簡易な触覚増強機構を備えた小型入力装置の試作と操作性評価
熊澤逸夫（東京工業大学像情報工学研究施設）

1. はじめに3. 触覚増強機構による触空間の拡大

小型・高機能化した携帯電話を持ち歩いてインタ

虫メガネでディスプレイ画面を拡大すれば、小さーネットにアクセスすれば、いつでもどこでも必な文字も大きくなり読み易くなる。このことから要な情報を入手できる便利な社会となったが、小類推すると、タッチタイプで触覚を頼りに機器を型化した機器は携行に便利な反面、ディスプレイ操作する際に触覚で感じる空間を知覚上拡大するの画面やキーピッチが小さくなるため、文字が読手段があれば、狭く並んだ小さなボタンを十分離みづらく、キーを押す際に指先が混乱しやすく、れた大きなボタンのように感じて、入力装置の操操作性が低下する。機器の小型化と使い易さは原作性が向上することが期待できる。装置のコスト理的に両立不可能な要求であるように思われるが、とサイズを度外視すれば、このように触空間を拡

本稿では触覚フィードバックを増強する機構を導大する機構は図１に示す装置で実現できる。

入することによって、小型入力装置の操作性を改

図１中のプローブは指先の動きに連動して移動し、善することを試みてきたので、これまでの試作例

移動位置における対象表面の高さを計測する。まと評価結果について紹介する。

たアクチュエータは指先に追随して移動しながらプローブが計測した高さに基づき突起を上下に動2. 触覚フィードバック機構の小型簡易化

かして指先の触覚を刺激する。例えば、対象表面触覚及び力覚フィードバック機構が各種提案されの凹凸間隔と高低差が数ミクロン程度であるときている。まずハプティックインターフェイス研究に、この表面を直接指先で触れても凹凸を感じるの先駆けとなった SPIDAR[1]はその名前が示唆すことはできないが、図１の装置で指先が１mm 移動るように糸を使って力覚フィードバックを生成し、するときにプローブが１ミクロン移動するように３次元空間内で多自由度の力を生成する。また多指先とプローブを連動させ、またプローブが検出関節機構を用いて指先に力覚フィードバックを加した表面の高低差を千倍に拡大して突起を上下にえる PHANToM[2]はメインテナンスが容易で商業動かせば、人は指先の移動中に上下に動く突起を化に成功したが力の自由度は制限される。これら

仮想上の表面の凹凸のように錯覚し、対象表面のの装置を小型携帯機器のユーザインターフェイス

微細な凹凸を触覚的に拡大して感じとることがでに利用する場合には、装置が大型であることや動きる。このようにミクロな凹凸に接触する感触を力源が電力を消費することが問題である。一方、拡大する手法はマイクロマニピュレーションシス

小型化可能で携行に有利な方式として、ピンディテムの操作性向上のために応用されている。

スプレイの最適構成[3]、グローブ型力覚生成装置の試作[4]、皮膚感覚神経を選択的に刺激する電気刺激装置[5]等が研究されているが、日常使用するには煩わしさを感じやすい。こうした問題点に鑑み、本稿の方式は、従来のカーソルキーやジョイスティックのように気軽に使用できる形態とし、小型・軽量・低消費電力化を重視した。
†Evaluation of user-friendliness of a small input device
with simple tactile feedback
Itsuo Kumazawa (Tokyo Institute of Technology, Imaging
Science and Engineering Laboratory)

を小型軽量、低コストに実現している。指の運動を機械的に変換して図３中のボール状突起を上下に動かして指先を刺激する。指の運動自体を突起駆動の動力源とするため電力を消費しない。試作装置では親指だけを使い９種の情報を手探りで区図１に示す装置を小型入力装置に実装して仮想上別して（タッチタイプで）入力できるが、１からのキーピッチを拡大すれば操作性を改善できるよ

９までの数字をこの順に１０回繰り返し入力する

うに思えるが、キーピッチの拡大に伴い仮想上ののに２５秒ほど要した。同様の作業を携帯電話でキーを押す指先の運動範囲が広くなるため入力装「手元を見ながら」行うと２５秒、パソコンのテ置は大きくなってしまう。図１の装置では図２にンキーでは１７秒かかる。入力速度は携帯電話と示す人の運動感覚系のフィードバックループの作同等だが、試作装置では２ｃｍ四方程度の狭い占用と応答の両者を人為的に操作して、指先の運動有面積の中で「凹凸の感触だけを頼りに完全なタ範囲と触覚刺激を共に拡大しているが、入力装置ッチタイプで」入力できる。ジョイスティック等を小さく構成するためには、指先の運動量を小さ

他の入力装置との大きな違いは指を動かした時にく抑えながら感覚フィードバックを強調し、僅か隆起する突起の感触の有無で、試作装置ではこのに指先を移動するだけで指先に触れる表面の凹凸感触によって操作性が向上し、入力する情報を明が大きく変化してボタンが明瞭に分離して感じら瞭に識別しながら操作できる。

れるようにする必要がある。

4. 運動感覚空間の歪みの利用
物理的に時空間にワープを生じることは困難であるが、知覚上の空間を歪ませることは容易である。
例えば、図１の装置で現実の凹凸表面との対応を無視すれば、指先を僅かに移動したときに突起を大きく動かして指先の感じる凹凸感を大きく変えることができる。現実の凹凸表面では指先を大きく移動しない限り凹凸感も大きくは変わらないので、指先を僅かに移動するだけで指先に触れる凹凸が「もこもこ」と急に変わる感触は奇妙な体験である。この奇妙さは運動に対する触覚フィードバックが矛盾するために生じるのであるが、一見悪影響になりそうなこの矛盾をうまく利用して操作性の良い入力装置やユーザインターフェイスを構成することが我々の研究目標となる。例えば、微小な指の動きに対する触覚フィードバックが強文献調されて、凹凸感の差異が明瞭になれば、人はこ[1] 佐藤誠,平田幸広,河原田弘, 空間インターフェイス装置
SPIDAR の提案 ,信学論,vol.J74‑D‑II,no.7,pp.887‑894, 1991.
[2] T.M. Massie and J.K. Salisbury,
The PHANT0M haptic
interface: A device for probing virtual objects , Proc.ASME
Dynamic Systems and Control Division, vol.55,pp.295‑301, 1994.
[3] 下條誠,篠原正美,福井幸男, ３次元触覚ディスプレイにおける 提 示 ピ ン 配 置 密 度 と 形 状 判 別 特 性, 信 学論,vol.J80‑D‑II,no.5,pp.1202‑1208, 1997.
[4] 藤田欣也,プローブ型仮想物体硬さ提示装置の試作と評
価 , vol.J81‑D‑II, no.10, pp.2394‑2400, 1998.
[5] 梶本裕之,川上直樹,前田太郎,舘暲, 皮膚感覚神経を選択的に 刺 激 す る 電 気 触 覚 デ ィ ス プ レ イ , vol.J84‑D‑II, no.1,pp.120‑128, 2001.の強調された凹凸感の差異を手掛かりとして指先をコントロールする精度を向上できる。運動精度が高まれば、狭い操作パネル上でも指先が混乱せずに多様な情報を入力できる可能性がある。

5. 入力装置の試作と評価
図３に試作した装置を示す。指先の僅かな移動に対して強調した触覚フィードバックを加える機構