JPH1185433A - 触感覚提示装置 - Google Patents
触感覚提示装置Info
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- JPH1185433A JPH1185433A JP24256297A JP24256297A JPH1185433A JP H1185433 A JPH1185433 A JP H1185433A JP 24256297 A JP24256297 A JP 24256297A JP 24256297 A JP24256297 A JP 24256297A JP H1185433 A JPH1185433 A JP H1185433A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 指先である物体の表面をなぞる感触や、持ち
上げたときの指先のずれの感触および物体の微少形状を
表わす振動パターンを提示する触感覚提示装置を提供す
る。 【解決手段】 絶縁体ケース３内にＥＲ流体４を封入
し、その上面に導電性ゴム５を設け、絶縁体ケース３の
下面に微小電極群６を配置し、電磁ポンプ９により内部
に加える脈圧と微小電極群６に印加する電圧を計算機８
により独立に制御し、本体上面に不均一な振動を発生さ
せ、これに接触する指先に振動感触と滑り感触を提示す
る。
上げたときの指先のずれの感触および物体の微少形状を
表わす振動パターンを提示する触感覚提示装置を提供す
る。 【解決手段】 絶縁体ケース３内にＥＲ流体４を封入
し、その上面に導電性ゴム５を設け、絶縁体ケース３の
下面に微小電極群６を配置し、電磁ポンプ９により内部
に加える脈圧と微小電極群６に印加する電圧を計算機８
により独立に制御し、本体上面に不均一な振動を発生さ
せ、これに接触する指先に振動感触と滑り感触を提示す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は触感覚提示装置に
関し、特に、指先である物体の表面をなぞる感触や、物
体を持ち上げたときの指先の微少ずれの感触，微少な形
状を表わす振動パターンを提示できるような触感覚提示
装置に関する。
関し、特に、指先である物体の表面をなぞる感触や、物
体を持ち上げたときの指先の微少ずれの感触，微少な形
状を表わす振動パターンを提示できるような触感覚提示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】人工現実感技術を応用して生成する仮想
世界において、実世界と同様の手先による物体操作を完
全に実現するには、腕部全体にかかる物体の重量感，把
持している指先の間にかかる物体の把持感および物体に
接触している指先にかかる肌触り（滑り感）を再現する
必要がある。前の２者に関しては、これまでにもロボッ
トアームの技術を駆使した研究例が多数報告されてい
る。
世界において、実世界と同様の手先による物体操作を完
全に実現するには、腕部全体にかかる物体の重量感，把
持している指先の間にかかる物体の把持感および物体に
接触している指先にかかる肌触り（滑り感）を再現する
必要がある。前の２者に関しては、これまでにもロボッ
トアームの技術を駆使した研究例が多数報告されてい
る。
【０００３】これに対して、指先のなぞり感覚に関して
は、池井他“振動型触覚ディスプレイの表示手法の研究
（Human Interface News & Letter, Vol. 10, No.2, p
p. 238-286 ）”や、P. M. Taylor他，“Surface Feedb
ack for Virtual EnvironmentSystem Using Electrorhe
ological Fluide”, International Journal of Modern
Physics B, Vol. 10, No.23 & 24. pp. 3011−3018, 1
996において発表されている。
は、池井他“振動型触覚ディスプレイの表示手法の研究
（Human Interface News & Letter, Vol. 10, No.2, p
p. 238-286 ）”や、P. M. Taylor他，“Surface Feedb
ack for Virtual EnvironmentSystem Using Electrorhe
ological Fluide”, International Journal of Modern
Physics B, Vol. 10, No.23 & 24. pp. 3011−3018, 1
996において発表されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の池井他の例は複
数の小型振動ピンを配置した装置上に指先を載せ、振動
の変化により情報を提示するものであるが、本質的に上
下振動のみであり、また小型化が難しいという難点があ
る。
数の小型振動ピンを配置した装置上に指先を載せ、振動
の変化により情報を提示するものであるが、本質的に上
下振動のみであり、また小型化が難しいという難点があ
る。
【０００５】また、P. M. Taylor他の例は、導電薄膜間
に電気粘性流体（以下、ＥＲ流体と称する）を封印し、
