(57)【要約】【課題】本発明は操作対象物に対して操作を行なう際の操作状態を力やトルク、加速度、位置等の物理量で定量的に評価してモデル化し、操作対象物を実際に扱うのと同様の操作感を再現して提示する感覚提示装置を提供する。【解決手段】感覚提示装置１は、人が操作部５を掴んで移動操作すると、操作部５への操作力を６軸力覚センサ６で検出し、操作部５が移動操作されたときの操作部５の移動の加速度を加速度センサ７で検出し、操作部５の位置をリニアエンコーダ９の位置検出ヘッド８で検出して、制御用コンピュータが、操作部５に駆動モータ１０を操作部５の操作内容に基づいて駆動させて、駆動ローラ２と従動ローラ３に張り渡された伝達ベルト４を介して操作部５に、操作部５の移動操作に対応する操作感を発生させる。したがって、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の操作感を操作部５を通して感じることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が力を加えて任意の速度で操作可能な操作手段が、所定方向に移動可能に配置され、当該操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させる感覚提示装置であって、前記操作手段への操作力を検出する力検出手段と、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を検出する加速度検出手段と、当該操作手段の位置を検出する位置検出手段と、前記操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段と、前記操作手段が移動操作されると、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記力発生手段を駆動させて当該操作手段の移動操作に対応する操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させる制御手段と、を備えていることを特徴とする感覚提示装置。
【請求項２】
前記感覚提示装置は、前記操作手段は、所定の一方向にスライド動作可能に配置されており、前記制御手段は、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記力発生手段に、前記操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させることを特徴とする請求項１記載の感覚提示装置。
【請求項３】
前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、前記操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を備え、前記制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、前記操作手段に急激な力の変動を発生させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の感覚提示装置。
【請求項４】
前記急変再現手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項３記載の感覚提示装置。
【請求項５】
前記急変再現手段は、エアシリンダ内の空気の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータであることを特徴とする請求項３記載の感覚提示装置。
【請求項６】
前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を備え、前記制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の感覚提示装置。
【請求項７】
前記慣性発生手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる前記可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備え、前記制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させることを特徴とする請求項６記載の感覚提示装置。
【請求項８】
前記慣性発生手段は、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に前記伝達手段の前記可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる前記可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備え、前記制御手段は、当該ローラ狭持機構による前記可動部の狭持と狭持の開放及び前記駆動ローラの回転動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させることを特徴とする請求項６記載の感覚提示装置。
【請求項９】
前記力発生手段は、前記伝達手段に前記発生した力を出力する出力軸を備え、前記慣性発生手段は、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備え、前記制御手段は、当該力付与手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させることを特徴とする請求項６記載の感覚提示装置。
【請求項１０】
前記力付与手段は、通電により前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項９記載の感覚提示装置。
【請求項１１】
前記力付与手段は、通電により粘性が変化して前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータであることを特徴とする請求項９記載の感覚提示装置。
【請求項１２】
前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備え、前記制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、前記操作手段に凹凸等の感覚を発生させることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の感覚提示装置。
【請求項１３】
前記直交方向移動力発生手段は、回転動作を直線動作に変換して前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を移動させるカム機構であることを特徴とする請求項１２記載の感覚提示装置。
【請求項１４】
前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１２記載の感覚提示装置。
【請求項１５】
前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータであることを特徴とする請求項１２記載の感覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感覚提示装置に関し、詳細には、人が車やドア等の有る装置等の操作対象物に対して、操作等を行なう際の操作性を力やトルク、加速度、位置等の物理量で定量的に評価してモデル化し、その操作対象物を扱うのと同様の操作感を再現して提示する感覚提示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−１６５２６８号公報
従来、機械製造においては、設計された機械構成に基づいて試作品を作成し、作成した試作品を用いて動作確認や操作を確認することが行われているが、近年、設計された機械構成と同様の動きを再現し、かつ、人が感じる感触、触覚、力覚等の感覚を再現するデバイスを開発し、試作品を製作しないバーチャルリアリティ技術を応用した試作レス製造方法がある。
【０００３】
この技術を利用した従来技術としては、例えば、ワイヤー部材が接続されたフィルムと、該フィルムを挟み込むための動力ローラー及び圧迫ローラーとを備え、フィルムを動かす際に、圧迫ローラーによって当該フィルムを動力ローラーに押し付けて動力を伝達するための伝達機構を設けることで、ワイヤー部材が接続されたフィルムを動力ローラー及び圧迫ローラーにより搬送し、ワイヤー部材の駆動機構を簡単化するワイヤー駆動装置及びこれを用いた力触覚提示装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、従来から人が車やドア等の有る装置の操作対象物に対して、操作、作業、動作等を行なう際の操作性を力やトルク、加速度、位置等の物理量で定量的に評価する「Ｈａｐｔｉｃ」（触覚に関する）（Ｈａｐｔｉｃｓ：触覚学）という技術分野、すなわち、人が何か動作をさせた際の感覚や感触、力覚を定量的に評価してあらわす技術分野が存在する。このような人が受ける感覚や感触を再現する機器や装置のことをＨａｐｔｉｃインターフェイスやＨａｐｔｉｃデバイスと総称している。
【０００５】
