(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、前記非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、を有する擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する目標応答波形パターンとの誤差に基づいて前記試行信号波形を調整し、前記非対称運動を制御するための目標制御信号波形を得る、制御信号推定装置。
【請求項２】
請求項１の制御信号推定装置であって、
前記制御対象の順ダイナミクスモデルは、前記擬似力覚発生装置の力学特性モデル、前記皮膚の力学特性モデル、および前記制御信号波形と前記擬似力覚発生装置に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルに基づいて得られる、制御信号推定装置。
【請求項３】
請求項１または２の制御信号推定装置であって、
前記擬似力覚発生装置は、
前記把持部と、
前記把持部に対する相対位置が固定された支持部と、
前記支持部に支持された弾性体と、
前記弾性体に支持され、前記支持部に対して周期的な非対称運動を行う前記運動部材と、
前記制御信号波形に応じた力を前記運動部材に与えるコイルと、を有し、
前記擬似力覚発生装置の力学系モデルは、
前記コイルによって前記運動部材に与えられる力と、前記把持部に対応する位置および速度と、前記運動部材に対応する位置および速度と、の関係をモデル化したものであり、
前記皮膚の力学系モデルは、
前記把持部に対応する位置および速度と、前記皮膚に与える力との関係をモデル化したものである、制御信号推定装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの制御信号推定装置であって、
前記目標応答波形パターンは、
第１の時間区間では、向きが所定方向であって絶対値が第１の閾値以上である力または加速度を表し、
前記第１の時間区間と異なる第２の時間区間では、向きが前記所定方向の反対方向であって絶対値が前記第１の閾値以内または前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値以内である力または加速度を表し、
前記第１の時間区間が前記第２の時間区間よりも短い、制御信号推定装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの制御信号推定装置であって、
前記誤差に基づいて前記試行信号波形を調整して得られた調整済み試行信号波形を、所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンによって表現した前記目標制御信号波形を得る、制御信号推定装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れかの制御信号推定装置で得られる目標制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、
前記非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、
を有する擬似力覚発生装置。
【請求項７】
請求項６の擬似力覚発生装置であって、
前記目標制御信号波形は、当該擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する目標応答波形パターンとの誤差に基づいて調整された前記試行信号波形である、擬似力覚発生装置。
【請求項８】
対象者に直接的または間接的に支持される第１ベース機構と、
前記第１ベース機構に対して目標制御信号波形である第１制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した前記対象者の第１の皮膚に前記第１制御信号波形に応じた非対称運動に基づく力を与える第１接触機構と、を有する擬似力覚発生装置であって、
前記第１接触機構の質量が前記第１ベース機構の質量よりも小さい、または、前記第１接触機構の質量が前記第１ベース機構の質量と前記第１ベース機構に取り付けられる機構の質量との合計よりも小さく、
前記目標制御信号波形は、
人に直接的または間接的に支持される第２ベース機構と、前記第２ベース機構に対して第２制御信号波形に応じた周期的な第２非対称運動を行うことで前記人の第２の皮膚に非対称運動に基づく力を与える第２接触機構と、を有する第２擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記第２接触機構に接触する前記第２の皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記第２接触機構の位置、速度、加速度、ならびに前記第２の皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記第２制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記第２制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、前記第２接触機構の位置、速度、加速度、ならびに第２の皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる前記第２接触機構の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する目標応答波形パターンとの誤差に基づいて前記試行信号波形を調整して得られる波形である、擬似力覚発生装置。
【請求項９】
請求項８の擬似力覚発生装置であって、
前記第２ベース機構が前記第１ベース機構であり、
前記第２接触機構が前記第１接触機構であり、
前記第２非対称運動が前記非対称運動である、擬似力覚発生装置。
【請求項１０】
請求項８または９の擬似力覚発生装置であって、
前記制御対象の順ダイナミクスモデルは、前記第２擬似力覚発生装置の力学特性モデル、前記皮膚の力学特性モデル、および前記制御信号波形と前記第２擬似力覚発生装置に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルに基づいて得られる、擬似力覚発生装置。
【請求項１１】
請求項８から１０の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記目標応答波形パターンは、
第１の時間区間では、向きが所定方向であって絶対値が第１の閾値以上である力または加速度を表し、
前記第１の時間区間と異なる第２の時間区間では、向きが前記所定方向の反対方向であって絶対値が前記第１の閾値以内または前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値以内である力または加速度を表し、
前記第１の時間区間が前記第２の時間区間よりも短い、擬似力覚発生装置。
【請求項１２】
請求項８から１１の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記接触機構の質量が、零よりも大きく、前記ベース機構の質量の三分の一以下である、擬似力覚発生装置。
【請求項１３】
請求項８から１２の何れかの擬似力覚発生装置であって、
前記非対称運動は、前記目標制御信号波形およびバイアス成分に応じた非対称振動であり、
前記バイアス成分は、前記非対称振動の振動中心を制御する成分である、擬似力覚発生装置。
【請求項１４】
請求項１３の擬似力覚発生装置であって、
前記バイアス成分は、前記非対称振動による擬似的な力覚の呈示方向に前記振動中心を移動させる成分である、擬似力覚発生装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれかの擬似力覚発生装置であって、
前記目標制御信号波形は、
前記誤差に基づいて前記試行信号波形を調整して得られる調整済み試行信号波形を、さらに前記調整済み試行信号波形を所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンによって表現した波形である、擬似力覚発生装置。
【請求項１６】
制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、前記非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、を有する擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記制御信号波形として入力制御信号波形を適用し、前記入力制御信号波形で前記非対称運動を制御した場合における、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を推定する、波形推定装置。
【請求項１７】
制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、前記非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、を有するモデル化対象の擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する目標応答波形パターンとの誤差に基づいて前記試行信号波形を調整し、前記非対称運動を制御するための目標制御信号波形を得る、制御信号推定方法。
【請求項１８】
制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、前記非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、を有する擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、前記把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに前記皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と前記制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、前記制御信号波形として入力制御信号波形を適用し、前記入力制御信号波形で前記非対称運動を制御した場合における、前記把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を推定する、波形推定方法。
【請求項１９】
請求項１から５の何れかの制御信号推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２０】
請求項１６の波形推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似力覚を利用者に知覚させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間非対称な矩形波の制御信号に基づいてリニアアクチュエータを制御し、牽引力錯覚などの擬似力覚を知覚させる擬似力覚発生装置が提案されている（例えば、非特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】雨宮智浩，高椋慎也，伊藤翔，五味裕章，“指でつまむと引っ張られる感覚を生み出す装置「ぶるなび３」”，２０１４年，ＮＴＴ技術ジャーナル，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．９，ｐｐ．２３−２６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同じ矩形波の制御信号を用いても擬似力覚発生装置の構成や持ち方により、知覚される擬似力覚は大きく異なる。しかし、従来の擬似力覚発生装置では、擬似力覚を知覚させるために必要な制御信号の設計方法が限られており、それぞれの擬似力覚発生装置の構成や持ち方に適した制御信号を設定することが困難であった。
【０００５】
本発明の課題は、所望の擬似力覚を知覚させる目標応答波形パターンを得るための目標制御信号を推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行う運動部材と、非対称運動によって生じた力が与えられる把持部と、を有するモデル化対象の擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および、把持部に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する目標応答波形パターンとの誤差に基づいて試行信号波形を調整し、非対称運動を制御するための目標制御信号波形を得る。
【発明の効果】
【０００７】
上述のように本発明では、所望の擬似力覚を知覚させる目標応答波形パターンを得るための目標制御信号を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは実施形態の擬似力覚発生装置を例示するための概念図である。
【図３】図３Ａは擬似力覚発生装置を指で把持する様子を例示した概念図であり、図３Ｂは、擬似力覚発生装置の力学特性モデル、皮膚の力学特性モデル、および制御信号波形と電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルを説明するための概念図である。
【図４】図４Ａは従来の矩形波の制御信号（制御電圧）を例示した図である。図４Ｂは、図４Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図４Ｃは、図４Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図５】図５Ａは実施形態の制御信号（制御電圧）を例示した図である。図５Ｂは、図５Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図５Ｃは、図５Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図６】図６Ａは従来の矩形波の制御信号（制御電圧）を例示した図である。図６Ｂは、図６Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図６Ｃは、図６Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図７】図７Ａは実施形態の制御信号（制御電圧）を例示した図である。図７Ｂは、図７Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図７Ｃは、図７Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは実施形態の擬似力覚発生装置を例示するための概念図である。
【図９】図９は実施形態の擬似力覚発生装置を例示するための概念図である。
【図１０】図１０は、擬似力覚発生装置の力学特性モデル、および皮膚の力学特性モデルを説明するための概念図である。
【図１１】図１１は制御信号波形に対する応答波形を推定する実施形態の波形推定装置を例示したブロック図である。
【図１２】図１２は実施形態の構成を説明するためのブロック図である。
【図１３】図１３Ａは実施形態の制御信号（制御電圧）を例示した図である図１３Ｂは、図１３Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図１３Ｃは、図１３Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図１４】図１４Ａは実施形態の制御信号（制御電圧）を例示した図である。図１４Ｂは、図１４Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置がそれの把持部に接触した皮膚に与える力の波形を例示した図である。図１４Ｃは、図１４Ａの制御信号に基づいて駆動した擬似力覚発生装置の把持部の位置の波形を例示した図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｄは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図１５Ｂは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図１５Ａは図１５Ｂの１５Ａ−１５Ａ概略断面図であり、図１５Ｃは図１５Ｂの概略右側面図であり、図１５Ｄは実施形態の擬似力覚発生装置の使用状態を説明するための概念図である。
【図１６】図１６Ａおよび図１６Ｂは実施形態の振動子を例示するための概念図である。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図１５Ａは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図１７Ｂは図１７Ａの概略右側面図である。図１７Ｃは擬似力覚発生装置の変形例を示した概略断面図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｄは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図１８Ａは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図１８Ｂは図１８Ａの概略右側面図であり、図１８Ｃおよび図８Ｄは図１８Ａの概略正面図である。
【図１９】図１９Ａ〜図１９Ｃは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図１９Ａは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図１９Ｂは図１９Ａの概略右側面図であり、図１９Ｃは図１９Ａの概略底面図である。
【図２０】図２０Ａ〜図２０Ｃは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図２０Ａは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図２０Ｂは図２０Ａの概略右側面図であり、図２０Ｃは図２０Ａの概略底面図である。
【図２１】図２１Ａ〜図２１Ｃは実施形態の擬似力覚発生装置の構成を例示した概念図である。図２１Ａは実施形態の擬似力覚発生装置の概略平面図であり、図２１Ｂは図２１Ａの概略右側面図であり、図２１Ｃは図２１Ａの概略正面図である。
【図２２】図２２Ａおよび図２２Ｂは実施形態の振動子を例示するための概念図である。
【図２３】図２３Ａおよび図２３Ｂは実施形態の構成を例示した概念図である。
【図２４】図２４は実施形態の構成を例示した概念図である。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｃは変形例の動作を説明するための概念図である。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｃは従来の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図２６Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図２６Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図２６Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図２６Ａ〜図２６Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図２７】図２７Ａ〜図２７Ｃは実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図２７Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図２７Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図２７Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図２７Ａ〜図２７Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図２８】図２８Ａ〜図２８Ｃは、非対称な矩形波形パターンの制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図２８Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図２８Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図２８Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図２８Ａ〜図２８Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図２９】図２９Ａ〜図２９Ｃは、非対称な矩形波形パターンを目標応答波形パターンとして最適化された制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図２９Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図２９Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図２９Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図２９Ａ〜図２９Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図３０】図３０Ａ〜図３０Ｃは、非対称な矩形波形パターンの制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図３０Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図３０Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図３０Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図３０Ａ〜図３０Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図３１】図３１Ａ〜図３１Ｃは、非対称な矩形波形パターンを目標応答波形パターンとして最適化された制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示したデータである。図３１Ａは擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示し、図３１Ｂは擬似力覚発生装置から皮膚に与える力［Ｎ］の時系列データを例示し、図３１Ｃは擬似力覚発生装置の位置［ｍ］の時系列データを例示する。図３１Ａ〜図３１Ｃの横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。
