(57)【要約】【課題】物体の性質を直接変化させることなく、ユーザに遅延があることを伝えることができ、また、環境モデルを必要とすることなく、力覚呈示装置の制御の不安定化を抑制する。【解決手段】本発明に係る力覚呈示装置制御方法は、力覚呈示装置１を介して呈示する物体６の反力とは別の抵抗力を計算する工程と、前記力覚通信において許容遅延以上の遅延が存在する場合に、前記ユーザに呈示する物体の反力に加え、ユーザによる力覚呈示装置１の操作方向と逆方向に抵抗力を呈示する工程とを有する。【選択図】  図４
2009070286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力覚通信に用いる力覚呈示装置を制御する力覚呈示装置制御方法であって、
前記力覚呈示装置を介してユーザに呈示する物体の反力とは別の抵抗力を計算する工程と、
前記力覚通信において許容遅延時間以上の遅延が存在する場合に、前記ユーザに呈示する物体の反力に加え、前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作方向と逆方向に前記抵抗力を該ユーザに呈示する工程とを有することを特徴とする力覚呈示装置制御方法。
【請求項２】
力覚通信に用いる力覚呈示装置を制御する制御端末であって、
前記力覚呈示装置を介してユーザに呈示する物体の反力とは別の抵抗力を計算するように構成されている抵抗力計算部と、
前記力覚通信において許容遅延時間以上の遅延が存在する場合に、前記ユーザに呈示する物体の反力に加え、前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作方向と逆方向に前記抵抗力を該ユーザに呈示するように構成されている力覚情報呈示部とを具備することを特徴とする制御端末。
【請求項３】
前記力覚通信における遅延時間又は通信遅延時間を計測するように構成されている計測部を具備し、
前記抵抗力計算部は、前記遅延時間又は前記通信遅延時間に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端末。
【請求項４】
前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作量を計測するように構成されている計測部を具備し、
前記抵抗力計算部は、前記操作量に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端末。
【請求項５】
前記力覚呈示装置の変位速度を計測するように構成されている計測部を具備し、
前記抵抗力計算部は、前記変位速度に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端末。
【請求項６】
前記力覚呈示装置の変位加速度を計測するように構成されている計測部を具備し、
前記抵抗力計算部は、前記変位加速度に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端末。
【請求項７】
前記ユーザによって前記力覚呈示装置に加えられている力を計測するように構成されている計測部を具備し、
前記抵抗力計算部は、前記力に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遅延環境下での力覚通信に用いる力覚呈示装置制御方法及び制御端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、力覚通信における遅延によって、物体の反力が力覚呈示装置を介して大きく出力されることを防ぐ技術として、非特許文献１に開示されている研究が挙げられる。
【０００３】
非特許文献１は、バーチャル環境（仮想環境）における力覚通信において、遅延時間に応じて、力覚呈示装置を介して呈示する物体の反力を弱める方法を提案している。
【０００４】
しかし、非特許文献１における提案方法では、力覚呈示装置は、本来呈示するべき物体の持つ性質を遅延時間に合わせて直接変化させているため、本来の物体とは異なる反力を出力することになる。
【０００５】
また、ユーザ（操作者）は、力覚通信における遅延が存在するかどうか分からないため、現在、力覚呈示装置を介して呈示されている反力が物体の持つ本来の硬さなのか判断できない。
【０００６】
また、特許文献１は、バイラテラル制御による力覚通信における遅延により、物体との干渉量が、ユーザの意図と反して大きくなりすぎるのを防ぐため、干渉物が存在する方向には、力覚呈示装置を動かし難くし、干渉物が存在しない方向には、力覚呈示装置を動かし易くする方法を提案している。
【０００７】
しかし、特許文献１における提案方法では、予め遠隔地の精密な環境モデルが必要となる。上述のように、力覚呈示装置を動かし難くするための制御は、かかる環境モデル上で干渉物が存在しているか否かについて考慮しているだけで、力覚通信における遅延時間や、ユーザによる力覚呈示装置の操作量について考慮していない。
【非特許文献１】藤本正樹、石橋豊、「触覚メディア通信における反力の適応制御」、電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８７-Ｂ，Ｎｏ．４，５８９-５９２頁、２００４年
【特許文献１】特開平５-７７１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ユーザが、遠隔地にある物体を、あたかも手元に存在するかのように操作して感じるための技術を「触覚通信」と呼ぶ。
【０００９】
特に、物体の持つ硬さや重さ等の情報は「力覚情報」と呼ばれており、かかる力覚情報を通信する技術を「力覚通信」と呼ぶ。