この場合の力覚としては、例えば、ドアを勢い良く閉めたときに跳ね返る反力により感じる感覚である衝突感、カメラのシャッターを押すときにシャッターを押したと認識できる感触であるクリック感、床に置いたダンボール等を人が押してスライドさせるときに感じる重量感からくる動きの抵抗感である抵抗感（摩擦）等がある。
【０００６】
そして、上記試作レス製造方法においては、従来ではモータ等の電動機により出力を発生させ、設計した機構の動作を再現していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の試作レス製造方法においては、従来ではモータ等の電動機により出力を発生させ、設計した機構の動作を再現していたため、以下のような問題があった。
【０００８】
すなわち、モータによる出力だけでは衝突感のような加速度の大きい現象を再現することは困難であった。この場合、モータの制御ゲインを限界まで上げることで衝突感を表現しようとしても、振動を起こした状態になり、制御が不安定になる。
【０００９】
また、モータのみの制御に加えて、ピン等によるメカロック方式が従来から存在しており、このメカロック方式においては、決まった場所で衝突感を再現することはできる。ところが、様々な設計を再現しようとする場合には、衝突感を表現したい場所は設計毎に異なる可能性が高い。メカロック方式では、ロック箇所の変更等が大変困難である。この場合、モータ等の力発生装置のトルクを大きくすれば衝突時の加速度表現を行うことができると考えられるが、トルクを大きくするには、モータ自体が大きくなり、モータの慣性が増大してしまうため、機構の動作を再現するために必要なバックドライバビリティを小さく構成することが困難になる。
【００１０】
さらに、同様に操作を行なう機構の慣性について、実際の機構と同様な表現を電動機による出力発生デバイスで表現するのは困難である。特に、重量物の慣性を表現しようとすると、動作させるための最適ゲインとは異なるゲインでモータを動作させる必要があるため、ゲインの設定によっては、発振等の不安定状態に陥ることがある。
【００１１】
また、同様に操作を行なう際の機構の材質、質量、支持機構との材質の違い等による動作部と支持機構部の接触部分での摩擦やでこぼこ感やざらざら感等のテクスチャについては、そのテクスチャの細かさや操作を行なう動作物体の速度が高速であればあるほど、モータ等による駆動機器では力を発生させることが困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、操作手段の操作内容を検出して、当該操作内容に応じた力を発生して、当該力を伝達手段を介して操作手段に伝達し、当該操作手段に操作感を発生させることにより、試作品を作ることなく、バーチャルな世界で実物を表現して、評価できるようにし、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１３】
具体的には、請求項１記載の発明は、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させることにより、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにし、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させることにより、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにし、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させることにより、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現し、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現し、安価により一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現し、安価により一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させることにより、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現し、安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２３】
請求項１１記載の発明は、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとすることにより、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現し、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２４】
請求項１２記載の発明は、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させることにより、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２５】
請求項１３記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構とすることにより、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２６】
請求項１４記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとすることにより、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２７】
請求項１５記載の発明は、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとすることにより、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行い、より一層実際の操作感を感じることのできる感覚提示装置を提供することを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の感覚提示装置は、人が力を加えて任意の速度で操作可能な操作手段が、所定方向に移動可能に配置され、当該操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させる感覚提示装置であって、前記操作手段への操作力を検出する力検出手段と、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を検出する加速度検出手段と、当該操作手段の位置を検出する位置検出手段と、前記操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段と、前記操作手段が移動操作されると、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記力発生手段を駆動させて当該操作手段の移動操作に対応する操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させる制御手段と、を備えていることにより、上記目的を達成している。
【００２９】
上記構成によれば、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【００３０】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記感覚提示装置は、前記操作手段は、所定の一方向にスライド動作可能に配置されており、前記制御手段は、前記力検出手段、前記加速度検出手段及び前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記力発生手段に、前記操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を前記伝達手段を介して前記操作手段に発生させるものであってもよい。
【００３１】
上記構成によれば、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【００３２】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、前記操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を備え、前記制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、前記操作手段に急激な力の変動を発生させるものであってもよい。
【００３３】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させるので、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【００３４】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記急変再現手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータであってもよい。
