JP4413105B2

JP4413105B2 - 加速度発生装置及び擬似力覚発生装置

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Publication number: JP4413105B2
Application number: JP2004248854A
Authority: JP
Inventors: 太郎前田; 英由樹安藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP2006065665A

Description

本発明は、手応えのような力覚を利用者に知覚させる技術に関し、特に、その反作用力を支持する支点や力点を必要とせず、物理的な作用力としての平均は０のままでありながら力覚を知覚させる技術に関する。

現代は情報が輻輳する時代である。ところが、人間の情報処理能力には限界があるにもかかわらず、従来の情報提供手法は視覚や聴覚を用いたものが中心であった。そのため、視聴覚に対する情報提供では、提供された情報が視聴覚に集中し、ユーザの注意を遷移させてしまうという点が問題であった。また、視聴覚の刺激を運動に反映させるには意識上の解釈を必要とするため、情報を受けてから動作を開始するまでの遅延時間が比較的長いという問題点もあった。
このような問題点を解決するため、視聴覚チャンネル以外の情報提供チャンネルとして手応え等の力覚チャンネルの開発が進められている。

従来の力覚研究は接地型、非接地型の２つに分類することができる。接地型は、発生させる力覚の反作用力を支持する支点や力点を外部或いは人体に固定する形態であり、非接地型は、このような支点・力点を用いない形態である（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
筧直之，矢野博昭，斉藤充，小木哲郎，廣瀬通考：投入型仮想空間における力覚提示デバイスHapticGERAの開発とその評価，日本バーチャルリアリティ学会論文誌，VOL. 5, No.4, pp. 1113-1120, 2000. 特開２００２−３４６２２５号公報

しかし、従来の力覚発生手法では、モバイル機器やウェアブルコンピューティングなどの可搬型機器分野への応用が困難であったという問題点がある。
例えば、外部に支点・力点を固定する接地型の場合、自由な移動を伴うモバイル機器やウェアラブルコンビューティングなどの分野ヘの応用は困難である。
また、支点・力点を作用点以外の身体部位に設ける接地型の場合、提示した力覚情報の反作用力も人体に加わるため、この力覚情報によって正確な方向情報を提示することは困難である。

また、古賀、狩野による特許文献１「撃力発生装置及びその制御装置、制御方法並びにプログラム」は急激なモーメント力の反作用によって上記の問題点を解決するために発明されたものであるが、提示可能な力覚が撃力に限定されており、時間的に安定した力覚を提示することは困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、反作用力を支持する支点や力点を設けることなく、時間的に安定した力覚を知覚させる技術を提供することを目的とする。

本発明では、上記の課題を解決するために、回転動力が伝えられる回転入力軸と、回転入力軸に伝えられた回転動力を、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動に変換する動力伝達部と、を有する加速度発生装置が提供される。ここで、この加速度運動は、正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動である。
通常、物理的に完全な作用力を生じさせるためには、その反作用力を支持する支点や力点が必要となる。これに対し、本発明では、そのような支点や力点がなく物理的な作用力としての平均は０のままである。しかし、本発明の加速度発生装置は、正方向の加速度の大きさの最大値と負方向の加速度の大きさの最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ運動継続時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ運動継続時間よりも短い運動を行う。そして、その加速度の正負の絶対値の差、作用時間の差及び人間の力覚知覚の非線形性により、狙った方向ヘの擬似的な力覚を表示する（詳細は後述）。

また、本発明において好ましくは、動力伝達部は、回転入力軸に固定された回転部材と、回転入力軸以外の回転部材上の部分に、当該回転入力軸と平行な第１回転軸によって回転可能に接合された第１リンク機構と、第１回転軸以外の第１リンク機構上の部分に、当該第１回転軸と平行な第２回転軸によって回転可能に接合された第２リンク機構と、第２回転軸以外の第２リンク機構上の部分が、当該第２回転軸と平行な第３回転軸によって回転可能に接合され、移動範囲が一方向のスライド運動に限定されたスライド機構と、回転入力軸に対する相対位置が固定されたスライド支点ベース部と、回転入力軸と平行なスライド支点回転軸によってスライド支点ベース部に回転可能に接合され、第１リンク機構を長手方向へスライド可能に保持するスライド支点機構とを有する。ここで、スライド機構の加速度運動は、正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動となる。