【００１０】
かかる力覚通信は、遠隔地にある物体の力覚情報を、ユーザの手元にある力覚呈示装置で再現することで実現することができる。
【００１１】
ユーザは、力覚呈示装置を自由に操作することができ、かかる操作内容を遠隔地に存在するサーバ端末に伝える。
【００１２】
サーバ端末は、ユーザが触ろうとしている物体を「バーチャル物体」として定義している。
【００１３】
サーバ端末は、送られてきた操作内容に応じて、ユーザが触ろうとしているバーチャル物体との接触判定やユーザに提示すべき反力を決定する。
【００１４】
力覚呈示装置が、かかる反力を再現（呈示）することで、ユーザは、物体の持つ力覚情報を知覚することができる。
【００１５】
かかる力覚通信を「バーチャル環境における力覚通信」と呼ぶ。
【００１６】
また、サーバ端末にロボットアームを接続し、力覚呈示装置の操作内容に応じて当該ロボットアームを動かし、当該ロボットアームを通して実際の物体を触り、その反力をユーザの手元にある力覚呈示装置で再現させる方法も知られている。
【００１７】
かかる力覚通信を「バイラテラル制御を用いた遠隔操作による力覚通信」と呼ぶ。
【００１８】
かかる力覚通信では、遠隔地のサーバ端末と、力覚呈示装置を制御するために当該力覚呈示装置に接続されている制御端末との間で、通信回線を介して力覚情報の送受信が行われる。
【００１９】
この通信回線上で通信遅延（以下、通信回線上の遅延時間を「通信遅延時間」と定義し、サーバ端末等の処理による遅延時間を「処理遅延時間」とし、「通信遅延時間」と「処理遅延時間」とを併せた時間を「遅延時間」としている）が発生するため、理想的には、ユーザによる力覚呈示装置の操作の直後に、力覚呈示装置を介して当該操作内容に対する反力を呈示するべきところを、通信遅延時間経過後に、力覚呈示装置を介して当該反力を呈示するため、ユーザに対して、本来の物体とは異なる力覚情報を呈示してしまう。
【００２０】
また、かかる通信遅延時間分だけ反力が呈示されるのが遅れてしまうため、かかる通信遅延がない場合に比べて、物体との干渉量が大きくなってしまう場合がある。この結果、ユーザが想定している以上の大きな反力が呈示されることがある。
【００２１】
特に、力覚呈示装置を速く動かそうとすると、ゆっくりと物体と干渉した場合に比べて、力覚呈示装置を介して大きな反力が突然ユーザに呈示されることになる。
【００２２】
さらに、力覚呈示装置を介して大きな反力を呈示することで、力覚呈示装置の位置・姿勢が変化し、物体との干渉がなくなると、反力が呈示されなくなる。
【００２３】
このように、反力の呈示が短い周期で大きく変化することが一因で、力覚呈示装置が振動する等、力覚呈示装置の制御が不安定になる。
【００２４】
そして、力覚呈示装置の制御が不安定になることにより、バーチャル環境における力覚通信において、ユーザが、バーチャル物体に正常に触れられなくなる。
【００２５】
さらに、バイラテラル制御を用いた遠隔操作による力覚通信の場合には、対象の物体を破損してしまう可能性がある等の問題点があった。
【００２６】
なお、上述の非特許文献１で提案されている手法では、一定の遅延環境下で、ユーザに呈示する反力を弱めることで、反力の急激な変化を抑制することができるが、かかる反力を弱めるために、本来の物体の性質を直接変化させており、かつ、ユーザは遅延が存在するか否かが分からないため、ユーザが現在感じている反力が、本来の物体の性質による反力であるのか或いは変化した物体の性質による反力であるのかについて分からないという問題点があった。  また、上述の特許文献１で提案されている手法では、力覚呈示装置の動作に制限を設け、物体との干渉量を減らす試みが行われているが、予め環境モデルが必要とされるという問題点があった。
【００２７】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、物体の性質を直接変化させることなく、抵抗力の有無によりユーザに遅延があることを伝えることができ、また、環境モデルを必要とすることなく、力覚呈示装置の制御の不安定化を抑制することができる力覚呈示装置制御方法及び制御端末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】
【００２８】
本発明の第１の特徴は、力覚通信に用いる力覚呈示装置を制御する力覚呈示装置制御方法であって、前記力覚呈示装置を介してユーザに呈示する物体の反力とは別の抵抗力を計算する工程と、前記力覚通信において許容遅延時間以上の遅延が存在する場合に、前記ユーザに呈示する物体の反力に加え、前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作方向と逆方向に前記抵抗力を該ユーザに呈示する工程とを有することを要旨とする。
【００２９】
本発明の第２の特徴は、力覚通信に用いる力覚呈示装置を制御する制御端末であって、前記力覚呈示装置を介してユーザに呈示する物体の反力とは別の抵抗力を計算するように構成されている抵抗力計算部と、前記力覚通信において許容遅延時間以上の遅延が存在する場合に、前記ユーザに呈示する物体の反力に加え、前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作方向と逆方向に前記抵抗力を該ユーザに呈示するように構成されている力覚情報呈示部とを具備することを要旨とする。
【００３０】
かかる発明によれば、ユーザによる力覚呈示装置の操作方向と逆方向に抵抗力を呈示することで、力覚呈示装置の動作に制限を設け、対象の物体との急激な干渉を抑えることができる。
【００３１】