【００３５】
上記構成によれば、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【００３６】
また、例えば、請求項５に記載するように、前記急変再現手段は、エアシリンダ内の空気の動作によって前記伝達手段の前記可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータであってもよい。
【００３７】
上記構成によれば、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【００３８】
さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を備え、前記制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【００３９】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００４０】
また、例えば、請求項７に記載するように、前記慣性発生手段は、圧電素子の動作によって前記伝達手段の前記可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる前記可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備え、前記制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【００４１】
上記構成によれば、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００４２】
さらに、例えば、請求項８に記載するように、前記慣性発生手段は、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に前記伝達手段の前記可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる前記可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備え、前記制御手段は、当該ローラ狭持機構による前記可動部の狭持と狭持の開放及び前記駆動ローラの回転動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【００４３】
上記構成によれば、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００４４】
また、例えば、請求項９に記載するように、前記力発生手段は、前記伝達手段に前記発生した力を出力する出力軸を備え、前記慣性発生手段は、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備え、前記制御手段は、当該力付与手段の動作を制御して、前記操作手段に慣性を発生させるものであってもよい。
【００４５】
上記構成によれば、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００４６】
さらに、例えば、請求項１０に記載するように、前記力付与手段は、通電により前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータであってもよい。
【００４７】
上記構成によれば、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００４８】
また、例えば、請求項１１に記載するように、前記力付与手段は、通電により粘性が変化して前記出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータであってもよい。
【００４９】
上記構成によれば、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【００５０】
さらに、例えば、請求項１２に記載するように、前記伝達手段は、前記力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を前記操作手段に伝達する可動部を備え、前記感覚提示装置は、当該伝達手段の可動部に作用して前記操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備え、前記制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、前記操作手段に凹凸等の感覚を発生させるものであってもよい。
【００５１】
上記構成によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させるので、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【００５２】
また、例えば、請求項１３に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、回転動作を直線動作に変換して前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を移動させるカム機構であってもよい。
【００５３】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構としているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【００５４】
さらに、例えば、請求項１４に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータであってもよい。
【００５５】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとしているので、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【００５６】
また、例えば、請求項１５に記載するように、前記直交方向移動力発生手段は、通電により前記操作手段の移動方向と直交する方向に前記伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータであってもよい。
【００５７】
上記構成によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとしているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００５９】
図１〜図３は、本発明の感覚提示装置の第１の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項１及び請求項２に対応するものである。
【００６０】
図１は、本発明の感覚提示装置の第１の実施の形態を適用した感覚提示装置１の斜視図である。
【００６１】
図１において、感覚提示装置１は、駆動ローラ２と従動ローラ３との間に伝達ベルト４が張り渡されており、伝達ベルト４が駆動ローラ２と従動ローラ３の方向に移動することで、駆動ローラ２及び従動ローラ３が回転する。
【００６２】
伝達ベルト４には、その操作者が操作する操作対象物としての操作部（操作手段）５が伝達ベルト４の上側に固定されており、操作部５は、図１に両矢印で示す駆動ローラ２と従動ローラ３の方向（以下、スライド方向という。）に移動される。
【００６３】
操作部５には、操作部５がスライド方向に操作された際に操作部５に作用する力を検出する６軸力覚センサ（力検出手段）６と、操作部５がスライド方向に操作された際の加速度を検出する加速度センサ（加速度検出手段）７と、位置検出ヘッド８と、が取り付けられており、また、操作部５を人が操作する際に把持する把持部５ａが形成されている。伝達ベルト４の近傍には、伝達ベルト４の長手方向、すなわち、スライド方向に、少なくとも操作部５の移動範囲にわたって伝達ベルト４に平行にリニアエンコーダ９が配設されており、上記位置検出ヘッド８は、このリニアエンコーダ９に基づいて操作部５の位置検出を行う。このリニアエンコーダ９と位置検出ヘッド８は、全体として、位置検出手段として機能している。
【００６４】
上記駆動ローラ２には、その駆動軸２ａに駆動モータ（力発生手段）１０の出力軸が連結されており、駆動モータ１０は、操作部５が操作された際の操作状態に応じたトルクを発生させて、駆動ローラ２の中心軸に付与して、駆動ローラ２が回転し、駆動ローラ２が回転することで、伝達ベルト４及び従動ローラ３が回転して、伝達ベルト４に固定されている操作部５に駆動モータ１０の発生した力を伝達する。したがって、駆動ローラ２、従動ローラ３及び伝達ベルト（可動部）４は、全体として、伝達機構（伝達手段）１１として機能している。
【００６５】
そして、感覚提示装置１は、図２に示すようにブロック構成されており、本体部２０と制御部３０を備えており、本体部２０は、上記駆動モータ１０、６軸力覚センサ６、加速度センサ７、リニアエンコーダ９及び図２には図示しない位置検出ヘッド８等を備えている。
【００６６】
