WO2020255644A1 - アクチュエータ装置、電圧波形の作成方法、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法、及びプログラム - Google Patents

アクチュエータ装置、電圧波形の作成方法、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法、及びプログラム Download PDF

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WO2020255644A1
WO2020255644A1 PCT/JP2020/020745 JP2020020745W WO2020255644A1 WO 2020255644 A1 WO2020255644 A1 WO 2020255644A1 JP 2020020745 W JP2020020745 W JP 2020020745W WO 2020255644 A1 WO2020255644 A1 WO 2020255644A1
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WO
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waveform data
waveform
edited
electroactive polymer
voltage
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Application number
PCT/JP2020/020745
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English (en)
French (fr)
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慶太 椙山
武彦 神崎
堀邊　隆介
一将 馬場
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豊田合成株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0484—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] for the control of specific functions or operations, e.g. selecting or manipulating an object, an image or a displayed text element, setting a parameter value or selecting a range
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Definitions

  • the present disclosure relates to an actuator device, a method of creating a voltage waveform, a method of driving an electroactive polymer actuator, and a program.
  • Patent Document 1 discloses a tactile sensation presenting device that allows a user to recognize an operation such as vibration based on expansion and contraction of an electroactive polymer actuator as a tactile sensation.
  • the tactile sensation presenting device changes the motion pattern of the electrically field responsive polymer actuator by changing the waveform of the voltage applied to the electroactive polymer actuator, and presents various tactile sensations to the user according to the motion pattern. To do.
  • the electroactive polymer actuator In order to present a specific tactile sensation to the user using the above-mentioned tactile sensation presenting device, it is first necessary to create a voltage waveform for operating the electroactive polymer actuator so as to present the specific tactile sensation.
  • the above voltage waveform for example, the basic voltage waveform is prepared, the editing work of changing the voltage waveform, and the operation test of the electroactive field responsive polymer actuator using the edited voltage waveform are repeated, and the electroactive field responsiveness is obtained. It is created by performing work to bring the tactile sensation presented by the polymer actuator closer to a specific tactile sensation.
  • the purpose of the present disclosure is to streamline the work of creating a voltage waveform for causing a specific motion of an electroactive polymer actuator.
  • An actuator device that solves the above problems repeats an electroactive polymer actuator having a pair of electrodes and a voltage that changes based on drive waveform data indicating a voltage change for one cycle between the pair of electrodes.
  • the electric field includes a driving unit configured to drive the electroactive polymer actuator by applying the voltage, and a waveform editing unit configured to change the edited waveform data based on the operation of the user.
  • the driven waveform data is updated so that the changed edited waveform data becomes the new driven waveform data, and the updated driving waveform data is used. It is configured to drive the electroactive polymer actuator based on the driving waveform data.
  • the electroactive polymer actuator when the edited waveform data is changed while the electroactive polymer actuator is being driven, the electroactive polymer actuator can be used without any operation such as saving or transmitting the changed edited waveform data.
  • the operation switches to the operation based on the edited waveform data after the change.
  • the user can more smoothly search for the voltage waveform that causes the electroactive polymer actuator to make a specific movement while editing the edited waveform data, and efficiently create the voltage waveform. it can.
  • the actuator device includes a change determination unit configured to periodically determine whether or not the edit waveform data has been changed, and the change determination unit determines that the edit waveform data has been changed. In such a case, it is preferable that the drive waveform data is updated.
  • the frequency of updating the drive waveform data used for driving the electroactive polymer actuator can be reduced.
  • the actuator device includes an image processing unit configured to display an image showing a waveform corresponding to the edited waveform data on the display unit, and the waveform editing unit is displayed on the display unit by the user. It is preferable that the edited waveform data is changed based on the operation of changing the image using a pointing device.
  • the user can intuitively perform the operation of editing the waveform. Therefore, even a user who has little knowledge about machines and information processing can easily create a voltage waveform for causing a specific motion of an electroactive polymer actuator.
  • the actuator device is preferably applied as a tactile sensation presenting device that allows the user to recognize the operation based on the expansion and contraction of the electroactive polymer actuator as a tactile sensation.
  • the tactile sensation presenting device is preferably a pulsation generator that allows the user to recognize the vibration based on the expansion and contraction of the electroactive polymer actuator as the tactile sensation of pulsation.
  • the actuator device is configured to change the edited waveform data to the voltage waveform data when an operation of recalling voltage waveform data stored in advance is performed while the electroactive polymer actuator is being driven. Is preferable.
  • the operation of the electrically field-responsive polymer actuator during driving can be easily changed to the operation based on the voltage waveform data stored in advance.
  • a method for creating a voltage waveform that solves the above problems includes creating a waveform of an applied voltage for causing the electroactive polymer actuator to make a specific movement by using the actuator device.
  • the method for driving an electroactive polymer actuator that solves the above problems is a method for driving an electroactive polymer actuator, and repeatedly applies a voltage that changes based on drive waveform data indicating a change in voltage for one cycle.
  • the steps of driving the electroactive polymer actuator, the step of changing the edited waveform data based on the operation of the user, and the step of changing the edited waveform data while driving the electroactive polymer actuator are changed.
  • it has a step of updating the driving waveform data so that the edited waveform data after the change becomes the new driving waveform data
  • the driving step is the step updated in the updating step. It includes driving the electroactive polymer actuator based on the driving waveform data.
  • an electroactive polymer actuator having a pair of electrodes and a voltage that changes based on drive waveform data indicating a voltage change for one cycle are repeatedly applied between the pair of electrodes.
  • the driven waveform data is changed so that the changed edited waveform data becomes the new driven waveform data. Is updated, and the actuator device is made to execute the process of driving the electrically field-responsive polymer actuators based on the updated drive waveform data.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a dielectric elastomer actuator.
  • Block diagram of the pulsation generator. Explanatory drawing of waveform editing screen. Explanatory drawing of the waveform editing screen during operation.
  • the flowchart which shows the control of the waveform editing apparatus while driving the dielectric elastomer actuator.
  • the actuator device of the present disclosure is embodied as a pulsation generator that allows the user to recognize the vibration generated in response to the applied voltage as the tactile sensation of the pulsation of the human body will be described.
  • the pulsation generator includes a simulated body 10 made of a flexible material that simulates the outer shapes of the forearm and hand of the human body.
  • Examples of the flexible material constituting the simulated body 10 include elastomers such as silicone and urethane.
  • a first core portion 11, a second core portion 12, and a sheet-shaped dielectric elastomer actuator 13 are arranged inside the simulated body 10.
  • the first core portion 11 and the second core portion 12 simulate the radius and ulna of the human body, respectively.
  • DEA13 simulates the radial artery.
  • the DEA 13 consists of a sheet-shaped dielectric layer 20 made of a dielectric elastomer and a positive electrode 21 and a negative electrode 22 as electrode layers arranged on both sides of the dielectric layer 20 in the thickness direction. It is a multi-layer structure in which a plurality of layers are laminated. An insulating layer 23 is laminated on the outermost layer of the DEA 13.
