速度
情報Ｘ’に対応するρＸ’の値を指示するデータが読み
出される。したがって、速度情報Ｘ’のみならず位置情
報Ｘも考慮され、ρＸ’の値が定まる。例えば、本装置
を用いて図３に示すボタン部のアクチュエータを駆動し
ている場合に、ボタンＢを一定速度で押し下げたとして
も、中心棒１０が伸びきった状態から押し下げられた状
態に変化するにつれ、粘性係数に係るパラメータρＸ’
を除々に大きくすることができる。
【００５３】また、式１に示すＭＸ”の値は、２次元テ
ーブル群４４によって生成される。この場合、位置情報
Ｘと加速度情報Ｘ”が２次元テーブル群４４に供給され
ると、位置情報Ｘに基づいて複数の２次元テーブルのう
ちの１つが選択され、選択された２次元テーブルから加
速度情報Ｘ”に対応するＭＸ”の値を指示するデータが
読み出される。したがって、加速度情報Ｘ”のみならず
位置情報Ｘも考慮され、ＭＸ”の値の値が定まる。
【００５４】また、式１に示すｆ１の値は、位置情報
Ｘ、速度情報Ｘ’および加速度情報Ｘ”に基づいて、Ｃ
ＰＵ５０で生成される。この場合、ＣＰＵ５０は、内部
のタイマを参照することによって検出した時間経過量お
よび上記各情報Ｘ，Ｘ’，Ｘ”に基づいて、ｆ１の値を
生成する。これにより、アクチュエータが外部に作用す
る力Ｆを時間経過を加味したものにすることができる。
【００５５】また、式１に示すｆ２の値を示すデータ
は、外部入力ＥＸＴに基づいて、２次元テーブル６４を
参照することによって生成される。例えば、ボリューム
を操作するとその操作量に応じて外部入力ＥＸＴの値が
変化するように構成し、２次元テーブル６４に所定の変
数値を格納しておけば、操作量に応じて式１の力ｆ２を
可変することができる。このため、キーボードにこれを
応用すれば、ユーザーの好みに応じたタッチ感を創出で
きる。また、動作状況に応じリアルタイムにタッチを付
加したり減ずることも可能となり、鍵盤演奏者へ警告情
報や演奏トリガー等の情報をタッチそのもので伝えるこ
とが可能となる。
【００５６】こうして生成された、ＭＸ”，ρＸ’，ｋ
Ｘ，ｆ１，ｆ２の各値を示すデータは、加算器３６，４
６，５６，６６によって加算され、これにより、力Ｆを
指示するデータＤＦが加算器６６から出力される。そし
て、位置情報ＸとデータＤＦが補正テーブル群７０に供
給されると、位置情報Ｘに基づいて複数の補正テーブル
のうちの１つが選択され、選択された補正テーブルから
データＤＦに対応する補正値を指示するデータＤＦ’が
読み出される。これにより、アクチュエータの推力特性
を補正することができる。次にデータＤＦ’がデマルチ
プレクサ７１によって時分割分離され、分離された各デ
ータが各ＰＷＭドライバ７２，…を介して各電流フィー
ドバック回路７３，…に供給されると、各電流フィード
バック回路７３，…は、アクチュエータの発熱による推
力変動を抑制するように、１次元アクチュエータ１，
…、２次元アクチュエータ１０，…、および３次元アク
チュエータ１００，…を制御する。これにより、各アク
チュエータは所定の外力Ｆを外部に作用することができ
る。
【００５７】このように本実施形態によれば、各種のア
クチュエータを一つの制御ＩＣチップＡによって総合的
に制御することができるから、汎用性に富んだ制御ＩＣ
チップＡを提供することができる。また、運動方程式の
ｋＸの値を位置情報Ｘのみならず速度情報Ｘ’の値も考
慮して定めるといったように、他の要素を考慮して運動
方程式の各パラメータを定めたので、複雑な力Ｆを発生
させることができる。この結果、本実施形態の力覚駆動
装置を各種の機器に適用すれば、人の感性を反映させた
操作性を実現することができる。
【００５８】Ｅ．第５実施形態 第５実施形態は、第４実施形態と同様に多次元の力覚駆
動装置に関するものである。第４実施形態では、各セン
サからの位置情報ｘ，ｙ，ｚを座標変換テーブル２２，
３２，４２を用いて座標変換を行い、所定の座標軸Ｘ，
Ｙ，Ｚ上で合成ベクトルを算出した。ところで、位置情
報ｘ，ｙ，ｚは、各アクチュエータの固定端から操作子
Ｓまでの距離を各々指示するものであるから、これらに
よって３次元空間内の位置を特定することができる。そ
こで、第５実施形態では、位置情報ｘ，ｙ，ｚを用いて
直接テーブルを参照し、これにより運動方程式の各項に
対応する値を生成している。
【００５９】１．第５実施形態の構成 第５実施形態の構成を、図面を参照しつつ説明する。図
１３は第５実施形態に係わる多次元力覚駆動装置のブロ
ック図である。なお、第５実施形態における３次元アク
チュエータは、図１１に示す３次元アクチュエータと同
様に構成される。
【００６０】図１３において、制御ＩＣチップＡは、ｘ