本発明の第２の特徴において、前記力覚通信における遅延時間又は通信遅延時間を計測するように構成されている計測部を具備し、前記抵抗力計算部は、前記遅延時間又は前記通信遅延時間に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていてもよい。
【００３２】
本発明の第２の特徴において、前記ユーザによる前記力覚呈示装置の操作量を計測するように構成されている計測部を具備し、前記抵抗力計算部は、前記操作量に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていてもよい。
【００３３】
本発明の第２の特徴において、前記力覚呈示装置の変位速度を計測するように構成されている計測部を具備し、前記抵抗力計算部は、前記変位速度に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていてもよい。
【００３４】
本発明の第２の特徴において、前記力覚呈示装置の変位加速度を計測するように構成されている計測部を具備し、前記抵抗力計算部は、前記変位加速度に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていてもよい。
【００３５】
本発明の第２の特徴において、前記ユーザによって前記力覚呈示装置に加えられている力を計測するように構成されている計測部を具備し、前記抵抗力計算部は、前記力に基づいて、前記抵抗力を計算するように構成されていてもよい。
【００３６】
かかる発明によれば、遅延時間又は通信遅延時間や、力覚呈示装置の操作量や変位速度や変位加速度や、力覚呈示装置に加えられるユーザの力に応じて、動的に抵抗力を調節することで、単純に力覚呈示装置の動作に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置の動作の制限を行うことができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、物体の性質を直接変化させることなく、抵抗力の有無によりユーザに遅延があることを伝えることができ、また、環境モデルを必要とすることなく、力覚呈示装置の制御の不安定化を抑制することができる力覚呈示装置制御方法及び制御端末を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの構成）
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの構成について説明する。
【００３９】
本実施形態では、ユーザが、手元にある力覚呈示装置１に触れることによって、通信遅延が存在する通信回線を介した遠隔地に存在するサーバ端末３の中に定義されたバーチャル物体６を体感する力覚通信を例に挙げて説明する。
【００４０】
図１に示すように、本実施形態に係る力覚通信システムは、力覚情報をユーザに呈示するための力覚呈示装置１と、力覚呈示装置１の位置・姿勢を計測して制御するための制御端末２と、遠隔地に設置され、バーチャル物体６の性質（硬さや重さや形状等）を定義するサーバ端末３とを具備している。
【００４１】
なお、サーバ端末３及び制御端末２は、通信回線４によって接続されている。例えば、通信回線４は、有線ＬＡＮや無線ＬＡＮや固定電話回線や携帯電話回線等によって構成され得る。
【００４２】
ユーザは、力覚呈示装置１を、直接、手で操作することができる。
【００４３】
力覚呈示装置１は、当該力覚呈示装置１の変位を計測するための機器を備える。また、力覚呈示装置１は、アクチュエータを備えており、アクチュエータの動力を用いて、ユーザに反力を呈示することができる。
【００４４】
サーバ端末３は、図２（ａ）に示すように、バーチャル環境５を定義するように構成されている。また、サーバ端末３は、図２（ａ）に示すように、バーチャル環境５内に、予め硬さや重さや形状等が定義されたバーチャル物体６を定義するように構成されている。
【００４５】
また、サーバ端末３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、バーチャル環境５内に、力覚呈示装置１の位置・姿勢に対応するポインタ７を定義するように構成されている。
【００４６】
具体的には、サーバ端末３は、制御端末２から受信した力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を用いて、ポインタ７とバーチャル物体６との間の干渉を判断し、ポインタ７に与える反力を計算することができる。
【００４７】
サーバ端末３は、通信機能を備えており、計算された反力を示す反力情報を、通信回線４を介して制御端末２へ送信するように構成されている。
【００４８】
サーバ端末３は、時刻を記録して置く機能を備えており、制御端末２との間で通信を行った時刻を記録しておくことができる。
【００４９】
制御端末２は、力覚通信に用いる力覚呈示装置１を制御するように構成されている。
【００５０】
具体的には、制御端末２は、図３に示すように、位置・姿勢情報計算部３１と、位置・姿勢情報管理部３２と、位置・姿勢情報送信部３３と、反力情報受信部３４と、計測部３５と、抵抗力計算部３６と、力覚情報呈示部３７とを具備している。
【００５１】
位置・姿勢情報計算部３１は、力覚呈示装置１で計測された当該力覚呈示装置１の変位を取得し、当該力覚呈示装置１の位置・姿勢を示す位置・姿勢情報を計算するように構成されている。
【００５２】
位置・姿勢情報管理部３２は、位置・姿勢情報計算部３１によって計算された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を保存するように構成されている。
