(57)【要約】【課題】ボタン配置の設計自由度を拡張する。【解決手段】力覚検知システム１は、物体１０の外面に仮想的なボタン１６を配置する。この力覚検知システム１は、物体１０の外面の領域の位置ベクトル、及びボタン１６が配置される領域の位置ベクトルを記憶しておくＲＯＭ１９と、物体１０の一の支点に作用する応力又はモーメントの測定値を取得する力覚センサ１１と、物体１０の外面の領域の位置ベクトル及び測定値を用いて、Ｆｄｉｓ＋Ｆｓｕｍ＝０，Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋Ｍｓｕｍ＝０，Ｆｓｕｍ＝ΣＦｊ，Ｍｓｕｍ＝Σ｛Ｆｊ×（Ｐｊ−Ｐｏ）｝＋ΣＭｊから外力Ｆｄｉｓの大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓを算出する演算手段２０と、この演算手段２０で算出された作用点Ｐｄｉｓが、ボタン１６が配置される領域の位置ベクトルと一致する場合に、ボタン１６が押されたと判断する判断手段２１と、を備えている。【選択図】図２
2015169457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の外面に仮想的なボタンを配置する力覚検知システムであって、
前記物体の外面の領域の位置ベクトル、及び前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルを記憶しておく記憶手段と、
前記物体の一又は複数の支点に作用する応力又はモーメントの測定値を取得する力覚センサと、
前記物体の外面の領域の位置ベクトル及び５種類の前記測定値を用いて、下記式（１）〜下記式（４）から外力Ｆｄｉｓの大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓを算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルと一致する場合に、前記ボタンが押されたと判断する判断手段と、を備えていることを特徴とする、
力覚検知システム。
Ｆｄｉｓ＋Ｆｓｕｍ＝０・・・（１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋Ｍｓｕｍ＝０・・・（２）
Ｆｓｕｍ＝ΣＦｊ・・・（３）
Ｍｓｕｍ＝Σ｛Ｆｊ×（Ｐｊ−Ｐｏ）｝＋ΣＭｊ・・・（４）
（ここで、Ｆｊは前記力覚センサで測定したｊ番目の前記支点に作用する応力の測定値、Ｍｊは前記力覚センサで測定したｊ番目の前記支点に作用するモーメントの測定値、Ｐｊはｊ番目の前記支点の位置ベクトル、Ｐｏはモーメントを求める基準位置の位置ベクトル、Ｆｓｕｍは全ての前記支点に作用する応力の総和、Ｍｓｕｍは全ての前記支点に作用するモーメントの総和、Σはｊ＝１からｍ（ｍ：前記力覚センサの数）までの総和をそれぞれ示す。ただし、ｊ番目の前記支点に作用するモーメントの値は、応力Ｆｊの測定値から算出した値、又はモーメントＭｊの測定値のいずれか一方を用いる。）
【請求項２】
前記判断手段は、前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動する場合には、該作用点Ｐｄｉｓが、前記記憶手段に記憶されている前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルと一致するときであっても、前記ボタンが押されたと判断しないことを特徴とする、
請求項１に記載の力覚検知システム。
【請求項３】
前記演算手段は、Ｆｊ≒０の場合には、上記式（２）に代えて下記式（５）を用いることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の力覚検知システム。
ｄＦｄｉｓ／ｄｔ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋ｄＭｓｕｍ／ｄｔ＝０・・・（５）
【請求項４】
前記物体の固有振動に起因する外力及びモーメントを除去するノッチフィルタを備えていることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の力覚検知システム。
【請求項５】
前記力覚センサの底部に取り付けられる除振部材を備えていることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の力覚検知システム。
【請求項６】
前記記憶手段は、前記物体の上に置かれる該物体とは異なる第二の物体の重さを記憶しておき、
前記判断手段は、前記演算手段で算出された前記外力Ｆｄｉｓが、前記記憶手段に記憶されている前記第二の物体の重さと一致する場合に、前記物体の上に前記第二の物体が置かれたと判断すると共に、前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、前記第二の物体が置かれた位置と判断することを特徴とする、
請求項１〜５のいずれかに記載の力覚検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家具や家電などに仮想的なボタンを配置する力覚検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットは、医療、福祉、家庭内作業などの分野での利用が検討されているが、こうした人間と接触する環境では、ロボットの動きによって人間に危険が及ばないように十分な安全対策が必要となる。このため、ロボットに、外力を検知する力覚センサを用いた技術を採用することで、人間などへの接触を感知した場合に動作を停止する制御方式が検討されている。