軸、ｙ軸およびｚ軸に関する制御部より構成されるが、
いずれも同一の構成であるため、ｘ軸に関する制御部の
みを図示し、他の制御部については省略してある。な
お、第５実施形態におけるｘ，ｙ，ｚ軸は、第３および
第４実施形態のＸ，Ｙ，Ｚ軸と異なり、各１次元アクチ
ュエータ１1，１2，１3の中心軸を意味する。制御ＩＣ
チップＡは、以下の主要部分から構成される。２６，２
８，３７，４７は、３次元テーブルであって、複数の２
次元テーブルから構成される。また、２７，２９はパラ
メータ補正テーブルであって、これにより他のパラメー
タによる補正が行われる。また、３８，４８は乗算テー
ブルである。
【００６１】２．第５実施形態の動作 次に、第５実施形態の動作を図１３を参照しつつ説明す
る。 ２−１：入力 １次元アクチュエータ１，…、２次元アクチュエータ１
０，…、および３次元アクチュエータ１００，…からの
各位置情報ｘは、微分回路群２７，２８で順次微分さ
れ、速度情報ｘ’と加速度情報ｘ”が各アクチュエータ
毎に生成される。そして、各位置情報ｘ、各速度情報
ｘ’および各加速度情報ｘ”が、マルチプレクサ２０，
３０，４０によって時分割多重され、Ａ／Ｄ変換器２
１，３１，４１によってデジタル信号に変換される。ま
た、複数の外部入力ＥＸＴ，…は、マルチプレクサ６０
によって時分割多重された後、Ａ／Ｄ変換器６１を介し
てデジタル信号に変換される。なお、複数の外部入力Ｅ
ＸＴ，…は、例えば、鍵盤演奏者への警告情報や、演奏
トリガー等の情報を力覚により外部から与えるために用
いられる。
【００６２】２−２：運動方程式の演算 この例では、ｘ方向の運動方程式として、第４実施形形
態と同様に以下に示す式１’を用いるものとする。 Ｆ＝Ｍｘ”＋ρｘ’＋ｋｘ＋ｆ１＋ｆ２……式１’ ここで、ｋｘは３次元テーブル２６，２８およびパラメ
ータ補正テーブル２７，２９によって算出され、ρｘ’
は３次元テーブル３７および乗算テーブル３８によって
算出され、Ｍｘ”は３次元テーブル４７および乗算テー
ブル４８によって算出される。
【００６３】ｋｘの算出 ｋｘの算出処理について説明する。この例では、まず、
位置情報ｘ，ｙ，ｚに基づいてｋｘ1を算出し、ｋｘ1に
対して加速度情報ｘ”による補正を施し、最終的にｋｘ
を算出している。
【００６４】位置情報ｘが選択回路２３に供給される
と、選択回路２３は、速度情報ｘ’に基づいて、位置情
報ｘを３次元テーブル２６に出力するか、３次元テーブ
ル２８に出力するかを選択する。速度情報ｘ’が正の値
を示すならば、位置情報ｘは３次元テーブル２６に出力
され、速度情報ｘ’が負の値を示すならば、位置情報ｘ
は３次元テーブル２８に出力される。この３次元テーブ
ル２６は、制御の対象となるアクチュエータが正方向に
動いている場合のｋｘ1の値を格納しており、また、３
次元テーブル２８は、アクチュエータが負方向に動いて
いる場合のｋｘ1の値を格納している。これにより、ア
クチェータの動作方向によって、参照するテーブルを選
択することができる。
【００６５】パラメータ補正テーブル２７，２９に加速
度情報ｘ”が供給されると、加速度情報ｘ”に対応する
補正テーブルが選択される。この補正テーブルには、ｋ
ｘ1に対応するｋｘが格納されている。したがって、加
速度情報ｘ”に基づいてｋｘ1に補正を施すことができ
る。これにより、模倣しようとする機構の加速度による
「しなり」あるいは「たわみ」を再現することができ
る。
【００６６】こうして、ｋｘの値を指示するデータがパ
ラメータ補正テーブル２７，２９から読み出され、読み
出されたデータが加算器２６で加算される。ただし、位
置情報ｘが各３次元テーブル２６，２８に供給されない
場合には、０を指示するデータが読み出されるようにな
っている。したがって、加算器２６から、ｋｘの値を指
示するデータが出力される。この場合、ｋｘは、位置情
報ｘ，ｙ，ｚのみならず、速度情報ｘ’および加速度情
報ｘ”を考慮したものとなる。
【００６７】ρｘ’の演算 ρｘ’の演算処理にあっては、まず、位置情報ｙ，ｚが
３次元テーブル３７に供給される。すると、位置情報
ｙ，ｚに対応する２次元テーブルが選択される。この２
次元テーブルは、ρと位置情報ｘとの関係を規定してい
る。このため、位置情報ｘが３次元テーブル３７に供給
されると、選択された２次元テーブルを参照してρの値
を示すデータが読み出される。この後、ρの値を示すデ
ータが乗算テーブル３８に供給されると、ρの値に対応
する２次元テーブルが選択される。この２次元テーブル
は、速度情報ｘ’とρｘ’の関係を規定している。この
ため、速度情報ｘ’が乗算テーブル３８に供給される
