JP6955229B2 - Tactile information presentation system - Google Patents
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Description
本発明は、感覚特性を利用した触力覚情報提示システムに関する。 The present invention relates to a tactile force sensation information presentation system utilizing sensory characteristics.
特開2005−190465公報には、人に仮想物体の存在や衝突の衝撃力を与える従来の非接地型で身体内にベースがないマンマシンインタフェースにおいて、触力覚感覚提示機の物理的特性だけでは提示し得ない、同一方向にトルクおよび力などの触力覚感覚を連続的に提示できるシステムが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-190465 describes only the physical characteristics of a tactile sensation presenter in a conventional non-grounded man-machine interface that gives a person the presence of a virtual object or the impact force of a collision and has no base in the body. Discloses a system that can continuously present tactile sensations such as torque and force in the same direction, which cannot be presented by.
この特許出願は、以下の構成を備える。触力覚提示機触力覚提示機は、制御装置により、触力覚提示機中の1個以上からなるアクチュエータの変位が制御され、その物理特性である変位、力、トルクが制御されることによって、ユーザにその変位、力、トルクなどの様々な触力覚情報を知覚させる。この触力覚情報提示システムは、人間の感覚特性、もしくは錯覚を利用して適切に物理量を制御することにより、物理的には存在し得ない力、もしくは触力覚的感覚物理特性を人に体感させる。 This patent application has the following structure. Tactile force presenter In the tactile force presenter, the displacement of one or more actuators in the tactile force presenter is controlled by a control device, and the physical characteristics such as displacement, force, and torque are controlled. Allows the user to perceive various tactile sensation information such as displacement, force, and torque. This tactile information presentation system gives humans a force that cannot physically exist, or a tactile sensory physical characteristic, by appropriately controlling physical quantities using human sensory characteristics or illusions. Experience it.
上述の点に鑑み、従来技術では、物理的方法のみによって触力覚情報を提示する場合の制限や感覚強度や明瞭さなどに欠点があり、本発明の目的は、変位、変位パターン、波形の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現し、触覚方向性の弁別が悪く、Z方向の指押し込み圧によってY方向の変位、変位パターン、波形をZ方向の変位、変位パターン、波形と錯覚するような、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解(誤認)へに、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な波形構成、錯覚現象データベースを提供することにある。 In view of the above points, the prior art has drawbacks in the case of presenting tactile sensation information only by a physical method, sensory intensity, clarity, etc., and an object of the present invention is displacement, displacement pattern, and waveform. By the combination, an induced illusion phenomenon is realized, the tactile directional discrimination is poor, and the displacement, displacement pattern, and waveform in the Y direction are illusioned as the displacement, displacement pattern, and waveform in the Z direction due to the finger pressing pressure in the Z direction. The purpose is to provide synergistic effects related to illusions, consonant / vowel waveform configurations, and illusion phenomenon databases for trigger displacement, characteristic-induced stimuli / trigger stimuli, and misunderstandings (misunderstandings).
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。 The tactile force sense information presentation system according to the present invention is an object and the object is a real object or a virtual object, and the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, depending on the object and / or to the object. A sensor that detects a stimulus having at least one of vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity, and applying the operator's sensory characteristics and / or illusion to the object to give the operator an actual effect. A tactile force sense presenting device that presents a tactile force sense as if the object was operated, a tactile force sense presentation control device that controls the tactile force sense presenting device based on a stimulus from a sensor, and the tactile force sense. The presentation control device presents tactile force sensation information by controlling the stimulus by utilizing the fact that the sensory characteristic indicating the relationship between the stimulus amount applied to the human body and the sensory amount is non-linear and / or illusion. The sensory characteristic includes at least one stimulus amount of a stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensation amount presented to the operator, and the sensation amount is physically present. It is an impossible amount of sensation, and here, the tactile force sense presenting device presents a stimulus by the object and / or to the object, and controls the stimulus applied to the object according to the operation of the operator. It produces a sense of tactile force.
触力覚システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配設され各タッチパネルは独立して制御される。 In the tactile force sense system, the touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel, and each touch panel is independently controlled.
触力覚情報提示システムにおいて、物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。 In the tactile force information presentation system, the object is a touch panel, and different tactile sensations and / or force sensations are generated for each touch panel.
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを提示してなる。 The tactile force sense information presentation system according to the present invention is an object and the object is a real object or a virtual object, and the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, depending on the object and / or to the object. A sensor that detects a stimulus having at least one of vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity, and applying the operator's sensory characteristics and / or illusion to the object to give the operator an actual effect. A tactile force sense presenting device that presents a tactile force sense as if the object was operated, a tactile force sense presentation control device that controls the tactile force sense presenting device based on a stimulus from a sensor, and the tactile force sense. The presentation control device presents tactile force sensation information by controlling the stimulus by utilizing the fact that the sensory characteristic indicating the relationship between the stimulus amount applied to the human body and the sensory amount is non-linear and / or illusion. The sensory characteristic includes at least one stimulus amount of a stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, and the sensory amount is physically present. It is an impossible amount of sensation, and here, the tactile force sense presenting device presents at least one of amplitude, displacement, and deformation to the object.
触力覚情報提示システムにおいて、前記タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。 In the tactile force sense information presentation system, the touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel, and each touch panel is independently controlled.
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。 In the tactile force sense information presenting system, the tactile force sense presenting device presents the tactile force sense according to the amplitude, displacement, and / or deformation of the object.
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも1つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを6次元で誘導させる。 In the tactile force sense information presenting system, the tactile force sense presenting device induces the object to induce at least one of amplitude, displacement, and deformation in six dimensions for at least one position, phase, and time.
触力覚情報提示システムにおいて、前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも1つを生じる。 In a tactile information presenting system, the tactile presenter produces at least one amplitude, displacement, or deformation at right angles, parallels, or at any angle to the tangent of an object.
本発明に係る触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体または仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量であり、ここで、前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも1つを生成してなる触力覚電子デバイス。 The tactile force sense information presentation system according to the present invention is an object and the object is a real object or a virtual object, and the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, depending on the object and / or to the object. A sensor that detects a stimulus having at least one of vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity, and applying the operator's sensory characteristics and / or illusion to the object to give the operator an actual effect. A tactile force sense presenting device that presents a tactile force sense as if the object was operated, a tactile force sense presentation control device that controls the tactile force sense presenting device based on a stimulus from a sensor, and the tactile force sense. The presentation control device presents tactile force sensation information by controlling the stimulus by utilizing the fact that the sensory characteristic indicating the relationship between the stimulus amount applied to the human body and the sensory amount is non-linear and / or illusion. The sensory characteristic includes at least one stimulus amount of a stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensation amount presented to the operator, and the sensation amount is physically present. The tactile force sense presenting device is a sensory synthesis / guidance device that synthesizes the sensation of the guidance sensation, and the sensory synthesis / guidance device is a displacement having a sweep displacement on the object. A tactile electronic device that produces at least one of pressure, force, and illusion.
変位の組合せにより、誘起される錯覚現象を実現でき、トリガー変位、特性誘起刺激・トリガー刺激、誤解(誤認)変位、錯覚に関する相乗効果、子音・母音的な変位・振動構成、錯覚現象データベースを提供することができる。 By combining displacements, induced illusion phenomena can be realized, and trigger displacement, characteristic-induced stimulus / trigger stimulus, misunderstanding (misidentification) displacement, synergistic effect on illusion, consonant / vowel displacement / vibration composition, and illusion phenomenon database are provided. can do.
本発明に係る触力覚情報提示システムは、以下を備える。触力覚情報提示システムは、物体と、該物体は、実物体又は仮想物体であり、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性の少なくとも1つを備える刺激を検知するセンサと、前記物体に操作者の感覚特性及び又は錯覚を適用して、該操作者に実際の該物体を操作したかのような触力覚を提示する触力覚提示装置と、該触力覚提示装置をセンサからの刺激を基に制御する触力覚提示制御装置と、前記触力覚提示制御装置は、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形及び又は錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報を提示し、前記感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、該感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。 The tactile force sense information presentation system according to the present invention includes the following. The tactile information presentation system is an object and the object is a real object or a virtual object, and the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, by the object and / or to the object. A sensor that detects a stimulus having at least one of torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity, and an operator's sensory characteristics and / or illusion are applied to the object to operate the actual object by the operator. The tactile force sense presenting device that presents the tactile force sense as if it were done, the tactile force sense presenting control device that controls the tactile force sense presenting device based on the stimulus from the sensor, and the tactile force sense presenting control device. , The sensory characteristic showing the relationship between the amount of stimulation applied to the human body and the amount of sensory is non-linear and / or illusion, and the stimulation is controlled to present the tactile force sense information. , The stimulus amount given to the operator, at least one stimulus amount of the stimulus amount brought about by the operator's operation, and the sensation amount presented to the operator, and the sensation amount is a sensation that cannot physically exist. The amount.
前記触力覚提示装置は、前記物体により及び又は物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて物体に印加される刺激を制御して触力覚を生成してなる。 The tactile force sense presenting device presents a stimulus to and / or to the object, and controls the stimulus applied to the object according to the operation of the operator to generate a tactile force sense.
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。 The touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel, and each touch panel is controlled independently.
物体は、タッチパネルであり、該タッチパネル毎に異なる触覚及び又は力覚を生成する。 The object is a touch panel, and each touch panel generates a different sense of touch and / or force.
前記触力覚提示装置は、前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを提示してなる。 The tactile force sense presenting device presents the object with at least one of amplitude, displacement, and deformation.
タッチパネルは、複数個に区画されてアレイ状、ドット状、画素の少なくとも1つに配設され、各タッチパネルは独立して制御される。 The touch panel is divided into a plurality of sections and arranged in at least one of an array shape, a dot shape, and a pixel, and each touch panel is controlled independently.
前記触力覚提示装置は、前記物体の生じる振幅、変位及び又は変形に応じて触力覚を提示する。 The tactile force sense presenting device presents a tactile force sense according to the amplitude, displacement, and / or deformation of the object.
触力覚提示装置は、位置、位相、時間の少なくとも1つごとに前記物体に振幅、変位、変形の少なくとも1つを6次元誘導をさせる。 The tactile force sense presenting device causes the object to six-dimensionally guide at least one of amplitude, displacement, and deformation for at least one of position, phase, and time.
前記触力覚提示装置は、物体の接線と直角に、平行に、又は任意の角度に振幅、変位、変形の少なくとも1つを生じる。 The tactile force presenting device produces at least one of amplitude, displacement, and deformation at right angles, parallel to, or at any angle to the tangent of the object.
前記触力覚提示装置は、誘導感覚の感覚を合成する感覚合成・誘導装置であり、該感覚合成・誘導装置は、前記物体にスウィーブ変位を備える変位により圧覚、力覚、錯覚の少なくとも1つを生成してなる。 The tactile sensation presenting device is a sensory synthesis / guidance device that synthesizes a sensation of guidance sensation, and the sensation synthesis / guidance device is at least one of pressure sensation, force sensation, and illusion due to displacement of the object having a sweep displacement. Is generated.
図2は、触力覚ディスプレイ・パネルのシステムの構成図を示す。触力覚ディスプレイのシステムは、パネル、ディスプレイで触力覚圧覚、触覚、力覚を備える触力覚を再現する。指の動きに合わせて変位もしくは変位パターン、波形が制御される。平板な物体であるのに深さ感のある立体的な感触が得られる。異なる方向の変位、変位パターン、波形であるのに圧覚・力覚が提示される。ボタン、スライダ、ダイヤル、スイッチに適用してもよい。 FIG. 2 shows a configuration diagram of a tactile display panel system. The system of the tactile sensation display reproduces the tactile sensation having the tactile sensation pressure sensation, the tactile sensation, and the force sensation on the panel and the display. Displacement, displacement pattern, and waveform are controlled according to the movement of the finger. Although it is a flat object, it gives a three-dimensional feel with a sense of depth. Displacements, displacement patterns, and waveforms in different directions present pressure and force sensations. It may be applied to buttons, sliders, dials and switches.
触力覚ディスプレイ・パネルのシステムは、コントローラと触力覚アクチュエータを備える。触力覚アクチュエータは、コントローラにセンサ信号を供給し、コントローラは、触力覚アクチュエータに制御信号を供給する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも1つを備える刺激を備える。 The tactile display panel system includes a controller and tactile actuators. The tactile actuator supplies a sensor signal to the controller, and the controller supplies a control signal to the tactile actuator. The sensor signal is a stimulus with at least one of position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity to and from the object. Be prepared.
コントローラは、制御アルゴリズムで駆動し、指の動きに合わせて、変位、運動量、振動、振幅、変位を備える刺激強度を時間変化させる。制御信号は、力情報、振幅情報の駆動電圧により生成される。 The controller is driven by a control algorithm and changes the stimulus intensity including displacement, momentum, vibration, amplitude, and displacement with time according to the movement of the finger. The control signal is generated by the drive voltage of the force information and the amplitude information.
アクチュエータは、モータ、偏心モータ、リニアモータ、静電モータ、分子モータ、ピエゾ、人口筋肉、記憶合金、コイル、ボイスコイル、圧電素子、磁力、静電気、その他、変位、振動を発生するものであればよい。 Actuators include motors, eccentric motors, linear motors, electrostatic motors, molecular motors, piezos, artificial muscles, memory alloys, coils, voice coils, piezoelectric elements, magnetic forces, static electricity, and other actuators that generate displacement or vibration. good.
触力覚ディスプレイ・パネルは、身体のどの部位にも装着が可能である(図58参照)。 The tactile display panel can be worn on any part of the body (see Figure 58).
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。 This system applies the sensory characteristics and illusions of the operator to present the operator with tactile force sensation information as if he / she operated an actual object. Specifically, the stimulus is controlled based on the stimulus detected by the sensor, and the stimulus is generated by utilizing the fact that the sensory characteristics indicating the relationship between the stimulus amount applied to the human body and the sensory amount are non-linear or illusion. Tactile sensory information is presented under control. The sensory characteristics include at least one stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, and the sensory amount can physically exist. There is no sense.
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の触力覚情報提示システムは、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されている。触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。 Here, the system presents a stimulus from or to the object, and the stimulus applied to the operator is controlled according to the operation of the operator. The minimal tactile information presentation system consists of a tactile actuator and a controller. The sensor attached to the tactile actuator measures the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity of the sensor. Is sent to the controller to calculate a control signal for controlling the tactile actuator and sent to the tactile actuator to control the tactile actuator.
触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。 The tactile force sensor has panel-type and display-type sensor and presentation functions, and in the controller, the displacement, momentum, vibration amplitude, displacement stimulus, vibration stimulus, and stimulus intensity associated with the movement of the body such as fingers and palms. Time changes are calculated, and based on the control algorithm, the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, and amplitude of the tactile actuator are adjusted according to the movement and pressure of the body such as fingers and palms monitored by the sensor. , Rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. are controlled, and tactile force sensation information such as pressure sensation, tactile sensation, and force sensation is presented to humans and the like.
制御信号は、力情報(t)、振幅情報(t)などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。 In the control signal, force information (t), amplitude information (t), etc. are expressed by drive voltage, etc., and actuators include motors, piezos, artificial muscles, memory alloys, molecular motors, electrostatics, coils, magnetic forces, and static electricity. In addition, if it generates displacement / vibration, the device / operating principle does not matter. As a result, even though panels and displays composed of flat, curved, and three-dimensional shapes are installed in a housing or the like so as to be fixed or slightly vibrate, there is a feeling of insertion, a feeling of pushing, a feeling of being sunk, and a depth. There is a feeling of being pushed back, a feeling of lifting, a feeling of convergence of vibration / amplitude, a feeling of reverberation of vibration / amplitude, a feeling of direction of displacement / movement, a feeling of squishyness, a feeling of hardness, a feeling of softness, and a three-dimensional feeling. Physically, even though such a sensation is not reproduced / presented, the sensation and the physical reaction / reflex are experienced sensuously.
その結果、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。 As a result, in an information terminal or the like, it is possible to realistically obtain the operation feel of an object such as a button, a slider, a dial, a switch, or an operation panel in spite of a flat or flat panel.
図3は、触力覚アクチュエータの変位制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、並進と回転について、6自由度を有しており、変位、振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御できる。また、変位、変位パターン、波形、振動の刺激以外でも電気刺激、クーロン力等の刺激を制御できる。 FIG. 3 shows a schematic view of displacement control of the tactile force sensation actuator. The tactile actuator has 6 degrees of freedom for translation and rotation, and can freely control displacement, amplitude, velocity, acceleration, and phase difference. In addition to displacement, displacement pattern, waveform, and vibration stimulation, stimulation such as electrical stimulation and Coulomb force can be controlled.
図4〜図10は、錯角現象を示す装置の概略図を示す。該図において、この装置は、基材上にアクチュエータ、その上にタッチパネル及び物体の変位、圧力、加速度等を検知し、位置、回転、テンソルを計測するセンサを備える。タッチパネルは、y方向に変位するが、ボタンのz方向にへこみ・押込みが感じられる。 4 to 10 show a schematic view of an apparatus showing an illusion phenomenon. In the figure, this device includes an actuator on a base material, a touch panel on the touch panel, and a sensor that detects displacement, pressure, acceleration, etc. of an object and measures a position, rotation, and tensor. The touch panel is displaced in the y direction, but a dent / push is felt in the z direction of the button.
