(57)【要約】【課題】遠隔地にある物品等の形状及び硬さを操作者にリアルタイムで且つ双方向に伝達できる形状・硬さ入出力システムを提供すること。【解決手段】物品の形状と硬さを検出及び呈示する第１と第２の形状・硬さ入出力部と、第１と第２の形状・硬さ入出力部の制御を行う第１と第２の制御装置と、第１と第２の制御装置を接続するネットワークと、を備える形状・硬さ入出力システムであって、物品を載置することによって第１の形状・硬さ入出力部又は第２の形状・硬さ入出力部に加わる押圧力と変位量を検知し、検知した押圧力と変位量を第２の形状・硬さ入出力部又は第１の形状・硬さ入出力部に伝達して第２の形状・硬さ入出力部又は第１の形状・硬さ入出力部を制御し、物品の形状と硬さを相手側の形状・硬さ入出力部に現出する構成とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の形状と硬さを検出及び呈示する第１の形状・硬さ入出力部と、物品の形状と硬さを検出及び呈示する第２の形状・硬さ入出力部と、前記第１の形状・硬さ入出力部の制御を行う第１の制御装置と、前記第２の形状・硬さ入出力部の制御を行う第２の制御装置と、前記第１の制御装置と前記第２の制御装置を接続するネットワークと、を備える形状・硬さ入出力システムであって、
前記物品を載置することによって前記第１の形状・硬さ入出力部又は前記第２の形状・硬さ入出力部に加わる押圧力と変位量を検知し、
前記検知した押圧力と変位量を前記第２の形状・硬さ入出力部又は前記第１の形状・硬さ入出力部に伝達して前記第２の形状・硬さ入出力部又は前記第１の形状・硬さ入出力部を制御し、
前記物品の形状と硬さを相手側の形状・硬さ入出力部に現出する
ことを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項２】
請求項１に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記形状・硬さ入出力部は、上下方向に動く複数の入出力素子と、前記入出力素子を駆動する複数の入出力素子駆動機構と、を備え、
前記入出力素子駆動機構は、前記入出力素子に加わる押圧力を検出する押圧力検出部と、前記入出力素子に負荷を付与する負荷付与手段と、前記入出力素子の変位量を検出する変位量検出部と、前記入出力素子を駆動する駆動手段と、を有する
ことを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項３】
請求項２に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記第２の形状・硬さ入出力部の前記負荷付与手段と前記駆動手段は、前記第１の形状・硬さ入出力部の前記押圧力検出部と、前記第１の形状・硬さ入出力部の前記変位量検出部と、の検出結果に基づいて制御される
ことを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項４】
請求項２に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記第１の形状・硬さ入出力部の前記押圧力検出部で検出した押圧力に相当する負荷を前記第２の形状・硬さ入出力部の前記負荷付与手段で付与し、前記第２の形状・硬さ入出力部の前記押圧力検出部で検出した押圧力に相当する負荷を前記第１の形状・硬さ入出力部の前記負荷付与手段で付与するとともに、
前記第１の形状・硬さ入出力部の前記押圧力検出部で検出した押圧力と前記第２の形状・硬さ入出力部の前記押圧力検出部で検出した押圧力とを比較し、
前記押圧力が大きい方の前記変位量検出部で検出した変位に対応する量を前記押圧力が小さい方の前記駆動手段で駆動する
ことを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項５】
請求項２、３又は４に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記入出力素子毎に前記入出力素子駆動機構を設けることを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項６】