また、本発明において好ましくは、動力伝達部は、ピッチ面の位置によってピッチ円半径が異なり、回転入力軸の回転動力が伝達される第１非円形歯車と、ピッチ面の位置によってピッチ円半径が異なり、第１非円形歯車が噛み合い運動可能に噛み合わされた第２非円形歯車とを有する。ここで、第２非円形歯車の角加速度運動は、正方向における角加速度の絶対値の最大値と、負方向における角加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の角加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の角加速度をもつ時間よりも短い運動となる。

以上のように本発明では、反作用力を支持する支点や力点を用いることなく、時間的に安定した力覚を知覚させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
まず、本発明における第１の実施の形態について説明する。
＜原理＞
本形態は、本発明を並進型で実現した例である。まず、本形態の原理について説明する。
ある質量をもった物体の並進運動を考える。そしてこの並進運動は、提示したい方向へは大きな加速度で短時間移動し、逆の方向へは小さな加速度で長時間移動するという偏加速度をもった周期運動であるものとする。この場合、この物体を含む系を把持しているユーザは、この提示方向への擬似力覚を知覚する。
これは、人間の知覚特性を利用したものであり、把持動作に関わる固有感覚と触覚によって発生する現象である。

すなわち、筋紡錘（筋肉の収縮を感知して感覚を起こす骨格筋中の感覚器）の反射特性には、筋の長さが変化するときに強く興奮する動的反応と、伸ばされた筋が一定の長さに保たれるときにインパルス発射を続ける静的反応とがある。また動的反応は、筋の長さの変化が比較的小さくなる急であるときに強い（例えば「大山正,今井省吾,和気典二編：新編感覚・知覚心理学ハンドブック,誠信書房,１９９４.」参照）。このような知覚反応は一般に図６に示すようなＳ字型曲線（sigmoid curve）で近似できることが知られている。なおこの図の横軸は物理的な加速度を示し、縦軸は知覚的な加速度を示している。物理的な周期運動では加速度を一周期分積分すると零になるが、このＳ字型曲線によって変換された感覚値は同様に積分しても零になるとは限らない。例えば、図６のｆ_１（ｘ）のような範囲では、加速度の変化すなわち端点での微分値の差（f₁’(a+k)-f₁’(a)）が、感覚値の差よりも大きくなる。逆にｆ_２（ｘ）のような範囲では、加速度の変化（f₁’(b+k)-f₁’(b)）が、感覚値の差よりも小さくなる。これは、物理的な加速度の変化を感覚的に過小評価する箇所と、感覚的に過大評価する箇所とが存在することを意味している。そして、この感覚強度の違いを利用することにより、擬似的な力覚を発生させることができることを意味している。

また、皮膚表面と運動物体との接触面では、静止摩擦係数と動摩擦係数との関係により、ある加速度において並進運動の並進力が静止摩擦力を超え、すべりが生じることがある。そのため、提示したい方向へ大きな加速度を加えることにより、このすべりを発生させ、力覚を表示することもできる。

＜機械的な構成＞
図１は、本形態における並進型の加速度発生装置１の構成を例示した平面図であり、図２（ａ）は、図１のＧ方向からみた正面図であり、図２（ｂ）は図１におけるＨ−Ｈ部分断面図である。なお、図２（ｂ）のベース部１０は断面図ではなく側面図である。

