WO2016031118A1

WO2016031118A1 - 力覚提示デバイス、力覚提示システム、および力覚提示方法

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Publication number: WO2016031118A1
Application number: PCT/JP2015/003456
Authority: WO
Inventors: 竹中　幹雄; 小野　彰; 渡辺　康博
Original assignee: ソニー株式会社
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2016-03-03
Also published as: US10976175B2; JP2019207713A; EP3187968A1; JP6555268B2; US20170254662A1; EP3187968A4; JPWO2016031118A1; JP6711445B2; EP3187968B1; US10072940B2; US20190011280A1

Abstract

【解決手段】力覚提示デバイスは、可動体と、アクチュエータ部と、姿勢検出部と、信号生成部と、制御部とを具備する。前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続されている。前記姿勢検出部は、力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成される。前記信号生成部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成される。前記制御部は、前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成される。

Description

力覚提示デバイス、力覚提示システム、および力覚提示方法

　本技術は、触覚や圧覚等の力覚をユーザに提示する力覚提示デバイス、力覚提示システム、および力覚提示方法に関する。

　例えば特許文献１には、ユーザが誘導用の地図を見ずに目的地にユーザを誘導する装置が開示されている。この装置は、複数個のジャイロモータを備え、これらを独立して駆動および制御することにより、任意の方向、大きさで角運動量ベクトルを生成し、その時間微分によってトルクを発生する。この装置は、地図上のユーザの位置情報および目的地情報に基づき、誘導すべき方向と距離に対応したトルクを発生する（例えば、特許文献１の明細書段落［００６２］、［００７３］、［００７７］等を参照。）。

特開2004-177360号公報

　上記特許文献１は、力覚の提示方法について何ら新しい方法を開示するものではない。また、角運動量の時間的な変化であるトルクを用いる本方式は、必要なトルク値を発生させるため、装置の小型化が難しい事に加え、大きな電力が必要であり、また連続的にトルクを提示できないという課題が残っていた。

　本技術の目的は、新しい力覚の提示方法を使用した力覚提示デバイス、力覚提示システム、および力覚提示方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本技術に係る力覚提示デバイスは、可動体と、アクチュエータ部と、姿勢検出部と、信号生成部と、制御部とを具備する。
　前記アクチュエータ部は、前記可動体に接続されている。
　前記姿勢検出部は、力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成される。
　前記信号生成部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成される。
　前記制御部は、前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成される。
　信号生成部の駆動信号によるこのようなアクチュエータ部の振動で可動体が振動することにより、可動体と身体との間に所定方向の力覚を提示することができる。

　前記制御部は、この力覚提示デバイスが使用される３次元空間の座標系であるグローバル座標系での特定方向の力覚を提示するように、前記検出された姿勢に応じて前記信号生成部に前記駆動信号を生成させるように構成されてもよい。
　これにより、力覚提示デバイスは任意の姿勢を取る状態で、グローバル座標系での特定方向の力覚をユーザを提示することができる。

　前記力覚提示デバイスは、地図上の前記力覚提示デバイスの現在地の情報を取得し、前記地図上の目的地および前記現在地から前記目的地までの経路を演算するように構成された位置演算部をさらに具備してもよい。前記制御部は、前記現在地および前記経路の情報に基づき、前記力覚として提示すべき前記経路上の方向を演算するように構成されてもよい。
　これにより、信号生成部による力覚提示によりナビゲーションを実現することができる。
　前記制御部は、前記グローバル座標系内の設定された角度の範囲内に、前記力覚提示デバイスの姿勢角度があるか否かを判定するように構成された判定部を有してもよい。そして、前記制御部は、前記姿勢角度が設定された姿勢角度の範囲内にある場合、前記信号生成部に前記駆動信号を生成させように構成されてもよい。
　これにより、力覚提示デバイスが３次元空間内の所定の姿勢角度の範囲内にある場合にのみ、力覚提示デバイスは、力覚をユーザに提示することができる。これにより、自身の進行方向が正しいか否かの区別が容易になる。
　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の周波数で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の周波数と異なる第２の周波数で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成されてもよい。

　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成されてもよい。
　これらの力覚提示デバイスによれば、第１の方向とその反対方向の第２の方向に応じて、可変に制御された摩擦力等、力覚の多彩な触覚をユーザに提示することができる。

　前記信号生成部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成されてもよい。
　力覚提示デバイスは、触覚受容器の検知閾値を設計値として採用することにより、触覚領域および不覚領域に対応する振幅や周波数を用いることができ、摩擦力等、力覚の多彩な触覚をユーザに提示することができる。