  • the dielectric layer 20 is compressed in the thickness direction and along the surface of the dielectric layer 20 according to the magnitude of the applied voltage. It is deformed so as to extend in the plane direction of the DEA 13 which is the vertical direction.
  • the dielectric elastomer constituting the dielectric layer 20 is not particularly limited, and a known dielectric elastomer used for DEA can be used.
  • Examples of the dielectric elastomer include crosslinked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer. One of these dielectric elastomers may be used, or a plurality of types may be used in combination.
  • the thickness of the dielectric layer 20 is, for example, 20 to 200 ⁇ m.
  • Examples of the material constituting the positive electrode 21 and the negative electrode 22 include a conductive elastomer, carbon nanotubes, Ketjen black (registered trademark), and a metal vapor deposition film.
  • Examples of the conductive elastomer include a conductive elastomer containing an insulating polymer and a conductive filler.
  • Examples of the insulating polymer include crosslinked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer. One of these insulating polymers may be used, or a plurality of types may be used in combination.
  • Examples of the conductive filler include metal particles such as Ketjen Black (registered trademark), carbon black, and copper and silver. One of these conductive fillers may be used, or a plurality of types may be used in combination.
  • the thickness of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is, for example, 0.01 to 100 ⁇ m.
  • the insulating elastomer constituting the insulating layer 23 is not particularly limited, and a known insulating elastomer used for the insulating portion of the known DEA can be used.
  • the insulating elastomer include crosslinked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer.
  • One of these insulating elastomers may be used, or a plurality of types may be used in combination.
  • the thickness of the insulating layer 23 is, for example, 3 to 100 ⁇ m.
  • the pulsation generator includes a drive unit 30 and a waveform editing device 40.
  • the drive unit 30 is configured to apply a voltage that changes periodically between a pair of electrodes composed of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 of the DEA 13.
  • the waveform editing device 40 is configured to edit the waveform of the voltage applied to the DEA 13 by the driving unit 30.
  • the drive unit 30 includes a drive-side storage unit 31 and a control unit 32, and has 1) one or more processors that operate according to a computer program (software), and 2) a specific application that executes at least a part of various processes. It can be configured as a circuitry including one or more dedicated hardware circuits such as an application specific integrated circuit (ASIC), or 3) a combination thereof.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the processor includes a CPU and a memory such as a RAM and a ROM, and the memory stores a program code or a command configured to cause the CPU to execute a process.
  • Memory or computer-readable media includes any available medium accessible by a general purpose or dedicated computer.
  • the drive-side storage unit 31 stores drive waveform data indicating a change in voltage for one cycle transmitted from the waveform editing device 40.
  • the control unit 32 repeatedly applies a waveform voltage based on the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31 to the DEA 13 from a power source (not shown) such as a battery.
  • the waveform editing device 40 includes a pointing device 41 as an input device, a display unit 42, a first storage unit 43, a second storage unit 44, a third storage unit 45, a waveform editing unit 46, a change determination unit 47, and a condition setting unit 48.
  • It is configured as a computer including an image processing unit 49. That is, the waveform editing unit 46, the change determination unit 47, the condition setting unit 48, and the image processing unit 49 are 1) one or more processors operating according to a computer program (software), and 2) at least a part of various processes. It can be configured as a circuitry including one or more dedicated hardware circuits such as a special purpose integrated circuit (ASIC) that performs processing, or 3) a combination thereof.
  • ASIC special purpose integrated circuit
  • the processor includes a CPU and a memory such as a RAM and a ROM, and the memory stores a program code or a command configured to cause the CPU to execute a process.
  • Memory or computer-readable media includes any available medium accessible by a general purpose or dedicated computer.
  • the pointing device 41 is, for example, a pointing device such as a keyboard, a touch panel, or a mouse, and receives an operation instruction or the like from an operator.
  • the display unit 42 is, for example, a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display.
  • an output button 51 for switching on / off of applying a voltage to the DEA 13 is displayed on the upper part of the display unit 42.
  • a call button 52 for recalling the registered voltage waveform data and a save button 53 for registering new voltage waveform data are displayed.
  • An anchor point button 54 for adding and deleting an anchor point P, which will be described later, and a first waveform editing screen 55 showing a waveform to be edited are displayed in the central portion of the display unit 42.
  • a drive status screen 56 showing the voltage applied to the DEA 13 is displayed on the upper right side of the display unit 42.
  • the second waveform editing screen 57 is displayed at the lower center of the display unit 42.
  • the second waveform editing screen 57 has sliders for changing the output magnitude (Amp), the offset voltage magnitude (Offset), and the maximum voltage (Max voltage).
  • the condition setting screen 58 is displayed on the lower right side of the display unit 42.
  • the condition setting screen 58 has a slider for setting the driving conditions when applying the voltage of the waveform based on the driving waveform data in the driving unit 30. Examples of the driving condition include the speed of one cycle (BeatCount) and the length of the standby time provided between the cycles (Interval).
  • the operator operates the pointing device 41 to operate various buttons displayed on the display unit 42, or changes the display contents of the first waveform editing screen 55 and the second waveform editing screen 57 to change the DEA13. Can be operated and the waveform of the voltage applied to the DEA 13 can be edited. Further, the driving condition can be set by operating the pointing device 41 to change the display content of the condition setting screen 58.
  • the registered voltage waveform data is stored in the first storage unit 43 in association with the call button 52.
  • the registered voltage waveform data includes voltage waveform data for one cycle that reproduces known pulsation patterns such as flat veins and slip veins, and voltage waveform data for one cycle created by the user.
  • a flat vein is a vibration pattern of an artery during normal health
  • a slip vein is a vibration pattern of an artery that occurs during pregnancy or the like.
  • the voltage waveform data that reproduces the known pulsation pattern is associated with the call button 52 having a pulse name such as "flat pulse”.
  • the voltage waveform data created by the user is associated with the call button 52 having the name "User".
  • the second storage unit 44 stores the drive waveform data (hereinafter, referred to as the previous waveform data) transmitted immediately before to the drive unit 30, and the edited waveform data described later.
  • the third storage unit 45 stores a program that causes the waveform editing device 40 and the drive unit 30 to execute the processes of steps S11 to 13 and steps S21 to S24, which will be described later.
  • the waveform editing device 40 and the driving unit 30 execute the processes of steps S11 to 13 and steps S21 to S24 according to the program.
  • the waveform editing unit 46 creates edited waveform data for one cycle based on the previous waveform data transmitted to the driving unit 30, and stores it in the second storage unit 44. Then, the edited waveform data stored in the second storage unit 44 is changed based on the operation of the user. Further, the waveform editing unit 46 transmits the current edited waveform data as the driving waveform data to the driving unit 30 at a predetermined timing, and updates the previous driving waveform data stored in the second storage unit 44.
  • the change determination unit 47 determines whether or not the edited waveform data has been changed based on the comparison between the previous waveform data stored in the second storage unit 44 and the edited waveform data.
  • the condition setting unit 48 transmits the drive condition set based on the operation of the user to the drive unit 30.