薄膜上の小区間ごとに印加電圧を変えることで薄膜上の
手触りを変化させるものであるが、連続的な使用に使え
ないという欠点がある。
に電気粘性流体（以下、ＥＲ流体と称する）を封印し、
薄膜上の小区間ごとに印加電圧を変えることで薄膜上の
手触りを変化させるものであるが、連続的な使用に使え
ないという欠点がある。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型化が容易でありかつ連続的な使用が可能であって、指
先である物体の表面をなぞる感触や持ち上げたときの指
先のずれ，微少振動によって接触物体の形状の感触を提
示できるような触感覚提示装置を提供することである。
型化が容易でありかつ連続的な使用が可能であって、指
先である物体の表面をなぞる感触や持ち上げたときの指
先のずれ，微少振動によって接触物体の形状の感触を提
示できるような触感覚提示装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
物体に接触している指先にかかる滑り感を再現する触感
覚提示装置であって、その内部に印加電圧によって粘性
を制御できる電気粘性流体が封入された絶縁体のケース
部材と、ケース部材の上面に接して設けられかつ電気的
に接地され、指先への接触面となる比較的軟らかい導電
性ゴム部材と、ケース部材の下面に埋込まれる微小電極
群と、ケース部材に封入された電気粘性流体に脈圧を発
生させるポンプと、微小電極群に与えられる電圧を独立
に制御するとともにポンプによる脈圧の圧力と周期を制
御するための制御手段とを備えて構成される。
物体に接触している指先にかかる滑り感を再現する触感
覚提示装置であって、その内部に印加電圧によって粘性
を制御できる電気粘性流体が封入された絶縁体のケース
部材と、ケース部材の上面に接して設けられかつ電気的
に接地され、指先への接触面となる比較的軟らかい導電
性ゴム部材と、ケース部材の下面に埋込まれる微小電極
群と、ケース部材に封入された電気粘性流体に脈圧を発
生させるポンプと、微小電極群に与えられる電圧を独立
に制御するとともにポンプによる脈圧の圧力と周期を制
御するための制御手段とを備えて構成される。
【０００８】請求項２に係る発明では、請求項１のケー
ス部材は上部が開かれ、側部と底部とを有する比較的硬
い部材からなる。
ス部材は上部が開かれ、側部と底部とを有する比較的硬
い部材からなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態の触
感覚提示装置の使用状態を示す図である。図１におい
て、この発明の一実施形態の触感覚提示装置１は小型の
袋形状の本体にＥＲ流体を封入し、このＥＲ流体に加え
る脈圧と印加電圧を適当に制御することにより、本体上
面に不均一な振動を発生させ、これに接触する指先に振
動感触と滑り感触を提示する。
感覚提示装置の使用状態を示す図である。図１におい
て、この発明の一実施形態の触感覚提示装置１は小型の
袋形状の本体にＥＲ流体を封入し、このＥＲ流体に加え
る脈圧と印加電圧を適当に制御することにより、本体上
面に不均一な振動を発生させ、これに接触する指先に振
動感触と滑り感触を提示する。
【００１０】ここで、ＥＲ流体は定常状態では一般的な
流体としての特性を示すが、電極板間に挟んで電圧を印
加すると、その粘性係数を制御可能な流体である。より
具体的には、ＥＲ流体は、電気絶縁性液体（分散媒）の
中に直径が５μｍ程度の固定粒子（分散相）を分散，懸
濁させた流体に外部電場を印加したとき、流体に見かけ
の粘度が著しく増大する現象が生じる流体である。この
実施形態では、ＥＲ流体自体への圧力と粘性係数を制御
して能動的なアクチュエータとして用いる。
流体としての特性を示すが、電極板間に挟んで電圧を印
加すると、その粘性係数を制御可能な流体である。より
具体的には、ＥＲ流体は、電気絶縁性液体（分散媒）の
中に直径が５μｍ程度の固定粒子（分散相）を分散，懸
濁させた流体に外部電場を印加したとき、流体に見かけ
の粘度が著しく増大する現象が生じる流体である。この
実施形態では、ＥＲ流体自体への圧力と粘性係数を制御
して能動的なアクチュエータとして用いる。
【００１１】図２はこの発明の一実施形態の具体例を示
す図であり、図３はこの発明の原理を説明するための図
である。
す図であり、図３はこの発明の原理を説明するための図
である。
【００１２】次に、図２に示した実施形態の具体的な構
成を説明する前に、図３を参照して理解を助けるために
基本的な物理現象について説明する。図３（ａ）に示す
ような一端を固定し、他端を動かすばね要素１０のみか
らなる系と、図３（ｂ）に示すようなダンパ要素２０を
付加した系を定義する。それぞれに図３（ｃ）に示すよ
うに時間変化する外力を作用させた場合、それぞれの応
答は図３（ｄ），（ｅ）に示すようになる。ダンパ要素
２０がない理想的なばねでは、外力に完全に同期した振
動を行なう。しかし、ダンパ要素２０の付加された系で
は、同じ外力に対して応答ゲインが低下するとともに位
相が遅れる。この発明では、このダンパの強度をコント
ロールすることによって、一定の外力に対する応答の要
素を制御する。
成を説明する前に、図３を参照して理解を助けるために