　本技術の一形態に係る力覚提示システムは、力覚提示デバイスと、信号生成部と、制御部とを具備する。
　前記力覚提示デバイスは、上記可動体、上記アクチュエータ部、上記姿勢検出部を有する。
　前記信号生成部は、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成される。
　前記制御部は、前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成される。

　本技術の一形態に係る力覚提示方法は、可動体およびこの可動体に接続されたアクチュエータ部を有する力覚提示デバイスの姿勢を検出することを含む。
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号が生成される。
　前記検出された姿勢に応じて、前記駆動信号の生成が制御される。

　以上、本技術によれば、新しい力覚の提示方法を使用した力覚提示デバイス等を提供できる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

図１は、本技術の一実施形態に係る力覚提示デバイスの内部構造の要部を概略的に示す図である。図２は、力覚提示デバイスの構成を機能的に示すブロック図である。図３は、ユーザが力覚提示デバイスを装着した状態の例を示す。図４は、振動に対する人の複数タイプの触覚受容器の検知閾値を示すグラフである。図５は、触覚受容器に基づき求められた振幅および周波数域を持つ振動波形の例を示す表である。図６Ａ、Ｂは、図５の表の例１に対応する振動波形を示す。図７Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形の他の例である。図８は、放物線の振動波形の例を示す（加速度方向性無し）。図９は、放物線の振動波形の例を示す（力覚小）。図１０は、放物線の振動波形の例を示す（力覚大）。図１１は、ユーザによる力覚提示デバイスの使用例１を示す。図１２は、ユーザの現在地および目的地の座標関係を示す。図１３は、動作例１に係る力覚提示デバイスによるナビゲーション動作の処理を示すフローチャートである。図１４は、図１３に示した処理の変形例である。図１５は、力覚提示デバイスの使用例２を示す。図１６は、動作例３に係る力覚提示デバイスの処理を示すフローチャートである。図１７は、本技術の他の実施形態に係る力覚提示デバイスの使用例を示す。図１８は、この力覚提示デバイスの処理を示すフローチャートである。図１９は、本技術の一実施形態に係る力覚提示システムの構成を示す。

　以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。

　［力覚提示デバイスの構成］
　図１は、本技術の一実施形態に係る力覚提示デバイスの内部構造の要部を概略的に示す図である。この力覚提示デバイス１００は、携帯可能なデバイスであり、例えばウェアラブルなデバイスである。

　力覚提示デバイス１００は、例えば可動体１０と、この可動体１０に接続されたアクチュエータ部２０とを備える。可動体１０は、例えば板状でなる。力覚提示デバイス１００は筐体３０を備え、可動体１０はその筐体３０の一部を構成する。すなわち、力覚提示デバイス１００は、ユーザが可動体１０を触れることができるように構成されている。もしくはユーザが筐体３０を触れることで可動体１０の反作用力を認識できることができるように構成されてもよい。

　可動体１０は、表示機能を有する必要はない。しかし、表示パネルやタッチパネルが一体に可動体１０に接続されていてもよい。あるいは、可動体１０自体が、表示パネルおよびタッチパネルとして構成されていてもよい。可動体１０は、例えば複数の支持部材１２により筐体３０に接続され、振動可能に支持されている。

　アクチュエータ部２０は、上記筐体３０内に収容されている。アクチュエータ部２０は、例えば２軸の自由度の動きを可動体１０に与える。具体的には、アクチュエータ部２０は、Ｘアクチュエータ２０ｘおよびＹアクチュエータ２０ｙを有する。これらＸアクチュエータ２０ｘ、Ｙアクチュエータ２０ｙは、筐体３０に接続および支持されている。Ｘアクチュエータ２０ｘ、Ｙアクチュエータ２０ｙは、それぞれ複数あってもよい。Ｘアクチュエータ２０ｘは、可動体１０にｘ方向の振動を発生させる。Ｙアクチュエータ２０ｙは、可動体１０にｙ方向の振動を発生させる。両アクチュエータ２０ｘ、２０ｙの駆動の組み合わせにより、ｘ'－ｙ'平面内で可動体１０が振動可能となる。

　Ｘアクチュエータ２０ｘ、Ｙアクチュエータ２０ｙは、実質的に同様の構成を有しており、例えば圧電デバイスにより構成されている。圧電デバイスの形態として、例えばバイモルフ型が採用されるが、ユニモルフ型であってもよい。