図4に、錯覚現象のない通常の動作を示す。触力覚アクチュエータの基本ユニットは、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。 FIG. 4 shows a normal operation without an illusion phenomenon. The basic unit of the tactile actuator consists of a touch panel, a sensor, and an actuator. Position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. are measured as scalars, vectors, or tensors on touch panels and sensors. NS.
アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位、変形せずにZ=0が保たれる。押込圧Pが増加するとともに、操作者の指先が変形し、押込みの圧力を知覚するが、沈み込み変位Z(=0)、および沈込感覚Sz(=0)は感じられない。 The actuator is presented with position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. as a scalar, vector, or tensor. The touch panel is usually hard and does not deform, and when the operator pushes the touch panel with the pressing pressure P, the touch panel is displaced in the Z direction and Z = 0 is maintained without being deformed. As the pushing pressure P increases, the operator's fingertips are deformed and the pushing pressure is perceived, but the sinking displacement Z (= 0) and the sinking sensation Sz (= 0) are not felt.
本特許では、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。 In this patent, the perception of tactile force sensation information at the fingertips is explained, but it is not limited to the fingertips, but the whole body and the whole body of the operator are assumed.
図5に、錯覚現象のある場合の動作を示す。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位、変形せずにZ=0が保たれる。 FIG. 5 shows an operation when there is an illusion phenomenon. The touch panel is usually hard and does not deform, and when the operator pushes the touch panel with the pressing pressure P, the touch panel is displaced in the Z direction and Z = 0 is maintained without being deformed.
ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加の知覚とともに、Z方向に沈込感覚Szが感じられる。タッチパネルをX方向に変位(X)させた場合も、同じく、Z方向に沈込感覚Szが感じられる。ただし、指先の指し示す方向(Y)と、タッチパネルの変位方向が一致しない場合は、変位方向への移動を弱く知覚することもある。指先および指の沈み込みの方向により、タッチパネルの変位方向を調整すると、錯覚が効果的となる。 Here, unlike the usual case, when the touch panel is displaced (Y) in the Y direction by the actuator, the indentation pressure P is perceived to increase and the indentation pressure P is perceived to increase in the Z direction even though there is no sinking displacement Z (= 0). A feeling of sinking Sz is felt. When the touch panel is displaced (X) in the X direction, the sinking sensation Sz is also felt in the Z direction. However, if the direction (Y) pointed by the fingertip and the displacement direction of the touch panel do not match, the movement in the displacement direction may be weakly perceived. The illusion becomes effective when the displacement direction of the touch panel is adjusted according to the direction of the fingertip and the sinking of the finger.
ここでの現象は、Y方向の変位が、Z方向への沈み込み感覚に知覚される錯覚であり、軸間、動作向を越えた錯覚現象(Cross−Direction効果)である。Y方向の変位は、所望の触感・感触に合わせた、様々な変位パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。 The phenomenon here is an illusion that the displacement in the Y direction is perceived by the sensation of sinking in the Z direction, and is an illusion phenomenon (Cross-Direction effect) that transcends the axis and the movement direction. There are various displacement patterns for the displacement in the Y direction according to the desired tactile sensation and feel. Not only linear increase / decrease, sinusoidal vibration, and combination of fundamental frequency components, but also arbitrary waveform design, amplitude modulation, frequency modulation, and convolution, as if creating the tone and music of an instrument with a synthesizer. , And their combinations, etc., can express various tactile sensations and tactile sensations.
錯覚パターンは、押し込み圧力方法(3方向)×アクチュエータ変位方向(3方向)の9パターンの組み合わせが備える。さらに、回転パターンを備える。また、中間の方向もあるので、その組合せは、無限となる。並進的な変位の他に、回転的な変位の場合もある。 The illusion pattern is provided by a combination of 9 patterns of pushing pressure method (3 directions) x actuator displacement direction (3 directions). Further, it has a rotation pattern. There is also an intermediate direction, so the combinations are infinite. In addition to translational displacement, there are also cases of rotational displacement.
図6に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に階段的に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加の知覚とともに、変位(Y)の階段的変化にともない、Z方向にズブズブと階段的な沈込感覚Szが感じられる。 FIG. 6 shows the operation of the latch / continuous illusion phenomenon. Here, when the touch panel is displaced (Y) stepwise in the Y direction by the actuator, the displacement (Y) is perceived as an increase in the indentation pressure P even though there is no subduction displacement Z (= 0). Along with the step-like change, a step-like sinking sensation Sz is felt in the Z direction.
図7に、ラッチ・連続的な錯覚現象の動作を示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y)を繰り返すと、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加の知覚とともに、変位(Y)の変化にともない、Z方向にズブズブと沈込感覚Szが感じられる。押込み変位(Y)が感じられにくい条件が存在する。 FIG. 7 shows the operation of the latch / continuous illusion phenomenon. Here, when the touch panel is repeatedly displaced (Y) in the Y direction by the actuator, the displacement (Y) changes with the perception of an increase in the indentation pressure P even though there is no sinking displacement Z (= 0). Along with this, a feeling of sinking Sz is felt in the Z direction. There is a condition in which the indentation displacement (Y) is hard to be felt.
該図は、押し込み、押し込み圧、変位、沈み込み感覚をそれぞれ示す。図8は、位相が遅れて変位が現れる。タッチパネルは通常硬く変形しないことが多く、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込むと、タッチパネルはZ方向には変位、変形せずにZ=0が保たれる。ここで、通常とは異なり、アクチュエータによって、押込圧Pの増加に対して位相を遅らせて、タッチパネルをY方向に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、Y方向に変位(Y)にともない、Z方向に沈込感覚Szが感じられる。変位(Y)の増加が開始するまでは、仮想ボタンの押込みに対する抗力が提示され、抗力の最大値である押込感覚Sz(≠0)が、仮想ボタンの硬さとして提示される。 The figure shows the pushing, pushing pressure, displacement, and sinking sensation, respectively. In FIG. 8 , the phase is delayed and the displacement appears. The touch panel is usually hard and does not deform, and when the operator pushes the touch panel with the pressing pressure P, the touch panel is displaced in the Z direction and Z = 0 is maintained without being deformed. Here, unlike usual, when the touch panel is displaced (Y) in the Y direction by delaying the phase with respect to the increase in the indentation pressure P by the actuator, there is no sinking displacement Z (= 0). Along with the displacement (Y) in the Y direction, a sinking sensation Sz is felt in the Z direction. Until the increase in displacement (Y) starts, the drag against the pressing of the virtual button is presented, and the pressing sensation Sz (≠ 0), which is the maximum value of the drag, is presented as the hardness of the virtual button.
図9は、変位が持続せずピークを示した後に変位がゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に往復的に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Szが感じられる。 In FIG. 9 , the displacement does not continue and shows a peak, and then the displacement becomes zero. Here, when the touch panel is reciprocally displaced (Y) in the Y direction by the actuator, the pressing pressure P increases and the displacement (Y) changes even though there is no sinking displacement Z (= 0). , You can feel the sinking feeling Sz like a button like "click" in the Z direction.
図10は、変位がプラス方向のピークとマイナス方向のピークを示した後にゼロになる。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に往復的に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向に「カチッ」といったボタンのような沈込感覚Szが感じられる。 In FIG. 10 , the displacement becomes zero after showing a positive peak and a negative peak. Here, when the touch panel is reciprocally displaced (Y) in the Y direction by the actuator, the pressing pressure P increases and the displacement (Y) changes even though there is no sinking displacement Z (= 0). , You can feel the sinking feeling Sz like a button like "click" in the Z direction.
図11から図17は、物体(パネル)により及び又は物体への刺激である指の押込み方法を示す概略図である。図11は、操作者が、タッチパネルを押込圧Pで押し込み、アクチュエータによって、タッチパネルがZ方向に変位すると、Z方向に沈込感覚Spが感じられる。図12及び図13は、段階的なボタンの押込みにより、パネルのわずかなボタン抵抗の刺激、瞬時に反応、応答の良い刺激、ボタン感触後カチッとした刺激、ボタン存在なく壁だけが感じられる刺激の提示をそれぞれ示す。図14及び図15は、段階的なボタンの押込みにより、パネルが動く刺激、パネルが静止する刺激、指とパネルとの感覚刺激の提示をそれぞれ示す。図17は、ボタンの押込みにより、パネルに生じる三角波、サイン波の刺激の提示を示す。 11 to 17 are schematic views showing a method of pressing a finger by an object (panel) and / or a stimulus to the object. In FIG. 11 , when the operator pushes the touch panel with the pushing pressure P and the touch panel is displaced in the Z direction by the actuator, a sinking sensation Sp is felt in the Z direction. 12 and 13 show a slight button resistance stimulus on the panel, an instant response, a responsive stimulus, a click stimulus after the button feel, and a stimulus in which only the wall is felt without the button being pressed by the stepwise button pressing. The presentations of are shown respectively. 14 and 15 show the presentation of a panel moving stimulus, a panel resting stimulus, and a finger-panel sensory stimulus, respectively, by stepwise pressing a button. FIG. 17 shows the presentation of the stimulation of the triangular wave and the sine wave generated on the panel by pressing the button.
図19から図24は、刺激としてパネルに印加される変位・振幅の制御を示す概略図である。図19は、パネルを真下に押下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の深行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への抵抗感刺激が提示される。図20は、パネルを無自覚に移動させた際の押し下げ際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位により感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への奥行感刺激が提示される。図21は、パネルにボタン特性である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反応感が提示される。 19 to 24 are schematic views showing the control of displacement / amplitude applied to the panel as a stimulus. In FIG. 19 , when the panel is pushed down directly below, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents a sensory finger depth stimulus, a physical finger tension stimulus, and a sensory finger resistance stimulus. In FIG. 20 , when the panel is unknowingly moved and pushed down, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents a sensory finger progression stimulus, a physical finger tension stimulus, and a sensory finger depth stimulus. In FIG. 21 , when a viscoelastic stimulus, which is a button characteristic, is applied to the panel, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents the panel with a sensory finger progression stimulus, a physical finger tension stimulus, and a sensory finger response.
図22は、パネルに人口皮膚感覚である粘弾性刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。この変位によりパネルに感覚的指の進行感刺激、物理的指への張力刺激、感覚的指への反力感が提示される。 In FIG. 22 , when a viscoelastic stimulus, which is an artificial skin sensation, is applied to the panel, the panel is displaced to form a triangular wave. This displacement presents the panel with a sensory finger progression stimulus, a physical finger tension stimulus, and a sensory finger reaction force.
図23は、パネルに刺激を与えた際にパネルが変位して三角波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y)させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向にボタンのような沈込感覚Szが感じられる。Y方向の変位(Y)のさせ方によって、Z方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Szが感じられる。 In FIG. 23 , when the panel is stimulated, the panel is displaced to form a triangular wave. The displacement of each panel is shown. Here, when the touch panel is displaced (Y) in the Y direction by the actuator, the pressing pressure P increases and the displacement (Y) changes in the Z direction even though there is no sinking displacement Z (= 0). You can feel the sinking feeling Sz like a button. Depending on how the displacement (Y) is made in the Y direction, a feeling of sinking in the Z direction and a button-like feeling Sz such as "click" and "click" can be felt.
図24は、パネルに刺激を与えた際にパネルの変位がサイン波を形成する。パネルの変位をそれぞれ示す。ここで、アクチュエータによって、タッチパネルをY方向に変位(Y)、正弦波的に変化させると、沈み込み変位Z(=0)がないにも関わらず、押込圧Pの増加、変位(Y)の変化にともない、Z方向にボタンのような沈込感覚Szが感じられる。Y方向の変位(Y)のさせ方によって、Z方向に、「ズブッ」沈み込む感覚、「カチッ」「カッチ」といったボタンのような感覚Szが感じられる。 In FIG. 24 , the displacement of the panel forms a sine wave when the panel is stimulated. The displacement of each panel is shown. Here, when the touch panel is displaced (Y) in the Y direction and changed in a sinusoidal manner by the actuator, the indentation pressure P increases and the displacement (Y) increases even though there is no sinking displacement Z (= 0). Along with the change, a button-like sinking sensation Sz is felt in the Z direction. Depending on how the displacement (Y) is made in the Y direction, a feeling of sinking in the Z direction and a button-like feeling Sz such as "click" and "click" can be felt.
図25〜図29は、触力覚アクチュエータの変位、変位パターン、波形、振動の一例である、波形制御の概略図を示す。触力覚アクチュエータは、波形振幅、振動振幅、速度、加速度、位相差を自在に制御することで、任意の方向に、任意の変位・波形パターンを生成できる。 25 to 29 show a schematic diagram of waveform control, which is an example of displacement, displacement pattern, waveform, and vibration of the tactile actuator. The tactile force sensation actuator can generate an arbitrary displacement / waveform pattern in an arbitrary direction by freely controlling the waveform amplitude, vibration amplitude, velocity, acceleration, and phase difference.
図26は、波形を非対称に加減速することで力覚を発生する変位波形を示す。図27は、波形を非対称に加減速することができる力覚を発生する加減速波形を示す。図28は、パネルを短時間波形変動させてクリック感を出す場合、1波形ごとに周波数を変えて感触を変える加速スウィープ(クリック感)波形を示す。パターン減速波形とパターン加速波形を発生させる。図29は、波形の位相は固定で加減速位置を入れ替える加減速シフト波形、加減速位置は固定で波形の位相を入れ替える位相シフト波形の概略図を示す。波形は、速度、位相波形が制御される。 FIG. 26 shows a displacement waveform that generates a force sensation by asymmetrically accelerating and decelerating the waveform. FIG. 27 shows an acceleration / deceleration waveform that generates a force sense that can accelerate / decelerate the waveform asymmetrically. FIG. 28 shows an acceleration sweep (click feeling) waveform that changes the feel by changing the frequency for each waveform when the panel is changed in waveform for a short time to give a click feeling. Generates a pattern deceleration waveform and a pattern acceleration waveform. FIG. 29 shows a schematic diagram of an acceleration / deceleration shift waveform in which the phase of the waveform is fixed and the acceleration / deceleration positions are exchanged, and a phase shift waveform in which the acceleration / deceleration position is fixed and the phases of the waveform are exchanged. The velocity and phase waveform of the waveform are controlled.
図30は、力覚に関する感覚特性を用い、2つの偏心回転子A912および偏心回転子B913の回転を位相同期させて変位を合成した触力覚情報提示方法を示す図である。 FIG. 30 is a diagram showing a method of presenting tactile force sensation information in which displacements are synthesized by phase-locking the rotations of two eccentric rotors A912 and eccentric rotor B913 using sensory characteristics related to force sensation.
ここで、(図30(b))は、(図30(a))の2つの偏心回転子A912および偏心回転子B913を同方向で180度位相が遅れて同期回転させた場合を模式化したものである。この同期回転の結果、偏心のないトルク回転を合成することができる。 Here, (FIG. 30 (b)) is a schematic case in which the two eccentric rotors A912 and the eccentric rotor B913 of (FIG. 30 (a)) are synchronously rotated in the same direction with a phase delay of 180 degrees. It is a thing. As a result of this synchronous rotation, torque rotation without eccentricity can be synthesized.
(図30(c))は感覚特性931が対数関数的な特性の場合を模式化したものであり、感覚特性931は感覚特性211と同様に刺激である物理量932に対してその感覚量933が対数などの非線形特性であることを示している。この感覚特性931上の、動作点A934で正のトルクを発生し、動作点B935で逆方向の負のトルクを発生した場合を考えると、トルク感覚944は(図30(d))のように表わされる。トルク943は回転子の回転速度942の時間微分に比例する。動作点A934、および動作点B935で動作させると、トルク感覚944が知覚される。 ( FIG. 30 (c)) is a schematic representation of the case where the sensory characteristic 931 is a logarithmic characteristic, and the sensory characteristic 931 has the same sensory quantity 933 as the physical quantity 932 which is a stimulus like the sensory characteristic 211. It shows that it is a non-linear characteristic such as logarithm. Considering the case where a positive torque is generated at the operating point A934 and a negative torque in the opposite direction is generated at the operating point B935 on the sensory characteristic 931, the torque sense 944 is as shown in (FIG. 30 (d)). Represented. The torque 943 is proportional to the time derivative of the rotation speed 942 of the rotor. When operated at the operating point A934 and the operating point B935, the torque sensation 944 is perceived.
トルク943は、物理的に1サイクルで初期状態948に戻り、その積分値はゼロとなっている。しかし、感覚量であるトルク感覚944の感覚的積分値はゼロになるとは限らない。動作点A934および動作点B935を適切に選択して、動作点A継続時間945および動作点B継続時間946を適切に設定することで、任意の方向に自在にトルク感覚を提示し続けることができる。 The torque 943 physically returns to the initial state 948 in one cycle, and its integral value is zero. However, the sensory integral value of the torque sense 944, which is a sensory quantity, is not always zero. By appropriately selecting the operating point A934 and the operating point B935 and appropriately setting the operating point A duration 945 and the operating point B duration 946, it is possible to freely continue to present the torque sensation in any direction. ..