制御部３０は、モータドライバ３１と制御用コンピュータ３２等を備え、制御用コンピュータ（制御手段）３２は、力覚センサレシーバボード３３、ＡＤ／ＤＡ変換ボード３４及びエンコーダボード３５等を備えている。力覚センサレシーバボード３３には、６軸力覚センサ６から当該６軸力覚センサ６の検出した操作部５が操作された際の力信号が入力され、力覚センサレシーバボード３３は、入力される力信号を制御用コンピュータ３２の処理可能な信号に変換する。
【００６７】
ＡＤ／ＤＡ変換ボード３４には、加速度センサ７から操作部５がスライド方向に操作された際の加速度信号がアナログ信号として入力され、ＡＤ／ＤＡ変換ボード３４は、入力されるアナログの加速度信号を制御用コンピュータ３２の処理可能なデジタル信号に変換するとともに、制御用コンピュータ３２から駆動モータ２０を制御するためのデジタルのドライブ信号をアナログ変換してモータドライバ３１に出力する。
【００６８】
エンコーダボード３５には、リニアエンコーダ９の位置検出ヘッド８から位置検出信号とモータドライバ３１のドライブ信号が入力され、位置検出信号及びドライブ信号を制御用コンピュータ３２の処理可能な信号に変換する。
【００６９】
制御用コンピュータ３２は、６軸力覚センサ６からの力信号、加速度センサ７からの加速度信号及びリニアエンコーダ９の位置検出センサ８からの位置検出信号に基づいて、操作部５への操作状態を判定して、当該操作状態に応じた力や感触等の操作感を実現させるドライブ信号をモータドライバ３１に出力し、モータドライバ３１が当該ドライブ信号に基づいて駆動モータ１０を駆動して、駆動ローラ２及び伝達ベルト４を介して、操作部５に付与して、操作部５を操作する操作者に当該操作に対応する力や感触等の操作感を与える。
【００７０】
すなわち、制御用コンピュータ３２は、操作部５を操作者が持ち、図１の両矢印方向（スライド方向）に移動させた際に、動作を再現したい設計対象物の位置、加える力及び加速度に応じた感覚、例えば、摩擦や粘性、衝突等を表現するように、駆動モータ１０のトルクを制御する。
【００７１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。感覚提示装置１は、人が動作をさせることが可能な取っ手やドアのノブ等や掴むことが可能なジョイスティック状のもの等に対応するものとして操作部５が設けられており、操作者が操作部５をスライド方向に動かすことで、その動作に応じた力や感触等の操作感を伝える。例えば、感覚提示装置１は、ドアの動作を表現する場合には、動作させる部分である操作部５をドアノブ形状とし、人がそのドアノブに対応する操作部５を掴んで開閉の動作と同じように動かしたときに、現実のドアと同様の感触や閉めるときの衝撃力を力覚情報として再現する。
【００７２】
なお、以下の説明では、感覚提示装置１の実際の動作が、箪笥や複写機の給紙トレイ等の引き出し動作であるとして、特に、複写機の給紙トレイを引き出す動作であるとして、以下説明する。
【００７３】
感覚提示装置１は、複写機の給紙トレイとしての操作部５の把持部５ａを操作者が持って、図１の両矢印方向（スライド方向）にスライドさせると、給紙トレイを実際にスライドさせたときに、複写機の給紙トレイのスライド動作に寄与するスチールベルト、ワイヤー機構、ボールネジ及びボールスプライン等により操作者の感じる操作感覚と同様の操作感覚を、駆動ローラ２、従動ローラ３及び伝達ベルト４を介して操作部５に付与するために、駆動モータ１０のモータトルクを制御する。感覚提示装置１は、制御用コンピュータ３２が、モータドライバ３１を介して駆動モータ１０に流す電流値を制御することで、駆動モータ１０に発生させるモータトルクの力を変化させ、また、操作部５の位置によってモータトルクを変化させる。
【００７４】
例えば、制御用コンピュータ３２は、操作部５が、給紙トレイである場合、
▲１▼給紙トレイを引き出す際に、当該給紙トレイを引き出し切ったときの衝突感を壁に衝突するようなモデルにより衝突力として表現する。そこで、制御用コンピュータ３２は、給紙トレイの衝突が起こる場所を位置情報として記憶して、駆動モータ１０に取り付けたエンコーダ情報から給紙トレイとしての操作部５の位置情報を入手し、当該衝突の発生する場所では、動作時の速度に応じた反力が発生するようにモータトルクを制御する。
▲２▼制御用コンピュータ３２は、給紙トレイをスライドさせる動作時に人の手に感じる凹凸感やざらざらした感触を表現するために、操作部５が動作している場所や速度、加速度をパラメータとして、そのパラメータを元に表現する感覚を駆動モータ１０のモータトルクの強弱によって表現できるようなモデル式を立てて制御する。
▲３▼制御用コンピュータ３２は、給紙トレイがセットされるときに、ラッチ機構が働くときの「カチッ」と人に伝わるクリック感を表現するために、当該クリック感を表現するモータ制御モデルを立てて、制御を行なう。
【００７５】
そして、制御用コンピュータ３２は、このような力を発生させるための制御を行うために、予め物理モデル式が内部メモリに格納されており、モデルパラメータを調整することで、駆動モータ１０のモータトルクを制御する。
【００７６】
そこで、感覚提示装置１は、実際に動作対象の箪笥の引き出しや給紙トレイ等の実物の位置、速度、加速度、力（人が取っ手部分等を持っていて伝わる力）等の物理データを測定して、同定したパラメータが内部メモリに格納されており、このパラメータを利用して制御を行う。
【００７７】
そして、物理モデル式としては、例えば、以下のような公知の式を用いることができる。
【００７８】
摩擦のモデル式は、次式１を用いる。
【００７９】
【数１】
2004278733.tif 000003
また、イナーシャ−（慣性）のモデル式は、次式２を用いる。
【００８０】
【数２】
2004278733.tif 000004
さらに、バネのモデル式は、次式３を用いる。
【００８１】
【数３】
2004278733.tif 000005
すなわち、図３に示すように、感覚提示装置１は、操作者が操作部５の把持部５ａを持って操作、例えば、給紙トレイを閉じる方向へ移動させる操作を行うと（ステップＳ１０１）、操作者が操作部５を持っている状態の力、例えば、どの方向に力が加わっているかを６軸力覚センサ６で検出して（ステップＳ１０２）、力覚センサレシーバボード３３で６軸力情報として制御用コンピュータ（図３では、ＰＣと記載）３２に取り込む（ステップＳ１０３）。また、感覚提示装置１は、トレイの位置に相当する操作部５の位置をリニアエンコーダ９と位置検出ヘッド８で検出して（ステップＳ１０４）、エンコーダボード３５で位置情報として制御用コンピュータ３２に取り込み（ステップＳ１０５）、さらに、動作状態の加速度を加速度センサ７で検出して（ステップＳ１０６）、ＡＤ／ＤＡ変換ボード３４で加速度情報として制御用コンピュータ３２に取り込む（ステップＳ１０７）。
【００８２】
次に、制御用コンピュータ３２は、上記検出した力、位置及び加速度の情報に基づいて駆動モータ１０に発生させるトルクをモデルから演算する（ステップＳ１０８）。この場合、制御用コンピュータ３２には、操作部５の把持部５ａの位置の情報に応じた給紙トレイの物理モデルとパラメータが設定されており、制御用コンピュータ３２は、その位置が、例えば、トレイ動作の中間地点であると、トレイの中間地点での粘性、摩擦等のモデルによりモータトルクを演算する。また、制御用コンピュータ３２は、トレイが閉じる箇所の場合には、そのラッチ部分のモデルと衝突のモデルによりモータトルクを演算する。
【００８３】
そして、制御用コンピュータ３２は、演算結果から求まったトルクを発生する電圧指令をＡＤ／ＤＡ変換ボード３４からモータドライバ３１に出力し（ステップＳ１０９）、モータドライバ３１が増幅した電流値を駆動モータ２０に流して、駆動モータ１０を駆動する（ステップＳ１１０）。
【００８４】
このように、本実施の形態の感覚提示装置１は、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作部５が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を操作部５に発生させるに際して、操作部５への操作力を６軸力覚センサ６で検出し、操作部５が移動操作されたときの操作部５の移動の加速度を加速度センサ７で検出し、操作部５の位置をリニアエンコーダ９の位置検出ヘッド８で検出して、制御用コンピュータ３２が、操作部５に伝達手段を介して連結されて伝達手段を介して操作部５に操作感を発生させる駆動モータ１０を、操作部５の操作内容に基づいて駆動させて、操作部５の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作部５に発生させている。
【００８５】
したがって、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作部５を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【００８６】
また、本実施の形態の感覚提示装置１は、操作部５を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御用コンピュータ３２が、６軸力覚センサ６、加速度センサ７及び位置検出ヘッド８の検出結果に基づいて、駆動モータ１０に、操作部５のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作部５に発生させている。