以下、これらの図を用いて本形態の加速度発生装置１の構成を説明する。
図１，２に例示するように、本形態の加速度発生装置１は、ベース部１０と、ベース部１０に内蔵されたモータ２０と、モータ２０の回転動力が伝えられる回転入力軸２１と、回転入力軸２１に固定された回転部材３０（クランク）と、回転入力軸２１以外の回転部材３０上の部分に、当該回転入力軸２１と平行な第１回転軸３３によって回転可能に接合された第１リンク機構５０と、第１回転軸３３以外の第１リンク機構５０上の部分に、当該第１回転軸３３と平行な第２回転軸５１によって回転可能に接合された第２リンク機構７０と、第２回転軸５１以外の第２リンク機構７０上の部分が、当該第２回転軸５１と平行な第３回転軸８３ａによって回転可能に接合され、移動範囲が一方向（Ｆ方向）のスライド運動に限定されたスライド機構８２と、回転入力軸２１に対する相対位置が固定されたスライド支点ベース部４１と、回転入力軸２１と平行なスライド支点回転軸４３によってスライド支点ベース部４１に回転可能に接合され、第１リンク機構５０を長手方向（Ｉ方向）へスライド可能に保持するスライド支点機構４２と、を主な構成部品とする。

この例のベース部１０は、１つの段差によって低段部１１と高段部１２とが構成された階段状の中空体であり、その底面にはねじ孔が設けられた板状のタブ１３，１４が構成されている。このベース部１０の高段部１２の端部には、モータ２０の回転動力を伝える回転入力軸２１を通すための貫通孔１２ａが設けられる。モータ２０は、その回転動力を伝える回転入力軸２１がこの貫通孔１２ａを通じ外部に突き出した状態でベース部１０の高段部１２内部に固定配置される。なお、モータ２０の電気的な接続については後述する。
貫通孔１２ａからベース部１０の外部に突き出した回転入力軸２１には、円盤状の回転部材３０の中心部が固着される。これにより、回転部材３０は、回転入力軸２１の回転動力によりＡ方向に回転運動する。

この回転部材３０上の辺縁部３２には、柱状の第１リンク機構５０の端部が第１回転軸３３（ビス等）によってＢ方向に回転可能に取り付けられる。これにより、第１リンク機構５０は、回転入力軸２１以外の回転部材３０上の部分に、当該回転入力軸２１と平行な第１回転軸３３によって回転可能に接合されることになる。なお、この第１リンク機構５０の長手方向の両側面には直線上の溝５２が構成されている。
また、ベース部１０の高段部１２表面には、断面がコの字型となる部材の両端を外側に直角に折り返した形状の（この折り返し部分をタブと呼ぶ）スライド支点ベース部４１が、回転入力軸２１に対する相対位置が固定されて配置されている。この例の場合、スライド支点ベース部４１は、回転入力軸２１からベース部１０の中央部側（すなわち低段部１１方向）へずれた位置（より具体的には、図１の静止状態において第１リンク機構５０の回転入力軸２１側先端付近が配置される位置）にタブを通じてねじ止めされる。このスライド支点ベース部４１の内側中央部には、第１リンク機構５０の溝５２を両側からスライド可能に抱え込むスライド支点機構４２が配置される。このスライド支点機構４２は、スライド支点回転軸４３（ビス等）によってスライド支点ベース部４１に対しＣ方向に回転可能に取り付けられる。なお、このスライド支点回転軸４３の位置は第１回転軸３３よりもベース部１０中央寄り（低段部１１寄り）である。以上により、スライド支点機構４２は、回転入力軸２１と平行なスライド支点回転軸４３（ビス等）によってスライド支点ベース部４１にＣ方向に回転可能に接合され、第１リンク機構５０を長手方向（Ｉ方向）へスライド可能に保持することになる。

第１リンク機構５０の他端部のベース部１０側には、補強部材６０がねじ６１，６２によってねじ止めされ、この補強部材６０を介し、柱状の第２リンク機構７０の端部が第２回転軸５１によってＤ方向に回転可能に取り付けられる。
また、図１における回転入力軸２１とスライド支点回転軸４３とを結ぶ直線上に位置するベース部１０低段部１１表面には柱上のレール８１が、ねじ８１ａ〜８１ｆによってねじ止めされる。このレール８１の長手方向（Ｆ方向）の両側面には直線上の溝８２ａが設けられ、このレール８１上には、これらの溝８２ａを両側から挟みこみ、このレール８１に沿ってＦ方向にスライド移動するスライド機構８２が配置される。このスライド機構８２におけるレール８１と反対側の面には、錘保持板８３が固着される。そして、この錘保持板８３のベース部１０と反対側面の両端には錘８４，８５（慣性質量）が、ねじ８４ａ，８４ｂ，８５ａ，８５ｂによってそれぞれねじ止めされる。また、この錘保持板８３の中央部には、第３回転軸８３ａ（ビス等）によって第２リンク機構７０の他端部がＥ方向に回転可能に取り付けられる。この構成により、スライド機構８２には、第２回転軸５１以外の第２リンク機構７０上の部分が、当該第２回転軸５１と平行な第３回転軸８３ａによって回転可能に接合され、このスライド機構８２の移動範囲は、レール８１によって一方向（Ｆ方向）のスライド運動に限定されることとなる。

