(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成で衝撃による駆動力を任意の方向に発生させる駆動装置及び該駆動装置を用いた力覚提示装置を提供する。【解決手段】駆動装置１０Ｂにおいて、筐体内部の側面に上下又は左右対称に配置し、通電による磁力を発生させる複数の電磁石１１Ａ〜１１Ｄと、筐体内部の中心に電磁石と所定の間隔を設けて相対させる軟磁性体５１と、電磁石のそれぞれと軟磁性体とを所定の間隔で位置付けさせる非磁性バネ５２−１〜５２−４とを有する。電磁石の少なくとも１つを通電させることにより発生した磁力に対応する吸引力により、軟磁性体又は電磁石に運動エネルギーを与えて移動させ、軟磁性体と電磁石とを衝突させることで、衝突した軟磁性体及び電磁石の移動方向に対する駆動力を発生させる。【選択図】図２
2017102657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内部の側面に上下又は左右対称に配置し、通電による磁力を発生させる複数の電磁石と、
前記筐体内部の中心に前記電磁石と所定の間隔を設けて相対させる軟磁性体と、
前記電磁石のそれぞれと前記軟磁性体とを前記所定の間隔で位置付けさせる非磁性弾性体とを有し、
前記電磁石の少なくとも１つを通電させることにより発生した磁力に対応する吸引力により、前記軟磁性体又は前記電磁石に運動エネルギーを与えて移動させ、前記軟磁性体と前記電磁石とを衝突させることで、該衝突した前記軟磁性体及び前記電磁石の移動方向に対する駆動力を発生させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置を用いた力覚提示装置において、
前記駆動装置を所定の位置に複数配置し、該配置した駆動装置の少なくとも１つに対し、所定方向への駆動力を与えることで、並進による力覚提示又は回転による力覚提示を行う提示部を有することを特徴とする力覚提示装置。
【請求項３】
前記力覚提示装置の運動、空間位置、姿勢のうち、少なくとも１つの情報を取得する取得部と、
前記取得部から得られる情報に基づいて、前記駆動装置に駆動力を与えて、前記提示部による前記力覚提示を行わせる制御部とを有することを特徴とする請求項２に記載の力覚提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置及び該駆動装置を用いた力覚提示装置に関し、特に、衝撃による駆動力を発生させる駆動装置及び該駆動装置を用いた力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、力覚を提示する有効な手法の一つとして衝撃が知られており、衝撃を用いてロータリースイッチの触感の再現や、ビリヤードの玉を打つ感覚、剣を受け止めた際の衝撃感の提示等を行う手法が知られている（例えば、非特許文献１及び２、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来では、衝撃を用いて駆動力を得るアクチュエータ（駆動装置）が知られており、その駆動力は、力覚への情報提示に活用できると考えられる。アクチュエータの原理は、例えば「摩擦により静止している物体に最大静止摩擦力を超える衝撃力を与えることにより物体が移動し、その衝撃力が動摩擦力以下となった時点で物体が静止する」というサイクルを繰り返すことで駆動力を得るものである。また、衝撃による駆動力を得る方法として、渦電流を用いるもの（例えば、特許文献２参照）、圧電素子を用いるもの（例えば、特許文献３参照）、静電引力を用いるもの（例えば、特許文献４、非特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
上述した渦電流を用いる手法では、導体板に近接して配置したコイルに衝撃電流を流すことで導体板に渦電流を発生させ、その電流による磁場とコイルの磁場との反発力により生じる衝撃的な反発を利用して駆動力を得る。また、上述した圧電素子を用いる手法では高電圧を印加した際の圧電素子の急激な変形を利用して駆動力を得る。また、静電引力を用いる方法では、可動電極と固定電極間に高電圧を印加することで発生した静電気力により電極同士を衝突させることで衝撃力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４６２２５号公報