【００５３】
具体的には、位置・姿勢情報管理部３２は、図３に示すように、「ラベル」と「位置・姿勢情報」と「送信時刻」とを関連付けて保存するように構成されている。
【００５４】
ここで、「ラベル」は、当該位置・姿勢情報を識別するための情報を示し、「送信時刻」は、位置・姿勢情報送信部３３によって当該位置・姿勢情報がサーバ端末３に送信された時刻を示す。
【００５５】
位置・姿勢情報送信部３３は、通信回線４を介して、位置・姿勢情報計算部３１によって計算された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を、サーバ端末３に対して送信するように構成されている。ここで、力覚呈示装置１の位置・姿勢情報には、上述の「ラベル」が付与されているものとする。
【００５６】
反力情報受信部３４は、サーバ端末３によって送信された反力情報を受信するように構成されている。ここで、反力情報には、上述の「ラベル」が付与されているものとする。
【００５７】
計測部３５は、力覚通信における遅延時間（通信回線上の通信遅延時間及びサーバ端末３での処理遅延時間を含む）を計測するように構成されている。
【００５８】
具体的には、計測部３５は、位置・姿勢情報送信部３３による位置・姿勢情報の送信時刻と、反力情報受信部３４によって受信された当該位置・姿勢情報に対応する反力情報の受信時刻とに基づいて、かかる遅延時間を計測し、かかる遅延時間が、予め計測部３５に設定された値（許容遅延時間）以上であるか否かについて判断するように構成されている。
【００５９】
ここで、計測部３５は、位置・姿勢情報に付与されている「ラベル」と、反力情報に付与されている「ラベル」とを比較することによって、両者の対応関係を判断するように構成されている。
【００６０】
また、計測部３５は、ユーザによる力覚呈示装置１の操作量を計測するように構成されている。
【００６１】
抵抗力計算部３６は、力覚呈示装置１を介してユーザに呈示する物体の反力とは別の抵抗力を計算するように構成されている。
【００６２】
抵抗力計算部３６は、動的に、かかる抵抗力を変化させるように構成されている、すなわち、所定タイミング（具体的には、反力情報を受信するタイミング）ごとに、かかる抵抗力を計算するように構成されている。
【００６３】
また、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された遅延時間に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【００６４】
また、抵抗力計算部３６は、前記計測部３５によって計測された力覚呈示装置１の操作量に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【００６５】
力覚情報呈示部３７は、力覚呈示装置１を介して、反力情報受信部３４によって受信された反力情報に対応する反力を、ユーザに呈示するように構成されている。
【００６６】
また、力覚情報呈示部３７は、許容遅延以上の遅延が存在する場合に、ユーザによる力覚呈示装置１の操作方向と逆方向に、抵抗力を呈示するように構成されている。
【００６７】
具体的には、力覚情報呈示部３７は、許容遅延以上の遅延が存在する場合に、反力情報受信部３４によって受信された反力情報に対応する反力に、抵抗力計算部３６によって計算された抵抗力を加えたものを、力覚情報として、力覚呈示装置１を介してユーザに呈示するように構成されている。
【００６８】
（本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの動作）
図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの動作について説明する。
【００６９】
図４に示すように、ステップＳ１０１において、制御装置２の位置・姿勢情報計算部３１が、ユーザによって操作された力覚呈示装置１の位置・姿勢を示す位置・姿勢情報を計測する。
【００７０】
ステップＳ１０２において、制御装置２の位置・姿勢情報管理部３２が、位置・姿勢情報計算部３１によって計測された位置・姿勢情報にラベルを付与して保存すると共に、ステップＳ１０３において、制御装置２の位置・姿勢情報送信部３３が、ラベルが付与された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を、通信回線４を通して、サーバ端末３へ送信し、位置・姿勢情報管理部３２が、当該力覚呈示装置１の位置・姿勢情報の送信時刻を記録しておく。
【００７１】
サーバ端末３は、ステップＳ２０１において、力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を受信し、ステップＳ２０２において、受信した力覚呈示装置１の位置・姿勢情報に基づいて、サーバ端末３内に定義されているバーチャル物体６との間の干渉の有無をチェックし、ステップＳ２０３において、反力情報の計算を行う。
【００７２】
ステップＳ２０４において、サーバ端末３は、計算された反力情報に対して、受信した当該力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と同じラベルを付加し、通信回線４を介して制御端末２へ送信する。
【００７３】
ステップＳ１０４において、制御端末２の反力情報受信部３４は、サーバ端末３から反力情報を受信しているか否かについてチェックする。
【００７４】