以上のことは、トルク回転に限らず回転や並進の変位の時や、感覚特性931が指数関数的な場合などの非線形特性を示す時にも成立する。(図30(c))の感覚特性931が閾値を持つ場合も、同様のトルク感覚が生じ、片方の方向のみにトルク感覚を間欠的に提示し続けることができる。 The above is true not only for torque rotation but also for rotation and translational displacement, and when the sensory characteristic 931 exhibits non-linear characteristics such as when it is exponential. When the sensory characteristic 931 in FIG. 30 (c) has a threshold value, the same torque sensation is generated, and the torque sensation can be continuously presented only in one direction.
図31(a)は、位相パターンの初期位相(θi)によって誘起・知覚される錯触力覚の方向を示している。 錯触力覚デバイス107は、図31(b)の回転開始の初期位相(θi)を変えることにより、偏心回転子で合成される運動量の変化によって誘起される錯触力覚の方向1202を、初期位相(θi)の方向に制御することができる。例えば、図31(c)のように初期位相(θi)を変えることにより、平面内360°の任意の方向に誘起できる。 このとき、錯触力覚インタフェース装置101自身の重さが重い場合、錯触力による上向きの力感覚1202と重力による下向きの力感覚1204とが打ち消されて浮き上がる浮力感覚1202が得られにくく、重く感じられてしまうことがある。その時には、錯触力覚による上向き方向を重力方向の反対方向から僅かにずらして錯触力覚1203を誘起させることで、重力による浮上感覚の減少・阻害を抑制することができる。 重力方向と反対方向に提示したい場合には、重力方向と180°+α°及び180°−α°とわずかに鉛直からずれた方向に交互に錯触力覚を誘起する方法もある。
FIG. 31 (a) shows the direction of the illusionary force sense induced and perceived by the initial phase (θi) of the phase pattern. The illusionary
図32(a)〜図32(f)は、基本的な触力覚の感覚、錯触力覚の感覚を提示する、錯触力デバイス(触力デバイス)の制御の一例を示している。 図32(a)は、錯触力覚デバイス107において回転力を発生する方法を模式的に示したものであり、図32(d)は、並進力を発生する方法を模式的に示したものである。図32(a)の2つの偏心錘814の回転は、位相180°遅れて同じ方向に回転している。これに対して、図32(d)では、お互いに反対方向に回転している。
32 (a) to 32 (f) show an example of control of an illusionary force device (tactile force device) that presents a basic sensation of tactile force and a sensation of illusionary force. FIG. 32 (a) schematically shows a method of generating a rotational force in the illusionary
(1)図32(b)のように、2つの偏心回転子を180度の位相遅れで同方向に同期回転させた場合、2つの偏心回転子が点対称となり重心と回転軸中心が一致することにより、偏心のない等トルクの回転が合成される。これにより、回転力感覚を提示することができる。しかし、角運動量の時間微分がトルクであり、一定方向に連続してトルクを提示し続けるためには、モータの回転数を連続的に加速し続ける必要があり、現実的には連続的に提示することは困難である。 (1) As shown in FIG. 32 (b), when two eccentric rotors are synchronously rotated in the same direction with a phase delay of 180 degrees, the two eccentric rotors become point-symmetric and the center of gravity and the center of rotation axis coincide with each other. As a result, rotation of equal torque without eccentricity is synthesized. This makes it possible to present a sense of rotational force. However, the time derivative of the angular momentum is torque, and in order to continuously present torque in a certain direction, it is necessary to continuously accelerate the rotation speed of the motor, and in reality, it is continuously presented. It's difficult to do.
(2)図32(c)のように、角速度ω1及び角速度ω2によって同期制御することにより、一定方向に連続的な回転力の錯触力覚感覚(連続トルク感覚)が誘起される。(3)図32(e)のように、反対方向に一定角速度で同期回転させた場合、初期位相θi1201を制御することで任意の方向に直線的に振動する力(単振動)が合成できる。 (2) As shown in FIG. 32 (c), synchronous control by the angular velocity ω1 and the angular velocity ω2 induces an illusionary force sensation (continuous torque sensation) of continuous rotational force in a certain direction. (3) As shown in FIG. 32 (e), when synchronous rotation is performed in the opposite direction at a constant angular velocity, a force (simple vibration) that linearly vibrates in an arbitrary direction can be synthesized by controlling the initial phase θi1201.
(4)図32(f)のように、錯触力覚に関する感覚特性に従い、角速度ω1及び角速度ω2によって反対方向に同期回転させた場合、一定方向に連続的な並進力の錯触力覚感覚(連続力感覚)が誘起される。 錯触力覚インタフェース装置101において、図32(c)及び図32(f)のように、人間の感覚特性に合わせて回転速度(角速度)及び位相同期を的確に制御すれば、2種類の角速度(ω1、ω2)の組み合わせだけでも錯触力覚を誘起できるため、制御回路を簡潔にすることができる。 (4) As shown in FIG. 32 (f), when the angular velocity ω1 and the angular velocity ω2 are synchronously rotated in opposite directions according to the sensory characteristics related to the illusionary force sensation, the illusionary force sensation of continuous translational force in a fixed direction. (Continuous force sensation) is induced. In the illusionary force sense interface device 101, if the rotational speed (angular velocity) and the phase synchronization are accurately controlled according to the human sensory characteristics as shown in FIGS. 32 (c) and 32 (f), two types of angular velocities are used. Since the illusionary force sensation can be induced only by the combination of (ω1 and ω2), the control circuit can be simplified.
図33は、この図30の現象及びその効果を模式的に示している。錯触力覚に関する感覚特性を考慮して、偏心モータ815の回転パターンを制御して2つの偏心回転子の合成運動量を時間的に変化させることにより、平衡点周りに周期的に加減速する振動904から、一定方向に連続的に働く力が知覚される錯覚905を誘起させることができる。つまり、物理的には一定方向に働く力のような成分は存在していないが、一定方向に力が働いているように知覚される錯覚が誘起される。
FIG. 33 schematically shows the phenomenon of FIG. 30 and its effect. Vibration that periodically accelerates and decelerates around the equilibrium point by controlling the rotation pattern of the
動作点A、及び動作点Bで位相180°毎に交互に加減速させると、一定方向の力感覚905が連続的に知覚される。力は、物理的に1サイクルで初期状態に戻り、その運動量及び力の積分値はゼロとなっている。つまり、平衡点周りに留まり、加減速機構が左側に移動することはない。しかし、感覚量である力感覚の感覚的積分値はゼロにならない。この時、正の方向の力の積分908の知覚は低下し、負の方向の力の積分909だけが知覚される。
When the operating point A and the operating point B are alternately accelerated and decelerated at every 180 ° phase, the
ここで、角運動量の時間微分がトルク、運動量の時間微分が力であり、一定方向に連続してトルク及び力を発生し続けるためには、モータの回転数もしくはリニアモータを連続的に加速し続ける必要があり、そのため、回転体などを周期的に回転させ方法は力覚を一定方向に連続的に提示するのに適していない。特に、モバイル等で利用される非ベース型インタフェースでは、一方向への連続的な力の提示は物理的には不可能である。 Here, the time derivative of the angular momentum is the torque, and the time derivative of the momentum is the force. In order to continuously generate the torque and the force in a certain direction, the rotation speed of the motor or the linear motor is continuously accelerated. Therefore, the method of periodically rotating the rotating body or the like is not suitable for continuously presenting the sense of force in a certain direction. In particular, in a non-base interface used in mobile devices and the like, it is physically impossible to present continuous force in one direction.
しかし、人は非線形感覚特性を有しており、本発明の手法を用いれば、錯触力覚特性に関する知覚感度の利用や運動量の加減速パターン制御によって、物理特性とは異なった力・力パターンを錯覚的に知覚させることができる。例えば、与えた刺激強度に対する感じられた刺激の大きさの比が感度であるが、人間の感覚特性は与えた刺激の強度に対して感度が異なっており、弱い刺激にはより敏感であり、強い刺激には鈍感である。そこで、モータ回転の加減速の位相を制御し周期的に加減速を繰り返すことで、弱い刺激を提示した方向に連続的な力覚を提示させることに成功している。また、感覚特性の適切な動作点A及びBを選択することにより、強い刺激を提示した方向にも連続的な力覚を提示させることもできる。 However, humans have non-linear sensory characteristics, and if the method of the present invention is used, a force / force pattern different from the physical characteristics can be obtained by using the perceptual sensitivity related to the illusion force sensory characteristics and controlling the acceleration / deceleration pattern of the momentum. Can be perceived as an illusion. For example, the ratio of the magnitude of the perceived stimulus to the intensity of the given stimulus is the sensitivity, but the human sensory characteristics are different in sensitivity to the intensity of the given stimulus and more sensitive to the weak stimulus. Insensitive to strong stimuli. Therefore, by controlling the acceleration / deceleration phase of the motor rotation and repeating the acceleration / deceleration periodically, we have succeeded in presenting a continuous force sense in the direction in which the weak stimulus is presented. Further, by selecting the appropriate operating points A and B of the sensory characteristics, it is possible to present a continuous force sense in the direction in which the strong stimulus is presented.
類似の装置としてドライビング・シミュレータが連想されるが、ドライビング・シミュレータでは、目的の力(加速感)を与えた後に気付かれない程度の小さな加速度で元の位置にゆっくりと戻すことで車の加速感を提示している。そのため力の提示は断続的になり、このような偏加速型方式では、一定方向の力感覚や加速感を連続的に提示することはできない。従来型である触力覚インタフェース装置でも同様である。しかし、本発明では、錯覚を利用することで、一定方向に連続的な並進力感覚905が提示される。特に、物理的な手法による上記ドライビング・シミュレータで提示される断続的な力の方向とは反対方向に連続的な力が知覚される点が、錯覚を用いた錯触力覚インタフェース装置101の特徴である。
A driving simulator is associated with a similar device, but in a driving simulator, the feeling of acceleration of a car is achieved by slowly returning it to its original position with a small acceleration that is not noticed after applying the desired force (feeling of acceleration). Is presented. Therefore, the presentation of force becomes intermittent, and in such a biased acceleration type method, it is not possible to continuously present a sense of force or a sense of acceleration in a certain direction. The same applies to the conventional tactile interface device. However, in the present invention, the illusion is used to present a continuous
つまり、この強度によって感度が異なるという人間の非線形感覚特性を利用することで、周期的な加減速や振動で発生する力の積分が物理的にはゼロであるにも関わらず、感覚的には相殺されないばかりか、正の方向の力908は知覚されず、目的の方向である負の方向909に並進力的な力覚905やトルク感が連続的に提示できる。(連続的なトルク感覚の生成方法は、図19(c)を参照)これらの現象は、感覚特性831が刺激である物理量832に対してその感覚量が対数以外の場合でも、非線形特性であれば同じ効果が得られる。本効果は、非ベース型に限らず、ベース型においても効果が得られる。
In other words, by utilizing the human non-linear sensory characteristic that the sensitivity differs depending on this intensity, even though the integral of the force generated by periodic acceleration / deceleration and vibration is physically zero, it is perceptually Not only are they not offset, the
図3において、動作点Aでの回転継続時間Taをゼロに近づけることにより、回転継続時間Taと回転継続時間Tbのそれぞれの区間での運動量が等しいことから、回転継続時間Taの区間での合成運動量は大きくなり力も大きくなるが、力感覚は対数的に変化し感度が低下するために、回転継続時間Taの区間での感覚値の積分はゼロに近づく。このため、回転継続時間Tbの区間での力感覚が相対的に大きくなり、一方向への力の感覚905の連続性が向上していく。その結果、動作点A及び動作点Bを適切に選択して、動作点A継続時間及び動作点B継続時間を適切に設定し、2つの偏心回転子A及び偏心回転子Bの同期位相を調整することで、任意の方向に自在に力感覚を提示し続けることができる。
In FIG. 3 , by making the rotation duration Ta at the operation point A close to zero, the momentum in each section of the rotation duration Ta and the rotation duration Tb is equal. The momentum increases and the force also increases, but the force sensation changes logarithically and the sensitivity decreases, so that the integral of the sensation value in the section of the rotation duration Ta approaches zero. Therefore, the force sensation in the section of the rotation duration Tb becomes relatively large, and the continuity of the
図34は、錯触力覚インタフェース装置で利用される非線形特性を示しており、それぞれ、感覚特性(図34(a)及び図34(b))、粘弾性材料の非線形特性(図34(c))、粘弾性材料のヒステリシス特性(図21(d))を示している。 図34(b)は、図2と同様に、物理量に対して閾値2206を有する人間の感覚特性を示した模式図であり、この特性を考慮して錯触力覚インタフェース装置を制御することにより、物理的には存在していない感覚が錯触力覚として誘起されることを示している。 図34(c)のように、加えた力に対する応力特性が非線形特性を示す物性を有する材料を変位・振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも、同様な錯触力覚が誘起される。 また、図34(d)のように、感覚特性は、筋肉を伸ばす時と縮める時など、変位が増加する時と減少する時において等方的でなく、ヒステリシス的感覚特性を示す場合が多い。筋肉が引っ張られるとその直後に筋肉が強く収縮する。このように強いヒステリシス特性を発生させることで、同様な錯触力覚の誘起が促進される。 FIG. 34 shows the non-linear characteristics used in the illusionary force sensation interface device, which are the sensory characteristics ( FIGS. 34 (a) and 34 (b)) and the non-linear characteristics of the viscoelastic material ( FIG. 34 (c), respectively). )), The hysteresis characteristics of the viscoelastic material (FIG. 21 (d)) are shown. FIG. 34 (b) is a schematic view showing a human sensory characteristic having a threshold value of 2206 with respect to a physical quantity, as in FIG. 2, and by controlling the illusion force sense interface device in consideration of this characteristic. It shows that a sensation that does not physically exist is induced as an illusionary force sensation. As shown in Fig. 34 (c), a material having physical properties whose stress characteristics with respect to the applied force show non-linear characteristics is placed between a device that generates driving forces such as displacement, vibration, torque, and force, and human skin and sensory organs. A similar sense of illusion force is induced when pinched. Further, as shown in FIG. 34 (d), the sensory characteristics are not isotropic when the displacement increases and decreases, such as when the muscle is stretched and contracted, and often exhibits a hysteresis-like sensory characteristic. Immediately after the muscle is pulled, the muscle contracts strongly. By generating such a strong hysteresis characteristic, the induction of a similar illusionary force sensation is promoted.
図35は、感覚特性を変化させる方法の一例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いた触力覚情報提示方法を示す図である。 FIG. 35 is a diagram showing a method of presenting tactile force sensation information using a method of changing the sensory characteristics by a masking effect on force sensation as an example of a method of changing the sensory characteristics.
感覚特性は、マスキング変位(振動)によってマスキングされトルク感覚434が減少する。このマスキング方法として、(視覚、聴覚のマスキングで実績のある)同時マスキング424、前方マスキング425、後方マスキング426があげられる。(図35(a))はマスキーであるトルク413を模式化したものであり、この時知覚されるトルク感覚434は(図35(c))のように表わされる。トルク413は回転子の回転速度412の時間微分に比例する。 The sensory characteristics are masked by the masking displacement (vibration) and the torque sensation 434 is reduced. Examples of this masking method include simultaneous masking 424 (proven in visual and auditory masking), anterior masking 425, and posterior masking 426. ( FIG. 35 (a)) is a schematic representation of the muskellunge torque 413, and the torque sensation 434 perceived at this time is represented as (FIG. 35 (c)). The torque 413 is proportional to the time derivative of the rotation speed 412 of the rotor.
この時、回転子の回転速度412を初期化する初期化時間415と、それに対応したマスキング継続時間425を、図6に示した(図35(d))の初期化時間445とマスキング継続時間455のように短縮していき、ある一定時間よりも短くなると初期化による負のトルクが物理的に存在するにも関わらず、トルク感覚464のようにトルクが連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。 At this time, the initialization time 415 for initializing the rotation speed 412 of the rotor and the corresponding masking duration 425 are shown in FIG. 6 ( FIG. 35 (d)), and the initialization time 445 and the masking duration 455 are shown in FIG. When it becomes shorter than a certain period of time, it feels like the torque is continuously presented like the torque sensation 464, even though the negative torque due to initialization physically exists. Critical fusion occurs.
なお、マスキング変位(振動)を発生するマスカーは、それによってトルクがマスクされるマスキーである回転子と別な回転子であっても、マスキーである回転子自身であってもよい。 マスキーの回転子がマスカーでもある場合とは、マスキング時にその回転子が制御装置によってマスキング変位(振動)を発生するように制御されることを意味する。マスカーの変位(振動)方向は、マスキーの回転子の回転方向と同一であっても、あるいは同一でなくてもよい。 以上のことは、マスキーとマスカーが同一の刺激の場合(マスキーの回転子がマスカーでもある場合)にも起こり得る。 The masker that generates the masking displacement (vibration) may be a rotor different from the rotor that is the muskey whose torque is masked by the masker, or the rotor itself that is the muskey. When the muskellunge rotor is also a masker, it means that the rotor is controlled by the control device to generate masking displacement (vibration) at the time of masking. The displacement (vibration) direction of the masker may or may not be the same as the rotation direction of the muskellunge rotor. The above can occur even when the muskellunge and the masker have the same stimulus (when the muskellunge rotor is also the masker).