  • the image processing unit 49 creates an image showing the waveform corresponding to the edited waveform data, and displays it on the first waveform editing screen 55 of the display unit 42.
  • a waveform composed of several anchor points P corresponding to the start point, end point, and inflection point of the waveform for one cycle and a Bezier curve connecting the anchor points P is displayed. Is displayed.
  • the image processing unit 49 creates an image showing a waveform that reflects the current driving condition in the previous driving waveform data stored in the second storage unit 44, and displays it on the driving status screen 56 of the display unit 42. ..
  • the various voltage waveform data of the present embodiment have the coordinates of all the anchor points P of the waveform for one cycle, the Bezier curve connecting the anchor points P, the output size, and the offset voltage as parameters for specifying the waveform. Contains information on the magnitude and maximum voltage of. The values of the anchor points P corresponding to the start point and the end point are the same.
  • the waveform editing device 40 repeatedly executes the processes of steps S11 to S13 described below in a cycle of several milliseconds to several tens of milliseconds while the DEA 13 is being driven.
  • step S11 the change determination unit 47 compares the previous waveform data and the edited waveform data stored in the second storage unit 44, and determines whether or not the previous waveform data and the current edited waveform data are different. The difference between the previously edited waveform data and the current edited waveform data is determined based on whether or not all the above parameters included in the waveform data match.
  • step S12 the waveform editing unit 46 transmits the current edited waveform data to the driving unit 30 as driving waveform data. To do.
  • step S13 the waveform editing unit 46 updates the previous waveform data stored in the second storage unit 44 and ends the process. Further, in step S11, when it is determined that the previous waveform data and the current edited waveform data are not different (NO), the change determination unit 47 ends the process.
  • control unit 32 of the drive unit 30 repeatedly executes the processes of steps S21 to S24 described below in a cycle of several milliseconds to several tens of milliseconds while the DEA 13 is being driven.
  • step S21 the control unit 32 determines the voltage Vn to be applied next based on the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31 and the drive conditions input from the condition setting unit 48 of the waveform editing device 40. Is calculated.
  • step S22 the control unit 32 applies the calculated voltage Vn to the DEA 13.
  • step S23 the control unit 32 determines whether or not the drive waveform data is newly received from the waveform editing unit 46 of the waveform editing device 40.
  • step S24 the control unit 32 converts the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31 into the newly received drive waveform data. Update and end the process. Further, in step S23, when the drive waveform data is not newly received (NO), the control unit 32 ends the process.
  • the DEA 13 is driven so as to operate the simulated body 10 with a pulsation pattern based on the registered voltage waveform data corresponding to the flat pulse.
  • the pointing device 41 is operated to correspond to the flat pulse. Click the call button 52.
  • the waveform editing device 40 the registered voltage waveform data corresponding to the flat pulse is transmitted to the drive unit 30 as the drive waveform data, and the previous waveform data stored in the second storage unit 44 is updated. .. Then, in the drive unit 30, the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31 is updated by the drive waveform data transmitted from the waveform editing device 40.
  • the waveform editing unit 46 of the waveform editing device 40 newly creates edited waveform data that duplicates the registered voltage waveform data corresponding to the flat vein, and the edited waveform data stored in the second storage unit 44. Is updated. Then, the image processing unit 49 creates an image showing the waveform corresponding to the edited waveform data, and the image is displayed on the first waveform editing screen 55 of the display unit 42. Further, the position of each slider displayed on the second waveform editing screen 57 is adjusted to the value of the registered voltage waveform data corresponding to the flat pulse.
  • the drive unit 30 repeatedly executes the process shown in FIG. As a result, the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31, that is, the voltage that changes based on the registered voltage waveform data corresponding to the flat pulse is applied to the DEA 13, and the DEA 13 operates. Further, in the waveform editing device 40, the process shown in FIG. 7 is repeatedly executed.
  • the waveform is edited by using a pulse diagnosis expert as a user.
  • the user touches the simulated body 10 with one hand and operates the pointing device 41 with the other hand while experiencing the pulsation presented by the simulated body 10 based on the movement of the DEA 13. Edit the waveform data.
  • the user operates the pointing device 41 to move the anchor point P shown in the waveform image displayed on the first waveform editing screen 55, and adds or adds an anchor point P.
  • the waveform displayed on the first waveform editing screen 55 is changed.
  • the pointer 59 displayed on the first waveform editing screen 55 is positioned at the target anchor point P and dragged and dropped, or the arrow on the keyboard with the target anchor point P selected. This can be achieved by conventional operations using a pointing device such as operating keys.
  • the area between the anchor points P is automatically complemented by the Bezier curve.
  • the pointing device 41 is operated to change the position of each slider displayed on the second waveform editing screen 57.
  • the waveform editing unit 46 displays the edited waveform data stored in the second storage unit 44.
  • the edited waveform data is changed based on the display contents of the first waveform editing screen 55 and the second waveform editing screen 57.
  • the waveform editing device 40 determines whether or not the previous waveform data stored in the second storage unit 44 and the edited waveform data are different in step S11. The process of determining is being executed periodically. Therefore, when the edited waveform data is changed, it is determined that the previous waveform data and the current edited waveform data are different in step S11 of the current cycle or the next cycle. Then, in step S12, the current edited waveform data is transmitted to the drive unit 30 as drive waveform data.
  • the drive unit 30 While the DEA 13 is being driven, the drive unit 30 periodically performs a process of determining whether or not new drive waveform data is received from the waveform editing unit 46 in step S23. Running. Therefore, when the drive waveform data is newly received, it is determined that the drive waveform data is newly received in step S23 of the current cycle or the next cycle. Then, in step S24, the drive waveform data stored in the drive side storage unit 31 is updated with the newly received drive waveform data. Then, in steps S21 to S22 of the next cycle or the next cycle, the voltage Vn to be applied next is calculated based on the newly received drive waveform data, and the calculated voltage Vn is applied to the DEA 13. As a result, the operation of the DEA 13 is changed to the operation based on the newly received drive waveform data, that is, the edited waveform data edited by the user.
  • the processes shown in the flowcharts of FIGS. 7 and 8 are repeatedly executed at a cycle of several milliseconds to several tens of milliseconds. Therefore, immediately after the user performs an operation of changing the display contents of the first waveform editing screen 55 and the second waveform editing screen 57, the operation of the DEA 13 is changed to the operation based on the changed edited waveform data, and the operation is simulated.
  • the vibration pattern of the pulsation transmitted to the user's hand touching the body 10 changes.
  • step S12 when the current edited waveform data is transmitted to the drive unit 30 as the drive waveform data in step S12, the previous waveform data stored in the second storage unit 44 in step S13 is stored. After being updated, in step S11 of the next cycle, a determination based on the updated previous waveform data is performed.
  • the user operates the pointing device 41 with the other hand so that the vibration pattern of the pulsation transmitted from the simulated body 10 to one hand approaches the vibration pattern of the flat pulse based on his / her own experience, and the first waveform editing screen.
