(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚インタフェースであって、
第１の方向と第２の方向に動くのに適した、ユーザと相互作用するユーザ相互作用要素（１）と、
流体と相互作用する流体相互作用要素（１２）であって、前記流体の粘度が外部刺激により変化し、前記流体相互作用要素（１２）は前記ユーザ相互作用要素（１）に対して少なくとも平行移動不可能に又は少なくとも回転不可能に固定されており、
前記ユーザ相互作用要素（１）の現在位置を測定する手段（１４）と、
粘度が外部刺激によって変化する流体と、前記流体中に命令に基づいて前記外部刺激を生成する生成システム（６）とを含む制動装置であって、前記流体相互作用要素（１２）が前記流体内に配置された制動装置と、
前記刺激値を変更するために前記刺激を生成する命令を前記システムに生成するのに適した制御ユニットと、及び
前記ユーザ相互作用要素（１）に前記ユーザによって印加されるトルクを検出する手段であって、前記ユーザ相互作用要素（１）が回転可能なものである場合、前記トルクの方向と前記トルクが所定の方向で所定の値より大きいか否かを決定するために、前記制御ユニットが、少なくとも前記ユーザ相互作用要素（１）の速度がゼロ又は低速度であると検出されたときの前記トルクについて得られた情報に基づいて前記刺激を生成するように前記生成システム（６）を制御する手段又は、
前記ユーザ相互作用要素（１）に前記ユーザによって印加される力を検出する手段であって、前記ユーザ相互作用要素が平行移動可能なものである場合、前記力の方向と前記力が所定の方向で所定の値より大きいか否かを決定するために、前記制御ユニットが、少なくとも前記ユーザ相互作用要素（１）の速度がゼロ又は低速度であると検出されたときの前記力について得られた情報に基づいて前記刺激を生成するように前記生成システム（６）を制御する手段を備えた触覚インタフェース。
【請求項２】
前記ユーザ相互作用要素に対して前記ユーザによって印加されるトルク又は力を検出する前記手段が少なくとも１つの負荷センサ（４０．１，４０．２，２４０．１，２４０．２）を備え、優先的（preferentially）に予圧されて取り付けられている、請求項１に記載の触覚インタフェース。
【請求項３】
前記ユーザ相互作用要素に対して前記ユーザによって印加される前記トルク又は力を検出する前記手段が、前記トルク又は力が前記第１の方向に印加されたときの負荷を一方の負荷センサが検出し、前記トルク又は力が前記第２の方向に印加されたときの負荷を他方の負荷センサが検出するように配置された２つの前記負荷センサ（４０．１，４０．２，２４０．１，２４０．２）を備えている、請求項２に記載の触覚インタフェース。
【請求項４】
前記ユーザ相互作用要素に対して前記ユーザによって印加された前記トルク又は力を検出する前記手段が、前記触覚インタフェースの要素のうちの１つに対する前記トルク又は力によって生じた歪みを検出する少なくとも１つのセンサを備える、請求項１に記載の触覚インタフェース。
【請求項５】
前記ユーザ相互作用要素に対して前記ユーザによって印加された前記トルク又は力を検出する前記手段が、前記触覚インタフェースの要素のうちの１つに対する前記トルク又は力によって生じた歪みの２つのセンサを備え、前記歪みセンサは、前記トルク又は力が前記第１の方向に印加されたときの歪みを一方の歪みセンサが検出し、前記トルク又は力が前記第２の方向に印加されたときの歪みを他方の歪みセンサが検出するように配置されている、請求項４に記載の触覚インタフェース。
【請求項６】
前記ユーザ相互作用要素（１）に対して前記ユーザによって印加される前記トルク又は力によって歪むように配置されたプルーフ体（２６，１２６，２２６）を備え、前記トルク又は力を検出する前記手段が前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）と接している、請求項１から５のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項７】
前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）が、前記ユーザが歪みを知覚できないような材料で作成されている、請求項６に記載の触覚インタフェース。
【請求項８】
前記ユーザ相互作用要素（１）に対して前記ユーザによって印加された前記トルク又は力によって歪むように配置されたプルーフ体（２６，１２６，２２６）を備え、前記トルク又は力を検出する前記手段が前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）と接しており、前記負荷センサ（４０．１，４０．２，２４０．１，２４０．２）が前記プルーフ体と点接触しており、好ましくは前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）が前記歪みを前記ユーザが知覚できないような材料で作成されている、請求項２又は３に記載の触覚インタフェース。
【請求項９】
前記トルク又は力を検出する手段が取り付けられたフレーム（１６，２１６）を備え、前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）は、前記ユーザ相互作用要素（１）にトルク又は力が印加されたときに歪むように、一方で前記制動装置に固定され、他方で前記フレーム（１６，２１６）に固定されている、請求項６から８のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１０】
前記ユーザ相互作用要素（１）に対して前記ユーザによって印加された前記トルク又は力によって歪むように配置されたプルーフ体（２６，１２６，２２６）を備え、前記トルク又は力を検出する前記手段が前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）と接しており、前記負荷センサ又は前記歪みセンサが前記プルーフ体（２６，１２６，２２６）に対して前記トルク又は力に対する前記負荷センサの測定感度が最大になるように配置されている、請求項２から５のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１１】
前記ユーザ相互作用要素（１）が、回転可能でありかつ回転シャフト（２）にその長手軸（Ｘ）で固定され、前記流体相互作用要素（１２）が回転不可能に固定され、前記回転トルクが決定される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１２】
前記制動装置が回転シャフト（２）の軸と同軸の円形断面を有する円筒ハウジングを備え、前記プルーフ体（２６，１２６）が同軸円形断面を有する円筒状でありかつ前記ハウジングに対して同軸で配置され、前記負荷センサ（４０．１，４０．２）又は歪みセンサが前記回転シャフト（２）の前記回転軸を中心とする円状に配置されている、請求項１０と請求項１１に記載の触覚インタフェース。
【請求項１３】
前記ユーザ相互作用要素（１）が平行移動可能である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１４】
前記流体が磁気粘性流体であり、前記刺激が磁界である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の触覚インタフェースを制御する方法であって、
前記ユーザ相互作用要素の前記現在位置を測定する手段によって提供された情報に基づいて、前記ユーザ相互作用要素の速度を決定するステップと、