図36は、この場合を模式化した図である。図36に示すように、強トルク感覚485、486の前後において、前方マスキング485、後方マスキング486によりトルク感覚484が減少する。 FIG. 36 is a diagram illustrating this case. As shown in FIG. 36 , the torque sensation 484 is reduced by the front masking 485 and the rear masking 486 before and after the strong torque sensations 485 and 486.
感覚特性は、筋肉の緊張状態、あるいは、身体的・生理的・心理的状態のいずれか1つ以上の状態によりトルク感覚517の感度が変化する。例えば、筋肉が外力である提示トルク514(短い時間で強いトルク524)で瞬時に伸ばされることで、筋肉の中の筋紡錘というセンサがこれを感知し、この外力に負けないパワーを持つ筋肉起因トルク515(筋肉反射起因トルク525)で条件反射的に筋肉が素早く収縮する。このとき筋電511が発生する。それを検知した制御回路512は触力覚提示機513を制御して、筋肉の収縮に同期して提示トルク516(穏やかに中程度のトルク526)を働かせることでトルク感覚517の感度を変化させる。 As for the sensory characteristics, the sensitivity of the torque sensation 517 changes depending on the state of muscle tension or one or more of physical, physiological, and psychological states. For example, when a muscle is instantly stretched with a presentation torque 514 (strong torque 524 in a short time), which is an external force, a sensor called a muscle spindle in the muscle senses this, and the muscle has a power that is not defeated by this external force. At torque 515 (torque caused by muscle reflex 525), the muscle contracts quickly in a conditioned reflex. At this time, myoelectricity 511 is generated. The control circuit 512 that detects this changes the sensitivity of the torque sensation 517 by controlling the tactile sensation presenter 513 and exerting the presentation torque 516 (gentle and medium torque 526) in synchronization with the contraction of the muscle. ..
以上のことは、筋肉の緊張状態だけに限らず、呼吸・姿勢・神経発火の状態のいずれか1つ以上の状態による感覚感度の変化の場合にも成立する。 The above is true not only in the state of muscle tension but also in the case of a change in sensory sensitivity due to any one or more of the states of respiration, posture, and nerve firing.
掌は、その骨格・関節・腱・筋肉などの解剖学的な構造から、掌の方向によって感度が異なる。掌の方向に依存した感度(不等方性感度曲線611)に合わせて提示物理量の強度(回転速度ω612)を補正することによって、精度良い方向提示が可能となる。 The sensitivity of the palm varies depending on the direction of the palm due to the anatomical structure of its skeleton, joints, tendons, muscles, etc. By correcting the intensity of the presented physical quantity (rotational speed ω612) according to the sensitivity depending on the direction of the palm (anisotropic sensitivity curve 611), it is possible to present the direction with high accuracy.
図37は、任意方向に変位感覚・振動感覚・力感覚・トルク感覚のいずれか1つ以上の触力覚情報を、連続的、断続的に提示する制御方法の1例として、力覚に関するマスキング効果によって感覚特性を変化させる方法を用いて、任意の方向に振動触力覚情報提示方法を示す図である。 FIG. 37 shows masking related to force sensation as an example of a control method for continuously and intermittently presenting tactile force sensation information of any one or more of displacement sensation, vibration sensation, force sensation, and torque sensation in an arbitrary direction. It is a figure which shows the vibration tactile force sense information presentation method in an arbitrary direction by using the method of changing the sensory characteristic by an effect.
感覚特性は、マスキング変位(振動)1216によってマスキングされ力感覚1224が減少する。このマスキング変位(振動)は、(図30(b))において偏心回転子Aの回転速度1022および偏心回転子Aの回転速度1023を同期させて速度を変位(振動)されることによって発生させることができる。(図37(a))はこれを模式化したものであり、この時知覚される力感覚1224は(図37(b))のように表わされる。力1213は2つの偏心回転子の合成回転速度の大きさ1212の時間微分に比例する。 The sensory characteristics are masked by the masking displacement (vibration) 1216 and the force sensation 1224 is reduced. This masking displacement (vibration) is generated by displacing (vibrating) the rotation speed 1022 of the eccentric rotor A and the rotation speed 1023 of the eccentric rotor A in (FIG. 30 (b)). Can be done. ( FIG. 37 (a)) is a schematic representation of this, and the force sensation 1224 perceived at this time is represented as (FIG. 37 (b)). The force 1213 is proportional to the time derivative of the magnitude 1212 of the combined rotational speeds of the two eccentric rotors.
この時、回転子の回転速度1212を初期化する初期化時間1215を短縮していき、図37(c)のようにある一定時間よりも短くなると初期化による負の力が物理的に存在するにも関わらず、力感覚1244のように力が連続して提示されているように感じられる臨界融合が生じる。
At this time, the initialization time 1215 for initializing the rotation speed 1212 of the rotor is shortened, and when it becomes shorter than a certain time as shown in FIG. 37 (c), a negative force due to the initialization physically exists. Nevertheless, a critical fusion occurs in which the force is felt to be continuously presented, as in the
以上のことは、マスキーとマスカーが異なる回転子による場合にも生じるし、また、力だけでなくトルクの場合にも同様な連続提示感覚が生じる。 The above occurs when the muskey and the masker use different rotors, and the same continuous presentation sensation occurs not only in the case of force but also in the case of torque.
図38(a)〜図38(c)に示した感覚特性のように、ユーザごとの感覚特性は異なる。このため、錯触力覚がはっきりと知覚される人や知覚されにくい人、学習によって知覚されやすさが向上する人がいる。本発明では、この個人差を補正する装置を有する。また、同じ刺激が持続的に提示される場合、その刺激に対して感覚が鈍化してしまうこともある。そのため、刺激の強度・周期や方向に揺らぎを与えたりすることで慣れを防止することは効果的である。 As shown in FIGS. 38 (a) to 38 (c), the sensory characteristics of each user are different. For this reason, there are those who can clearly perceive the illusionary force, those who are difficult to perceive, and those who are more likely to be perceived by learning. The present invention has a device for correcting this individual difference. In addition, when the same stimulus is continuously presented, the sensation may be dull to the stimulus. Therefore, it is effective to prevent habituation by giving fluctuations in the intensity / cycle and direction of the stimulus.
図38(d)に錯触力覚を用いた一定方向の力の提示手法の一例を示す。2つの偏心振動子を反対回転方向に回転させて変位成分・振動成分を合成する方法において、動作点Aでの高速回転数ω1(高周波f1)1002aと動作点Bでの低速回転数ω2(低周波f2)1002bを位相180°毎に交互に提示した場合、錯触力覚強度(II)は、偏心回転子の回転速度である周波数の加減速比Δf/fの対数に比例する(図38(e))。ただし、(f=(f1+f2)/2、Δf=f1−f2)。錯触力覚強度とΔf/fの対数値をプロットした時の傾きnが、個人差を示す。 FIG. 38 (d) shows an example of a force presentation method in a certain direction using an illusionary force sense. In the method of synthesizing the displacement component and the vibration component by rotating the two eccentric oscillators in opposite rotation directions, the high-speed rotation speed ω1 (high frequency f1) 1002a at the operating point A and the low-speed rotation speed ω2 (low) at the operating point B. When the frequencies f2) 1002b are presented alternately every 180 ° of the phase, the illusion force sensation intensity (II) is proportional to the logarithm of the acceleration / deceleration ratio Δf / f of the frequency which is the rotation speed of the eccentric rotor ( FIG. 38). (E)). However, (f = (f1 + f2) / 2, Δf = f1-f2). The slope n when plotting the logarithmic force sensation intensity and Δf / f indicates individual differences.
また、感覚強度(VI)は、錯覚による一定方向の力感覚と同時に知覚される変位成分・振動成分の強度を示し、変位成分・振動成分の強度と物理量f(対数)とはおおよそ反比例の関係にあり、周波数fを大きくすることで感覚強度(VI)は相対的に低下する(図38(f))。この変位成分・振動成分の含有強度を制御することにより、錯触力覚を提示したときの力の質感が変わる。対数でプロットした場合の傾きmは個人差を示す。なお、個人差を示すn、mは、学習が進むに従って変化し、学習が飽和した時に一定の値に収束する。 The sensory intensity (VI) indicates the intensity of the displacement component / vibration component perceived at the same time as the force sensation in a certain direction due to the illusion, and the relationship between the intensity of the displacement component / vibration component and the physical quantity f (log) is approximately inversely proportional. The sensory intensity (VI) is relatively reduced by increasing the frequency f ( FIG. 38 (f)). By controlling the content strength of the displacement component and vibration component, the texture of the force when the illusionary force sensation is presented changes. The slope m when plotted logarithmically indicates individual differences. The n and m indicating individual differences change as the learning progresses, and converge to a constant value when the learning is saturated.
図39(a)〜図39(c)は、仮想平板1100の質感表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置101が、センシングによってモニタされた錯触力覚インタフェース装置101の動き(位置・姿勢角度、速度、加速度)が仮想物体の動きを1101を表しており、この仮想物体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力1102の方向・強度及び質感パラメタ(含有振動成分)を制御することにより、仮想平板の質感である摩擦感覚1109や粗さ感覚1111及び形状が制御される。 図39(a)は、仮想平板1100上で仮想物体(錯触力覚インタフェース装置101)を移動させた時に働く仮想平板から仮想物体への抗力1103及び移動に対する抗力1102を示している。
39 (a) to 39 (c) show the texture expression method of the virtual
図39(b)は、錯触力覚インタフェース装置101と仮想平板1100とが接した時に両物体の間に働く摩擦力1104が、動摩擦及び静摩擦を振動的に繰り返すことを示している。また、仮想平板の誤差厚内1107に錯触力覚インタフェース装置101が留まるように押し戻す抗力1106をフィードバック制御して提示することで、仮想平板の存在・形状を知覚させる。錯触力覚インタフェース装置101が仮想平板内1100に存在しない時は押し戻す抗力を提示せず、存在する時だけ提示することにより壁の存在が知覚される。
FIG. 39B shows that the
図39(c)は、表面粗さの表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置101を移動させた方向1101とは反対方向に、移動速度・加速度に合わせて抗力を提示することによって、抵抗感や粘性感1108を知覚させる。移動方向と同じ方向に負の抗力を提示(加速力1113)することによって、氷上を滑るような仮想平板の滑らか感1110を強調することができる。この加速感・滑らか感1110は、従来の振動子を使った非ベース型触力覚インタフェース装置では提示することが困難であり、錯覚を使った錯触力覚インタフェース装置101で実現された質感及び効果である。また、抗力を振動的に変化させること(振動的抗力1112)により、仮想平板の表面粗さ感覚1111を知覚させる。
FIG. 39 (c) shows a method of expressing the surface roughness. By presenting the drag force in the direction opposite to the
図40は、印加電圧で特性が変わる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している。 粘弾性材料を用いた手法では異なる応力−変形特性の材質(2403,2404)を張り付けるが、図40(a)のように、印加電圧で粘弾性特性が変化する材料1707を用いてもよい。印加電圧を制御することで粘弾性係数を変化(図40(b))させて、偏心回転子によって発生された周期的に変化する運動量の掌への伝達率を、偏心回転子の回転位相と同期させて変化させることで、偏心回転子が図40(c)のように一定の回転速度で回転(定速度回転)していたとしても、図40(d)のように粘弾性の特性を時間的に動作点B及び動作点Aにおける特性値になるように変化させることで掌・指先に伝わる運動量を制御できるため、偏心回転子の回転速度を加減速したことと同じ効果が得られる。
FIG. 40 shows a control algorithm using a viscoelastic material whose characteristics change depending on the applied voltage. In the method using a viscoelastic material, materials with different stress-deformation characteristics (2403, 2404) are attached, but as shown in FIG. 40 (a), a
また、本手法は、皮膚の物理特性を疑似的に変えることと同じ効果を有し、感覚特性曲線(図40(e)を擬似的に変化させる効果を持つ。そのため、感覚特性の個人差を吸収したり、錯触力覚の誘起効率を高める制御に利用できる。また、図40(a)のように錯触力覚デバイス表面に粘弾性材料を貼り付けた場合と同様に、図40(f)のように粘弾性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。ここで、粘弾性材料は、印加電圧によって応力−歪特性を非線形に制御することができるものであれば、材質・特性を問わない。また、非線形制御ができれば、制御方法も印加電圧による制御に限られない。 In addition, this method has the same effect as quasi-changing the physical characteristics of the skin, and has the effect of quasi-changing the sensory characteristic curve ( FIG. 40 (e)). It can be used for absorption and control to increase the induction efficiency of the illusion force sensation. Further, as in the case where the viscoelastic material is attached to the surface of the illusion force sensation device as shown in FIG. 40 (a), FIG. 40 ( The viscoelastic material may be attached to the fingertip or the body as in f). Here, the viscoelastic material is a material / characteristic as long as the stress-strain characteristic can be controlled non-linearly by the applied voltage. Further, if non-linear control is possible, the control method is not limited to the control by the applied voltage.
図40(b)のようにモータの回転の加減速を繰り返すと大きなエネルギーのロス及び発熱が起こるが、本手法は、モータの回転速度は一定(図40(c))、もしくは、加速度比f1/f2が1に近い値であり、印加電圧による特性の変化を行うため本手法のエネルギー消費は、モータの加減速によるエネルギー消費よりも小さく抑え得る。 Repeated acceleration / deceleration of motor rotation as shown in Fig. 40 (b) causes large energy loss and heat generation, but in this method, the rotation speed of the motor is constant ( Fig. 40 (c)) or the acceleration ratio f1. Since / f2 is a value close to 1, and the characteristics are changed by the applied voltage, the energy consumption of this method can be suppressed to be smaller than the energy consumption by acceleration / deceleration of the motor.
図41は、錯触力覚インタフェース装置101の制御の一例を示している。 本装置では、モータ1704の制御を、モータ1704のフィードバック特性を制御するモータフィードバック(FB)特性制御器と錯触力覚誘起パターンをモータ制御信号に変換する制御信号生成器に分けて制御する。本発明では、モータ回転の位相パターンθ(t)=F(u,II,VI,R)の同期を制御することが肝要であり、時間的に高精度に同期制御する必要がある。そのため手法の一例として、ここではサーボモータの制御用パルス列による位置制御を示す。位置制御としてステップモータを用いた場合には、急な加減速のために簡単に脱調・制御不能になることが多い。そこで、ここではサーボモータによるパルス位置制御を説明する。モータフィードバック(FB)制御特性の制御とパルス位置制御法によるモータ制御に分離することで、錯触力覚インタフェース装置101を多数同期制御して利用する本発明では、異なるモータを使用した場合のモータ制御信号の一貫性、錯触力覚誘起パターン生成の高速化、及び同期制御すべき制御モータ数の増加に容易に対応ができるスケーラビリティが確保される。また、個人差の補正も容易となる。
FIG. 41 shows an example of control of the illusion force sense interface device 101. In this device, the control of the
錯触力覚誘起関数生成器1701において、モータFB特性制御器及びモータ制御信号生成器を制御するための制御信号に分離され、モータ制御信号生成器においてモータの位相位置を制御するパルス信号列gi(t)=gi(f(t))が生成され、モータの位相パターンθ(t)が制御される。 本方式では、パルス数によってモータの回転位相をフィードバック制御しており、例えば、1パルスによって1.8°モータが回転する。なお、回転方向は、方向制御信号により、正転・反転が選択される。このパルス制御手法を用いることにより、2つ以上のモータの位相関係を保ちながら、任意の加減速パターン(回転速度、回転加速度)を任意の位相のタイミングで制御する。
In the illusion force sensation induced
図42(a)〜は、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示している。 図42(a)や図42(b)のように、接着テープ1301やハウジング1302の指挿入部1303を用いて指先533に装着する。また、指533の間に装着したり(43(c))、指533で挟んで(43(d))使用してもよい。ハウジング1302は、変形が少ない硬い材料でもよいし、変形が容易な材料でもよいし、粘弾性を持ったスライム状でもよい。これらの装着方法の変形態として、図43も考えられる。柔軟な接着及びハウジングによって、錯触力覚デバイスの2つの基本ユニットの位相を制御することにより、左右上下の力覚に加え、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚も表現することができる。このように、接着テープ、指挿入部を有するハウジングのように、錯触力覚インタフェース装置101を身体などに装着させるものを装着部と呼ぶ。装着部は、上記の接着テープ、指挿入部を有するハウジングの他に、シート型、ベルト型、タイツのように、物や身体に装着できるものならばどのような形態のものでもよい。同様な方法で、指先、掌、腕、大腿など、体の至る所に装着される。 なお、本明細書で扱う粘弾性材料及び粘弾性特性という用語は、粘性及び又は弾性の特性を有するものを示す。
FIGS. 42 (a) to 42 (a) show an implementation example of the illusion force sense interface device 101. As shown in FIGS. 42 (a) and 42 (b), it is attached to the
図43に、その他の、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示す。 図43(a)では、錯触力覚デバイス107が加速度センサ108にノイズ振動として検出されてしまうため、これらを指533に対して反対方向に配置することで、振動の加速度センサ108への影響を低減させている。また、錯触力覚デバイス107の制御信号をもとに加速度センサ108で検出されるノイズ振動をキャンセリングすることによってもノイズ混入の低減を図っている。
FIG. 43 shows another mounting example of the illusionary force sensory interface device 101. In FIG. 43 (a), since the illusion
図43(c)〜図43(e)では、錯触力覚デバイス107と加速度センサ108の間に耐震材料1405を介在させることで、ノイズ振動の混入を抑えさせている。 図43(d)では、実物体を触りながら錯触力感覚をも知覚する錯触力覚インタフェース装置101である。実物体との触感に錯触力覚の感覚を付加している。従来のデータグローブでは、触力覚の提示に指にワイヤを装着して指を引っ張ることにより力覚を提示していた。データグローブを用いて実物体を触りながらも触力覚提示を行うと、実物体から指が離れてしまったり、把持が阻害されるなど、実物体とバーチャル物体の感触を複合することが難しい。錯触力覚インタフェース装置101では、このようなことがなく、実物体をしっかりと把持・触れながらもバーチャルな感触も付加する複合感覚(ミックス・リアリティ)を実現している。
In FIGS. 43 (c) to 43 (e) , the mixing of noise vibration is suppressed by interposing the
図43(e)では、さらに、圧力センサ110によって測定された実物体との接触及び把持圧に従い錯触力感覚を付加することで、その実物体の把持・接触感触を編集したり、バーチャル物体531の感触に置換する。図43(f)では、図43(e)の圧力センサの代わりに表面形状や形状変形を測定する形状センサ(例えば、フォトセンサ)を用いて、触感に係る把持物体の形状・表面形状の測定、及び変形による把持力・歪せん弾力・接触の測定を行っている。これらによって、測定された応力・せん弾力及び表面形状を強調した触覚拡大鏡が実現される。顕微鏡のようにディスプレイで微細な表面形状を視覚的に確認するとともに、その形状を触覚的にも確認することができる。また、形状センサにフォトセンサを使用すれば、接触しなくても形状を測定できるため、離れた物体に手をかざすことで物体の形状を体感することができる。 In FIG. 43 (e), the gripping / contact feeling of the real object can be edited or the virtual object 531 can be edited by adding a sensation of illusion according to the contact and gripping pressure with the real object measured by the pressure sensor 110. Replace with the feel of. In FIG. 43 (f), the shape / surface shape of the gripped object related to the tactile sensation is measured by using a shape sensor (for example, a photo sensor) that measures the surface shape or shape deformation instead of the pressure sensor shown in FIG. 43 (e). , And the gripping force, distortion elasticity, and contact due to deformation are measured. As a result, a tactile magnifying glass that emphasizes the measured stress / elasticity and surface shape is realized. It is possible to visually confirm the fine surface shape on a display like a microscope and also to confirm the shape tactilely. Further, if a photo sensor is used as the shape sensor, the shape can be measured without contact, so that the shape of the object can be experienced by holding a hand over a distant object.