【図３２】図３２Ａおよび図３２Ｂは、駆動制御信号の入力波形が正である期間Ｔ１と、負である期間Ｔ２と、擬似力覚発生装置から皮膚に加わる力の非対称性（正負極大力の差）［Ｎ］との関係の一例をステムプロットした図である。ただし、図３２Ａは非対称な矩形波形パターンの制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示しており、図３２Ｂは非対称な矩形波形パターンを目標応答波形パターンとして最適化された制御電圧で駆動させた実施形態の擬似力覚発生装置の特性を例示している。
【図３３】図３３Ａおよび図３３Ｂは、擬似力覚発生装置の制御電圧［Ｖ］の時系列データを例示した図である。
【図３４】図３４は擬似力覚発生装置の変形例を説明するためのブロック図である。
【図３５】図３５は擬似力覚発生装置の変形例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
［概要］
まず概要を説明する。
実施形態では、「制御信号波形」に応じた周期的な「非対称運動」を行う「運動部材」と、非対称運動によって生じた力が与えられる「把持部」と、を有する「擬似力覚発生装置」の力学特性モデル、および、「把持部」に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力（例えば、応力）の少なくとも何れかに対応する波形」と「制御信号波形」との関係を表す「制御対象の逆ダイナミクスモデル（例えば、皮膚に与える力に対応する波形が与えられると制御信号に応じた駆動信号を供給する「電気回路」の入力側電圧を求めるモデル）」に、目標となる「把持部」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「目標応答波形パターン」を適用し、「非対称運動」を制御するための「目標制御信号波形」を得る。「制御対象の逆ダイナミクスモデル」は少なくとも「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」および「皮膚の力学特性モデル」の両方を考慮したモデルである。そのため、様々な「擬似力覚発生装置」の構成および持ち方で所望の「目標応答波形パターン」を実現するために必要な「目標制御信号波形」を容易に得ることができる。これにより、「擬似力覚発生装置」の構成やその持ち方にかかわらず、所望の「目標応答波形パターン」を実現できる。また「制御対象の逆ダイナミクスモデル」を事前に求めておくことができるため、入力された所望の「目標応答波形パターン」に対してリアルタイムに「目標制御信号波形」を得ることができる。なお「モデル」とは複数の値の関係を表す数式を意味する。また「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れか」は、これらの何れか一つであってもよいし、これらの何れか複数であってもよい。「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」は、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れか」の時間波形であってもよいし、その関数値の時間波形であってもよい。「制御信号波形」は、制御信号に応じた波形を意味する。例えば、「制御信号波形」は、制御信号そのものであってもよいし、制御信号に応じた駆動信号を供給する「電気回路」の入力側電圧であってもよいし、出力側電圧（駆動電圧）であってもよいし、入力電流であってもよいし、出力電流（駆動電流）であってもよい。「目標制御信号波形」は、目的の制御信号に応じた波形を意味する。「目標制御信号波形」の例は、電圧の時間波形や電流の時間波形などである。なお、ある物理量の時間波形とは、各時間での物理量からなる波形を意味する。
【００１０】
「制御対象の逆ダイナミクスモデル」は、「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」および「皮膚の力学特性モデル」に基づいて得られるモデルであってもよいし、「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」、「皮膚の力学特性モデル」、および制御信号波形と「擬似力覚発生装置」に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す「電気回路特性モデル」に基づいて得られるモデルであってもよい。後者のように「電気回路特性モデル」を考慮することで、「擬似力覚発生装置」に駆動信号を供給する電気回路の構成に応じて適切な「目標制御信号波形」を得ることができ、様々な「擬似力覚発生装置」の構成および持ち方ならびに「電気回路」で所望の「目標応答波形パターン」を実現するために必要な「目標制御信号波形」を容易に得ることができる。「制御対象の逆ダイナミクスモデル」の例は、「制御信号波形」に対し、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」を得る数式モデルの逆関数（逆写像）あるいは近似逆関数である。なお「制御対象の逆ダイナミクスモデル」によって表される「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」は、「目標応答波形パターン」に対応する波形と同種である。例えば、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」が「把持部の位置」と「制御信号波形」との関係を表す場合、「目標応答波形パターン」に対応する波形は「把持部の位置」を表す波形（各時間での位置を表す波形）である。例えば、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」が「把持部の速度」と「制御信号波形」との関係を表す場合、「目標応答波形パターン」に対応する波形は「把持部の速度」を表す波形（各時間での速度を表す波形）である。例えば、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」が「皮膚に与える力」と「制御信号波形」との関係を表す場合、「目標応答波形パターン」に対応する波形は「皮膚に与える力」を表す波形（各時間での皮膚に与える力を表す波形）である。
【００１１】
例えば「擬似力覚発生装置」は、「把持部」と、「把持部」に対する相対位置が固定された「支持部」と、「支持部」に支持された「弾性体」と、「弾性体」に支持され、「支持部」に対して周期的な非対称運動を行う「運動部材」と、制御信号波形（例えば、前述の「電気回路」の出力電流または出力側電圧）に応じた力を「運動部材」に与えるコイルとを有する。この場合の「擬似力覚発生装置の力学系モデル」の例は、「コイル」によって「運動部材」および「把持部」に与えられる力と、「把持部」に対応する位置，速度，および加速度と、「運動部材」に対応する位置，速度，および加速度と、の関係をモデル化した数式である。「皮膚の力学系モデル」の例は、「把持部」に対応する位置および速度と、皮膚に与える力との関係をモデル化した数式である。
【００１２】
「目標応答波形パターン」は、例えば「第１の時間区間」では、向きが所定方向（第１の方向）であって絶対値が第１の閾値以上である力を表し、「第１の時間区間」と異なる「第２の時間区間」では、向きが所定方向の反対方向（第２の方向）であって絶対値が第１の閾値以内（例えば、第１の閾値未満）である力を表す。「第１の時間区間」は「第２の時間区間」よりも短い。すなわち、「第１の時間区間」での力の波形と「第２の時間区間」での力または加速度の波形とが非対称である。このような「目標応答波形パターン」により、明確な擬似力覚を呈示できる。ここで、「第１の閾値」は人が知覚できる大きさの力の下限値の絶対値であることが望ましい（なお、知覚できる力の大きさには個人差があるため、一般的な下限値を予め求めておき、その値を用いることとしても良い）。「第２の時間区間」での力は「第１の閾値」以内の「第１の閾値」近傍であることが望ましい。「第１の時間区間」での力の絶対値の最大値が「第２の時間区間」での力の絶対値の最大値よりも大きくてもよいし、例えば「第１の時間区間」での力の絶対値の極大値が「第２の時間区間」での力の絶対値の極大値よりも大きくてもよい。特に「目標応答波形パターン」が周期的であり、その１周期が「第１の時間区間」とその「第１の時間区間」に続く「第２の時間区間」とからなることが望ましい。言い換えると、「目標応答波形パターン」の１周期が「第１の時間区間」および「第２の時間区間」の２つの時間区間のみからなることが望ましい。１周期に含まれる「第１の時間区間」は連続した時間区間である。同様に１周期に含まれる「第２の時間区間」は連続した時間区間である。これにより、より明確な擬似力覚を呈示できる。より好ましくは、「目標応答波形パターン」が非対称な矩形波形パターン（時間非対称方形波）または非対称な略矩形波形パターンであることが望ましい。これにより、さらに明確な擬似力覚を呈示できる。なお「擬似力覚」とは、実際には物体（擬似力覚発生装置）が一方向への持続的並進運動をしていないにも関わらず、あたかも並進方向へ動きそうな力が働いているように感じる知覚をいう。なお、擬似力覚の原理については、非特許文献１や参考文献１「特許第４５５１４４８号公報」などに開示されている。すなわち、ある質量をもった物体の並進運動を考える。この並進運動は、擬似力覚を提示したい方向へ大きな加速度で短時間で移動し、逆の方向へは小さな加速度で長時間で移動する、偏加速度（非対称な加速度）をもった周期運動であるものとする。この場合、この物体を含む系を把持している利用者は、この提示方向への擬似力覚を知覚する。これは、人間の知覚特性を利用したものであり、把持動作に関わる固有感覚と触覚によって発生する現象である。なお、擬似力覚を提示するにあたって、ある質量をもった物体の運動パターンは“非対称な加速度”に限定されるものではなく、皮膚に与える力が非対称な力のパターンであるような動きであれば良い。さらに、第１の時間区間用の第１の閾値（人が知覚できる大きさの下限値か、それよりも大きな力を示す値）と、第２の時間区間用の第２の閾値（人が知覚できる力の大きさの下限値か、それよりも小さな力を示す値）を個別に設定することとしても良い。
【００１３】
上述の「目標制御信号波形」を制御信号波形として「擬似力覚発生装置」を駆動し、その「運動部材」がその制御信号波形（目標制御信号波形）に応じた周期的な「非対称運動」を行うことで、その「把持部」の位置、速度、加速度、ならびに「把持部」に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「目標応答波形パターン」またはその近似応答波形パターンを実現できる。その結果、「把持部」に接触した皮膚に、明確な擬似力覚を知覚させることができる。例えば、「擬似力覚発生装置」が「把持部」と、「把持部」に対する相対位置が固定された「支持部」と、「支持部」に支持された「弾性体」と、「弾性体」に支持され、「支持部」に対して周期的な「非対称運動」を行う「運動部材」と、制御信号波形に応じた力を「運動部材」に与えるコイルとを有し、「非対称運動」に基づいた「力」が把持部に接触した皮膚に与えられる。この「力」の波形は周期的であり、「力」の波形の１周期が「第１の時間区間」と「第１の時間区間」に続く「第２の時間区間」とからなる。「第１の時間区間」での「力」の向きが「第１の方向」であり、「第２の時間区間」での「力」の向きが「第１の方向」と反対方向の「第２の方向」であり、「第１の時間区間」での力の波形と「第２の時間区間」での力の波形とが非対称である。これにより「把持部」に接触した皮膚に、明確な擬似力覚を知覚させることができる。
【００１４】
上述した「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」、および、「皮膚の力学特性モデル」、を含む複数のモデルに基づいて得られる、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」と「制御信号波形」との関係を表す「制御対象の順ダイナミクスモデル」に、「制御信号波形」として「目標制御信号波形」を適用してもよい。これにより、「目標制御信号波形」で「運動部材」の非対称運動を制御した場合における、「把持部」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を推定できる。「制御対象の順ダイナミクスモデル」の例は、「制御信号波形」に対し、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」を得る数式モデルである。「制御対象の順ダイナミクスモデル」は、「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」および「皮膚の力学特性モデル」に基づいて得られるモデルであってもよいし、「擬似力覚発生装置の力学特性モデル」、「皮膚の力学特性モデル」、および制御信号波形と前述の「電気回路」の出力との関係を表す「電気回路特性モデル」に基づいて得られるモデルであってもよい。
【００１５】
上述の「制御対象の順ダイナミクスモデル」に「制御信号波形」として「試行信号波形」を適用して得られる、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「推定波形」と、目標となる把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「目標応答波形パターン」との「誤差」に基づいて「試行信号波形」を調整し、非対称運動を制御するための「目標制御信号波形」を得てもよい。すなわち、このような調整後の「試行信号波形」を「目標制御信号波形」としてもよい。「誤差」が最小になるように「試行信号波形」を調整してもよいし、「誤差」が小さくなるように「試行信号波形」を調整してもよい。この方法でも様々な「擬似力覚発生装置」の構成および持ち方で所望の「目標応答波形パターン」を実現するために必要な「目標制御信号波形」を容易に得ることができる。その結果、「擬似力覚発生装置」の構成やその持ち方にかかわらず、所望の「目標応答波形パターン」を実現できる。また、「把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形」と「制御信号波形」の関係が非線形である場合、「制御対象の順ダイナミクスモデル」から「制御対象の逆ダイナミクスモデル」を得ることは困難な場合がある。一方、「推定波形」と「目標応答波形パターン」との誤差が最小になるように調整して「目標制御信号波形」を求める方法では、上述の関係が非線形であったとしても、その非線形特性をも反映させ、この非線形特性を考慮した「目標制御信号波形」を得ることができる。
【００１６】
「制御対象の逆ダイナミクスモデル」または「制御対象の順ダイナミクスモデル」でモデル化された「擬似力覚発生装置」と、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」または「制御対象の順ダイナミクスモデル」が用いられて「目標制御信号波形」が生成される「擬似力覚発生装置」とは同一であってもよいし（すなわち、制御対象の実機である擬似力覚発生装置の力学特性のパラメータを用いて「制御対象の逆ダイナミクスモデル」または「制御対象の順ダイナミクスモデル」が得られてもよいし）、同一でなくてもよい（実機以外の擬似力覚発生装置の力学特性のパラメータを用いてこれらのモデルが得られてもよい）。前者の場合には所望の「目標応答波形パターン」に対してより正確な「目標制御信号波形」を得ることができる。後者の場合には、モデル化された「擬似力覚発生装置」と同一または類似する構成を持つ「擬似力覚発生装置」の「目標制御信号波形」を求めるために利用でき、「目標制御信号波形」の汎用性が高い。すなわち、得られた「目標制御信号波形」を、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」または「制御対象の順ダイナミクスモデル」のパラメータを得た「擬似力覚発生装置」以外の「擬似力覚発生装置」に対して適用できる。
【００１７】
上述のように得られる「目標制御信号波形」を用い、「第１の皮膚」に直接的または間接的に支持される「ベース機構」と、当該「ベース機構」に対して「目標制御信号波形」に応じた周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した「第２の皮膚」に非対称運動に基づく力を与える「接触機構」と、を有する「擬似力覚発生装置」を駆動させてもよい。ただし、「接触機構」の質量は「ベース機構」の質量よりも小さい、または、「接触機構」の質量が「ベース機構」の質量と「ベース機構」に取り付けられる機構の質量との合計よりも小さい。このような構成では、「擬似力覚発生装置」全体の質量が大きい場合でも、「ベース機構」または「ベース機構」とそれに取り付けられる機構に対して、「接触機構」の質量は小さいため、「接触機構」から皮膚に十分な大きさの力が伝達される。これにより、「接触機構」の非対称運動のストロークが従来方式の「擬似力覚発生装置」のリニアアクチュエータと同じであっても、より明確に力覚を呈示できる。あるいは、「接触機構」の非対称運動のストロークが従来よりも小さくても、従来方式と同程度の力覚を呈示できる。すなわち、このような構成では、従来よりも効率的に力覚を呈示できる。好ましくは、「接触機構」の質量が、零よりも大きく、「ベース機構」の質量の三分の一以下であることが望ましい。これにより、より効率的に力覚を呈示できる。
【００１８】
このような構成の「目標制御信号波形」は、「第２ベース機構」と、「第２ベース機構」に対して制御信号波形に応じた周期的な「第２非対称運動」を行う「第２接触機構」と、を有する「第２擬似力覚発生装置」の力学特性モデル、および、「第２接触機構」に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、「第２接触機構」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と制御信号波形との関係を表す制御対象の逆ダイナミクスモデルに、目標となる「第２接触機構」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「目標応答波形パターン」を適用して得られる波形である。好ましくは、「制御対象の逆ダイナミクスモデル」は、「第２擬似力覚発生装置」の力学特性モデル、皮膚の力学特性モデル、および制御信号波形と「第２擬似力覚発生装置」に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す「電気回路特性モデル」に基づいて得られるものであることが望ましい。あるいは「目標制御信号波形」が、「第２ベース機構」と、「第２ベース機構」に対して制御信号波形に応じた周期的な「第２非対称運動」を行う「第２接触機構」と、を有する「第２擬似力覚発生装置」の力学特性モデル、および、「第２接触機構」に接触する皮膚の力学特性モデル、を含む複数のモデルに基づいて得られる、「第２接触機構」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と制御信号波形との関係を表す制御対象の順ダイナミクスモデルに、制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、「第２接触機構」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、目標となる「第２接触機構」の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する「目標応答波形パターン」との誤差に基づいて試行信号波形を調整して得られる波形であってもよい。好ましくは、「制御対象の順ダイナミクスモデル」は、「第２擬似力覚発生装置」の力学特性モデル、皮膚の力学特性モデル、および制御信号波形と「第２擬似力覚発生装置」に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す「電気回路特性モデル」に基づいて得られるものであることが望ましい。「第２擬似力覚発生装置」は、例えば「目標制御信号波形」によって駆動される「擬似力覚発生装置」そのものであり、「第２ベース機構」が「ベース機構」、「第２接触機構」が「接触機構」、「第２非対称運動」が「非対称運動」であってもよいし、その他の「擬似力覚発生装置」であってもよい。「第２ベース機構」が「ベース機構」でなくとも、「第２ベース機構」の質量と「ベース機構」の質量の差が、「ベース機構」もしくは「第２ベース機構」の質量の１割程度以下であれば良い。また、「第２接触機構」が「接触機構」でなくとも、「第２接触機構」の質量と「接触機構」の質量の差が、「接触機構」もしくは「第２接触機構」の質量の１割程度以下であれば良い。