前記ユーザ相互作用要素に印加された前記トルク又は力を決定するステップと、
前記ユーザ相互作用要素の前記現在位置を決定するステップとを含み、
前記速度が所定の速度より大きい場合、前記回転方向を前記速度から提供されるものとし、前記刺激を生成する前記システムが前記決定された現在位置と前記決定された回転方向について記録された触覚パターンを適用するように制御され、
前記速度が所定の速度より小さい場合かつ前記トルク又は力が正しきい値より大きいか負しきい値より小さい場合に、前記ユーザ相互作用要素の前記運動方向を前記決定されたトルク又は力から推測し、刺激を生成する前記システムが前記現在位置と前記推測された運動方向について記録された前記触覚パターンに従って刺激を印加するように制御される、方法。
【請求項１６】
前記決定されたトルク又は力が所定の値より小さい時に前記流体に刺激を印加しない、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された触覚レンダリングを有する触覚インタフェースに関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚インタフェースは、ユーザによって操作される回転ボタンの形を取りうる。この場合、インタフェースは、作動ボタンの角度位置とユーザによって加えられた動きに従ってユーザに抵抗を与えるトルクを生成し、これにより、ボタンを回転させたときにユーザによって知覚される触覚パターンを規定することを可能にする。
【０００３】
抵抗トルクは、磁気粘性流体によってボタンに伝達されてもよく、その見掛け粘性は、所定の触覚パターンを規定する磁界を印加することによって変更される。この構成では、触覚感覚はボタンの位置の角度関数であり、特定の触覚パターンの生成が、知覚する触覚品質を低下させる望ましくない作用によって損なわれる。
【０００４】
例えば、インタフェースがストップを再現する場合、ボタンが、触覚ストップとして規定された角度ゾーンに入ったときに大きい抵抗トルクを生成しなければならない。システムはこの構成のとき、この安定状態でロックされる。次に、ユーザは、負荷をかけてボタンを反対方向に回転させ、固着感覚を知覚し、したがって、ユーザが知覚ストップとして規定された角度ゾーンから出るまでにストップから「離れ」なければならない。
【０００５】
特許文献１は、磁気粘性流体を有する触覚インタフェースの例について述べており、このインタフェースの回転シャフト内に、ボタンと磁気粘性流体に接する要素との間の相対運動を導入するばねが提供される。その結果、ユーザが、ストップでボタンを反対方向に動かすとき、ばねによって引き起こされる相対運動によってシャフトが動き、この動きを角度位置センサが検出できる。しかしながら、ばね剛性の選択は複雑であり、実際に、ばねが硬すぎると、ユーザは、角度位置によって検出可能な動きが起こるまで、ばねの剛性に対抗できる大きい負荷を加えなければならない。これと反対に、ばね剛性が低すぎると、ユーザは、ストップ（理論的に無限の剛性）を知覚する代わりにばねの剛性を知覚し、生じるストップ感覚が良質なものでなくなる。
【０００６】
より一般に、ある方向の触覚パターンが逆方向の触覚パターンと異なるときの感覚のシミュレーションは、インタフェースの満足な触覚レンダリングを妨げる固着感覚を生成する可能性がある。
【０００７】
また、触覚パターン（例えば、ストップ）の再現は、ユーザがボタンを放したことが検出されないので、ユーザがボタンを放した場合でも、求められる触覚パターンを生成するために、コイルの電源が見掛け粘度を変化させる磁界を作り出すための連続的な電力消費を必要とするという欠点を伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許公開公報第２００６／０２８０５７５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの目的は、第１の運動方向と第１の運動方向とは反対の第２の方向とで触覚パターンが異なる場合、例えばストップを再現する場合に、改善された触覚レンダリングを提供する触覚インタフェースを提供することである。
【００１０】
前述の目的は、ユーザ相互作用要素（以降、ユーザ相互作用要素と呼ぶ）と流体と相互作用する要素（（以降、流体相互作用要素と呼ぶ））であって、流体の粘度が制御刺激に応じて変化し、少なくとも回転不可能又は少なくとも平行移動不可能に固定された２つの要素と、可変刺激を生成する手段と、ユーザ相互作用要素の現在位置を測定するセンサと、ユーザ相互作用要素に印加される動きが、ユーザと位置測定センサに知覚可能になる前に、ユーザの意図した動作を検出して、ユーザ相互作用要素にユーザが印加しようとする動きの方向を決定する手段とを備えた触覚インタフェースによって達成される。
【００１１】
本発明によって、ユーザ相互作用要素が動く方向の情報ができるだけ早期に得られ、それに応じて磁界を生成する手段を制御することができる。ユーザ相互作用要素がストップゾーン内にあり、ユーザが求める動きの方向がストップの方向と一致する場合は、磁界が維持されるか再印加される。ユーザが求める動きの方向が、ボタンがストップゾーンから出るような方向である場合、磁界は、低減又は抑制される。
【００１２】
位置センサがユーザの意図を検出するほどは敏感でないことに注意されたい。
【００１３】
本発明は、ユーザの動きを予想することによってインタフェースの制御の空間的及び時間的遅延を減少させ、更には抑制することを可能にする。
【００１４】
磁気粘性流体の場合、本発明によってユーザがインタフェース上で動作を保持するか否かを決定でき、連続磁界を印加する必要がなくなるので、消費電力を削減しうる。電気粘性流体が使用されるときに同じ利点が存在する。
【００１５】
ユーザの意図は、ユーザ相互作用要素に印加される力を、インタフェースの要素の歪みで評価することによって検出される。例えば、回転可能な触覚インタフェースの場合、相互作用要素を接続する回転シャフト上、流体と相互作用する要素上、又はより好ましくは触覚パターンを再現する要素とフレームの両方に接続され歪みが測定される追加部分によって、ねじりトルクを検出できる。歪みは、例えば、触覚インタフェースに印加されるトルクの方向と、印加されたねじりトルクが、ユーザが触覚インタフェースを有効に操作したいと見なされる所定のしきい値を越えた否かを決定するのに適した１つ以上の負荷センサによって検出される。
【００１６】
現在位置センサとユーザの意図を決定する手段からの情報の複合処理によって、動きがないときはユーザの意図した動作の方向、又は動きがあるときは回転速度の符号に依存する触覚パターンを適用可能にする。触覚パターンのそのような管理によって、方向を変更するときにユーザが大きな寄生負荷を知覚することなく、触覚パターンを、ボタンのユーザ相互作用要素の望ましい運動方向と関連付けることが可能である。
【００１７】
インタフェースが、ユーザ相互作用要素の現在位置と、ユーザ相互作用要素の動作速度とに従って、流体に印加される可変刺激を調整するのに適した手段を備えることができるときわめて好都合である。ユーザ相互作用要素の動作速度に応じて触覚パターンを適用することによって、ユーザ相互作用要素の動作速度に従って触覚感覚を調整、例えば強調できる。この調整は、パターンの振幅又は形状の変更に関連できる。したがって、触覚パターン値を選択する際に動作速度を考慮することによって、触覚感覚の制御が改善される。例えば、動作速度が高いときに触覚感覚の低下が防止される。
【００１８】
したがって、本発明の内容は、
第１の方向と第２の方向に動くのに適したユーザ相互作用要素と、