また、使用状況やコンテキスト(文脈)によってタッチパネル上のコマンドが変化する可変型タッチボタンの場合、特に、携帯電話のようにボタンを押すときに指で隠れてしまう場合などでは、可変型ボタンのコマンドが隠れてしまい読めなくなる。同様に、VRコンテンツにおける仮想空間内の可変型ボタンの場合、メニュー表記やコマンドがコンテキストで変化するため、ボタンを押す場合には今押そうとするボタンの内容がわからなくなる。そのために、図43(e)のように、錯触力覚インタフェース装置101上のディスプレイ1406にそれを表示することで、ボタンのコマンド内容を確認しながら錯触力覚ボタンを押し込むことができる。
Also, in the case of variable touch buttons whose commands on the touch panel change depending on the usage status and context, especially when the buttons are hidden by the finger when pressed like a mobile phone, the commands of the variable button Is hidden and cannot be read. Similarly, in the case of a variable button in the virtual space in VR content, the menu notation and the command change depending on the context, so when the button is pressed, the content of the button to be pressed cannot be known. Therefore, by displaying it on the
バーチャル物体531やバーチャル・コントローラでのバーチャル・ボタンの押込み情報及び押込み反力が実物体と同様に違和感なく感じ操作できるためには、押込みと押込み反力の提示との間の時間遅れが問題となる。例えば、アーム型の接地型力覚インタフェースの場合、把持指の位置がアームの角度等で計測され、デジタルモデルとの接触・干渉判定が行われた後、提示すべき応力が計算され、モータの回転が制御され、アームの動き・応力が提示されるため、応答遅れが発生することがある。特に、ゲーム時のボタン操作は反射的に高速に行われるため、コンテンツ側でモニタ・制御していたのでは間に合わないことがある。そこで、錯触力覚インタフェース装置側101にも、センサ(108,109,110)をモニタし、錯触力覚デバイス107及び粘弾性材料1404を制御するCPU、メモリを搭載して、リアルタイム制御を行うことでバーチャル・ボタンの押込みなどの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。
In order for the virtual object 531 and the virtual button to feel and operate the virtual button pressing information and the pressing reaction force in the same way as the real object, there is a problem of a time delay between the pressing and the presentation of the pressing reaction force. Become. For example, in the case of an arm-type ground-based force sensor, the position of the gripping finger is measured by the angle of the arm, etc., and after contact / interference judgment with the digital model is performed, the stress to be presented is calculated and the motor Since the rotation is controlled and the movement and stress of the arm are presented, a response delay may occur. In particular, since the button operation during the game is reflexively performed at high speed, it may not be in time if the content side monitors and controls it. Therefore, the illusionary force sensation interface device side 101 is also equipped with a CPU and a memory that monitor the sensors (108, 109, 110) and control the illusionary
また、通信器205を有し、他の錯触力覚インタフェース装置101との通信を行う。例えば、錯触力覚インタフェース装置101を指5本に装着した場合、それぞれの指の動きに連動して、錯触力覚インタフェース装置が形状変形材(図43(b)の1403)で変形したり、バーチャル・コントローラの形状変形や感触、バーチャル・ボタン操作をリアルタイムに行うことで、リアリティ及び操作性が向上する。 In addition, it has a communication device 205 and communicates with another illusionary force sensory interface device 101. For example, when the illusionary force sensation interface device 101 is attached to five fingers, the illusionary force sensation interface device is deformed by the shape deforming material ( 1403 in FIG. 43B) in conjunction with the movement of each finger. Reality and operability are improved by deforming and feeling the shape of the virtual controller and operating the virtual buttons in real time.
図43(a)では、感覚・筋肉のヒステリシス特性を効果的に利用するために、筋電センサ110で筋電反応を測定し、筋肉が縮小する時間及び強度が大きくなるように錯触力覚誘起関数がフィードバック的に補正される。錯触力覚の誘起に影響する要因のひとつに、錯触力覚インタフェース装置101の指や掌への装着仕方(挟み方・挟む強さ)、錯触力覚インタフェース装置101からの力を受け止める腕へのユーザによる力の入れ方がある。錯触力覚の感度には個人差があり、軽く握った方が錯触力覚を感度良く感じる人もいるし、強く握った方が感度良く感じる人がいる。同様に、装着時の締め付け方によっても感度が変わる。この個人差を吸収するために、圧力センサ109や筋電センサ110で握りの状態をモニタして、個人差を測定するとともに錯触力覚誘起関数をリアルタイムで補正する。人はコンテンツ中の物理シミュレーションに慣れる・学習することで握り方が適切な方向に学習が進むが、本補正はこれを促進する効果を有している。 図43(a)〜図43(e)では、部品構成を示すために、錯触力覚インタフェース装置101が厚くなっているが、各部品はシート状の薄型にも対応できる。 In FIG. 43 (a), in order to effectively utilize the hysteresis characteristics of the senses and muscles, the myoelectric response is measured by the myoelectric sensor 110, and the illusion force sense is increased so that the time and intensity of muscle contraction are increased. The induced function is corrected in a feedback manner. One of the factors that influence the induction of the illusionary force sensation is how to attach the illusionary force sensation interface device 101 to the fingers and palms (pinching method / pinching strength), and to receive the force from the illusionary force sensation interface device 101. There is a way for the user to put force on the arm. There are individual differences in the sensitivity of the sensation of illusionary force, and some people feel the sensation of illusionary force more sensitively when they hold it lightly, while others feel it more sensitive when they hold it firmly. Similarly, the sensitivity changes depending on the tightening method at the time of mounting. In order to absorb this individual difference, the state of grip is monitored by the pressure sensor 109 or the myoelectric sensor 110, the individual difference is measured, and the illusion force sensation induction function is corrected in real time. By getting used to and learning the physics simulation in the content, the learning progresses in the direction in which the grip is appropriate, and this correction has the effect of promoting this. In FIGS. 43 (a) to 43 (e), the illusion force sensation interface device 101 is thickened in order to show the component configuration, but each component can be made thin like a sheet.
図44(a)は、錯触力覚デバイスによって誘起される錯触力感覚に加えて、錯触力に同期させて形状変形用モータ3002によって錯触力覚インタフェース装置の形状3001を変形させることによって、誘起される錯触力覚905を強調する装置を示している。 例えば図44(b)のように、釣りゲームに応用した場合、魚による釣り竿の引っ張りに合わせてインタフェースの形状3001を反らせることにより、錯触力覚905によって誘起された釣り糸の張力感覚が更に強調される。このときに錯触力覚なしにインタフェースを変形しただけでは、このようなリアルな魚の引きを体感することはできなく、錯触力覚にインタフェースの変形が加わることでリアリティが向上する。また、図29(c)のように錯触力覚デバイスの基本ユニットを空間的に並べることにより、形状変形用モータ3002なしに変形効果を生じさせることができる。 形状の変形は、形状変形用モータ3002に限らず、形状記憶合金や圧電素子を用いた駆動装置といった形状を変化させることができる機構ならばどんなものでもよい。
In FIG. 44 (a), in addition to the illusionary force sensation induced by the illusionary force sensation device, the
図45は、錯触力覚デバイス107の代替デバイスを示している。 図45(a)の偏心回転子の偏心錘814とそれを駆動する偏心モータ815の代わりに、図45(b)〜図45(e)では錘2302と伸縮材2303を使用している。例えば、図45(b)及び図45(d)は、錘2302を支える伸縮材2303が、それぞれ、8つの場合と、4つの場合の平面図、正面図、側面図を示している。それぞれ図において、対となる伸縮材2303を収縮・膨張させることにより、錘を任意の方向に移動させることができる。その結果、並進的及び回転的な変位・振動を発生させることができる。重心の並進移動や回転トルクを発生・制御できる加減速機構を有するものならば、どのような構造でも代替品として利用できる。
FIG. 45 shows an alternative device for the illusionary
図46から図56は、触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルは、基材の上に設けられたアクチュエータと、タッチパネルとタッチパネルの変位、圧力、加速度などを検知して変位、圧力、加速度などの位置、回転、テンソルを計測するセンサとを備える。 46 to 56 show various configurations of a tactile display or a touch panel. The tactile display or touch panel is an actuator provided on the base material and a sensor that detects the displacement, pressure, acceleration, etc. of the touch panel and touch panel and measures the position, rotation, tensor, etc. of the displacement, pressure, acceleration, etc. To be equipped.
図46、図47、図48は、テーブル型の触力覚ディスプレイもしくはタッチパネルの各種構成を示す。 46, 47, and 48 show various configurations of a table-type tactile display or touch panel.
図46に、触力覚アクチュエータの基本ユニットが示されており、タッチパネル、センサ、アクチュエータから構成されている。タッチパネル、およびセンサにおいて、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、計測される。アクチュエータは、位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが、スカラー、ベクトル、もしくはテンソルとして、提示される。ここでは、指先での触力覚情報の知覚について説明をするが、特に指先に限らず、操作者の全身、身体の至るところを想定している。図47は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、テーブル型、テーブル用に用いた例を示している。指先での操作の他、掌で操作できる。 FIG. 46 shows the basic unit of the tactile force sensation actuator, which is composed of a touch panel, a sensor, and an actuator. Position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. are measured as scalars, vectors, or tensors on touch panels and sensors. NS. The actuator is presented with position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. as a scalar, vector, or tensor. Here, the perception of tactile force sensation information at the fingertips will be explained, but it is assumed that the entire body and body of the operator are not particularly limited to the fingertips. FIG. 47 shows an example in which the basic unit of the tactile actuator is used for a table type and a table. It can be operated with the palm as well as with the fingertips.
図48は、テーブル型で、壁等に操作者が操作するためのバーチャル・ボタンを備えている。肘などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。 FIG. 48 is a table type, and has a virtual button on the wall or the like for the operator to operate. You can operate with body parts such as elbows, and you can operate objects such as virtual buttons through body parts.
図49及び図51、図52は、ハンドル型で、自動車のハンドル等アクチュエータ、並びに操作者が操作するためのハンドルの近くにバーチャル・ボタンを備えている。触力覚アクチュエータの基本ユニットを、ハンドル型、ハンドル用に用いた例を示している。図49は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。図50は、ハンドルに液晶ディスプレイが設けられている。ハンドルを運転中に回わしたとしても液晶ディスプレイの姿勢はそのままの状態に維持される。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。この時に、液晶ディスプレイなどの視覚情報提示では、視点や視野を確保できるように、ハンドルを回転させても、液晶ディスプレイの姿勢が一定を維持している。 49, 51 , and 52 are of the steering wheel type, and are provided with an actuator such as a steering wheel of an automobile and a virtual button near the steering wheel for the operator to operate. An example is shown in which the basic unit of the tactile actuator is used for a handle type and a handle. In FIG. 49 , a body part such as a finger or a palm can be operated, and an object such as a virtual button can be operated through the body part. In FIG. 50 , a liquid crystal display is provided on the handle. Even if the steering wheel is turned while driving, the posture of the liquid crystal display is maintained as it is. You can operate with body parts such as fingers and palms, and you can operate objects such as virtual buttons through the body parts. At this time, in the presentation of visual information such as a liquid crystal display, the posture of the liquid crystal display is maintained constant even if the handle is rotated so that the viewpoint and the visual field can be secured.
図51は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。触力覚アクチュエータは、ハンドル全体に配置されており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる。 In FIG. 51 , a body part such as a finger or a palm can be operated, and an object such as a virtual button can be operated through the body part. The tactile actuator is arranged on the entire handle, and the tactile actuator can be used regardless of the position of the finger, palm, or arm by rotating the handle.
図52は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。ハンドル全体が触力覚アクチュエータになっており、ハンドルを回転させたり、指、掌、腕がどの位置にあっても、触力覚アクチュエータを使用できる In FIG. 52 , a body part such as a finger or a palm can be operated, and an object such as a virtual button can be operated through the body part. The entire handle is a tactile actuator, so you can rotate the handle and use the tactile actuator regardless of the position of your finger, palm, or arm.
図53は、指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。窓ガラスに曲面液晶パネルと触力パネルが設けられている。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。 In FIG. 53 , a body part such as a finger or a palm can be operated, and an object such as a virtual button can be operated through the body part. This makes it possible to feel and operate the doorknob without the doorknob. A curved liquid crystal panel and a tactile force panel are provided on the window glass. The same can be done with buttons, sliders, dials, switches, control panels, etc. of objects.
図54は、指に触力覚アクチュエータが装着され、図55は、手首にアクチュエータが装着され、図56は、アクチュエータが装着され、指でバーチャル・ボタンを押して操作される。図54は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リング型、リング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。 FIG. 54 shows a tactile actuator attached to a finger, FIG. 55 shows an actuator attached to a wrist, and FIG. 56 shows an actuator attached and operated by pressing a virtual button with a finger. FIG. 54 shows an example in which the basic unit of the tactile actuator is used for a ring type and a ring. You can operate with body parts such as fingers and palms, and you can operate objects such as virtual buttons through the body parts. This makes it possible to feel and operate the doorknob without the doorknob. The same can be done with buttons, sliders, dials, switches, control panels, etc. of objects.
図55は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、リスト型、リスト用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。 FIG. 55 shows an example in which the basic unit of the tactile force sensation actuator is used for a list type and a list. You can operate with body parts such as fingers and palms, and you can operate objects such as virtual buttons through the body parts. This makes it possible to feel and operate the doorknob without the doorknob. The same can be done with buttons, sliders, dials, switches, control panels, etc. of objects.
図56は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、アームリング型、アームリング用に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。 FIG. 56 shows an example in which the basic unit of the tactile force sensation actuator is used for an arm ring type and an arm ring. You can operate with body parts such as fingers and palms, and you can operate objects such as virtual buttons through the body parts. This makes it possible to feel and operate the doorknob without the doorknob. The same can be done with buttons, sliders, dials, switches, control panels, etc. of objects.
図57は、触力覚アクチュエータの基本ユニットを、身体全身に用いた例を示している。指や掌などの身体部分での操作、および、身体部分を介してバーチャル・ボタンなどの物体が操作できる。これにより、ドアノブがなくても、ドアノブの感触や操作が可能になる。同様なことが、物体のボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなど、すべてにおいて行える。 FIG. 57 shows an example in which the basic unit of the tactile force sensation actuator is used for the whole body. You can operate with body parts such as fingers and palms, and you can operate objects such as virtual buttons through the body parts. This makes it possible to feel and operate the doorknob without the doorknob. The same can be done with buttons, sliders, dials, switches, control panels, etc. of objects.