反力情報を受信していない場合は、ステップＳ１１１において、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、前回、ステップＳ１１０若しくはＳ１１２で、ユーザに呈示した反力と同じ反力を呈示した後、本動作は、ステップＳ１０１へ戻る。
【００７５】
なお、初めてステップＳ１１１が実施される場合は、力覚情報呈示部３７は、反力＝０として、反力を呈示しない。
【００７６】
一方、反力情報を受信した場合は、本動作は、ステップＳ１０５に進む。
【００７７】
ステップＳ１０５において、制御端末２の反力情報受信部３４は、サーバ端末３からの反力情報の受信時刻を記録し、かかる時点で、位置・姿勢情報計算部３１は、力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を計算する。
【００７８】
制御端末の計測部３５は、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０３で記録された送信時刻と、ステップＳ１０５において記録された受信時刻とに基づいて、力覚通信における遅延時間を計測し、ステップＳ１０７において、かかる遅延時間が、予め計測部３５に設定されている許容遅延時間以上であるか否かについて判断する。  ステップＳ１０７において、許容遅延時間以上の遅延が存在しない場合（すなわち、かかる遅延時間が許容遅延時間よりも小さい場合）、ステップＳ１１２において、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、ステップＳ１０４において受信されたサーバ端末３からの反力情報に基づいて力覚呈示装置１を制御して、当該反力情報に対応する反力をユーザに呈示する。
【００７９】
一方、ステップＳ１０７において、許容遅延時間以上の遅延が存在する場合（すなわち、かかる遅延時間が許容遅延時間以上である場合）、ステップＳ１０８において、制御端末２の抵抗力計算部３６は、ステップＳ１０４において受信されたサーバ端末３からの反力情報に付加されているラベルに対応する、位置・姿勢情報管理部３２に保存されている過去の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を読み出してくる。
【００８０】
ステップＳ１０９において、抵抗力計算部３６は、ステップＳ１０５において計算された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と、ステップＳ１０８において読み出された過去の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報との差分を算出し、かかる算出結果を操作量とし、かかる操作量に比例係数を乗じることによって抵抗力を算出する。
【００８１】
そして、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、サーバ端末３からの反力情報に対応する反力に対して、算出された抵抗力を加えて、ユーザに呈示する反力を再度計算する。
【００８２】
ステップＳ１１０において、力覚情報呈示部３７は、ステップＳ１０９において新たに計算された反力に応じた制御命令を、力覚呈示装置１に与えることによって、力覚呈示装置１に取り付けられたアクチュエータを動かし、ユーザに反力（力覚情報）を呈示する。
【００８３】
なお、力覚呈示装置１の操作量は、上述の方法（ステップＳ１０９）により求められたものに限らない。かかる力覚呈示装置１の操作量として、当該力覚呈示装置１が動いた量を用いてもよい。
【００８４】
（本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの作用・効果）
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、ユーザによる力覚呈示装置の操作方向と逆方向に抵抗力を当該ユーザに呈示することで、力覚呈示装置の動作に制限を設け、ユーザが力覚呈示装置１を動かし難くし、対象の物体との急激な干渉を抑えることができる。
【００８５】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、遅延環境下の力覚通信において、力覚呈示装置１の動作に制限を設けることで、当該力覚呈示装置１の単位時間当たりの変位量を抑制することができ、物体との干渉時に、反力が、短い周期で大きく変化することを防ぎ、当該力覚呈示装置１の制御の不安定化を抑制することができる。
【００８６】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、対象の物体に触れる前に、力覚呈示装置１の動作の制限を行うことにより、かかる物体に触れる前に、ユーザの動作を制限することができ、遅延時間に応じた動作で、かかる物体に触れることができる。
【００８７】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、対象の物体に触れる前に、力覚呈示装置１の動作の制限を行うことにより、かかる物体と触れる前に、かかる物体との干渉速度を十分に低下させることができ、本来の物体の反力をユーザに感じさせることができる。
【００８８】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、力覚通信における遅延時間や力覚呈示装置１の操作量に応じて、動的に抵抗力を調節することで、力覚呈示装置１の動作に単純に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置１の動作の制限を行うことができる。