【００８７】
したがって、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作部５を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【００８８】
図３及び図４は、本発明の感覚提示装置の第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項３から請求項５に対応するものである。
【００８９】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
本実施の形態は、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現するものであり、図３において、本実施の形態の感覚提示装置４０は、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の駆動ローラ２、従動ローラ３、伝達ベルト４、操作部５、６軸力覚センサ６、加速度センサ７、位置検出ヘッド８、リニアエンコーダ９及び駆動モータ１０等を備えているとともに、衝突再現機構部４１等を備えている。
【００９１】
衝突再現機構部（急変再現手段）４１は、伝達ベルト４の下側であって、駆動ローラ２と従動ローラ３の略中間付近に配設されており、図４に示すように、略コの字型をした圧電アクチュエータが用いられている。衝突再現機構部４１は、当該コの字型の開いた狭持先端部が伝達ベルト４を挟む状態で配設されており、当該狭持先端部には、それぞれ積層圧電素子４２が配設されている。
【００９２】
衝突再現機構部４１は、積層圧電素子４２に通電されると、伝達ベルト４を挟み込み、通電が解除されると、伝達ベルト４の挟み込みを開放する。
【００９３】
そして、感覚提示装置４０は、制御用コンピュータ３２が、衝突再現機構部４１の動作を制御して、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現する。
【００９４】
すなわち、制御用コンピュータ３２は、衝突感を実現する場合、駆動モータ１０を停止制動させるとともに、衝突再現機構部４１の積層圧電素子４２に通電して、衝突再現機構部４１の狭持先端部で伝達ベルト４を狭持させて、伝達ベルト４の移動を急停止させ、衝突感をリアルに再現する。
【００９５】
また、制御用コンピュータ３２は、高速動作や高推進力動作を実現する場合、操作部５が操作される前に、積層圧電素子４２に通電して衝突再現機構部４１で伝達ベルト４を挟み込み、操作部５が操作されると、駆動モータ１０へ通電するとともに、所定のタイミング遅らせて積層圧電素子４２への通電を解除して衝突再現機構部４１による伝達ベルト４の挟み込みを開放して、伝達ベルト４を急激に移動させ、高速動作と高推進動作をリアルに再現する。
【００９６】
なお、衝突再現機構部としては、上記図３または図４に示した圧電素子を利用したものだけでなく、例えば、図５及び図６に示す感覚提示装置５０のように、エアシリンダを用いた圧空アクチュエータ５１を利用したものであってもよい。
【００９７】
すなわち、図５及び図６に示すように、略コの字型の圧空アクチュエータ５１の当該コの字型の開いた狭持先端部に、それぞれエアシリンダ狭持部５２が配設されており、このエアシリンダ狭持部５２が、伝達ベルト４を挟む状態で配設されている。
【００９８】
この場合も、制御用コンピュータ３２が、当該エアシリンダ狭持部５２のエアシリンダへの圧空の導入と排出を制御することで、エアシリンダ狭持部５２が伝達ベルト４の狭持と開放を行い、衝突感等の加速度の大きい急停止動作及び高速動作と高推進力動作の感覚を実現する。
【００９９】
このように、本実施の形態の感覚提示装置４０及び感覚提示装置５０は、伝達機構１１を、駆動モータ１０の発生する力に応じて可動して当該力を操作部５に伝達する伝達ベルト４である伝達ベルト４を備えたものとし、伝達ベルト４を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作部５に作用する力に急激な変動を発生させる衝突再現機構４１、圧空アクチュエータ５１を設け、制御用コンピュータ３２が、衝突再現機構４１、圧空アクチュエータ５１の動作を制御して、操作部５に急激な力の変動を発生させている。
【０１００】
したがって、駆動モータ１０で発生するトルク以上の衝突時の加速度を衝突再現機構４１、圧空アクチュエータ５１で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１０１】
また、本実施の形態の感覚提示装置４０は、衝突再現機構部を、圧電素子の動作によって伝達ベルト４の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしている。
【０１０２】
したがって、簡単な構成で、駆動モータ１０で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【０１０３】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置５０は、衝突再現機構部を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達ベルト４の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータ５１としている。
【０１０４】
したがって、簡単な構成で、駆動モータ１０で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【０１０５】
図７及び図８は、本発明の感覚提示装置の第３の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項６から請求項８に対応するものである。
【０１０６】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の感覚提示装置１で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【０１０７】
本実施の形態は、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に操作部分の重量等の慣性を再現する。
【０１０８】
すなわち、図７に示すように、本実施の形態の感覚提示装置６０は、慣性再現機構部（慣性発生手段）６１を備えており、慣性再現機構部６１は、伝達ベルト４の上下面を挟む形状に形成されたアーム部６２と、アーム部６２の伝達ベルト４を挟む上下端部のそれぞれに伝達ベルト４の移動方向（スライド方向）に所定長さにわたって延在して設けられているスライド方向推力発生アクチュエータ部（狭持位置可変アクチュエータ）６３と、当該スライド方向推力発生アクチュエータ部６３のスライド方向両端部にそれぞれ伝達ベルト４を挟む方向に設けられている挟み込みアクチュエータ部（狭持圧電アクチュエータ）６４と、を備えている。
【０１０９】
スライド方向推力発生アクチュエータ部６３としては、例えば、積層圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられており、スライド方向推力発生アクチュエータ部６３は、制御用コンピュータ３２により通電と通電解除の制御が行われることで、図７にスライド方向の両矢印で示すように、伸縮して、挟み込みアクチュエータ部６４をスライド方向に移動させる。
【０１１０】
挟み込みアクチュエータ部６４としては、例えば、積層圧電素子を用いた圧電アクチュエータが用いられており、挟み込みアクチュエータ部６４は、制御用コンピュータ３２により通電と通電解除の制御が行われることで、図７に上下方向の両矢印で示すように、伸縮して、伝達ベルト４を挟み込み、また、挟み込みを開放する。
【０１１１】
そして、感覚提示装置６０は、制御用コンピュータ３２が、慣性再現機構部６１の動作を制御して、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に、駆動モータ１０のゲインを上げることなく、操作部分の重量等の慣性を再現する。
【０１１２】
すなわち、制御用コンピュータ３２は、操作部５が操作された際に、操作部分の重量等の慣性を付与させるために、駆動モータ１０を駆動するとともに、当該駆動モータ１０のゲインを上げることなく、まず、挟み込みアクチュエータ部６４を駆動させて挟み込みアクチュエータ部６４により伝達ベルト４を挟み込ませ、次に、スライド方向推力発生アクチュエータ部６３を駆動させてスライド方向推力発生アクチュエータ部６３によりスライド方向に挟み込みアクチュエータ部６４を移動させることで、伝達ベルト４にスライド方向の推力を発生させる。そして、制御用コンピュータ３２は、スライド方向推力発生アクチュエータ部６３への通電と通電の解除を繰り返し行うことで、操作部５の操作方向と同じ方向に推力を発生させて、駆動モータ１０のゲインを上げることなく、駆動モータ１０のみで慣性を再現する場合以上の慣性の再現を、安定的に再現する。
【０１１３】