図58及び図59は、コントローラと触力覚アクチュエータとを繋ぐ配線の仕方の概略を示す。図58は、触力覚アクチュエータを並列配列に接続した場合、及び図59は、クロス配列に接続した場合を示す。 58 and 59 show an outline of how to wire the controller and the tactile actuator. FIG. 58 shows the case where the tactile sensation actuators are connected in a parallel arrangement, and FIG. 59 shows the case where they are connected in a cross arrangement.
図60は、触力覚ディスプレイ・パネルとコンピュータ(PC)とを通信で情報をやり取りするシステムの概略図を示す。タッチパネルは、アクチュエータ・アレイを装着している、もしくは一体に設けられている。 FIG. 60 shows a schematic diagram of a system for exchanging information by communication between a tactile display panel and a computer (PC). The touch panel is equipped with an actuator array or is provided integrally.
本システムは、操作者の感覚特性、錯覚を適用して、操作者に実際の物体を操作したかのような触力覚情報を提示する。具体的には、センサで検知された刺激を基に制御され、人の身体に印加される刺激量と感覚量との関係を示す感覚特性が、非線形や錯覚であることを利用して刺激を制御して触力覚情報が提示される。感覚特性は、前記操作者に与えられる刺激量及び操作者の操作によってもたらされる刺激量の少なくとも1つの刺激量と操作者に提示される感覚量とを備え、感覚量は物理的に存在し得ない感覚量である。 This system applies the sensory characteristics and illusions of the operator to present the operator with tactile force sensation information as if he / she operated an actual object. Specifically, the stimulus is controlled based on the stimulus detected by the sensor, and the stimulus is generated by utilizing the fact that the sensory characteristics indicating the relationship between the stimulus amount applied to the human body and the sensory amount are non-linear or illusion. Tactile sensory information is presented under control. The sensory characteristics include at least one stimulus amount given to the operator and a stimulus amount brought about by the operator's operation, and a sensory amount presented to the operator, and the sensory amount can physically exist. There is no sense.
ここで、システムは、物体から、もしくは、物体への刺激を提示し、そして操作者の操作に合わせて操作者に印加される刺激が制御される。最小限の部品は、触力覚アクチュエータおよびコントローラから構成されており、部品として使用することができる。この部品を集積し、アクチュエータ・アレイとすることで、触力覚情報提示機能を有する映像タッチパネルが構成される。触力覚情報提示システムは、この部品、およびその他のモジュール等を用いて、タッチ・ディスプレイなどのシステムが構成される。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。 Here, the system presents a stimulus from or to the object, and the stimulus applied to the operator is controlled according to the operation of the operator. The minimum component consists of a tactile actuator and a controller and can be used as a component. By integrating these parts into an actuator array, a video touch panel having a tactile force sense information presentation function is configured. In the tactile force sense information presentation system, a system such as a touch display is configured by using this component and other modules. By integrating as an actuator array in this way, it is possible to configure a tactile force sense information presentation system having various shapes and sizes such as a flat surface, a curved surface, and a three-dimensional shape.
触力覚アクチュエータに取り付けられたセンサにより、センサにおける位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性が測定され、その情報がコントローラに送られて、触力覚アクチュエータを制御するための制御信号が計算されて、触力覚アクチュエータに送られ、触力覚アクチュエータが制御される。触力覚アクチュエータは、パネル型およびディスプレイ型のセンサ機能および提示機能を備え、コントローラにおいて、指や掌などの身体の動きにともなう、変位、運動量、振動振幅、変位刺激、振動刺激、刺激強度の時間変化などが計算され、制御アルゴリズムに基づき、センサでモニタされた指や掌などの身体の動きや圧力などに合わせて、触力覚アクチュエータの位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘性、弾性などが制御され、ヒトなどに、圧覚、触覚、力覚などの触力覚情報が提示される。 The sensor attached to the tactile actuator measures the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, and elasticity of the sensor. Is sent to the controller to calculate a control signal for controlling the tactile actuator and sent to the tactile actuator to control the tactile actuator. The tactile force sensor has panel-type and display-type sensor and presentation functions, and in the controller, the displacement, momentum, vibration amplitude, displacement stimulus, vibration stimulus, and stimulus intensity associated with the movement of the body such as fingers and palms. Time changes are calculated, and based on the control algorithm, the position, speed, acceleration, shape, displacement, deformation, and amplitude of the tactile actuator are adjusted according to the movement and pressure of the body such as fingers and palms monitored by the sensor. , Rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity, etc. are controlled, and tactile force sensation information such as pressure sensation, tactile sensation, and force sensation is presented to humans and the like.
制御信号は、力情報(t)、振幅情報(t)などが駆動電圧等で表現されており、アクチュエータは、モータ、ピエゾ、人工筋肉、記憶合金、分子モータ、静電、コイル、磁力、静電気、その他、変位・振動を発生するものならば、デバイス・動作原理は問われない。 In the control signal, force information (t), amplitude information (t), etc. are expressed by drive voltage, etc., and actuators include motors, piezos, artificial muscles, memory alloys, molecular motors, electrostatics, coils, magnetic forces, and static electricity. In addition, if it generates displacement / vibration, the device / operating principle does not matter.
その結果、平面、曲面、立体形状で構成されたパネル、ディスプレイが、筐体等に、固定もしくは微小変位・微小振動するように設置されているにも関わらず、差し込み感、押込み感、めり込み感、深さ感、押し戻され感、浮き上がり感、振動・振幅の収束感、振動・振幅の残響感、変位・移動の方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、立体的な感触が感じられる。物理的には、そのような感覚が再生・提示されていないにも関わらず、感覚的にはそのような感覚、および、身体的な反応・反射が体験される。また、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。 As a result, even though the panels and displays composed of flat, curved, and three-dimensional shapes are installed in the housing or the like so as to be fixed, slightly displaced, or slightly vibrated, a feeling of insertion, a feeling of pushing, and a feeling of being sunk are achieved. , Depth, push-back, lift, vibration / amplitude convergence, vibration / amplitude reverberation, displacement / movement direction, squishy, hardness, softness, three-dimensional feel .. Physically, even though such a sensation is not reproduced / presented, the sensation and the physical reaction / reflex are experienced sensuously. Further, in an information terminal or the like, it is possible to obtain a realistic operation feel of an object such as a button, a slider, a dial, a switch, or an operation panel in spite of a flat or flat panel.
上記以外にも、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)などに利用可能である。 In addition to the above, stationery, notebooks, pens, home appliances, signboards, signage, kiosk terminals, walls, tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (surgery, driving, massage, sports, walking, It can be used for musical instruments, crafts, paintings, arts, etc.
図61は、触力覚ディスプレイ・パネルシステムの集積化された各種構成を示す。タッチパネルに複数個のアクチュエータが取り付けられている。アクチュエータは、アレイ状であってもよい。タッチパネルにアクチュエータが集積化されていてもよい。複数モジュールから構成されたユニット、集積されたアレイタイプ、表面に配置された球体・立体タイプ、その球体・立体の中にも詰まったソリッド・タイプがあげられる。このように、アクチュエータ・アレイとして集積することで、平面、曲面、立体などの様々な形状や大きさの触力覚情報提示システムを構成することができる。 FIG. 61 shows various integrated configurations of a tactile display panel system. A plurality of actuators are attached to the touch panel. The actuator may be in an array. The actuator may be integrated on the touch panel. Examples include a unit composed of multiple modules, an integrated array type, a sphere / three-dimensional type arranged on the surface, and a solid type packed in the sphere / three-dimensional. By integrating as an actuator array in this way, it is possible to configure a tactile force sense information presentation system having various shapes and sizes such as a flat surface, a curved surface, and a three-dimensional shape.
図62は、触力覚ディスプレイ・パネル設けられたアクチュエータをアレイ状に配置しており、そしてこれらをリンク機構、振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介して取り付けられている。振動緩衝剤もしくは緩衝機構を介さなくてもよい。複数モジュールは、単に、平面、曲面、立体に配置されたもの、各モジュールが、リンク機構でつなげられたもの、振動緩衝剤・緩衝機構でつなげられたもの、独立したものなど、様々な配置方法がある。 In FIG. 62 , actuators provided with a tactile display panel are arranged in an array, and these are attached via a link mechanism, a vibration buffer, or a buffer mechanism. It does not have to go through a vibration buffer or a buffer mechanism. Multiple modules are simply arranged in a plane, curved surface, or three-dimensional shape, each module is connected by a link mechanism, a vibration buffer / buffer mechanism is connected, or an independent module. There is.
図64から図67は、触力覚デバイスの基本モジュールの解略図を示す。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、動き等の変位、回転、速度、加速度、圧力、力をフォトデバイス、歪、しなり、抵抗、導電、静電容量、音波、レーザ等を用いたセンサで計測する。センサ信号は、物体により及び又は物体への位置、速度、加速度、形状、変位、変形、振幅、回転、振動、力、トルク、圧力、湿度、温度、粘度、弾性の少なくとも1つを備える刺激を備える。これにより、ボタン感、摩擦感、凸凹感といった触力覚の感覚、痛覚、および、バーチャル物体の存在感・感触が表現される。 64 to 67 show a schematic diagram of the basic module of the tactile sensation device. The basic module of the tactile sensation device digitizes and digitally expresses the tactile sensation of buttons, friction, unevenness, pain, presence of virtual objects, and expressiveness. It presents the sense of tactile force and the sense of illusionary tactile force due to physical quantities and stimuli such as contact with fingers and the body, displacement according to movement, rotation, deformation, and vibration. Then, displacement such as contact and movement, rotation, velocity, acceleration, pressure, and force are measured by a sensor using a photodevice, strain, bending, resistance, conductivity, capacitance, sound wave, laser, or the like. The sensor signal is a stimulus with at least one of position, velocity, acceleration, shape, displacement, deformation, amplitude, rotation, vibration, force, torque, pressure, humidity, temperature, viscosity, elasticity to and from the object. Be prepared. As a result, the sensation of tactile force such as button feeling, friction feeling, and unevenness, pain sensation, and presence / feeling of virtual object are expressed.
パネルは、自由な平面、形状に対応可能である。これにより、自由なデザインが可能となる。触力覚に関する瞬間的な変化のデジタル表現は可能である。タッチパネルに触れる前のタッチパネル付近での動作をモニタすることでタッチパネルに接した時のリアルタイム応答特性の向上を図ることができる。動きなどの変位、回転、速度、加速度、圧力、力を非接触センサ等で計測する。よって衝突感、衝撃感が表現される。触力覚に関する接し状態をデジタル表現できる。指の接し角度、接した面積、指の湿り気、等の接し状態をモニタして、その状態を反映した制御が可能にで、よってなぞり感表現を向上できる。 The panel can be used in any plane and shape. This allows for free design. Digital representation of momentary changes in tactile sensation is possible. By monitoring the operation near the touch panel before touching the touch panel, it is possible to improve the real-time response characteristics when the touch panel is touched. Displacement such as movement, rotation, velocity, acceleration, pressure, and force are measured with a non-contact sensor or the like. Therefore, a feeling of collision and a feeling of impact are expressed. It is possible to digitally express the contact state related to the sense of tactile force. It is possible to monitor the contact state of the finger such as the contact angle of the finger, the contact area, the dampness of the finger, etc., and control that reflects the state, thereby improving the expression of the trace feeling.
図68〜図78は、パネル型モジュールの概略図である。触力覚デバイスの基本モジュールは、ボタン感、摩擦感、凹凸感の触力覚の感覚、痛感、バーチャル物体の存在感、表現感をデジタル化、デジタル表現をする。指や身体等の接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量・刺激による触力覚及び錯触力覚の提示を行う。そして、接触、接触位置、動きに合わせた変位、回転、変形、振動等の物理量、刺激及びその刺激のタッチパネル上の空間バランス、強度分布、時間変化による触力覚及び錯触力覚を提示する。よって、刺激の空間バランス、強度分布、時間変化による、力、物体、存在感の移動、伝搬、形状変化の感覚(ファントム・センセーション)が可能になり、硬質パネルにおける物体、存在感を提示できる。また、硬質パネルにも関わらず、物体、立体物、およびその存在感を提示することができる。 68 to 78 are schematic views of the panel type module. The basic module of the tactile sensation device digitizes and digitally expresses the tactile sensation of buttons, friction, unevenness, pain, presence of virtual objects, and expressiveness. It presents the sense of tactile force and the sense of illusionary force due to physical quantities and stimuli such as contact with fingers and body, contact position, displacement according to movement, rotation, deformation, and vibration. Then, the contact, the contact position, the physical quantity such as displacement, rotation, deformation, and vibration according to the movement, the spatial balance of the stimulus and the stimulus on the touch panel, the intensity distribution, and the tactile force sense and the illusionary force sense due to the time change are presented. .. Therefore, the spatial balance of the stimulus, the intensity distribution, the movement and propagation of the force, the object, and the presence due to the time change, and the sensation of the shape change (phantom sensation) become possible, and the object and the presence in the hard panel can be presented. In addition, despite the rigid panel, it is possible to present an object, a three-dimensional object, and its presence.
図69は、フォトインタラプトを基材に設置したタッチパネル構造を示す。フォトインタラプトは、距離、変化を検出して、ボタンの押し込み感覚(沈み込みピッチ、深さ)を知覚する。よって硬質パネルにおけるボタン感覚をデジタル表現することで用途や好みに合わせて適応的に質感、感触表現を瞬時に変えることができる。 FIG. 69 shows a touch panel structure in which a photo interrupt is placed on a base material. The photo interrupt detects distance and change, and perceives the feeling of pressing a button (sinking pitch, depth). Therefore, by digitally expressing the button sensation on the hard panel, the texture and tactile expression can be instantly changed according to the application and preference.
図70、図71及び図72は、タッチパネルにアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図70は、タッチパネルのほぼ中央にアクチュエータが宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。 70 , 71 and 72 show a structure in which an actuator is attached to a touch panel in a suspended structure. FIG. 70 shows a structure in which an actuator is attached to a suspended structure substantially in the center of the touch panel.
図71は、アクチュエータがタッチパネルの両端に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図70及び図71の構造では、パネルと壁との間には、側壁に粘弾性材料や、振動緩衝剤を設けることが好ましい。 FIG. 71 shows a structure in which actuators are attached to both ends of a touch panel in a suspended structure. In the structures of FIGS . 70 and 71, it is preferable to provide a viscoelastic material or a vibration buffer on the side wall between the panel and the wall.
図72は、アクチュエータがタッチパネルの両端側に宙吊り構造に取り付けられた構造を示す。図72の構造では、パネルと壁との間には、側壁に低摩擦材料を設けることが好ましい。これら構造により、触力覚の感覚強度及びその効果を増加させることができる。図71の構造では、タッチパネル、アクチュエータ部分を浮かせた、6自由度の変位・振動の3Dスピーカ機構によりタッチパネルを通して、指、身体に伝達する物理量、刺激量を増やすことができ、物理量、刺激量の増加に伴う、また、図71のアクチュエータ部分をタッチパネルの両端に、また図72では、慣性アクチュエータがタッチパネルの両端側に取り付けられている構造を備えることにより、タッチパネルを通して、指、身体に伝搬する物理量、刺激量を増やすことができる。触力覚の感覚量を増加し、さらに押し込み感覚量、沈み込みピッチ、深さ感覚を増加する。IoT用デバイスに適用できる。実装場所を選びことなしに感覚量、効率を増加できる FIG. 72 shows a structure in which actuators are attached to both ends of a touch panel in a suspended structure. In the structure of FIG. 72 , it is preferable to provide a low friction material on the side wall between the panel and the wall. With these structures, the sensory strength of the tactile sensation and its effect can be increased. In the structure of FIG. 71 , the physical quantity and the stimulus amount transmitted to the finger and the body can be increased through the touch panel by the 3D speaker mechanism of displacement / vibration with 6 degrees of freedom in which the touch panel and the actuator portion are floated, and the physical quantity and the stimulus amount can be increased. With the increase, the physical quantity propagated to the finger and the body through the touch panel by providing the structure in which the actuator portion of FIG. 71 is attached to both ends of the touch panel and in FIG. 72, the inertial actuators are attached to both ends of the touch panel. , The amount of stimulation can be increased. It increases the amount of tactile sensation, and further increases the amount of pushing sensation, subduction pitch, and depth sensation. Applicable to IoT devices. You can increase the amount of feeling and efficiency without choosing the mounting location.
図73から図77は、タッチパネルに液晶ディスプレイを組み込むだタッチパネルモジュールの概略図を示す。図73タッチパネルモジュールは、タッチパネルの両側に配置された1対のモジュールの空間部分に液晶パネルを配置されている。タッチパネルとアクチュエータとは、互いに分離されているため液晶パネルの映像がぶれないでかつ振動しない。液晶パネルに映しだされた物体の触覚、感触の提示及び存在感が提示される。2Dモデルによる3D物体の触感、感触の疑似的な表現が可能となる。 73 to 77 show a schematic view of a touch panel module in which a liquid crystal display is incorporated in a touch panel. FIG. 73 In the touch panel module, a liquid crystal panel is arranged in a space portion of a pair of modules arranged on both sides of the touch panel. Since the touch panel and the actuator are separated from each other, the image on the liquid crystal panel does not blur and does not vibrate. The tactile sensation, the presentation of the feel, and the presence of the object projected on the liquid crystal panel are presented. It is possible to express the tactile sensation and tactile sensation of a 3D object by a 2D model.
