(57)【要約】【課題】データ量を抑制しつつ複数の物理量を計測できるテレイグジスタンスシステムのスレーブロボット用の触覚センサを提供する。【解決手段】操作者の姿勢の変化に連動して動作するとともに、操作者が装着する提示装置を動作させる信号を取得するセンサ群を備えるスレーブロボットの手部に取り付けるための触覚センサ３ｂであって、手部の接触対象となる接触対象の温度を取得するための温度センサ３１と、手部が接触した接触対象との間で生じる振動を取得するための加速度センサ３２と、接触対象と接触することで手部に加わる圧力を取得するための圧力センサ３３と、を備える。ここで、触覚センサ３ｂは、温度センサ３１、加速度センサ３２、及び圧力センサ３３の順番で積層されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の姿勢の変化に連動して動作するとともに、前記操作者が装着する提示装置を動作させる信号を取得するセンサ群を備えるスレーブロボットの手部に取り付けるための触覚センサであって、
前記手部の接触対象の温度を取得するための温度センサと、
前記手部が接触した前記接触対象との間で生じる振動を取得するための加速度センサと、
前記接触対象と接触することで前記手部に加わる圧力を取得するための圧力センサと、
を備え、
前記触覚センサは、前記温度センサ、前記加速度センサ、及び前記圧力センサの順番で積層されている、
触覚センサ。
【請求項２】
前記手部が接触した接触対象との間で生じる振動を前記加速度センサに伝える振動伝達部材をさらに備える、
請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項３】
前記温度センサは、
前記手部が接触対象と接触することによって当該接触対象の温度を計測可能となる接触型温度センサと、
前記手部が接触対象となる接触対象と接触する前に当該接触対象の温度を計測可能な非接触型温度センサと、
を備える請求項１又は２に記載の触覚センサ。
【請求項４】
前記温度センサは、前記非接触型温度センサの周りを複数の前記接触型温度センサが囲むように配置されている、
請求項３に記載の触覚センサ。
【請求項５】
前記圧力センサのサンプリングレートは前記温度センサのサンプリングレートよりも大きく、かつ前記加速度センサのサンプリングレートよりも小さい、
請求項１から４のいずれか１項に記載の触覚センサ。
【請求項６】
前記手部の接触面となる滑り止め部をさらに備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触覚センサに関し、特に、テレイグジスタンスシステムのスレーブロボットが備える触覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレイグジスタンス（Telexistence）は、操作者とは離れた場所に存在するスレーブロボット（Slave Robot）を操作者が遠隔操作することによって、操作者が実際には存在しない場所に存在したとするならば得られる視覚、聴覚、及び触覚等の感覚を操作者に経験させるための技術である（例えば、非特許文献１を参照）。テレイグジスタンスシステムにおいて、スレーブロボットは人型のロボットであり、操作者の身体（頭部、胴部、腕部、及び手部等）の動きと同期して、スレーブロボットの対応する部位が動作する。
【０００３】
テレイグジスタンスでは、スレーブロボットが取得した触覚情報（圧力、振動、及び温度）が操作者にフィードバックされる。このため、操作者の指先に相当するスレーブロボットの手部の先端には、圧力、振動、及び温度を計測するための複数のセンサが備えられている。なお、スレーブロボットは操作者から離れた遠隔地において操作者の代わりに人に会ったり作業をしたりするため、サロゲート（Surrogate；代理人）と呼ばれることもある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T. Kurogi, M. Nakayama, K. Sato, S. Kamuro, C. L. Fernando, M. Furukawa, K. Minamizawa, and S. Tachi, “Haptic Transmission System to Recognize Differences in Surface Textures of Objects for Telexistence”, IEEE Virtual Reality 2013, pp. 137-138.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