【特許文献２】特開昭６０−６０５８２号公報
【特許文献３】特開昭６３−２９９７８５号公報
【特許文献４】特許第５３１７１５４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐藤淑美、松江里佳、橋本悠希、梶本裕之、「空中に保持したカメラの感覚的スタビライゼーション」、日本ＶＲ学会第１２回大会論文集、２００７．
【非特許文献２】松井信也、井村誠孝、安室善弘、眞鍋佳嗣、千原國宏、「直動式ソレノイドを用いた撃力提示デバイス」、日本ＶＲ学会第８回大会論文集、ｐｐ．２９−３２，２００３．
【非特許文献３】桂井宏明、山本晃生、樋口俊郎、「ＤＣ静電インパクト駆動機構の動作特性」、２００６年度精密工学会春季大会、ｐｐ．８７５−８７６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した渦電流や圧電素子、静電引力を用いる手法は、高電圧を用いるため、従来手法における駆動装置を、例えば携帯型の力覚提示装置等へ応用することには適していない。また、非特許文献１及び２に示すソレノイドを用いて比較的低電圧で駆動させた場合にも、簡易な構成で任意の方向に力覚を提示するものではなかった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、簡易な構成で衝撃による駆動力を任意の方向に発生させるための駆動装置及び該駆動装置を用いた力覚提示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１０】
一つの態様として、本発明は、駆動装置において、筐体内部の側面に上下又は左右対称に配置し、通電による磁力を発生させる複数の電磁石と、前記筐体内部の中心に前記電磁石と所定の間隔を設けて相対させる軟磁性体と、前記電磁石のそれぞれと前記軟磁性体とを前記所定の間隔で位置付けさせる非磁性弾性体とを有し、前記電磁石の少なくとも１つを通電させることにより発生した磁力に対応する吸引力により、前記軟磁性体又は前記電磁石に運動エネルギーを与えて移動させ、前記軟磁性体と前記電磁石とを衝突させることで、該衝突した前記軟磁性体及び前記電磁石の移動方向に対する駆動力を発生させることを特徴とする。
【００１１】
また一つの態様として、本発明は、上述した駆動装置を用いた力覚提示装置において、前記駆動装置を所定の位置に複数配置し、該配置した駆動装置の少なくとも１つに対し、所定方向への駆動力を与えることで、並進による力覚提示又は回転による力覚提示を行う提示部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成で衝撃による駆動力を任意の方向に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における駆動装置の動作の一例を示す図である。
【図２】２自由度の任意の方向に駆動力を発生する駆動装置の機能構成の一例を示す図である。
【図３】駆動装置を有する力覚提示装置の概略構成の一例を示す図である。
【図４】力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜本発明について＞
本発明における一つの態様としての駆動装置（以下、必要に応じて「アクチュエータ」という）は、例えばヨークと、ヨークの空隙部に電磁コイルを収容した１又は複数の電磁石と、１又は複数の軟磁性体とを所定の隙間（以下、「ギャップ」という）を設けて相対させ、電磁コイルへの通電により発生した吸引力により、軟磁性体又は電磁石に運動エネルギーを与えて移動させ、軟磁性体と電磁石とを衝突させることで、その衝突した軟磁性体及び電磁石の移動方向に対する駆動力を発生させる。なお、衝突する軟磁性体及び電磁石の組み合わせにより、所定の方向に駆動力を発生させることができる。