【００１９】
「周期的な非対称運動」は「接触機構」から皮膚に与えた力によって擬似的な力覚を知覚させるための振動であり、「所定方向」の振動の時系列波形と当該「所定方向」と反対方向の振動の時系列波形とが非対称な振動を意味する。「周期的な非対称運動」の例は、非対称振動である。「周期的な非対称運動」の例は、「非対称振動」である。「非対称振動」は、例えば、「ベース機構」に対する「接触機構」の「所定方向」の「物理量」の時系列波形と当該「ベース機構」に対する「接触機構」の「所定方向」と反対方向の「物理量」の時系列波形とが非対称となるような「接触機構」の振動である。「物理量」の例は、「ベース機構」に対する「接触機構」の加速度、速度、もしくは位置、「接触機構」が「ベース機構」に与える力、「接触機構」から皮膚に与えられる力、または「接触部」の加速度、速度、もしくは位置などである。
【００２０】
「ベース機構」が「第１の皮膚」に直接的または間接的に支持され、「接触機構」が直接的または間接的に接触した「第２の皮膚」に非対称運動に基づく力を与える構成の場合、「非対称運動」が「目標制御信号波形」および「バイアス成分」に応じた「非対称振動」であってもよい。この「バイアス成分」は、「非対称振動」の振動中心を制御する成分であり、例えば「非対称振動」による擬似的な力覚の呈示方向に振動中心を移動させる成分である。
【００２１】
「第１の皮膚」と「第２の皮膚」とは同一の対象（人間を含む動物）のものであることが好ましいが、「第１の皮膚」と「第２の皮膚」とが異なる対象のものであってもよい。「βに直接的または間接的に支持されるα」とは、βに直接支持されたα、または介在物を介してβに支持されたαを意味する。「αがβに支持されている」とは、αの運動の一部または全部がβによって制限されていることであり、例えば、αの運動の自由度の一部または全部がβによって制限されていることである。αがβに固定されている場合のみならず、αがβに対して相対的に移動または回転可能であったとしても、αの何らかの動きがβによって制限されている場合には「αがβに支持されている」と言える。「直接的または間接的に接触したβ」とは、介在物を介さずに接触したβであってもよいし、介在物を介して接触したβであってもよい。この介在物は、剛体、弾性体、塑性体、流体、またはそれらの少なくとも一部の特性を併せ持ったものであってもよいが、「接触部」からの力を皮膚に伝達可能なものである必要がある。
【００２２】
その他、「目標制御信号波形」とは異なる制御信号波形に基づいて「接触機構」を駆動させてもよい。すなわち、「第１の皮膚」に直接的または間接的に支持される「ベース機構」と、当該「ベース機構」に対して擬似力覚を知覚させるための周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した「第２の皮膚」に非対称運動に基づく力を与える「接触機構」と、を有する「擬似力覚発生装置」であってもよい。ただし、「接触機構」の質量は「ベース機構」の質量よりも小さい。
【００２３】
［第１実施形態］
以下、図面を用いて第１実施形態を説明する。
＜構成＞
図１に例示するように、本形態のシステムは目標応答波形パターンから目標制御信号波形を得る制御信号推定装置１１、擬似力覚を呈示する擬似力覚発生装置１２、および制御信号推定装置１１で得られた目標制御信号波形から擬似力覚発生装置１２（アクチュエータ）の駆動信号を得る電気回路１３を有する。制御信号推定装置１１は、記憶部１１１、入力部１１２、およびモデル適用部１１３を有する。
【００２４】
＜制御信号推定装置１１＞
制御信号推定装置１１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）等のプロセッサ（ハードウェア・プロセッサ）およびＲＡＭ（random-access memory）・ＲＯＭ（read-only memory）等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。このコンピュータは１個のプロセッサやメモリを備えていてもよいし、複数個のプロセッサやメモリを備えていてもよい。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めＲＯＭ等に記録されていてもよい。また、ＣＰＵのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路（circuitry）ではなく、プログラムを用いることなく処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。また、１個の装置を構成する電子回路が複数のＣＰＵを含んでいてもよい。
【００２５】
＜電気回路１３＞
電気回路１３は、例えばハイパスフィルタ等の特性を持った回路である。
【００２６】
＜擬似力覚発生装置１２＞
擬似力覚発生装置１２は、例えば、支持部１２１、ばね１２２，１２３（弾性体）、コイル１２４、永久磁石である運動部材１２５、および把持部１２６（ケース）を有する。本形態の把持部１２６および支持部１２１は、ともに筒（例えば、円筒や多角筒）の両方の開放端を閉じた形状からなる中空の部材である。ただし、支持部１２１は、把持部１２６よりも小さく、把持部１２６の内部に収容可能な大きさである。把持部１２６および支持部１２１は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂から構成される。ばね１２２，１２３は、例えば、金属等から構成されるつるまきばねや板ばね等である。ばね１２２，１２３の弾性係数（ばね定数）は同一であることが望ましいが、互いに相違していてもよい。運動部材１２５は、例えば、円柱形状の永久磁石であり、長手方向の一方の端部１２５ａ側がＮ極であり、他方の端部１２５ｂ側がＳ極である。コイル１２４は、例えば、一つながりのエナメル線であり、第１巻き部１２４ａと第２巻き部１２４ｂとを有する。
【００２７】
運動部材１２５は支持部１２１の内部に収容され、そこで長手方向にスライド可能に支持されている。このような支持機構の詳細は図示しないが、例えば、支持部１２１の内壁面に長手方向に沿ったまっすぐなレールが設けられ、運動部材１２５の側面にこのレールをスライド可能に支持するレール支持部が設けられている。支持部１２１の長手方向の一端側の内壁面１２１ａには、ばね１２２の一端が固定され（すなわち、支持部１２１にばね１２２の一端が支持され）、ばね１２２の他端は運動部材１２５の端部１２５ａに固定されている（すなわち、運動部材１２５の端部１２５ａがばね１２２の他端に支持されている）。また、支持部１２１の長手方向の他端側の内壁面１２１ｂには、ばね１２３の一端が固定され（すなわち、支持部１２１にばね１２３の一端が支持され）、ばね１２３の他端は運動部材１２５の端部１２５ｂに固定されている（すなわち、運動部材１２５の端部１２５ｂがばね１２３の他端に支持されている）。
【００２８】
支持部１２１の外周側にはコイル１２４が巻きつけられている。ただし、運動部材１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）では、第１巻き部１２４ａがＡ１方向（奥から手前に向けた方向）に巻きつけられており、端部１２５ｂ側（Ｓ極側）では、第２巻き部１２４ｂがＡ１方向と反対向きのＢ１方向（手前から奥に向けた方向）に巻き付けられている。すなわち、運動部材１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）からみた場合、第１巻き部１２４ａは時計回りに巻き付けられており、第２巻き部１２４ｂは反時計回りに巻き付けられている。また、運動部材１２５が停止し、ばね１２２，１２３からの弾性力が釣り合った状態において、運動部材１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）が第１巻き部１２４ａの領域に配置され、端部１２５ｂ側（Ｓ極側）が第２巻き部１２４ｂの領域に配置されることが望ましい。
【００２９】
以上のように配置構成された支持部１２１、ばね１２２，１２３、コイル１２４、および運動部材１２５が、把持部１２６内に収容され、支持部１２１が把持部１２６の内部に固定されている。すなわち、把持部１２６の支持部１２１に対する相対位置が固定されている。ただし、把持部１２６の長手方向は、支持部１２１の長手方向および運動部材１２５の長手方向と一致する。
【００３０】
コイル１２４は、流された電流に応じた力を運動部材１２５に与え、これにより、運動部材１２５は、支持部１２１に対して周期的な非対称運動（支持部１２１を基準とした軸方向に非対称性をもった周期的な並進往復運動）を行う。すなわち、コイル１２４にＡ１方向（Ｂ１方向）に電流を流すと、フレミングの左手の法則で説明されるローレンツ力の反作用により、運動部材１２５にＣ１方向（運動部材１２５のＮ極からＳ極に向かう方向：右方向）の力が加えられる（図２Ａ）。逆に、コイル１２４にＡ２方向（Ｂ２方向）に電流を流すと、運動部材１２５にＣ２方向（運動部材１２５のＳ極からＮ極に向かう方向：左方向）の力が加えられる（図２Ｂ）。ただし、Ａ２方向はＡ１方向の反対方向である。これらの動作により、運動部材１２５およびばね１２２，１２３からなる系に運動エネルギーが与えられる。それにより、把持部１２６を基準とする運動部材１２５の位置および加速度（支持部１２１を基準とした軸方向の位置および加速度）を変化させることができる。
【００３１】
＜前処理＞
本形態の前処理では制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが設定され、記憶部１１１に格納される。本形態の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃは、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形に対し、運動部材１２５を駆動させるための制御信号の波形（制御信号波形）に基づく波形を得るための数式モデルである。本形態の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃは、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、および把持部１２６に接触する皮膚の力学特性モデルＭｓに基づいて得られる。
【００３２】
図３Ａに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の外側が利用者の指１００で把持された状態を想定する。なお、図３Ａでは把持部１２６の側面側（擬似力覚発生装置１２の側面の外側）が把持された状態を例示しているが、把持部１２６の端面側（擬似力覚発生装置１２の長手方向の端面の外側）が把持されている状態を想定してもよい。
【００３３】
図３Ｂに例示するように、この状態を擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄおよび把持部１２６に接触する（把持する）指１００の皮膚の力学特性モデルＭｓで表現する。この例の擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄは、それぞれの質量がｍ１，ｍ２の質点Ｍ１，Ｍ２、それらを接続する弾性係数ｋ２のばね、粘性係数（減衰係数）ｂ２のダンパ、および駆動電圧Ｖｏｕｔに応じて質点Ｍ１，Ｍ２に働く周期的なローレンツ力ｆからなる力学系の特性を表す。図２Ａおよび図２Ｂに例示した構成の場合、ローレンツ力ｆはｆ＝ｉ２ＢＬと表記できる。ただし、ｉ２［Ａ］はコイル１２４に流される電流であり、Ｂはコイル１２４による磁束密度であり、Ｌ［ｍ］は支持部１２１を長手方向に貫く磁束方向と垂直なコイル１２４の長さである。基準原点Ｏ１に対する質点Ｍ１の位置をｘ１と表現し、基準原点Ｏ２に対する質点Ｍ２の位置をｘ２と表現する。ただし、基準原点Ｏ１，Ｏ２は指１００の重心に対する相対位置が固定された点である。また、ｘ１，ｘ２の何れも指１００の重心から図３Ａにおける右方向を正とし、指１００の重心から図３Ａにおける左方向を負とする。ここでは、指の重心は外界に対して動いていないものとする。ｘ１，ｘ２の時間微分値、すなわち速度を
【数１】
0006469041.tif 000002
と表記する。ただし、記載表記の制約上、本明細書ではこれらをｘ・１，ｘ・２と表記する場合もある。図３Ｂに例示する皮膚の力学特性モデルＭｓは、質点Ｍ１と指１００の重心との間の弾性係数ｋ１のばねおよび粘性係数ｂ１のダンパからなる力学系の特性を表す。ここで把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力（例えば、応力）をｆｓと表現する。
【００３４】
擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄおよび皮膚の力学特性モデルＭｓの数式表現は例えば以下のようになる。
≪力学特性モデルＭｄの例≫
【数２】
0006469041.tif 000003
力学特性モデルＭｄの力学系パラメータｍ１，ｍ２，ｋ２，ｂ２は、擬似力覚発生装置１２の設計値あるいは計測値から得られてもよいし、システム同定などの方法で得られてもよい。
≪力学特性モデルＭｓの例≫
ｆｓ＝ｋ１・ｘ１＋ｂ１・ｘ・１    （２）
力学特性モデルＭｓの力学系パラメータｋ１，ｂ１は、システム同定などの方法で得られてもよいし、典型的な値とされてもよい。
【００３５】
《制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの例》
上記の式（１）（２）の未知の時系列パラメータはｆ，ｘ１，ｘ・１，ｘ２，ｘ・２，ｆｓであるが、上記の式（１）（２）を用いてｘ１，ｘ・１，ｘ２，ｘ・２，を消去することにより、ｆとｆｓとの関係式ｆｓ＝Ｆ（ｆ）が得られる。ここで図２Ａおよび図２Ｂの例ではｆ＝ｉ２ＢＬと表記できる。ＢおよびＬは擬似力覚発生装置１２の設計値やシステム同定などの方法で得られる。ｆｓ＝Ｆ（ｉ２ＢＬ）＝Ｆ２（ｉ２）より、関係式
ｆｓ＝Ｆ２（ｉ２）  （３Ａ）
が得られる。この関係式（３Ａ）の逆関数または近似逆関数である
ｉ２＝Ｉｎｖ（ｆｓ）  （３Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００３６】
コイル１２４の抵抗値をＲとし、コイル１２４に与えられる電圧をＶｏｕｔとするとｉ２＝Ｖｏｕｔ／Ｒとなるため、ｆｓ＝Ｆ２（Ｖｏｕｔ／Ｒ）＝ＦＲ（Ｖｏｕｔ）となる。この関係式
ｆｓ＝ＦＲ（Ｖｏｕｔ）（４Ａ）
の逆関数または近似逆関数である
Ｖｏｕｔ＝ＩｎｖＲ（ｆｓ）  （４Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００３７】
上記の式（１）（２）から、ｉ２に対して把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える加速度ｘ・・１を得る関係式
ｘ・・１＝Ｆｍ（ｉ２）  （５Ａ）
を計算し、この関係式（５Ａ）の逆関数または近似逆関数である
ｉ２＝Ｉｎｖｍ（ｘ・・１）  （５Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００３８】
上記の式（１）（２）から、Ｖｏｕｔに対して加速度ｘ・・１を得る関係式
ｘ・・１＝ＦＲｍ（Ｖｏｕｔ）  （６Ａ）
を計算し、この関係式（６Ａ）の逆関数または近似逆関数であるＶｏｕｔ＝ＩｎｖＲｍ（ｘ・・１）  （６Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００３９】
式（１）と式（２）から、ｆに対してｘ・１を得る関係式
ｘ・１＝Ｆ’（ｆ）  （７Ａ）
を計算し、この関係式（７Ａ）の逆関数または近似逆関数である
ｉ２＝Ｉｎｖ（ｘ・１）  （７Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００４０】
式（１）と式（２）とｉ２＝Ｖｏｕｔ／Ｒから、Ｖｏｕｔに対してｘ・１を得る関係式
ｘ・１＝Ｆ’ｘ・Ｒ（Ｖｏｕｔ）  （８Ａ）
を計算し、この関係式（８Ａ）の逆関数または近似逆関数である
Ｖｏｕｔ＝Ｉｎｖｘ・Ｒ（ｘ・１）  （８Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００４１】
式（１）と式（２）から、ｆに対してｘ１を得る関係式
ｘ１＝Ｆｘ（ｆ）  （９Ａ）
を計算し、この関係式（９Ａ）の逆関数または近似逆関数であるｉ２＝Ｉｎｖｘ（ｘ１）  （９Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００４２】
式（１）と式（２）から、Ｖｏｕｔに対してｘ１を得る関係式
ｘ１＝ＦＶ（Ｖｏｕｔ）  （１０Ａ）
を計算し、この関係式（１０Ａ）の逆関数または近似逆関数である
Ｖｏｕｔ＝ＩｎｖＲ（ｘ１）  （１０Ｂ）
を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
【００４３】
＜目標制御信号波形の推定処理＞
本形態の目標制御信号波形の推定処理では、目標応答波形パターンが入力部１１２に入力される。目標応答波形パターンは、目標となる把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに指１００の皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する。いずれの物理量の時間波形パターン（各時間での物理量からなる波形パターン）を目標応答波形パターンとするかは制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの構成に依存する。すなわち、制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃは目標応答波形パターンから目標制御信号波形を得るモデルであり、入力部１１２に入力される目標応答波形パターンはこの制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃに対応した時間波形パターンとなる。例えば、式（３Ｂ）または式（４Ｂ）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には力ｆｓの時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。式（５Ｂ）または式（６Ｂ）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には加速度ｘ・・１の時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。式（７Ｂ）または式（８Ｂ）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には速度ｘ・１の時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。式（９Ｂ）または式（１０Ｂ）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には位置ｘ１の時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。また目標応答波形パターンは、擬似力覚発生装置１２の運動部材１２５を周期的に非対称運動させるための制御信号のパターンである。例えば、目標応答波形パターンは、第１の時間区間Ｔ１では、向きが所定方向であって絶対値が第１の閾値以上である力を表し、第１の時間区間Ｔ１と異なる第２の時間区間Ｔ２では、向きが所定方向の反対方向であって絶対値が第２の閾値以内である力を表す周期的な波形パターンである。第１の時間区間Ｔ１は第２の時間区間Ｔ２よりも短い（Ｔ１＜Ｔ２）。例えば、この周期の１周期はＴ１およびＴ２からなる。好ましくは、目標応答波形パターンが矩形波形パターンまたは略矩形波形パターンであることが望ましい。