流体と相互作用する要素であって、その流体の粘度が、外部刺激により変化し、ユーザ相互作用要素と少なくとも平行移動不可能に又は少なくとも回転不可能に固定された流体と相互作用する要素と、
ユーザ相互作用要素の現在位置を測定する手段と、
その粘度が外部刺激に従って変化する流体と、命令で前記流体内に前記刺激を生成するシステムを含む制動装置であって、流体相互作用要素が前記流体内に配置された制動装置と、
刺激値を変更する命令を前記刺激を生成する前記システムに生成するのに適した制御ユニットと、及び
ユーザ相互作用要素にユーザによって印加されるトルクを検出する手段であって、ユーザ相互作用要素が回転可能なものである場合に、トルクの方向とそのトルクが所定の方向で所定の値より大きいか否かを決定するために、制御ユニットが、少なくともユーザ相互作用要素の速度がゼロ又は低速度であることが検出されたときのトルクについて得られた情報に基づいて前記刺激を生成するようにシステムを制御する手段又は、
ユーザ相互作用要素にユーザによって印加される負荷を検出する手段であって、ユーザ相互作用要素が平行移動可能なものである場合に、力の方向とその力が所定の方向で所定の値より大きいか否かを決定するために、制御ユニットが、少なくともユーザ相互作用要素の速度がゼロ又は低速度であることが検出されたときの力について得られた情報に基づいて前記刺激を生成するようにシステムを制御する手段とを備えた触覚インタフェースを包含する。
【００１９】
一実施形態の一例では、ユーザ相互作用要素に対してユーザによって印加されるトルク又は力を検出する手段が少なくとも１つの負荷センサを備え、優先的に（preferentially）予圧（pre-stressed）されて取り付けられている。好ましくは、ユーザ相互作用要素に対してユーザによって印加されるトルク又は力を検出する手段が２つの負荷センサを備え、この２つのセンサは、トルク又は力が第１の方向に印加されたときの負荷を一方の負荷センサが検出し、トルク又は力が第２の方向に印加されたときの負荷を他方の負荷センサが検出するように配置されている。
【００２０】
一実施形態の更に他の例では、ユーザ相互作用要素に対してユーザによって印加されたトルク又は力を検出する手段が、触覚インタフェースの要素のうちの１つへのトルク又は力によって生じた歪みの少なくとも１つのセンサを備える。好ましくは、ユーザ相互作用要素に対してユーザによって印加されたトルク又は力を検出する手段は、触覚インタフェースの要素のうちの１つへのトルク又は力によって生じる歪みの２つのセンサを備え、前記歪みセンサは、トルク又は力が第１の方向に印加されたときの歪みを一方の歪みセンサが検出し、トルク又は力が第２の方向に印加されたときの歪みを他方の歪みセンサが検出するように配置される。
【００２１】
例えば、触覚インタフェースは、ユーザ相互作用要素に対してユーザによって印加されたトルク又は力によって歪むように配置されたプルーフ体（proof body）備え、トルク又は力を検出する手段が前記プルーフ体と接触している。
【００２２】
好ましくは、プルーフ体は歪みがユーザによって知覚可能でないような材料で作成されている。
【００２３】
負荷センサは、プルーフ体と点接触してもよい。
【００２４】
触覚インタフェースは、トルク又は力を検出する手段が取り付けられたフレームを備え、プルーフ体は、ユーザ相互作用要素にトルク又は力が印加されたときに歪むように、一方で制動装置に固定され、他方でフレームに固定される。
【００２５】
負荷センサ又は歪みセンサは、プルーフ体に対して、トルク又は力に対する負荷センサの測定感度が最大になるように配置されると有利である。
【００２６】
実施形態の一例では、ユーザ相互作用要素は、回転可能であり、かつ回転シャフトにその長手軸で固定され、流体と相互作用する要素は回転不可能に固定され、回転トルクが決定される。次に、制動装置は、回転シャフトと同軸の円形断面を有する円筒形ハウジングを備えることができ、プルーフ体は、同軸円形断面を有する円筒形であり、ハウジングのまわりに同軸で配置され、負荷センサ又は歪みセンサが、回転シャフトの回転軸を中心とする円状に配置される。
【００２７】
実施形態の更に他の例では、ユーザ相互作用要素は平行移動可能である。
【００２８】
例えば、流体は磁気粘性流体であり、刺激は磁界である。
【００２９】
本発明の別の内容は、本発明による触覚インタフェースを制御する方法であり、
ユーザ相互作用要素の現在位置を測定する手段によって提供された情報に基づいて、ユーザ相互作用要素の速度を決定するステップと、
ユーザ相互作用要素に印加されたトルク又は力を決定するステップと、
ユーザ相互作用要素の現在位置を決定するステップとを含み、
速度が所定の速度より大きい場合に、回転方向を速度によって提供されるものとし、刺激を生成するシステムが、決定された現在位置と決定された回転方向について記録された触覚パターンを適用するように制御され、
速度が所定の速度より低い場合かつトルク又は力が正しきい値より大きいか負しきい値より小さい場合に、ユーザ相互作用要素の運動方向を決定されたトルク又は力から推測し、刺激を生成するシステムが、この現在位置と推測された運動方向について記録された触覚パターンに従って刺激を印加するように制御される。
【００３０】
決定されたトルク又は力が所定の値より小さい場合に、刺激は流体に印加されない。
【００３１】
実施形態の１つの有利な例では、ユーザ相互作用要素の現在位置と、ユーザ相互作用要素の動作速度とに従って流体に印加される可変刺激を調整するのに適した手段が提供され、制御ユニットは、少なくとも、
動作速度の標準または平均（norm）が第１の所定の値以下かつゼロではなく、かつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第１の触覚パターンの値を含む第１のデータベースと、
動作速度の標準が第２の所定の値と少なくとも等しく、かつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第２の触覚パターンの値を含む第２のデータベースと、
動作速度の標準が第３の所定の値以下であってゼロではなく、かつユーザ相互作用要素が第２の方向に動かされるときの第３の触覚パターンの値を含む第３のデータベースと、
動作速度の標準が少なくとも第４の所定値と等しく、かつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第４の触覚パターンの値を含む第４のデータベースと、
ユーザ相互作用要素の動作方向、第１及び／又は第２のデータベース、又は第３及び／又は第４のデータベースに従って使用する命令を生成して、生成された命令に基づいて新しい触覚パターンの値を決定するのに適した手段とを備える。
【００３２】
一実施形態の更に他の例では、制御ユニットが、少なくとも、
動作速度の標準が、第１の所定の値以下でありかつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第１の触覚パターンの値を含む第１のデータベースと、
動作速度の標準が第２の所定の値と少なくとも等しくかつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第２の触覚パターンの値を含む第２のデータベースと、
動作速度の標準が第３の所定の値以下でありかつ、ユーザ相互作用要素が第２の方向に動かされるときの第３の触覚パターンの値を含む第３のデータベースと、
動作速度の標準が少なくとも第４の所定値と等しくかつユーザ相互作用要素が第１の方向に動かされるときの第４の触覚パターンの値を含む第４のデータベースと、
