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公開番号2023028681
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-03
出願番号2021134536
出願日2021-08-20
発明の名称触覚提示装置
出願人学校法人早稲田大学
代理人個人
主分類G06F 3/01 20060101AFI20230224BHJP(計算;計数)
要約【課題】部品点数を削減による小型化、軽量化を図りつつ、電気的刺激を利用せずに連続的な触覚情報を提示可能にする。
【解決手段】触覚提示装置10は、指部Fに装着され触覚情報を提示可能に動作する指装着体11と、センサSからの入力信号に基づいて指装着体11の動作制御を行う制御部12とを備える。指装着体11は、指部Fの表側に配置されるカバー14と、カバー14に対向配置されるとともに、指部Fの装着状態で接触する指腹部に剪断力を提示する剪断力提示機構15と、指腹部に接触力を提示する接触力提示機構17とを備える。剪断力提示機構17は、前記皮膚が接触した状態でスライド可能な接触面26、31と、接触面26、31を動作させるモータ27、32とを備える。接触面26、31は、モータ27、32により回転するベルトからなり、ベルトと指腹部との間に発生する摩擦力を剪断力として提示する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
外部からの入力信号に応じて、使用者の皮膚に触覚を提示する触覚提示装置において、
前記皮膚に剪断力を提示する剪断力提示機構を備え、
前記剪断力提示機構は、前記皮膚が接触した状態でスライド可能な接触面と、前記接触面を動作させるモータとを備え、
前記接触面は、前記モータにより回転するベルトからなり、当該ベルトと前記皮膚との間に発生する摩擦力を前記剪断力として提示することを特徴とする触覚提示装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ベルトは、前記接触面内で直交２軸方向にそれぞれ独立して回転可能に配置され、これら各方向で独立して前記剪断力を連続的に提示可能な編目状のループ構造をなすことを特徴とする請求項１記載の触覚提示装置。
【請求項３】
使用者の指部に装着される指装着体により、外部からの入力信号に応じて前記指部に触覚を提示する触覚提示装置において、
前記指装着体は、前記指部の装着状態で前記指部の表側に配置されるカバーと、当該カバーに対向配置されるとともに、前記装着状態で指腹部が接触し、当該指腹部に剪断力を提示する剪断力提示機構とを備え、
前記剪断力提示機構は、前記指腹部が接触した状態でスライド可能な接触面と、前記接触面を動作させるモータとを備え、
前記接触面は、前記モータにより回転するベルトからなり、当該ベルトと前記指腹部との間に発生する摩擦力を前記剪断力として提示することを特徴とする触覚提示装置。
【請求項４】
前記指装着体は、前記指腹部に接触力を提示する接触力提示機構を更に備え、
前記カバー及び前記剪断力提示機構は、相互に離間接近するように相対移動可能に配置され、
前記接触力提示機構は、前記カバー及び前記剪断力提示機構を相対移動させるアクチュエータを含み、これらカバー及び剪断力提示機構で前記指部を挟み込むことで、前記接触力を提示することを特徴とする請求項３記載の触覚提示装置。
【請求項５】
前記指装着体は、前記指腹部に曲面上の接触状態を提示する曲面提示機構を含み、
前記曲面提示機構は、前記カバーに対して前記剪断力提示機構を傾斜移動させるアクチュエータを含み、前記剪断力提示機構の傾斜角度を変化させることで、曲面上での前記指腹部の接触状態を模擬することを特徴とする請求項４記載の触覚提示装置。
【請求項６】
前記カバー及び前記剪断力提示機構は、前記指部の表裏方向に相対移動可能に配置され、
前記指装着体には、前記相対移動をさせるアクチュエータが設けられ、
前記アクチュエータは、前記カバーに対して前記剪断力提示機構の並進移動と傾斜移動を選択的に行えるように構成され、前記並進移動により前記指腹部に接触力を提示する接触力提示機構と、前記傾斜移動により前記指腹部に曲面上の接触状態を提示する曲面提示機構として機能することを特徴とする請求項３記載の触覚提示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部で検出した触覚情報を使用者に提示する触覚提示装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近時において、人間が仮想現実端末（ＶＲ端末）等を利用し、遠隔地からのオペレータの操作により、ロボットに所定の作業をさせる遠隔操作ロボットの必要性が高まっている。しかしながら、遠隔操作ロボットに正確な作業を行わせるためには、種々の問題がある。すなわち、遠隔操作ロボットからオペレータに与えられる情報が音声と映像のみの場合が多く、遠隔操作ロボットに正確に作業させるために必要不可欠となる触感に関する触覚情報が、オペレータに十分に提示できていない事が挙げられる。ここで、人間が実際に作業する場合には、物体に触れることで様々な情報を得ながら自己の動作選択を行うことにより、正確な作業を行う事が可能となる。このため、遠隔ロボット操作においても、ロボットが捉える触覚情報は、適切な動作選択を行う上で極めて重要であり、ロボットが取得した触感をオペレータに適切に伝達できる触覚提示装置が必要不可欠となる。