請求項２に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記負荷付与手段を別設する代わりに、前記駆動手段に負荷付与手段を内在させることを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【請求項７】
請求項６に記載の形状・硬さ入出力システムにおいて、
前記駆動手段としてステッピングモータを用い、前記ステッピングモータに供給する電流によって負荷付与を行うことを特徴とする形状・硬さ入出力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔地にある物品等の形状及び硬さを操作者に伝達できる形状・硬さ入出力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット技術の波及と低価格及び高機能パーソナルコンピュータの普及によって、多種類の情報がネットワークを介して提供されるようになっている。
【０００３】
また、伝達される情報の認知を高めるため、視覚や聴覚のほかに、人が対象物に手指で触れたときに感じる凹凸や硬軟などの触力覚を伝達する触力覚呈示装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、平面または曲面に対して進退が可能に支持された複数の呈示素子と、呈示素子を支持する基部と、呈示素子のそれぞれを独立して進退方向に駆動するとともに、呈示素子に外力が作用するときには、あらかじめ取得・蓄積された情報に基づいて反力を付与する駆動装置を有するものである。呈示対象物に関する情報の作成又は取得は、幾何学的な情報を取得する位置センサと、対象物の硬軟感に関する情報を取得する力変位センサとからなる触力覚情報検出装置で行うものである。
【特許文献１】特開２０００−８９８９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に示すような従来技術では、あらかじめ取得・蓄積された情報に基づいて触力覚を再現するものなので、遠隔地にある情報をリアルタイムかつ双方向に伝達することができない。
【０００５】
また、触力覚情報検出装置と呈示部が別の装置であり、遠隔地にいる操作者と双方向に情報を交換する場合、各場所で触力覚情報検出装置と呈示部が必要であり、装置が大がかりになる。さらに、触力覚呈示装置は、入出力素子に外力が働いて変位が生じたときに反力を付与する構造であるから、入出力素子の押し始めは反力を発生しないので操作者が違和感を感じる。
【０００６】
本発明は、遠隔地にある物品等の形状及び硬さを操作者にリアルタイムで且つ双方向に伝達できる形状・硬さ入出力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
物品の形状と硬さを検出及び呈示する第１の形状・硬さ入出力部と、前記第１の形状・硬さ入出力部と同一の構成である第２の形状・硬さ入出力部と、前記第１の形状・硬さ入出力部の制御を行う第１の制御装置と、前記第２の形状・硬さ入出力部の制御を行う第２の制御装置と、前記第１の制御装置と前記第２の制御装置を接続するネットワークと、を備える形状・硬さ入出力システムであって、
前記物品を載置することによって前記第１の形状・硬さ入出力部又は前記第２の形状・硬さ入出力部に加わる押圧力と変位量を検知し、前記検知した押圧力と変位量を前記第２の形状・硬さ入出力部又は前記第１の形状・硬さ入出力部に伝達して前記第２の形状・硬さ入出力部又は前記第１の形状・硬さ入出力部を制御し、前記物品の形状と硬さを相手側の形状・硬さ入出力部に現出する構成とする。
【０００８】
また、前記形状・硬さ入出力システムにおいて、前記形状・硬さ入出力部は、上下方向に動く複数の入出力素子と、前記入出力素子を駆動する複数の入出力素子駆動機構と、を備え、前記入出力素子駆動機構は、前記入出力素子に加わる押圧力を検出する押圧力検出部と、前記入出力素子に負荷を付与する負荷付与手段と、前記入出力素子の変位量を検出する変位量検出部と、前記入出力素子を駆動する駆動手段と、を有する構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、遠隔地にある物品等の形状及び硬さを操作者にリアルタイムで且つ双方向に伝達できる。また、入力（検出）及び出力（呈示）を１つの装置で実現できる。