  • the edited waveform data is edited by changing the display contents of 55 and the second waveform editing screen 57.
  • the vibration pattern of the pulsation transmitted from the simulated body 10 changes each time the edited waveform data is edited.
  • the save button 53 is clicked to convert the registered voltage waveform data corresponding to the flat pulse into the current edited waveform data.
  • the pulsation generator includes a DEA 13 having a pair of electrodes, a drive unit 30, and a waveform editing unit 46.
  • the drive unit 30 is configured to drive the DEA 13 by repeatedly applying a voltage that changes based on drive waveform data indicating a voltage change for one cycle between a pair of electrodes.
  • the waveform editing unit 46 is configured to change the edited waveform data based on the operation of the user. When the edited waveform data is changed while the DEA 13 is being driven, the pulsation generator updates the drive waveform data so that the changed edited waveform data becomes the new drive waveform data, and the updated drive waveform data is used. Based on this, it is configured to drive the DEA 13.
  • the operation of the DEA 13 is based on the changed edited waveform data without performing operations such as saving or transmitting the changed edited waveform data. Switch to operation.
  • the user can more smoothly search for the voltage waveform that causes the DEA 13 to make a specific movement while editing the edited waveform data, and can efficiently create the voltage waveform.
  • the pulsation generator includes a change determination unit 47 configured to periodically determine whether or not the edited waveform data has been changed.
  • the pulsation generator is configured to update the drive waveform data when the change determination unit 47 determines that the edited waveform data has been changed.
  • the update frequency of the drive waveform data used for driving the DEA 13 can be reduced.
  • the pulsation generator includes an image processing unit 49 configured to display an image showing a waveform corresponding to the edited waveform data on the display unit 42.
  • the waveform editing unit 46 is configured to change the edited waveform data based on an operation by the user to change the image displayed on the display unit 42 by using the pointing device 41.
  • the user can intuitively perform the operation of editing the waveform. Therefore, even a user who has little knowledge about machines and information processing can easily create a voltage waveform for causing the DEA 13 to make a specific movement.
  • the operation of the DEA 13 during driving can be easily changed to the operation based on the registered voltage waveform data.
  • -Parameters for specifying waveforms included in various voltage waveform data are not limited to the above embodiments. For example, some of the parameters of the above embodiment may be omitted, or other parameters may be added.
  • steps S23 to S24 it is determined in the processes of steps S23 to S24, that is, whether or not the drive waveform data is newly received from the waveform editing unit 46, and if it is received, the drive waveform data is input. It is not necessary to perform the update process every time. That is, the frequency and timing of performing the processes of steps S23 to S24 may be changed. For example, the processing of steps S23 to S24 is performed at a specific timing at the end of the voltage change for one cycle based on the drive waveform data, and the processing of steps S23 to S24 is not performed at other timings. .. In this case, the processes S23 to S24 are performed only once while the voltage changes for one cycle based on the drive waveform data.
  • the change determination unit 47 may be omitted.
  • the process of step S11 in the flowchart of FIG. 7 is omitted and the processes of steps S12 to S13 are executed each time, and the process of step S24 is executed every time by omitting step S23 in the flowchart of FIG. To do.
  • the pointing device 41 and the display unit 42 may be external devices prepared separately from the actuator device of the present disclosure.
  • the number of DEA13 provided in the simulated body 10 is not particularly limited.
  • electroactive polymer actuators such as an ion exchange polymer metal composite (IPMC: Ionic Polymer Metal Composite) may be used.
  • IPMC ion exchange polymer metal composite
  • the actuator device of the present disclosure may be applied as a tactile presentation device other than a pulsation generator that allows the user to recognize an operation such as vibration generated according to an applied voltage as a tactile sensation. Further, the actuator device of the present disclosure is not limited to the tactile presentation device, and can be applied to all devices that cause an electroactive field-responsive polymer actuator to perform a specific operation by changing the applied voltage.
  • the electric field-responsive polymer actuator such as DEA 13 constituting the actuator device, the driving unit 30, and the waveform editing device 40 may be partially or all of them integrally configured.
  • the electroactive polymer actuator and the driving unit 30 may be integrally configured
  • the driving unit 30 and the waveform editing device 40 may be integrally configured
  • the electroactive polymer actuator may be integrally configured
  • the driving unit 30 and the waveform editing device 40 may be integrally configured
  • the electroactive polymer actuator may be integrally configured.
  • the driving unit 30 and the waveform editing device 40 may be integrally configured.
  • the program for causing the actuator device to execute the processes of steps S11 to 13 and steps S21 to S24 may be stored in the built-in storage device provided in the actuator device, or stored in an external storage device such as a removable media. It may be what is done. Further, the above program may be stored in the WEB server and executed in the WEB server.
  • P Anchor point, 10 ... Simulated body, 13 ... Dielectric elastomer actuator (DEA), 30 ... Drive unit, 31 ... Drive side storage unit, 32 ... Control unit, 40 ... Wave editing device, 41 ... Pointing device, 42 ... Display Units, 43 ... 1st storage unit, 44 ... 2nd storage unit, 45 ... 3rd storage unit, 46 ... waveform editing unit, 47 ... change determination unit, 48 ... condition setting unit, 49 ... image processing unit, 55 ... 1 waveform editing screen, 56 ... 2nd waveform editing screen.