【００８９】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、力覚呈示装置１の動作に制限を設けることの副次的な効果として、抵抗力の有無により、ユーザに遅延が存在することを伝えることができる。これにより、ユーザに対して、遅延時間に応じて、自発的にゆっくりと力覚呈示装置１を操作させることができる。
【００９０】
（本発明の第２の実施形態に係る力覚通信システム）
図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る力覚通信システムについて説明する。
【００９１】
本実施形態において、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された遅延時間又は通信遅延時間に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【００９２】
例えば、抵抗力計算部３６は、制御端末２とサーバ端末３との間の遅延時間又は通信遅延時間に比例係数を乗算したものを、抵抗力とするように構成されている。
【００９３】
図５に示すように、ステップＳ３０１乃至Ｓ３０６の動作は、図４に示すステップＳ１０１乃至Ｓ１０７の動作と同一であり、ステップＳ４０１乃至Ｓ４０４の動作は、図４に示すステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の動作と同一である。
【００９４】
ステップＳ３０７において、抵抗力計算部３６は、かかる遅延時間又は通信遅延時間に対して比例定数を乗じることによって、抵抗力を算出する。
【００９５】
そして、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、サーバ端末３からの反力情報に対応する反力に対して、算出された抵抗力を加えて、ユーザに呈示する反力を再度計算する。
【００９６】
ステップＳ３０８において、力覚情報呈示部３７は、ステップＳ３０７において新たに計算された反力に応じた制御命令を、力覚呈示装置１に与えることによって、力覚呈示装置１に取り付けられたアクチュエータを動かし、ユーザに反力（力覚情報）を呈示する。
【００９７】
なお、ステップＳ３０５において計測された遅延時間には、サーバ端末３における処理遅延時間も含まれるが、サーバ端末３が、かかるサーバ端末３における処理遅延時間を計測して、当該サーバ端末３における処理遅延時間を反力情報に付加して制御端末２に伝えることができる。
【００９８】
したがって、ステップＳ３０５において、計測部３５は、上述の遅延時間から、当該サーバ端末３における処理遅延時間を減算することによって、通信遅延時間を算出してもよい。
【００９９】
また、サーバ端末３は、ステップＳ３０２において送信された位置・姿勢情報を受信した時刻を反力情報に付加して制御端末２に伝える。
【０１００】
そして、制御端末２の計測部３５は、ステップＳ３０２において記録された送信時刻と、サーバ端末３から反力情報に付与されて送られてきた受信時刻との差分を２倍したもの（通信回線の往復分）を通信遅延時間としても良い。
【０１０１】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、力覚通信における遅延時間又は通信遅延時間に応じて、動的に抵抗力を調節することで、力覚呈示装置１の動作に単純に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置１の動作の制限を行うことができる。
【０１０２】
（本発明の第３の実施形態に係る力覚通信システム）
図６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る力覚通信システムについて説明する。
【０１０３】
本実施形態において、計測部３５は、力覚呈示装置１の変位速度を計測するように構成されている。
【０１０４】
また、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された力覚呈示装置１の変位速度に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【０１０５】
図６に示すように、ステップＳ５０１乃至Ｓ５０７の動作は、図４に示すステップＳ１０１乃至Ｓ１０７の動作と同一であり、ステップＳ６０１乃至Ｓ６０４の動作は、図４に示すステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の動作と同一である。
【０１０６】
ステップＳ５０８において、抵抗力計算部３６は、ステップＳ５０４において受信されたサーバ端末３からの反力情報に付加されているラベルに対応する、位置・姿勢情報管理部３２に保存されている過去の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を読み出してくる。
【０１０７】
ステップＳ５０９において、抵抗力計算部３６は、ステップＳ５０５において計算された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と、ステップＳ５０８において読み出された過去の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報との差分を算出し、ステップＳ５０６で計測した遅延時間で、かかる差分を割ったものを変位速度とし、かかる変位速度に比例係数を乗じることによって抵抗力を算出する。
【０１０８】
そして、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、サーバ端末３からの反力情報に対応する反力に対して、算出された抵抗力を加えて、ユーザに呈示する反力を再度計算する。