基本的な物理現象について説明する。図３（ａ）に示す
ような一端を固定し、他端を動かすばね要素１０のみか
らなる系と、図３（ｂ）に示すようなダンパ要素２０を
付加した系を定義する。それぞれに図３（ｃ）に示すよ
うに時間変化する外力を作用させた場合、それぞれの応
答は図３（ｄ），（ｅ）に示すようになる。ダンパ要素
２０がない理想的なばねでは、外力に完全に同期した振
動を行なう。しかし、ダンパ要素２０の付加された系で
は、同じ外力に対して応答ゲインが低下するとともに位
相が遅れる。この発明では、このダンパの強度をコント
ロールすることによって、一定の外力に対する応答の要
素を制御する。
【００１３】次に、図２を参照して、この発明の一実施
形態について具体的に説明する。絶縁体ケース３は上部
が開口され、側面と下面とを有し、比較的硬い不導体の
材料から形成されている。この絶縁体ケース３内にはＥ
Ｒ流体４が封入され、その上面には単一電極となる比較
的軟らかい導電性ゴム５が設けられ、この導電性ゴム５
は電気的に接地される。絶縁体ケース３の下部には微小
電極群６が埋込まれ、この微小電極群６には計算機８で
演算された電圧が電圧制御装置７によって独立に与えら
れる。また、電磁ポンプ９はチューブ１０によって絶縁
体ケース３と結合されていて、電磁ポンプ９によって絶
縁体ケース３内部に脈圧が発生される。電磁ポンプ９に
よる脈圧の圧力および周期は計算機８によって制御され
る。
形態について具体的に説明する。絶縁体ケース３は上部
が開口され、側面と下面とを有し、比較的硬い不導体の
材料から形成されている。この絶縁体ケース３内にはＥ
Ｒ流体４が封入され、その上面には単一電極となる比較
的軟らかい導電性ゴム５が設けられ、この導電性ゴム５
は電気的に接地される。絶縁体ケース３の下部には微小
電極群６が埋込まれ、この微小電極群６には計算機８で
演算された電圧が電圧制御装置７によって独立に与えら
れる。また、電磁ポンプ９はチューブ１０によって絶縁
体ケース３と結合されていて、電磁ポンプ９によって絶
縁体ケース３内部に脈圧が発生される。電磁ポンプ９に
よる脈圧の圧力および周期は計算機８によって制御され
る。
【００１４】図４はこの発明の一実施形態の動作原理モ
デルを示す図である。図４において、下部のグレーの部
分が図２に示した絶縁体ケース３の下部に相当する。ま
た、上部の導電ゴム５はモデル上部の網形状のばね要素
１０の集合に相当する。また、封入されているＥＲ流体
４はモデルの上下部分を可変ダンパ２０によって接続す
る機構に相当する。これらに電磁ポンプ９による数百Ｈ
ｚの脈圧として矢印方向に外力が等しく作用する。
デルを示す図である。図４において、下部のグレーの部
分が図２に示した絶縁体ケース３の下部に相当する。ま
た、上部の導電ゴム５はモデル上部の網形状のばね要素
１０の集合に相当する。また、封入されているＥＲ流体
４はモデルの上下部分を可変ダンパ２０によって接続す
る機構に相当する。これらに電磁ポンプ９による数百Ｈ
ｚの脈圧として矢印方向に外力が等しく作用する。
【００１５】図５は本体上面の振動モデルを示す図であ
る。図５はある一瞬の本体所面の振動の様子を１次元的
に模式化しているものであり、図４の物理モデルのある
縦断面部分を側面から見たものに相当しており、図５の
下のグレー部分は独立した小型電極である。
る。図５はある一瞬の本体所面の振動の様子を１次元的
に模式化しているものであり、図４の物理モデルのある
縦断面部分を側面から見たものに相当しており、図５の
下のグレー部分は独立した小型電極である。
【００１６】まず、小型電極への印加電圧がすべて均一
な場合は、図５（ａ）に示すように、脈圧に対して上面
部全体が同位相で振動する。一方、図５（ｂ）に示すよ
うに電極の一部の印加電圧を高めると、この部分近傍の
ＥＲ流体４のダンパ係数が高まり、結果的に上面部の振
動パターンが不均一となる。
な場合は、図５（ａ）に示すように、脈圧に対して上面
部全体が同位相で振動する。一方、図５（ｂ）に示すよ
うに電極の一部の印加電圧を高めると、この部分近傍の
ＥＲ流体４のダンパ係数が高まり、結果的に上面部の振
動パターンが不均一となる。
【００１７】図６は触感覚の提示と手法を示す図であ
る。前述の動作原理により、微小電極群６上に２次元的
な電圧分布パターンを設定すると、外部から供給される
脈圧と上部の導電ゴム５自身の弾性により、図６（ａ）
に示すように、部分的に振動パターンの異なる振動面を
提示できる。人間の感覚は、このような微妙に異なる刺
激の同時提示の際の弁別能力は非常に優れており、これ
らのパターンの変化により情報を指先に提示可能とな
る。このパターンは外部の計算機８により瞬時に変更可
能であるため、特に視覚認識の際には重要な利用者自身
の動きに対して連続的に情報を更新することも可能とな
る。
る。前述の動作原理により、微小電極群６上に２次元的
な電圧分布パターンを設定すると、外部から供給される
脈圧と上部の導電ゴム５自身の弾性により、図６（ａ）
に示すように、部分的に振動パターンの異なる振動面を
提示できる。人間の感覚は、このような微妙に異なる刺
激の同時提示の際の弁別能力は非常に優れており、これ
らのパターンの変化により情報を指先に提示可能とな
る。このパターンは外部の計算機８により瞬時に変更可