【００１０】
さらに、変位の有無によらず、硬さや反力を呈示するので、操作者が違和感を感じることなく、形状・硬さ入出力システムを使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る形状・硬さ入出力システムについて、図１〜図１３を参照しながら以下詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る形状・硬さ入出力システムの概要を示す全体構成図である。
【００１２】
図１において、形状・硬さ入出力システム１は、物品等の形状や硬さを検出（入力）及び呈示（出力）する２つの形状・硬さ入出力部２−１，２−２と、それぞれの形状・硬さ入出力部２に接続して形状・硬さ入出力部２の制御を行う制御装置３と、２つの制御装置３を接続するＬＡＮ等のネットワーク４と、から構成される。この２つの形状・硬さ入出力部２は、それぞれ離れた場所に設置することにしている。これにより、離れた場所であっても物品等の形状や硬さを伝達できるようになる。ネットワーク４接続により、物品等の形状や硬さの情報をリアルタイムに送受信できるようになる。２つの形状・硬さ入出力部２は同一の構造であり、入力（検出）及び出力（呈示）を行うことができる。
【００１３】
図２は本実施形態に関する形状・硬さ入出力部２の構成を示す見取図である。形状・硬さ入出力部２は、ベース５と複数の入出力素子６と入出力素子６を駆動する入出力素子駆動機構１４とからなる。ベース５には、複数の穴が縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向にマトリクス状に開けられており、これらの穴に入出力素子６を挿入する。このベース５の穴は、入出力素子６の水平方向のずれを抑制するように作用する。
【００１４】
入出力素子６は、それぞれが独立して上下方向に動くようにしている。入出力素子６は、操作者の手や物品等で押し下げられる場合があり、また、入出力素子駆動機構１４で上方に突出する場合がある。入出力素子６の上端は、ベース５より所定量突出するようになっており、この入出力素子６の上端を操作者や物品が触れることにより形状及び硬さといった情報を伝達することができる。また、入出力素子６の上方及び下方の動きを制限するために、図示しないストッパを設置している。なお、この入出力素子６の直径が小さいほど、物品等の形状や硬さを細かく入力（検出）及び出力（呈示）できるので情報の伝達能力がよい。
【００１５】
入出力素子駆動機構１４は、入出力素子６を独立して駆動するために１つの入出力素子６に１つの入出力素子駆動機構１４を設置している。つまり、入出力素子６の数だけ入出力素子駆動機構１４が必要である。
【００１６】
ここでまず、本実施形態に係る形状・硬さ入出力システムの機能又は作用の概要を説明する。入出力部２−１の入出力素子６に載置する物品として、例えば、中空の中心軸周りが金属でできた内周金属部とその外周部が柔軟性のある外周ゴム部とからなる小型の車輪状物品を対象とする。このとき、入出力部２−２には、手指又は物品を載せていないものとする。入出力部２−１では、素子６が中心軸の中空部では高く突出し、内周金属部及び外周ゴム部に対応する素子６は、小型の車輪状物品の自重により当該内周金属部及び当該外周ゴム部に当接した位置にまでしか突出しない。
【００１７】
入出力部２−１における入出力素子６の突出（変位）状況が制御装置３を通して遠隔の入出力部２−２に伝達され、入出力部２−２における入出力素子６が同様の突出状況（突出の高低は入出力部２−１と２−２とで逆であっても良い）を再現する。このように、入出力部２−１において小型車輪状物品の形状が検出（入力）できるとともに、入出力部２−２において当該小型車輪状物品の形状が呈示（出力）できるのである。
【００１８】