【００１５】
例えば、本発明では、筐体内部の側面に上下及び左右対称に電磁石を配置すると共に、筐体内部の中心に軟磁性体を配置し、電磁石のそれぞれと、軟磁性体とが、非磁性弾性体により所定の間隔が設けられ、電磁石の少なくとも１つを通電させることで、軟磁性体を移動させて通電した電磁石と衝突させ、該衝突により軟磁性体の移動方向に対する駆動力を発生させる。これにより、簡易な構成で衝撃による駆動力を任意の方向に発生させることができる。なお、本発明では、筐体内部の側面に対して上下、左右の一方だけに電磁石を設けてもよい。
【００１６】
以下に、上述したような特徴を有する本発明における駆動装置（例えば、アクチュエータ）及び該駆動装置を用いた力覚提示装置を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
＜駆動装置の動作例＞
まず、本発明における駆動装置の動作例について図を用いて説明する。図１は、本発明における駆動装置の動作の一例を示す図である。図１の例では、アクチュエータ（駆動装置）１０Ａの機能構成のうち、単一方向（１自由度）に駆動力を発生する場合を示している。また、図１の例に示すアクチュエータ１０Ａは、図１（Ａ）〜（Ｃ）の順で動作を行う。
【００１８】
まず、図１（Ａ）を用いてアクチュエータ１０Ａの機能構成例について説明する。アクチュエータ１０Ａは、電磁石１１と、軟磁性体の一例としての可動軟磁性体１２と、非磁性弾性体の一例としての非磁性体バネ１３とを有する。また、電磁石１１は、ヨーク２１と、電磁コイル２２とを有する。
【００１９】
なお、図１（Ａ）の例では、アクチュエータ１０Ａは、物体３０等に取り付けられている。本実施形態では、アクチュエータ１０Ａの衝撃を用いた駆動力により、物体３０に移動や振動等の力を与え、ユーザの手等との摩擦面４０を介して、ユーザに所定方向への力覚を提示する。
【００２０】
電磁石１１において、ヨーク２１は、外周壁２１ａと内周壁２１ｂとを同心状に形成する環状空隙部２１ｃが形成されている。また、ヨーク２１は、電磁コイル２２に基づく磁束を所定の場所に集中させる。ヨーク２１は、例えば不純物の少ない鉄（例えば、軟鉄）や炭素の低い鋼（低炭素鋼）、珪素（シリコン）を含んだ珪素鉄、用途によって錆びにくいステンレス鋼の軟質磁性材料を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
電磁コイル２２は、例えば導線等を環状空隙部２１ｃに巻回して形成されている。電磁コイル２２への通電により、電磁石１１が発生する磁力によって可動軟磁性体１２に対する吸引力が発生する。また、電磁コイル２２に流す電流の強さに応じて吸引力が変化し、電磁コイル２２に流す電流を増加させるほど、吸引力も増加する。
【００２２】
なお、本実施形態において、ヨーク２１は、電磁コイル２２で発生する磁束（磁力）を効率よく吸引力にするため、電磁コイル２２には、図１（Ａ）の横断面図から見てＥ型に形成されているが、これに限定されるものではない。
【００２３】
可動軟磁性体１２は、電磁石１１（具体的には、ヨーク２１の端部）と衝突する衝突体である。可動軟磁性体１２は、電磁コイル２２に対して相対させる。また、可動軟磁性体１２とヨーク２１とは、衝突による撃力を発生させるためにギャップＧを設ける必要がある。そのため、非磁性体バネ１３は、電磁コイル２２に電流を流していない場合（電流ＯＦＦの場合）には、可動軟磁性体１２とヨーク２１とが所定間隔のギャップＧを設けて維持されるように調整する調整部材である。また、非磁性体バネ１３は、弾性体であるため、電磁コイル２２に電流を流した場合（電流ＯＮの場合）には、吸引力により可動軟磁性体１２とヨーク２１とが衝突可能になる。
【００２４】
ここで、非磁性体バネ１３は、両端が可動軟磁性体１２とヨーク２１とに取り付けられた板状のものでもよいが、形状については、特に限定されるものではなく、複数の非磁性体バネ１３が取り付けられていてもよい。また、非磁性体バネ１３は、力の負荷により伸縮を行う部材であればよく、例えばゴム等であってもよい。非磁性体バネ１３により、可動軟磁性体１２とヨーク２１とを、ギャップＧを設けて位置付けることができ、また電磁石１１の磁力により、可動軟磁性体１２とヨーク２１とを衝突させることができる。