【００４４】
目標応答波形パターンはモデル適用部１１３に送られる。モデル適用部１１３は、記憶部１１１から読み出した制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃに目標応答波形パターンを適用し、目標制御信号波形を得て出力する。すなわち、モデル適用部１１３は、制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃに目標応答波形パターンの各時間の物理量を代入し、それに対応する関数値を得、その関数値の時間波形を出力する。例えば、式（３Ｂ）（５Ｂ）（９Ｂ）の場合には、ｉ２の時間波形が目標制御信号波形であり、式（４Ｂ）（６Ｂ）（８Ｂ）（１０Ｂ）の場合には、Ｖｏｕｔの時間波形が目標制御信号波形である。
【００４５】
得られた目標制御信号波形に応じた制御信号（制御電圧または制御電流）は電気回路１３に与えられる。電気回路１３はそれに応じた駆動信号を擬似力覚発生装置１２に送る。擬似力覚発生装置１２はこれに基づいて駆動し、把持部１２６を把持する指１００に対して擬似力覚を呈示する。
【００４６】
＜本形態の特徴＞
本形態では、擬似力覚の呈示のための目標応答波形パターンから擬似力覚発生装置１２の制御のための目標制御信号波形を推定できる。これにより、擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方が変わった場合でも、それぞれに応じて適切な目標制御信号波形を推定できる。また、逆関数または近似逆関数によって事前に制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃを求めることが可能であるため、目標応答波形パターンからリアルタイムに目標制御信号波形を推定できる。
【００４７】
また、目標応答波形パターンを近似的に実現するために必要となる、アンプに必要な特性および擬似力覚発生装置１２に必要な特性が分かり、それらの設計に生かすこともできる。アンプの特性および擬似力覚発生装置１２の特性が規定されている場合には、所望の擬似力覚を生成するのに効果的な刺激が実現できる範囲が分かる。モデル化誤差が予想される場合、どの程度の出力誤差を生み出すかをシミュレーションすることが可能であり、擬似力覚発生装置１２の力学系の設計に有用である。
【００４８】
なお、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓは、目標制御信号波形に基づいて制御される擬似力覚発生装置１２の把持部１２６（すなわち、実機の把持部）が把持された状態をモデル化したものであってもよいし、擬似力覚発生装置１２と同一または類似する他の装置の把持部が把持された状態をモデル化したものであってもよい。前者の場合には、より正確な目標制御信号波形を推定できる。
【００４９】
［第２実施形態］
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、皮膚の力学特性モデルＭｓ、および制御信号波形と電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルＭｅに基づく点が相違する。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明し、既に説明した事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。
【００５０】
＜構成＞
図１に例示するように、本形態のシステムは目標応答波形パターンから目標制御信号波形を得る制御信号推定装置２１、擬似力覚発生装置１２、および電気回路１３を有する。制御信号推定装置２１は、記憶部２１１、入力部１１２、およびモデル適用部２１３を有する。制御信号推定装置２１は、例えば前述した汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。
【００５１】
＜前処理＞
本形態の前処理では制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが設定され、記憶部２１１に格納される。本形態の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃは、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する波形と、運動部材１２５を駆動させるための制御信号の波形（制御信号波形）との関係を表す数式モデルである。本形態の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃは、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、把持部１２６に接触する皮膚の力学特性モデルＭｓ、および制御信号波形と擬似力覚発生装置１２に駆動信号を供給する電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルＭｅに基づいて得られる。
【００５２】
図３Ａに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の外側が利用者の指１００で把持された状態を想定する。制御電圧Ｖｉｎが伝達関数Ｈ（Ｓ）の電気回路の入力とされ、伝達関数Ｈ（Ｓ）の出力が駆動電圧Ｖｏｕｔとなり、駆動電圧Ｖｏｕｔに基づいて擬似力覚発生装置１２が駆動する。ただし、Ｓはラプラス変換の変数を表す。
【００５３】
図３Ｂに例示するように、この状態を第１実施形態で説明した力学特性モデルＭｄおよび力学特性モデルＭｓ、ならびに制御信号波形（例えば、電気回路の入力側電圧または入力電流）と電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルＭｅで表現する。この様にモデル化すると、Ｖｉｎが与えられると、ｍ１、ｍ２に加わる力とｆｓが求められるような順ダイナミクスモデルを構築することができる。電気回路の出力は、例えば、運動部材１２５を駆動するための駆動信号（駆動電圧または駆動電流）の波形である。
【００５４】
《電気回路特性モデルＭｅの例》
制御電圧Ｖｉｎと駆動電圧Ｖｏｕｔには以下の関係が成り立つ。
Ｖｏｕｔ＝Ｈ（Ｓ）・Ｖｉｎ  （１１）
ただし、Ｈ（Ｓ）＝Ｓ・Ｔ／（１＋Ｓ・Ｔ）であり、Ｓはラプラス変換の変数であり、Ｔはフィルタの時定数である。これらの特性は設計値から得られてもよいし、システム同定などの方法で得られてもよい。
【００５５】
《制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの例》
前述の式（１）（２）および上述の式（１１）に基づいた関係式を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとする。例えば、前述の式（３Ｂ）〜（１０Ｂ）の何れかと式（１１）とに基づいた関係式を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとする。例えば、式（４Ｂ）と式（１１）からＶｏｕｔ＝ＩｎｖＲ（ｆｓ）＝Ｈ（Ｓ）・Ｖｉｎが成り立つ。そのため、以下の関係式を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとできる。
Ｖｉｎ＝Ｈ−１（Ｓ）・ＩｎｖＲ（ｆｓ）  （１２）
あるいは、式（６Ｂ）と式（１１）から得られる以下の関係式を制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとしてもよい。
Ｖｉｎ＝Ｈ−１（Ｓ）・ＩｎｖＲ（ｘ・・１）  （１３）
あるいは、例えばＶｏｕｔが±１で飽和する特性を示すこととし、Ｖｏｕｔに代えて以下のＶｏｕｔ’を用いた制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃであってもよい。
【数３】
0006469041.tif 000004
【００５６】
＜目標制御信号波形の推定処理＞
本形態の目標制御信号波形の推定処理では、目標応答波形パターンが入力部１１２に入力される。例えば、式（１２）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には力ｆｓの時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。例えば、式（１３）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には加速度ｘ・・１の時間波形パターンを目標応答波形パターンとする。
【００５７】
目標応答波形パターンはモデル適用部１１３に送られる。モデル適用部１１３は、記憶部１１１から読み出した制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃに目標応答波形パターンを適用し、目標制御信号波形を得て出力する。式（１２）および（１３）の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの場合には、Ｖｉｎの時間波形が目標制御信号波形である。
【００５８】
得られた目標制御信号波形に応じた制御信号（制御電圧または制御電流）を電気回路１３に与え、電気回路１３はそれに応じた駆動信号を擬似力覚発生装置１２に送る。擬似力覚発生装置１２はこれに基づいて駆動し、把持部１２６を把持する指１００に対して擬似力覚を呈示する。
【００５９】
＜実験結果＞
非特許文献１の従来手法と本形態との比較実験結果を例示する。
《実験結果１：［Ｔ１，Ｔ２］＝［２，１０］ｍｓｅｃ》
図４Ａ〜図４Ｃは従来手法による実験結果を表す。図４Ａに示すように、従来手法では擬似力覚発生装置１２の制御電圧［Ｖ］を［Ｔ１，Ｔ２］＝［２，１０］ｍｓｅｃの略矩形波とした。すなわち、２［ｍｓｅｃ］の時間区間Ｔ１と１０［ｍｓｅｃ］の時間区間とが交互に繰り返され、時間区間Ｔ１での制御電圧Ｖｉｎを正とし、時間区間Ｔ２での制御電圧Ｖｉｎを負とした。時間区間Ｔ１での制御電圧Ｖｉｎの絶対値は、時間区間Ｔ２での制御電圧Ｖｉｎの絶対値よりも大きい。図４Ｂはこのように制御された擬似力覚発生装置１２がその把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力［Ｎ］の波形を表し、図４Ｃは把持部１２の位置［ｍ］の波形を表す。
【００６０】
図５Ａ〜図５Ｃは本形態による実験結果を表す。この実験では図５Ｂの破線で表示した目標応答波形パターンに制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃを適用し、図５Ａの制御電圧波形（制御信号波形）を得た。この目標応答波形パターン（図５Ｂ）は、把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力［Ｎ］の時間波形である。この目標応答波形パターンは、２［ｍｓｅｃ］の時間区間Ｔ１とそれに続く１０［ｍｓｅｃ］の時間区間Ｔ２とを繰り返す周期的なパターンであり、その１周期には時間区間Ｔ１と時間区間Ｔ２が１ずつ含まれ、１周期は時間区間Ｔ１および時間区間Ｔ２からなる１２［ｍｓｅｃ］である。この目標応答波形パターンは略矩形波形パターンであり、時間区間Ｔ１では、向きが第１の方向（正）であって絶対値が閾値Ｔｈ１以上である力を表し、時間区間Ｔ２では、第１の方向の反対方向（第２の方向：負）であって絶対値が閾値Ｔｈ２（Ｔｈ２＜Ｔｈ１）以内の力を表す。時間区間Ｔ１での波形パターンと時間区間Ｔ２での波形パターンとは非対称（時間区間Ｔ１での力の時間波形と時間区間Ｔ２での力の時間波形とが非対称）である。これは第１の方向に擬似力覚（牽引力等）を呈示するためのものである。この目標応答波形パターンに応じた制御電圧（図５Ａ）によって制御された擬似力覚発生装置１２がその把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力［Ｎ］の応答波形を図５Ｂの実線で示す。図５Ｂより、目標応答波形パターンに近似する応答波形が得られていることが分かる。図５Ｃはこの際の把持部１２の位置［ｍ］の波形を表す。
【００６１】
《実験結果２：［Ｔ１，Ｔ２］＝［３，１６］ｍｓｅｃ》
図６Ａ〜図６Ｃは従来手法による実験結果を表し、図７Ａ〜図７Ｃは本形態による実験結果を表す。比較実験結果１と異なり、［Ｔ１，Ｔ２］＝［３，１６］ｍｓｅｃとした。その他の条件は比較実験結果１と同じである。
【００６２】
図４Ｂと図５Ｂ、図４Ｃと図５Ｃ、図６Ｂと図７Ｂ、図６Ｃと図７Ｃを比較すると、本形態の手法では従来手法に比べ、皮膚に与え力および把持部１２６の位置ともにノイズとなる波形の微細振動が少なく、一方で正方向の極大値と負方向との極大値との差が大きく、非対称性が大きいことが分かる。これにより、本形態では従来手法よりも明確な力覚を提示できることが分かる。
【００６３】
＜本形態の特徴＞
本形態でも、擬似力覚の呈示のための目標応答波形パターンから擬似力覚発生装置１２の制御のための目標制御信号波形を推定できる。これにより、擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方が変わった場合でも、それぞれに応じて適切な目標制御信号波形を推定できる。また、逆関数または近似逆関数によって事前に制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃを求めることが可能であるため、目標応答波形パターンからリアルタイムに目標制御信号波形を推定できる。さらに電気回路特性モデルＭｅを考慮して制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが得られるため、電気回路１３の特性が変わった場合でも、それぞれに応じて適切な目標制御信号波形を推定できる。
【００６４】
なお、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓは、目標制御信号波形に基づいて制御される擬似力覚発生装置１２の把持部１２６（すなわち、実機の把持部）が把持された状態をモデル化したものであってもよいし、擬似力覚発生装置１２と同一または類似する他の装置の把持部が把持された状態をモデル化したものであってもよい。同様に、電気回路特性モデルＭｅは目標制御信号波形の制御信号が与えられる電気回路１３（すなわち、実機）をモデル化したものであってもよいし、電気回路１３と同一または類似する他の電気回路をモデル化したものであってもよい。いずれも、前者の場合には、より正確な目標制御信号波形を推定できる。
【００６５】
［第１，２実施形態の変形例１］
擬似力覚発生装置１２（図２Ａおよび図２Ｂ）の変形例として、運動部材１２５の端部１２５ａ側（Ｎ極側）または端部１２５ｂ側（Ｓ極側）のみにコイル１２４が巻き付けられていてもよい。例えば、図８Ａおよび図８Ｂの擬似力覚発生装置１２’のように、支持部１２１の外周側の端部１２５ｂ側（Ｓ極側）のみにコイル１２４が巻き付けられていてもよい。擬似力覚発生装置１２’のその他の構成は擬似力覚発生装置１２と同じである。擬似力覚発生装置１２’の擬似力覚発生装置１２と共通する部位には、擬似力覚発生装置１２と同じ参照符号を用いている。
【００６６】
［第１，２実施形態の変形例２］
あるいは、図９の擬似力覚発生装置１２”のように、擬似力覚発生装置１２（図２Ａおよび図２Ｂ）のコイル１２４に代えて、支持部１２１の外周側の端部１２５ａ側（Ｎ極側）にＡ１方向に巻きつけられた第１巻き部１２４ａ’側のコイルと、支持部１２１の外周側の端部１２５ｂ側（Ｓ極側）にＢ１方向（Ａ１方向と反対向き）に巻き付けられた第２巻き部１２４ｂ’側のコイルとが独立したものが用いられてもよい。すなわち、第１巻き部１２４ａ’側のコイルと第２巻き部１２４ｂ’側のコイルとが電気的に接続されておらず、互いに異なる電気信号を与えることができる構成であってもよい。擬似力覚発生装置１２”のその他の構成は擬似力覚発生装置１２と同じである。擬似力覚発生装置１２”の擬似力覚発生装置１２と共通する部位には、擬似力覚発生装置１２と同じ参照符号を用いている。
【００６７】
［第１，２実施形態の変形例３］
擬似力覚発生装置が複数の運動部材を備えていてもよい。例えば、２個以上の運動部材を備えている擬似力覚発生装置の力学特性モデルＭｄおよびその把持部に接触する指の皮膚の力学特性モデルＭｓは図１０のようになる。
【００６８】
この例の力学特性モデルＭｄは、質量がｍ１の質点Ｍ１、それぞれの質量がｍｊ（ただし、ｊ＝２，…，ｊ＿ｍａｘであり、ｊ＿ｍａｘは３以上の整数）の質点Ｍｊ、質点Ｍ１と質点Ｍｊとを接続する弾性係数ｋｊのばねおよび粘性係数ｂｊのダンパ、駆動電圧Ｖｏｕｔｊに応じて質点Ｍ１と質点Ｍｊに働く周期的なローレンツ力ｆｊからなる力学系の特性を表す。基準原点Ｏ１に対する質点Ｍ１の位置をｘ１と表現する。基準原点Ｏｊに対する質点Ｍｊの位置をｘｊと表現する。ただし、基準原点Ｏｊは指の重心に対する相対位置が固定された点である。また、ｘｊは擬似力覚発生装置の把持部に接触する指の重心から図３Ａにおける右方向を正とし、その逆方向を負とする。ｘｊの時間微分値、すなわち速度を
【数４】
0006469041.tif 000005
と表記する。記載表記の制約上、本明細書ではこれをｘ・ｊと表記する場合もある。ｘ・ｊの時間微分値、すなわち加速度を
【数５】
0006469041.tif 000006
と表記する。本明細書ではこれをｘ・・ｊと表記する場合もある。
【００６９】
この例の皮膚の力学特性モデルＭｓは、質点Ｍ１と把持部に接触する指の重心との間の弾性係数ｋ１のばねおよび粘性係数ｂ１のダンパからなる力学系の特性を表す。ここで把持部に接触する指の皮膚に与える力をｆｓと表現する。
【００７０】
質点Ｍ１，Ｍｊの運動が１軸方向の運動に拘束されているとすると、以下の運動方程式が成り立つ。
【数６】
0006469041.tif 000007
ただし、ｆ１は質点Ｍ１に指の皮膚から与えられる力を表す。これらの式（１４）〜（１７）を用いて制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが設定されてもよい。
【００７１】
［第１，２実施形態の変形例４］
擬似力覚発生装置１２を把持する力の強さが変わると皮膚の力学特性モデルが変化するため、制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃも変化する。この様な変化に対応するため、たとえば、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６に、皮膚に与える力［Ｎ］を計測するセンサを設置し、ある時刻にセンサで検出した力と、検出時刻に対応する目標応答波形パターンでの力との誤差の絶対値が所定の閾値以上の場合、制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが適切でないと判定して、皮膚の力学特性モデルＭｓのパラメータを所定の方法で変更して制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃを再計算することとしても良い。
【００７２】
制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃが適切でないと判定する処理はこれに限定されず、センサで検出した力の時系列データとデータが取得された時刻に対応する目標応答波形パターンでの力との誤差の二乗和が所定の閾値以上の場合に制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃを再計算する等の他方法を用いることとしても良い。
【００７３】
皮膚の力学特性モデルＭｓのパラメータを変更する方法については、たとえば、指１００で擬似力覚発生装置１２を把持する際の指１００への力の入れ具合に応じて、指１００の皮膚の力学特性モデルＭｓを構成するばねの弾性係数ｋ１やダンパの粘性係数ｂ１の組み合わせを複数記憶部に記憶しておき、誤差に応じて指１００の皮膚の力学特性モデルＭｓの弾性係数ｋ１、粘性係数ｂ１の値を変更することとしても良い。たとえば、擬似力覚発生装置１２を把持する力の強さの昇順、あるいは降順に弾性係数ｋ１、粘性係数ｂ１の組み合わせを記憶部に複数記憶しておき、ある時刻にセンサで検出した力が検出時刻に対応する目標応答波形での力よりも小さいか、大きいかに応じて、現在の制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃで利用中の弾性係数ｋ１、粘性係数ｂ１の組み合わせの上もしくは下の１つ隣の組み合わせを選択することとしても良い。
【００７４】
なお、擬似力覚発生装置１２が力センサではなく加速度センサを内蔵することとし、目標応答波形パターンから推定される擬似力覚発生装置１２に発生する加速度の推定値と加速度センサで計測した加速度との誤差を用いて制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃの再計算の要否を判定することとしても良い。
【００７５】
［第３実施形態］
本形態では、上述の実施形態とは逆に、制御対象の順ダイナミクスモデルに制御信号波形を適用し、その応答波形を推定する。