入出力部２−１における各素子６に設けられた感圧センサによって検出された圧力は、制御装置を通して入出力部２−２における駆動機構の負荷付与手段に印加される。入出力部２−２において、小型車輪状物品の内周金属部に対応する入出力素子６を操作者が手指で押圧すると、内周金属部は硬いため、内周金属部に対応する入出力素子には強い負荷が付与されるので、手指に強い抵抗力が働いて物品の硬さを認識できる。一方、入出力部２−２において外周ゴム部に対応する入出力素子６を操作者が手指で押圧すると、外周ゴム部は軟らかいため、外周ゴム部に対応する入出力素子６には比較的弱い負荷が付与されるので手指にはそれほど強い抵抗力が働かず物品の柔軟性を認識できる。このようにして、遠隔の入出力部２−２においても、物品などの形状と硬さが呈示されるのである。以上のことは、本実施形態における具体的例示による説明であるので、本発明はこれに限ることはなく、この明細書で説明する技術的事項に基づくものである。
【００１９】
次に、入出力素子駆動機構１４の機構について説明する。なお、説明は１つの入出力素子６に関して行うが、他の入出力素子６もすべて同じ機構である。図３は、入出力素子６を駆動する入出力素子駆動機構１４を示す概略構成図である。
【００２０】
図３において、入出力素子駆動機構１４は、上下方向に動く入出力素子６と、入出力素子６を駆動する駆動手段７と、外部から加わる押圧力を検出する押圧力検出部８と、入出力素子６に負荷を付与する負荷付与手段９と、入出力素子６の変位量を検出する変位量検出部１０と、駆動手段7の駆動力を入出力素子６に伝達する駆動軸１１と、ピニオンギア１２とラック１３と、から構成される。
【００２１】
形状・硬さ入出力システム１では、物品等の形状を検出及び呈示するので入出力素子６をアナログ的に入出力素子６の突出量を制御する必要がある。また、物品等の形状を呈示するためには、入出力素子６はある程度のストロークが必要である。さらに、物品等の硬さを検出及び呈示するので、入出力素子６を駆動するのにある程度のトルクが必要である。以上より、駆動手段７はモータが好ましく、例えばステッピングモータであるが、同様の効果が得られれば他のものであっても構わない。
【００２２】
押圧力検出部８は入出力素子６の上端に設置している。上端以外の場所に押圧力検出部８を設置する場合、機構の摩擦負荷の影響を受け、上端に作用する小さな外力を検出できなくなるので、押圧力検出部８は入出力素子６の上端に設置している。また、隣り合った入出力素子６の押圧力検出部８と干渉しないように、押圧力検出部８は、入出力素子６の上端部面積よりも小さくしている。この押圧力検出部８は、例えば感圧導電性ゴムによる感圧センサであるが、同様の効果が得られれば他のものであっても構わない。この押圧力検出部８で検出した押圧力は、入出力部２−１と２−２の負荷付与手段の後述する結合力に反映される。
【００２３】
負荷付与手段９は、一方を駆動手段７に接続し、他方を駆動軸１１に接続している。負荷付与手段９では、駆動手段7の駆動力を駆動軸１１に伝達する際の駆動手段７と駆動軸１１の結合力を制御する。入出力素子６を駆動手段７によって駆動する場合には、負荷付与手段９によって加えられる力が入出力素子６を駆動する力になる。負荷付与手段９によって加えられる力以上の押圧力が入出力素子６に作用する場合には、負荷付与手段９で駆動手段７の軸が空転する。また、操作者が入出力素子６を手で押す場合には、負荷付与手段９によって加えられる力が手に作用する抵抗力になる。負荷付与手段を動作させる場合、駆動手段７を励磁して駆動手段７の軸が回転しないようにする必要がある。そして、負荷付与手段９によって加えられる力が駆動軸１１と駆動手段７の結合力となり、この結合力が手に作用する抵抗力になる。
【００２４】
なお、負荷付与手段９で加えられる力は、駆動手段７の駆動力を無駄なく伝達するために、駆動手段７で発生する駆動力より大きくなければならない。この負荷付与手段９は、例えば電流によって伝達トルクを変えられる電磁パウダクラッチであるが、同様の効果が得られれば他のものであっても構わない。
【００２５】
入出力素子６の変位量を検出する変位量検出部１０は、駆動軸１１に設置して駆動軸１１の回転量を検出することにより、入出力素子６の変位量を得ることができる。変位量検出部１０は、入出力素子６の動きを直接検出できるものであってもよいが、隣接する入出力素子６との干渉を防ぐため小型のものにしなければならない。また、変位量検出部１０は、駆動手段７と負荷付与手段９の間に設置してはいけない。これは、負荷付与手段９によって、駆動手段７の回転数と駆動軸１１の回転数が一致しない場合があり、入出力素子６の変位量を正確に検出できなくなるからである。例えば、操作者が入出力素子６を手で押す場合には、駆動手段７の軸は回転させないからである。変位量検出部１０は、例えばエンコーダやポテンショメータであるが、同様の効果が得られれば他のものであっても構わない。