図74及び図75は、薄型のタッチパネルモジュールの概略図を示す。図74は、図73と同じ配置を示す。図75は、タッチパネルの両端にそれぞれアクチュエータが配設されているため、スマートフォン等の薄型機器に実装が可能である。 74 and 75 show a schematic view of a thin touch panel module. FIG. 74 shows the same arrangement as in FIG. 73. Since the actuators are arranged at both ends of the touch panel in FIG. 75 , it can be mounted on a thin device such as a smartphone.
図76は、図73〜図75のタッチパネルモジュールのタッチパネルの表面上にスクリーンを設け、スクリーンの上方にプロジェクタを配設したタッチパネルモジュールシステムの概略図を示す。これにより、映像のデジタル触力覚機能が実現できる。プロジェクタによる映像投影と触力覚タッチパネルが制御される。 FIG. 76 shows a schematic view of a touch panel module system in which a screen is provided on the surface of the touch panel of the touch panel modules of FIGS . 73 to 75 and a projector is arranged above the screen. As a result, the digital tactile force function of the image can be realized. The image projection by the projector and the tactile touch panel are controlled.
図77は、図73〜図76のタッチパネルモジュール上に五感情報提示機が配設されている概略図である。五感情報提示機の設置により視覚、聴覚、触覚等の五感活用によるリアリティの向上が図れる。また、映像、音響、触り心地、匂い、味等の五感を利用できる。触力覚情報にオブジェクトとして一致した、または一致しない(ミスマッチ)の五感情報との相互効果で錯覚を増強、促進する、また現実には存在しない感覚を拡張できる。 FIG. 77 is a schematic view in which the five senses information presenter is arranged on the touch panel modules of FIGS . 73 to 76. By installing a five-sense information presenter, reality can be improved by utilizing the five senses such as sight, hearing, and touch. In addition, the five senses such as image, sound, touch, smell, and taste can be used. The illusion can be enhanced and promoted by the mutual effect with the five sense information that matches or does not match (mismatch) with the tactile force sense information as an object, and the sensation that does not exist in reality can be expanded.
図78は、マルチタッチ用アレイユニットの概略図を示す。基本的な移動感覚・運動感覚を提示する。各パネルごとの変位方向の位相制御を行い、移動刺激による単なる変位以外の移動・運動感覚の表現できる。固定式パネルによる回転感覚を提示する。 FIG. 78 shows a schematic view of the multi-touch array unit. Presents basic movement and kinesthetic sensations. By controlling the phase of the displacement direction for each panel, it is possible to express movement / motion sensations other than mere displacement by movement stimuli. It presents a sense of rotation with a fixed panel.
図79は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と指先で感覚合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を提示する。 FIG. 79 presents a complex kinesthetic sensation. For each panel, phase control in the displacement direction and sensory synthesis control with the fingertips are performed to present a feeling of expansion, a feeling of oppression, a feeling of twisting, a feeling of expansion, and a feeling of oppression. It presents a sense of deformation with a fixed panel.
図80は、複雑な運動感覚を提示する。各パネルごとに変位方向の位相制御と知覚・認知層における感覚合成して、マルチタッチ感覚を合成制御して、膨張感、圧迫感、ねじれ感を得て、膨張感、圧迫感を提示する。固定式パネルによる変形感覚を得る。 FIG. 80 presents a complex kinesthetic sensation. For each panel, phase control in the displacement direction and sensory synthesis in the perceptual / cognitive layer are performed to synthesize and control the multi-touch sensation to obtain a sensation of swelling, oppression, and twist, and present a sensation of swelling and oppression. Get a sense of deformation with a fixed panel.
図81は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分[触覚・力覚]の再生する感覚合成制御を行う。指圧によるZ方向圧覚駆動およびX−Y変位トリガーによる制御を行い、Z方向による触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。 FIG. 81 presents the sense of touch and force by one device. It controls the sensory synthesis that reproduces different components [tactile / force] for each panel. The Z-direction pressure sense drive by acupressure and the control by the XY displacement trigger are performed, and the tactile sense and the force sense in the Z direction are simultaneously presented. Achieve multiple resonance peaks.
図82は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚・力覚)を再生する。指圧によるZ方向圧覚駆動およびX−Y変位トリガーによる制御、Z方向の圧覚を生成・制御を行い、パネルによる触覚・力覚の同時提示する。複数の共振ピークを実現する。 FIG. 82 presents the sense of touch and force by one device. Reproduce different components (tactile and force) for each panel. Z-direction pressure sensation drive by acupressure, control by XY displacement trigger, generation and control of Z-direction pressure sensation are performed, and tactile sensation and force sensation are simultaneously presented by the panel. Achieve multiple resonance peaks.
図83は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚・力覚)を異なるタイミングで再生する。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの相互効果を避ける。子音・母音を提示する。 FIG. 83 presents the sense of touch and force by one device. Different components (tactile and force sensations) are reproduced at different timings for each panel. The method of synthesis is not limited to this. Avoid mutual effects such as mutual masking of tactile and force senses. Present consonants and vowels.
図84は、誘起パターンを制御して前変位、後変位を制御する。図85は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(触覚・力覚)を異なるタイミングで再生する。重なっている場合と、重ならない部分がある場合。合成の仕方はこれに限らない。触覚・力覚の相互マスキングなどの総合効果を避ける。子音・母音を提示する。 FIG. 84 controls the induced pattern to control the anterior displacement and the posterior displacement. FIG. 85 presents the sense of touch and force by one device. Different components (tactile and force sensations) are reproduced at different timings for each panel. When there are overlapping parts and when there are parts that do not overlap. The method of synthesis is not limited to this. Avoid comprehensive effects such as mutual masking of tactile and force sensations. Present consonants and vowels.
図86は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(強度・振幅、周波数、波形、位相)を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。図87は、一つのデバイスによる触覚・力覚を提示する。パネル毎に異なる成分(強度・振幅、周波数、波形、位相)を提示する。波形比較、差分、位相差、相乗効果によって、成分とは異なる感覚を生成する。 FIG. 86 presents the sense of touch and force by one device. Different components (intensity / amplitude, frequency, waveform, phase) are presented for each panel. Waveform comparison, difference, phase difference, and synergistic effect generate a sensation different from the components. FIG. 87 presents the sense of touch and force by one device. Different components (intensity / amplitude, frequency, waveform, phase) are presented for each panel. Waveform comparison, difference, phase difference, and synergistic effect generate a sensation different from the components.
図88は、触力覚における尖った山頂凸感覚をボタン形状感覚生成して提示する。中央近くほどパネル振幅が大きく。遠ざかると小さくなる。山頂での感覚(引き戻し・追い越し感覚)を提示する。パネルによる尖った勾配凸感覚を提示する。図89は、触力覚における半円柱凸感覚を提示する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。山越え(引き戻し・追い越し)を提示する。パネルによる凸感覚を提示する。 FIG. 88 generates and presents a button-shaped sensation of a sharp peak convex sensation in the tactile force sensation. The closer to the center, the larger the panel amplitude. It gets smaller as you move away. Present the feeling at the top of the mountain (feeling of pulling back / overtaking). It presents a sharp gradient convex sensation by the panel. FIG. 89 presents a semi-cylindrical convex sensation in tactile sensation. Control the intensity and amplitude of stimulation and displacement. Present mountain crossing (pulling back / overtaking). Presents a convex sensation by the panel.
図90は、触力覚における凹ギャップ感覚を提示する。抵抗感を一瞬なくして、ギャップ感覚を提示する。パネルによる凹んだギャップ感覚を提示する。 FIG. 90 presents a concave gap sensation in tactile sensation. It eliminates the feeling of resistance for a moment and presents a sense of gap. Presents a dented gap sensation due to the panel.
図91は、ボタン間での指移動(わたり感覚)を誘導感覚制御する。刺激・変位の強度・振幅を制御する。ボタン間に留まり難く、ボタンへ誘導される。平面パネル上で、ポテンシャル場のアトラクターのように指移動を誘導する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。 FIG. 91 controls the guided sensation of finger movement (crossing sensation) between buttons. Control the intensity and amplitude of stimulation and displacement. It is hard to stay between the buttons, and you are guided to the buttons. On a flat panel, it guides finger movement like an attractor in a potential field. Operate the pointer from the panel to move between the buttons. When the pointer exits the button area, it is guided to the next pointer. The panel amplitude increases as it approaches the center of the induction section (it decreases as it moves away). The force sense direction switches at the center of the guidance section.
図92は、ボタン間の誘導感覚を制御してエッジ感、端点感覚を提示する。誘導区間終了時に、クリック変位する。エッジの存在感、ボタンの浮き上がり感が得られる。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)。誘導区間中央で力覚方向が切替わる。 FIG. 92 controls the guidance sensation between the buttons to present the edge sensation and the end point sensation. Click displacement at the end of the guidance section. You can get the presence of the edge and the raised feeling of the button. Operate the pointer from the panel to move between the buttons. When the pointer exits the button area, it is guided to the next pointer. The panel amplitude increases as it approaches the center of the induction section (it decreases as it moves away). The force sense direction switches at the center of the guidance section.
図93ボタンの誘導感覚を制御してエッジ感を提示するエッジ部分に、マスキング変位(振動)を生じる。エッジの存在感、平面パネルでのボタンの段差・凹み感を得る。パネルからポインタを操作してボタン間を移動する。ポインタがボタン領域から出ると次のポインタまで誘導される。誘導区間中央に近づくほどパネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)。誘導区間中央で力覚方向が切り替わる。 FIG. 93 A masking displacement (vibration) is generated at an edge portion that controls the guidance sensation of the button and presents an edge sensation. Get the presence of edges and the feeling of steps and dents on the buttons on a flat panel. Operate the pointer from the panel to move between the buttons. When the pointer exits the button area, it is guided to the next pointer. The panel amplitude increases as it approaches the center of the induction section (it decreases as it moves away). The force sense direction switches at the center of the guidance section.
図94は、スライダを触力制御して安定的触力覚を提示する。パネルからポインタを操作してボタン間を移動、ポインタかボタン領域から出ると次のボタンまで誘導、誘導区間中央に近くほど@パネル振幅が大きくなる(遠ざかると小さくなる)、誘導区間中央で力覚方向を切換わる。スライダ感覚を得る。 FIG. 94 shows a stable tactile force sensation by controlling the tactile force of the slider. Operate the pointer from the panel to move between buttons, guide to the next button when exiting the pointer or button area, @panel amplitude increases as it gets closer to the center of the guidance section (it decreases as it goes away), and force sensation at the center of the guidance section. Switch direction. Get a slider feel.
図95は、スライダを触力覚制御して安定的触力覚を提示し、スライダ端点でクリック変位を発生する。スライダ感覚を得る。図96は、スライダの感覚制御を示す。 In FIG. 95 , the slider is controlled by tactile force to present a stable tactile force sense, and a click displacement is generated at the end point of the slider. Get a slider feel. FIG. 96 shows sensory control of the slider.
図97は、スウィープ時の安定的な触力覚を提示する。静摩擦時、動摩擦時のケース分けして制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定提示する。図98は、スウィープ時の動摩擦制御(等周期化)して安定的な触力覚を提示する。切断変位によるコヒーレントな位相を制御する。安定した触力覚を提示する。異なる制御モードで安定を提示する。 FIG. 97 presents a stable tactile sensation during a sweep. Control is performed separately for cases during static friction and dynamic friction. Presents a stable tactile sensation. Stable presentation in different control modes. FIG. 98 presents a stable tactile force sensation by controlling dynamic friction (equal periodicity) during sweeping. Controls the coherent phase due to cutting displacement. Presents a stable tactile sensation. Presents stability in different control modes.
図99は、スウィープ時の静摩擦制御して安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせ、往復運動。スライダ感覚。図100は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット(パネル面から指を浮かす)。スライダ感覚。 FIG. 99 presents a stable tactile force sensation by controlling static friction during sweeping. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider, slide your finger, and reciprocate. It feels like a slider. FIG. 100 presents a stable tactile force sensation by controlling static friction during sweeping. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider, slide your finger, and reset your finger when you reach the end (float your finger from the panel surface). It feels like a slider.
図101は、スウィープ時の静摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドし、端まで来たら指をリセット(切断変位)。スライダ感覚。図102は、スウィープ時の動摩擦制御により安定的な触力覚を提示する。指(身体)を固定し、バーチャルスライダを動かす。バーチャルスライダを固定し、指をスライドさせる。摩擦が張力限界を超えた時、接触固定が外れる。スライダ感覚。 FIG. 101 presents a stable tactile force sensation by controlling static friction during sweeping. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider, slide your finger, and reset your finger when you reach the end (cutting displacement). It feels like a slider. FIG. 102 presents a stable tactile force sensation by controlling dynamic friction during sweeping. Fix your finger (body) and move the virtual slider. Fix the virtual slider and slide your finger. When the friction exceeds the tension limit, the contact fixation is released. It feels like a slider.
これらのスウィープ波形、クリック波形、切断波形は、振動で良いし、任意の波形でも良い。任意波形は、所望の触感・感触に合わせた、様々な波形パターンが存在している。直線的な増加・減少や、正弦波的な振動、基本周波数成分の組合せにとどまらず、シンセサイザーで楽器の音色や音楽を創造するかのように、任意波形のデザイン、振幅変調、周波数変調、畳み込み、およびその組合せなどによって、様々な触感・感触を表現することができる。 These sweep waveforms, click waveforms, and cut waveforms may be vibrations or arbitrary waveforms. As the arbitrary waveform, there are various waveform patterns that match the desired tactile sensation and feel. Not only linear increase / decrease, sinusoidal vibration, and combination of fundamental frequency components, but also arbitrary waveform design, amplitude modulation, frequency modulation, and convolution, as if creating the tone and music of an instrument with a synthesizer. , And their combinations, etc., can express various tactile sensations and tactile sensations.
図103は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。―押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
FIG. 103 controls and presents the feeling of pressing a button. -Displacement is applied to the panel at the timing when the
図104は、ボタンの押込を制御して押し込みボタン感覚を提示する。―押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに変位を加える。―閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。へこまないパネルなのに、押込深さ感覚を体感。物理的なへこみなしに、へこみ感覚。
FIG. 104 controls the push of a button to present a push button sensation. -Displacement is applied to the panel at the timing when the
図105は、ボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。図106は、シャッターボタンの押込感覚を制御して提示する。閾値を複数設定することで半押しなどの感覚を表現する。カメラのシャッターのような半押し感覚。シャッターフォーカスの保持感覚。 FIG. 105 controls and presents the feeling of pressing a button. By setting multiple threshold values, a feeling such as half-pressing is expressed. It feels like a half-press like a camera shutter. The feeling of holding the shutter focus. FIG. 106 controls and presents the feeling of pressing the shutter button. By setting multiple threshold values, a feeling such as half-pressing is expressed. It feels like a half-press like a camera shutter. The feeling of holding the shutter focus.
図107は、ボタンの押し込み感覚を制御して提示する。押し込みと解放を分ける(1回目は解放無、2回目は解放有)。図108は、ボタンの押込感覚をラッチ制御して提示する。押込と解放を分ける(1回目は解放無、2回目は解放有) FIG. 107 controls and presents the feeling of pressing a button. Separate push and release (first time without release, second time with release). FIG. 108 shows the feeling of pressing the button by latch control. Separate push and release (first time without release, second time with release)
図109は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図110は、ノッチ用パルス閾値を不等感覚に制御する。図111は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。 FIG. 109 controls the notch pulse thresholds at equal intervals. Millefeuille, the feeling of putting a knife in ice cream covered with chocolate. FIG. 110 controls the notch pulse threshold value in an unequal sense. FIG. 111 controls the notch pulse thresholds at equal intervals. Millefeuille, the feeling of putting a knife in ice cream covered with chocolate.
図112は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図113は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。図114は、ノッチ用パルス閾値を不等間隔に制御する。ミルフィーユ、チョコでカバーされたアイスクリームにナイフを入れた感覚。 FIG. 112 controls the notch pulse thresholds at equal intervals. Millefeuille, the feeling of putting a knife in ice cream covered with chocolate. FIG. 113 controls the notch pulse thresholds at equal intervals. Millefeuille, the feeling of putting a knife in ice cream covered with chocolate. FIG. 114 controls the notch pulse thresholds at unequal intervals. Millefeuille, the feeling of putting a knife in ice cream covered with chocolate.
図115は、押し込み感覚ボタンをヒステリ制御する。押下圧力時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。 FIG. 115 shows hysterical control of the push-feel button. Amplitude is added to the panel at the timing when the threshold value at the time of pressing pressure and the threshold value at the time of descending are exceeded. The hardness of the button is expressed by the threshold value, the amplitude of the panel, and the frequency.