【００７６】
＜構成＞
図１１に例示するように、本形態の波形推定装置３１は、記憶部３１１、入力部３１２、モデル適用部３１３、および出力部３１４を有する。波形推定装置３１は、例えば前述した汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。
【００７７】
＜前処理＞
本形態の前処理では制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが設定され、記憶部３１１に格納される。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、前述した運動部材１２５を駆動させるための制御信号の波形（制御信号波形）に対し、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を得るための数式モデルである。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、および把持部１２６に接触する皮膚の力学特性モデルＭｓに基づいて得られる。力学特性モデルＭｄや力学特性モデルＭｓの例は前述の通りである。制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの逆関数または近似逆関数が前述した制御対象の逆ダイナミクスモデルＭｃとなる。制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの例は前述した関係式（３Ａ）〜（１０Ａ）である。
【００７８】
＜応答波形の推定処理＞
本形態の応答波形の推定処理では、制御信号波形が入力部３１２に入力される。制御信号波形は、前述した運動部材１２５を駆動させるための制御信号波形である。制御信号波形は、運動部材１２５の制御に必要な物理量の時間波形（各時間での物理量からなる波形）である。制御信号波形は、例えば、正値の波形と負値の波形とが非対称な周期的な波形である（例えば、図４Ａ，図５Ａ，図６Ａ，図７Ａ）。また、いずれの物理量の時間波形を制御信号波形とするかは制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの構成に依存する。すなわち、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、制御信号波形から応答波形を得るモデルであり、入力部１１２に入力される制御信号波形はこの制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに対応した時間波形となる。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（３Ａ）の場合、電流ｉ２の時間波形を制御信号波形とする。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（４Ａ）の場合、電圧Ｖｏｕｔの時間波形を制御信号波形とする。
【００７９】
制御信号波形はモデル適用部３１３に送られる。モデル適用部３１３は、記憶部１１１から読み出した制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに制御信号波形を適用し、制御信号波形で擬似力覚発生装置１２の非対称運動を制御した場合における、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を推定する。すなわち、モデル適用部３１３は、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに制御信号波形の各時間の物理量を代入し、それに対応する関数値を得、その関数値の時間波形を「応答波形」として出力する。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（３Ａ）の場合、モデル適用部３１３は、制御信号波形の各時間の電流ｉ２から各時間のｆｓ＝Ｆ２（ｉ２）を計算して応答波形として出力する。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（４Ａ）の場合、モデル適用部３１３は、制御信号波形の各時間の電圧Ｖｏｕｔから各時間のｆｓ＝ＦＲ（Ｖｏｕｔ）を計算して応答波形として出力する。得られた応答波形は出力部３１４に送られ、出力部３１４はこの応答波形を出力する。
【００８０】
＜本形態の特徴＞
本形態により、制御信号波形および擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方に応じた応答波形を推定できる。
【００８１】
［第４実施形態］
第４実施形態は第３実施形態の変形例であり、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、皮膚の力学特性モデルＭｓ、および制御信号波形と電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルＭｅに基づく点が相違する。
【００８２】
＜構成＞
図１１に例示するように、本形態の波形推定装置４１は、記憶部４１１、入力部３１２、モデル適用部４１３、および出力部３１４を有する。波形推定装置４１は、例えば前述した汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。
【００８３】
本形態の前処理では制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが設定され、記憶部４１１に格納される。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、前述した運動部材１２５を駆動させるための制御信号の波形（制御信号波形）に対し、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を得るための数式モデルである。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、前述した力学特性モデルＭｄ、力学特性モデルＭｓ、および電気回路特性モデルＭｅに基づいて得られる。例えば、関係式（３Ａ）〜（１０Ａ）の何れかと式（１１）とに基づいた関係式を制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐとする。例えば、関係式（４Ａ）と式（１１）とに基づいた関係式
ｆｓ＝ＦＲ（Ｈ（Ｓ）・Ｖｉｎ）＝ＦＲＨ（Ｖｉｎ）  （１８）
を制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐとしてもよい。あるいは、関係式（５Ａ）と式（１１）とｉ２＝Ｖｏｕｔ／Ｒに基づいた関係式
ｘ・・１＝Ｆｍ（Ｈ（Ｓ）・Ｖｉｎ／Ｒ）＝ＦｍＲＨ（Ｖｉｎ）  （１９）
を制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐとしてもよい。
【００８４】
＜応答波形の推定処理＞
本形態の応答波形の推定処理では、制御信号波形が入力部３１２に入力される。制御信号波形は、前述した運動部材１２５を駆動させるための制御信号波形である。前述のように、いずれの物理量の時間波形を制御信号波形とするかは制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの構成に依存する。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（１８）の場合、電圧Ｖｉｎの時間波形を制御信号波形とする。
【００８５】
制御信号波形はモデル適用部４１３に送られる。モデル適用部４１３は、記憶部１１１から読み出した制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに制御信号波形を適用し、制御信号波形で擬似力覚発生装置１２の非対称運動を制御した場合における、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を推定する。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（１８）の場合、モデル適用部３１３は、制御信号波形の各時間の電圧Ｖｉｎから各時間のｆｓ＝ＦＲＨ（Ｖｉｎ）を計算して応答波形として出力する。
【００８６】
＜本形態の特徴＞
本形態により、制御信号波形、擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方、および電気回路１３に応じた応答波形を推定できる。
【００８７】
［第５実施形態］
制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに制御信号波形として試行信号波形を適用して得られる、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形と、入力された目標応答波形パターンとの誤差に基づいて（例えば、最急降下法などを用いて誤差が最小になるように）試行信号波形を調整し、擬似力覚発生装置１２の非対称運動を制御するための目標制御信号波形を得てもよい。
【００８８】
＜構成＞
図１２に例示するように、本形態のシステムは目標応答波形パターンから目標制御信号波形を得る制御信号推定装置５１、擬似力覚発生装置１２、および電気回路１３を有する。制御信号推定装置５１は、記憶部３１１、入力部１１２、モデル適用部３１３、試行信号更新部５１４、および誤差計算部５１５を有する。制御信号推定装置５１は、例えば前述した汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。
【００８９】
＜前処理＞
第３実施形態で説明したように制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが設定され、記憶部３１１に格納される。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、運動部材１２５を駆動させるための制御信号波形に対し、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を得るための数式モデルである。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓに基づく。
【００９０】
＜目標制御信号波形の推定処理＞
本形態の目標制御信号波形の推定処理では、目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）が入力部１１２に入力される。ｔは時刻を表す。目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）は、目標となる把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに指１００の皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する。いずれの物理量の時間波形パターンを目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）とするかは制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの構成に依存する。すなわち、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは制御信号波形から応答波形を得るモデルであり、入力部１１２に入力される目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）はこの制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの応答波形に対応したものである。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（３Ａ）の場合、目標となる力ｆｓの時間波形を目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）とする。目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）は誤差計算部５１５に送られる（ステップＳ５１）。
【００９１】
試行信号更新部５１４は、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐの制御信号波形とする試行信号波形ＴＲ（ｔ）を設定する。試行信号波形ＴＲ（ｔ）の初期値は予め定められており、例えばＴＲ（ｔ）＝０とする。試行信号波形ＴＲ（ｔ）はモデル適用部３１３に送られる（ステップＳ５２）。
【００９２】
モデル適用部３１３は、送られた試行信号波形ＴＲ（ｔ）を制御信号波形として制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐに適用し、把持部の位置、速度、加速度、ならびに皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する推定波形Ｗ（ｔ）を得る。例えば、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが関係式（３Ａ）の場合、Ｗ（ｔ）＝Ｆ２（ＴＲ（ｔ））を計算する。推定波形Ｗ（ｔ）は誤差計算部５１５に送られる（ステップＳ５３）。
【００９３】
誤差計算部５１５は、目標応答波形パターンＴＡ（ｔ）と推定波形Ｗ（ｔ）との誤差δ（ｔ）に基づき、所定の終了条件を満たしているかを判定する。終了条件の例は、全ての時間ｔの誤差δ（ｔ）が閾値以下であること、所定の時間区間（例えば１周期）での誤差δ（ｔ）の二乗和が閾値以下であること、試行信号波形ＴＲ（ｔ）の更新に応じた誤差δ（ｔ）または二乗和の変化量が閾値以下であることなどである。ここで所定の終了条件を満たしていると判定された場合、誤差計算部５１５は、試行信号更新部５１４に終了条件を満たした旨の情報を送る。一方、所定の終了条件を満たしていないと判定された場合、誤差計算部５１５は、試行信号更新部５１４に終了条件を満たしていない旨の情報を送る（ステップＳ５４）。
【００９４】
試行信号更新部５１４に終了条件を満たしていない旨の情報が送られた場合、試行信号更新部５１４は、新たな試行信号波形ＴＲ（ｔ）を設定して（例えば、誤差δ（ｔ）が小さくなるように）モデル適用部３１３に送る（ステップＳ５５）。この場合には、ステップＳ５３およびＳ５４が再び実行される。一方、試行信号更新部５１４に終了条件を満たした旨の情報が送られた場合、試行信号更新部５１４は、最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）を目標制御信号波形として出力する（ステップＳ５６）。
【００９５】
得られた目標制御信号波形に応じた制御信号（制御電圧または制御電流）は電気回路１３に与えられる。電気回路１３はそれに応じた駆動信号を擬似力覚発生装置１２に送る。擬似力覚発生装置１２はこれに基づいて駆動し、把持部１２６を把持する指１００に対して擬似力覚を呈示する。
【００９６】
＜本形態の特徴＞
本形態では、擬似力覚の呈示のための目標応答波形パターンから擬似力覚発生装置１２の制御のための目標制御信号波形を推定できる。これにより、擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方が変わった場合でも、それぞれに応じて適切な目標制御信号波形を推定できる。また、逆関数または近似逆関数によって制御対象の逆ダイナミクスモデルを求める場合と異なり、制御対象の順ダイナミクスモデルが非線形であったとしても、精度よく目標制御信号波形を推定できる。
【００９７】
なお、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓは、目標制御信号波形に基づいて制御される擬似力覚発生装置１２の把持部１２６（すなわち、実機の把持部）が把持された状態をモデル化したものであってもよいし、擬似力覚発生装置１２と同一または類似する他の装置の把持部が把持された状態をモデル化したものであってもよい。前者の場合には、より正確な目標制御信号波形を推定できる。
【００９８】
［第６実施形態］
第６実施形態は第５実施形態の変形例であり、制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが、擬似力覚発生装置１２の力学特性モデルＭｄ、皮膚の力学特性モデルＭｓ、および制御信号波形と電気回路の出力との関係を表す電気回路特性モデルＭｅに基づく点が相違する。
【００９９】
図１２に例示するように、本形態のシステムは制御信号推定装置６１、擬似力覚発生装置１２、および電気回路１３を有する。制御信号推定装置６１は、記憶部４１１、入力部１１２、モデル適用部４１３、試行信号更新部５１４、および誤差計算部５１５を有する。制御信号推定装置６１は、例えば前述した汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。
【０１００】
＜前処理＞
第４実施形態で説明したように制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐが設定され、記憶部３１１に格納される。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、運動部材１２５を駆動させるための制御信号波形に対し、擬似力覚発生装置１２の把持部１２６の位置、速度、加速度、ならびに把持部１２６に接触する皮膚に与える力の少なくとも何れかに対応する応答波形を得るための数式モデルである。本形態の制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐは、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓおよび電気回路特性モデルＭｅに基づく。
【０１０１】
＜目標制御信号波形の推定処理＞
力学特性モデルＭｄ，Ｍｓおよび電気回路特性モデルＭｅに基づく制御対象の順ダイナミクスモデルＭｐを用いる以外、第５実施形態の目標制御信号波形の推定処理と同じである。
【０１０２】
＜実験結果＞
本形態の比較実験結果を例示する。
《実験結果２：［Ｔ１，Ｔ２］＝［２，１０］ｍｓｅｃ》
図１３Ａ〜図１３Ｃは本形態による実験結果を表す。この実験では図１３Ｂの破線で表示した目標応答波形パターンを用い、図１３Ａの制御信号波形を得た。この目標応答波形パターン（図１３Ｂ）は、把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力［Ｎ］の時間波形である。この目標応答波形パターンは、２［ｍｓｅｃ］の時間区間Ｔ１とそれに続く１０［ｍｓｅｃ］の時間区間Ｔ２とを繰り返す周期的なパターンであり、その１周期には時間区間Ｔ１と時間区間Ｔ２が１ずつ含まれ、１周期は時間区間Ｔ１および時間区間Ｔ２からなる１２［ｍｓｅｃ］である。この目標応答波形パターン（図１３Ａ）によって制御された擬似力覚発生装置１２がその把持部１２６に接触する指１００の皮膚に与える力［Ｎ］の応答波形を図１３Ｂの実線で示す。図１３Ｂより、目標応答波形パターンに近似する応答波形が得られていることが分かる。図１３Ｃはこの際の把持部１２の位置［ｍ］の波形を表す。
【０１０３】
《実験結果３：［Ｔ１，Ｔ２］＝［３，１６］ｍｓｅｃ》
図１４Ａ〜図１４Ｃは本形態による実験結果を表す。実験結果４と異なり、［Ｔ１，Ｔ２］＝［３，１６］ｍｓｅｃとした。その他の条件は比較実験結果１と同じである。
【０１０４】
図４Ｂと図１３Ｂ、図４Ｃと図１３Ｃ、図６Ｂと図１４Ｂ、図６Ｃと図１４Ｃを比較すると、本形態の手法では従来手法に比べ、皮膚に与え力および把持部１２６の位置ともにノイズとなる波形の微細振動が少なく、一方で正方向の極大値と負方向との極大値との差が大きく、非対称性が大きいことが分かる。これにより、本形態では従来手法よりも明確な力覚を提示できることが分かる。
【０１０５】
＜本形態の特徴＞
本形態でも、擬似力覚の呈示のための目標応答波形パターンから擬似力覚発生装置１２の制御のための目標制御信号波形を推定できる。これにより、擬似力覚発生装置１２の構成や持ち方が変わった場合でも、それぞれに応じて適切な目標制御信号波形を推定できる。また、逆関数または近似逆関数によって制御対象の逆ダイナミクスモデルを求める場合と異なり、制御対象の順ダイナミクスモデルが非線形（例えば、電気回路の出力が飽和する場合）であったとしても、その非線形特性をも反映させ、精度よく目標制御信号波形を推定できる。
【０１０６】
なお、力学特性モデルＭｄ，Ｍｓは、目標制御信号波形に基づいて制御される擬似力覚発生装置１２の把持部１２６（すなわち、実機の把持部）が把持された状態をモデル化したものであってもよいし、擬似力覚発生装置１２と同一または類似する他の装置の把持部が把持された状態をモデル化したものであってもよい。同様に、電気回路特性モデルＭｅは目標制御信号波形の制御信号が与えられる電気回路１３（すなわち、実機）をモデル化したものであってもよいし、電気回路１３と同一または類似する他の電気回路をモデル化したものであってもよい。いずれも、前者の場合には、より正確な目標制御信号波形を推定できる。