  • DEA Dielectric elastomer actuator

Abstract

アクチュエータ装置は、一対の電極を有する電場応答性高分子アクチュエータと、駆動部と、波形編集部とを備える。駆動部は、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、一対の電極の間に繰り返し印加することにより電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成されている。波形編集部は、使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成されている。アクチュエータ装置は、電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に編集波形データが変更されたとき、その変更後の編集波形データを新たな駆動波形データとするように駆動波形データを更新し、更新された駆動波形データに基づいて電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成されている。

Description

アクチュエータ装置、電圧波形の作成方法、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法、及びプログラム
　本開示は、アクチュエータ装置、電圧波形の作成方法、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法、及びプログラムに関する。
　特許文献１には、電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動等の動作を使用者に触感として認識させる触感提示装置が開示されている。上記触感提示装置は、電場応答性高分子アクチュエータに印加する電圧の波形を変更することにより、電場応答性高分子アクチュエータの動作パターンが変化し、動作パターンに応じた様々な触感を使用者に提示する。
特表２０１４－５１０３４６号公報
　上記触感提示装置を用いて特定の触感を使用者に提示するためには、まず、特定の触感を提示するように電場応答性高分子アクチュエータを動作させるための電圧波形を作成する必要がある。上記電圧波形は、例えば、基礎となる電圧波形を用意し、その電圧波形を変更する編集作業と、編集後の電圧波形を用いた電場応答性高分子アクチュエータの動作試験とを繰り返し、電場応答性高分子アクチュエータから提示される触感を特定の触感に近づけていく作業を行うことにより作成される。
　本開示の目的は、電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を作成する作業を効率化することにある。
　上記課題を解決するアクチュエータ装置は、一対の電極を有する電場応答性高分子アクチュエータと、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、前記一対の電極の間に繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成された駆動部と、使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成された波形編集部とを備え、前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新し、更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成されている。
　上記構成によれば、電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に編集波形データを変更した場合に、変更後の編集波形データの保存や送信等の操作を行わずとも、電場応答性高分子アクチュエータの動作が変更後の編集波形データに基づく動作に切り替わる。これにより、使用者は、編集波形データを編集しながら、電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせる電圧波形を探索する作業をよりスムーズに行うことができ、上記電圧波形を効率的に作成できる。
　上記アクチュエータ装置は、前記編集波形データが変更されているか否かを定期的に判定するように構成された変更判定部を備え、前記変更判定部により前記編集波形データが変更されていると判定された場合に、前記駆動波形データを更新するように構成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、電場応答性高分子アクチュエータの駆動に用いられる駆動波形データの更新頻度を少なくすることができる。
　上記アクチュエータ装置は、前記編集波形データに対応する波形を示す画像を表示部に表示させるように構成された画像処理部を備え、前記波形編集部は、使用者による、前記表示部に表示された前記画像を、ポインティングデバイスを用いて変更する操作に基づいて前記編集波形データを変更するように構成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、使用者は、波形を編集する操作を直感的に行うことができる。そのため、機械や情報処理に関する知識が少ない使用者であっても、電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を容易に作成できる。
　上記アクチュエータ装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく動作を触感として使用者に認識させる触感提示装置として適用されることが好ましい。
　上記アクチュエータ装置において、前記触感提示装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動を脈動の触感として使用者に認識させる脈動発生装置であることが好ましい。
　上記アクチュエータ装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に、予め記憶されている電圧波形データを呼び出す操作が行われた場合、前記編集波形データを前記電圧波形データに変更するように構成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、駆動中の電場応答性高分子アクチュエータの動作を、予め記憶されている電圧波形データに基づく動作に容易に変更できる。
　上記課題を解決する電圧波形の作成方法は、上記アクチュエータ装置を用いて、前記電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための印加電圧の波形を作成することを備える。
　上記課題を解決する電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法は、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法であって、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動する工程と、使用者の操作に基づいて編集波形データを変更する工程と、前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新する工程とを有し、前記駆動する工程は、前記更新する工程で更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動することを含む。
　上記課題を解決するプログラムは、一対の電極を有する電場応答性高分子アクチュエータと、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、前記一対の電極の間に繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成された駆動部と、使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成された波形編集部とを備えるアクチュエータ装置を制御するプログラムであって、前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新し、更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動する処理を前記アクチュエータ装置に実行させる。
　本開示によれば、電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための電圧波形を作成する作業を効率化できる。
脈動発生装置の概略図。 模擬体の断面図。 誘電エラストマーアクチュエータの断面構造を示す断面図。 脈動発生装置のブロック図。 波形編集画面の説明図。 操作中の波形編集画面の説明図。 誘電エラストマーアクチュエータの駆動中における波形編集装置の制御を示すフローチャート。 誘電エラストマーアクチュエータの駆動中における駆動部の制御を示すフローチャート。
　以下、本開示のアクチュエータ装置を、印加電圧に応じて発生する振動を人体の脈動の触感として使用者に認識させる脈動発生装置に具体化した一実施形態について説明する。
　図１及び図２に示すように、脈動発生装置は、人体の前腕及び手の外側形状を模擬した柔軟材料からなる模擬体１０を備えている。模擬体１０を構成する柔軟材料としては、例えばシリコーンやウレタン等のエラストマーが挙げられる。