【０００３】
具体的に、力覚センサを用いた技術として、力覚センサの情報から作用点の位置を推定する手法に関するものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。そして、本発明者等が所属する埼玉大学辻研究室では、これらの技術をさらに簡易化することを実現している（特許文献３参照）。
【０００４】
また、類似の技術を実用化したものとして、任天堂株式会社（京都府京都市）から市販されているバランスＷｉｉボード（登録商標、商品名）がある（例えば、非特許文献１参照）。このバランスＷｉｉボード（登録商標）は、利用者がボードに乗って体を動かして操作するテレビゲーム用のコントローラであり、ボードに内蔵された４つの力覚センサから体重の重心位置を推定する。
【０００５】
このような力覚センサを用いた技術は、力覚センサの応答値から外力の作用する位置を特定するだけでなく、種々の分野に応用されることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１９５５１３号公報
【特許文献２】特表昭６２−５００６８２号公報
【特許文献３】特許第４９８８５４５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】任天堂、［online］、ホーム＞Ｗｉｉ＞ＷｉｉＦｉｔ、［平成２６年２月２４日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.nintendo.co.jp/wii/rfnj/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、家具や家電などにボタンを取り付ける際には、ボタンの機構を構築し、その中に配線を施す必要がある。このため、取り付けられたボタンの場所と数にはコストや機構上の制約が多い。例えば、ふたや扉にボタンを配置することが難しい。
【０００９】
また、仮想的なボタンを実現するインタフェースの技術として、携帯電話機の画面等に用いられているタッチパネルがある。この技術によれば、接触位置を検知できるので、画面上に仮想的なボタンを配置することができる。しかしながら、タッチパネルは、接触が起こる位置にセンサを配置しなければならない。すなわち、ボタンを配置しようとする領域全体にセンサを配置しなければならない。このため、センサが多数必要となる。そして、センサをタッチパネルに内蔵していることから、そのタッチパネル上でしか仮想的なボタンを設置することができない。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ボタン配置の設計自由度を拡張する力覚検知システム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】
【００１１】
（１）本発明は、物体の外面に仮想的なボタンを配置する力覚検知システムであって、前記物体の外面の領域の位置ベクトル、及び前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルを、位置ベクトルでそれぞれ記憶しておく記憶手段と、前記物体の一又は複数の支点に作用する応力又はモーメントの測定値を取得する力覚センサと、前記物体の外面の領域の位置ベクトル及び５種類の前記測定値を用いて、下記式（１）〜下記式（４）から外力Ｆｄｉｓの大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓを算出する演算手段と、前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルと一致する場合に、前記ボタンが押されたと判断する判断手段と、を備えていることを特徴とする、力覚検知システム。
【００１２】
Ｆｄｉｓ＋Ｆｓｕｍ＝０・・・（１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋Ｍｓｕｍ＝０・・・（２）
Ｆｓｕｍ＝ΣＦｊ・・・（３）
Ｍｓｕｍ＝Σ｛Ｆｊ×（Ｐｊ−Ｐｏ）｝＋ΣＭｊ・・・（４）
【００１３】
ここで、Ｆｊは前記力覚センサで測定したｊ番目の前記支点に作用する応力の測定値、Ｍｊは前記力覚センサで測定したｊ番目の前記支点に作用するモーメントの測定値、Ｐｊはｊ番目の前記支点の位置ベクトル、Ｐｏはモーメントを求める基準位置の位置ベクトル、Ｆｓｕｍは全ての前記支点に作用する応力の総和、Ｍｓｕｍは全ての前記支点に作用するモーメントの総和、Σはｊ＝１からｍ（ｍ：前記力覚センサの数）までの総和をそれぞれ示す。ただし、ｊ番目の前記支点に作用するモーメントの値は、応力Ｆｊの測定値から算出した値、又はモーメントＭｊの測定値のいずれか一方を用いる。
【００１４】
本発明によれば、外力の作用する範囲が所定の領域内の場合に、仮想的なボタンが押されたと判断することが可能となる。これにより、ボタンの機構を構築したり配線を施したりすることなく、仮想的なボタンを配置することが可能となる。このため、ボタン配置の設計自由度を拡張することができる。例えば、ふたや扉にも容易にボタンを配置することができる。