と、選択された２次元テーブルを参照してρｘ’の値を
示すデータが読み出される。この場合、ρｘ’は、３次
元の位置情報ｘ，ｙ，ｚに対応したものになる。ただ
し、ρの値によって、２次元テーブルを選択しているの
で、乗算テーブル３８に非線形特性を持たせることがで
きる。
【００６８】Ｍｘ”の演算 Ｍｘ”の演算処理には、ρｘ’の場合と同様に行われ
る。まず、位置情報ｙ，ｚに基づいて、３次元テーブル
４７を構成する１枚の２次元テーブルが選択される。こ
の２次元テーブルは、Ｍと位置情報ｘとの関係を規定し
ている。そこに位置情報ｘが供給されると、Ｍの値を示
すデータが読み出される。この後、Ｍの値を示すデータ
が乗算テーブル４８に供給されると、Ｍの値に対応する
２次元テーブルが選択される。この２次元テーブルは、
加速度情報ｘ”とＭｘ”の関係を規定しており、そこに
加速度情報ｘ”が供給されると、Ｍｘ”の値を示すデー
タが読み出される。この場合、Ｍｘ”は、３次元の位置
情報ｘ，ｙ，ｚに対応したものになる。ただし、Ｍの値
によって、２次元テーブルを選択しているので、乗算テ
ーブル４８に非線形特性を持たせることができる。
【００６９】ｆ１およびｆ２の演算 ｆ１およびｆ２の演算処理は、第４実施形態の場合と同
様に行われる。すなわち、位置情報ｘ、速度情報ｘ’お
よび加速度情報ｘ”に基づいてＣＰＵ５０によってｆ１
が算出される。また、２次元テーブル６４によって外部
入力ＥＸＴに対応するｆ２が算出される。こうして、運
動方程式の各項に対応する各データが各々算出され、こ
れらの各データが、加算器３６，４６，５６，６６によ
って順次加算され、力Ｆを示すデータが生成される。こ
の例によれば、運動方程式の演算を、テーブルを用いて
実行することができるので、座標変換を行う第３，第４
実施形態と比較して演算負荷が軽くなり、高速処理が可
能となる。
【００７０】２−３：アクチェータの駆動 アクチェータの駆動は、第４実施形態と同様に行われ
る。すなわち、位置情報ｘとデータＤＦが補正テーブル
群７０に供給されると、位置情報ｘに基づいて複数の補
正テーブルのうちの１つが選択され、選択された補正テ
ーブルからデータＤＦに対応する補正値を指示するデー
タＤＦ’が読み出される。これにより、アクチュエータ
の推力特性を補正することができる。次にデータＤＦ’
がデマルチプレクサ７１によって時分割分離され、分離
された各データが各ＰＷＭドライバ７２，…を介して各
電流フィードバック回路７３，…に供給されると、各電
流フィードバック回路７３，…は、アクチュエータの発
熱による推力変動を抑制するように、１次元アクチュエ
ータ１，…、２次元アクチュエータ１０，…、および３
次元アクチュエータ１００，…を制御する。これによ
り、各アクチュエータは所定の外力Ｆを外部に作用する
ことができる。
【００７１】２−４：テーブルの生成 次に、３次元テーブル２６，２８，３７，４７とパラメ
ータ補正テーブル２７，２９、および乗算テーブル３
８，４８の生成について説明する。この例にあっては、
１個の３次元アクチュエータ１００が制御ＩＣチップに
接続されているものとする。ここでは、人の顔から得ら
れる触覚を３次元アクチュエータ１００で模倣する場合
を図１４を参照しつつ説明する。
【００７２】図に示すように操作子Ｓを人の顔に押し当
てると、操作子Ｓは人の顔から反力Ｆを受ける。この反
力Ｆは、各１次元アクチュエータ１1，１2，１3 によ
って発生される力Ｆｘ，力Ｆｙ，力Ｆｚの合成力と釣り
合う。一方、１次元アクチュエータ１1，１2，１3から
得られる位置情報ｘ，ｙ，ｚは、操作子Ｓの座標を表し
ている。この座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）において力Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚは、位置、速度、加速度によって一意に定ま
る。したがって、この例では実際のアクチュエータ（も
しくはこれに相当する疑似測定器）を使用して、対象物
の各位置での力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを実測して、各テーブ
ルを生成している。まず、操作子Ｓの速度と加速度を０
とし、すなわち、操作子Ｓが停止しているとすると、力
Ｆｘを得るために１次元アクチュエータ１1を駆動して
いる駆動電流は、上述した運動方程式のｋｘの項に対応
する値となる。このため、人の顔の各位置において駆動
電流と位置情報ｘ，ｙ，ｚを実測し、これらを対応づけ
て３次元テーブル２６，２８を生成する。
【００７３】次に、速度と加速度に対応するテーブルの