図116は、押し込み感覚ボタンを指圧関数制御する。押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現図117は、押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。波形の適応を制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現する。
FIG. 116 controls the acupressure function of the push sensation button. Amplitude is added to the panel at the timing when the
図118は、押し込み感覚ボタンを3D的に変位振幅面(位相)を押し込み、閾値に応じて制御する。押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
In FIG. 118 , the displacement amplitude surface (phase) is pushed in 3D by pushing the push feeling button, and the push feeling button is controlled according to the threshold value. Amplitude is added to the panel at the timing when the
図119は、押し下げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現。押す下圧力上昇時の閾値と下降時の閾値を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。
In FIG. 119 , the push-in sensation button is controlled according to the situation by applying an amplitude to the panel at a timing when the
図120は、押し下げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。押し下げ圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加えて押し込み感覚ボタンを状況に合わせて制御する。
In FIG. 120 , the amplitude is applied to the panel at the timing when the
図121は、押し込み感覚ボタンを時間パターンで制御する。図122は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に制御する。図123は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にパルス幅振幅制御する。図124は、ノッチ用パルス閾値を等間隔に波形制御する。図125は、ノッチ用パルス閾値を等間隔にマスキング制御する。 FIG. 121 controls the push-feeling button in a time pattern. FIG. 122 controls the notch pulse thresholds at equal intervals. FIG. 123 controls the pulse width amplitude at equal intervals for the notch pulse threshold value. FIG. 124 shows that the notch pulse threshold value is waveform-controlled at equal intervals. In FIG. 125 , the notch pulse threshold value is masked and controlled at equal intervals.
図126は、押し込み感覚ボタンを動・静摩擦制御して押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える。閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの硬さを表現する。図127は、押し込み感覚ボタンを位相制御して押下圧力上昇時の閾値1と下降時の閾値2を超えたタイミングでパネルに振幅を加える閾値の値とパネルの振幅、周波数でボタンの固さを表現
In FIG. 126 , the pressing sensation button is controlled by dynamic and static friction to add amplitude to the panel at a timing when the
図128は、押し込み等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。図129は、押し込み不等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現 In FIG. 128 , the pressing equal intervals are controlled, and the panel is oscillated at the timing when a plurality of threshold values are exceeded only when the pressing pressure rises. High frequency is used for the notch amplitude. Express a notch button in combination with a button. In FIG. 129 , the pressing unequal intervals are controlled, and the panel is oscillated at the timing when a plurality of threshold values are exceeded only when the pressing pressure rises. High frequency is used for the notch amplitude. Express a notch button in combination with a button
図130は、閾値等間隔を制御して、押下圧上昇時のみ、複数設けた閾値を超えたタイミングでパネルを振幅させる。ノッチの振幅は高周波を使用。ボタンと組み合わせてノッチボタンを表現。 In FIG. 130 , the threshold equal intervals are controlled, and the panel is oscillated at a timing exceeding a plurality of thresholds provided only when the pressing pressure rises. High frequency is used for the notch amplitude. Express a notch button in combination with a button.
図131は、触力覚ダイヤルを制御関数で制御する。位置位相ごとに変位方向を制御。変位は3D方向に制御可能。様々なダイヤル感触を実現。平板パネルでリアルなダイヤル感触。物理的・アナログなダイヤル機構が不要。図132は、パネルからポインタを操作してダイヤルを加速度感で回す。ダイヤルの接線と平行にパネルを振幅させて加速感を実現する。滑り表現ではさらにダイヤル回転方向に力覚を出すように制御する。 FIG. 131 shows that the tactile force dial is controlled by a control function. The displacement direction is controlled for each position and phase. Displacement can be controlled in the 3D direction. Achieves various dial feels. Realistic dial feel with flat panel. No need for physical or analog dial mechanism. In FIG. 132 , the pointer is operated from the panel to rotate the dial with a feeling of acceleration. The panel is oscillated parallel to the tangent of the dial to achieve a feeling of acceleration. In the sliding expression, it is further controlled to give a sense of force in the dial rotation direction.
図133は、パネルからポインタを操作してダイヤルを抵抗感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて抵抗感を実現する。図134は、パネルからポインタを操作してダイヤルを水平加速感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させて水平加速感を表現する。図135は、パネルからポインタを操作してダイヤルを可変感触で回す。ダイヤルの接線と任意の角度にパネルを振幅させて可変感触を表現する。各位置ごとに変位方向の位相を変化させることでさまざまな感触が生成される。図136は、パネルからポインタを操作してダイヤルをランダム感で回す。ダイヤルの接線と直角にパネルを振幅させてランダム感を表現する。 In FIG. 133 , the pointer is operated from the panel to turn the dial with a sense of resistance. A feeling of resistance is realized by swinging the panel at right angles to the tangent of the dial. In FIG. 134 , the pointer is operated from the panel to turn the dial with a feeling of horizontal acceleration. The panel is oscillated at right angles to the tangent of the dial to express a feeling of horizontal acceleration. In FIG. 135 , the pointer is operated from the panel to rotate the dial with a variable feel. The panel is oscillated to an arbitrary angle with the tangent of the dial to express a variable feel. Various feels are generated by changing the phase in the displacement direction for each position. In FIG. 136 , the pointer is operated from the panel to rotate the dial with a random feeling. The panel is oscillated at right angles to the tangent of the dial to express a sense of randomness.
図137は、ダイヤルをカチカチ感で、一定の位置位相ごとにクリック変位を起こさせて平面パネルローダーエンコーダ的感触、デジタルダイヤル感、ボリームつまみ感を実現する。 In FIG. 137 , the dial is clicked to cause a click displacement at a fixed position and phase to realize a flat panel loader encoder-like feel, a digital dial feel, and a volume knob feel.
図138は、ボリュームの円周上の円周誘導操作感、指が円周内に留まったり、円周上を指が動くような感覚、実際の回転ボリュ−ムを回転させたときの円周的動作感覚を一定の位置位相ごとに求心的触力覚を提示する。図139は、ボリュームの円周上の操作感、実際に回転ボリュームを回転させた時の円周誘導感、抵抗感をもって動作感覚を表現できる。一定の位置位相ごとに求心的触力覚と、抵抗的触力覚とを交互もしくは時間、排他的に提示すると同時にボリュームを回転させる時の円周的動作感覚を実現する。 FIG. 138 shows the feeling of guiding the circumference of the volume on the circumference, the feeling that the finger stays in the circumference, the feeling that the finger moves on the circumference, and the circumference when the actual rotation volume is rotated. It presents a sense of afferent tactile force at a certain position and phase. In FIG. 139 , the operation sensation can be expressed by the operation feeling on the circumference of the volume, the circumference guidance feeling when the rotating volume is actually rotated, and the resistance feeling. The afferent tactile sensation and the resistance tactile sensation are alternately or time-exclusively presented for each fixed position phase, and at the same time, a circumferential motion sensation when rotating the volume is realized.
図140は、ボリューム調整と確定動作の触力覚を表現する。一定の位置位相ごとにクリック変位を与え、クリック変位によるロータリー・ボリューム感、確定用のクリック変位によってボタン押し込み感、平面パネルでのボリューム操作・確定・スイッチ感覚を実現する。 FIG. 140 represents the tactile force sensation of volume adjustment and confirmation operation. A click displacement is given for each fixed position phase, and a rotary volume feeling due to the click displacement, a button pressing feeling due to the click displacement for confirmation, and a volume operation / confirmation / switch feeling on a flat panel are realized.
図141は、触力覚ダイヤルの感触バリエーションを増やす。位置位相ごとに変位方向、変位のさせ方を制御する。変位は、3D方向に制御可能である。様々なダイヤル感触、手応えを実現し、警告、注意を促す、方向提示の使い分け。開いたパネルで適宜、適時、適所に様々なダイヤル感触、手応えを提示する。状況に合わせて、適時的に感触、手応えを制御する。 FIG. 141 increases the tactile variation of the tactile force dial. The displacement direction and displacement method are controlled for each position and phase. The displacement can be controlled in the 3D direction. Achieve various dial feels and responses, and use different directions to warn and call attention. The open panel presents various dial feels and responses in the right place at the appropriate time. Control the feel and response in a timely manner according to the situation.
図142は、錯力覚は、デバイスのサイズ、形状を変化させて重量によって非線形に変化する。知覚音圧、知覚トルク強度を可変する。図143は、触力覚の閾値、知覚量は、デバイスサイズで変化させる。知覚トルク強度は、トルクから重量を差し引いて得られる。知覚量には最適デバイスサイズがある。 FIG. 142 shows that the illusion of force changes non-linearly with weight by changing the size and shape of the device. Variable perceived sound pressure and perceived torque intensity. In FIG. 143 , the threshold value and the perceived amount of the tactile force sense are changed depending on the device size. Perceived torque intensity is obtained by subtracting weight from torque. There is an optimal device size for the amount of perception.
図144は、質感は、圧覚(接触感);圧、温冷、触覚;ミクロ的時間構造、力覚;マクロ的時間構造、振動感;周波数で形成される。図145は、多彩なマクロ、ミクロ的な時間構造が質感を表現する、質感構造のデータベースを示す。 In FIG. 144 , the texture is formed by pressure sensation (contact feeling); pressure, hot / cold, tactile sensation; micro time structure, force sensation; macro time structure, vibration sensation; frequency. FIG. 145 shows a database of texture structures in which various macro and micro time structures express texture.
図146は、波形を制御して2D振幅方向を制御する。X軸、Y軸の波形合成でパネル面の任意軸に対する振幅を生成する。 FIG. 146 controls the waveform to control the 2D amplitude direction. Amplitude with respect to an arbitrary axis of the panel surface is generated by waveform synthesis of the X-axis and the Y-axis.
図147は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、ピッチ感、握り感、切裂感、回転感を実現でき、マウス操作の微妙な加減を直観的に実現できる。図148は、錯触力誘起関数生成器を使用して個人の特性を測定するシステムを示す。 In FIG. 147 , a large number of touch panels are arranged in an array, and an actuator is provided for each touch panel. As a result, the position in the displacement direction can be controlled for each panel, a feeling of pitch, a feeling of grip, a feeling of tearing, and a feeling of rotation can be realized, and a delicate adjustment of mouse operation can be intuitively realized. FIG. 148 shows a system for measuring an individual's characteristics using an illusion force induced function generator.
図149は、アクチュエータの制御方法を示すフローチャートである。 FIG. 149 is a flowchart showing a control method of the actuator.
図150〜図152に応用例とその効果を示す。図150は、個人のプロファイリングをダイヤル、ポインタを使用して実現する。筆跡判定のように操作プロファイル、生理情報によって分析して個人ID、心理状態、健康状態、疲労度を推定する。 Examples of applications and their effects are shown in FIGS . 150 to 152. FIG. 150 implements personal profiling using dials and pointers. The individual ID, psychological state, health state, and fatigue level are estimated by analyzing with the operation profile and physiological information as in the case of handwriting judgment.
図151は、多数のタッチパネルをアレイ状に配設して、各タッチパネル毎にアクチュエータが設けられている。これにより、各パネル毎に変位方向の位置を制御することができ、前進感、後退感、せん断・切り裂き感、拡大・ピンチ感、にぎり感、回転感を実現でき、これにより映像、及び指先の動かし方、力の入れ方に合わせて臓器等の身体の状態(硬さ、柔らかさ、形状等)を提供することで触診トレーニングを実現できる。 In FIG. 151 , a large number of touch panels are arranged in an array, and an actuator is provided for each touch panel. As a result, the position in the displacement direction can be controlled for each panel, and a feeling of forward movement, a feeling of backward movement, a feeling of shearing / tearing, a feeling of enlargement / pinch, a feeling of squeezing, and a feeling of rotation can be realized. Palpation training can be realized by providing physical conditions (hardness, softness, shape, etc.) such as organs according to how to move and apply force.
図152は、VR環境生成装置間を通信で結ぶことにより遠隔同期操作が可能となる。応用例のように、情報端末等において、平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。 In FIG. 152 , remote synchronization operation is possible by connecting the VR environment generators by communication. As in the application example, in an information terminal or the like, it is possible to realistically obtain the operation feel of an object such as a button, a slider, a dial, a switch, or an operation panel in spite of a flat or flat panel. Stationery, notebooks, pens, home appliances, signboards, signage, kiosk terminals, walls, tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (surgery, driving, It can be used for massage, sports, walking, musical instruments, crafts, paintings, arts), etc. It is possible to add added value to the product such as squishy feeling, hardness feeling, soft feeling, slippery feeling, slimy feeling, slimy feeling, rough feeling, bumpy feeling, tingling feeling, chewy feeling, rugged feeling, punyupnu feeling. can.
本発明を実施することにより、バーチャルリアリティの分野において用いられる機器、ゲーム・アミューズメント・エンタテイメントの分野において用いられる機器、IT分野において用いられる携帯通信機器、情報端末機器、ナビゲーション機器、携帯情報端末機器、自動車・ロボット分野において用いられる機器、医療・福祉分野において用いられる機器、宇宙開発の分野において用いられる機器、などに搭載され得る、有用なマンマシンインタフェースを実現することができる。 By implementing the present invention, devices used in the field of virtual reality, devices used in the field of games, amusement and entertainment, mobile communication devices used in the IT field, information terminal devices, navigation devices, mobile information terminal devices, It is possible to realize a useful man-machine interface that can be mounted on equipment used in the fields of automobiles and robots, equipment used in the fields of medical care and welfare, equipment used in the field of space development, and the like.
より具体的に述べると、例えばバーチャルリアリティや情報家電の分野においては、本発明を適用したマンマシンインタフェースを介して人に触覚・感触などの触力覚情報を提示したり、抗力あるいは反力などを与えて人の動きを制限することにより、仮想空間および実空間における物体の存在や衝突による衝撃や機器の操作感覚を提示することができる。また、携帯電話機,携帯型ナビゲーション機器などに上記インタフェースを搭載することにより、操作者の皮膚を介して、従来には見られなかった各種多様な指示・案内等を実現することができる。 More specifically, for example, in the fields of virtual reality and information appliances, tactile sensation information such as tactile sensation and tactile sensation can be presented to a person via a man-machine interface to which the present invention is applied, and drag or reaction force can be presented. By giving and restricting the movement of a person, it is possible to present the presence of an object in virtual space and real space, the impact of a collision, and the sense of operation of a device. In addition, by equipping a mobile phone, a portable navigation device, or the like with the above interface, it is possible to realize various instructions and guidance that have not been seen in the past through the skin of the operator.
平面・平坦なパネルにも関わらず、ボタン、スライダ、ダイヤル、スウィッチ、操作パネルなどの物体の操作感触がリアルに得られることが可能となる。様々な感触を提示することができるため、文具、ノート、ペン、家電、看板、サイネージ、キオスク端末、壁、テーブル、椅子、マッサージャー、乗り物、ロボット、車椅子、食器、シェイカー、シミュレータ(手術、運転、マッサージ、スポーツ、歩行、楽器、工芸用、絵画用、芸術用)などに利用可能であり、差し込み感、めり込み感、深さ感、戻され感、浮き上がり感、収束感、残響感、方向感覚、ズブズブ感、硬さ感、ソフト感、ツルツル感、ヌメヌメ感、ヌルヌル感、ザラザラ感、でこぼこ感、チクチク感、コチコチ感、コツコツ感、プニュプニュ感といった触感・感触といった付加価値を製品に付加することができる。 Despite the flat and flat panel, it is possible to obtain a realistic operation feel of objects such as buttons, sliders, dials, switches, and operation panels. Stationery, notebooks, pens, home appliances, signboards, signage, kiosk terminals, walls, tables, chairs, massagers, vehicles, robots, wheelchairs, tableware, shakers, simulators (surgery, driving, It can be used for massage, sports, walking, musical instruments, crafts, paintings, arts), etc. It is possible to add added value to the product such as squishy feeling, hardness feeling, soft feeling, slippery feeling, slimy feeling, slimy feeling, rough feeling, bumpy feeling, tingling feeling, chewy feeling, rugged feeling, punyupnu feeling. can.
Claims (6)
前記物理量生成装置の駆動を制御するコントローラと、
人の感覚特性を備える錯触力覚インターフェースと、
を備える表示体に錯触力覚を誘起させる装置であって、
前記感覚特性は、非線形、ヒステリシス、マスキング、及び閾値の少なくとも1つを備え、前記コントローラは、触力覚及び/又は錯触力覚の感覚合成を及び/又は物理量を制御して、前記表示体を介して感覚量を提示し、前記表示体に表示される1つ又は複数の表示物体の形状又は位置に伴って誘起される感覚を制御して、前記感覚量とは異なる感覚及び/又は物理的に存在していない感覚を提示し、
前記誘起される感覚は、前記表示物体に誘導される感覚を含み、
前記誘起される感覚の提示は、複数の前記表示物体間の中央に近づくほど強い感覚になること、又は前記表示物体間の中央で力覚方向が切り替わることを含む、装置。 A display body equipped with a physical quantity generator and
A controller that controls the drive of the physical quantity generator and
An illusionary force interface with human sensory characteristics,
It is a device that induces a sense of illusionary force in a display body equipped with
The sensory characteristic comprises at least one of non-linearity, hysteresis, masking, and threshold value, and the controller controls sensory synthesis of tactile force sense and / or illusionary force sense and / or physical quantity to control the display body. The sensation amount is presented through the sensation amount, and the sensation induced by the shape or position of one or more display objects displayed on the display body is controlled to control the sensation amount different from the sensation amount and / or the physical quantity. Presenting a feeling that does not exist
Sensations the induced, saw including a sensation induced on the display object,
Presentation of sensations the induced, it becomes strong sense closer to the center between the plurality of the display object, or the centrally including that force direction is switched between the display object device.
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