【００２６】
また、この変位量検出部１０では、入出力素子６の駆動方向を必ずしも検出しなくてもよい。詳細は後述するが、押圧力検出部８で押圧力を検出するので、駆動方向を判別できるからである。なお、駆動手段７、負荷付与手段９、変位検出手段１０は、図示しないベースに設置している。また、ラック１３は入出力素子６の下端に接続し、駆動軸１１に接続したピニオンギア１２から駆動手段７の駆動力が伝達される。
【００２７】
本実施形態では、駆動手段７の駆動力を入出力素子６に伝達するのに、ラック＆ピニオン方式を用いている。これは、操作者が入出力素子６を手で押し下げようとした時に、柔らかい物品等を呈示するために入出力素子６が容易に動かなければならないからである。駆動力を伝達する方法として台形ねじやボールネジを用いる方法も考えられるが、リード量を大きくしないと操作者が入出力素子６を手で押し下げようとした時に大きな力を要するので好ましくない。また、本実施形態ではラック＆ピニオン方式を用いているが、同様の効果が得られればリンク機構で駆動力を伝達するものであっても構わない。
【００２８】
以上のように、入出力素子６を駆動手段7で上下方向に駆動することにより（入出力素子の上下動の変位量によって）物品等の形状を表現できる。また、入出力素子６に負荷付与手段９により抵抗力または駆動力を加えることによって、物品等の硬さ又は反力（入出力部２−２で操作者が手指で入出力素子６を押圧したときの反力、即ち入出力部２−１に載置された物品の硬さに相当するもの）を表現することができる。
【００２９】
操作者が入出力素子６を手で触り、物品等の硬さを体感するには、駆動手段７は呈示する物品等の硬さを表現できるトルクが必要である。そのため、入出力素子６に対して駆動手段７が大きくなってしまう。そこで、駆動手段７を小さくし出力トルクを大きくするために、駆動手段７と負荷付与手段９の間に減速機を設置してもよい。
【００３０】
図３に示す入出力素子駆動機構１４を形状・硬さ入出力部２に設置する場合には、図２に示すように入出力素子駆動機構１４が互いに干渉しないように配置しなければならない。入出力素子駆動機構１４の設置について図４〜図６を用いて説明する。図４は、形状・硬さ入出力部２における入出力素子駆動機構の配置を示す正面図であり、図５は、形状・硬さ入出力部２における入出力素子駆動機構の配置を示す側面図であり、図６は、形状・硬さ入出力部２における入出力素子駆動機構の配置を示す上面図である。ここで、図６を図面上の真下から見た図が図４であり、図６を右側からみた図が図５である。なお、図４、図５中のＡ行〜Ｈ行、Ａ列〜Ｈ列は図６に示す入出力素子６の位置を表している。
【００３１】
図４に示すように中心線より左側の入出力素子６（Ａ列〜Ｄ列）を駆動する入出力素子駆動機構１４は、形状・硬さ入出力部２の左側に設置し、中心線より右側の入出力素子６（Ｅ列〜Ｈ列）を駆動する入出力素子駆動機構１４は、形状・硬さ入出力部２の右側に設置する。また、中心線に近い入出力素子６を駆動する入出力素子駆動機構１４ほど、下方にずらして入出力素子駆動機構１４を設置することにしている。また、図５に示すようにＡ行〜Ｈ行の入出力素子駆動機構１４は、斜め下方にずらしながら配置するようにしている。このように、図４と図５に示す図示構造からわかるように、中心線に対して外側列（図示の例でＡ列）の素子について斜め下方に順次に駆動機構を配置し、中心軸に対して内側列（例えば、Ｂ列）の素子についてＡ列より低い位置で斜め下方に順次に駆動機構を配置している。
【００３２】
これらの配置により、入出力素子駆動機構１４は互いに干渉することなく、形状・硬さ入出力部２全体の寸法を小さくすることができる。なお、上記では、８行８列に入出力素子６を配置した形状・硬さ入出力部２について説明したが、行数、列数が異なる場合であっても上記と同様に配置すれば、干渉することなく装置全体の寸法を小さくすることができる。
【００３３】
次に、本実施形態に関する入出力素子６の動作を制御するための構成及び方法について説明する。図７は、形状・硬さ入出力システム１の２つの形状・硬さ入出力部２の入出力素子６の対応関係を説明するための上面図である。