ユーザ相互作用要素の動作方向、第１及び／又は第２のデータベース、又は第３及び／又は第４のデータベースに従って使用する命令を生成して、生成された命令に基づいて新しい触覚パターンの値を決定するのに適した手段とを備える。
【００３３】
好ましくは、命令を生成する手段が、第１のデータベースの値と第２のデータベースの値の間、又は第３のデータベースの値と第４のデータベースの値の間に、補間（例えば、一次補間）を適用する。
【００３４】
例えば、第２の所定の速度は第１の動作方向の最大動作速度として定義されてもよく、第４の所定の速度は第２の動作方向の最大動作速度として定義されてもよい。
【００３５】
動作速度を決定する手段は、例えば、現在位置を決定する手段によって提供される情報の派生物を計算する。
【００３６】
実施形態の一例では、ユーザ相互作用要素は、回転可能であり、回転シャフトにその長手軸で固定され、流体と相互作用する要素が回転不可能に固定され、角度位置を測定する手段が角度位置センサを備える。
【００３７】
ユーザ相互作用要素の動作速度を考慮する場合、制御手段は、
ａ）ユーザ相互作用要素の現在位置を決定するステップと、
ｂ）ユーザ相互作用要素の速度を決定するステップと、
ｃ）動作の方向を決定するステップと、
ｄ）決定された動作方向に関して、決定された動作速度の触覚パターンの値を決定するステップと、
ｅ）前記刺激を生成するシステムに命令を生成するステップとを含む。
【００３８】
ステップｄ）で、第１の所定の値より小さくゼロではない動作速度に関する触覚パターンの第１の値と、少なくとも第２の所定の値に等しい動作速度に対する触覚パターンの第２の値とに基づいて、触覚パターンの値を決定できる。
【００３９】
例えば、ステップｄ）は、しきい値関数によって決定された動作速度の触覚パターンの前記値を計算するステップであり、決定された動作速度のパターンの値は、第１の所定の値より小さい動作速度の触覚パターンの第１の値、又は少なくとも第２の所定の値と等しい動作速度の触覚パターンの第２の値のいずれかでよい。
【００４０】
好ましくは、前記方法は、ステップｄ）の前にユーザ相互作用要素に対するユーザの意図する動作を決定するステップを含みうる。ステップｄ）で、必要に応じてゼロの第１の所定の値以下の動作速度に関する触覚パターンの第１の値と、少なくとも第２の所定の値の動作速度に対する触覚パターンの第２の値とに基づいて、触覚パターンの値を決定できる。
【００４１】
ステップｄ）は、補間、例えば一次補間によって決定された動作速度の触覚パターンの前記値を計算するステップでよい。
【００４２】
本発明は、以下の説明と添付図面に基づいてより明瞭に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による触覚インタフェースの例の縦断面図である。
【図２】図１のインタフェースの平面Ａ−Ａに沿った横断面図である。
【図３】図１のインタフェースに使用されるプルーフ体の一実施形態の例の斜視図である。
【図４】図１のインタフェースに使用されうるプルーフ体の一実施形態の更に他の例の斜視図である。
【図５】触覚インタフェースの更に他の例の側面図である。
【図６Ａ】図５のインタフェースに使用されるプルーフ体の異なる図である。
【図６Ｂ】図５のインタフェースに使用されるプルーフ体の異なる図である。
【図６Ｃ】図５のインタフェースに使用されるプルーフ体の異なる図である。
【図７】本発明による触覚インタフェースの制御アルゴリズムの例を表わす図である。
【図８】本発明による触覚インタフェースの制御アルゴリズムの例を表わす図である。
【図９】本発明による線形触覚インタフェースの例の拡大図である。
【図１０】触覚インタフェースの好ましい例の制御アルゴリズムの更に他の例を示す図である。
【図１１】触覚インタフェースの好ましい例の制御アルゴリズムの更に他の例を示す図である。
【図１２】ユーザ相互作用要素の動作速度に従って磁気粘性制動装置によって適用される制動レベルのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下の説明では、回転ボタンを有する触覚インタフェースの例を詳細に述べるが、本発明が、カーソル型直線運動を有する触覚インタフェースにも適用可能であることが理解されよう。このインタフェースは、磁気粘性流体（すなわち、その見掛け粘度が印加される磁界によって変化する）を使用するが、電気粘性流体（すなわち、見掛け粘度が印加される電界によって変化する）の使用は、本発明の範囲外ではない。
【００４５】
図１は、本発明による回転触覚インタフェースＩ１の実施形態の例の縦断面図である。
【００４６】
触覚インタフェースＩ１は、ユーザによって操作されるように意図され以下で「ボタン」と呼ばれる要素１を備え、このボタンは、軸Ｘのまわりに回転可能なシャフト２に回転不可能に固定され、またシャフト２の回転に対抗する抵抗負荷生成装置４又は磁気粘性制動装置を備える。
【００４７】
制動装置４は、特性を磁界によって調整できる流体を含み、磁界を生成するシステム６が、ハウジング８内に収容される。流体は、例えば、磁気粘性液体である。ハウジング、流体及び磁界を生成するシステムを含む組立体は、磁気粘性制動装置を構成する。
【００４８】
ハウジング８は、磁気粘性流体を収容する気密チャンバ９を画定する。このチャンバのすべて又は一部が、システム６によって生成された磁界を受ける。ハウジング８は、側壁８．１、下端８．２及び上端８．３を有する。
【００４９】
シャフト２は、上端８．３を横切り、チャンバ９を横切り、下端８．２を横切る。シャフト２の端２．１は、その反対側でボタン１を支持し、ハウジング８の下端に収容され、下端８．２内に取り付けられた軸受１１によって回転可能にガイドされる。シール１３（例えば、Ｏリング）が、シャフトと下端及び上端との間の気密を保証する。
【００５０】
ハウジング８は、磁気粘性流体を収容する気密チャンバを画定する。
【００５１】
制動装置４は、また、シャフト２に回転不可能に固定されて気密チャンバ１０に収容された要素１２を備える。この要素は磁気粘性流体と相互作用するのに適しており、要素１２の回転は磁気粘性流体によって見掛け粘度に応じて制動される。
【００５２】
図示の例では、要素１２は、底１２．３に固定された円形断面を有する２つの同心側壁１２．１及び１２．２を備え、底１２．３はシャフトと回転不可能に固定されている。
【００５３】
あるいは、要素１２は、１つの側壁又は３つ以上の同心円側壁を備えていてもよい。あるいは、要素１２は、円盤によって構成されてもよい。更に、相互作用要素は、動きに対する抵抗を高めるために、スロット及び／又は突出又は中空部分を備えてもよい。
【００５４】
図示の例では、ハウジング８の下端８．２は、気密チャンバ９の内容積が相互作用要素１２の内容積に対応する形状を有するような形状を有し、これにより、必要とされる流体の量を減少できる。図示の例では、ハウジングに固定された円形断面を有する円筒要素１３が、２つの側壁１２．１，１２．２の間に挿入され、このことは、側壁１２．１及び１２．２が回転されたときの磁気粘性流体のせん断効果に寄与する。
【００５５】
要素１２の側壁１２．１，１２．２は、磁性材料又は非磁性材料で作成されうる。
【００５６】
図示の例では、可変磁界を生成するシステム６が、ハウジングに固定され相互作用要素１２の内側に配置されたコイルと、制御ユニットによってボタンの動きと記録済みパターンとに従って制御される電流源（図示せず）を備える。
【００５７】
インタフェースは、図示の例では、ハウジング外に位置しシャフトに部分的に固定された位置センサ１４を備える。位置センサ１４は、この例では、現在角度位置によって表されるボタンの現在位置を測定することを可能にする。これは、例えば、インクリメンタル光学エンコーダから成りうる。