生成については、操作子Ｓを人の顔に押し当て、複数の
速度，加速度で駆動電流を実測することによって行われ
る。この実測を顔の各位置について行い、そこで得られ
る駆動電流と位置情報ｘ，ｙ，ｚと対応づけ、これに基
づいて３次元テーブル３７，４７、パラメータ補正テー
ブル２７，２９、および乗算テーブル３８，４８を生成
する。実際の計測にあっては、Ｆｙ，Ｆｚの方向が一定
となるようにして、まずＦｘについて上記計測を行い。
この後、Ｆｙ，Ｆｚについて同様に計測を行えばよい。
また、人の顔や破損し易い物体を等を計測する場合にあ
っては、駆動電流に制限を設けて、一定の力以上の負荷
が対象物に加わらないようにしている。
【００７４】こうして、各テーブルを生成することによ
って、人の顔から得られる触覚を模倣することができ
る。すなわち、本実施形態によれば、模倣の対象となる
物体を用意し、この物体から得られる触覚を記憶しこれ
を再現することができる。この結果、物体の柔らかさ、
硬さといった弾性を表現することが可能となる。なお、
各テーブルを自動学習で生成してもよい。この場合に
は、対象物体を所定の位置に置き自動学習を開始する
と、操作子Ｓが予め定められた軌跡を移動し、この際に
必要とされる駆動電流と位置情報ｘ，ｙ，ｚを対応づけ
て、各テーブルが自動的に作成される。
【００７５】このように本実施形態によれば、座標変換
を行うことなく、位置情報ｘ，ｙ，ｚを用いて各テーブ
ルを直接参照したので、演算量を削減することができ
る。また、３次元アクチュエータは自由継手で連結する
こととしたので、操作子Ｓを広い範囲で可動させること
ができる。また、対象物の弾性を模倣することができ、
複雑な力覚を発生させることができる。さらに、立体物
の質感等を再現できるツールに応用することができ、当
該立体物が空間を仕切る輪郭といった境界条件の測定や
輪郭の再現を行うことが可能になる。
【００７６】Ｆ．第６実施形態 上述した第１〜第５実施形態において、各力覚駆動装置
を制御する制御プログラムは通信網を介して配信しても
良いし、あるいは記録媒体に記録されていても良い。第
６実施形態では、この場合の一例として、第４実施形態
の制御ＩＣチップＡを用いたドライブシュミレータにつ
いて説明する。
【００７７】図１６は、第６実施形態に係わるドライブ
シュミレータのブロック図である。図において、２０１
はパーソナルコンピュータであって、ネットワークＮＥ
Ｔに接続されており、ドライブシュミレータ全体の動作
を制御する。また、２００はネットワークＮＥＴに接続
されるサーバであって、そこからパーソナルコンピュー
タ２０１に制御プログラムが配信されるようになってい
る。この制御プログラムは、ドライブシュミレータの動
作を制御するものであって、そこには、ハンドルＨＤ、
クラッチペタルＫＰ、アクセルペタルＡＰ、およびシフ
トレバーＳＬ等の操作子に反力を付与するためのタッチ
データ（上述した運動方程式のパラメータ）が含まれて
いる。したがって、制御プログラムを変更すれば、操作
子の操作感を変更することができる。
【００７８】ここで、パーソナルコンピュータ２０１の
構成を図１６に示す。図に示すように、パーソナルコン
ピュータ２０１は、ＣＰＵ３００、ＲＯＭ３０１、ＲＡ
Ｍ３０２、ハードディスク３０３、通信インターフェー
ス３０４、ＣＤ−ＲＯＭドライバ３０５、および内部イ
ンターフェース３０６等から構成されている。
【００７９】ＣＰＵ３００はバスを介して各構成部分に
接続されており、サーバ２００から制御プログラムが送
信されると、これを通信インターフェース３０４を介し
て受信し、受信した制御プログラムをハードディスク３
０３に格納するようになっている。また、制御プログラ
ムがＣＤ−ＲＯＭによって供給される場合には、ＣＤ−
ＲＯＭに格納されている制御プログラムをＣＤ−ＲＯＭ
ドライバ３０５によって読み出し、これをハードディス
クに格納するようにＣＰＵ３００は制御する。なお、こ
のような格納動作は、ＲＯＭ３０１に格納されている基
本プログラムに基づいて実行される。なお、この制御プ
ログラムを実行する際には、ＲＡＭ３０２がＣＰＵ３０
０の作業領域として用いられる。また、制御プログラム
中のタッチデータは、プログラムの進行に応じて制御Ｉ
ＣチップＡに転送されるようになっている。
【００８０】制御プログラムが実行されると、パーソナ
ルコンピュータ２０１は、当該プログラムに従ってビデ
オ信号ＶＳとオーディオ信号ＡＳを生成する。このビデ
オ信号ＶＳはディスプレイＤＰに出力され、一方、オー
ディオ信号ＡＳはアンプＡＭＰを介してスピーカＳＰに
出力される。
【００８１】また、ハンドルＨＤ、クラッチペタルＫ