【００２５】
物体３０は、例えばアクチュエータ１０Ａからの負荷により移動や振動等を発生させるものであり、例えば力覚提示装置であるが、これに限定されるものではない。また、力覚提示装置は、専用の端末でもよく、またタブレット端末やスマートフォン、携帯電話、ゲーム機器、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置であってもよい。
【００２６】
次に、図１（Ａ）〜（Ｃ）におけるアクチュエータ１０Ａの動作例について、具体的に説明する。
【００２７】
＜（Ａ）に示す動作＞
図１（Ａ）に示す動作では、摩擦面４０に対して物体３０が静止しており、被衝突体であるヨーク２１に対して、可動軟磁性体１２が非磁性体バネ１３で確保されたギャップＧを維持した状態で相対している。この状態で、電磁コイル２２に電流を通電させる（電流ＯＮ）と、可動軟磁性体１２は、ヨーク２１に吸引され、（Ｂ）の動作に遷移する。
【００２８】
なお、図１（Ａ）の場合には、物体３０と、可動部である可動軟磁性体１２とは引き合い、その力により可動軟磁性体１２が物体３０の方向に加速される。しかしながら、物体３０は、摩擦面４０に接しているために静止したままとなる。但し、物体３０が可動軟磁性体１２から引かれる力は、摩擦面４０で発生している静止摩擦力を超えない程度とする。
【００２９】
＜（Ｂ）に示す動作＞
図１（Ｂ）に示す動作では、可動軟磁性体１２は、電磁コイル２２による吸引力から運動エネルギーを得てヨーク２１の外周壁２１ａ及び内周壁２１ｂの端部に衝突する。このとき、力の作用時間は小さいため、運動エネルギーは衝撃的な力に変換される。このとき、変換された力の大きさが、摩擦面４０の静止摩擦力よりも力が大きい場合に物体３０が移動する。
【００３０】
なお、図１（Ｂ）の場合には、一般的な力積の式ＦＴ＝ｍｖ（但し、Ｆ：力、Ｔ：作用時間、ｍ：質量、ｖ：速度）により衝突させることで、力の作用時間を小さくし、いわゆる撃力として、静止摩擦力より大きな力を得ることで、物体３０が移動する（図１（Ｂ）の例では、距離ｄだけ左に移動）。
【００３１】
また、上述の例では、可動軟磁性体１２が、ヨーク２１の外周壁２１ａ及び内周壁２１ｂの端部と衝突する例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば外周壁２１ａ及び内周壁２１ｂの何れかの端部と衝突してもよい。
【００３２】
また、ヨーク２１（外周壁２１ａ及び内周壁２１ｂの端部）と可動軟磁性体１２との衝突面の一方又は両方には、衝突音を低減させるための緩衝部材を有していてもよい。
【００３３】
＜（Ｃ）に示す動作＞
図１（Ｃ）に示す動作では、上述した（Ｂ）の動作による衝突後、電磁コイル２２への通電を停止する（電流ＯＦＦ）ことで、吸引力がなくなる。そのため、可動軟磁性体１２は、非磁性体バネ１３の弾性力により、上述した（Ａ）の状態（ギャップＧを設けた位置）へと戻る。
【００３４】
なお、図１（Ｃ）の場合には、非磁性体バネ１３の弾性力により、物体３０と可動軟磁性体１２とが反発するが、その際に、物体３０に加わる力は、静止摩擦力を超えないようにする。
【００３５】
したがって、上述した動作のサイクル（周期）を繰り返すことで衝突による駆動力を発生させることができる。また、電流ＯＮ／ＯＦＦを所定周期で行うことで、ヨーク２１と可動軟磁性体１２との衝突による衝撃で、物体３０を所定方向に移動させたり振動を与えることができる。
【００３６】
次に、上述した図１に示す動作内容に基づくアクチュエータで、本実施形態における２自由度の任意の方向に駆動力を発生する場合について、図を用いて説明する。図２は、２自由度の任意の方向に駆動力を発生する駆動装置（アクチュエータ）の機能構成の一例を示す図である。なお、図２の説明において、上述した図１に示すアクチュエータ１０Ａと同様の構成については、同様の文言、符号等で示すものとし、ここでの具体的な説明は省略する。