【００３４】
図７では、形状・硬さ入出力部Ａと形状・硬さ入出力部Ｂが制御装置３を介してネットワーク４に接続されている。形状・硬さ入出力部Ａの入出力素子Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３……は、形状・硬さ入出力部Ｂのそれぞれの入出力素子Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３……と対となって制御される。すなわち、入出力素子Ａ１１の変位と硬さは入出力素子Ｂ１１の変位と硬さによって決まり、入出力素子Ａ１２の変位と硬さは入出力素子Ｂ１２の変位と硬さによって決まる。また、入出力素子Ａ１１は、形状・硬さ入出力部Ａにある他の入出力素子６の影響を受けない。入出力素子Ａ１２，Ａ１３……も同様に形状・硬さ入出力部Ａにある他の入出力素子６の影響を受けない。これは、形状・硬さ入出力部Ｂについても同様である。
【００３５】
このように、形状・硬さ入出力部Ａの１つの入出力素子６は形状・硬さ入出力部Ｂの１つの入出力素子６と対となって制御される。以下、一対の入出力素子６について説明するが、他の入出力素子６も同様に動作が制御される。
【００３６】
図８は、入出力素子６の駆動機構の機能を示したブロック図である。なお、このブロック図は図７に示す入出力素子Ａ１１の駆動機構を示したものである。入出力素子Ａ１１の駆動を制御する制御手段３は、Ａ１１の変位量検出部１０、Ａ１１の押圧力検出部８、Ａ１１の駆動手段７、Ａ１１の負荷付与手段９、Ｂ１１の変位量検出部１０、Ｂ１１の押圧力検出部８に接続されている。Ａ１１及びＢ１１の押圧力検出部８とＡ１１及びＢ１１の変位量検出部１０の検出結果に基づいて、Ａ１１の負荷付与手段９とＡ１１の駆動手段７の駆動が制御される。
【００３７】
次に、Ａ１１及びＢ１１の入出力素子６の動作を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
まず、ステップ１０１において制御手段３で入出力素子６の制御開始命令が有るか否か判断する。ステップ１０１において、制御開始命令が有った場合には、ステップ１０２で入出力素子Ａ１１およびＢ１１の押圧力を押圧力検出部８で検出する。そして、ステップ１０３で入出力素子Ａ１１には入出力素子Ｂ１１の押圧力に相当する負荷を負荷付与手段９で付与し、入出力素子Ｂ１１には入出力素子Ａ１１の押圧力に相当する負荷を負荷付与手段９で付与する。これにより、入出力素子Ａ１１では入出力素子Ｂ１１で検出した硬さ又は反力を、入出力素子Ｂ１１では入出力素子Ａ１１で検出した硬さ又は反力を感じることができる。つまり、対となっている入出力素子６で検出した硬さ又は反力を感じることができるのである。これにより、遠隔地にある物品等の硬さ又は反力を体感することができる。
【００３９】
次に、ステップ１０４において、ステップ１０２で検出した入出力素子Ａ１１と入出力素子Ｂ１１の押圧力を比較し、入出力素子Ａ１１の押圧力が大きい場合には、ステップ１０５で入出力素子Ａ１１の変位になるように入出力素子Ｂ１１の駆動手段７を駆動し（このとき、入出力素子Ａ１１の駆動手段７は停止している。）、ステップ１０１に戻る。ステップ１０４で入出力素子Ｂ１１の押圧力が入出力素子Ａ１１の押圧力より大きいときには、ステップ１０６で入出力素子Ｂ１１の変位になるように入出力素子Ａ１１の駆動手段７を駆動し（このとき、入出力素子Ｂ１１の駆動手段７は停止している。）、ステップ１０１に戻る。即ち、ステップ１０４における押圧力の比較は、入出力素子ＡとＢのどちらの素子を駆動するかを決めるものである。入出力素子Ａにのみ物品を載置すれば入出力素子Ｂを駆動するということである。
【００４０】
上記のように、入出力素子６に作用する押圧力の比較から、押圧力が大きい場合には、図１０の（１）のように操作者の手や物品によって入出力素子６を下方に押し込むことができ、押圧力が小さい場合には、図１０の（２）のように駆動手段７によって入出力素子６を上方に突出するようにしている。入出力素子６の変位量（図１０中のｘ）は、図１０に示すように向きは反対であるが大きさは常に同じになるようにしている。また、駆動手段7の駆動速度は、入出力素子６を押し込む速度に合わせるようにしており、これによりリアルタイムに物品等の形状および硬さを呈示できる。図１０は本実施形態に関する入出力素子の変位量及び変位方向を説明する図である。