　模擬体１０の内部には、第１芯部１１、第２芯部１２、及びシート状の誘電エラストマーアクチュエータ１３（ＤＥＡ：Dielectric Elastomer Actuator）が配置されている。第１芯部１１及び第２芯部１２は、人体の橈骨及び尺骨をそれぞれ模擬したものである。ＤＥＡ１３は、橈骨動脈を模擬したものである。
　図３に示すように、ＤＥＡ１３は、誘電エラストマーからなるシート状の誘電層２０と、誘電層２０の厚さ方向の両側に配置された電極層としての正極電極２１及び負極電極２２との組が複数積層された多層構造体である。ＤＥＡ１３の最外層には絶縁層２３が積層されている。ＤＥＡ１３は、正極電極２１と負極電極２２との間に直流電圧が印加されると、印加電圧の大きさに応じて、誘電層２０が厚さ方向に圧縮されるとともに誘電層２０の面に沿った方向であるＤＥＡ１３の面方向に伸張するように変形する。
　誘電層２０を構成する誘電エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡに用いられる誘電エラストマーを用いることができる。上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。誘電層２０の厚さは、例えば、２０～２００μｍである。
　正極電極２１及び負極電極２２を構成する材料としては、例えば、導電エラストマー、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック（登録商標）、金属蒸着膜が挙げられる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。
　上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。正極電極２１及び負極電極２２の厚さは、例えば、０．０１～１００μｍである。
　絶縁層２３を構成する絶縁エラストマーは特に限定されるものではなく、公知のＤＥＡの絶縁部分に用いられる公知の絶縁エラストマーを用いることができる。上記絶縁エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。絶縁層２３の厚さは、例えば、３～１００μｍである。
　図１及び図４に示すように、脈動発生装置は、駆動部３０と波形編集装置４０とを備えている。駆動部３０は、ＤＥＡ１３の正極電極２１及び負極電極２２により構成される一対の電極の間に周期的に変化する電圧を印加するように構成されている。波形編集装置４０は、駆動部３０がＤＥＡ１３に印加する電圧の波形を編集するように構成されている。駆動部３０は、駆動側記憶部３１と制御部３２とを備え、１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは３）それらの組み合わせ、を含む回路（circuitry）として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。駆動側記憶部３１には、波形編集装置４０から送信された１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データが記憶されている。制御部３２は、駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データに基づく波形の電圧をバッテリ等の電源（図示略）からＤＥＡ１３に繰り返し印加する。
　波形編集装置４０は、入力装置としてのポインティングデバイス４１、表示部４２、第１記憶部４３、第２記憶部４４、第３記憶部４５、波形編集部４６、変更判定部４７、条件設定部４８、画像処理部４９を備えるコンピュータとして構成される。すなわち、波形編集部４６、変更判定部４７、条件設定部４８、及び画像処理部４９は、１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは３）それらの組み合わせ、を含む回路（circuitry）として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
　ポインティングデバイス４１は、例えば、キーボード、タッチパネル、マウス等のポインティングデバイスであり、操作者からの操作指示等を受け付ける。表示部４２は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。
　図５に示すように、表示部４２の上部には、ＤＥＡ１３への電圧の印加のオン・オフを切り替えるための出力ボタン５１が表示される。表示部４２の左側部分には、登録済みの電圧波形データを呼び出すための呼び出しボタン５２、新たな電圧波形データを登録するための保存ボタン５３が表示される。
　表示部４２の中央部分には、後述するアンカーポイントＰの追加及び削除を行うためのアンカーポイントボタン５４と、編集対象となる波形を示す第１波形編集画面５５とが表示される。表示部４２の右側上部には、ＤＥＡ１３に印加されている電圧を示す駆動状況画面５６が表示される。表示部４２の中央下部には、第２波形編集画面５７が表示される。第２波形編集画面５７は、出力の大きさ（Amp）、オフセット電圧の大きさ（Offset）、最大電圧（Max voltage）を変更するスライダーを有している。表示部４２の右側下部には、条件設定画面５８が表示される。条件設定画面５８は、駆動部３０において、駆動波形データに基づく波形の電圧を印加する際の駆動条件を設定するためのスライダーを有している。上記駆動条件としては、例えば、１周期の速さ（BeatCount）、周期間に設けられる待機時間の長さ（Interval）が挙げられる。
　操作者は、ポインティングデバイス４１を操作して表示部４２に表示される各種ボタンを操作したり、第１波形編集画面５５及び第２波形編集画面５７の表示内容を変更したりすることにより、ＤＥＡ１３を動作させること及びＤＥＡ１３に印加する電圧の波形の編集を行うことができる。また、ポインティングデバイス４１を操作して条件設定画面５８の表示内容を変更することにより、駆動条件を設定することができる。
　第１記憶部４３には、登録済みの電圧波形データが呼び出しボタン５２に対応付けて記憶されている。登録済みの電圧波形データは、平脈や滑脈等の既知の脈動パターンを再現する１周期分の電圧波形データ、及び使用者が作成した１周期分の電圧波形データを含む。平脈は、平生の健康なときの動脈の振動パターンであり、滑脈は、妊娠中等に生じる動脈の振動パターンである。なお、既知の脈動パターンを再現する電圧波形データは、「平脈」等の脈の名称が付されている呼び出しボタン５２に対応付けられている。使用者が作成した電圧波形データは、「User」の名称が付されている呼び出しボタン５２に対応付けられている。
　第２記憶部４４には、駆動部３０に直前に送信した駆動波形データ（以下、前回波形データと記載する。）と、後述する編集波形データとが記憶されている。
　第３記憶部４５には、波形編集装置４０及び駆動部３０に後述するステップＳ１１～１３及びステップＳ２１～Ｓ２４の処理を実行させるプログラムが記憶されている。波形編集装置４０及び駆動部３０は、そのプログラムに従ってステップＳ１１～１３及びステップＳ２１～Ｓ２４の処理を実行する。
　波形編集部４６は、駆動部３０に送信した前回波形データを基礎とする１周期分の編集波形データを作成し、第２記憶部４４に記憶させる。そして、使用者の操作に基づいて、第２記憶部４４に記憶されている編集波形データを変更する。また、波形編集部４６は、所定のタイミングにおいて、現在の編集波形データを駆動波形データとして駆動部３０に送信するとともに、第２記憶部４４に記憶されている前回駆動波形データを更新する。
　変更判定部４７は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形データと編集波形データとの比較に基づいて、編集波形データが変更されているか否かを判定する。
　条件設定部４８は、使用者の操作に基づいて設定された駆動条件を駆動部３０に送信する。
　画像処理部４９は、編集波形データに対応する波形を示す画像を作成し、表示部４２の第１波形編集画面５５に表示する。第１波形編集画面５５には、１周期分の波形の始点、終点、及び変曲点に該当する数点のアンカーポイントＰと、アンカーポイントＰ間を接続するベジェ曲線とにより構成される波形が表示される。また、画像処理部４９は、第２記憶部４４に記憶されている前回駆動波形データに現在の駆動条件を反映させた波形を示す画像を作成し、表示部４２の駆動状況画面５６に表示する。
　本実施形態の各種の電圧波形データは、波形を特定するパラメータとして、１周期分の波形が有する全てのアンカーポイントＰの座標、アンカーポイントＰ間を接続するベジェ曲線、出力の大きさ、オフセット電圧の大きさ、最大電圧に関する情報を含む。なお、始点及び終点に該当するアンカーポイントＰの値は同値である。
　図７に示すように、波形編集装置４０は、ＤＥＡ１３が駆動中の間、以下に記載するステップＳ１１～Ｓ１３の処理を、数ミリ秒～数十ミリ秒の周期で繰り返し実行する。
　ステップＳ１１として、変更判定部４７が、第２記憶部４４に記憶されている前回波形データ及び編集波形データを比較し、前回波形データと現在の編集波形データとが異なるか否かを判定する。前回波形データと現在の編集波形データとの相違は、波形データに含まれる上記パラメータが全て一致しているか否かに基づいて判定する。
　ステップＳ１１において、前回波形データと現在の編集波形データとが異なると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２として、波形編集部４６は、現在の編集波形データを駆動波形データとして駆動部３０に送信する。次に、ステップＳ１３として、波形編集部４６は、第２記憶部４４に記憶されている前回波形データを更新して処理を終了する。また、ステップＳ１１において、前回波形データと現在の編集波形データとが異ならないと判定された場合（ＮＯ）、変更判定部４７は処理を終了する。