操作者とスレーブロボットとは離れているため、触覚センサが取得した情報は、通信ネットワークを介して操作者が備える触覚提示装置に送信される。このため、リアルタイム性を担保するためには、触覚センサが取得する情報のデータ量は小さい方が好ましい。しかしながら、上記の技術では、スレーブロボットの手部が他の物体に触れたときに生じる振動の情報を、そのときに発生する音声情報としてマイクロフォンを用いて取得する。このため、振動情報は人間の可聴域に合わせたサンプリングレートで取得されるため、情報量が大きくなる。
【０００６】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、データ量を抑制しつつ複数の物理量を計測できるテレイグジスタンスシステムのスレーブロボット用の触覚センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、操作者の姿勢の変化に連動して動作するとともに、前記操作者が装着する提示装置を動作させる信号を取得するセンサ群を備えるスレーブロボットの手部に取り付けるための触覚センサである。この触覚センサは、前記手部の接触対象の温度を取得するための温度センサと、前記手部が接触した前記接触対象との間で生じる振動を取得するための加速度センサと、前記接触対象と接触することで前記手部に加わる圧力を取得するための圧力センサと、を備える。前記触覚センサは、前記温度センサ、前記加速度センサ、及び前記圧力センサの順番で積層されている。
【０００８】
前記触覚センサは、前記手部が接触した接触対象との間で生じる振動を前記加速度センサに伝える振動伝達部材をさらに備えてもよい。
【０００９】
前記温度センサは、前記手部が接触対象と接触することによって当該接触対象の温度を計測可能となる接触型温度センサと、前記手部が接触対象と接触する前に当該接触対象の温度を計測可能な非接触型温度センサと、を備えてもよい。
【００１０】
前記温度センサは、前記非接触型温度センサの周りを複数の前記接触型温度センサが囲むように配置されてもよい。
【００１１】
前記圧力センサのサンプリングレートは前記温度センサのサンプリングレートよりも大きくてもよく、かつ前記加速度センサのサンプリングレートよりも小さくてもよい。
【００１２】
前記触覚センサは、前記手部の接触面となる滑り止め部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、データ量を抑制しつつ複数の物理量を計測できるテレイグジスタンスシステムのスレーブロボット用の触覚センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】テレイグジスタンスシステムの構成要素の外観を模式的に示す図である。
【図２】テレイグジスタンスシステムの構成要素と、各構成要素間でやり取りされる情報の流れを模式的に示す図である。
【図３】実施の形態に係る触覚センサの外観を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態に係る触覚センサが備えるセンサ群を構成する基板上の電子部品の配置を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る触覚センサを構成する基板の積層構造を説明するための図である。
【図６】実施の形態に係る接触型温度センサと非接触型温度センサとの位置関係を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態に係る触覚センサが備えるセンサ群のサンプリングレートの大小関係の一例を表形式で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜テレイグジスタンスシステムの概要＞
図１は、テレイグジスタンスシステムＳの構成要素の外観を模式的に示す図である。また、図２は、テレイグジスタンスシステムＳの構成要素と、各構成要素間でやり取りされる情報の流れを模式的に示す図である。以下、図１及び図２を参照して、実施の形態に係る触覚センサ３ｂの前提となるテレイグジスタンスシステムＳの概要についてまず説明する。
【００１６】
図１に示すように、テレイグジスタンスシステムＳを利用する操作者Ｕは、種々の提示装置２（ヘッドマウントディスプレイ２ａ、触覚提示装置２ｂ、ヘッドフォン２ｃ、及び撮像素子２ｄ）を装着する。操作者Ｕの身体の動きは図示しないキャプチャ装置によってトラッキングされ、操作者Ｕの身体の姿勢を示すキャプチャ情報として制御装置１に送信される。
【００１７】