【００３７】
図２の例は、アクチュエータ１０Ｂの断面図を示している。図２の例に示すアクチュエータ１０Ｂは、筐体５０と、電磁石１１Ａ〜１１Ｄと、可動軟磁性体５１と、非磁性体バネ５２−１〜５２−４とを有する。図２に示すアクチュエータ１０Ｂは、上下及び左右の２自由度に対して駆動力を発生させる。
【００３８】
例えば、図２に示すアクチュエータ１０Ｂは、可動軟磁性体５１の四方（上下左右）に、非衝突体の電磁石１１Ａ〜１１Ｄを配置して、筐体５０に対し、上下方向及び左右方向の２自由度の駆動力を発生させる。図２に示すように各電磁石１１Ａ〜１１Ｄは、筐体５０の内部で中心を向くように側面に配置され、その中心に可動軟磁性体５１が設けられている。
【００３９】
各電磁石１１Ａ〜１１Ｄの各ヨーク２１Ａ〜２１Ｄ内に収納された各電磁コイル２２Ａ〜２２Ｄのうち、少なくとも１つの電磁コイル２２を通電することで、通電した電磁コイル２２を収納するヨーク２１と、可動軟磁性体５１とを衝突させて、駆動力を発生させることができる。
【００４０】
なお、各ヨーク２１Ａ〜２１Ｄと可動軟磁性体５１とのギャップＧ１〜Ｇ４は、つるまきバネや板バネ等の非磁性体バネ５２−１〜５２−４を用いて所定距離の間隔が設けられている。電磁コイル２２への通電を停止している状態では、非磁性体バネ５２−１〜５２−４の弾性力により、ギャップＧ１〜Ｇ４が維持された状態で、可動軟磁性体５１が位置付けられる。
【００４１】
上述したように本実施形態では、筐体５０内部の側面に上下及び左右対称に電磁石１１Ａ〜１１Ｄを配置すると共に、筐体５０内部の中心に可動軟磁性体５１を配置し、電磁石１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれと、可動軟磁性体５１とが、非磁性体バネ５２により所定の間隔が設けられる。
【００４２】
また、本実施形態では、電磁石１１Ａ〜１１Ｄの少なくとも１つを通電させることで、可動軟磁性体５１を移動させて通電した電磁石１１と衝突させ、その衝突により電磁石１１及び可動軟磁性体５１の移動方向に対する駆動力を発生させることができる。なお、本発明では、筐体５０内部の側面に対して上下、左右の一方だけに電磁石１１を設けてもよい。
【００４３】
ここで、上述した本実施形態の例では、単一方向（１自由度）に対応したアクチュエータ１０Ａ、上下及び左右の２次元方向（２自由度）に対応したアクチュエータ１０Ｂについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば３次元方向（３自由度）に対応したアクチュエータ１０を用いてもよい。この場合、例えば上下及び左右の２次元方向（２自由度）に対応したアクチュエータ１０Ｂの構成を、奥行き方向にも設けることで、上下及び左右方向だけでなく、奥行き方向も含めた立体的な移動方向に駆動力を発生させることができる。
【００４４】
＜アクチュエータ（駆動装置）を有する力覚提示装置＞
次に、上述した本実施形態におけるアクチュエータ１０Ａ，１０Ｂを用いた力覚提示装置の一例について、図を用いて説明する。図３は、アクチュエータを有する力覚提示装置の概略構成の一例を示す図である。図３に示す力覚提示装置１００は、一例としてスマートフォン等の情報処理装置であるが、これに限定されるものではなく、タブレット端末や携帯端末、ゲーム機器、リモートコントローラ等でもよい。
【００４５】
図３に示す力覚提示装置１００には、１又は複数のアクチュエータ（駆動装置）１０が所定の位置に配置されている。各アクチュエータ１０は、例えば上述した物体３０に対応する力覚提示装置１００内の所定の物体に取り付けられていてもよく、また上述した筐体５０のようなアクチュエータ１０を力覚提示装置１００内に設置してもよい。
【００４６】
例えば、図３（Ａ）の例において、力覚提示装置１００には、四隅に合計４つのアクチュエータ１０−１〜１０−４を設置しているが、これに限定されるものではなく、設置されるアクチュエータ１０の数や配置については、これに限定されるものではない。
【００４７】