【００１５】
（２）本発明はまた、前記判断手段は、前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動する場合には、該作用点Ｐｄｉｓが、前記記憶手段に記憶されている前記ボタンが配置される領域の位置ベクトルと一致するときであっても、前記ボタンが押されたと判断しないことを特徴とする、上記（１）に記載の力覚検知システムである。
【００１６】
上記発明によれば、外力の作用する位置が大きく変動する間は、ボタンを反応させず誤認識を防ぐことができる。
【００１７】
（３）本発明はまた、前記演算手段は、Ｆｊ≒０の場合には、上記式（２）に代えて下記式（５）を用いることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の力覚検知システムである。
【００１８】
ｄＦｄｉｓ／ｄｔ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋ｄＭｓｕｍ／ｄｔ＝０・・・（５）
【００１９】
上記発明によれば、微分値を用いた演算との組合せにより、外力が０に近い場合であっても正確な位置演算を実現することができる。
【００２０】
（４）本発明はまた、前記物体の固有振動に起因する外力及びモーメントを除去するノッチフィルタを備えていることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の力覚検知システムである。
【００２１】
上記発明によれば、物体の固有振動の信号をノッチフィルタによって除去するので、固有振動によるノイズを低減することができる。
【００２２】
（５）本発明はまた、前記力覚センサの底部に取り付けられる除振部材を備えていることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の力覚検知システムである。
【００２３】
上記発明によれば、物体のガタを無効化することができる。
【００２４】
（６）本発明はまた、前記記憶手段は、前記物体の上に置かれる該物体とは異なる第二の物体の重さを記憶しておき、前記判断手段は、前記演算手段で算出された前記外力Ｆｄｉｓが、前記記憶手段に記憶されている前記第二の物体の重さと一致する場合に、前記物体の上に前記第二の物体が置かれたと判断すると共に、前記演算手段で算出された前記作用点Ｐｄｉｓが、前記第二の物体が置かれた位置と判断することを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の力覚検知システムである。
【００２５】
上記発明によれば、外力の大きさが所定の値の場合に、物体の上に第二の物体が置かれたと判断することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の上記（１）〜（６）に記載の力覚検知システムによれば、ボタン配置の設計自由度を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る力覚検知システムを採用した物体の概略図である。
【図２】物体に作用する外力を説明する図である。
【図３】マイコンのハード構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】ＣＰＵの機能構成を示すブロック図である。
【図５】力覚検知システムにおける処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る力覚検知システムを採用した物体の概略図である。
【図７】物体に作用する外力を説明する図である。
【図８】変形例である力覚検知システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る力覚検知システム１，２を採用した物体１０，３０について詳細に説明する。
【００２９】
［第１実施形態］まず、図１〜図４を用いて、力覚検知システム１を採用した物体１０の構成について説明する。図１は、物体１０の概略図である。図２は、物体１０に作用する外力Ｆｄｉｓを説明する図である。図３は、マイコン１３のハード構成を概略的に示すブロック図である。図４は、ＣＰＵ１７の機能構成を示すブロック図である。なお、本図及び以降の各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、本図及び以降の各図において、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。また、本願書類において、ベクトル及びその要素を区別して記載せず、双方共に細字で表現する。これは、書体の都合によるものであるが、当業者であれば、書類全体の記載に基づいて容易に区別できるものである。
【００３０】
図１に示される力覚検知システム１は、力覚センサ１１を利用して、物体１０に一又は複数の（本実施形態では、一の）仮想的なボタン１６を配置するシステムである。物体１０には、家具や家電（例えば、電気炊飯器、電子レンジ）など、あらゆるものを採用できる。
【００３１】