スレーブロボットＲは種々のセンサ３（撮像素子３ａ、触覚センサ３ｂ、及びマイクロフォン３ｃ）を備えており、各センサ３が取得したセンサ情報は制御装置１に送信される。なお、触覚センサ３ｂは、温度センサ３１、加速度センサ３２、及び圧力センサ３３を含む。
【００１８】
図１に示すように、スレーブロボットＲは人の形を模した機械である。このため、撮像素子３ａはスレーブロボットＲの目に相当する個所に配置されている。同様に、触覚センサ３ｂはスレーブロボットＲの指先に相当する個所に配置され、マイクロフォン３ｃはスレーブロボットＲの耳に相当する個所に配置されている。
【００１９】
制御装置１は、通信ネットワークＮ上に存在するクラウドサーバである。図２に示すように、制御装置１はキャプチャ情報に基づいて操作者Ｕの姿勢の変化を解析する。制御装置１は、操作者Ｕの姿勢の変化に基づいて、スレーブロボットＲを動作させるための動作信号を生成し、スレーブロボットＲに送信する。スレーブロボットＲは、首部、肩部、肘部等の各部にアクチュエータを備えており、制御装置１が生成する動作信号はこれらのアクチュエータを動作させるための信号である。これにより、スレーブロボットＲは、操作者Ｕの姿勢の変化に連動して動くことができる。
【００２０】
制御装置１は、スレーブロボットＲが備えるセンサ３から取得したセンサ情報に基づいて、操作者Ｕが装着している提示装置２を動作させるための提示信号を生成し、提示装置２に送信する。例えば、撮像素子３ａが撮像して取得した画像情報は、制御装置１によってヘッドマウントディスプレイ２ａに提示させる画像信号に変換される。これにより、操作者Ｕは、スレーブロボットＲの「目」である撮像素子３ａがとらえた映像をヘッドマウントディスプレイ２ａのモニタ越しに見ることができる。図１は、ヘッドマウントディスプレイ２ａのモニタに、スレーブロボットＲの右手と、スレーブロボットＲの右手が保持する接触対象Ｏである立方体とが映されている様子を示している。
【００２１】
同様に、触覚センサ３ｂが取得した温度、振動、及び圧力を含む触覚情報は、制御装置１によって触覚提示装置２ｂを動作させるための触覚提示信号に変換される。これにより、操作者Ｕは、スレーブロボットＲの「指先」がとらえた触覚を触覚提示装置２ｂを介して感じることができる。
【００２２】
実施の形態に係るテレイグジスタンスシステムＳにおいて、ヘッドマウントディスプレイ２ａは遮蔽型のヘッドマウントディスプレイである。このため、操作者Ｕがヘッドマウントディスプレイ２ａを介して撮像素子３ａが撮像した映像を観察すると、あたかも操作者ＵがスレーブロボットＲの存在場所にいるかのような没入感を得ることができる。
【００２３】
一方で、ひとたび操作者Ｕがヘッドマウントディスプレイ２ａを装着すると、操作者Ｕは自身の周囲を見ることができなくなる。ヘッドマウントディスプレイ２ａはキャプチャ装置の一部としても動作するため、操作者Ｕは、操作者Ｕの動きとスレーブロボットＲの動きとを同期する前にヘッドマウントディスプレイ２ａを装着する必要がある。操作者Ｕは、制御装置１からヘッドマウントディスプレイ２ａに画像信号が送られてくる前にヘッドマウントディスプレイ２ａを装着することになるので、操作者Ｕの動きとスレーブロボットＲの動きとの同期が完了するまで操作者Ｕは周囲を見ることができず不便である。
【００２４】
そこで、図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２ａは、操作者Ｕに装着されたときに操作者Ｕの視線方向を撮像するための撮像素子２ｄを備えている。これにより、操作者Ｕは、ヘッドマウントディスプレイ２ａを装着した状態で周囲を観察することができる。
【００２５】
このように、スレーブロボットＲは、操作者Ｕの姿勢の変化に連動して動作するとともに、操作者Ｕが装着する提示装置２を動作させる信号を取得するセンサ群を備える。操作者Ｕは、実施の形態に係るテレイグジスタンスシステムＳを用いることにより、実際には存在しない場所であるスレーブロボットＲの存在場所に存在したとするならば得られる視覚、聴覚、及び触覚等の感覚を経験することができる。
【００２６】
＜実施の形態に係る触覚センサ３ｂ＞
以上を踏まえ、実施の形態に係る触覚センサ３ｂについて説明する。
図３は、実施の形態に係る触覚センサ３ｂの外観を模式的に示す図である。具体的には、図３は、スレーブロボットＲの右手に相当する手部Ｈと、その親指の先端部を拡大した斜視図を示す図である。実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、スレーブロボットＲの各指先に取り付けられている。このため、図３に図示はしないが、スレーブロボットＲの左手に相当する手部Ｈの各指先にも触覚センサ３ｂは取り付けられている。