これらのアクチュエータ１０は、一例として上述した２自由度の駆動力を有するアクチュエータ１０Ｂであるのが好ましいがこれに限定されるものではない。例えば、部分的には、１自由度のアクチュエータを２個用いて、第１のアクチュエータ（上下方向）と、その第１のアクチュエータから９０度回転させた第２のアクチュエータ（左右方向）を組みとして上下、左右の２つの方向の駆動力を実現してもよい。
【００４８】
図３（Ａ）に示す各アクチュエータ１０−１〜１０−４は、力覚提示装置１００内の制御部により所定のタイミングで入力される指令信号により、電流のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、上述した衝突による衝撃により所定方向に駆動力を発生させる。
【００４９】
本実施形態では、衝突による駆動力を利用して合成方向への力覚提示を実現する。例えば、力覚提示装置１００において、図３（Ａ）に示す位置にアクチュエータ１０−１〜１０−４を配置（内蔵）することにより、力覚提示装置１００をユーザの手（指）１０１等で把持している場合、アクチュエータ１０−１〜１０−４による駆動力により、力覚提示装置１００が指の表面を滑る、或いは指の表面を滑らないが指の表面との摩擦力により指が駆動方向に引っ張られる等の力覚を、ユーザに感じさせることができる。
【００５０】
例えば、図３（Ａ）に示すように、力覚提示装置１００の四隅に２自由度の駆動力を有するアクチュエータ１０−１〜１０−４を配置し、その配置した各アクチュエータ１０−１〜１０−４を、図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）に示すように協調動作させる。ここで、協調動作とは、例えば複数のアクチュエータを同時に動作させることであり、その力の合成により、例えば上下左右等の所定方向への並進による力覚、又はトルク（回転）による力覚を提示することができる。
【００５１】
例えば、図３（Ｂ）の例では、アクチュエータ１０−１〜１０−４の全てを左方向に駆動力が生じるように制御することで、ユーザの手１０１に対し横方向への力覚提示を行うことができる。なお、アクチュエータ１０−１〜１０−４の全てを右方向に駆動力が生じるように制御しても横方向への力覚提示を行うことができる。
【００５２】
また、図３（Ｃ）の例では、アクチュエータ１０−１〜１０−４の全てを上方向に駆動力が生じるように制御することで、ユーザの手１０１に対し縦方向への力覚提示を行うことができる。なお、アクチュエータ１０−１〜１０−４の全てを下方向に駆動力が生じるように制御しても縦方向への力覚提示を行うことができる。なお、上述した図３（Ｂ），図３（Ｃ）の例では、全てにアクチュエータ１０−１〜１０−４に対して同一方向に駆動させたが、これに限定されるものではなく、一部のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ１０−１，１０−２）に対して上方向の駆動力を発生させ、他のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ１０−３，１０−４）については、駆動力を発生させないようにしても上方向への力覚提示を行うことができる。
【００５３】
また、力覚提示装置１００は、図３（Ｄ）に示すように、アクチュエータ１０−１，１０−２に対しては、左方向に駆動力が生じるように制御し、アクチュエータ１０−３，１０−４に対しては、右方向に駆動力が生じるように制御することで、力覚提示装置１００の中心付近を手１０１で把持しているユーザは、回転（トルク）の力覚を手から得ることができる。なお、トルクの提示については、これに限定されるものではなく、例えば図３（Ｄ）の例において、アクチュエータ１０−１に下方向、アクチュエータ１０−２に左方向、アクチュエータ１０−３に上方向、アクチュエータ１０−１に右方向の駆動力を生じさせることにより、同様の力覚提示を行うことができる。なお、図３（Ｄ）の例では、左回転の例であるが、同様の手法により、右回転の力覚提示を実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、力覚提示装置１００が手（摩擦面）１０１を滑る場合と、手１０１を滑らない場合（一体化の場合）とで、以下に示すように力覚提示する。