　図２は、力覚提示デバイス１００の構成を機能的に示すブロック図である。この力覚提示デバイス１００は、例えばユーザの身体に装着可能に構成され、ナビゲーションシステムを実現するデバイスである。力覚提示デバイス１００は、上記可動体１０およびアクチュエータ部２０の他、制御部５０、入力部５２、位置演算部５６、姿勢検出部５８、通信部５４、信号生成部６０を備える。

　制御部５０は、この力覚提示デバイス１００の動作を統括的に制御する機能を有する。制御部５０は、主に、後述するように姿勢検出部５８で検出された力覚提示デバイス１００の姿勢に応じて、信号生成部６０による駆動信号の生成を制御する。制御部５０は、信号生成部６０と物理的に一体のチップとして構成されていてもよいし、別体のチップとして構成されていてもよい。

　入力部５２は、ユーザが操作可能なタッチパネルやボタン等により構成される。例えばユーザにより、入力部５２を介してナビゲーションのための目的地が制御部５０に入力される。

　以降では、説明の便宜上、力覚提示デバイス１００に固定の座標系をｘ'、ｙ'、ｚ'軸で表し、地球上の慣性座標系、つまり３次元空間内の座標系をｘ、ｙ、ｚ軸で表す。ｘ'、ｙ'、ｚ'軸の座標系を、ローカル座標系と言い、ｘ、ｙ、ｚ軸の座標系をグローバル座標系と言う。

　姿勢検出部５８は、力覚提示デバイス１００のグローバル座標系での姿勢を検出する。姿勢検出部５８は、例えば、図示しない加速度センサ、ジャイロセンサ（角速度センサ）、および地磁気センサ等を有する。例えば特許第4325707号に開示されているように、２軸の加速度センサおよび２軸のジャイロセンサを用いることにより、グローバル座標系内での力覚提示デバイス１００の姿勢を計算することができる。あるいは、特開2012-128617号公報に開示されているように、３軸の加速度センサ、３軸のジャイロセンサ、３軸の地磁気センサを用いることにより、グローバル座標系内での力覚提示デバイス１００の姿勢を計算することができる。（ｘ、ｙ、ｚ軸に対する力覚提示デバイスの角度）

　位置演算部５６は、ＧＰＳ（Global Positioning System）モジュール５５を有し、これにより地図上の力覚提示デバイス１００の現在地の情報を取得する機能を有する。また、位置演算部５６は、ユーザにより入力され設定された、地図上の目的地を演算する機能を有する。地図情報は、図示しない記憶部に予め記憶されていてもよいし、クラウド上の地図が使用されてもよい。

　通信部５４は、例えば図示しない広域通信モジュールおよび狭域通信モジュールを備える。広域通信モジュールは、インターネット等の公衆網に接続して通信を行う機能を有する。狭域通信モジュールは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信、RFID（Radio Frequency IDentification）等を用いて他のデバイスと通信する機能を有する。

　信号生成部６０は、制御部５０による制御にしたがい、異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、アクチュエータ部２０に発生させるための駆動信号を生成する機能を有する。具体的には、信号生成部６０は、Ｘドライバ６０ｘ、Ｙドライバ６０ｙを有する。Ｘドライバ６０ｘがＸアクチュエータ２０ｘを駆動するための駆動信号を生成し、Ｙドライバ６０ｙがＹアクチュエータ２０ｙを駆動するための駆動信号を生成する。

　制御部５０、位置演算部５６の一部等は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性メモリ等のハードウェアを備える。ＲＯＭや不揮発性メモリには、本実施形態に係る動作に必要なプログラムが格納される。制御部５０は、ＣＰＵに加えて、または、ＣＰＵの代わりに、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有していてもよい。

　図３Ａ、Ｂは、ユーザが力覚提示デバイス１００を装着した状態の例を示す。例えば図３Ａに示すように、力覚提示デバイス１００は、リストバンド型、または指輪型として、ユーザに装着される。この場合、力覚提示デバイス１００の可動体１０がユーザの身体に触れるようにして装着される。図３Ｂに示すように、図３Ａのリストバンド型の力覚提示デバイス１００の装着の向きと反対にこれを装着してもよい。

　［振動波形］
　１）触覚受容器の検知閾値
　図４は、例えば振動に対する人の複数タイプの触覚受容器の検知閾値を示すグラフである。横軸が周波数（Hz）、縦軸（μm）が振幅である。人の触覚受容器として、例えばSA I、FA I、FA II等の複数のタイプがある。すなわち、触覚受容器のタイプごとに、人が検知できる、または検知できない振幅域および周波数域が存在することが一般的に知られている。