【００５８】
触覚インタフェースは、また、ハウジング８が配列されたフレーム１６を備える。フレーム１６は、第１及び第２の端フランジ１８，２０と、２つのフランジ１８，２０に固定された側壁２２とを備え、回転シャフトが第１のフランジ１８を横切る。位置センサ１４は、フレームの第１のフランジに取り付けられている。
【００５９】
インタフェースは、また、ユーザの意図した動作を検出する手段を備え、したがって、これらの手段は、ユーザと位置センサによって知覚可能なボタンの動きが印加される前にユーザによって印加されたトルクを検出する。
【００６０】
図示の例では、この手段は、ユーザと負荷センサによって印加されるトルクによって生じる歪みを検出するプルーフ体２６を備える。プルーフ体は、図３に単独で示されている。プルーフ体２６は、一方の縦方向端２６．１によってフレーム１６に固定され、他方の縦方向端２６．２によって磁気粘性制動装置、すなわち図示の例ではハウジング８に固定される。負荷センサは、ハウジング８に固定される縦方向端２６．２で、プルーフ体と接触する。
【００６１】
図１、図２及び図３に示した例では、プルーフ体２６は、縦方向端２６．２で底２８によって閉じられた円形断面を有する筒状形状の本体を有する。環状カラー３０が、他の縦方向端２６．１に半径方向外方に延在する。
【００６２】
プルーフ体の内径は、機能的間隙だけ大きくされたハウジング８の外径と一致する。プルーフ体の底は、ハウジングと、フレーム１６の第２のフランジ２０との間に配置される。
【００６３】
プルーフ体は、フランジ１８とカラー３０を通る少なくとも１本のねじ３２によってフレームに固定される。図示の例では、ねじ３２は、また、フランジ１８を側壁２８に接続する。
【００６４】
プルーフ体の底２８は、少なくとも１本のねじ３４によってハウジング８に固定されている。
【００６５】
プルーフ体２６は、また、縦方向端２６．２から突出する要素３６を備え、その反対側でハウジングと接触する。要素３６は、フレームのフランジ２０に形成された空所３８に収容される。
【００６６】
図示の例では、突出要素３６は、長手軸を中心とする角度部分の形状を有する。角度部分３６は、２つの面３６．１及び３６．２によって画定される。空所３８は、角度部分３６の形状に対応する形状を有し、角度部分３６の１つの面３６．１，３６．２にそれぞれ面する２つの面３８．１，３８．２によって画定される。負荷センサ４０．１は、角度部分の面３６．１と接する空所の面３８．１に取り付けられ、負荷センサ４０．２は、角度部分３６の面３６．２に接する空所の面３８．２に取り付けられる。各負荷センサ４０．１，４０．２と、プルーフ体２６との間に、ポイント型機械接点が提供される。負荷センサ４０．１，４０．２は、好ましくは（advantageously）予圧（pre-stressed）されて取り付けられている。
【００６７】
ボタンにトルクが印加されたとき、ボタンは、流体と相互作用するハウジング８を介したプルーフ体２６のねじれ歪みを引き起こし、流体は相互作用要素１２と相互作用し、相互作用要素１２はシャフト２に接続されている。この歪みは、ボタンの回転方向に応じて負荷センサ４０．１，４０．２のいずれかによって検出される。
【００６８】
プルーフ体は、例えば、ＡＢＳなどのプラスチック材料で作成される。
【００６９】
プルーフ体の材料とその形状は、印加される最小トルクと最大トルク、負荷センサの感度、及び求められる検出しきい値に従って決定されうる。更に、プルーフ体の歪みは、ユーザが知覚可能でないようなものである。例えば、数マイクロメートルのプルーフ体の歪みは、ユーザが知覚可能でないと考えられうる。
【００７０】
あるいは、負荷が、ハウジング８上又は回転シャフト上で直接測定されてもよく、この場合はトルクセンサが使用される。しかしながら、トルクセンサは、力センサと比べて高コストでかなり大きいサイズを有する。更に、トルクセンサは、正確で較正されたトルク値を提供するが、この情報は、本発明の範囲内で有効ではない。
【００７１】
負荷センサは、例えば、ホイートストンブリッジの形で組み立てられたピエゾ抵抗素子を使用して実現され、ピエゾ抵抗素子は、１ニュートン当たり数十ｍＶ程度の感度を、最大負荷での動きを数十マイクロメートルに制限するのに十分な高い剛性で可能にする。あるいは、負荷センサは、例えばプルーフ体に直接適用されてその歪みを検出する歪みゲージによって構成された１つ以上の歪みセンサによって置き換えられてもよい。
【００７２】
図４に、プルーフ体１２６の更に他の例を示す。その概略形状は、プルーフ体２６の形状と同一であるが、プルーフ体１２６の側壁に縦方向スロット１２７が設けられている。好ましくは、スロット１２７は、規則的な角度で分散される。プルーフ体は、この実施形態では、歪みに対してより大きい能力を示す。例えば、プルーフ体は、アルミニウム合金で作成される。
【００７３】
長手軸に対して傾けられかつ／又は直線以外の形状（例えば湾曲形状）を有するスロットは、本発明の範囲外ではない。更に、スロットは、必ずしも同じサイズでなくてもよい。
【００７４】
好ましくは、軸方向ねじれ歪みがある状態でプルーフ体の歪みを増幅し同時に本発明の範囲内にない他の歪み（例えば、ユーザによってボタンに寄生的に加えられた半径方向歪み）に対するプルーフ体の歪みを減少させる手段を設けてもよい。これにより、検出の感度が改善され、外乱又は誤検出をなくしうる。
【００７５】
図１から図４のプルーフ体の例では、できるだけ大きい径でセンサを配置することによって測定装置の感度が高められている。
【００７６】
図示の例では、好ましくは、突出要素の壁３６．１及び３６．２は、互いに対して９０度で配置されている。負荷センサ４０．１及び４０．２の点接点と関連したこの位置決めによって、プルーフ体の変形歪みを細分化し、フレーム１６の平面内にある２つの直交構成要素に沿って負荷に対する感度に優先順位を与えることが可能である。その結果、例えば、フレーム１６の平面に対して垂直に印加される寄生負荷の感度が大幅に低下される。更に、センサ４０．１及び４０．２によって測定される直交力の成分の計算又はアルゴリズム処理（例えば、センサが優先的に（preferentially）負荷が予め与えられた(load pre-stress)場合に、２つのセンサの共通測定成分によって重み付けされた２つのセンサ間の測定差に基づく計算など）によって、フレーム１６の平面と平行に印加された寄生負荷に対する感度を、ある程度低下できる。
【００７７】
次に装置の動作例について述べる。
【００７８】
ユーザは、ボタンをその軸のまわりに第１の回転方向に回転させ、ストップとして規定された角度位置にさせる。磁界が磁気粘性流体に印加され、その結果、その見掛け粘度の変化が、ボタンにおける第１の回転方向のストップをシミュレートする流体と相互作用するための要素にトルクを生成する。
【００７９】
ユーザが、ボタン上で負荷を第１の回転方向に維持する場合、プルーフ体２６が、ハウジングを介してねじりトルクを受け、ハウジングは流体と相互作用し、流体がシャフト２に接続された相互作用要素１２と相互作用する。
【００８０】
この歪みは、第１の回転方向の下流に配置された力センサによって測定される。どの力センサが作動したかを知ることによって、ユーザがボタンを回転しようとする方向を決定できる。優先的には（preferentially）、予圧状態で組み立てられた２つの力センサからの測定値を組み合わせて、ユーザがボタンを回転しようとしている方向を決定できる。最小トルクの検出によって、ユーザが実際にボタンを旋回させようとしていることを確認できる。ユーザがボタンをストップで保持しようとしていることが推測されると、磁界が維持され、磁気粘性流体が相互作用要素１２の動きの負荷に対抗する。