【０１０７】
［第５，６実施形態の変形例］
第５，６実施形態の変形例として、擬似力覚発生装置１２に代えて第１，２実施形態の変形例１，２で例示した擬似力覚発生装置１２’，１２”が用いられてもよい。第１，２実施形態の変形例３で例示したように、擬似力覚発生装置が複数の運動部材を備えていてもよい。
【０１０８】
［第７実施形態］
第１〜６実施形態の何れかまたはその変形例の目標制御信号波形を用い、第１の皮膚に直接的または間接的に支持されるベース機構と、ベース機構に対して目標制御信号波形に応じた周期的な非対称運動を行い、直接的または間接的に接触した第２の皮膚に非対称運動に基づく力を与える接触機構とを有する擬似力覚発生装置を駆動させてもよい。ただし、この接触機構の質量はベース機構の質量よりも小さい。
【０１０９】
＜構成＞
図１５Ａ〜図１５Ｄに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１０００は、基部１００１、支持部１０２６−１および支持部１０２６−１に対する非対称振動（周期的な非対称運動）を行う運動部材１０２５−１を含む振動子１０２０−１、ならびに接触部１００３−１を有する。本形態の運動部材１０２５−１は、前述の電気回路１３から出力された駆動信号に基づいて、支持部１０２６−１に支持された状態で、Ｄ−１軸に沿った非対称振動を行う。基部１００１は手２００の皮膚２０１（第１の皮膚）に直接的または間接的に支持され、接触部１００３−１は直接的または間接的に接触した手２００の皮膚２０２（第２の皮膚）に非対称振動に基づく力を与える。この非対称振動は擬似的な力覚を知覚させるための振動である。
【０１１０】
本形態では、基部１００１および支持部１０２６−１を含む機構（例えば、基部１００１および支持部１０２６−１からなる機構）が「ベース機構」に相当する。接触部１００３−１および運動部材１０２５−１を含む機構（例えば、接触部１００３−１、運動部材１０２５−１、およびそれらを連結する部材からなる機構）が「接触機構」に相当する。「接触機構」の質量ｍ１は「ベース機構」の質量ｍ２よりも小さい。例えば、接触部１００３−１、運動部材１０２５−１、およびそれらを連結する部材を含む機構の質量の合計が、基部１００１および支持部１０２６−１の質量の合計よりも小さい。好ましくは、「接触機構」の質量は、零よりも大きく「ベース機構」の質量の三分の一以下である。例えば、接触部１００３−１、運動部材１０２５−１、およびそれらを連結する部材を含む機構の質量の合計は、基部１００１および支持部１０２６−１の質量の合計の三分の一以下である。このような構成では、系全体の質量ｍ１＋ｍ２が大きい場合でも、「接触機構」の質量ｍ１は小さいため、接触部１００３−１から皮膚２０２に十分な大きさの力が伝達される。結果として、同じストロークおよび出力を持つ振動子１０２０−ｉで、皮膚２０２に従来方式よりも大きな変形を与えることができる。また、運動部材１０２５−ｉと支持部１０２６−ｉとの相対変位を小さくできるため、ストロークのより小さな振動子１０２０−ｉを用いることができる。このような機構を用いて振動子１０２０−ｉを非対称振動させることにより、効率的に牽引感覚などの擬似的な力覚を知覚させることができる。
【０１１１】
＜基部１００１＞
図１５Ａ〜図１５Ｄに例示するように、本形態の基部１００１は板状の部材であり、その上面１００１ｂ側には振動子１０２０−１が配置される凹部１００１ｄ−１が設けられている。基部１００１はどのようなものであってもよい。基部１００１の例は、スマートフォン端末装置、タブレット端末装置、電子書籍リーダー装置、携帯電話端末装置、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機などの移動体端末装置である。コントローラーその他の電子機器が基部１００１であってもよいし、電子機器以外の部材が基部１００１であってもよい。基部１００１が携帯電話端末装置などの移動体端末装置とその他の部材とを含んでもよい。
【０１１２】
＜振動子１０２０−１＞
振動子１０２０−１の支持部１０２６−１が凹部１００１ｄ−１の底面１００１ｅ−１に取り付けられている。なお「αがβに取り付けられている」とは、αがβに固定されていること、αがβに接続されていること、αがβに着脱可能に保持されていること、または、αが「遊び（余裕）」または「ガタ」を持った状態でβに保持されていること、の何れかを意味する。また「αがβに取り付けられている」とは、αがβに直接取り付けられていることのみならず、αが介在物を介して間接的にβに取り付けられていることも含む概念である。「βにαが取り付けられている」も同義である。これによって振動子１０２０−１は基部１００１に支持され、振動子１０２０−１は凹部１００１ｄ−１の内部に配置されている。振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１は、支持部１０２６−１に支持された状態で、Ｄ−１軸に沿って支持部１０２６−１に対する非対称振動を行うことが可能である。本形態のＤ−１軸は基部１００１の短手方向に沿った軸であり、運動部材１０２５−１は、基部１００１の短手方向に非対称振動する。以下、振動子１０２０−１の具体的な構成を例示する。
【０１１３】
図１６Ａおよび図１６Ｂに例示するように、振動子１０２０−ｉ（ｉは正整数）は、例えば、ケース１０２７−ｉおよびガイド１０２１−ｉを含む支持部１０２６−ｉ、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ（弾性体）、コイル１０２４−ｉ、永久磁石である運動部材１０２５−ｉ、および連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉを有するリニアアクチュエータである。本形態のケース１０２７−ｉおよびガイド１０２１−ｉは、ともに筒（例えば、円筒や多角筒）の両方の開放端の一部を閉じた形状からなる中空の部材である。ただし、ガイド１０２１−ｉは、ケース１０２７−ｉよりも小さく、ケース１０２７−ｉの内部に収容可能な大きさである。ケース１０２７−ｉ、ガイド１０２１−ｉ、および連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉは、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂から構成される。ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉは、例えば、金属等から構成されるつるまきばねや板ばね等である。ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉの弾性係数（ばね定数）は同一であることが望ましいが、互いに相違していてもよい。運動部材１０２５−ｉは、例えば、円柱形状の永久磁石であり、長手方向の一方の端部１０２５ａ−ｉ側がＮ極であり、他方の端部１０２５ｂ−ｉ側がＳ極である。コイル１０２４−ｉは、例えば、一つながりのエナメル線であり、第１巻き部１０２４ａ−ｉと第２巻き部１０２４ｂ−ｉとを有する。
【０１１４】
運動部材１０２５−ｉはガイド１０２１−ｉの内部に収容され、そこで長手方向にスライド可能に支持されている。このような支持機構の詳細は図示しないが、例えば、ガイド１０２１−ｉの内壁面に長手方向に沿ったまっすぐなレールが設けられ、運動部材１０２５−ｉの側面にこのレールをスライド可能に支持するレール支持部が設けられている。ガイド１０２１−ｉの長手方向の一端側の内壁面１０２１ａ−ｉには、ばね１０２２−ｉの一端が固定され（すなわち、ガイド１０２１−ｉにばね１０２２−ｉの一端が支持され）、ばね１０２２−ｉの他端は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉに固定されている（すなわち、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉがばね１０２２−ｉの他端に支持されている）。また、ガイド１０２１−ｉの長手方向の他端側の内壁面１０２１ｂ−ｉには、ばね１０２３−ｉの一端が固定され（すなわち、ガイド１０２１−ｉにばね１０２３−ｉの一端が支持され）、ばね１０２３−ｉの他端は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ｂ−ｉに固定されている（すなわち、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ｂ−ｉがばね１０２３−ｉの他端に支持されている）。
【０１１５】
ガイド１０２１−ｉの外周側にはコイル１０２４−ｉが巻きつけられている。ただし、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側（Ｎ極側）では、第１巻き部１０２４ａ−ｉがＡ１方向（奥から手前に向けた方向）に巻きつけられており、端部１０２５ｂ−ｉ側（Ｓ極側）では、第２巻き部１０２４ｂ−ｉがＡ１方向と反対向きのＢ１方向（手前から奥に向けた方向）に巻き付けられている。すなわち、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側（Ｎ極側）からみた場合、第１巻き部１０２４ａ−ｉは時計回りに巻き付けられており、第２巻き部１０２４ｂ−ｉは反時計回りに巻き付けられている。また、運動部材１０２５−ｉが停止し、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉからの弾性力が釣り合った状態において、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側（Ｎ極側）が第１巻き部１０２４ａ−ｉの領域に配置され、端部１０２５ｂ−ｉ側（Ｓ極側）が第２巻き部１０２４ｂ−ｉの領域に配置されることが望ましい。
【０１１６】
以上のように配置構成されたガイド１０２１−ｉ、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、コイル１０２４−ｉ、および運動部材１０２５−ｉが、ケース１０２７−ｉ内に収容され、ガイド１０２１−ｉがケース１０２７−ｉの内部に固定されている。すなわち、ケース１０２７−ｉのガイド１０２１−ｉに対する相対位置が固定されている。ただし、ケース１０２７−ｉの長手方向は、ガイド１０２１−ｉの長手方向および運動部材１０２５−ｉの長手方向と一致する。
【０１１７】
ケース１０２７−ｉおよびガイド１０２１−ｉの内壁面１０２１ａ−ｉ側には貫通孔１０２８ａ−ｉが設けられており、内壁面１０２１ｂ−ｉ側には貫通孔１０２８ｂ−ｉが設けられている。貫通孔１０２８ａ−ｉには棒状の連結部１０２９ａ−ｉが挿入されており、貫通孔１０２８ｂ−ｉには棒状の連結部１０２９ｂ−ｉが挿入されている。連結部１０２９ａ−ｉの一端側は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側に接触し、連結部１０２９ａ−ｉの他端側はケース１０２７−ｉの外部に配置された連結部１０２９ｃ−ｉの一端側に支持されている。連結部１０２９ｂ−ｉの一端側は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ｂ−ｉ側に接触し、連結部１０２９ｂ−ｉの他端側はケース１０２７−ｉの外部に配置された連結部１０２９ｄ−ｉの一端側に支持されている。連結部１０２９ａ−ｉの一端側は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。連結部１０２９ｂ−ｉの一端側は運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ｂ−ｉ側に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。例えば、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ，１０２５ｂ−ｉが連結部１０２９ａ−ｉの一端側と連結部１０２９ｄ−ｉの一端側とで挟み込まれていてもよい。ただし、運動部材１０２５−ｉの運動に伴って連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉが移動する必要がある。すなわち、連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉは、運動部材１０２５−ｉとともに移動しなければならない。その他、連結部１０２９ａ−ｉの一端側が運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側と一体であってもよいし、連結部１０２９ｂ−ｉの一端側が運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ｂ−ｉ側と一体であってもよい。
【０１１８】
コイル１０２４−ｉは、流された電流に応じた力を運動部材１０２５−ｉに与え、これにより、運動部材１０２５−ｉは、ガイド１０２１−ｉに対して周期的な非対称運動（ガイド１０２１−ｉを基準とした軸方向に非対称性をもった周期的な並進往復運動）を行う。すなわち、コイル１０２４−ｉにＡ１方向（Ｂ１方向）に電流を流すと、フレミングの左手の法則で説明されるローレンツ力の反作用により、運動部材１０２５−ｉにＣ１方向（運動部材１０２５−ｉのＮ極からＳ極に向かう方向：右方向）の力が加えられる（図１６Ａ）。逆に、コイル１０２４−ｉにＡ２方向（Ｂ２方向）に電流を流すと、運動部材１０２５−ｉにＣ２方向（運動部材１０２５−ｉのＳ極からＮ極に向かう方向：左方向）の力が加えられる（図１６Ｂ）。ただし、Ａ２方向はＡ１方向の反対方向である。これらの動作により、運動部材１０２５−ｉおよびばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉからなる系に運動エネルギーが与えられる。それにより、ケース１０２７−ｉを基準とする運動部材１０２５−ｉの位置および加速度（ガイド１０２１−ｉを基準とした軸方向の位置および加速度）を変化させ、それに伴って連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉの位置および加速度も変化させることができる。すなわち運動部材１０２５−ｉは、与えられた駆動信号（駆動電圧Ｖｏｕｔまたは駆動電流）に基づいて、支持部１０２６−ｉに支持された状態で、Ｄ−ｉ軸に沿って支持部１０２６−ｉに対する非対称振動を行い、それと共に連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉもＤ−ｉ軸に沿って非対称振動を行う。
【０１１９】
なお、振動子１０２０−ｉの構成は図１６Ａおよび図１６Ｂのものに限定されない。例えば、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側にコイル１０２４−ｉの第１巻き部１０２４ａ−ｉがＡ１方向に巻きつけられおり、端部１０２５ｂ−ｉ側にコイル１０２４−ｉが巻き付けられていない構成であってもよい。逆に、端部１０２５ｂ−ｉ側にコイル１０２４−ｉの第２巻き部１０２４ｂ−ｉがＢ１方向に巻き付けられており、運動部材１０２５−ｉの端部１０２５ａ−ｉ側にコイル１０２４−ｉが巻き付けられていない構成であってもよい。あるいは、第１巻き部１０２４ａ−ｉと第２巻き部１０２４ｂ−ｉとが互いに別のコイルであってもよい。すなわち、第１巻き部１０２４ａ−ｉと第２巻き部１０２４ｂ−ｉとが電気的に接続されておらず、互いに異なる電気信号が与えられる構成であってもよい。
【０１２０】
＜接触部１００３−１＞
振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１には接触部１００３−１が取り付けられ、これによって接触部１００３−１が振動子１０２０−１によって支持される。すなわち、接触部１００３−１は、運動部材１０２５−ｉに取り付けられており、かつ、支持部１０２６−１に対して振動可能とされている。図１５Ａ〜図１５Ｄに例示するように、本形態の接触部１００３−１は、平面形状（板面１００３ａ−１，１００３ｂ−１の形状）が略矩形（例えば、長方形や正方形）の板状部材である。板面１００３ａ−１，１００３ｂ−１の大きさは、基部１００１の凹部１００１ｄ−１の開口部の領域よりも小さい。すなわち、接触部１００３−１の板面１００３ａ−１の領域は、基部１００１の上面１００１ｂの領域よりも狭い。接触部１００３−１は、運動部材１０２５−ｉの非対称振動に基づく振動を伝導可能な硬さを持ち、かつ、できるだけ軽量な材質で構成されることが望ましい。このような材質としては、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂を例示できる。
【０１２１】
接触部１００３−１は、その板面１００３ａ−１，１００３ｂ−１が上面１００１ｂと略平行となるように、凹部１００１ｄ−１の開口部側に配置されている。「略平行」の例は平行である。板面１００３ａ−１は、基部１００１の外方に向けられており、上面１００１ｂと略同一面上に配置されている。板面１００３ｂ−１は凹部１００１ｄ−１の底面１００１ｅ−１側に向けられており、当該板面１００３ｂ−１には連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉの他端側が取り付けられている。すなわち、振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１が、前述の連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉを介して接触部１００３−１に取り付けられている。これによって、接触部１００３−１および連結部１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉ，１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉが、基部１００１および支持部１０２６−１に支持されている。接触部１００３−１と凹部１００１ｄ−１の内壁面１００１ｆ−１との間には間隙があり、これらは互いに接触していない。あるいは、レールなどにより、接触部１００３−１が振動子１０２０−１の運動方向と略直交方向には支持されていてもよい（すなわち、レールなどにより、接触部１００３−１が振動子１０２０−１の運動方向と略直交方向に移動しないように支持されていてもよい）。これにより、接触部１００３−１は、基部１００１、および支持部１０２６−ｉに対し、基部１００１の上面１００１ｂに沿った方向に振動可能となっている。すなわち、接触部１００３−１は、基部１００１、および支持部１０２６−ｉに対し、基部１００１の上面１００１ｂと略平行に、振動子１０２０−１の振動方向に振動可能となっている。
【０１２２】
＜系の質量＞
前述のように、本形態の「ベース機構」は基部１００１および支持部１０２６−１を含む機構であり、例えば、基部１００１および支持部１０２６−１からなる機構である。「ベース機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。また「接触機構」は接触部１００３−１および運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、接触部１００３−１、運動部材１０２５−１、および連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉからなる機構である。「接触機構」の質量ｍ１は「ベース機構」の質量ｍ２よりも小さい。これによって効率的に擬似的な力覚を呈示できる。好ましくは、「接触機構」の質量ｍ１が、零よりも大きく、「ベース機構」の質量ｍ２の質量の三分の一以下である。言い換えると、０＜ｍ１／ｍ２≦１／３である。これにより、より効率的に擬似的な力覚を呈示できる。
【０１２３】
＜動作＞
図１５Ｄに例示するように、擬似力覚発生装置１０００の利用時には、基部１００１の底面１００１ｃ側が手２００の掌や親指を除く指などの皮膚２０１で保持（把持）され、接触部１００３−１に手２００の親指などの皮膚２０２が接触する。基部１００１は皮膚２０１に直接接触していてもよいし、介在物を介して保持されていてもよい。同様に、接触部１００３−１も皮膚２０２に直接接触していてもよいし、介在物を介して接触していてもよい。ただし、接触部１００３−１の振動に基づく力が皮膚２０２に伝導されなければならない。
【０１２４】
前述と同様、第１〜６実施形態の何れかまたはその変形例の目標制御信号波形に応じた制御信号（制御電圧または制御電流）が電気回路１３に与えられる。電気回路１３はそれに応じた駆動信号（駆動電圧Ｖｏｕｔまたは駆動電流）を擬似力覚発生装置１０００の振動子１０２０−１に送る。ただし本形態の擬似力覚発生装置１０００の力学特性モデルＭｄでは、「接触機構」が質点Ｍ１に相当し、「ベース機構」が質点Ｍ２に相当する。ｘ１，ｘ２の何れも手２００の重心から図１５Ｄにおける右方向を正とし、手２００の重心から図１５Ｄにおける左方向を負とする。本形態の力学特性モデルＭｓは皮膚２０２の力学特性モデルである。なお、「接触機構」の質量ｍ１に比べて「ベース機構」の質量ｍ２は大きい。そのため、振動子１０２０−１の駆動に伴って皮膚２０１に加えられる力の大きさは、皮膚２０２に加えられる力の大きさよりも小さい。本形態では皮膚２０１の力学特性モデルを省略している。