【００５５】
＜力覚提示装置１００が手１０１を滑る場合＞
衝突により発生した撃力（衝撃）が手１０１の静止摩擦力より大きい場合は、力覚提示装置１００が手１０１を滑り、その滑りを手１０１が感じることで、力覚を提示する。但し、この場合には、衝突前後の力覚提示装置１００とアクチュエータ１０間の相互引力や反発力による手１０１への作用力が静止摩擦力を超えないようにする。
【００５６】
＜力覚提示装置１００が手１０１を滑らない場合＞
一般的に人間の知覚特性は非線形であり、弱い刺激は、より弱く感じ、強い刺激は、より強く感じる。そのため振動の方向で加速度の大きさを変えることで、物理的には加速度の積分値が０で、外力が働かない状況でも、知覚上では非線形特性のため積分値が０とならずに力を感じることができる。また、時系列的に大きな力と小さな力が並んだ場合に、大きな力が小さな力を打ち消す経時マスキング効果により、外力が発生していると錯覚することを利用できる。例えば、図３では、電磁コイルへの通電による衝突で発生させる撃力を用いることで、非磁性体バネ等で可動部分を戻すときの力との間に、所定値以上の大きさの差を生成することで、上述した錯覚を生じさせて力覚を提示することができる。
【００５７】
＜力覚提示装置１００の機能構成＞
次に、上述した力覚提示装置１００の機能構成例について、図を用いて説明する。図４は、力覚提示装置の機能構成の一例を示す図である。力覚提示装置１００は、アクチュエータ１０を所定の位置に複数配置し、その配置した各アクチュエータ１０に対し、それぞれ所定方向に駆動力を与えることで、並進による力覚提示又は回転による力覚提示を行う。
【００５８】
また、以下の説明では、本実施形態の一例として、力覚提示装置１００が備える撮像部により撮影している撮影画像から所定の被写体（例えば、人物等）を抽出し、抽出した被写体のその後の動きに応じて、撮影画像に被写体が含まれるように力覚提示装置１００の移動方向や回転方向を力覚で提示するものである。
【００５９】
図４の例に示す力覚提示装置１００は、取得部１１１と、制御部１１２と、提示部１１３とを有する。取得部１１１は、検出部１１１−１と、撮像部１１１−２とを有する。また、提示部１１３は、表示部１１３−１と、駆動部１１３−２とを有する。なお、駆動部１１３−２は、上述した本実施形態におけるアクチュエータ１０に相当する。
【００６０】
取得部１１１は、力覚提示装置１００の運動（例えば、移動に伴う等速運動、加速運動、回転運動等）、空間位置（例えば、３次元座標等）、姿勢（例えば、傾き情報等）のうち、少なくとも１つの情報を取得する。例えば、取得部１１１は、検出部１１１−１により力覚提示装置１００本体の位置や姿勢、水平方向、垂直方向、及び奥行き方向等の３次元方向における速度、加速度等を取得する。検出部１１１−１は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の位置センサや加速度センサ等の各種センサ等であるが、これに限定されるものではない。
【００６１】
また、取得部１１１は、撮像部１１１−２により撮影された撮影画像を取得する。撮像部１１１−２は、所定の時間間隔で撮影することで時系列の画像フレームを取得してもよい。撮像部１１１−２は、例えばデジタルカメラ等であるが、これに限定されるものではない。取得部１１１は、上述した検出部１１１−１から得られる各種の取得データ、及び撮像部１１１−２から得られる撮影画像を制御部１１２に出力する。
【００６２】
制御部１１２は、予め各種プログラムを有し、各種プログラムを実行することで、力覚提示装置１００における各処理や動作（例えば、力覚提示）等を制御する。例えば、制御部１１２は、取得部１１１から得られる各種情報に基づいて、駆動部１１３−２に駆動力を与えて、提示部１１３による力覚提示を行わせる。また、制御部１１２は、本実施形態における力覚提示の開始や終了を制御したり、異常発生時のエラー制御等を行ってもよい。