具体的に、力覚検知システム１は、物体１０と、力覚センサ１１と、複数の除振シート１２と、マイコン１３（図３参照）と、などを備えている。
【００３２】
物体１０は、物体本体１４と、脚１５と、などを備えている。物体本体１４には、仮想的なボタン１６が設定されている。脚１５は、物体本体１４の下部に設けられている。この脚１５の先端は、物体１０を支える支点１５ａを構成する。
【００３３】
力覚センサ１１は、物体１０の支点１５ａに取り付けられている。この力覚センサ１１は、物体１０の一の支点１５ａに作用する応力Ｆ１及びモーメントＭ１の測定値を取得する。そして、力覚センサ１１は、取得した測定値をマイコン１３（図３参照）に出力する。
【００３４】
防振シート１２は、それぞれ、ゴムなどの防振部材からなる。この防振シート１２は、１ｍｍ程度の厚みを有することが好ましい。そして、防振シート１２は、力覚センサ１１の底部に取り付けられている。
【００３５】
図２に示されるように、物体１０の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用した場合、位置ベクトルをＰ１とする支点１５ａには、応力Ｆ１及びモーメントＭ１が作用する。この場合、力の釣合いを示す下記式（１１）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（１２）が成り立つ。
【００３６】
Ｆｄｉｓ＋Ｆ１＝０・・・（１１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐ１）＋Ｍ１＝０・・・（１２）
【００３７】
そして、上記式（１１）を成分分解することで、下記式（１３）〜下記式（１５）が導かれる。
【００３８】
Ｆｄｉｓｘ＝−Ｆ１ｘ・・・（１３）
Ｆｄｉｓｙ＝−Ｆ１ｙ・・・（１４）
Ｆｄｉｓｚ＝−Ｆ１ｚ・・・（１５）
【００３９】
また、上記式（１２）を展開することで、下記式（１６）〜下記式（１８）が導かれる。
【００４０】
Ｍ１ｘ＝Ｆｄｉｓｚ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）−Ｆｄｉｓｙ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）・・・（１６）
Ｍ１ｙ＝Ｆｄｉｓｘ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）−Ｆｄｉｓｚ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）・・・（１７）
Ｍ１ｚ＝Ｆｄｉｓｙ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）−Ｆｄｉｓｘ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）・・・（１８）
【００４１】
さらに、上記式（１６）〜上記式（１８）に上記式（１３）〜上記式（１５）を代入することで、下記式（１９）〜下記式（２１）が導かれる。
【００４２】
Ｍ１ｘ＝−Ｆ１ｚ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）＋Ｆ１ｙ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）・・・（１９）
Ｍ１ｙ＝−Ｆ１ｘ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）＋Ｆ１ｚ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）・・・（２０）
Ｍ１ｚ＝−Ｆ１ｙ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）＋Ｆ１ｘ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）・・・（２１）
【００４３】
そして、上記式（１９）及び上記式（２０）を整理することで下記式（２２）が導かれる。
【００４４】
Ｐｄｉｓｚ＝（Ｍ１ｘ−Ｆ１ｚＰ１ｙ）／Ｆ１ｙ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｙ）Ｐｄｉｓｙ
＝（−Ｍ１ｙ−Ｆ１ｚＰ１ｘ）／Ｆ１ｘ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｘ）Ｐｄｉｓｘ・・・（２２）
【００４５】
ここで、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙは、力覚センサ１１によって取得される測定値である。そして、Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ，Ｐ１ｚは、マイコン１３（図３参照）に予め記憶されている既知の値である。したがって、上記式（２２）では、Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚだけが未知数である。すなわち、上記式（２２）は、ｙ−ｚ平面に投影された直線が下記式（２３）であり、ｘ−ｚ平面に投影された直線が下記式（２４）である３次元空間の直線を表している。
【００４６】