【０１２５】
この駆動信号により、運動部材１０２５−１に所望の方向（図１６Ａおよび図１６Ｂ：Ｃ１方向またはＣ２方向）の加速度を与える向きの電流をコイル１０２４−１に流す期間Ｔ１と、それ以外の期間Ｔ２と、が周期的に繰り返される。その際、所定の方向に電流を流す期間（時間）とそれ以外の期間（時間）との比（反転比）を何れか一方の期間に偏らせる。言い換えると、１つの周期に占める期間Ｔ１の割合が当該周期に占める期間Ｔ２の割合と異なる周期的な電流をコイル１０２４−１に流す。これにより、運動部材１０２５−１が支持部１０２６−１に対してＤ−１軸に沿って非対称振動する。運動部材１０２５−１による非対称振動は、連結部１０２９ａ−１，１０２９ｂ−１，１０２９ｃ−１，１０２９ｄ−１を介して接触部１００３−１に伝えられ、接触部１００３−１は皮膚２０２に当該非対称振動に基づく力を与える。これにより、Ｄ−１軸に沿った何れかの向きに擬似的な並進力覚を呈示できる。
【０１２６】
なお、望ましくは、接触部１００３−１が皮膚２０２に与える力の応答波形（時系列波形パターン）は、時間区間τ１（第１の時間区間）では、向きが所定方向ＤＩＲ１であって絶対値が閾値ＴＨ１（第１の閾値）以上である力を表し、時間区間τ２（第１の時間区間と異なる第２の時間区間）では、向きが所定方向の反対方向ＤＩＲ２であって絶対値が閾値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以内である力を表す。ただし、τ１＜τ２であり、時間区間τ１と時間区間τ２とは周期的に繰り返される。このような応答波形を実現する目標応答波形パターンは、第１の時間区間Ｔ１では、向きが所定方向であって絶対値が第１の閾値以上である力を表し、第１の時間区間Ｔ１と異なる第２の時間区間Ｔ２では、向きが所定方向の反対方向であって絶対値が第２の閾値以内である力を表す周期的な波形パターンである。ただし、第１の時間区間Ｔ１は第２の時間区間Ｔ２よりも短い。これによって、より明確に擬似的な力覚を知覚させることができる。より望ましくは、当該力の波形パターンが矩形パターンまたは矩形パターンに近似するパターンであることが望ましい。
【０１２７】
［第７実施形態の変形例１］
第７実施形態ではＤ−１軸は基部１００１の短手方向に沿った軸であったが、図１７Ａおよび図１７Ｂに例示するように、基部１００１の長手方向に沿った軸をＤ−１軸としてもよい。
【０１２８】
［第７実施形態の変形例２］
第７実施形態では、振動子１０２０−１の支持部１０２６−１が基部１００１の凹部１００１ｄ−１の底面１００１ｅ−１に取り付けられ、振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１に接触部１００３−１が取り付けられていた。しかし、図１７Ｃに例示するように、振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１が連結部を介して基部１００１の凹部１００１ｄ−１の底面１００１ｅ−１に取り付けられ、振動子１０２０−１の支持部１０２６−１に接触部１００３−１が取り付けられていてもよい。この場合、「ベース機構」は基部１００１および運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、基部１００１、運動部材１０２５−１、およびそれらの連結部１０２９ａ−１，１０２９ｂ−１，１０２９ｃ−１，１０２９ｄ−１からなる機構である。また、この場合の「接触機構」は接触部１００３−１および支持部１０２６−１を含む機構であり、例えば、接触部１００３−１および支持部１０２６−１からなる機構である。「接触機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。「接触機構」の質量ｍ１は「ベース機構」の質量ｍ２よりも小さい。これによって効率的に擬似的な力覚を呈示できる。好ましくは、「接触機構」の質量ｍ１が、零よりも大きく、「ベース機構」の質量ｍ２の質量の三分の一以下である。
【０１２９】
［第７実施形態の変形例３］
擬似力覚発生装置１０００が基部１００１を含まなくてもよい。例えば、振動子１０２０−１および接触部１００３−１を含む機構と基部１００１とが別々に流通し、利用時に第７実施形態の変形例１または２のように、基部１００１に振動子１０２０−１および接触部１００３−１が取り付けられてもよい。
【０１３０】
第７実施形態のように取り付けられる場合（図１５Ａ）、「ベース機構」は支持部１０２６−１を含む機構であり、例えば、支持部１０２６−１からなる機構である。「ベース機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。また「接触機構」は接触部１００３−１および運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、接触部１００３−１、運動部材１０２５−１、および連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉからなる機構である。「接触機構」の質量ｍ１は、「ベース機構」の質量と「ベース機構」に取り付けられる機構である基部１００１の質量との合計ｍ２よりも小さい。この場合の力学特性モデルＭｄでは、「接触機構」が質点Ｍ１に相当し、「ベース機構」と基部１００１とが質点Ｍ２に相当する。
【０１３１】
第７実施形態の変形例２のように取り付けられる場合（図１７Ｃ）、「ベース機構」は運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、運動部材１０２５−１、およびそれらの連結部１０２９ａ−１，１０２９ｂ−１，１０２９ｃ−１，１０２９ｄ−１からなる機構である。この場合の「接触機構」は接触部１００３−１および支持部１０２６−１を含む機構であり、例えば、接触部１００３−１および支持部１０２６−１からなる機構である。「接触機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。「接触機構」の質量ｍ１は、「ベース機構」の質量と「ベース機構」に取り付けられる機構である基部１００１の質量との合計ｍ２よりも小さい。この場合の力学特性モデルＭｄでは、「接触機構」が質点Ｍ１に相当し、「ベース機構」と基部１００１とが質点Ｍ２に相当する。
【０１３２】
これらの場合も、好ましくは、０＜ｍ１／ｍ２≦１／３である。
【０１３３】
［第８実施形態］
第８実施形態は第７実施形態の変形例であり、擬似力覚発生装置が複数個の接触機構を有する。
【０１３４】
図１８Ａ〜図１８Ｄに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１１００は、基部１１０１、支持部１０２６−ｉおよび支持部１０２６−ｉに対する非対称振動（周期的な非対称運動）を行う運動部材１０２５−ｉを含む振動子１０２０−ｉ、ならびに接触部１００３−ｉを有する（ただし、ｉ＝１，２）。第７実施形態との相違点は、基部１１０１の上面１１０１ｂ側に接触部１００３−１が配置されているだけではなく、基部１１０１の下面１１０１ｃ側にも接触部１００３−２が配置されている点である。各接触部１００３−ｉは振動子１０２０−ｉを介して基部１１０１に取り付けられており、振動子１０２０−ｉの駆動によって接触部１００３−ｉが基部１１０１に対して非対称振動する。第７実施形態のように、支持部１０２６−ｉが基部１１０１に取り付けられており、振動子１０２０−ｉが接触部１００３−ｉに取り付けられていてもよいし、第７実施形態の変形例２のように、振動子１０２０−ｉが基部１１０１に取り付けられており、支持部１０２６−ｉが接触部１００３−ｉに取り付けられていてもよい。ただし、本形態のＤ−１軸とＤ−２軸は共に基部１１０１の短手方向に沿った軸であり、互いに略平行である。接触部１００３−１は上面１１０１ｂと略平行に配置され、接触部１００３−２は下面１１０１ｃと略平行に配置されている。この例の接触部１００３−１と接触部１００３−２は、基部１１０１の上面１１０１ｂと下面１１０１ｃとの中間面に対して略面対称に配置されている。すなわち、接触部１００３−１と接触部１００３−２との間に振動子１０２０−１，１０２０−２が配置されている。
【０１３５】
擬似力覚発生装置１１００の使用時には、基部１１０１、および接触部１００３−１，１００３−２が利用者の皮膚に接触する。図１８Ｃに例示するように、接触部１００３−１，１００３−２を同一方向Ｅ−１，Ｅ−２に擬似的な力覚を呈示するように非対称振動させた場合、利用者はその方向に並進力覚を知覚する。一方、図１８Ｃに例示するように、接触部１００３−１，１００３−２を互いに反対方向Ｅ−１，Ｅ−２に擬似的な力覚を呈示するように非対称振動させた場合、利用者はＥ−１１方向に回転するような擬似的な力覚を知覚する。
【０１３６】
［第８実施形態の変形例１］
図１９Ａ〜図１９Ｃに例示する擬似力覚発生装置１２００のように、Ｄ−１軸とＤ−２軸とが互いに略直交していてもよい。「略直交」の例は直交である。この擬似力覚発生装置１２００は、基部１２０１、支持部１０２６−ｉおよび支持部１０２６−ｉに対する非対称振動（周期的な非対称運動）を行う運動部材１０２５−ｉを含む振動子１０２０−ｉ、ならびに接触部１００３−ｉを有する（ただし、ｉ＝１，２）。基部１２０１の上面１２０１ｂ側には接触部１００３−１が配置されており、基部１２０１の下面１２０１ｃ側には接触部１００３−２が配置されている。各接触部１００３−ｉは振動子１０２０−ｉを介して基部１２０１に取り付けられており、振動子１０２０−ｉの駆動によって接触部１００３−ｉが基部１２０１に対して非対称振動する。Ｄ−１軸は基部１２０１の短手方向に沿った軸であり、Ｄ−２軸は基部１２０１の長手方向に沿った軸であり、互いに略直交する。接触部１００３−１は上面１２０１ｂと略平行に配置され、接触部１００３−２は下面１２０１ｃと略平行に配置されている。この例では、接触部１００３−１と接触部１００３−２とは互いにずれた位置に配置されている。すなわち、上面１２０１ｂと下面１２０１ｃとの中間に位置するこれらと略平行な中間面に対して、接触部１００３−１と面対称となる領域に、接触部１００３−２は存在していない。擬似力覚発生装置１２００の使用時には、基部１２０１、および接触部１００３−１，１００３−２が利用者の皮膚に接触する。擬似力覚発生装置１２００の振動子１０２０−１，１０２０−２を駆動することで、利用者は接触部１００３−１，１００３−２の非対称振動に基づく擬似的な力覚を知覚する。
【０１３７】
［第８実施形態の変形例２］
図２０Ａ〜図２０Ｃに例示した擬似力覚発生装置１３００のように、上面１２０１ｂと下面１２０１ｃとの中間に位置するこれらと略平行な中間面に対して、接触部１００３−１と面対称となる領域に接触部１００３−２が存在していてもよい。このような擬似力覚発生装置１３００の使用時には、基部１２０１、および接触部１００３−１，１００３−２が利用者の皮膚に接触する。擬似力覚発生装置１２００の振動子１０２０−ｉを駆動することで、擬似力覚発生装置１３００の振動子１０２０−１，１０２０−２を駆動することで、利用者は接触部１００３−１，１００３−２の非対称振動に基づく擬似的な力覚を知覚する。
【０１３８】
［第８実施形態の変形例３］
図２１Ａ〜図２１Ｃに例示する擬似力覚発生装置１４００は、基部１４０１、振動子１０２０−ｉ、ならびに接触部１００３−ｉを有する（ただし、ｉ＝１，２）。基部１４０１の内部には、振動子１０２０−２の支持部１０２６−２または運動部材１０２５−２の何れか一方側が取り付けられており、その他方側には接触部１００３−２に取り付けられている。接触部１００３−２には、振動子１０２０−１の支持部１０２６−１または運動部材１０２５−１の何れか一方側が取り付けられており、その他方側には接触部１００３−１に取り付けられている。振動子１０２０−１は、その運動部材１０２５−１が基部１４０１の短手方向に沿ったＤ−１軸に沿って非対称振動可能なように取り付けられており、振動子１０２０−２は、その運動部材１０２５−２が基部１４０１の長手方向に沿ったＤ−２軸に沿って非対称振動可能なように取り付けられている。すなわち、振動子１０２０−１，１０２０−２はＤ−１軸とＤ−２軸とが互いに略直交するように取り付けられている。例えば、図２２Ａおよび図２２Ｂに例示するように、振動子１０２０−２の支持部１０２６−２が基部１４０１の内部に固定されており、振動子１０２０−２の運動部材１０２５−２が連結部１０２９ａ−２，１０２９ｂ−２，１０２９ｃ−２，１０２９ｄ−２を介して接触部１００３−２に取り付けられている。接触部１００３−２には、振動子１０２０−１の支持部１０２６−１が取り付けられており、振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１が連結部１０２９ａ−１，１０２９ｂ−１，１０２９ｃ−１，１０２９ｄ−１を介して接触部１００３−１に取り付けられている。接触部１００３−１，１００３−２は、基部１４０１の上面１４０１ｂおよび下面１４０１ｃと略平行であり、接触部１００３−１は上面１４０１ｂと略同一平面上に配置されている。
【０１３９】
擬似力覚発生装置１４００の使用時には、基部１４０１および接触部１００３−１が利用者の皮膚に接触する。振動子１０２０−１のみを駆動させた場合には、Ｄ−１軸に沿った何れかの方向に擬似的な力覚を呈示でき、振動子１０２０−２のみを駆動させた場合には、Ｄ−２軸に沿った何れかの方向に擬似的な力覚を呈示できる。振動子１０２０−１および振動子１０２０−２の両方を駆動させた場合には、Ｄ−１軸とＤ−２軸とからなる平面上の任意の方向に擬似的な力覚を呈示できる。
【０１４０】
［第９実施形態］
図２３Ａおよび図２３Ｂに例示するように、本形態の擬似力覚発生装置１５００は、振動子１０２０−１、板状の接触部１５０３および帯状（バンド状）の接触部１５０４を有する。接触部１５０３は合成樹脂等から構成され、接触部１５０４は合成樹脂や皮などから構成される。振動子１０２０−１の運動部材１０２５−１は連結部１０２９ａ−１，１０２９ｂ−１，１０２９ｃ−１，１０２９ｄ−１を介して接触部１５０３の板面１５０３ｃに取り付けられている。さらに振動子１０２０−１の支持部１０２６−１には接触部１５０４に取り付けられている。図２３Ａおよび図２３Ｂの例では、支持部１０２６−１に対し、Ｄ−１軸と略直交する向きに、帯状の接触部１５０４が取り付けられている。すなわち、接触部１５０４は、Ｄ−１軸と略直交する向きに支持部１０２６−１に取り付けられている。図２３Ｂに例示するように、擬似力覚発生装置１５００は、例えば、接触部１５０３，１５０４が利用者の腕１５１０の皮膚に接触するように装着される。
【０１４１】
この構成の場合、「ベース機構」は支持部１０２６−１および接触部１５０４を含む機構であり、例えば、支持部１０２６−１および接触部１５０４からなる機構である。「ベース機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。また「接触機構」は接触部１５０３および運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、接触部１５０３−１、運動部材１０２５−１、および連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉからなる機構である。「接触機構」の質量ｍ１は「ベース機構」の質量ｍ２よりも小さい。好ましくは、０＜ｍ１／ｍ２≦１／３である。この場合の力学特性モデルＭｄでは、「接触機構」が質点Ｍ１に相当し、「ベース機構」が質点Ｍ２に相当する。これにより、腕１５１０が伸びる方向に沿った何れかの向きに擬似的な力覚を呈示できる。
【０１４２】
［第９実施形態の変形例１］
図２４に例示する擬似力覚発生装置１６００のように、支持部１０２６−１に合成樹脂や皮などから構成される帯状部材１６０４が取り付けられ、さらに帯状部材１６０４に対し、Ｄ−１軸に沿った向きに、帯状の接触部１５０４が環状に取り付けられていいてもよい。すなわち、接触部１５０４が、Ｄ−１軸に沿った方向に支持部１０２６−１に取り付けられている。この構成の場合、「ベース機構」は、支持部１０２６−１、帯状部材１６０４、および接触部１５０４を含む機構であり、例えば、支持部１０２６−１、帯状部材１６０４、および接触部１５０４からなる機構である。「ベース機構」が、さらに、ばね１０２２−ｉ，１０２３−ｉ、およびコイル１０２４−ｉの少なくとも何れかを含んでもよい。また「接触機構」は接触部１５０３および運動部材１０２５−１を含む機構であり、例えば、接触部１５０３−１、運動部材１０２５−１、および連結部１０２９ａ−ｉ，１０２９ｂ−ｉ，１０２９ｃ−ｉ，１０２９ｄ−ｉからなる機構である。「接触機構」の質量ｍ１は「ベース機構」の質量ｍ２よりも小さい。この構成では、腕１５１０を横切る何れかの向きに擬似的な力覚を呈示できる。
【０１４３】
［第１０実施形態］
接触機構およびベース機構の両方が皮膚に接触する構成（例えば、第７〜９実施形態およびそれらの変形例）の場合、接触機構が目標制御信号波形およびバイアス成分に応じた非対称振動を行ってもよい。ただし、バイアス成分は非対称振動の振動中心を制御する成分である。すなわち、接触機構の非対称振動の振動中心の位置を制御可能としてもよい。例えば、バイアス成分によって非対称振動による擬似的な力覚を呈示する方向に振動中心を移動させてもよい。これにより、擬似的な力覚をより明確に知覚させることができる。
【０１４４】
例えば、図２５Ａに例示するように、目標制御信号波形のみに応じて振動子１０２０−ｉを駆動させた場合（バイアス成分が零の場合）における、接触部１００３−ｉのＤ−ｉ軸に沿った非対称振動の振動中心をΦとする。ここで、図２５Ｂに例示するようにＧ１方向に擬似的な力覚を呈示する場合には、接触部１００３−ｉの非対称振動の振動中心が振動中心ΦよりもＧ１方向に移動したΦ１となるようにバイアス成分を調整する。例えば、目標制御信号波形が正の場合に接触部１００３−ｉにＧ１方向の力が与えられるのであれば、目標制御信号波形と正のバイアス成分とを加算した波形に応じた制御信号を電気回路１３に与え、それに応じた駆動信号を振動子１０２０−ｉに与える。逆に図２５Ｃに例示するようにＧ２方向に擬似的な力覚を呈示する場合には、接触部１００３−ｉの非対称振動の振動中心が振動中心ΦよりもＧ２方向に移動したΦ２となるようにバイアス成分を調整する。例えば、目標制御信号波形が負の場合に接触部１００３−ｉにＧ２方向の力が与えられるのであれば、目標制御信号波形から正のバイアス成分を減算した波形に応じた制御信号を電気回路１３に与え、それに応じた駆動信号を振動子１０２０−ｉに与える。なお、接触部１００３−ｉの非対称振動の振動中心をＧ１方向に移動させるためのバイアス成分の大きさと、当該振動中心をＧ２方向に移動させるためのバイアス成分の大きさは、互いに同一であってもよいし、同一でなくてもよい。また、過去の擬似的な力覚の呈示方向の履歴に応じて、当該振動中心をＧ１方向に移動させるためのバイアス成分の大きさ、または、当該振動中心をＧ２方向に移動させるためのバイアス成分の大きさを変化させてもよい。なお、図２５Ｂおよび図２５Ｃでの例では、Ｇ１方向とＧ２方向が拮抗する方向にあるため、ある時刻におけるバイアスはＧ１方向、Ｇ２方向のいずれか一方となる。
【０１４５】
［シミュレーション結果］
比較シミュレーション結果を示す。
＜擬似力覚発生装置１２と擬似力覚発生装置１０００との比較＞
図２６Ａ〜図２６Ｃおよび図２７Ａ〜図２７Ｃを用い、時間非対称矩形波の制御電圧で制御した場合の比較シミュレーション結果を示す。ただし、この時間非対称矩形波は、正である期間Ｔ１および負である期間Ｔ２が［Ｔ１，Ｔ２］＝［６，１２］［ｍｓ］のものである。図２６Ａ〜図２６Ｃは、スマートフォンケース等の接触部が取り付けられたスマートフォン端末装置等の本体に、擬似力覚発生装置１２（図３Ａ）を内蔵した場合のシミュレーション結果を表し、図２７Ａ〜図２７Ｃは擬似力覚発生装置１０００（図１５Ａ）でのシミュレーション結果を表す。図２６Ａおよび図２７Ａは、擬似力覚発生装置１２のおよび擬似力覚発生装置１０００の制御電圧を表す。縦軸は制御電圧の電圧値［Ｖ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。図２６Ｂおよび図２７Ｂは、図２６Ａおよび図２７Ａの制御電圧で駆動させたときの、擬似力覚発生装置１２が内蔵された本体に取り付けられた接触部および擬似力覚発生装置１０００の接触部１００３−１から皮膚に与えられる力を表す。縦軸は皮膚に与えられる力［Ｎ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。図２６Ｃおよび図２７Ｃは、図２６Ａおよび図２７Ａの制御電圧で駆動させたときの、擬似力覚発生装置１２が内蔵された本体に取り付けられた接触部および擬似力覚発生装置１０００の接触部１００３−１の位置（振動波形）を表す。縦軸は接触部の位置［ｍ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。ただし、図２６Ａ〜図２６Ｃでは、質量１４５ｇの本体（例えば、スマートフォン端末装置）、質量１０ｇの接触部（例えば、スマートフォンケース）、質量１０ｇの支持部（例えば、アクチュエータケース）からなる系の質量をｍ１＝１５５ｇとし、質量５ｇの運動部材（例えば、アクチュエータ可動子）からなる系の質量をｍ２＝５ｇとした。一方、図２７Ａ〜図２７Ｃでは、質量５ｇの接触部１００３−１および質量５ｇの運動部材１０２５−ｉ（例えば、アクチュエータ可動子）からなる系の質量をｍ１＝１０ｇとし、質量１０ｇの支持部１０２６−ｉ（例えば、アクチュエータケース）および質量１３５ｇの基部１００１（例えば、スマートフォン端末装置）からなる系の質量をｍ２＝１４５ｇとした。これらの図から分かるように、擬似力覚発生装置１０００は、接触部が取り付けられた本体に擬似力覚発生装置１２を内蔵した構成に比べて質量ｍ１に対して質量ｍ２を大きくでき、接触部の振動の非対称性および皮膚に与えられる力の非対称性をともに大きくできる。その結果、本形態の構成では従来よりも明確に擬似的な力覚を呈示できる。