　これらの各タイプの閾値の包絡線ａ（破線で示す）を、ここでは検知閾値とする。この包絡線以上の領域が、人が検知可能な領域、つまり触覚領域である。また、包絡線ａに満たない領域（包絡線ａより下の領域）が、人が検知できない領域、つまり不覚領域である。本技術は、例えばこのような触覚受容器の検知閾値を応用することにより、摩擦力等の力覚の多彩な触覚をユーザに提示することができる。

　具体的には、力覚提示デバイス１００は、主たる形態として、不覚～触覚の振幅域または不覚～触覚の周波数域を振動の一周期内に共存させる特殊な振動波形を生成し、可動体１０と身体との間の摩擦力等、力覚の多彩な触覚を提示するものである。

　２）振動波形の例
　図５は、この触覚受容器に基づき求められた振幅および周波数域を持つ振動波形の例を示す表である。これらの例１～４は、２種類の振動の波形１および２が一周期内に含まれることをそれぞれ示す。図５に示された周波数f0,f1,f2、振幅A,B,Cは、図４に示した触覚受容器の検知閾値を示すグラフ内に示されたものに対応する。以下、表の内容を記載する。

　［例１］：
　波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
　波形２（不覚領域）：振幅A、周波数f<f1、もしくはf2<f
　［例２］：
　波形１（触覚領域）：振幅B、周波数f0<f
　波形２（不覚領域）：振幅B、周波数f<f0
　［例３］：
　波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
　波形２（不覚領域）：振幅C、周波数f1<f<f2
　［例４］：
　波形１（触覚領域）：振幅A、周波数f1<f<f2
　波形２（不覚領域）：振幅C、周波数f<f1

　つまり、これらの振動は、異なる複数の振幅（第１の振幅、第２の振幅）および異なる複数の周波数（第１の周波数、第２の周波数）のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動である。

　本技術は、振動の一周期内で、上述の触覚領域および不覚領域の振動を共存させればよく、周波数と振幅の組合せは限定されない。

　触覚受容器の検知閾値にしたがうならば、例えば、高めの100Hz～200Hzの周波数域を使用することで、小さい振幅域（例えばA）を使用しても、人に十分に感じられる効果的な摩擦力等、力覚の多彩な触覚を発生させることができる。

　２－１）上記［例１］に係る振動波形を用いる形態
　図６Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形を示す。縦軸（振幅）および横軸（時間）の値はノーマライズされている。図６Ａは、波形２について周波数f<f1に対応し、図６Ｂは、波形２について周波数f2<fに対応する。一例として、例えば、A≒5um、波形１としてf≒200Hzと設定することができる。各波形１、２のうち、実線部分でそれぞれ合成され、「合成波形」に示すような振動波形が得られる。

　信号生成部６０は、このような振動でアクチュエータ部２０（および可動体１０）を振動させるように、駆動信号をアクチュエータ部２０に供給する。信号生成部６０から出力される電気信号の波形は、実質的には図６Ａ、Ｂの合成波形と同様の波形となる。この場合、振動振幅と電圧が対応する。ここでは、説明の簡単のため、Ｘアクチュエータ２０ｘおよびＹアクチュエータ２０ｙのうちいずれか１軸方向のみの振動波形について述べる。これらのことは、図７Ａ、Ｂの波形についても同様である。

　図６Ａ、Ｂの振動波形の説明に戻る。波形１について、また、波形２について、実線部分と破線部分とを分離する基準として、例えば１軸方向の振動の往路と復路を基準としている。すなわち波形１の実線部分が往路（ここではグラフの正値が大きくなる方向）、波形２の実線部分が復路（ここではグラフの負値が大きくなる方向）として設定される。つまり、信号生成部６０は、一方向（ここでは往路方向）に触覚領域、その反対方向（ここでは復路方向）に不覚領域を持つ振動を、アクチュエータ部２０（および可動体１０）に与えることができる。

　図７Ａ、Ｂは、上記例１に対応する振動波形の他の例である。図７ＡおよびＢは、図６Ａ、Ｂに対して、往路および復路での摩擦力の大小が逆になっている。すなわち、往路で波形２の不覚領域の振動波形が用いられ、復路で波形１の触覚領域の振動波形が用いられる。

　以上では、例１に係る振動波形のみについて説明したが、力覚提示デバイス１００は、もちろん例２～４に係る振動波形（＝駆動信号）を適宜用いて、摩擦力等の力覚の多彩な触覚をユーザに提示することができる。

　２－２）放物線の振動波形を用いる形態
　次の技術は、上記のように図５に示したように触覚受容器の検知閾値を利用するだけでなく、放物線（サイン波ではなく）の振動波形を用いてさらに明確な力覚を提示しようとするものである。図８、９、１０は、放物線の振動波形の例をそれぞれ示す。波形の半周期分が放物線となっている。横軸が時間であり、縦軸が振幅（左側）、速度、加速度（右側）である。それぞれの値はノーマライズされている。