【００６３】
例えば、制御部１１２は、検出部１１１−１で得られたデータから力覚提示装置１００における運動、空間位置、姿勢のうち、少なくとも１つの情報等を取得する。また、制御部１１２は、予め設定された各種プログラムを用いて撮像部１１１−２で得られた画像に対して画像処理を行い、人物等の被写体を検出する。なお、人物等の被写体の検出は、例えば背景画像との輝度差情報等により抽出することができるが、これに限定されるものではない。
【００６４】
また、制御部１１２は、各種プログラムを用いて時系列の画像フレームから検出した被写体（人物）を追跡し、追跡している人物が画像から外れる（フレームアウトする）場合に、人物が画像から外れないように力覚提示装置１００を所定方向に誘導する力覚を提示する制御を行う。なお、上述した力覚の提示は、連続的に行ってもよく、また所定時間間隔で所定回数分行ってもよい。
【００６５】
例えば、制御部１１２は、上述した被写体がフレームアウトした方向に撮像部１１１−２による撮影範囲を移動させる力覚をユーザに与える。そのため、制御部１１２は、各種プログラムを用いて、駆動部１１３−２を駆動させて、被写体がフレームアウトした方向（所定方向）へ力覚を提示するための指定信号を生成する。
【００６６】
具体的には、制御部１１２は、力覚提示装置１００に対して、上述した並進又は回転の力覚提示がされるように、１又は複数の駆動部１１３−２のそれぞれに対して、並進、回転に対応した指令信号を生成する。また、制御部１１２は、生成した指令信号を提示部１１３に出力する。また、制御部１１２は、所定方向に移動させるための矢印やメッセージ等を撮影画像に重畳表示させた合成画像を生成し、生成した画像を提示部１１３に出力する。
【００６７】
提示部１１３は、図３に示すように力覚提示装置１００の所定の位置に複数配置した駆動部（上述したアクチュエータ１０に相当）１１３−２の少なくとも１つに対し、所定方向への駆動力を与えることで、ユーザに対して並進による力覚提示又は回転による力覚提示を行う。
【００６８】
例えば、提示部１１３は、表示部１１３−１により合成画像を表示してユーザに対する視覚提示を行う。また、提示部１１３は、制御部１１２から得られる指令信号に基づいて、その指令に対応する駆動部１１３−２を動作させることで、上述した駆動力を発生させて力覚提示装置１００を持つユーザの手に力覚を提示する。なお、力覚の提示方法については、これに限定されるものではなく、例えば上述した表示部１１３−１に表示される画像の内容（例えば、被写体のフレームアウト）等に関係なく、力覚提示することができる。
【００６９】
上述したように本発明によれば、衝撃による駆動力を任意の方向に発生させることができる。また、本発明によれば、衝撃による駆動力で任意の方向に力覚を提示することができる。
【００７０】
なお、上述の各実施形態では、上下、左右、奥行きの方向、及び回転方向に対する力覚提示を示したが、これに限定されるものではない。また、例えば上下、左右、奥行きの各方向に対する駆動力の合力により、所定方向（例えば、斜め方向等）への力覚提示を行うことができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。また、上述した各実施形態の一部又は全部を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  アクチュエータ（駆動装置）
１１  電磁石
１２，５１  可動軟磁性体（軟磁性体）
１３，５２  非磁性体バネ（非磁性弾性体）
２１  ヨーク
２２  電磁コイル
３０  物体
４０  摩擦面
５０  筐体
１００  力覚提示装置
１０１  手
１１１  取得部
１１２  制御部
１１３  提示部
【図１】
2017102657.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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