【００８１】
ユーザが、ボタンを第１の方向と反対の第２の方向に旋回しようとする場合、第１の回転方向に対して上流に配置された負荷センサが作動する。優先的には、予圧状態で組み立てられた２つの力センサからの測定値を組み合わせて、ユーザがボタンを回転させようとしている新しい方向を決定できる。このことからユーザの意図が推測され、この意図は、最小トルクの検出によって確認される。この場合、磁界が相殺され、流体の見掛け粘度が大幅に低下し、これにより、相互作用要素が、固着作用を受けることなく第２の方向に回転できる。したがって、本発明によってフリーホイールの動作を再現できる。
【００８２】
図５及び図６Ａ〜図６Ｃに、本発明によるインタフェースＩ２の一実施形態の更に他の例を示す。インタフェースＩ２は、フレーム２１６と、制動装置２０４と、ホイールの形状を有するプルーフ体２２６と、ユーザ２０１と相互作用するための要素（ユーザ相互作用要素）を備える。流体と相互作用する要素（流体相互作用要素）は図示されていない。
【００８３】
ホイールは、ハブ２２８と、外側リング２３２と、ハブ２２８を外側リング２３２に接続するスポーク２３０を備える。
【００８４】
この例では、ハブ２２８は、例えばハブ２２８を軸方向に横切るねじによってインタフェースのハウジングに固定され、外側リング２３２は、例えば外側リングを軸方向に横切るねじによってフレームに固定されている。
【００８５】
２つの負荷センサ２４０．１，２４０．２は、スポーク２３０上に乗せられ、プルーフ体２２６がある回転方向に作動されたときにセンサのうちの１つだけが作動するようにスポークに対して配置される。負荷センサは、フレーム２１６上に取り付けられ、スポーク２３０の１つの面に載せられている。あるいは、負荷センサは、予圧状態で組み立てられていてもよく、前述のように、プルーフ体上に配置され（例えば、ねじりトルクが作用したスポークの）歪みを検出する伸長ゲージによって置き換えられてもよい。より一般には、負荷センサは、歪みセンサと置き換えられうる。
【００８６】
この装置の動作は、前述の図１の装置の動作と類似している。
【００８７】
好ましくは、回転手段や平行移動ガイド手段などの機械的ストレスをプルーフ体に印加する手段を追加でき、これにより、予圧状態で組み立てることによって力センサの数を減らすことができる。
【００８８】
これらの力センサ又は歪みセンサから得られたデータが、電子システムによって処理されて、ユーザによってインタフェースに印加されるトルクが、所定のしきい値を超えるか否かが決定される。また、トルク符号が決定され、これにより、ユーザがボタンを動かそうとしている方向を決定可能である。
【００８９】
前述のように、ねじりトルクの実際値の情報は必要なく、ねじれの方向の情報は十分である。したがって、センサが、インタフェースに働く最小トルクをその回転がない状態で検出するのに十分な感度を有する限り、線形、動的、分解能型仕様などとは別に、少なくとも負荷又は歪みの二値化しきい値又は単調関数を検出するのに適した低コストセンサが使用可能になる。また、センサは、最大負荷を劣化なしに保持できるようなものである。
【００９０】
図９は、本発明による線形触覚インタフェースの概略表現例の分解図である。
【００９１】
装置は、軸Ｘに沿った軸方向運動に適したシャフト５０２が取り付けられたハウジング５０８を備える。シャフト５０２は、ユーザ（図示せず）と相互作用する要素を、その長手方向端の少なくとも一方の高さで支持するように意図されている。可変磁界５０６を生成する手段が、ハウジング内に配置される。ハウジングは、磁気粘性流体を収容しシャフト５０２が横切る気密チャンバを規定する。シール５１３が、チャンバのシャフトの気密摺動を保証する。
【００９２】
また、インタフェースは、シャフト５０２の現在の長手方向位置を測定するのに適した位置センサ（図示せず）を備える。
【００９３】
インタフェースは、ユーザの意図する動作を検出する手段を備えている。これらの手段が、ユーザと位置センサによって知覚可能なシャフトの動きが印加される前にユーザによってシャフトに印加される平行移動力（translation force）を検出する。これらの手段はプルーフ体（図示せず）を備え、その歪みは、１つ以上の力又は歪みセンサによって測定される。プルーフ体は、一方がハウジングとフレーム（図示せず）上に取り付けられる。ユーザがシャフトを第１の平行移動方向に動かそうとする場合、プルーフ体はハウジングを介して剪断力を受け、流体と相互作用し、相互作用要素と相互作用し、シャフト５０２に接続される。
【００９４】
ここで、ボタンを操作するときにユーザによって知覚される感覚が記録されたパターンと一致し、改善された触覚レンダリングを提供するように、触覚インタフェースを操作するためのアルゴリズムについて述べる。そのようなアルゴリズムは、連続かつ周期的に適用される。
【００９５】
触覚パターンは、以下のデータに依存する印加される制動負荷によって定義される。
ボタンの現在角度位置、
現在回転方向すなわちボタンをある方向又は別の方向に回転させるユーザの意図する動作、
ボタンの現在回転速度。
【００９６】
この場合、我々は、特に、ボタンの回転速度が、ゼロか、又は少なくともボタンの動きを知覚できないと考えられる値よりも小さい事例に焦点を当てる。
【００９７】
制御電子回路は、角度位置センサの情報と負荷センサの情報を一緒に使用して、制動装置４によって生成される抵抗トルクを決定する。
【００９８】
図７に示されたアルゴリズムは、ボタンが回転される回転方向を決定するために適用される。
【００９９】
使用される変数は、以下のとおりである。
【０１００】
ＳＰＥＥＤ変数は、ボタンの移動速度である。
【０１０１】
ＴＯＲＳＩＯＮ変数は、ねじりトルクの評価である。トルクの正確な値の知識は不要である。この評価は、図１〜図４の実施形態の例でプルーフ体によって作動される力センサによって提供される情報に基づいて得られる。ねじりトルクの評価は、ねじりトルクが、ねじりトルクが印加される方向を示すしきい値より大きいか小さいかを決定できる。
【０１０２】
ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数は、ボタンの動作方向であり、＋１か、−１か、ゼロである。
【０１０３】
第１のステップ３００で、ボタンの運動速度が、例えば角度センサによって提供される情報の派生物の近似によって計算され、その情報は、決定された時間周波数Ｔｅでサンプリングされ、ＳＰＥＥＤ変数が得られる。
【０１０４】
速度は、所定の実際値より小さいときにゼロであると見なされ、従って、周波数Ｔｅでサンプリングされた角度センサによって提供された情報の派生物の近似がゼロ値に戻る。
【０１０５】
次のステップ３０２で、ユーザによって印加されたねじりモーメントの評価関数が、負荷センサによって提供される情報に基づいて計算される。この関数はＴＯＲＳＩＯＮ変数である。
【０１０６】
次のステップ３０４で、ＳＰＥＥＤ変数がゼロか否かが確認され、ゼロの場合、速度の符号がＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数に割り当てられる（ステップ３０６）。
【０１０７】
ＳＰＥＥＤ変数がゼロの場合は、ＴＯＲＳＩＯＮ変数が使用される。
【０１０８】
次のステップ３０８で、ＴＯＲＳＩＯＮ変数がいわゆる「正しきい値」しきい値より大きいか否かが確認され、大きい場合は値＋１がＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数に割り当てられる（ステップ３１０）。