Ｐ、アクセルペタルＡＰには各々１次元アクチュエータ
２０２，２０３，２０４が接続されており、シフトレバ
ーＳＬには２次元アクチュエータ２０５が接続されてい
る。これらのアクチュエータは、制御ＩＣチップＡによ
って制御される。この制御ＩＣチップＡは、パーソナル
コンピュータ２０１と相互にデータの通信を行えるよう
に接続されている。
【００８２】制御ＩＣチップＡからは、各アクチュエー
タの位置情報Ｘ（図１２参照）等がパーソナルコンピュ
ータ２０１に送信される。これにより、パーソナルコン
ピュータ２０１は、ハンドルＨＤの角度やアクセルペダ
ルＡＰおよびクラッチペダルＫＰの踏み込み具合を検知
し、検知結果に基づいてビデオ信号ＶＳおよびオーディ
オ信号ＡＳ等を生成する。
【００８３】一方、パーソナルコンピュータ２０１から
は、２次元テーブル群２４，２５，３４，４４および２
次元テーブル６４のタッチデータ（運動方程式のパラメ
ータ）が、制御ＩＣチップＡに転送される。これによ
り、制御プログラムが新たに更新された場合に、操作子
の操作感覚を変更することが可能となる。また、プログ
ラムの進行に応じてタッチデータの内容を変更するよう
にすれば、各シーン毎にハンドルＨＤやシフトレバーＳ
Ｌ等に力覚を付与することができる。例えば、砂利道を
走行するシーンではハンドルＨＤの操作を重くしたり、
雨のシーンでスリップしたような場合にはハンドルＨＤ
の操作を軽くすることができる。
【００８４】また、座席ＳＳの下部には、１次元アクチ
ュエータ２０６〜２０８で構成される３次元アクチュエ
ータが設けられており、ソフトの進行に応じて座席ＳＳ
の位置を立体的に可変できるようになっている。この場
合、パーソナルコンピュータから、力Ｆを指示するデー
タがベクトル分離回路２０９に出力されると、そこで、
ベクトル分離が行われ、３次元アクチュエータを駆動す
る駆動信号が生成される。そして、各駆動信号によっ
て、各１次元アクチュエータ２０６〜２０８が駆動され
る。これにより、ソフトの進行に応じて座席ＳＳに加速
度を与えることができ、例えば、ユーザーがハンドルＨ
Ｄの操作を誤って車体がガードレールに接触したような
場合には、座席ＳＳを上下左右に揺らすことができる。
【００８５】このように第６実施形態によれば、制御Ｉ
ＣチップＡによって、ドライブシュミレータ等のアミュ
ーズメント機器を総合的に制御することができ、これに
より臨場感にあふれる動作を実現できる。また、制御プ
ログラムをＣＤ−ＲＯＭやネットワークを介して配信す
ることができるので、同一の操作子を用いて、そこで付
与する力覚を適宜変更することが可能になる。
【００８６】Ｇ．応用例 本発明は上述した実施形態に限定されるものでなく、例
えば以下のように種々の応用が可能である。 上記各実施形態は、ユーザーがアクチュエータを操作
することによって検出された位置情報Ｘ等に基づいて力
覚を付与するものであったが、この替わりに位置情報
Ｘ，速度情報Ｘ’および加速度情報Ｘ”等をパーソナル
コンピュータで生成し、これを用いて各アクチュエータ
を駆動してもよい。例えば、この力覚駆動装置をフライ
トシュミレータに適用すれば、離着陸時における正しい
操作を再現することができ、パイロットの訓練に役立て
ることができる。また、位置情報Ｘ，速度情報Ｘ’およ
び加速度情報Ｘ”等を通信ネットワークを介して伝送
し、これを用いて各アクチュエータを駆動してもよい。
例えば、２台の力覚駆動装置を通信ネットワークを介し
て接続し、一方の力覚駆動装置を操作して得られた位置
情報Ｘ，速度情報Ｘ’および加速度情報Ｘ”等を通信ネ
ットワークを介して伝送し、これらに基づいて他方の力
覚駆動装置を動作させれば、離れた場所で力覚を再現す
ることができる。
【００８７】上記第１実施形態の１次元アクチュエー
タは、回転型のマンマシンインターフェースに適用して
もよく、例えば、図１７に示す回転ボリュームに応用し
ても良い。この場合、１次元アクチュエータとして、ロ
ータリーソレノイドやモータ等を用いればよく、そのセ
ンサは回転角度を上述した位置情報として出力する。こ
の例によれば、大きな質量のつまみ部を用いなくとも、
重量感のあるボリュームとすることができ、高級感を演
出することができる。
【００８８】上記第２実施形態の２次元アクチュエー
タを、図１８（Ａ）に示すジョイスティック、同図
（Ｂ）に示すドライブシュミレータのシフトレバー等に
応用してもよい。例えば、シフトレバーに適用した場合
にあっては、アイドリングの状態でシフトレバーを小刻
みに振るわせることができ、臨場感を演出するこができ
る。 また、第２実施形態の２次元アクチュエータを、
同図（Ｃ）に示す形状認識システムに応用してもよい。