なお、慣性再現機構部としては、上記圧電アクチュエータを用いたものに限るものではなく、上記図５及び図６で示したようなエアシリンダを用いた圧空アクチュエータを利用したものであってもよいし、図８に示すように、圧縮開放ローラを用いたものであってもよい。
【０１１４】
すなわち、図８に示すように、慣性再現機構部７１は、伝達ベルト４の側方に伝達ベルト４と直交する方向に配置された支柱７２に、ローラ狭持機構としての駆動ローラ圧縮アーム７３と従動ローラ圧縮アーム７４が、伝達ベルト４を挟んで上下位置に取り付けられており、駆動ローラ圧縮アーム７３に、駆動ローラ７５が取り付けられ、従動ローラ圧縮アーム７４に、従動ローラ７６が取り付けられている。
【０１１５】
そして、駆動ローラ７５と従動ローラ７６は、制御用コンピュータ３２の制御下で、駆動ローラ圧縮アーム７３と従動ローラ圧縮アーム７４が伝達ベルト４を挟み込む方向に回動して、伝達ベルト４を挟み込み、伝達ベルト４を挟み込んだ状態で、駆動ローラ７５が制御用コンピュータ３２の制御下で回転駆動されることで、伝達ベルト４に推力を発生させる。このとき、従動ローラ７６は、伝達ベルト４の移動に伴って、従動回転する。
【０１１６】
したがって、制御用コンピュータ３２が、駆動ローラ圧縮アーム７３と従動ローラ圧縮ローラ７４へ通電して、駆動ローラ７５と従動ローラ７６で伝達ベルト４を挟み込んだ状態で、駆動ローラ７５の回転と回転停止を繰り返し行うことで、操作部５の操作方向と同じ方向に推力を発生させて、駆動モータ１０のゲインを上げることなく、駆動モータ１０のみで慣性を再現する場合以上の慣性の再現を、安定的に行う。
【０１１７】
このように、本実施の形態の感覚提示装置６０、７０は、伝達ベルト４に作用して操作部５の移動方向に力を加える慣性再現機構部６１、７１を設け、制御用コンピュータ３２が、慣性再現機構部６１、７１の動作を制御して、操作部５に慣性を発生させている。
【０１１８】
したがって、駆動モータ１０の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト４に作用して操作部５が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１１９】
また、本実施の形態の感覚提示装置６０は、慣性再現機構部６１を、圧電素子の動作によって伝達ベルト４を狭持する狭持動作と伝達ベルト４の狭持を開放する開放動作を行う挟み込みアクチュエータ部６４と、当該挟み込みアクチュエータ部６４が取り付けられて当該挟み込みアクチュエータ部６４による伝達ベルト４の狭持位置を当該伝達ベルト４の移動方向に順次変化させるスライド方向推力発生アクチュエータ部６３と、を備えたものとし、制御用コンピュータ３２が、当該挟み込みアクチュエータ部６４とスライド方向推力発生アクチュエータ部６３の動作を制御して、操作部５に慣性を発生させている。
【０１２０】
したがって、駆動モータ１０の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト４に作用して操作部５が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１２１】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置７０は、慣性再現機構部７１を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラ７５と、駆動ローラ７５に対向して配設されて駆動ローラ７５との間に伝達ベルト４を狭持可能な従動ローラ７６と、駆動ローラ７５と従動ローラ７６による伝達ベルト４の狭持と狭持の開放を行う駆動ローラ圧縮アーム７３と従動ローラ圧縮アーム７４と、を備えたものとし、制御用コンピュータ３２が、駆動ローラ圧縮アーム７３と従動ローラ圧縮アーム７４による伝達ベルト４の狭持と狭持の開放及び駆動ローラ７５の回転動作を制御して、操作部５に慣性を発生させている。
【０１２２】
したがって、駆動モータ１０の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト４に作用して操作部５が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１２３】
図９及び図１０は、本発明の感覚提示装置の第４の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項９から請求項１１に対応するものである。
【０１２４】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の感覚提示装置１で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【０１２５】
本実施の形態は、操作方向に力を加えて、操作者がその動作を行う際に操作部分の重量等の慣性を再現する。
【０１２６】
すなわち、図９及び図１０に示すように、本実施の形態の感覚提示装置８０は、駆動ローラ２の駆動軸２ａが駆動モータ１０とは反対方向に所定量突出して形成されており、この突出する駆動軸２ａ部分に、慣性再現機構部（慣性発生手段）８１が配設されている。慣性再現機構部８１は、駆動軸２ａを所定方向、図９及び図１０では上下方向から挟む形状に形成されたアーム部８２と、アーム部８２の駆動軸２ａを挟む上下端部のそれぞれに設けられている狭持部８３と、を備えている。
【０１２７】
狭持部８３としては、例えば、積層圧電素子を利用した圧電アクチュエータが用いられており、通電されることで、伸張して駆動ローラ２の駆動軸２ａを挟み込む。
【０１２８】
そして、感覚提示装置８０は、制御用コンピュータ３２が、慣性再現機構部８１の動作を制御して、スライド動作方向の力を発生させて、慣性を実現する。
【０１２９】
すなわち、制御用コンピュータ３２は、慣性感を実現する場合、駆動モータ１０を回転駆動させるとともに、慣性再現機構部８１の狭持部８３の積層圧電素子に通電して、慣性再現機構部８１の狭持先端部の狭持部８３で駆動ローラ２の駆動軸２ａを狭持させる。
【０１３０】
このとき、狭持部８３は、駆動軸２ａに対して擦るような動作を行って、駆動モータ１０の駆動力に加え、回転力を合わせるように力を発生させて、慣性を再現する。
【０１３１】
なお、慣性再現機構部としては、上記図９及び図１０に示した圧電素子を利用した圧電アクチュエータに限るものではなく、例えば、図１１に示すように、電気粘性流体アクチュエータ８５を用いてもよい。
【０１３２】
すなわち、電気粘性流体アクチュエータ８５を駆動ローラ２の駆動軸２ａに取り付け、制御用コンピュータ３２の制御下で、電気粘性流体アクチュエータ８５の動作を叙述のように制御することで、駆動ローラ２の駆動軸２ａに対して、直接力を加え、駆動モータ１０の駆動力に加え、回転力を合わせるように力を発生させて、慣性を再現する。
【０１３３】
このように、本実施の形態の感覚提示装置８０は、駆動ローラ２の駆動軸２ａが駆動モータ１０とは反対方向に所定量突出して形成されていて、この突出する駆動軸２ａ部分に、慣性再現機構部８１が配設されており、制御用コンピュータ３２が、慣性再現機構部８１の動作を制御して、操作部５に慣性を発生させている。
【０１３４】
したがって、駆動モータ１０の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達ベルト４に作用して操作部５が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１３５】
また、本実施の形態の感覚提示装置８０は、慣性再現機構部８１を、通電により駆動軸２ａに力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータを用いている。
【０１３６】
したがって、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１３７】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置８０は、慣性再現機構部８１を、通電により粘性が変化して駆動軸２ａに力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータを用いている。
【０１３８】
したがって、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１３９】
図１２から図１５は、本発明の感覚提示装置の第５の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項１２から請求項１５に対応するものである。
【０１４０】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の感覚提示装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の感覚提示装置１と同様の構成部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の感覚提示装置１で用いた符号を、そのまま用いて説明する。
【０１４１】
本実施の形態は、伝達ベルト４を操作部５の操作方向と直交する方向に移動させて、凹凸感等を再現する。
【０１４２】