＜材料＞
ベース部１０、回転部材３０、第１リンク機構５０、第２リンク機構７０、スライド支点ベース部４１、スライド支点機構４２、錘保持板８３、ビス、ねじの材料としては、例えばステンレス、アルミニウム、ジュラルミン、プラスチック、セラミックス等を使用できるが、一定の機械的強度を有する剛体であれば特に限定はない。また、錘８４、８５としては鉛等どのようなものでもよいが比重が大きい材料のほうが望ましい。また、モータとしては、例えばブラッシュレスモータ（例えばMaxson Motor製 EC45 Flat motor等）を使用することができるが、特にこれには限定されない。

＜電気的な構成＞
図３は、上述の加速度発生装置１を有する擬似力覚発生装置１００の電気的構成を示すブロック図の例示である。
この図に例示するように、この例の擬似力覚発生装置１００は、ＣＰＵ（Central processing Unit：例えばPentium（登録商標）4,1.5HGz等）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等によって構成される公知のコンピュータ１１０、コンピュータ１１０からの指令をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード１１１（例えばInterface製 PCI-3521等）、電源１２０、電源から供給された電力をＤ／Ａボード１１１からの出力信号をもとに制御して出力するモータアンプ１３０（例えばMaxson Moter製DEC50/5等）及びモータ２０を具備する前述の加速度発生装置１を有している。

ここで、Ｄ／Ａボード１１１は、コンピュータ１１０からのデジタル信号の受信が可能なように、このコンピュータ１１０と電気的に接続され、Ｄ／Ａボード１１１は、モータアンプ１３０へのアナログ信号の供給が可能なように、このモータアンプ１３０に電気的に接続される。また、モータアンプ１３０には、電源１２０が電気的に接続され、この電源１２０からの電力供給が可能な構成となっている。さらに、モータアンプ１３０はモータ２０に電力供給が可能なようにモータ２０と電気的に接続される。

＜動作＞
まず、コンピュータ１１０が、Ｄ／Ａボード１１１に加速度発生装置１のモータ２０の回転を制御するためのデジタル信号をＤ／Ａボード１１１に送る。Ｄ／Ａボード１１１は、これをアナログ信号に変換してモータアンプ１３０に送る。モータアンプ１３０は、このアナログ信号の制御に従い、電源１２０から供給された電力を所定の直流電力に変換し、モータ２０に供給する。これによりモータ２０は定速回転し、その回転動力が回転入力軸２１に伝達され、加速度発生装置１が駆動する。

図４（ａ）（ｂ）は、モータ２０によって回転入力軸２１がＡ方向回転した際の各機構の動きを例示した図である。これらの図に示すように、回転入力軸２１がＡ方向回転するとそれに保持されている第１回転軸３３もＡ方向に回転移動する。これに伴い、第１リンク機構５０の第１回転軸３３に保持された部分も当該第１回転軸３３を中心としたＢ方向の回転運動を伴いながらスライド移動する。この移動に伴い、第１リンク機構５０の第２回転軸５１部分に保持された第２リンク機構７０も、第２回転軸５１を中心とした回転運動を伴いながらスライド移動する。そして、この移動に伴い、第２リンク機構７０の第３回転軸８３ａ部分に回転保持された錘保持板８３及びスライド機構８２がＦ方向に移動する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、この機構のモデルを示した概念図である。これらの図に示すように、第１回転軸３３の円周回転運動に伴い、第１リンク機構５０がスライド支点回転軸４３にスライド回転保持されつつ回転シフト運動を行い、これに伴って、第２回転軸５１が略楕円状の軌道を描いて移動し、第３回転軸８３ａがＦ１或いはＦ２方向（Ｆ方向）に移動する。この図の例の場合、図５（ａ）（ｂ）の時点では、第３回転軸８３ａがＦ１方向に移動しており、図５（ｃ）（ｄ）の時点では、Ｆ２方向に移動している。
この第３回転軸８３ａの移動に伴い、スライド機構８２、錘保持板８３及び錘８４，８５もＦ方向に並進移動するが、モータ２０が定速回転であった場合、これらの並進運動は、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動となる。