【０１４６】
＜時間非対称矩形波の制御電圧と目標制御信号波形の制御電圧との比較１＞
図２８Ａ〜図２８Ｃに擬似力覚発生装置１０００を時間非対称矩形波の制御電圧で制御した場合のシミュレーション結果を示し、図２９Ａ〜図２９Ｃに擬似力覚発生装置１０００を目標制御信号波形の制御電圧で制御した場合の比較シミュレーション結果を示す。ただし、時間非対称矩形波および目標制御信号波形は、いずれも正である期間Ｔ１および負である期間Ｔ２が［Ｔ１，Ｔ２］＝［３，１６］［ｍｓ］のものである。擬似力覚発生装置１０００の構成は図２７Ａ〜図２７Ｃの構成と同じである。図２８Ａおよび図２９Ａは、擬似力覚発生装置１０００の制御電圧を表す。縦軸は制御電圧の電圧値［Ｖ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。図２８Ｂおよび図２９Ｂは、図２８Ａおよび図２９Ａの制御電圧で駆動させたときの、擬似力覚発生装置１０００の接触部１００３−１から皮膚に与えられる力を表す。縦軸は皮膚に与えられる力［Ｎ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。ただし、図２９Ｂの破線は目標応答波形パターンを表し、実線は応答波形を表す。図２８Ｃおよび図２９Ｃは、図２８Ａおよび図２９Ａの制御電圧で駆動させたときの、擬似力覚発生装置１０００の接触部１００３−１の位置を表す。縦軸は接触部の位置［ｍ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。これらの図から分かるように、目標制御信号波形の制御電圧で制御した場合、時間非対称矩形波の制御電圧で制御した場合に比べ、皮膚に与え力および接触部１００３−１の位置ともにノイズとなる波形の微細振動が少なく、一方で正方向の極大値と負方向との極大値との差が大きく、非対称性が大きい。これより、目標制御信号波形の制御電圧で制御することで、よりも明確な力覚を提示できることが分かる。
【０１４７】
＜時間非対称矩形波の制御電圧と目標制御信号波形の制御電圧との比較２＞
図３０Ａ〜図３０Ｃに擬似力覚発生装置１０００を時間非対称矩形波の制御電圧で制御した場合のシミュレーション結果を示し、図３１Ａ〜図３１Ｃに擬似力覚発生装置１０００を目標制御信号波形の制御電圧で制御した場合の比較シミュレーション結果を示す。ただし、時間非対称矩形波および目標制御信号波形は、いずれも正である期間Ｔ１および負である期間Ｔ２が［Ｔ１，Ｔ２］＝［６，１２］［ｍｓ］のものである。その他の条件は＜時間非対称矩形波の制御電圧と目標制御信号波形の制御電圧との比較１＞のものと同じである。これらの図からも、目標制御信号波形の制御電圧で制御することで、よりも明確な力覚を提示できることが分かる。
【０１４８】
＜時間非対称矩形波の制御電圧と目標制御信号波形の制御電圧との比較３＞
図３２Ａは、擬似力覚発生装置１０００を［Ｔ１，Ｔ２］［ｍｓ］の時間非対称矩形波の制御電圧で制御した場合に、接触部１００３−１から皮膚に与えられる力の非対称性の一例をステムプロットした図である。図３２Ｂは、擬似力覚発生装置１０００を［Ｔ１，Ｔ２］［ｍｓ］の目標制御信号波形の制御電圧で制御した場合に、接触部１００３−１から皮膚に与えられる力の非対称性の一例をステムプロットした図である。各図の底面の二軸が期間Ｔ１およびＴ２をそれぞれ表し、縦軸が皮膚に与えられる力の非対称性である正負極大力の差（より正確には、正方向の極大値と、負方向の極小値の和。すなわち、正方向の極大値の絶対値から、負方向の極小値の絶対値を引いたもの。）［Ｎ］を表している。その他の条件は＜時間非対称矩形波の制御電圧と目標制御信号波形の制御電圧との比較１＞のものと同じである。これらの図より、目標制御信号波形の制御電圧で制御することで、時間非対称矩形波の制御電圧で制御する場合に比べ、接触部１００３−１から皮膚に与えられる力の非対称性が大きくなることが分かる。さらに、目標制御信号波形の制御電圧で制御することで、［Ｔ１，Ｔ２］の変化に対してもロバストな傾向を持つことが分かる。
【０１４９】
［その他の変形例等］
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、擬似力覚発生装置の構成は前述したものには限定されず、周期的な非対称運動によって擬似力覚を発生するその他の擬似力覚発生装置であってもよい。把持部の構成も前述のものには限定されない。すなわち、把持部が擬似力覚発生装置のケースそのものである必要はなく、擬似力覚発生装置に機械的に固定された把持部などであってもよい。また、擬似力覚発生装置は前記実施形態またはその変形例のものに限定されず、例えば、擬似力覚発生装置内に設置された加速度センサによる加速度計測結果が所定の閾値以下の期間が所定の長さ以上の場合には擬似力覚発生装置が把持されていないと判定して、異なるモードで動作する様な機能を追加で有することとしても良い。この様な機能を追加すると、たとえば、把持されていない時には擬似力覚提示を停止しても良いし、さらには、第１、２実施形態の第４の変形例も行わないこととしても良い。把持されていない場合に処理を停止することにより、把持していないのに装置が動作することによる落下、破損のリスクや電池消耗を低減できる。
【０１５０】
式（１４）〜（１７）の運動方程式はｊ＿ｍａｘ＝２の場合にも一般化できる。また、力学特性モデルＭｄおよび皮膚の力学特性モデルＭｓの数式表現を以下のようにしてもよい。
【数７】
0006469041.tif 000008
【０１５１】
「周期的な非対称運動」の例は非対称振動である。また、各実施形態およびその変形における「皮膚」を「粘膜」に置換した形態であってもよい。
【０１５２】
各実施形態において、「試行信号波形」や「目標制御信号波形」の例として、電圧の時間波形や電流の時間波形などを例示したが、「試行信号波形」や「目標制御信号波形」はこれらに限定されない。例えば、その波形はいくつかのパラメータで定義づけられた不連続な関数で表される波形であってもよい。
【０１５３】
不連続な関数で表される波形の例を図３３Ａおよび図３３Ｂに示す。図３３Ａは、波形を合計７つのパラメータで定義づけた例である。この波形は、時間区間の長さを示すＴＡ〜ＴＤ、電圧または電流の値（電圧値または電流値）を示すＡＭ１とＡＭ２、時間区間ＴＤでの電圧または電流の値を表す一次関数の傾きを示すｄＡＭ（ただし、この一次関数は時間変数の関数であり、時間区間ＴＤの直前の時間区間の終了時に対する関数値が、当該終了時での電圧または電流の値である）の、合計７個のパラメータで表現されている。図３３Ｂは、ＴＣの時間区間の長さが０の場合の例である。
【０１５４】
例えば、１周期（図３３ＡではＴで表される、ＴＡの開始時刻からＴＤの終了時刻までの時間区間）の中に以下の特徴を有する「試行信号波形」や「目標制御信号波形」は、擬似力覚の提示に有効な波形と考えられる。
≪特徴１≫運動部材１０２５−ｉをある方向に加速させるために電圧もしくは電流の値または電流の方向を急激に変化させた「加速期間」の後に、変化後の値を持続させる時間区間である「持続期間」（例えば、図３３ＡのＴＢ）がある。
≪特徴２≫「持続期間」の後（より望ましくは、直後）に、運動部材１０２５−ｉを急激に減速させる時間区間である「減速期間」（例えば、図３３ＡのＴＣ）がある。例えば、「持続期間」と「減速期間」で電圧値の符号（正負）を反転させ、かつ、「減速期間」での電圧値ができるだけ大きくなるように変化させると、急激に運動部材１０２５−ｉを減速させる効果が期待できる。電流の場合には、「持続期間」と「減速期間」で電流の流れる方向を逆方向とし、かつ、「減速期間」での電流量ができるだけ大きくなるように変化させると、急激に運動部材１０２５−ｉを減速させる効果が期待できる。
≪特徴３≫「減速期間」の後（より望ましくは、直後）に、運動部材１０２５−ｉの位置を「加速期間」で加速する前の位置に戻すために、運動部材１０２５−ｉに与える加速度（または力）を「加速期間」での加速方向の逆方向に緩やかに変化させる「復帰期間」（図３３ＡのＴＤ）がある。例えば、「復帰期間」において、電圧の値を一次関数に従い変化させてもよい。ただし、図３３Ｂのように「特徴２」を有さない波形であっても擬似力覚の提示に有効な波形となる場合もある。
【０１５５】
また、「試行信号波形」や「目標制御信号波形」が、離散時刻（例えば、所定のサンプリング時刻）ごとに予め定められた値を取る離散データであってもよい。
【０１５６】
図３４に例示するように、前述の制御信号推定装置１１（または２１）に含まれた各部と目標制御信号単純化部５１６とを有する制御信号推定装置１１’（または２１’）が用いられてもよい。目標制御信号単純化部５１６は、モデル適用部１１３（または２１３）で逆ダイナミクスモデルＭｃに目標応答波形パターンを適用して得られた波形（「逆ダイナミクス波形」と呼ぶ）を入力とし、当該逆ダイナミクス波形を単純化した波形を目標制御信号波形として出力する。
【０１５７】
例えば、目標制御信号単純化部５１６は、モデル適用部１１３（または２１３）から逆ダイナミクス波形を受け取り、これをパラメータ群（例えば、図３３ＡのＴＡ〜ＴＤ、ＡＭ１、ＡＭ２、ｄＡＭの７つのパラメータ）で定義づけられる波形パターン（例えば、図３３Ａ）によって表現した目標制御信号波形を得、その波形パターンを表す情報および／またはそれに対応するパラメータ群を出力する。電気回路１３は、波形パターンを表す情報および／またはそれに対応するパラメータ群によって特定される目標制御信号波形に応じて上述の各実施形態で説明した通りに動作する。ここで、パラメータ群のデータ量および当該パラメータ群によって定義づけられる波形パターンのデータ量は、逆ダイナミクス波形のデータ量よりも小さい。これにより、目標制御信号波形を特定するための情報を記憶しておく場合の記憶容量や、この情報を送信する場合の通信容量を削減できる。
【０１５８】
例えば、目標制御信号単純化部５１６は、逆ダイナミクス波形と、所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンと、の誤差が最少となるような波形パターンのパラメータ群の値を最少二乗法により求め、このような波形パターンを目標制御信号波形としてもよい。例えば、目標制御信号単純化部５１６は、各時刻の逆ダイナミクス波形と、上記のパラメータ群で定義づけられる波形パターンと、の誤差（例えば、所定の時間区間での誤差の二乗和）が最少となるようなパラメータ群の値を最少二乗法により求めてもよい。
【０１５９】
所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンの種別が複数グループ存在してもよい。例えば、図３３ＡのＴＡ〜ＴＤ、ＡＭ１、ＡＭ２、ｄＡＭの７つのパラメータからなるパラメータ群で定義づけられる波形パターンのグループと、これらと異なる種別のパラメータ群（例えば、前述の特徴２を備えないパラメータ群）で定義づけられる波形パターンのグループとが存在していてもよい。この場合、目標制御信号単純化部５１６は、それぞれのグループのパラメータ群で定義づけられる波形パターンのうち、逆ダイナミクス波形に最も近いものを選択し、選択した波形パターンを目標制御信号波形としてもよい。例えば、目標制御信号単純化部５１６は、それぞれのグループのパラメータ群で定義づけられる波形パターンのうち、逆ダイナミクス波形との誤差が最少となる波形パターンを目標制御信号波形として選択し、その波形パターンを表す情報とそれを定義づけるパラメータ群の値を「目標制御信号波形」の情報として出力してもよい。
【０１６０】
なお、図３４に例示するように、制御信号推定装置１１’（または２１’）がさらにサンプリング部５１７を備えていてもよい。このサンプリング部５１７は、目標制御信号単純化部５１６で選択された波形パターンを入力とし、この波形パターンの値を所定のサンプリング時刻ごとにサンプリングすることで波形の情報（たとえば、サンプリング時刻ごとの波形の値のリスト）を作成し、作成した波形の情報を「目標制御信号波形」として出力することとしてもよい。
【０１６１】
図３５に例示するように、前述の制御信号推定装置５１（または６１）に含まれた各部と目標制御信号単純化部５１６’とを有する制御信号推定装置５１’（または６１’）が用いられてもよい。目標制御信号単純化部５１６’は、試行信号更新部５１４で終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）（試行信号波形を調整して得られる調整済み試行信号波形）を入力とし、当該試行信号波形ＴＲ（ｔ）を単純化した波形を目標制御信号波形として出力する。
【０１６２】
例えば、目標制御信号単純化部５１６’は、試行信号更新部５１４から終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）を受け取り、これをパラメータ群（例えば、図３３ＡのＴＡ〜ＴＤ、ＡＭ１、ＡＭ２、ｄＡＭの７つのパラメータ）で定義づけられる波形パターン（例えば、図３３Ａ）によって表現した目標制御信号波形を得、その波形パターンを表す情報および／またはそれに対応するパラメータ群を出力する。電気回路１３は、波形パターンを表す情報および／またはそれに対応するパラメータ群によって特定される目標制御信号波形に応じて上述の各実施形態で説明した通りに動作する。ここで、パラメータ群のデータ量および当該パラメータ群によって定義づけられる波形パターンのデータ量は、終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）のデータ量よりも小さい。これにより、目標制御信号波形を特定するための情報を記憶しておく場合の記憶容量や、この情報を送信する場合の通信容量を削減できる。
【０１６３】
例えば、目標制御信号単純化部５１６’は、終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）と、所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンと、の誤差が最少となるような波形パターンのパラメータ群の値を最少二乗法により求め、このような波形パターンを目標制御信号波形としてもよい。例えば、目標制御信号単純化部５１６’は、各時刻ｔで終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）と、上記のパラメータ群で定義づけられる波形パターンと、の誤差（例えば、所定の時間区間での誤差の二乗和）が最少となるようなパラメータ群の値を最少二乗法により求めてもよい。
【０１６４】
所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンの種別が複数グループ存在してもよい。例えば、図３３ＡのＴＡ〜ＴＤ、ＡＭ１、ＡＭ２、ｄＡＭの７つのパラメータからなるパラメータ群で定義づけられる波形パターンのグループと、これらと異なる種別のパラメータ群（例えば、前述の特徴２を備えないパラメータ群）で定義づけられる波形パターンのグループとが存在していてもよい。この場合、目標制御信号単純化部５１６’は、それぞれのグループのパラメータ群で定義づけられる波形パターンのうち、終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）に最も近いものを選択し、選択した波形パターンを目標制御信号波形としてもよい。例えば、目標制御信号単純化部５１６’は、それぞれのグループのパラメータ群で定義づけられる波形パターンのうち、終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）との誤差が最少となる波形パターンを目標制御信号波形として選択し、その波形パターンを表す情報とそれを定義づけるパラメータ群の値を「目標制御信号波形」の情報として出力してもよい。
【０１６５】
目標制御信号単純化部５１６’が、試行信号更新部５１４で終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）を単純化して目標制御信号波形を得るのではなく、前述の制御信号推定装置５１（または６１）の試行信号更新部５１４が、直接、パラメータ群で定義づけられる波形パターンからなる試行信号波形ＴＲ（ｔ）を目標制御信号波形として出力してもよい。すなわち、パラメータ群で定義づけられる波形パターンを試行信号波形ＴＲ（ｔ）として前述のステップＳ５２〜Ｓ５６の処理が行われ、終了条件を満たした最新の試行信号波形ＴＲ（ｔ）が目標制御信号波形として出力されてもよい。この際も、所定のパラメータ群で定義づけられる波形パターンの種別が複数グループ存在してもよい。
【０１６６】
なお、図３５に例示するように、制御信号推定装置５１’（または６１’）がさらにサンプリング部５１７を備えていてもよい。このサンプリング部５１７は、目標制御信号単純化部５１６’で選択された波形パターンを入力とし、この波形パターンの値を所定のサンプリング時刻ごとにサンプリングすることで波形の情報（たとえば、サンプリング時刻ごとの波形の値のリスト）を作成し、作成した波形の情報を「目標制御信号波形」として出力することとしてもよい。
【０１６７】
上述の制御信号推定装置や波形推定装置をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例は、非一時的な（non-transitory）記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。
【０１６８】
このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【０１６９】
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。
【０１７０】
上記実施形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させて制御信号推定装置や波形推定装置の処理機能が実現されたが、これらの処理機能の少なくとも一部がハードウェアで実現されてもよい。
【符号の説明】
【０１７１】
１１，２１，１１’，２１’，５１，６１，５１’，６１’  制御信号推定装置
１２，１２’，１２”  擬似力覚発生装置
３１，４１  波形推定装置
【図１】
0006469041.tif 000009
【図２】
0006469041.tif 000010
【図３】
0006469041.tif 000011
【図４】
0006469041.tif 000012
【図５】
0006469041.tif 000013
【図６】
0006469041.tif 000014
【図７】
0006469041.tif 000015
【図８】
0006469041.tif 000016
【図９】
0006469041.tif 000017
【図１０】
0006469041.tif 000018
【図１１】
0006469041.tif 000019
【図１２】
0006469041.tif 000020
【図１３】
0006469041.tif 000021
【図１４】
0006469041.tif 000022
【図１５】
0006469041.tif 000023
【図１６】
0006469041.tif 000024
【図１７】
0006469041.tif 000025
【図１８】
0006469041.tif 000026
【図１９】
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【図２０】
0006469041.tif 000028
【図２１】
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【図２２】
0006469041.tif 000030
【図２３】
0006469041.tif 000031
【図２４】
0006469041.tif 000032
【図２５】
0006469041.tif 000033
【図２６】
0006469041.tif 000034
【図２７】
0006469041.tif 000035
【図２８】
0006469041.tif 000036
【図２９】
0006469041.tif 000037
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0006469041.tif 000040
【図３３】
0006469041.tif 000041
【図３４】
0006469041.tif 000042
【図３５】
0006469041.tif 000043