この場合には、形状の輪郭に沿って操作子Ｓを操作すれ
ば反力が付与されないかあるいは微小な反力が付与さ
れ、その輪郭からずれて操作子Ｓを操作すると、大きな
反力が付与されるようになっている。このため、操作子
Ｓをなにげなく操作すれば、操作子Ｓは動きやすい所を
たどるので、操作子Ｓの軌跡は形状の輪郭に沿ったもの
となり、人が形状を認識することができる。また、図１
７に示すロータリーソレノイドやモータ等を１次元アク
チュエータとして用い、図１９（Ａ）に示す立体形状の
認識に応用してもよい。この場合には、人の指に装着す
るキャップＣ１，Ｃ２に各４本の糸を張り、各４本の糸
の張力を各々１次元アクチュエータで制御すればよい。
この際、指が仮想物体に触れない状態では反力をほとん
ど受けることなく動作できるようにし、仮想物体に触れ
ると反力を受けるように各１次元アクチュエータを制御
する。また、仮想環境をコンピュータで作り出し、物理
的に離れた遠隔地の人どうしが、一つ仮想環境内をイン
タラクションすることにより、協同作業をすることはリ
モートコラボレーションと呼ばれいるが、この技術分野
に、図１９（Ｂ）に示す３次元力覚駆動装置を適用して
もよい。また、図８に示す２次元アクチュエータを構成
する２つの１次元アクチュエータ１1，１2を力点Ｗで直
交するように連結してもよい。この場合には、力ＦX，
力ＦYをより簡単に算出することができる。
【００８９】上記第４実施形態において、運動方程式
の各パラメータＭＸ”，ρＸ’，ｋＸを指示するデータ
を２次元テーブル群２４，２５，３４，４４から読み出
し算出するにあたり、位置情報Ｘ，速度情報Ｘ’，加速
度情報Ｘ”を適宜組み合わせたアドレスを用いて読み出
してもよい。また、２次元アクチュエータ１０に関する
運動方程式の各パラメータＭＸ”，ρＸ’，ｋＸを算出
する場合には、位置情報Ｘ，Ｙ、速度情報Ｘ’，Ｙ’、
加速度情報Ｘ”，Ｙ”を適宜組み合わせたアドレスを用
いてもよい。さらに、３次元アクチュエータ１００に関
する運動方程式の各パラメータＭＸ”，ρＸ’，ｋＸを
算出する場合には、位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚ、速度情報
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’、加速度情報Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”を適宜
組み合わせたアドレスを用いてもよい。
【００９０】また、上記各実施形態において、タッチ
データテーブル群に運動方程式の各係数を指示するデー
タを格納してもよい。この場合には、位置情報Ｘ，速度
情報Ｘ’，加速度情報Ｘ”に応じてＭ，ρ，ｋ，ｆとい
った係数の組が、タッチデータテーブル群から読み出さ
れ、各係数と位置情報Ｘ，速度情報Ｘ’，加速度情報
Ｘ”を乗算することによって、力Ｆが算出される。ま
た、各係数は一定の値であってもよく、さらに、階段状
に変化するものであってもよい。
【００９１】また、上記第５実施形態において、運動
方程式の速度に対応する項、すなわち、ρｘ’を算出す
る際に、他の軸の速度情報ｙ’，ｚ’を用いてこれを算
出するようにしてもよい。また、加速度に対応するＭ
ｘ”を算出する際に、他の軸の加速度情報ｙ”，ｚ”を
用いてこれを算出するようにしてもよい。また、各テー
ブルに格納されているデータの中間値を、演算によって
補間し、滑らかに出力が変化するようにしてもよい。ま
た、上記第５実施形態において説明した各テーブルの生
成方法を、第４，第３実施形態に適用しても良い。
【００９２】また、上記各実施形態において、速度情
報と加速度情報は、位置情報を微分することにより算出
したが、速度センサ、加速度センサにより検出しても良
いことは勿論である。また、加速度センサから検出され
る加速度情報を順次積分して速度情報、位置情報を算出
してもよい。さらに、速度情報を速度センサで検出し、
これを積分して位置情報を、微分して加速度情報を算出
するようにしてもよい。要は、操作子Ｓの状態を運動方
程式で表すことができる状態情報を得ることができれば
よい。
【００９３】また、上記各実施形態および応用例の力
覚駆動装置で実現される機能は、力覚付与方法として捉
えることも可能であり、この力覚付与方法を第６実施形
態出説明したように記録媒体に格納したり、ネットワー
クを介して配信することも可能である。また、この場
合、力覚駆動装置を全体を制御する制御プログラムだけ
でなく、運動方程式のパラメータと状態情報（位置情
報、速度情報、加速度情報）とを対応付けて格納したタ