【００２７】
触覚センサ３ｂはスレーブロボットＲの手部Ｈの指先に取り付けられているため、スレーブロボットＲが接触対象Ｏを掴む際には接触対象Ｏと接触する。このため、触覚センサ３ｂは、スレーブロボットＲの手部Ｈの接触面となる滑り止め部３０を備えている。滑り止め部３０はスレーブロボットＲの「指の腹」に相当し、シリコン等の摩擦の大きい部材で構成されている。
【００２８】
また、触覚センサ３ｂの表面には接触型温度センサ３１ａが露出している。煩雑となってかえって不明瞭となることを避けるために、図３中にすべて符号を付すことはしていないが、図３において符号３１ａが付された矩形部材と同じ形の部材は、接触型温度センサである。接触型温度センサ３１ａは、例えばＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタであり、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏに触れることによって、スレーブロボットＲの手部Ｈの接触対象Ｏとなる物質の表面温度を計測することができる。このように、接触型温度センサ３１ａは接触対象Ｏとなる物質と接触することによってその物質の温度を計測可能となるため、接触型温度センサ３１ａは手部Ｈの表面に備えられている。
【００２９】
接触型温度センサ３１ａが取得した接触対象Ｏの表面温度の情報は制御装置１に送信される。制御装置１は、接触型温度センサ３１ａから取得した温度情報に基づいて、操作者Ｕが装着している触覚提示装置２ｂに含まれる温度提示装置（不図示）を駆動するための信号を生成する。温度提示装置は、温度提示装置の現在の温度と接触対象Ｏの表面温度とが異なる場合、例えばペルチェ素子等の熱電素子を利用して温度提示装置の温度を変更する。熱移動を伴うため温度提示装置の応答速度を上げることには限界があり、テレイグジスタンスシステムＳにおけるリアルタイム性を妨げる原因となりかねない。
【００３０】
また、接触型温度センサ３１ａによる接触対象Ｏの検温にも時間遅延が存在する。すなわち、接触型温度センサ３１ａが接触対象Ｏと接触してから接触対象Ｏの温度を取得するまでに一定の時間を要する。この遅延もテレイグジスタンスシステムＳにおけるリアルタイム性を妨げる原因となりうる。
【００３１】
そこで、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、接触型温度センサ３１ａに加えて、非接触型温度センサ３１ｂも備えている。非接触型温度センサ３１ｂは、例えば赤外線温度センサで実現されており、スレーブロボットＲの手部Ｈが接触対象Ｏとなる物質と接触する前にその物質の表面温度を計測することができる。
【００３２】
一般に、非接触型温度センサ３１ｂの温度測定の精度は、接触型温度センサ３１ａの温度測定の精度よりも低い。しかしながら、非接触型温度センサ３１ｂは接触型温度センサ３１ａが接触対象Ｏに接触する前に接触対象Ｏの表面温度を計測できるため、制御装置１は、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏに近づく間に接触対象Ｏの表面の温度情報を取得することができる。結果として、制御装置１は、接触型温度センサ３１ａのみで接触対象Ｏの温度を測定する場合と比較して早い段階で接触対象Ｏを検温できる。このため、制御装置１は、接触型温度センサ３１ａのみで接触対象Ｏの温度を測定する場合と比較して触覚提示装置２ｂに含まれる温度提示装置を早い段階で駆動することができる。ゆえに、触覚センサ３ｂが非接触型温度センサ３１ｂを備えることにより、テレイグジスタンスシステムＳにおける温度情報の伝達速度を向上することができる。
【００３３】
なお、図３において符号４１で示す部材は、後述する振動伝達部材４１の突起部である。煩雑となってかえって不明瞭となることを避けるために、図３中にすべて符号を付すことはしていないが、図３において符号４１が付された円形部材と同じ形の部材は、振動伝達部材４１の突起部である。
【００３４】
図４（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る触覚センサ３ｂが備えるセンサ３群を構成する基板上の電子部品の配置を模式的に示す図である。具体的には、図４（ａ）は基板の表側における電子部品の配置を示す図であり、図４（ｂ）は基板の裏側における電子部品の配置を示す図である。基板の一部はフレキシブル基板となっており、折り曲げることによって各電子部品の位置関係を変えることができる。なお、図４（ａ）−（ｂ）は、主要な電子部品の配置を示す図であり、抵抗やキャパシタ等の電子部品は図示を省略している。