すなわち、図１２において、感覚提示装置９０は、操作部５を両矢印Ａで示すスライド方向に動作させたときに、当該操作部５の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、制御用コンピュータ３２が、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、図１２に両矢印Ｂで示すスライド方向と直交する方向、すなわち、上下方向に、伝達機構である伝達ベルト４を、図示しない凹凸感再現機構で運動させて、当該伝達ベルト４の上下運動を操作部５に伝達して、凹凸等を再現する。
【０１４３】
凹凸感再現機構（直交方向移動力発生手段）としては、具体的には、例えば、図１３に示すように、カム機構９１、９２を用いることができる。
【０１４４】
すなわち、感覚提示装置９０は、駆動ローラ２の駆動軸２ａ及び従動ローラ３の従動軸３ａが所定量突出して形成されており、この突出した駆動軸２ａと従動軸３ａに当接する状態でカム機構９１、９２が配設されている。
【０１４５】
カム機構９１、９２は、図１３に両矢印Ｃで示すように回転することで、各カム機構９１、９２の当接する駆動軸２ａと従動軸３ａを図１２に両矢印Ｂで示した上下方向に移動させる。
【０１４６】
そして、制御用コンピュータ３２は、上述のように、操作部５が両矢印Ａで示すスライド方向に動作されると、当該操作部５の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象物のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、カム機構９１、９２を同期して回転させ、駆動軸２ａと従動軸３ａを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト４を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト４の上下運動を操作部５に伝達して、凹凸等を再現する。
【０１４７】
なお、上記図１３では、凹凸感再現機構（直交方向移動力発生手段）として、カム機構９１、９２を用いているが、凹凸感再現機構としては、カム機構に限るものではなく、例えば、図１４に示すように、圧電アクチュエータ９４、９５を用いてもよい。
【０１４８】
すなわち、図１４では、圧電アクチュエータ９４、９５が、突出した駆動軸２ａと従動軸３ａに当接する状態で配設されており、圧電アクチュエータ９４、９５としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子が用いられている。
【０１４９】
圧電アクチュエータ９４、９５は、通電されることで、駆動軸２ａ及び従動軸３ａ方向に伸張して、図１４に破線で示すように、駆動軸２ａ及び従動軸３ａを上方向に移動させ、通電が解除されることで元の長さに戻って、図１５に実線で示すように、元の位置に駆動軸２ａ及び従動軸３ａを戻す。
【０１５０】
この場合にも、制御用コンピュータ３２は、操作部５が図１２に両矢印Ａで示すスライド方向に動作されると、当該操作部５の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、圧電アクチュエータ９４、９５を同期して駆動させ、駆動軸２ａと従動軸３ａを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト４を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト４の上下運動を操作部５に伝達して、凹凸等を再現する。
【０１５１】
また、凹凸感再現機構（直交方向移動力発生手段）としては、図１５に示すように、リニアモータアクチュエータ９６、９７を用いてもよい。
【０１５２】
すなわち、図１５では、リニアモータアクチュエータ９６、９７は、その駆動アーム９６ａ、９７ａが突出した駆動軸２ａと従動軸３ａに固定されており、通電が制御されることで、駆動アーム９６ａ、９７ａを上下方向に移動させて、駆動軸２ａと従動軸３ａを介して伝達ベルト４を上下運動させる。
【０１５３】
この場合にも、制御用コンピュータ３２は、操作部５が図１２に両矢印Ａで示すスライド方向に動作されると、当該操作部５の動作位置、加速度及び力を測定してその値を元に、感覚提示対象の物体のモデルにその位置情報、加速度情報、力情報を入力し、その物体モデルに合致するテクスチャモデルを位置や加速度に応じて、リニアモータアクチュエータ９６、９７を同期して駆動させ、駆動アーム９６ａ、９７ａを同時にかつ同期して上下動させて、駆動軸２ａと従動軸３ａを、同時にかつ同期して上下方向に移動させて伝達機構である伝達ベルト４を上下方向に移動させ、当該伝達ベルト４の上下運動を操作部５に伝達して、凹凸等を再現する。
【０１５４】
このように、本実施の形態の感覚提示装置９０は、伝達ベルト４に作用して操作部の移動方向と直交する方向に移動させる凹凸感再現機構を備えたものとし、制御用コンピュータ３２が、当該凹凸感再現機構の動作を制御して、操作部５に凹凸等の感覚を発生させている。
【０１５５】
したがって、駆動モータ１０で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１５６】
また、本実施の形態の感覚提示装置９０は、凹凸感再現機構を、回転動作を直線動作に変換して操作部５の移動方向と直交する方向に伝達ベルト４を移動させるカム機構としている。
【０１５７】
したがって、高速に伝達ベルト４を移動動作させて、駆動モータ１０で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１５８】
さらに、本実施の形態の感覚提示装置９０は、凹凸感再現機構を、通電により操作部５の移動方向と直交する方向に伝達ベルト４を動作させる圧電アクチュエータ９４、９５としている。
【０１５９】
したがって、より一層高速に伝達ベルト４を移動動作させて、駆動モータ１０で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６０】
また、本実施の形態の感覚提示装置９０は、凹凸感再現機構を、通電により操作部５の移動方向と直交する方向に伝達ベルト４を動作させるリニアモータアクチュエータ９６、９７としている。
【０１６１】
したがって、高速に伝達ベルト４を移動動作させて、駆動モータ１０で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６２】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１６３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の感覚提示装置によれば、人が力を加えて任意の速度で操作可能で、所定方向に移動可能な操作手段が移動操作されると、当該移動操作に対応する操作感を当該操作手段に発生させるに際して、当該操作手段への操作力を力検出手段で検出し、当該操作手段が移動操作されたときの当該操作手段の移動の加速度を加速度検出手段で検出し、当該操作手段の位置を位置検出手段で検出して、制御手段が、操作手段に伝達手段を介して連結されて当該伝達手段を介して当該操作手段に操作感を発生させる力発生手段を、当該操作手段の操作内容に基づいて駆動させて、当該操作手段の移動操作に対応する操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、試作品を作成することなく、操作者が実際の操作対象物と同様の力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【０１６４】
請求項２記載の発明の感覚提示装置によれば、操作手段を、所定の一方向にスライド動作可能に配置し、制御手段が、力検出手段、加速度検出手段及び位置検出手段の検出結果に基づいて、力発生手段に、操作手段のスライド動作の当該スライド動作位置、スライド動作力及びスライド加速度に応じた操作感を伝達手段を介して操作手段に発生させるので、直線動作する操作対象物を動作させたときの力や感触等の操作感を操作手段を通して感じることができるようにして、評価できるようにすることができ、スライド動作する操作対象物の試作にかかるコスト、期間、原料を削減することができる。
【０１６５】
請求項３記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作とを行って、操作手段に作用する力に急激な変動を発生させる急変再現手段を設け、制御手段が、当該急変再現手段の動作を制御して、操作手段に急激な力の変動を発生させるので、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を急変再現手段で表現することができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６６】
請求項４記載の発明の感覚提示装置によれば、急変再現手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６７】