【０１０９】
ステップＳ５１０において、力覚情報呈示部３７は、ステップＳ５０９において新たに計算された反力に応じた制御命令を、力覚呈示装置１に与えることによって、力覚呈示装置１に取り付けられたアクチュエータを動かし、ユーザに反力（力覚情報）を呈示する。
【０１１０】
また、抵抗力計算部３６は、上述の力覚呈示装置１の変位を、かかる変位に要した時間で割ったものを、力覚呈示装置１の変位速度としてもよい。
【０１１１】
例えば、抵抗力計算部３６は、位置・姿勢情報管理部３２に保存されている現在の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と１つ前に取得された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報との差分を算出し、かかる算出結果を上述の計測周期で割ったものを瞬時速度とし、かかる瞬時速度に比例係数を乗算したものを抵抗力としてもよい。
【０１１２】
また、抵抗力計算部３６は、３つ以上の力覚呈示装置１の位置・姿勢情報から力覚呈示装置１の平均変位速度を算出し、かかる平均変位速度に比例係数を乗算したものを抵抗力としてもよい。
【０１１３】
また、かかる変位速度を検出する外部装置を、力覚呈示装置１に設けることにより、力覚呈示装置１の変位速度を計測してもよい。
【０１１４】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、力覚呈示装置１の変位速度に応じて、動的に抵抗力を調節することで、力覚呈示装置１の動作に単純に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置１の動作の制限を行うことができる。
【０１１５】
（本発明の第４の実施形態に係る力覚通信システム）
図７を参照して、本発明の第４の実施形態に係る力覚通信システムについて説明する。
【０１１６】
本実施形態において、計測部３５は、力覚呈示装置１の変位加速度を計測するように構成されている。
【０１１７】
また、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された力覚呈示装置１の変位加速度に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【０１１８】
図７に示すように、ステップＳ７０１乃至Ｓ７０７の動作は、図４に示すステップＳ１０１乃至Ｓ１０７の動作と同一であり、ステップＳ８０１乃至Ｓ８０４の動作は、図４に示すステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の動作と同一である。
【０１１９】
ステップＳ７０８において、抵抗力計算部３６は、ステップＳ７０２において保存された位置・姿勢情報（ステップＳ７０３において送信された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報）よりも１つ前の位置・姿勢情報を、当該位置・姿勢情報に付与されているラベルに基づいて読み出してくる。
【０１２０】
ステップＳ７０９において、抵抗力計算部３６は、ステップＳ７０３において送信された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と、ステップＳ７０８において取得された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報との差分を算出し、かかる算出結果（力覚呈示装置１の変位）を、制御端末２により力覚呈示装置１から位置・姿勢情報を読み取る周期（計測周期）で２回割ったものを、力覚呈示装置１の変位加速度とし、かかる変位加速度に対して比例係数を乗算することによって抵抗力を算出する。
【０１２１】
そして、制御端末２の力覚情報呈示部３７は、サーバ端末３からの反力情報に対応する反力に対して、算出された抵抗力を加えて、ユーザに呈示する反力を再度計算する。
【０１２２】
ステップＳ７１０において、力覚情報呈示部３７は、ステップＳ７０９において新たに計算された反力に応じた制御命令を、力覚呈示装置１に与えることによって、力覚呈示装置１に取り付けられたアクチュエータを動かし、ユーザに反力（力覚情報）を呈示する。
【０１２３】
また、抵抗力計算部３６は、他の方法で、上述の力覚呈示装置１の変位加速度を算出してもよい。
【０１２４】
例えば、上述の力覚呈示装置１の変位加速度を検出する外部装置を、力覚呈示装置１に設けることにより、上述の力覚呈示装置１の変位加速度を計測してもよい。
【０１２５】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、力覚呈示装置１の変位加速度に応じて、動的に抵抗力を調節することで、力覚呈示装置１の動作に単純に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置１の動作の制限を行うことができる。
【０１２６】
（本発明の第５の実施形態に係る力覚通信システム）
図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第５の実施形態に係る力覚通信システムについて説明する。
【０１２７】
本実施形態では、計測部３５は、ユーザによって力覚呈示装置１に加えられている力を計測するように構成されている。
【０１２８】
また、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された力覚呈示装置１に加えられている力に基づいて、上述の抵抗力を計算するように構成されている。