【００３５】
基板は、図４において図の上側（図中に記号「Ａ」が記載されている側）から下側（図中に記号「Ｂ」が記載されている側）に向かって、大きく分けて４つの領域（第１領域、第２領域、第３領域、及び第４領域）に分けられる。
【００３６】
第１領域は、接触型温度センサ３１ａ群及び開口部を含む領域である。図４に示すように、基板上において、４つの異なる接触型温度センサ３１ａは、それぞれ凧型の矩形の各頂点に相当する位置に配置されている。また、基板において、４つの接触型温度センサ３１ａを頂点とする矩形の内部には、２つの開口部３４（第１開口部３４ａ及び第２開口部３４ｂ）が設けられている。
【００３７】
第２領域は、非接触型温度センサ３１ｂ及び加速度センサ３２を含む領域である。加速度センサ３２は、スレーブロボットＲの手部Ｈが接触した接触対象Ｏとの間で生じる振動を取得するための３軸加速度センサである。図４（ａ）に示すように、加速度センサ３２は第２領域を構成する基板の表側に配置されている。また、第２領域の表側には、各センサを制御するためのマイクロコントローラ３５も配置されている。図４（ｂ）に示すように、第２領域の裏側には、非接触型温度センサ３１ｂが配置されている。第２領域の裏側には、この他ＡＤコンバータ３６及び発振子３８も配置されている。
【００３８】
詳細は後述するが、基板が触覚センサ３ｂに組み込まれるとき、第１領域の裏側と第２領域の裏側とが対向するように折り込まれる。このとき、第１領域に設けられた第１開口部３４ａは、非接触型温度センサ３１ｂの上側に配置される。この結果、非接触型温度センサ３１ｂは、第１領域に遮蔽されることなく第１開口部３４ａを介して外側に露出することになる。ゆえに、非接触型温度センサ３１ｂは、第１開口部３４ａを通過した赤外線を吸収できるので、接触対象Ｏの温度を計測することができる。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、第３領域の表側には、ＡＤコンバータ３６と３つの計装アンプ３７とが配置される。また、図４（ｂ）に示すように、第３領域の裏側には２つの電圧レギュレータ３９とジャンパ４０とが配置される。
【００４０】
第４領域の表側には、３つの圧力センサ３３が配置される。３つの圧力センサ３３は、それぞれ接触対象Ｏと接触することでスレーブロボットＲの手部Ｈに加わる圧力を取得するための圧力センサである。より具体的には、３つの圧力センサ３３は、触覚センサ３ｂと接触対象Ｏとの接触面を規定する２軸と接触面と垂直な軸とから構成される直交座標系のそれぞれの方向の圧力を取得する。なお、基板のうち、第１領域、第２領域、第３領域、及び第４領域の各領域の間はフレキシブル基板となっている。
【００４１】
図５（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る触覚センサ３ｂを構成する基板の積層構造を説明するための図である。具体的には、図５（ａ）は触覚センサ３ｂの側面を示す図であり、図５（ｂ）は触覚センサ３ｂ内部に組み込まれた基板の形状を側面から見た場合の様子を示す図である。図５（ｂ）において、符号Ａ及び符号Ｂは、図４（ａ）−（ｂ）における符号Ａ及び符号Ｂと対応する。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、基板は、第１領域の裏面と第２領域の裏面とが対向するように折り曲げられている。また、基板は、第２領域の表面と第３領域の表面とが対向するように折り曲げられている。さらに、基板は、第２領域の表面と第３領域の表面とが対向している領域に、第４領域が挟まれるように折り曲げられている。この結果、基板における第２領域の表面と第４領域の裏面とが対向し、かつ第３領域の表面と第４領域の表面とが対向する。
【００４３】
上述したように、第１領域の表面と第２領域の裏面とには温度センサ３１が配置されている。また、第２領域の裏面には加速度センサ３２が配置されている。さらに、第４領域の表面には圧力センサ３３が配置されている。したがって、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、スレーブロボットＲの「指の腹」側から温度センサ３１、加速度センサ３２、及び圧力センサ３３の順番で積層されている。
【００４４】
ここで、加速度センサ３２が配置された第２領域と、触覚センサ３ｂにおける接触対象Ｏとの接触面との間には第１領域が存在する。そこで、触覚センサ３ｂは、スレーブロボットＲの手部Ｈが接触した接触対象Ｏとの間で生じる振動を加速度センサ３２に伝えるための振動伝達部材４１を備えている。