【００４１】
なお、入出力素子６の変位量は同じ（１：１）になるようにしたが、変位量を拡大・縮小して呈示してもよい。これにより小さい物品の形状を拡大して表現したり、大きいものを縮小して表現したりすることができるようになる。なお、この拡大・縮小倍率は制御手段３で設定できるようにしている。
【００４２】
以上のように、入出力素子６の駆動を制御するので、入力モードや出力モードといったモード切り換えを必要としないので、操作者は入出力を意識せずに操作できる。
【００４３】
次に、本発明の形状・硬さ入出力システム１の使用例を説明する。本発明の形状・硬さ入出力システム１は、人対人、人対物で使用することができる。人対人の使用例は、離れた場所にいる人とコミュニケーションをとる手段として用いるものである。手の大きさ等を比べることもできるし、力比べを行うこともできる。従来は遠隔地にいる人とコミュニケーションをとるには、電話や手紙や電子メールで行われることが多く、形状や力を伝達することができなかった。このようなとき、本実施形態に係る形状・硬さ入出力システム１を用いれば、リアルタイムで形状や力を伝達できるので、操作者は離れた場所にいながら身近にいるような感覚を得ることができる。
【００４４】
人対物の使用例は、離れた場所とテレビ会議を行っている状況で使用するものである。ある製品の部品について打ち合わせをしている時、部品の形状や硬さを伝達したい場合がある。従来は部品の数値データを伝えるか、郵送等で部品を送付しなければならなかった。数値データでは、部品の情報が感覚的に伝わらないし、郵送等で送付する場合はリアルタイムで形状や硬さを伝達することができない。このようなとき、本実施形態に係る形状・硬さ入出力システム１を用いれば、リアルタイムかつ双方向に部品の形状や硬さを伝達できる。よって、双方で部品を持ち寄り、情報交換をしながらテレビ会議を行うことができるので、効率良くテレビ会議を進行することができる。
【００４５】
ここで、例としてゴムボールの形状と硬さを遠隔地に伝達する方法を述べることにする。まず、ゴムボールを一方の形状・硬さ入出力部２の上に載せる。そのとき、他方の形状・硬さ入出力部２には何も置かない。そうすると、ゴムボールの自重により、入出力素子６が押されゴムボールの形状に凹むようになる。そのとき、他方の形状・硬さ入出力部２にはゴムボールの形状が突出するようになる。そして、他方の形状・硬さ入出力部２で呈示されたゴムボール形状を手で押すと、そのゴムボールの硬さを手で感じることができる。ゴムボールの反力は押し込まれる変位により変化するが、時々刻々変化する押圧力を押圧力検出部８で検出し、負荷付与手段９により負荷を変化させるのでゴムボールの硬さを忠実に伝達することができる。
【００４６】
次に、本実施形態に関する入出力素子駆動機構における他の構成例を図１１を参照しながら説明する。図１１において、入出力素子駆動機構１４に負荷付与手段９を設置せず、駆動手段７を駆動軸１１に直接接続するものである。これは、図３に示す負荷付与手段９で行う負荷付与を駆動手段７で行うものである。駆動手段７がステッピングモータの場合、駆動手段７に供給する電流値を変えることにより、トルクが変化する。このトルクを制御することにより、負荷付与ができて物品等の硬さ又は反力を表現できる。入出力素子６を駆動手段７によって駆動する場合には、このトルクが入出力素子６を駆動する力になる。また、操作者が入出力素子６を手で押す場合には、このトルクが手に作用する抵抗力になる。
【００４７】
図１２は、図１１に示す入出力素子駆動機構における他の構成例の機能を示すブロック図である。なお、このブロック図は図７に示す入出力素子Ａ１１の駆動機構を示したものである。入出力素子Ａ１１の駆動を制御する制御手段３は、Ａ１１の変位量検出部１０、Ａ１１の押圧力検出部８、Ａ１１の駆動手段７、Ｂ１１の変位量検出部１０、Ｂ１１の押圧力検出部８に接続されている。Ａ１１及びＢ１１の押圧力検出部８とＡ１１及びＢ１１の変位量検出部１０の検出結果に基づいて、Ａ１１の駆動手段７の駆動が制御される。
【００４８】