Ｐｄｉｓｚ＝（Ｍ１ｘ−Ｆ１ｚＰ１ｙ）／Ｆ１ｙ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｙ）Ｐｄｉｓｙ・・・（２３）
Ｐｄｉｓｚ＝（−Ｍ１ｙ−Ｆ１ｚＰ１ｘ）／Ｆ１ｘ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｘ）Ｐｄｉｓｘ・・・（２４）
【００４７】
作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）は、上記式（２２）で表される３次元空間の直線と、物体１０の外面の領域と、の交点として求められる。すなわち、作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）は、上記式（２２）と、物体１０の外面の領域を表す位置ベクトルＰｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚの関係式と、から求められる。ひいては、作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に作用する外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）も求められる。
【００４８】
ここで、物体１０の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に物が置かれた場合、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさは一定になる。一方、物体１０の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）を人が押した場合、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさは一定ではなくぶれが生じる。すなわち、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさのぶれの有無を検知することで、人が押したか否かを判断することが可能になる。外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさのぶれは、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）を時間微分することで求められる。具体的に、外力の時間微分がｄＦｄｉｓ／ｄｔ＝０の場合、外力の大きさにぶれがないと判断できる。一方、外力の時間微分がｄＦｄｉｓ／ｄｔ≒０の場合、外力の大きさにぶれがあると判断できる。
【００４９】
なお、上記式（２２）は、分母がＦ１ｘ又はＦ１ｙとなる項を有していることから、Ｆ１（Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ）≒０の場合、すなわち、Ｆ１（Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ）が０に近づいた場合、誤差が大きくなって正しく計算することができない。そこで、Ｆ１（Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ）≒０の場合、上記式（１２）に代えて、当該式（１２）を時間微分することで導かれる下記式（２５）を用いる。
【００５０】
ｄＦｄｉｓ／ｄｔ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋ｄＭｓｕｍ／ｄｔ＝０・・・（２５）
【００５１】
そして、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙの５種類の測定値を使用する場合を例に説明したが、本発明は、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１ｚのうちの５種類の測定値を使用することができればよく、例えば、上記式（１４）〜上記式（１８）から求める場合には、Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１ｚの５種類の測定値を使用することになる。すなわち、力覚センサ１１は、３軸方向の応力成分及び２軸以上の軸回りのモーメント成分、又は、２軸以上の方向の応力成分及び３軸回りのモーメント成分を測定値として取得することができればよい。
【００５２】
図３に示されるように、マイコン１３は、ＣＰＵ１７と、ＲＡＭ１８と、ＲＯＭ１９と、などを備えている。
【００５３】
ＣＰＵ１７は、各種プログラムが実行されて、各種機能を実現する。ＲＡＭ１８は、ＣＰＵ１７の作業領域として使用される。ＲＯＭ１９は、ＣＰＵ１７で実行される各種プログラムや各種データなどを記憶する。具体的に、ＲＯＭ１９は、物体１０の外面の領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）、及びボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）を記憶しておく記憶手段として機能する。
【００５４】
図４に示されるように、ＣＰＵ１７には、演算手段２０と、判断手段２１と、ノッチフィルタ２２と、が構築される。
【００５５】