請求項５記載の発明の感覚提示装置によれば、急変再現手段を、エアシリンダ内の空気の動作によって伝達手段の可動部の狭持動作と開放動作を行う圧空アクチュエータとしているので、簡単な構成で、力発生手段で発生するトルク以上の衝突時の加速度を表現することができ、安価により一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６８】
請求項６記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向に力を加える慣性発生手段を設け、制御手段が、当該慣性発生手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１６９】
請求項７記載の発明の感覚提示装置によれば、慣性発生手段を、圧電素子の動作によって伝達手段の可動部を狭持する狭持動作と当該可動部の狭持を開放する開放動作を行う狭持圧電アクチュエータと、当該狭持圧電アクチュエータが取り付けられて当該狭持圧電アクチュエータによる可動部の狭持位置を当該可動部の移動方向に順次変化させる狭持位置可変アクチュエータと、を備えたものとし、制御手段が、当該狭持圧電アクチュエータと当該狭持位置可変アクチュエータの動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７０】
請求項８記載の発明の感覚提示装置によれば、慣性発生手段を、任意の速度で回転駆動と停止が可能な駆動ローラと、当該駆動ローラに対向して配設されて当該駆動ローラとの間に伝達手段の可動部を狭持可能な従動ローラと、当該駆動ローラと当該従動ローラによる可動部の狭持と狭持の開放を行うローラ狭持機構と、を備えたものとし、制御手段が、当該ローラ狭持機構による可動部の狭持と狭持の開放及び駆動ローラの回転動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７１】
請求項９記載の発明の感覚提示装置によれば、力発生手段を、伝達手段に発生した力を出力する出力軸を備えたものとし、慣性発生手段を、当該力発生手段の当該出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う力付与手段を備えたものとし、制御手段が、当該力付与手段の動作を制御して、操作手段に慣性を発生させるので、力発生手段の制御ゲインを最適ゲインに設定して安定して力を発生させることができるとともに、伝達手段の可動部に作用して操作手段が動作している方向に力を加えることで、安定動作を確保しつつ表現したい慣性をより一層適切に表現することができ、安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７２】
請求項１０記載の発明の感覚提示装置によれば、力付与手段を、通電により出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う圧電アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７３】
請求項１１記載の発明の感覚提示装置によれば、力付与手段を、通電により粘性が変化して出力軸部分に力を付与する力付与動作と当該力を解除する付与力解除動作を行う電気粘性流体アクチュエータとしているので、簡単な構成で、安定動作を確保しつつ表現したい慣性を適切に表現することができ、安価にかつ安定してより一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７４】
請求項１２記載の発明の感覚提示装置によれば、伝達手段を、力発生手段の発生する力に応じて可動して当該力を操作手段に伝達する可動部を備えたものとし、当該伝達手段の可動部に作用して操作手段の移動方向と直交する方向に移動させる直交方向移動力発生手段を備えたものとし、制御手段が、当該直交方向移動力発生手段の動作を制御して、操作手段に凹凸等の感覚を発生させるので、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現を行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７５】
請求項１３記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、回転動作を直線動作に変換して操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を移動させるカム機構としているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７６】
請求項１４記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させる圧電アクチュエータとしているので、より一層高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより一層適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【０１７７】
請求項１５記載の発明の感覚提示装置によれば、直交方向移動力発生手段を、通電により操作手段の移動方向と直交する方向に伝達手段の可動部を動作させるリニアモータを用いたリニアモータアクチュエータとしているので、高速に可動部を移動動作させて、力発生手段で表現できない領域のテクスチャ表現をより適切に行うことができ、より一層実際の操作感を感じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の感覚提示装置の第１の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図２】図１の感覚提示装置の要部ブロック構成図。
【図３】図１の感覚提示装置による感覚提示処理を示すフローチャート。
【図４】本発明の感覚提示装置の第２の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図５】図４の感覚提示装置の衝突再現機構部部分の拡大斜視図。
【図６】図４の感覚提示装置の他の例の感覚提示装置の要部斜視図。
【図７】図６の圧空アクチュエータ部分の拡大斜視図。
【図８】本発明の感覚提示装置の第３の実施の形態を適用した感覚提示装置の慣性再現機構部部分の拡大斜視図。
【図９】図８の慣性再現機構部の他の例の拡大斜視図。
【図１０】本発明の感覚提示装置の第４の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図１１】図１０の感覚提示装置の慣性再現機構部部分の拡大斜視図。
【図１２】図１０の慣性提示装置の慣性再現機構部部分の他の例の拡大斜視図。
【図１３】本発明の感覚提示装置の第５の実施の形態を適用した感覚提示装置の要部斜視図。
【図１４】図１３の感覚提示装置の凹凸感再現機構としてカム機構を用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【図１５】図１３の感覚提示装置の凹凸感再現機構として圧電アクチュエータを用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【図１６】図１３の感覚提示装置の凹凸感再現機構としてリニアモータを用いた感覚提示装置の要部斜視図。
【符号の説明】
１  感覚提示装置
２  駆動ローラ
２ａ  駆動軸
３  従動ローラ
３ａ  従動軸
４  伝達ベルト
５  操作部
５ａ  把持部
６  ６軸力覚センサ
７  加速度センサ
８  位置検出ヘッド
９  リニアエンコーダ
１０  駆動モータ
２０  本体部
３０  制御部
３１  モータドライバ
３２  制御用コンピュータ
３３  力覚センサレシーバボード
３４  ＡＤ／ＤＡ変換ボード
３５  エンコーダボード
４０  感覚提示装置
４１  衝突再現機構部
４２  積層圧電素子
５０  感覚提示装置
５１  圧空アクチュエータ
５２  エアシリンダ狭持部
６０  感覚提示装置
６１  慣性再現機構部
６２  アーム部
６３  スライド方向推力発生部
６４  挟み込み部
７１  慣性再現機構部
７２  支柱
７３  駆動ローラ圧縮アーム
７４  従動ローラ圧縮アーム
７５  駆動ローラ
７６  従動ローラ
８０  感覚提示装置
８１  慣性再現機構部
８２  アーム部
８３  狭持部
８５  電気粘性流体アクチュエータ
９０  感覚提示装置
９１、９２  カム機構
９４、９５  圧電アクチュエータ
９６、９７  リニアモータアクチュエータ
９６ａ、９７ａ  駆動アーム
【図１】
2004278733.tif 000006
【図２】
2004278733.tif 000007
【図３】
2004278733.tif 000008
【図４】
2004278733.tif 000009
【図５】
2004278733.tif 000010
【図６】
2004278733.tif 000011
【図７】
2004278733.tif 000012
【図８】
2004278733.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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