　図８、９、１０に示す振動波形においては、この振動波形の二階微分値である加速度の極性（正および負）が切り替わる時間を半周期として定義する。

　図８に示した波形は、振幅の正負に対して同一周期（例えば約200Hz）を有し、振動波形の二階微分値である加速度は、正負に同一値で振動しており、力覚の方向感は提示されない。

　図９は、半周期ごとに異なる周波数を含む振動波形を示す。それらの周波数は、100Hzと50Hzである。ここで、上記図６、７に示した振動波形の例は、振動の往路と復路とでその周波数が異なっていた。しかし、この図９（図１０も同様）に示す振動波形は、上記のように、加速度の極性が切り替わる時間である半周期ごとに、異なる周波数を有する。このような振動波形では、振動波形の二階微分値である加速度は正負で同一値とならず、加速度絶対値の大きい側に力覚が発生し、その方向感が提示されることとなる。

　図１０は、半周期ごとに異なる周波数を含む振動波形を示す。それらの周波数は、200Hzと50Hzである。この場合も、振動波形の二階微分値である加速度は正負で同一値とならず、加速度絶対値の大きい側に力覚が発生し、図９に示した加速度差よりもさらに大きな加速度差が発生し、より強い力覚の方向感が提示されることとなる。

　また、図９、１０に示したような放物線の振動波形を用いることにより、触覚受容器の検知閾値を適用して、振動の一周期内で不覚～触覚の周波数域を共存させる事に加え、より強い力覚をユーザに提示することが可能となる。また、このように強い力覚をユーザに提示することができる結果、不覚～触覚の摩擦力差に加え力覚の方向感も加味され、より強い力覚をユーザに与えることもできる。

　図９、１０に示した振動は、一周期内において、加速度の極性が切り替わる時間を半周期ごとに異なる複数の（２つの）周波数を含み、かつ、異なる複数の（２つの）振幅を含む振動であるとも言える。これらの振動は、図５の表の例４に相当する振動である。

　なお、上記放物線の振動波形（図９、１０参照）を利用する場合、ユーザが腕ではなく指で可動体１０、もしくは可動体１０の反作用力を発生する筐体３０を触ることができるような形態を持つデバイス、例えばカード型や、スマートフォン型のデバイスに力覚提示デバイス１００を適用することもできる。その場合は、動かした指（指なぞり）に対して力覚の変化を発生させることができる。指なぞりに対して疑似的な形状感、スロープ感を提示することができる。指を動かす方向に対抗するような力覚をユーザに与える場合、それは上りスロープ感を意味し、指を動かす方向と同じ方向に力覚をユーザに与える場合、それは下りスロープ感を意味する。例えば制御部５０は、地図情報に、標高情報やそれより細かい高さ情報が含まれる場合、その標高情報や高さ情報に応じて、上りスロープ感、下りスロープ感をユーザに提示するようにしてもよい。標高情報より細かい高さ情報とは、例えば階段等の構造物の凹凸の情報である。

　以上のように、本実施形態に係るアクチュエータ部２０は、Ｘアクチュエータ２０ｘおよびＹアクチュエータ２０ｙを有する。したがって、Ｘドライバ６０ｘおよびＹドライバ６０ｙが協働してそれぞれの駆動信号を発生してそれらを合成することにより、ｘ'－ｙ'平面の任意の方向に制御された摩擦力、つまり力覚を、可動体１０、もしくは可動体１０の反作用力を発生する筐体３０を介してユーザに提示することができる。すなわち、本技術は、新しい力覚の提示方法を使用した力覚提示デバイス１００を実現することができる。

　［力覚提示デバイスの使用例および動作例］
　１）使用例および動作例１
　図１１は、ユーザによる力覚提示デバイス１００の使用例１を示す。制御部５０は、姿勢検出部５８で検出された力覚提示デバイス１００の姿勢（刻々と変わる姿勢）に応じて、グローバル座標系内の特定方向、すなわち、現在地から目的地へ指す方向の力覚を提示するように、信号生成部６０に駆動信号を生成する。つまり、ユーザが、力覚提示デバイス１００を含むウェアラブルデバイスを装着した場合、力覚提示デバイス１００が任意の姿勢を取っている状態であっても、目的地へ向かう特定方向の力覚をユーザに提示することができる。