演算手段２０は、力覚センサ１１で取得される測定値などを用いて各種演算を行い、種々の数値を算出する。具体的に、演算手段２０は、ＲＯＭ１９に記憶されている物体１０の外面の領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）、及び力覚センサ１１が取得した測定値（Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１ｚ）を用いて、上記式（１１）及び上記式（１２）から外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）を算出する。ただし、Ｆ１≒０の場合、演算手段２０は、上記式（１２）に代えて上記式（２５）を用いて演算を行う。
【００５６】
判断手段２１は、演算手段２０で算出される数値などを用いて各種判断を行う。具体的に、判断手段２１は、演算手段２０で算出された作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、ＲＯＭ１９に記憶されているボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）と一致するかの判断を行う。そして、判断手段２１は、これらが一致する場合に、ボタン１６が押されたと判断する。
【００５７】
ただし、判断手段２１は、演算手段２０で算出された外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさにぶれがない場合には、すなわち、演算手段２０で算出された外力の時間微分がｄＦｄｉｓ／ｄｔ＝０の場合には、演算手段２０で算出された作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、ＲＯＭ１９に記憶されているボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が一致するときであっても、ボタン１６が押されたと判断しない。
【００５８】
そして、判断手段２１は、演算手段２０で算出された作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動する場合には、当該作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、ＲＯＭ１９に記憶されているボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）と一致するときであっても、ボタン１６が押されたと判断しない。
【００５９】
判断手段２１によって、ボタン１６が押されたと判断された場合、予め設定されている物体１０に関する所定の処理が実行される。
【００６０】
ノッチフィルタ２２は、力覚センサ１１で取得された測定値から、物体１０の固有振動に起因する外力及びモーメントを除去する。
【００６１】
次に、図５を用いて、力覚検知システム１における処理の流れを説明する。図５は、力覚検知システム１における処理の流れを説明するフローチャートである。
【００６２】
物体１０の支点１５ａに応力Ｆ１又はモーメントＭ１が作用すると、その測定値が力覚センサ１１によって取得される（Ｓ１００）。
【００６３】
力覚センサ１１によって、応力Ｆ１又はモーメントＭ１の測定値が取得されると、演算手段２０によって、物体１０に作用する外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が算出される（Ｓ２００）。
【００６４】
演算手段２０によって、物体１０に作用する外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が算出されると、判断手段２１によって、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさにぶれがあるかの判断が行われる（Ｓ３００）。
【００６５】
外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさにぶれがある場合（Ｓ３００でＹＥＳ）、判断手段２１によって、当該作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動するかの判断が行われる（Ｓ４００）。
【００６６】
外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用する作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動しない場合（Ｓ４００でＮＯ）、判断手段２１によって、ボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）と一致するかの判断が行われる（Ｓ５００）。
【００６７】