【０１０９】
その他の場合は、次のステップ３１２で、ＴＯＲＳＩＯＮ変数がいわゆる「負しきい値」しきい値より小さいか否かが確認され、小さい場合は値−１がＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数に割り当てられる（ステップ３１４）。
【０１１０】
その他の場合、すなわち、速度がゼロで、ねじりトルクが負しきい値より大きくかつ正しきい値より小さい場合は、次のステップ３１６で、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数がゼロの値をとる。システムは、ボタンにトルクが印加されないことと見なし、例えば、そのことから、ユーザがボタンを放したことを推測できる。
【０１１１】
このアルゴリズムによって、ボタンの運動速度がゼロの場合に、ユーザが、ボタンを動かそうとしている方向を、ボタンの大きい運動なしに決定できる。
【０１１２】
実際には、力センサ又は歪みセンサだけから提供される情報によって、ねじりトルクが印加される方向を、ボタンの大きい動きなしに決定し、それによりユーザがボタンを動かそうとしている方向を決定し、それに従って可変磁界を生成するシステムを制御できる。
【０１１３】
あるいは、相互作用要素の回転速度は、特に回転速度を測定するセンサを使用して測定されうる。このセンサは、例えば、操作シャフトに取り付けられうる。これは、例えば、周波数が回転速度に依存する出力信号を生成する１つ以上の光センサ、１つ以上のホール効果センサ、１つ以上の誘導センサから成ることが可能である。周波数を電圧に変換する手段が提供される。次に、この電圧を制御電子回路によって測定して回転速度を決定できる。「周波数対電圧」変換機能をハウジングに直接内蔵する速度センサが使用できることに注意されたい。
【０１１４】
ダイナモ原理の使用に基づくセンサも使用できる。このセンサは、回転速度に依存するアナログ量、一般に電圧を出力する。次に、この電圧を制御電子回路によって測定して回転速度を決定できる。
【０１１５】
図８に示された第２のアルゴリズムで、システムは次に、触覚パターンのどの値を適用するかを決定する。
【０１１６】
ボタンのそれぞれの動作方向に関して、以下の触覚パターンが事前決定される。
ボタンの正動作方向に定義されたパターンＭ１、
ボタンの負動作方向に定義されたパターンＭ２。
【０１１７】
次に、ボタンに適用される１組の制動パターン値によってパターンが定義される。各パターン値は、ボタンの指定角度位置と関連付けられている。
【０１１８】
そのようなパターンは、データベースに記録されている。
【０１１９】
最初のステップ４００で、ボタンの現在位置が、現在位置センサによって提供された測定値に基づいて決定される。
【０１２０】
次に、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数の値が＋１の場合、パターンＭ１のデータベースＢ１で、ボタンの現在位置と関連したパターンの値Ｖ１を調べる（ステップ４０２）。
【０１２１】
その他の場合、パターンＭ２のデータベースＢ２で、ボタンの現在位置と関連したパターンの値Ｖ２を調べる（ステップ４０４）。
【０１２２】
パターンＭ１とＭ２が同一でもよいことに注意されたい。
【０１２３】
次に、制御電子回路が、磁界を生成するシステムに、パターンＭ１又はパターンＭ２のパターン値に対応する磁界を印加する命令を生成する。
【０１２４】
ユーザが、ボタンを正方向に回転させて、ストップとして規定されたゾーンに入ったとすると、システムは、ストップを再現するパターンを既知の方式で適用する。
【０１２５】
ユーザは、ボタンを正方向に動かすことができず、システムはこの位置でゼロ速度を検出する。
【０１２６】
ねじりトルクに基づいて、ユーザがボタンを回転させようとする方向（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数）を決定する第１のアルゴリズムを適用する。
【０１２７】
ボタンの動作方向のこの情報に基づいて、システムは、第２のアルゴリズムを適用し、適用されるパターンを決定し、これに基づいて、磁界を生成するシステムを制御する。
【０１２８】
方向が正の場合は、ストップパターンが維持されなければならず、ストップをシミュレートするのに十分な磁界の印加が維持される。
【０１２９】
方向が負の場合は、負方向に対応するパターンが再現され、例えば、磁界が減少又は相殺される。ユーザが知覚できないようにボタンを動かす前に磁界が変更されるので、ユーザは、固着感覚を知覚しない。
【０１３０】
本発明は、また、ボタンの所定の現在位置でパターンＭ１及びＭ２を異ならせ、ユーザが回転方向を変化させる場合にこの固着感覚を除去する効果を有する。回転方向を変化させるとき、検出速度はゼロであり、第１と第２のアルゴリズムは、同じように適用される。
【０１３１】
再現されるパターンの値を連続的に決定し、このパターン値に達するために流体の見掛け粘度を連続的に適応させるために、アルゴリズムが連続的に実行されることに注意されたい。
【０１３２】
本発明は、また、ユーザがボタンを放し、感覚をシミュレートする磁界を印加しなくてもよくなったことの検出を可能にし、これは、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数＝０のときに検出される。この場合、コイルの電力消費を遮断できる。
【０１３３】
本発明は、更に、必要とされないときに磁界の生成を中断することによって装置の電力消費を削減するか、等しい消費電力で、きわめて強い磁界を短時間印加して強いストップをシミュレートすることができ、この場合、コイルのサイズは小さいことが好ましい。
【０１３４】
更に、本発明は、ボタンへのトルクの再印加を検出することによってユーザがボタンを再度保持したことを検出することを可能にし、またユーザがボタンを動かそうとする方向を検出し、それにより磁界を生成するシステムを制御して、ユーザが知覚できるほどボタンを動かしたときに、ユーザが触覚感覚を遅延なしに知覚することを可能にする。
【０１３５】
装置の反応時間の長さは、数ミリ秒程度である。
【０１３６】
カーソル型直線運動を有するボタンの場合は、平行移動力が決定される。他の場合、アルゴリズムは、回転ボタンについて述べたものと同一である。
【０１３７】
力センサ又は歪みセンサによって得られた情報は、システムによって他の目的に使用されてもよい。例えば、その情報を使用して、ユーザが自発的にボタンにストップを通過させようとするか否かを決定してもよい。次に、ボタンは、この「間違い」を示す情報を監視システムに報告してもよい。
【０１３８】
本発明によって、固着感覚を大幅に低減するか、固着感覚をなくしてインタフェースの応答を改善することによって、きわめて満足な触覚レンダリングを提供する触覚インタフェースが作成される。更に、この触覚インタフェースは、電力消費を低減できる。
【０１３９】
きわめて好都合な例では、運動方向に加えて、ユーザの意図した動作の検出をボタンの動作速度の値の計算と関連付けて、磁界を生成するシステムに命令を生成可能である。
【０１４０】
この場合、以下の４つのパターンが定義される。
ボタンの正と見なされる動作方向と低回転速度に定義されたパターンＭＰＬ、
ボタンの正の動作方向と高回転速度に定義されたパターンＭＰＲ、
ボタンの負と見なされる動作方向と低回転速度に定義されたパターンＭＮＬ、
ボタンの負の動作方向と高回転速度に定義されたパターンＭＮＲ。
【０１４１】