　図１２は、ユーザの現在地および目的地の座標関係を示す。本実施形態では、グローバル座標系は地図上の２次元座標で表される。図１３は、動作例１に係る力覚提示デバイス１００によるナビゲーション動作の処理を示すフローチャートである。

　位置演算部５６は、ユーザにより入力された目的地（xg,yg）を設定（演算し、それを記憶）し（ステップ１０１）、現在地（xn,yn）を取得する（ステップ１０２）。現在地の情報は、常時取得されている設定があってもよい。位置演算部５６は、経路を設定（演算し、それを記憶）する（ステップ１０３）。位置演算部５６は、現在地と目的地との差分を計算する（ステップ１０４）。差分が０（または現在地が目的地を中心として所定の範囲内）である場合（ステップ１０５のYES）、位置演算部５６は、処理を終了する。

　差分が０でない場合（ステップ１０５のNO）、制御部５０は、姿勢検出部５８により検出された姿勢の情報を取得する（ステップ１０６）。制御部５０は、現在地および設定された経路の情報に基づいて、また、力覚提示デバイス１００の姿勢の情報に基づき、力覚としてユーザに提示すべき経路上の方向を計算する（ステップ１０７）。信号生成部６０はその経路上の方向に対応する駆動信号を生成し、これを可動体１０、もしくは可動体１０の反作用力を発生する筐体３０を介して力覚としてユーザに提示する（ステップ１０８）。

　ここで、ステップ１０３で演算された経路が、例えば左、右、または斜め等、直進でない場合は、図１４に示すような処理が実行されればよい。例えば経路が直進でない場合（ステップ２０１のNO）、制御部５０は、別の振動パターンを用いて可動体１０、もしくは可動体１０の反作用力を発生する筐体３０を振動させることにより、その旨をユーザに通知する（ステップ２０２）。

　別の振動パターンとは、例えば特定の一方向を示さない振動パターン等が挙げられる。特定の一方向を提示しない振動パターンとは、例えば可動体１０が一様に振動するパターンや、可動体１０が中心から外側へ振動が広がるパターン、あるいは外側から中心へ振動が収束するパターン等がある。

　２）使用例２および動作例２
　図１５は、力覚提示デバイス１００の使用例２を示す。例えば、図１５の左に示すように、ユーザが自身の腕を前に突き出し、ローカル座標系のｘ'軸を概ね目的地方向（直進方向）に合わせながら力覚提示デバイス１００からの力覚の提示を受けるようにしてもよい。

　または、図１５の右に示すように、ユーザが突出した腕を直角に曲げ、ローカル座標系のｙ'軸を、概ね目的地方向（直進方向）に合わせながら力覚提示デバイス１００からの力覚の提示を受けるようにしてもよい。

　このようにすれば、直進方向から左右方向へ力覚の提示を受けた場合でも、その切り替わりがわかり易く、ユーザは正確に目的地までの経路を認識することができる。

　本使用例の場合の力覚提示デバイス１００の動作例は、図１３に示したフローチャートに示した通りである。

　力覚提示デバイス１００は、以上の使用例１、２をユーザが選択するためのプログラムを有していてもよい。

　３）動作例３
　図１６は、動作例３に係る力覚提示デバイス１００の処理を示すフローチャートである。この処理において、図１３に示す処理と異なる処理は、ステップ３０１および３０２である。ステップ３０１では、位置演算部５６は、力覚提示デバイス１００を装着したユーザが、目的地に近づいているか否かを判定する。あるいは、ユーザが経路から外れたか否かが判定されてもよい。ユーザが目的地から遠ざかっている場合（ステップ３０１のNO）、制御部５０は、アラーム用の振動を可動体１０に発生させる。アラーム用の振動パターンは、特定の一方向を示す振動パターンとは異なる振動パターンである。ユーザが目的地に近づいている場合（ステップ３０１のYES）、制御部５０は、ステップ１０６以降の処理を実行する。

　このような動作例３により、ユーザは経路を間違えた時に、そのことを確実に知ることができる。

　［他の実施形態に係る力覚提示デバイス］
　次に、本技術の他の実施形態に係る力覚提示デバイスについて説明する。これ以降の説明では、上記実施形態に係る力覚提示デバイス１００が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

　図１７は、本技術の他の実施形態に係る力覚提示デバイス２００の使用例を示し、ｚ軸方向（垂直方向）で見た力覚提示デバイス１００を示している。地図上の平面は、ｘ－ｙ平面である。上記実施形態に係るアクチュエータ部２０は、Ｘアクチュエータ２０ｘ、Ｙアクチュエータ２０ｙの２軸を有していたが、この力覚提示デバイス２００は１軸のみのアクチュエータ（図示せず）を有している。あるいは、本実施形態は、２軸アクチュエータを有するが、そのうち１軸のみを使用する形態である。