そして、この加速度運動は、正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動となる。具体的には、図７のグラフに示したような運動となる。ここで図７（ａ）は、回転部材３０が定速回転したときのスライド機構８２の位置の変動を、図７（ｂ）は速度の変動を、図７（ｃ）は加速度の変動を、それぞれ示している。なお、いずれのグラフも横軸が時間を示し、縦軸がそれぞれの値（位置、速度或いは加速度）を示す。なお、いずれも図５のＦ２方向を正としている。

この運動は周期運動であるため、原理的に位置・速度・加速度ともに一周期分を積分すればその平均値は０となる。しかし、本形態の構成の場合、図７（ｃ）に示すように、スライド機構８２の加速度は、回転部材３０の回転周期の大部分において正（図５におけるＦ２方向）であり、負（図５におけるＦ１方向）である期間は短い。しかし、負の加速度の絶対値の最大値は、正の加速度の絶対値の最大値に比べ極端に大きい（この例では７〜８倍程度である）。すなわち、スライド機構８２は、回転部材３０の回転周期の大半の時間をかけて、小さな正の加速度で左向きから右向き（図５のＦ１方向からＦ２方向）の動きに移行し、残りの短時間に大きな負の加速度で右向きから左向き（図５のＦ２方向からＦ１方向）の動きに移行することになる。このとき、この加速度発生装置１全体を把持している利用者は、その力覚知覚の非線形性から、短時間ながら大きな値となる負の加速度の反作用をより強く感じることになる。その結果、この利用者は、右方向（図５のＦ２方向）への手応えを擬似的に感じることになる。本形態では、錘８４，８５も同じ並進加速度運動を行うため、この効果はより大きなものとなる。

＜知覚特性評価結果＞
次に、本形態の擬似力覚発生装置の知覚特性評価結果を示す。
［実験方法］
任意の方向のみに出力を出すため、リニアレール（日本トムソン社製ＬＷＦＦ，レール長４００ｍｍ）を用い、錘の並進方向を一軸のみに限定した。また錘の重量は２０ｇとした。本実験では、肘から手掌の方向を正とした軸について調べた。本形態の擬似力覚発生装置にＡＢＳ樹脂の箱を装着させ、被験者はその部分を利き手で握持した。被験者は２４歳から３１歳までの男性５名であり、アイマスクにより視覚からの情報を遮断させた。そして、擬似力覚発生装置を駆動させ、被験者は「前方（肘から掌の方向）」又は「後方（掌から肘の方向）」のいずれに力覚を感じたかを答えることとした。なお、力覚を提示する秒数は２秒であり、振動成分の順応を防ぐため２０試行おきに１分程度の休息を入れた。また加速度の出力の極性（前方・後方）及び周波数の値は、ランダムに変化させ、被験者間で統一させた順序とした。周波数の値は５Ｈｚから１１Ｈｚまで１Ｈｚずつの７段階とし、被験者ごとに１０試行ずつ（正逆５試行ずつ）測定を行った。

［実験結果］
実験結果を図８に示す。ここで（ａ）は各被験者の極性の正答率を示す表であり、（ｂ）は各被験者の正答率の平均を極性ごと（前方"forward"・後方"backward"・両方"total"）に表示したグラフである。
これらに示すように、正答率は周波数の増加とともに上がっていく傾向が見られる。これは周波数の増加とともに加速度成分の絶対値が大きくなることによるものである。そして、周波数が１０Ｈｚ以上の場合において全員の正答率が８０％を超えることとなった。なお、正答とは、擬似力覚発生装置が発生させた力覚と被験者が回答した力覚との極性が一致することを意味する。