ッチデータテーブル群、２次元テーブルのデータだけを
記録媒体に記録し、これを力覚駆動装置に設けられた読
み取り手段で読み取って、テーブルの内容を更新するし
たり、当該データをネットワークを介して取得し、更新
することも可能である。ここで、記録媒体とは、その読
取装置に対して、磁気、電気、光等のエネルギー変化を
引き起こして、それに対応する信号の形式で、読取装置
にプログラムの記述内容を伝達できるものであって、例
えば、磁気ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、半導
体メモリ等が該当する。
【００９４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる発
明特定事項によれば、複数方向の力覚を付与することが
できる。また、操作子の位置あるいは操作方向に応じて
力覚を付与することができる。また、操作子の操作方向
と同一方向に力覚を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる第１実施形態の１次元力覚駆
動装置のブロック図である。
【図２】 同実施形態に係わる１次元アクチュエータの
構成を示す断面図である。
【図３】 同実施形態に係わる１次元力覚駆動装置を適
用したスライドスイッチの側面図である。
【図４】 同実施形態に係わるスライドスイッチに用い
られるタッチデータテーブル群の内容を示す図である。
【図５】 同実施形態に係わる１次元力覚駆動装置をキ
ーボードに適用した場合のボタン部の構成を示す側面図
である。
【図６】 同実施形態に係わるボタン部に用いられるタ
ッチデータテーブル群の内容を示す図である。
【図７】 本発明に係わる第２実施形態の２次元力覚駆
動装置のブロック図である。
【図８】 同実施形態に係わる２次元アクチュエータの
構成を示す平面図である。
【図９】 同実施形態に係わる座標変換説明するための
図である。
【図１０】 本発明に係わる第３実施形態の３次元力覚
駆動装置のブロック図である。
【図１１】 同実施形態に係わる３次元アクチュエータ
の構成を示す斜視図である。
【図１２】 本発明に係わる第４実施形態の多次元力覚
駆動装置のブロック図である。
【図１３】 本発明に係わる第５実施形態の多次元力覚
駆動装置を説明するためのブロック図である。
【図１４】 同実施形態におけるテーブルの生成を説明
するための説明図である。
【図１５】 本発明に係わる第６実施形態の多次元力覚
駆動装置をドライブシュミレータに適用した場合の構成
を示すブロック図である。
【図１６】 同実施形態のパーソナルコンピュータの構
成を示すブロック図である。
【図１７】 第１実施形態の１次元アクチュエータを回
転ボリュームに応用した例を示す図である。
【図１８】 第２実施形態の２次元アクチュエータの応
用例を示す図である。
【図１９】 第３実施形態の２次元アクチュエータの応
用例を示す図である。
【符号の説明】
１1，１2，１N…１次元アクチュエータ、１０1，１
０2，１０N…２次元アクチュエータ、１００1，１０
０2，１００N…３次元アクチュエータ、２1，２2,２N…
ＰＷＭドライバ（駆動手段）、Ｘ，Ｙ，Ｚ……位置情
報、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’…速度情報、Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”…
加速度情報、ＣＴＬX，ＣＴＬY，ＣＴＬZ…制御信号、
４，８…タッチデータテーブル群（制御手段、テーブ
ル）、５…演算回路（制御手段、演算手段）、７…合成
ベクトル演算回路（制御手段、演算手段、制御信号生成
手段）、１２…センサ（検出手段）、２７，２８…微分
回路（検出手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ１０Ｆ 1/02 Ｇ１０Ｆ 1/02 Ａ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操作子の位置に応じて、前記操作子に力
    を付与する力覚駆動装置において、 前記操作子と連結され、前記操作子を複数方向に可動さ
    せるアクチュエータと、 前記操作子の少なくとも位置情報を検出する検出手段
    と、 前記位置情報に基づいて、前記アクチュエータが前記操
    作子に付与すべき力を指示する制御信号を生成する制御
    手段と、 前記制御信号に基づいて前記アクチュエータを駆動する
    駆動手段とを備えたことを特徴とする力覚駆動装置。