　例えばこのアクチュエータ部は、ｙ'軸に振動可能なアクチュエータを有する。アクチュエータは、上記実施形態のアクチュエータと同様の構成および機能を有する。制御部５０は、姿勢検出部５８により、上記実施形態と同様に、グローバル座標系の空間で一意に定められる姿勢を演算することができる。力覚提示デバイス２００は、例えばカード型や、スマートフォン型など、板状の筐体を有していてもよい。

　図１８は、この力覚提示デバイス２００の処理を示すフローチャートである。図１８において、図１４と異なる処理は、ステップ４０１である。ユーザは、力覚を提示可能な方向であるｙ'軸方向を、概ね進行方向に向けてこの力覚提示デバイス２００を使用する。ステップ４０１では、制御部５０は、ステップ１０７で演算された方向が、経路上の方向を含む所定の角度範囲（例えばグローバル座標系のｘ－ｙ平面内で、経路上の方向を中心とした所定角度範囲）θ内にあるか否かを判定する。この場合、制御部５０は判定部として機能する。

　角度範囲θは、例えば10°～40°、好ましくは20°～30°である。この角度範囲θはユーザによりカスタマイズ可能とされてもよい。

　ステップ１０７で演算された方向が所定角度範囲内であれば、制御部５０は、その方向の振動を可動体１０、もしくは可動体１０の反作用力を発生する筐体３０に発生させて、その方向の力覚をユーザに提示する（ステップ１０８）。ステップ１０７で演算された方向が所定角度範囲内になければ、制御部５０は、力覚を提示せず、ステップ１０６の処理に戻る。

　このように、本実施形態では、ユーザの進行方向が、設定された経路方向と一致した時に、ユーザが力覚の提示を受けるので、自身の進行方向が正しいか否かの区別が容易になる。

　［力覚提示システム］
　図１９は、本技術の一実施形態に係る力覚提示システムの構成を示す。この力覚提示システムは、外部装置５００と、力覚提示デバイス３００とが、物理的に離れて設けられる。典型的には、これら外部装置５００と力覚提示デバイス３００とは無線通信により接続される。これら外部装置５００および力覚提示デバイス３００が持つ通信部としては、上述した広域通信モジュールや狭域通信モジュールが挙げられる。

　力覚提示デバイス３００は、少なくとも、上述した可動体１０、アクチュエータ部２０（上記他の実施形態のように１軸アクチュエータであってもよい）、筐体３０、および姿勢検出部５８を備える。外部装置５００は、アクチュエータ部２０を駆動するための駆動信号を生成する信号生成部、およびこれを制御する制御部を備える。なお、力覚提示デバイス３００が信号生成部（上記した信号生成部６０）を備えていてもよい。

　外部装置５００と力覚提示デバイス３００とが広域通信による通信網により接続される場合、外部装置５００は主にクラウドコンピュータとして機能する。外部装置５００と力覚提示デバイス３００とが狭域通信により通信する場合、外部装置５００は、典型的にはスマートフォン等、ウェアラブルでない携帯型デバイスとして用いられる。もちろん外部装置５００もウェアラブルなデバイスであってもよい。

　［他の変形例］
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

　上記実施形態では、力覚の提示方向の軸として、１軸および２軸を例に挙げたが、３軸でもよい。図１において、可動体１０の裏面に、ｚ'軸方向に振動可能なＺアクチュエータが接続されて構成される力覚提示デバイスを実現可能である。この力覚提示デバイスにより立体的な力覚を提示することも可能である。これにより、上述した摩擦感、スロープ感等の力覚をよりリアルにユーザに提示することができる。

　力覚提示デバイスの応用対象は、ナビゲーションに限られない。例えばユーザが図１７に示した力覚提示デバイス２００を使用し、自身の身体の動きが、その力覚提示デバイス２００が提示する方向に一致しているかなど、身体トレーニング、その他のトレーニング等にも本技術を応用可能である。

　アクチュエータは、圧電デバイスに限られず、ボイスコイル等のリニアモータ、偏心軸を回転させて振動を得る偏心モータ等を用いたデバイスであってもよい。しかし、より好適には圧電デバイスを用いることにより、力覚提示デバイス１００、２００、３００の高出力化、そして小型化を実現できる。