次に、図１１に示す入出力素子駆動機構における他の構成例のＡ１１及びＢ１１の入出力素子６の動作を図１３に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ２０１において制御手段３で入出力素子６の制御開始命令が有るか否か判断する。ステップ２０１において、制御開始命令が有った場合には、ステップ２０２で入出力素子Ａ１１およびＢ１１の押圧力を押圧力検出部８で検出する。そして、ステップ２０３で入出力素子Ａ１１には入出力素子Ｂ１１の押圧力に相当するトルクになるように駆動手段７に電流供給し、入出力素子Ｂ１１には入出力素子Ａ１１の押圧力に相当するトルクになるように駆動手段７に電流供給する。これにより、入出力素子Ａ１１では入出力素子Ｂ１１で検出した硬さ又は反力を、入出力素子Ｂ１１では入出力素子Ａ１１で検出した硬さ又は反力を感じることができる。
【００４９】
次に、ステップ２０４において、ステップ２０２で検出した入出力素子Ａ１１と入出力素子Ｂ１１の押圧力を比較し、入出力素子Ａ１１の押圧力が大きい場合には、ステップ２０５で入出力素子Ａ１１の変位になるように入出力素子Ｂ１１の駆動手段７を駆動し、ステップ２０１に戻る。ステップ２０４で入出力素子Ｂ１１の押圧力が入出力素子Ａ１１の押圧力より大きいときには、ステップ２０６で入出力素子Ｂ１１の変位になるように入出力素子Ａ１１の駆動手段７を駆動し、ステップ２０１に戻る。
【００５０】
入出力素子駆動機構１４の他の構成例の場合、駆動手段７の摩擦負荷により小さい硬さ又は反力を表現することに多少困難を伴うが、形状・硬さ入出力部２を小型化することができる。駆動手段７の摩擦負荷より大きい硬さ又は反力を表現する場合には、図１１に示す他の構成例は有効である。
【００５１】
尚、以上の説明で、第１の形状・硬さ入出力部に、例えば、車輪などの物品を載置した場合の構成例を取り上げたが、これに限らず、人体や動物の手足等を第１の形状・硬さ入出力部に載置してその形状や柔らかさを第２の形状・硬さ入出力部に現出することも、本発明の技術的範囲内のものである。したがって、本実施形態では、上述した物品は形があって重量のあるものとして解するのが相当である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る形状・硬さ入出力システムの概要を示す全体構成図である。
【図２】本実施形態に関する形状・硬さ入出力部の構成を示す見取図である。
【図３】本実施形態に関する入出力素子を駆動する入出力素子駆動機構を示す図である。
【図４】本実施形態に関する形状・硬さ入出力部における入出力素子駆動機構の配置を示す正面図である。
【図５】本実施形態に関する形状・硬さ入出力部における入出力素子駆動機構の配置を示す側面図である。
【図６】本実施形態に関する形状・硬さ入出力部における入出力素子駆動機構の配置を示す上面図である。
【図７】本実施形態に係る形状・硬さ入出力システムの２つの形状・硬さ入出力部の入出力素子の対応関係を示す上面図である。
【図８】本実施形態に関する入出力素子の駆動機構の機能を示すブロック図である。
【図９】本実施形態に関する入出力素子の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本実施形態に関する入出力素子の変位量及び変位方向を説明する図である。
【図１１】本実施形態に関する入出力素子駆動機構における他の構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す入出力素子駆動機構における他の構成例の機能を示すブロック図である。
【図１３】図１１に示す入出力素子駆動機構における他の構成例の入出力素子の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１  形状・硬さ入出力システム
２−１，２−２  形状・硬さ入出力部
３  制御装置
４  ネットワーク
５  ベース
６  入出力素子
７  駆動手段
８  押圧力検出部
９  負荷付与手段
１０  変位量検出部
１１  駆動軸
１２  ピニオンギア
１３  ラック
１４  入出力素子駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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