能であるため、特に視覚認識の際には重要な利用者自身
の動きに対して連続的に情報を更新することも可能とな
る。
【００１８】また、この発明の一実施形態によれば、指
示を指示面上に接触させたままでも、人間物体操作時に
は不可欠な情報である表面滑りの感触を提示できる。図
５（ｂ）に示したような振動のパターンを一方向に連続
的に変化させていくと、図６（ｂ）に示すように、接触
面に表面進行波を発生できる。表面進行波とは水面上の
波と同様に媒体は定点で楕円運動を行なって、波のエネ
ルギのみが伝播する振動であるが、ここで発生する表面
波の楕円運動の上面部のみで指先皮膚面が接触すれば、
指先の接触面に細かな滑り運動を発生する。これはほぼ
実際の滑りの微小モデルに等しく、リアルな接触物体の
滑り感覚を得ることができる。
示を指示面上に接触させたままでも、人間物体操作時に
は不可欠な情報である表面滑りの感触を提示できる。図
５（ｂ）に示したような振動のパターンを一方向に連続
的に変化させていくと、図６（ｂ）に示すように、接触
面に表面進行波を発生できる。表面進行波とは水面上の
波と同様に媒体は定点で楕円運動を行なって、波のエネ
ルギのみが伝播する振動であるが、ここで発生する表面
波の楕円運動の上面部のみで指先皮膚面が接触すれば、
指先の接触面に細かな滑り運動を発生する。これはほぼ
実際の滑りの微小モデルに等しく、リアルな接触物体の
滑り感覚を得ることができる。
【００１９】この発明の一実施形態の最大の特徴は、振
動のパターン提示と皮膚表面での滑り感覚を同一装置に
よって提示できるとともに、原理的に装置のサイズを指
先用の小型のものから全身用のスーツ形状まで、設置部
位の形状に適応する形で自由に設計可能な点にある。
動のパターン提示と皮膚表面での滑り感覚を同一装置に
よって提示できるとともに、原理的に装置のサイズを指
先用の小型のものから全身用のスーツ形状まで、設置部
位の形状に適応する形で自由に設計可能な点にある。
【００２０】また、装置の制御に用いる電気信号も、電
圧は数百から数キロボルトと高いもの、電流自体はマイ
クロアンペアのレベルであり、エネルギ効率は非常に良
いとともに、ユーザへの安全面でも有利となる。
圧は数百から数キロボルトと高いもの、電流自体はマイ
クロアンペアのレベルであり、エネルギ効率は非常に良
いとともに、ユーザへの安全面でも有利となる。
【００２１】さらに、触覚インタフェースとしてのみな
らず、装置を面形状にして表面波モードを用いれば、顕
微鏡下におけるＩＣチップやマイクロマシンなどの微小
部品の搬送用のコンベア装置としても利用可能となる。
らず、装置を面形状にして表面波モードを用いれば、顕
微鏡下におけるＩＣチップやマイクロマシンなどの微小
部品の搬送用のコンベア装置としても利用可能となる。
【図１】この発明の一実施形態の触感覚提示装置の使用
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図２】この発明の一実施形態の具体例を示す図であ
る。
る。
【図３】この発明の原理を説明するための図である。
【図４】この発明の一実施形態の動作原理モデルを示す
図である。
図である。
【図５】本体上面の振動モデルを示す図である。
【図６】触感覚の提示手法を示す図である。
１ 触感覚提示装置 ３ 絶縁体ケース ４ ＥＲ流体 ５ 導電ゴム ６ 微小電極群 ７ 電圧制御装置 ８ 計算機 ９ 電磁ポンプ １０ チューブ
Claims (2)
- 【請求項１】 物体に接触している指先にかかる振動感
を再現する触感覚提示装置であって、 その内部に印加電圧によって粘性を制御できる電気粘性
流体が封入された絶縁体のケース部材、 前記ケース部材の上面に接して設けられかつ電気的に接
地され、指先への接触面となる比較的軟らかい導電性ゴ
ム部材、 前記ケース部材の下面に埋込まれる微小電極群、 前記ケース部材に封入された電気粘性流体に脈圧を発生
させるポンプ、および前記微小電極群に与えられる電圧
を独立に制御するとともに、前記ポンプによる脈圧の圧
力と周期を制御するための制御手段を備えた、触感覚提
示装置。 - 【請求項２】 前記ケース部材は、その上部が開口され
た側部と底部とを有する比較的硬い部材からなることを
特徴とする、請求項１に記載の触感覚提示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24256297A JP3073712B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 触感覚提示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24256297A JP3073712B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 触感覚提示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1185433A true JPH1185433A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3073712B2 