〔第２の実施の形態〕
本形態は、本発明を回転型で実現した例である。
＜機械的な構成＞
図９（ａ）は、本形態における加速度発生装置２００の内部構造を示した平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。なお、図９（ａ）では、モータ２２０及び蓋２１１の記載を省略してあり、図９（ｂ）のモータ２２０部分は断面図ではなく側面図である。

図９（ａ）（ｂ）に示すように、本形態の加速度発生装置２００は、モータ２２０と、モータ２２０の回転動力が伝達される回転入力軸２２１と、回転入力軸２２１に固着された円形歯車２２２と、回転軸２３０に固着された円形歯車２３１及び非円形歯車２３２と、回転軸２４０に固着された非円形歯車２４１及びはずみ車２５０と、ベアリング２１３〜２１６と、ギアボックス２１０とを、主な構成部品とする。
この例のギアボックス２１０は、中空の箱形状となっており、その１つの面が蓋２１１として取り外し可能となっている。蓋２１１の中央部分には貫通孔２１１ａが設けられており、蓋２１１の外部に配置されたモータ２２０の回転動力が伝達される回転入力軸２２１の先端が、この貫通孔２１１ａを通じギアボックス２１０の内部に挿入されている。ギアボックス２１０の内部に挿入された回転入力軸２２１は円形歯車２２２の回転中心部に固着され、回転入力軸２２１の回転動力が円形歯車２２２に伝達される構成となっている。また、ギアボックス２１０内部には、蓋２１１と底面２１２を垂直に渡る２本の回転軸２３０，２４０が装着されている。ここで、回転軸２３０は、蓋２１１のベアリング２１３と底面２１２のベアリング２１４とに同軸回転可能に保持されている。また、回転軸２４０の一端は、底面２１２に設けられた貫通孔２１２ａからギアボックス２１０内部に挿入され、蓋２１１のベアリング２１５と底面２１２のベアリング２１６とに回転可能に保持されている。なお、回転軸２４０の他端は貫通孔２１２ａからギアボックス２１０の外部に配置されている。

回転軸２３０の蓋２１１寄りの位置には、円形歯車２２２と噛み合い運動可能に円形歯車２３１が固着される。また、この回転軸２３０の底面２１２寄りの位置には、非円形歯車２３２が固着される。これにより、回転入力軸２２１の回転動力（この例ではＫ方向）が、円形歯車２２２から円形歯車２３１に伝わり、そこから回転軸２３０の回転（この例ではＬ方向）として非円形歯車２３２に伝達される。また、回転軸２４０のギアボックス２１０内部底面２１２寄りの位置には、非円形歯車２４１が、非円形歯車２３２との噛み合い運動可能に固着される。そして、ギアボックス２１０外部の回転軸２４０には、円盤状のはずみ車が固着される。これにより、非円形歯車２３２に伝達された回転動力（この例ではＬ方向）が、そのピッチ面を通じて非円形歯車２４１の回転（この例ではＭ方向）として伝達され、それが回転軸２４０の回転として伝達され、この回転軸２４０に固着されたはずみ車２５０を回転（この例ではＭ方向）させる。
ここで、非円形歯車２３２，２４１は、図９に示すようなピッチ面の位置によってピッチ円半径が異なる非円形の歯車であり、非円形歯車２３２と非円形歯車２４１との形状は同一である。

＜材料＞
ギアボックス２１０、回転入力軸２２１、円形歯車２２２、２３１、回転軸２３０、２４０、非円形歯車２３２、２４１の材料としては、例えばステンレス、アルミニウム、ジュラルミン、プラスチック、セラミックス等を用いることができるが、一定の機械的強度を有する剛体であれば特に限定はない。また、はずみ車としては鉛等どのようなものでもよいが比重が大きい材料のほうが望ましい。