【００４５】
振動伝達部材４１は、第１領域と第２領域とを収容する筐体を兼ねており、強化ナイロン等の剛性の高い材質で構成されている。振動伝達部材４１の一部である突起部は、滑り止め部３０を貫通している。図５（ｂ）に示すように、加速度センサ３２が配置された第２領域は振動伝達部材４１と接触しているため、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じた振動は加速度センサ３２に伝達される。ゆえに、加速度センサ３２は振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じた振動を検出することができる。
【００４６】
また、圧力センサ３３が、手部Ｈが接触対象Ｏとの間で生じた圧力を検出するためには、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏから受ける力を圧力センサ３３に伝達する必要がある。そこで、触覚センサ３ｂは、振動伝達部材４１から受ける力を第３領域に伝達するための圧力伝達部材４２を備えている。これにより、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏから受ける力は、振動伝達部材４１及び圧力伝達部材４２を伝達して第３領域に伝えられる。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、第３領域に配置された圧力センサ３３は、第３領域と触覚センサ３ｂの筐体との間に挟まれる。このため、圧力センサ３３は、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏから受け、第３領域まで伝達された力である圧力を検出することができる。
【００４８】
このように、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、温度センサ３１、加速度センサ３２、及び圧力センサ３３の順番で積層して構成することにより、スレーブロボットＲの指の腹程度の狭い面積内にセンサ３を配置し、各センサを機能させることができる。
【００４９】
図６は、実施の形態に係る接触型温度センサ３１ａと非接触型温度センサ３１ｂとの位置関係を模式的に示す図である。具体的には、基板の第１領域をスレーブロボットＲの「指の腹」側から見た場合の図である。図６に示すように、４つの異なる接触型温度センサ３１ａは、それぞれ凧型の矩形の各頂点に相当する位置に配置されている。また、非接触型温度センサ３１ｂは、４つの接触型温度センサ３１ａを頂点とする矩形の内部に設けられた第１開口部３４ａを介して外部に露出している。このように、温度センサ３１は、非接触型温度センサ３１ｂの周りを複数の接触型温度センサ３１ａが囲むように配置されている。
【００５０】
接触対象Ｏの場所によって表面温度が変化することもあり得るが、非接触型温度センサ３１ｂの周りを複数の接触型温度センサ３１ａが囲むように配置することにより、非接触型温度センサ３１ｂと各接触型温度センサ３１ａとの間の距離が平準化される。これにより、接触対象Ｏの温度勾配が平衡状態にある場合、非接触型温度センサ３１ｂが測定する接触対象Ｏの温度は、各接触型温度センサ３１ａが測定する接触対象Ｏの温度の概ね平均に近くなることが期待できる。
【００５１】
上述したように、非接触型温度センサ３１ｂは、接触型温度センサ３１ａが接触対象Ｏと接触する前から接触対象Ｏの温度の測定を開始することができる。非接触型温度センサ３１ｂが測定した接触対象Ｏの温度は、触覚提示装置２ｂに含まれる温度提示装置を早い段階で駆動するために利用される。
【００５２】
したがって、非接触型温度センサ３１ｂが測定した温度と接触型温度センサ３１ａが測地した温度との乖離が小さいほど、温度提示装置を早い段階で駆動することの有効性が大きくなる。非接触型温度センサ３１ｂの周りを複数の接触型温度センサ３１ａが囲むように配置することによって、非接触型温度センサ３１ｂが測定する接触対象Ｏの温度は、各接触型温度センサ３１ａが測定する接触対象Ｏの温度との乖離を小さくできる。ひいては温度提示装置を早い段階で駆動することの効果を増加することができる。
【００５３】