JP3073712B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=17090940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24256297A Expired - Fee Related JP3073712B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 触感覚提示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3073712B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8047849B2 (en) | 2006-12-07 | 2011-11-01 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Braille display device using electrorheological fluid and manufacturing method thereof |
| CN102230550A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-11-02 | 中国科学院电工研究所 | 一种阵列式阀门 |
| KR101097803B1 (ko) | 2009-01-29 | 2011-12-23 | 한국과학기술원 | 자기유변유체를 이용한 강성제공모듈, 이를 이용한 햅틱 제공장치 및 강성제공방법 |
| KR101201250B1 (ko) | 2010-11-15 | 2012-11-14 | 한국과학기술원 | 촉각 피드백 생성 장치 및 이를 구비한 휴대용 기기 |
| JP2013515329A (ja) * | 2011-01-13 | 2013-05-02 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電気粘性流体の環境を用いる触覚型フィードバックデバイス |
| JP2013130914A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Seiko Epson Corp | 触感呈示装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016018420A (ja) * | 2014-07-09 | 2016-02-01 | ユニバーシティ・オブ・タンペレＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔａｍｐｅｒｅ | 触覚型デバイス |
-
1997
- 1997-09-08 JP JP24256297A patent/JP3073712B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8047849B2 (en) | 2006-12-07 | 2011-11-01 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Braille display device using electrorheological fluid and manufacturing method thereof |
| KR101097803B1 (ko) | 2009-01-29 | 2011-12-23 | 한국과학기술원 | 자기유변유체를 이용한 강성제공모듈, 이를 이용한 햅틱 제공장치 및 강성제공방법 |
| KR101201250B1 (ko) | 2010-11-15 | 2012-11-14 | 한국과학기술원 | 촉각 피드백 생성 장치 및 이를 구비한 휴대용 기기 |
| JP2013515329A (ja) * | 2011-01-13 | 2013-05-02 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電気粘性流体の環境を用いる触覚型フィードバックデバイス |
| US8922355B2 (en) | 2011-01-13 | 2014-12-30 | Empire Technology Development Llc | Haptic feedback device using electro-rheological fluid |
| CN102230550A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-11-02 | 中国科学院电工研究所 | 一种阵列式阀门 |
| JP2013130914A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-07-04 | Seiko Epson Corp | 触感呈示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3073712B2 (ja) | 2000-08-07 |
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