【０００３】
このような触覚提示装置としては、従来、種々のものが提案されており、例えば、電気的刺激を利用して所望の触覚を提示するもの（特許文献１参照）や、ピン集合体の動作によって操作者の指に剪断力を付与するもの（特許文献２参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１０５８２号公報
特開２０１７－８４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の触覚提示装置は、使用者の指部に接触する電極を通じて使用者に電気的刺激を付与する構造であることから、利用に抵抗を感じる使用者もおり、実際の取得時と同様な物理的な力の作用により触覚提示を行える装置のニーズがある。そこで、前記特許文献２の触覚提示装置にあっては、物理的な力による触覚提示を行うものの、ロボットが把持する物体の滑り状態を対象にした触感提示のみの使用に限定される他、装置全体の小型化や軽量化が行い難い構造となっている。すなわち、特許文献２の触覚提示装置は、指の腹部の直交方向に延びるピン集合体をスライドさせる構造であるため、指の腹部よりも下方に広い部材収容空間が必要となり、上下幅広のサイズになり易い。その他、ピン集合体のスライドが一定方向の一定範囲に限定されてしまい、ロボットが検知した触覚情報を正確に提示することができない。つまり、この触覚提示装置では、並進２軸方向に剪断力を連続的して提示できないばかりか、指腹部を押圧する方向の接触力の提示もできない。ここで、並進２軸方向の連続的な剪断力と、指腹部の押圧方向の接触力の提示を行うことにより、より人間の感覚に近くなり、ロボットが接触する物体に対する人間の特定精度の向上に資する。例えば、人間が物体の形状や材質を特定する際には、物体に触れながら連続的に情報を取得する必要があるが、特許文献２のような触覚提示装置では、限定された方向のみの断片的な触感情報の提示のため、物体特定の精度が低くなってしまい、精度の高いロボットの遠隔操作には限界がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、部品点数を削減による小型化、軽量化を図りつつ、電気的刺激を利用せずに連続的な触覚情報を提示可能な触覚提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、外部からの入力信号に応じて、使用者の皮膚に触覚を提示する触覚提示装置において、前記皮膚に剪断力を提示する剪断力提示機構を備え、前記剪断力提示機構は、前記皮膚が接触した状態でスライド可能な接触面と、前記接触面を動作させるモータとを備え、前記接触面は、前記モータにより回転するベルトからなり、当該ベルトと前記皮膚との間に発生する摩擦力を前記剪断力として提示する、という構成を採っている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の剪断力提示機構は、平面状のベルトと、その回転機構のみで構成することができ、装置全体の小型化や軽量化を図りつつ、連続した剪断力を機械的に使用者に提示可能となる。
【０００９】
また、接触力提示機構を併用することで、ロボットが検知した並進２軸方向の連続的な剪断力と、皮膚の押圧方向に作用する接触力とを同時に提示可能となり、使用者に対し、実際の物体の接触状況により即した触感提示を行うことができる。これにより、物体特定とハンドリングに重要な滑りと硬さに関する情報が適切に使用者に伝達され、精度の高いロボットの遠隔操作に資することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本実施形態に係る触覚提示装置の動作制御に関する概略構成を表すブロック図である。
（Ａ）は、前記触覚提示装置の指装着部の試作品を使用者の指に装着した状態の写真であり、（Ｂ）は、前記指装着部の概略斜視図である。
剪断力提示機構の動作部の概略平面図である。
第１の変形例に係る指装着部の側面視における概念図である。
第１の変形例の接触力提示機構の平面視における概念図である。
（Ａ）～（Ｃ）は、第１の変形例の接触力提示機構及び曲面提示機構の作用を説明するための概念図である。
曲面提示機構による曲面提示を説明するための概念図である。。
（Ａ）～（Ｃ）は、第２の変形例の接触力提示機構及び曲面提示機構の作用を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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