外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさにぶれがない場合（Ｓ３００でＮＯ）、そして、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用する作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、予め設定されている時間内に予め設定されている閾値より大きく変動する場合（Ｓ４００でＹＥＳ）、あるいは、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用する作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、ボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）と一致しない場合（Ｓ５００でＮＯ）、判断手段２１によって、ボタン１６が押されていないと判断される（Ｓ６００
）。
【００６８】
外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用する作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、ボタン１６が配置される領域の位置ベクトルＰｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）と一致する場合（Ｓ５００でＹＥＳ）、判断手段２１によって、ボタン１６が押されたと判断する（Ｓ７００）。
【００６９】
ボタン１６が押されたと判断されると、予め設定されている物体１０に関する所定の処理が実行される（Ｓ８００）。なお、Ｓ３００，Ｓ４００，Ｓ５００の順番は、適宜入れ換えてもよい。
【００７０】
このように、力覚検知システム１によれば、外力Ｆｄｉｓの作用する範囲が所定の領域内の場合に、仮想的なボタン１６が押されたと判断することが可能となる。これにより、ボタンの機構を構築したり配線を施したりすることなく、仮想的なボタン１６を配置することが可能となる。このため、ボタン配置の設計自由度を拡張することができる。例えば、ふたや扉にも容易にボタンを配置することができる。
【００７１】
そして、外力Ｆｄｉｓの作用する位置が大きく変動する間は、ボタン１６を反応させず誤認識を防ぐことができる。
【００７２】
また、微分値を用いた演算との組合せにより、外力Ｆｄｉｓが０に近い場合であっても正確な位置演算を実現することができる。
【００７３】
さらに、物体１０の固有振動の信号をノッチフィルタ２２によって除去するので、固有振動によるノイズを低減することができる。
【００７４】
そして、除振シート１２を備えているので、物体１０のガタを無効化することができる。
【００７５】
要するに、本発明は、家具や家電の外面（カバー）に仮想的なボタンを実装する技術に関するものである。本発明では、家具や家電の支点（支持部）に力覚センサを取り付け、その応答値から外面に発生する外力とその作用位置を推定する。そして、外力の作用位置及び外力ベクトルの推定結果から特定の位置が押されたか否かを判定する。特定の位置が押されたかの判定は、ボタンと等価の機能を持つため、ソフトウエア上で仮想的なボタンを生成しその配置を自由にアレンジすることが可能となる。
【００７６】
なお、外力を計測できることから、単純にＯＮ・ＯＦＦだけではなく、特定の動作（例えば、３回強く押す動作、長押し動作）で機能するボタンを作ることも可能である。本発明の特徴は、汎用性の高さである。力覚センサ以外にセンサを使用しない場合には、信号処理が非常に簡易であり、センサ設置位置も支点（支持部分）である。このことから、ほぼ全ての家具や家電に導入することが可能である。
【００７７】
［第２実施形態］次に、図６及び図７を用いて、力覚検知システム２を採用した物体３０の構成について説明する。図６は、物体３０の概略図である。図７は、物体３０に作用する外力Ｆｄｉｓを説明する図である。なお、ここでは、力覚検知システム２の特徴部分のみを説明し、上記第１実施形態に係る力覚検知システム１と同様の構成、作用、効果についての説明は適宜省略する。
【００７８】
図６に示されるように、力覚検知システム２は、物体１０と、複数の力覚センサ１１と、複数の除振シート１２と、マイコン１３（図３参照）と、などを備えている。物体１０は、物体本体１４と、複数の脚１５と、などを備えている。すなわち、力覚検知システム２は、力覚検知システム１と比較すると、物体１０の脚１５の数が複数となり、それに対応して力覚センサ１１及び防振シート１２の数が複数となっている。
【００７９】
すなわち、複数の力覚センサ１１は、物体１０の複数の支点１５ａのそれぞれに１個ずつ取り付けられている。
【００８０】
図７に示されるように、物体１０の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用した場合、位置ベクトルをＰ１とする支点１５ａには応力Ｆ１及びモーメントＭ１が、位置ベクトルをＰ２とする支点１５ａには応力Ｆ２及びモーメントＭ２が、位置ベクトルをＰ３とする支点１５ａには応力Ｆ３及びモーメントＭ３が、位置ベクトルをＰ４とする支点１５ａには応力Ｆ４及びモーメントＭ４が、それぞれ作用する。この場合、力の釣合いを示す下記式（３１）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（３２）が成り立つ。
【００８１】
Ｆｄｉｓ＋Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＝０・・・（３１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐ１）＋Ｆ２×（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｆ３×（Ｐ３−Ｐ１）＋Ｆ４×（Ｐ４−Ｐ１）・・・（３２）