  2. 【請求項２】 操作子が操作されると、前記操作子に力
    を付与する力覚駆動装置において、 前記操作子と連結され、前記操作子を複数方向に可動さ
    せるアクチュエータと、 前記操作子の位置情報を検出する検出手段と、 前記操作子の操作方向を検出する操作方向検出手段と、 前記位置情報および前記操作方向に基づいて前記操作子
    に付与する前記力の大きさおよび方向を求め、求められ
    た前記力の大きさおよび方向に応じた制御信号を生成す
    る制御手段と、 前記制御信号に基づいて前記力が前記操作子に付与され
    るように前記アクチュエータを駆動する駆動手段とを備
    えたことを特徴とする力覚駆動装置。
  3. 【請求項３】 操作子と連結され、前記操作子を複数方
    向に可動させるアクチュエータと、 前記操作子の位置、速度、もしくは加速度、または、こ
    れらの組み合わせに基づいて、前記アクチュエータが前
    記操作子に付与すべき力を指示する制御信号を生成する
    制御手段と、 前記制御信号に基づいて、前記アクチュエータを駆動す
    る駆動手段とを備えたことを特徴とする力覚駆動装置。
  4. 【請求項４】 操作子と連結され、前記操作子を複数方
    向に可動させるアクチュエータと、 前記操作子の位置情報、速度情報および加速度情報を検
    出する検出手段と、 運動方程式の位置、速度、加速度または外部入力情報に
    対応する操作力に係わる各項の値を指示する各データが
    格納されたテーブルと、 前記位置情報、前記速度度情報、前記加速度情報および
    前記外部入力情報に基づいて前記テーブルを参照し、こ
    れにより得られた前記各データから制御信号を生成する
    制御信号生成手段と、 前記制御信号に基づいて、前記アクチュエータを駆動す
    る駆動手段とを備えたことを特徴とする力覚駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記操作子に付与する前記力の方向を、
    前記操作子が操作された方向と同一方向に設定すること
    を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載
    した力覚駆動装置。
  6. 【請求項６】 操作子に連結されたアクチュエータを用
    いて、前記操作子に複数方向の力を付与する力覚付与方
    法であって、 前記操作子の状態を示す状態情報を検出し、 前記操作子の前記状態情報に基づいて前記操作子に付与
    すべき力を算出して、力覚情報を生成し、 前記力覚情報に基づいて前記アクチュエータを駆動する
    ことを特徴とする力覚付与方法。
  7. 【請求項７】 前記力覚情報を生成する処理は、運動方
    程式の各項の値を示すデータと前記状態情報を対応付け
    て記憶したテーブルを参照することによって、行うこと
    を特徴とする請求項６に記載する力覚付与方法。
  8. 【請求項８】 前記テーブルに、記録媒体から読み出し
    た前記データ、または通信により取得した前記データを
    記憶することを特徴とする請求項７に記載の力覚付与方
    法。
  9. 【請求項９】 操作子に連結されたアクチュエータを用
    いて、前記操作子に複数方向の力を付与する力覚駆動装
    置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、 前記プログラムは、 前記操作子の状態を示す状態情報を検出する処理と、 前記操作子の前記状態情報に基づいて、前記操作子に付
    与すべき力を算出して、力覚情報を生成する力覚情報生
    成処理と、 前記力覚情報に基づいて前記アクチュエータを駆動する
    処理とを前記力覚駆動装置に行わせることを特徴とする
    記録媒体。
  10. 【請求項１０】 操作子に連結されたアクチュエータを
    用いて、前記操作子に複数方向の力を付与する力覚駆動
    装置であって、 通信回線を介してプログラムを受信する受信手段と、前
    記プログラムを記憶する記憶手段を備え、 前記プログラムは、 前記操作子の状態を示す状態情報を検出する処理と、 前記操作子の前記状態情報に基づいて、前記操作子に付
    与すべき力を算出して、力覚情報を生成する力覚情報生
    成処理と、 前記力覚情報に基づいて前記アクチュエータを駆動する
    処理とを前記力覚駆動装置に行わせることを特徴とする
    力覚駆動装置。
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