　図８に示すように、駆動部３０の制御部３２は、ＤＥＡ１３が駆動中の間、以下に記載するステップＳ２１～Ｓ２４の処理を、数ミリ秒～数十ミリ秒の周期で繰り返し実行する。
　ステップＳ２１として、制御部３２は、駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データ、及び波形編集装置４０の条件設定部４８から入力される駆動条件に基づいて、次に印加すべき電圧Ｖｎを演算する。次に、ステップＳ２２として、制御部３２は、演算された電圧ＶｎをＤＥＡ１３に印加する。
　次に、ステップＳ２３として、制御部３２は、波形編集装置４０の波形編集部４６から新たに駆動波形データを受信しているか否かを判定する。ステップＳ２３において、新たに駆動波形データを受信している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２４として、制御部３２は、駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データを新たに受信した駆動波形データに更新して処理を終了する。また、ステップＳ２３において、新たに駆動波形データを受信していない場合（ＮＯ）、制御部３２は処理を終了する。
　次に、本実施形態の脈動発生装置を用いて、特定の触感を提示するようにＤＥＡ１３を動作させるための電圧波形を作成する方法について説明する。以下では、平脈に対応する登録済みの電圧波形データを編集して、実際の触診時に熟練者が感じる平脈の脈動パターンにより近い触感を提示するようにＤＥＡ１３を動作させるための電圧波形を作成する場合を例に挙げて説明する。
　まず、準備工程として、平脈に対応する登録済みの電圧波形データに基づく脈動パターンで模擬体１０を動作させるようにＤＥＡ１３を駆動する。
　詳述すると、出力ボタン５１がオフの状態、即ち、駆動部３０からＤＥＡ１３に電圧が印加されておらず、ＤＥＡ１３が駆動していない駆動停止時において、ポインティングデバイス４１を操作して平脈に対応する呼び出しボタン５２をクリックする。これにより、波形編集装置４０において、平脈に対応する登録済みの電圧波形データが駆動波形データとして駆動部３０に送信されるとともに、第２記憶部４４に記憶されている前回波形データが更新される。そして、駆動部３０において、波形編集装置４０から送信された駆動波形データにより駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データが更新される。
　また、波形編集装置４０の波形編集部４６によって、平脈に対応する登録済みの電圧波形データを複製した編集波形データが新規に作成されるとともに、第２記憶部４４に記憶されている編集波形データが更新される。そして、画像処理部４９によって、編集波形データに対応する波形を示す画像が作成され、当該画像が表示部４２の第１波形編集画面５５に表示される。また、第２波形編集画面５７に表示される各スライダーの位置が、平脈に対応する登録済みの電圧波形データの値に調整される。
　その後、ポインティングデバイス４１を操作して出力ボタン５１をオンの状態にすると、駆動部３０において、図８に示す処理が繰り返し実行される。これにより、駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データ、即ち、平脈に対応する登録済みの電圧波形データに基づいて変化する電圧がＤＥＡ１３に印加されて、ＤＥＡ１３が動作する。また、波形編集装置４０において、図７に示す処理が繰り返し実行される。
　次に、編集工程として、脈診の熟練者を使用者として、波形の編集を行う。編集工程において、使用者は、片方の手で模擬体１０に触れることにより、ＤＥＡ１３の動作に基づいて模擬体１０から提示される脈動を体感しながら、もう片方の手でポインティングデバイス４１を操作して、編集波形データの編集を行う。
　図６に示すように、使用者は、ポインティングデバイス４１を操作して、第１波形編集画面５５に表示された波形の画像に示されるアンカーポイントＰを移動させること、及びアンカーポイントＰを追加又は削除することにより、第１波形編集画面５５に表示された波形を変更する。アンカーポイントＰの移動は、例えば、第１波形編集画面５５に表示されるポインター５９を目的のアンカーポイントＰに位置させてドラッグアンドドロップしたり、目的のアンカーポイントＰを選択した状態でキーボードの矢印キーを操作したりする等のポインティングデバイスを用いた慣用的な操作により実現できる。アンカーポイントＰ間はベジェ曲線により自動的に補完される。また、ポインティングデバイス４１を操作して、第２波形編集画面５７に表示される各スライダーの位置を変更する。また、登録済みの平脈に対応する電圧波形データに戻したい場合や、別の登録済みの電圧波形データを基礎としたい場合等には、目的の登録済みの電圧波形データに対応する呼び出しボタン５２をクリックすることにより、第１波形編集画面５５に表示された波形を変更する。
　使用者の操作に基づいて、第１波形編集画面５５及び第２波形編集画面５７の表示内容が変更されると、波形編集部４６により、第２記憶部４４に記憶されている編集波形データが、第１波形編集画面５５及び第２波形編集画面５７の表示内容に基づく編集波形データに変更される。
　ここで、図７のフローチャートに示すように、ＤＥＡ１３の駆動中、波形編集装置４０は、ステップＳ１１として、第２記憶部４４に記憶されている前回波形データと編集波形データとが異なるか否かを判定する処理を定期的に実行している。そのため、編集波形データが変更されると、今回の周期又は次回の周期のステップＳ１１において、前回波形データと現在の編集波形データとが異なると判定される。そして、ステップＳ１２において、現在の編集波形データが駆動波形データとして駆動部３０に送信される。
　また、図８のフローチャートに示すように、ＤＥＡ１３の駆動中、駆動部３０は、ステップＳ２３として、波形編集部４６から新たに駆動波形データを受信しているか否かを判定する処理を定期的に実行している。そのため、新たに駆動波形データを受信すると、今回の周期又は次回の周期のステップＳ２３において、新たに駆動波形データを受信していると判定される。そして、ステップＳ２４において、駆動側記憶部３１に記憶されている駆動波形データが新たに受信した駆動波形データに更新される。そして、次回の周期又は次々回の周期のステップＳ２１～Ｓ２２において、新たに受信した駆動波形データに基づいて、次に印加すべき電圧Ｖｎが演算され、演算された電圧ＶｎがＤＥＡ１３に印加される。これにより、ＤＥＡ１３の動作が新たに受信した駆動波形データ、即ち、使用者が編集した編集波形データに基づく動作に変更される。
　図７及び図８の各フローチャートに示す処理は、数ミリ秒～数十ミリ秒の周期で繰り返し実行されている。そのため、使用者が第１波形編集画面５５及び第２波形編集画面５７の表示内容を変更する操作を行った直後に、ＤＥＡ１３の動作が変更後の編集波形データに基づく動作に変更されて、模擬体１０に触れている使用者の手に伝わる脈動の振動パターンが変化する。
　また、図７のフローチャートに示すように、ステップＳ１２において現在の編集波形データが駆動波形データとして駆動部３０に送信されると、ステップＳ１３において第２記憶部４４に記憶されている前回波形データが更新されて、その次の周期のステップＳ１１においては、更新された前回波形データに基づく判定が行われる。
　使用者は、模擬体１０から片方の手に伝わる脈動の振動パターンを、自身の経験に基づく平脈の振動パターンに近づけるように、もう片方の手でポインティングデバイス４１を操作し、第１波形編集画面５５及び第２波形編集画面５７の表示内容を変更して編集波形データを編集する。これにより、編集波形データを編集する毎に模擬体１０から伝わる脈動の振動パターンが変化する。そして、模擬体１０から伝わる脈動の振動パターンが自身の経験に基づく平脈の振動パターンに一致したところで、保存ボタン５３をクリックして、平脈に対応する登録済みの電圧波形データを現在の編集波形データに更新する、又は現在の編集波形データを使用者が作成した電圧波形データとして新たに登録する。これにより、実際の触診時に熟練者が感じる平脈の脈動パターンにより近い触感を提示するようにＤＥＡ１３を動作させるための電圧波形が得られる。
　次に、本実施形態の効果について記載する。
　（１）脈動発生装置は、一対の電極を有するＤＥＡ１３と、駆動部３０と、波形編集部４６とを備えている。駆動部３０は、１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、一対の電極の間に繰り返し印加することによりＤＥＡ１３を駆動するように構成されている。波形編集部４６は、使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成されている。脈動発生装置は、ＤＥＡ１３の駆動中に編集波形データが変更されたとき、その変更後の編集波形データを新たな駆動波形データとするように駆動波形データを更新し、更新された駆動波形データに基づいてＤＥＡ１３を駆動するように構成されている。
　上記構成によれば、ＤＥＡ１３の駆動中に編集波形データを変更した場合に、変更後の編集波形データの保存や送信等の操作を行わずとも、ＤＥＡ１３の動作が変更後の編集波形データに基づく動作に切り替わる。これにより、使用者は、編集波形データを編集しながら、ＤＥＡ１３に特定の動きをさせる電圧波形を探索する作業をよりスムーズに行うことができ、上記電圧波形を効率的に作成できる。