＜電気的構成＞
モータ２０がモータ２２０となる点、加速度発生装置１が加速度発生装置２００となる点以外、第１の実施の形態と同様である。
＜動作＞
モータ２２０の回転動力が回転入力軸２２１に伝達されると、上述のように、その回転動力が、円形歯車２２２、２３１、回転軸２３０、非円形歯車２３２と伝えられる。非円形歯車２３２は、図９（ｃ）のような噛み合い運動によってその回転動力を非円形歯車２４１に伝え、その回転動力は回転軸２４０、はずみ車２５０と伝達され、最後にはずみ車２５０を回転させる。ここで、モータ２２０の回転運動が定速回転運動であった場合、このはずみ車２５０の回転運動は、一周期の中で正及び負の角加速度をもつ周期的な角加速度運動となる。図９に示すような形状の非円形歯車２３２，２４１を用いた場合、この角加速度運動は、正方向における角加速度の絶対値の最大値と、負方向における角加速度の絶対値の最大値とが大きく異なり、当該最大値が大きい方向の角加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の角加速度をもつ時間よりも大変短い運動となる。そのため、この加速度発生装置２００全体を把持している利用者は、その力覚知覚の非線形性から、短時間ながら大きな値をとる角加速度方向の反作用をより強く感じることになる。その結果、回転方向の疑似モーメント手応えを提示することが可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを合成した加速度発生装置を構成してもよい。この場合、回転方向及びスライド方向双方に係る剛体6自由度の全運動方向に関する擬似的な手応えを作りだすことができる。
また、第２の実施の形態の変形として、非円形歯車を３つ以上用いて回転動力を伝達する構成としてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

物理的に完全な作用力を生じさせるためには通常、その反作用力を支持する支点や力点が必要となるが、本発明では、物理的な作用力としての平均は０のままでありながら、人間の力覚知覚の非線形性と作用力の正負の絶対値の差によって擬似的に狙った方向ヘの力覚表示を可能にする。このように外部に支点を必要としないため感覚提示デバイスとしてモバイル機器やウェアラブルコンビューティングなどの分野にも応用できる。

第１の実施の形態における並進型の加速度発生装置の構成を例示した平面図。図２（ａ）は、図１のＧ方向からみた正面図であり、図２（ｂ）は図１におけるＨ−Ｈ部分断面図である。擬似力覚発生装置の電気的構成を示すブロック図。（ａ）（ｂ）は、モータによって回転入力軸がＡ方向回転した際の各機構の動きを例示した図。加速度発生装置のモデルを示した概念図。物理的な加速度と覚的な加速度との関係を示したＳ字型曲線の図。第１の実施の形態における並進運動を示したグラフ。第１の実施の形態における擬似力覚発生装置の知覚特性評価結果。（ａ）は、第２の実施の形態における加速度発生装置の内部構造を示した平面図であり、（ｂ）は、図９（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。また、図９（ｃ）は２つの非円形歯車の噛み合い運動を示した図である。

符号の説明

１加速度発生装置
１０ベース部
１１低段部
１２高段部
１２ａ貫通孔
１３，１４タブ
２０モータ
２１回転入力軸
３０回転部材
３２辺縁部
３３回転軸
４１スライド支点ベース部
４１ａ，４１ｂタブ
４２スライド支点機構
４３スライド支点回転軸
５０第１リンク機構
５１第２回転軸
５２溝
６０補強部材
６１，６２ねじ
７０第２リンク機構
８１レール
８１ａ〜８１ｆ，８４ａ，８４ｂ，８５ａ，８５ｂねじ
８２ａ溝
８２スライド機構
８３錘保持板
８３ａ第３回転軸
８４，８５錘
１００擬似力覚発生装置
１１０コンピュータ
１１１Ｄ／Ａボード
１２０電源
１３０モータアンプ
２００加速度発生装置
２１０ギアボックス
２１１蓋
２１１ａ貫通孔
２１２内部底面
２１２底面
２１２ａ貫通孔
２１３〜２１６ベアリング
２２０モータ
２２１回転入力軸
２２２円形歯車
２３０，２４０回転軸
２３０回転軸
２３１円形歯車
２３２第１非円形歯車
２４０回転軸
２４１第２非円形歯車
２５０はずみ車