【０１２９】
具体的には、抵抗力計算部３６は、計測部３５によって計測された力覚呈示装置１に加えられている力に比例係数を乗算したものを抵抗力としてもよい。
【０１３０】
例えば、力覚呈示装置１のユーザが把持している部分の加速度とモーメントから、ユーザによって力覚呈示装置１加えられている力を算出することができる。
【０１３１】
また、ユーザによって力覚呈示装置１に加えられている力を、直接計測するために、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ユーザが力覚呈示装置１を操作する部分に、圧力センサ１０を取り付けておき、ユーザによって力覚呈示装置１に加えられている力を測定してもよい。
【０１３２】
本実施形態に係る力覚通信システムによれば、ユーザによって力覚呈示装置１に加えられている力に応じて、動的に抵抗力を調節することで、力覚呈示装置１の動作に単純に制限を加えるよりも適切に力覚呈示装置１の動作の制限を行うことができる。
【０１３３】
（本発明の第６の実施形態に係る力覚通信システム）
図９及び図１０を参照して、本発明の第６の実施形態に係る力覚通信システムについて説明する。
【０１３４】
本発明は、上述の「バーチャル環境を用いた力覚通信」に限定して適用されるものではなく、図９に示す本発明の第６の実施形態に係る力覚通信システムのように、ユーザが、遠隔地に存在するロボットアーム９を、手元の力覚呈示装置１で制御するシステムにも応用することができる。
【０１３５】
本実施形態に係る力覚通信システムは、力覚情報をユーザに呈示するための力覚呈示装置１と、力覚呈示装置１の位置・姿勢を計測して制御するための制御端末２と、遠隔地に設置されており、ロボットアーム９を制御するサーバ端末８と、力覚呈示装置１の操作内容に応じて動作し、実世界の物体を操作するためのロボットアーム９とを具備している。なお、サーバ端末８と制御端末２との間は、通信回線４で接続されている。
【０１３６】
図１０に示すように、ステップＳ９０１乃至Ｓ９１０の動作、すなわち、制御端末２側の処理は、図４に示すステップＳ１０１乃至Ｓ１１０の動作と同一である。
【０１３７】
ステップＳ１００１において、サーバ端末８は、制御端末２から送信された力覚呈示装置１の位置・姿勢情報を受信する。
【０１３８】
ステップＳ１００２において、サーバ端末８は、受信した力覚呈示装置１の位置・姿勢情報に基づいて、サーバ端末８に接続されているロボットアーム９を動かす。
【０１３９】
ステップＳ１００３において、サーバ端末８は、ロボットアーム９が実世界の物体から受けている反力を計測する。
【０１４０】
ステップＳ１００４において、サーバ端末８は、計算された反力情報に、受信した力覚呈示装置１の位置・姿勢情報と同じラベルを付加し、通信回線４を介して制御端末２へ送信する。
【０１４１】
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムの全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る力覚呈示装置の位置・姿勢とサーバ装置内で定義されているバーチャル環境内に定義されたポインタとの対応を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る制御端末の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る力覚通信システムにおける力覚通信の実現手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る力覚通信システムにおける力覚通信の実現手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る力覚通信システムにおける力覚通信の実現手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る力覚通信システムにおける力覚通信の実現手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る力覚呈示装置への圧力センサの取り付け例について説明する図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る力覚通信システムの全体構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る力覚通信システムにおける力覚通信の実現手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４３】
１…力覚呈示装置
２…制御端末
３１…位置・姿勢情報計算部
３２…位置・姿勢情報管理部
３３…位置・姿勢情報送信部
３４…反力情報受信部
３５…計測部
３６…抵抗力計算部
３７…力覚情報呈示部
３、８…サーバ端末
４…通信回線
５…バーチャル環境
６…バーチャル物体
７…ポインタ
９…ロボットアーム
１０…圧力センサ
【図１】
2009070286.tif 000003
【図２】
2009070286.tif 000004
【図３】
2009070286.tif 000005
【図４】
2009070286.tif 000006
【図５】
2009070286.tif 000007
【図６】
2009070286.tif 000008
【図７】
2009070286.tif 000009
【図８】
2009070286.tif 000010
【図９】
2009070286.tif 000011
【図１０】
2009070286.tif 000012