　（２）脈動発生装置は、編集波形データが変更されているか否かを定期的に判定するように構成された変更判定部４７を備える。脈動発生装置は、変更判定部４７により編集波形データが変更されていると判定された場合に、駆動波形データを更新するように構成されている。
　上記構成によれば、ＤＥＡ１３の駆動に用いられる駆動波形データの更新頻度を少なくすることができる。
　（３）脈動発生装置は、編集波形データに対応する波形を示す画像を表示部４２に表示させるように構成された画像処理部４９を備える。波形編集部４６は、使用者による、表示部４２に表示された画像を、ポインティングデバイス４１を用いて変更する操作に基づいて編集波形データを変更するように構成されている。
　上記構成によれば、使用者は、波形を編集する操作を直感的に行うことができる。そのため、機械や情報処理に関する知識が少ない使用者であっても、ＤＥＡ１３に特定の動きをさせるための電圧波形を容易に作成できる。
　（４）ＤＥＡ１３の駆動中に、登録済みの電圧波形データを呼び出す操作が行われた場合、編集波形データが登録済みの電圧波形データに変更される。
　上記構成によれば、駆動中のＤＥＡ１３の動作を、登録済みの電圧波形データに基づく動作に容易に変更できる。
　なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・各種の電圧波形データに含まれる波形を特定するパラメータは上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のパラメータの一部を省略してもよいし、別のパラメータを追加してもよい。
　・図８のフローチャートに示す処理に関して、ステップＳ２３～Ｓ２４の処理、すなわち、波形編集部４６から新たに駆動波形データを受信しているか否かを判定し、受信している場合に駆動波形データを更新する処理は、毎回行う必要はない。すなわち、ステップＳ２３～Ｓ２４の処理を行う頻度及びタイミングを変更してもよい。例えば、駆動波形データに基づく１周期分の電圧の変化の最後となる特定のタイミングにおいて、ステップＳ２３～Ｓ２４の処理を行い、その他のタイミングにおいては、ステップＳ２３～Ｓ２４の処理を行わないようにする。この場合、駆動波形データに基づく１周期分、電圧が変化する間に１回のみＳ２３～Ｓ２４の処理が行われることになる。
　・変更判定部４７を省略してもよい。この場合、図７のフローチャートにおけるステップＳ１１の処理を省略して、毎回、ステップＳ１２～Ｓ１３の処理を実行するとともに、図８のフローチャートにおけるステップＳ２３を省略して、毎回、ステップＳ２４の処理を実行する。
　・ポインティングデバイス４１及び表示部４２は、本開示のアクチュエータ装置とは別に用意される外部機器であってもよい。
　・模擬体１０に設けられるＤＥＡ１３の数は特に限定されるものではない。
　・ＤＥＡ１３に代えて、イオン交換ポリマーメタル複合体（ＩＰＭＣ：Ionic Polymer Metal Composite）等の他の電場応答性高分子アクチュエータ（ＥＰＡ：Electroactive Polymer Actuator）を用いてもよい。
　・本開示のアクチュエータ装置は、印加電圧に応じて発生する振動等の動作を触感として使用者に認識させる脈動発生装置以外の触覚提示装置として適用されるものであってもよい。また、本開示のアクチュエータ装置は、触覚提示装置に限らず、印加電圧を変化させることにより電場応答性高分子アクチュエータに特定の動作を行わせる装置全般に適用できる。
　・アクチュエータ装置を構成するＤＥＡ１３等の電場応答性高分子アクチュエータ、駆動部３０、及び波形編集装置４０は、それらのうちの一部又は全部が一体に構成されるものであってもよい。例えば、電場応答性高分子アクチュエータと駆動部３０とが一体に構成されていてもよいし、駆動部３０と波形編集装置４０とが一体に構成されていてもよいし、電場応答性高分子アクチュエータと駆動部３０と波形編集装置４０とが一体に構成されていてもよい。
　・ステップＳ１１～１３及びステップＳ２１～Ｓ２４の処理をアクチュエータ装置に実行させるプログラムは、アクチュエータ装置に備えられる内蔵記憶装置に記憶されるものであってもよいし、リムーバブルメディア等の外部記憶装置に記憶されるものであってもよい。また、上記のプログラムは、ＷＥＢサーバに記憶され、ＷＥＢサーバにおいて実行されるものであってもよい。
　Ｐ…アンカーポイント、１０…模擬体、１３…誘電エラストマーアクチュエータ（ＤＥＡ）、３０…駆動部、３１…駆動側記憶部、３２…制御部、４０…波形編集装置、４１…ポインティングデバイス、４２…表示部、４３…第１記憶部、４４…第２記憶部、４５…第３記憶部、４６…波形編集部、４７…変更判定部、４８…条件設定部、４９…画像処理部、５５…第１波形編集画面、５６…第２波形編集画面。

Claims (9)

  1. 　一対の電極を有する電場応答性高分子アクチュエータと、
    　１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、前記一対の電極の間に繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成された駆動部と、
    　使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成された波形編集部とを備え、
    　前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新し、更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成されているアクチュエータ装置。
  2. 　前記編集波形データが変更されているか否かを定期的に判定するように構成された変更判定部を備え、
    　前記変更判定部により前記編集波形データが変更されていると判定された場合に、前記駆動波形データを更新するように構成されている請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  3. 　前記編集波形データに対応する波形を示す画像を表示部に表示させるように構成された画像処理部を備え、
    　前記波形編集部は、使用者による、前記表示部に表示された前記画像を、ポインティングデバイスを用いて変更する操作に基づいて前記編集波形データを変更するように構成されている請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ装置。
  4. 　前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく動作を使用者に触感として認識させる触感提示装置として適用される請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  5. 　前記触感提示装置は、前記電場応答性高分子アクチュエータの伸縮に基づく振動を脈動の触感として使用者に認識させる脈動発生装置である請求項４に記載のアクチュエータ装置。
  6. 　前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に、予め記憶されている電圧波形データを呼び出す操作が行われた場合、前記編集波形データを前記電圧波形データに変更するように構成されている請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置を用いて、前記電場応答性高分子アクチュエータに特定の動きをさせるための印加電圧の波形を作成することを備える電圧波形の作成方法。
  8. 　電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法であって、
    　１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動する工程と、
    　使用者の操作に基づいて編集波形データを変更する工程と、
    　前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新する工程とを有し、
    　前記駆動する工程は、前記更新する工程で更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動することを含むことを特徴とする電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法。
  9. 　一対の電極を有する電場応答性高分子アクチュエータと、
    　１周期分の電圧の変化を示す駆動波形データに基づいて変化する電圧を、前記一対の電極の間に繰り返し印加することにより前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動するように構成された駆動部と、
    　使用者の操作に基づいて編集波形データを変更するように構成された波形編集部とを備えるアクチュエータ装置を制御するプログラムであって、
    　前記電場応答性高分子アクチュエータの駆動中に前記編集波形データが変更されたとき、その変更後の前記編集波形データを新たな前記駆動波形データとするように前記駆動波形データを更新し、更新された前記駆動波形データに基づいて前記電場応答性高分子アクチュエータを駆動する処理を前記アクチュエータ装置に実行させることを特徴とするプログラム。
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