ここで、人間の温度変化に対する時間的分解能は、圧力変化に対する時間的分解能よりも低いことが知られている。これは、圧力センサ３３が、触覚センサ３ｂが接触対象Ｏから受けた圧力を検出する際のサンプリングレートと同じサンプリングレートで温度センサ３１を駆動しても、温度センサ３１が取得した温度情報の変化を操作者Ｕが感知できない可能性を示唆している。したがって、実施の形態に係る触覚センサ３ｂにおいて、温度センサ３１のサンプリングレートは、圧力センサ３３のサンプリングレートよりも小さく設定されている。これにより、触覚センサ３ｂは、接触対象Ｏを計測して取得する物理量のデータを削減することができる。
【００５４】
また、実施の形態に係る触覚センサ３ｂにおいて、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じる振動を加速度センサ３２を用いて検出する。この方法に対して、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じる振動の情報を、そのときに発生する音声情報としてマイクロフォンを用いて取得する技術も存在する。
【００５５】
一般に、マイクロフォンのサンプリングレートは人間の可聴域に基づいて設定されている。人間の可聴域は２０Ｈｚから２００００Ｈｚと言われているため、ナイキスト周波数を考慮して、マイクロフォンのサンプリングレートは４４１００Ｈｚに設定されていることが多い。この場合、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じる振動の情報をマイクロフォンを用いて取得すると、そのサンプリングレートは４４１００Ｈｚとなる。
【００５６】
一方、実施の形態に係る触覚センサ３ｂが備える加速度センサ３２のサンプリングレートは、一般的なマイクロフォンのサンプリングレートよりも低く設定されている。これにより、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じる振動の情報を一般的なマイクロフォンを用いて取得する場合と比較して、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは振動の情報を削減することができる。
【００５７】
図７は、実施の形態に係る触覚センサ３ｂが備えるセンサ群のサンプリングレートの大小関係の一例を表形式で示す図である。図７に示すように、実施の形態に係る触覚センサ３ｂにおいて、圧力センサ３３のサンプリングレートは、温度センサ３１のサンプリングレートよりも大きい。また、圧力センサ３３のサンプリングレートは、加速度センサ３２のサンプリングレートよりも小さい。
【００５８】
このように、人間の時間分解能の低い温度変化を取得する温度センサ３１のサンプリングレートを他のセンサのサンプリングレートよりも小さくすることにより、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、接触対象Ｏを計測して取得する物理量のデータを削減することができる。また、一般的なマイクロフォンのサンプリングレートよりも加速度センサ３２のサンプリングレートを小さくすることにより、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、振動伝達部材４１が接触対象Ｏと接触したことによって生じる振動の情報をマイクロフォンを用いて取得する場合と比較して、実施の形態に係る触覚センサ３ｂは、振動の情報を削減することができる。
【００５９】
＜実施の形態に係る制御装置１が奏する効果＞
以上説明したように、実施の形態に係る制御装置１によれば、データ量を抑制しつつ複数の物理量を計測できるテレイグジスタンスシステムＳのスレーブロボットＲ用の触覚センサ３ｂを提供することができる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・制御装置
２・・・提示装置
２ａ・・・ヘッドマウントディスプレイ
２ｂ・・・触覚提示装置
２ｃ・・・ヘッドフォン
２ｄ・・・撮像素子
３・・・センサ
３ａ・・・撮像素子
３ｂ・・・触覚センサ
３ｃ・・・マイクロフォン
３０・・・滑り止め部
３１・・・温度センサ
３１ａ・・・接触型温度センサ
３１ｂ・・・非接触型温度センサ
３２・・・加速度センサ
３３・・・圧力センサ
３５・・・マイクロコントローラ
３６・・・ＡＤコンバータ
３７・・・計装アンプ
３８・・・発振子
３９・・・電圧レギュレータ
４０・・・ジャンパ
４１・・・振動伝達部材
４２・・・圧力伝達部材
Ｃ・・・フレキシブル基板
Ｈ・・・手部
Ｎ・・・通信ネットワーク
Ｒ・・・スレーブロボット
Ｓ・・・テレイグジスタンスシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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