低速度は、その値が所定のしきい値以下であるがゼロでない速度である。
【０１４２】
高速度は、ボタンを操作できる最大速度と見なされる。正方向の高速度は、負方向の高速度と等しくても異なってもよい。
【０１４３】
動作速度は、好ましくは位置センサによって提供される情報に基づいて近似され、これにより、小型システムを提供できる。しかしながら、回転速度を決定するために、位置センサとは異なる他の装置が使用されうる。
【０１４４】
図１０で、考慮するパターン値を選択するための第１のアルゴリズムが示される。
【０１４５】
最初のステップ６００で、ボタンの位置、動作速度（ＳＰＥＥＤ変数）、及び動作方向（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数）が、現在位置センサによって提供される情報に基づいて決定される。ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数は、値＋１（正と見なされる運動方向）、値−１（負と見なされる運動方向）、又は速度がゼロのときに値０をとりうる。
【０１４６】
ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数が＋１の場合、
低速度正パターンデータベースＢＰＬで、パターン値ＶＰＬを調べ（ステップ６０２）、
高速度正パターンデータベースＢＰＲで、パターン値ＶＰＲを調べる（ステップ６０４）。
【０１４７】
ステップ６０２及び６０４は、同時でもよく順次でもよい。
【０１４８】
あるいは、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数が−１又は０の場合、
低速度負パターンデータベースＢＮＬで、パターン値ＶＮＬを調べ（ステップ６０６）、
高速度負パターンデータベースＢＮＲで、パターン値ＶＮＲを調べる（ステップ６０８）。
【０１４９】
第１のアルゴリズムプロセスの終わりに、ＶＰＬとＶＰＲ、又はＶＮＬとＶＮＲの２つのパターン値が得られる。
【０１５０】
図１１で、磁界を生成するシステムに適用され、比例すると考えられる制動負荷又は現在強度を決定するのに適した第２のアルゴリズムの有利な例が見られる。
【０１５１】
最初のステップ７００で、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数がゼロか否かが確認され、ゼロの場合、この例では、制御ユニットがボタンに負荷を印加しない命令を制動装置に生成し、この場合、磁界が流体に印加されない。アルゴリズムが完了した。あるいは、印加された最後の磁界を維持するように決定されてもよい。このステップは、ステップ７０２の前に行われてもよい。
【０１５２】
ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ変数が０とは異なる場合（すなわち、＋１又は−１の場合）、次のステップ７０２で、次の係数ＡＬＰＨＡが計算される。
【０１５３】
（ａｂｓ（ＳＰＥＥＤ）−Ｖ＿ＭＩＮ）／（Ｖ＿ＭＡＸ−Ｖ＿ＭＩＮ）．
ここで、ａｂｓ（ＳＰＥＥＤ）はＳＰＥＥＤ変数の絶対値であり、
Ｖ＿ＭＡＸは最大動作速度の設定値であり、この値は例えば、ユーザがインタフェースで迅速で大雑把な動きをしようとするときに、ボタンを通常通りに作動させる通常最大回転速度に設定される。
Ｖ＿ＭＩＮは最小動作速度の設定値であり、この値は例えば、ユーザがインタフェースでゆっくりと高精度な動きをしようとするときに、ボタンを通常通りに作動させる通常最小回転速度に設定される。
Ｖ＿ＭＡＸは、パターンＭＰＲ及びＭＮＲが修正なしに確立される高速度に対応する。
Ｖ＿ＭＩＮは、パターンＭＰＬ及びＭＮＬが修正なしに確立される低速度に対応する。
【０１５４】
次のステップ７０４で、係数ＡＬＰＨＡは異常な計算結果を防ぐために０〜１に限定されると有利であり、実際には、例外的にボタンは設定された最大速度を超える速度で作動されることがある。すなわち、動作速度を機械的に制限するものがないので、値ＡＬＰＨＡの計算で結果が１を超えることが起こりうる。同様に、例外的に、ボタンが設定された最低速度より遅い速度で作動され、すなわち、Ｖ＿ＭＩＮにゼロと異なる値を選択できるので、値ＡＬＰＨＡの計算で結果がゼロより小さくなることが起こりえる。
【０１５５】
次のステップ７０６で、ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮ変数が、第１のアルゴリズムによって選択されたパターン値に基づいて一次補間を使用して計算される。
【０１５６】
ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮ＝（１−ＡＬＰＨＡ）＊  ＶＰＬ  ＋  ＡＬＰＨＡ＊  ＶＰＲ（動作方向が正の場合）、または、
ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮ＝（１−ＡＬＰＨＡ）＊  ＶＮＬ  ＋  ＡＬＰＨＡ＊  ＶＮＲ（動作方向が負の場合）
【０１５７】
次のステップ７０８で、ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮ変数が、制動装置に適用される。
【０１５８】
図１１のアルゴリズムで、ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮが、一次補間に基づいて計算される。図１２で、正方向の動作の場合に動作速度に応じたこのパターンの表現が見られる。
【０１５９】
他の補間（例えば、二次補間）を使用することもできる。
【０１６０】
また、しきい値以下の速度で１の値をとり、しきい値を超える速度で別の値をとる、しきい値関数ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＰＡＴＴＥＲＮを使用することが想定されうる。
【０１６１】
図１１のアルゴリズムでは、制動負荷は、ＶＰＲ＞ＶＰＬ（又は、他の動作方向ではそれぞれＶＮＲ＞ＶＮＬ）を選択する場合に、動作速度によって強調される。
【０１６２】
一方、制動負荷が減少し動作速度が増大すること、又はＣＵＲＲＥＮＴ  ＰＡＴＴＥＲＮと速度の関係が単調ではないことを想定できる。
【０１６３】
前述のアルゴリズムは、線形触覚インタフェースに完全に適用でき、その場合、位置センサは、縦方向位置を決定するが角度位置を決定しない。
【０１６４】
本発明による触覚インタフェースは、特に自動車の用途に適し、例えば自動車ドライバを支援する搭載型触覚インタフェースを構成する。この触覚インタフェースは、ＧＰＳ（全地球測位システム）、ラジオ、空調などの様々な車両機器又はアクセサリとの相互作用でユーザを支援できる。
【符号の説明】
【０１６５】
１  ボタン
６  磁界生成システム
１２  相互作用要素
１４  現在位置測定手段
２６，１２６，２２６  プルーフ体
４０．１，４０．２，２４０．１，２４０．２  負荷センサ
【図１】
0006563010.tif 000002
【図２】
0006563010.tif 000003
【図３】
0006563010.tif 000004
【図４】
0006563010.tif 000005
【図５】
0006563010.tif 000006
【図６Ａ】
0006563010.tif 000007
【図６Ｂ】
0006563010.tif 000008
【図６Ｃ】
0006563010.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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