Claims

回転動力が伝えられる回転入力軸と、
前記回転入力軸に伝えられた回転動力を、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動に変換する動力伝達部と、を有し、
前記加速度運動は、
正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動であり、
前記動力伝達部は、
前記回転入力軸に固定された回転部材と、
前記回転入力軸以外の前記回転部材上の部分に、当該回転入力軸と平行な第１回転軸によって回転可能に接合された第１リンク機構と、
前記第１回転軸以外の前記第１リンク機構上の部分に、当該第１回転軸と平行な第２回転軸によって回転可能に接合された第２リンク機構と、
前記第２回転軸以外の前記第２リンク機構上の部分が、当該第２回転軸と平行な第３回転軸によって回転可能に接合され、移動範囲が一方向のスライド運動に限定されたスライド機構と、
前記回転入力軸に対する相対位置が固定されたスライド支点ベース部と、
前記回転入力軸と平行なスライド支点回転軸によって前記スライド支点ベース部に回転可能に接合され、前記第１リンク機構を長手方向へスライド可能に保持するスライド支点機構と、を有し、
前記加速度運動は、前記スライド機構の加速度運動であり、
前記加速度は、直線運動の加速度である、
ことを特徴とする加速度発生装置。
制御用コンピュータと、
前記制御用コンピュータと電気的に接続され、当該制御用コンピュータの制御に従って電力供給を行うモータアンプと、
前記モータアンプと電気的に接続され、当該モータアンプから供給された電力によって駆動するモータと、
前記モータの回転動力が伝えられる回転入力軸と、
前記回転入力軸に伝えられた回転動力を、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動に変換する動力伝達部と、を有し、
前記加速度運動は、
正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動であり、
前記動力伝達部は、
前記回転入力軸に固定された回転部材と、
前記回転入力軸以外の前記回転部材上の部分に、当該回転入力軸と平行な第１回転軸によって回転可能に接合された第１リンク機構と、
前記第１回転軸以外の前記第１リンク機構上の部分に、当該第１回転軸と平行な第２回転軸によって回転可能に接合された第２リンク機構と、
前記第２回転軸以外の前記第２リンク機構上の部分が、当該第２回転軸と平行な第３回転軸によって回転可能に接合され、移動範囲が一方向のスライド運動に限定されたスライド機構と、
前記回転入力軸に対する相対位置が固定されたスライド支点ベース部と、
前記回転入力軸と平行なスライド支点回転軸によって前記スライド支点ベース部に回転可能に接合され、前記第１リンク機構を長手方向へスライド可能に保持するスライド支点機構と、を有し、
前記加速度運動は、前記スライド機構の加速度運動であり、
前記加速度は、直線運動の加速度である、
ことを特徴とする擬似力覚発生装置。
制御用コンピュータと、
前記制御用コンピュータと電気的に接続され、当該制御用コンピュータの制御に従って電力供給を行うモータアンプと、
前記モータアンプと電気的に接続され、当該モータアンプから供給された電力によって駆動するモータと、
前記モータの回転動力が伝えられる回転入力軸と、
前記回転入力軸に伝えられた回転動力を、一周期の中で正及び負の加速度をもつ周期的な加速度運動に変換する動力伝達部と、を有し、
前記加速度運動は、
正方向における加速度の絶対値の最大値と、負方向における加速度の絶対値の最大値とが異なり、当該最大値が大きい方向の加速度をもつ時間が、当該最大値が小さい方向の加速度をもつ時間よりも短い運動であり、
前記動力伝達部は、
ピッチ面の位置によってピッチ円半径が異なり、前記回転入力軸の回転動力が伝達される第１非円形歯車と、
ピッチ面の位置によってピッチ円半径が異なり、前記第１非円形歯車が噛み合い運動可能に噛み合わされた第２非円形歯車と、を有し、
前記加速度運動は、前記第２非円形歯車の角加速度運動であり、
前記加速度は、角加速度である、
ことを特徴とする擬似力覚発生装置。