　ウェアラブルデバイスとしては、リストバンド型や指輪型に限られず、ネックレス型、眼鏡型など、他のタイプであってもよい。

　以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
　可動体と、
　前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
　力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成された姿勢検出部と、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成された信号生成部と、
　前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成された制御部と
　を具備する力覚提示デバイス。
（２）
　（１）に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記制御部は、この力覚提示デバイスが使用される３次元空間の座標系であるグローバル座標系での特定方向の力覚を提示するように、前記検出された姿勢に応じて前記信号生成部に前記駆動信号を生成させるように構成される
　力覚提示デバイス。
（３）
　（２）に記載の力覚提示デバイスであって、
　地図上の前記力覚提示デバイスの現在地の情報を取得し、前記地図上の目的地および前記現在地から前記目的地までの経路を演算するように構成された位置演算部をさらに具備し、
　前記制御部は、前記現在地および前記経路の情報に基づき、前記力覚として提示すべき前記経路上の方向を演算するように構成される
　力覚提示デバイス。
（４）
　（２）に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記制御部は、前記グローバル座標系内の設定された角度の範囲内に、前記力覚提示デバイスの姿勢角度があるか否かを判定するように構成された判定部を有し、前記姿勢角度が設定された姿勢角度の範囲内にある場合、前記信号生成部に前記駆動信号を生成させように構成される
　力覚提示デバイス。
（５）
　（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の周波数で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の周波数と異なる第２の周波数で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
（６）
　（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
（７）
　（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
（８）
　可動体と、前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成された姿勢検出部とを有する力覚提示デバイスと、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成された信号生成部と、
　前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成された制御部と
　を具備する力覚提示システム。
（９）
　可動体およびこの可動体に接続されたアクチュエータ部を有する力覚提示デバイスの姿勢を検出し、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成し、
　前記検出された姿勢に応じて、前記駆動信号の生成を制御する
　力覚提示方法。

　１０…可動体
　２０…アクチュエータ部
　２０ｘ…Ｘアクチュエータ
　２０ｙ…Ｙアクチュエータ
　５０…制御部
　５２…入力部
　５４…通信部
　５６…位置演算部
　５８…姿勢検出部
　６０…信号生成部
　６０ｘ…Ｘドライバ
　６０ｙ…Ｙドライバ
　１００、２００、３００…力覚提示デバイス
　５００…外部装置

Claims

　可動体と、
　前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、
　力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成された姿勢検出部と、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を、前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成された信号生成部と、
　前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成された制御部と
　を具備する力覚提示デバイス。
　請求項１に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記制御部は、この力覚提示デバイスが使用される３次元空間の座標系であるグローバル座標系での特定方向の力覚を提示するように、前記検出された姿勢に応じて前記信号生成部に前記駆動信号を生成させるように構成される
　力覚提示デバイス。
　請求項２に記載の力覚提示デバイスであって、
　地図上の前記力覚提示デバイスの現在地の情報を取得し、前記地図上の目的地および前記現在地から前記目的地までの経路を演算するように構成された位置演算部をさらに具備し、
　前記制御部は、前記現在地および前記経路の情報に基づき、前記力覚として提示すべき前記経路上の方向を演算するように構成される
　力覚提示デバイス。
　請求項２に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記制御部は、前記グローバル座標系内の設定された角度の範囲内に、前記力覚提示デバイスの姿勢角度があるか否かを判定するように構成された判定部を有し、前記姿勢角度が設定された姿勢角度の範囲内にある場合、前記信号生成部に前記駆動信号を生成させように構成される
　力覚提示デバイス。
　請求項１に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の周波数で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の周波数と異なる第２の周波数で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
　請求項１に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、前記アクチュエータ部が、第１の振幅で第１の方向に沿って移動し、かつ、前記第１の振幅とは異なる第２の振幅で前記第１の方向の反対の第２の方向に沿って移動するような駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
　請求項１に記載の力覚提示デバイスであって、
　前記信号生成部は、触覚受容器の検知閾値に基づき求められた振幅および周波数を持つ振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成される
　力覚提示デバイス。
　可動体と、前記可動体に接続されたアクチュエータ部と、力覚提示デバイスの姿勢を検出するように構成された姿勢検出部とを有する力覚提示デバイスと、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成するように構成された信号生成部と、
　前記検出された姿勢に応じて、前記信号生成部による前記駆動信号の生成を制御するように構成された制御部と
　を具備する力覚提示システム。
　可動体およびこの可動体に接続されたアクチュエータ部を有する力覚提示デバイスの姿勢を検出し、
　異なる複数の振幅および異なる複数の周波数のうち少なくとも一方を一周期内に含む振動を前記アクチュエータ部に発生させるための駆動信号を生成し、
　前記検出された姿勢に応じて、前記駆動信号の生成を制御する
　力覚提示方法。