【００８２】
この場合、複数の力覚センサ１１によって取得される５種類の測定値などを用いることで、上記式（３１）及び上記式（３２）から、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が求められる。
【００８３】
なお、力覚センサ１１の数をｍ個に拡張した場合、力の釣合いを示す下記式（３３）及び下記式（３４）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（３５）及び下記式（３６）が成り立つ。
【００８４】
Ｆｄｉｓ＋Ｆｓｕｍ＝０・・・（３３）
Ｆｓｕｍ＝ΣＦｊ・・・（３４）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋Ｍｓｕｍ・・・（３５）
Ｍｓｕｍ＝Σ｛Ｆｊ×（Ｐｊ−Ｐｏ）｝＋ΣＭｊ・・・（３６）
【００８５】
ここで、Ｆｊは力覚センサで測定したｊ番目の支点に作用する応力の測定値、Ｍｊは力覚センサで測定したｊ番目の支点に作用するモーメントの測定値、Ｐｊはｊ番目の支点の位置ベクトル、Ｐｏはモーメントを求める基準位置の位置ベクトル、Ｆｓｕｍは全ての支点に作用する応力の総和、Ｍｓｕｍは全ての支点に作用するモーメントの総和、Σはｊ＝１からｍ（ｍ：力覚センサの数）までの総和をそれぞれ示す。ただし、ｊ番目の支点に作用するモーメントの値は、応力Ｆｊの測定値から算出した値、又はモーメントＭｊの測定値のいずれか一方を用いる。
【００８６】
この場合、上記第２実施形態に係る力覚検知システム２の場合と同様、複数の力覚センサ１１によって取得される５種類の測定値などを用いることで、上記式（３３）〜上記式（３６）から、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が求められる。なお、詳細は、特許第４９８８５４５号公報を参照されたい。
【００８７】
本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、各実施形態の構成は、可能な範囲で他の実施形態に適用することができる。
【００８８】
すなわち、上記各実施形態において、各構成の位置、大きさ、長さ、数量、形状、材質、向きなどは適宜変更できる。
【００８９】
すなわち、上記各実施形態において、物体の上に当該物体とは異なる第二の物体が置かれた場合に、そのことを検知するようにしてもよい。
【００９０】
次に、変形例である力覚検知システム３を説明する。図８は、変形例である力覚検知システム３を示す概略図である。なお、ここでは、力覚検知システム３の特徴部分のみを説明し、上記第１実施形態に係る力覚検知システム１と同様の構成、作用、効果についての説明は適宜省略する。
【００９１】
図８に示されるように、力覚検知システム３は、物体１０と、力覚センサ１１と、除振シート１２と、マイコン１３（図３参照）と、第二の物体４０と、などを備えている。
【００９２】
第二の物体４０は、物体１０の上に置かれるものである。物体１０及び第二の物体４０は、例えば電話機を構成する。この場合、物体１０が電話機本体であり、第二の物体４０が受話器である。
【００９３】
ＲＯＭ１９は、物体１０の上に置かれる第二の物体４０の重さを記憶しておく。
【００９４】
判断手段２１は、演算手段２０で算出された外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が、ＲＯＭ１９に記憶されている第二の物体４０の重さと一致する場合に、物体１０の上に第二の物体４０が置かれたと判断すると共に、演算手段２０で算出された作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が、第二の物体４０が置かれた位置と判断する。
【００９５】
このように、力覚検知システム３によれば、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさが所定の値の場合、物体１０の上に第二の物体４０が置かれたと判断することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、家具や家電（例えば、電気炊飯器、電子レンジ）など、ボタンを備えるものに広く利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１，２，３  力覚検知システム
１０，３０  物体
１１  力覚センサ
１２  防振シート（防振部材）
１５ａ  支点
１６  ボタン
１９  ＲＯＭ（記憶手段）
２０  演算手段
２１  判断手段
２２  ノッチフィルタ
４０  第二の物体
【図１】
2015169457.tif 000003
【図２】
2015169457.tif 000004
【図３】
2015169457.tif 000005
【図４】
2015169457.tif 000006
【図５】
2015169457.tif 000007
【図６】
2015169457.tif 000008
【図７】
2015169457.tif 000009
【図８】
2015169457.tif 000010