JPH0890458A - Tactile sense transmitting device - Google Patents
Tactile sense transmitting deviceInfo
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- JPH0890458A JPH0890458A JP6226166A JP22616694A JPH0890458A JP H0890458 A JPH0890458 A JP H0890458A JP 6226166 A JP6226166 A JP 6226166A JP 22616694 A JP22616694 A JP 22616694A JP H0890458 A JPH0890458 A JP H0890458A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、直接触れることができ
ない対象物を操作する際に、その対象物に対する接触情
報を人間の触覚器官に伝達する触覚伝達装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tactile transmission device for transmitting contact information to a human tactile organ when manipulating an object that cannot be touched directly.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から直接触れることができない微細
対象物を間接的に操作する装置や極限環境下で作業を行
うことができる装置が知られている。このような装置に
は、操作者が操作を行う操作部と、この操作部の操作に
よって例えばマニピュレータ等が対象物に対して直接作
業を行う動作部とが設けられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a device for indirectly operating a fine object that cannot be directly touched and a device for performing work in an extreme environment are known. Such a device is provided with an operation unit operated by an operator and an operation unit in which a manipulator or the like directly operates on an object by operating the operation unit.
【０００３】図１４には、マイクロマニピュレータが設
けられた顕微鏡の全体の構成が概略的に示されている。
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、この顕微鏡には、
顕微鏡本体１４ａと、この顕微鏡本体１４ａに設けら
れ、例えば受精卵等の微細な細胞１４ｂ（微細対象物）
を所定位置に吸引固定するピペット１４ｃと、このピペ
ット１４ｃによって吸引固定された細胞１４ｂに試薬を
注入したり又は異なる遺伝情報を持った遺伝子を注入す
ることが可能な刺針１４ｄとが設けられている。また、
顕微鏡本体１４ａには、顕微鏡で観察しながら、ピペッ
ト１４ｃ及び刺針１４ｄを操作可能なピペット用ジョイ
スティック１４ｆ及び刺針用ジョイスティック１４ｅが
設けられている（従来例１）。FIG. 14 schematically shows the overall structure of a microscope provided with a micromanipulator.
As shown in FIGS. 14A and 14B, this microscope has
Microscope main body 14a and microscopic cells 14b (microscopic object) such as a fertilized egg provided on the microscope main body 14a
Is provided with a pipette 14c for aspirating and fixing at a predetermined position, and a needle 14d capable of injecting a reagent or a gene having different genetic information into cells 14b aspirated and fixed by the pipette 14c. . Also,
The microscope body 14a is provided with a pipette joystick 14f and a needle joystick 14e capable of operating the pipette 14c and the needle 14d while observing with a microscope (conventional example 1).
【０００４】このような構成によれば、ピペット用ジョ
イスティック１４ｆ及び刺針用ジョイスティック１４ｅ
を操作することによって、ピペット１４ｃによって吸引
固定された細胞１４ｂに対して、刺針１４ｅを介して例
えば切断・注入等の所定の細胞微細操作が行われる（詳
しくは、計測と制御；Vol.23,No.9 P32-38 細胞微細操
作；鹿野 参照）。According to this structure, the joystick for pipette 14f and the joystick for needle insertion 14e are inserted.
Is operated to perform predetermined cell micromanipulation such as cutting and injection on the cells 14b sucked and fixed by the pipette 14c via the puncture needle 14e (specifically, measurement and control; Vol. 23, No.9 P32-38 Micromanipulation of cells; see Kano).
【０００５】また、図１５には、ロボットのマニピュレ
ータシステムの構成が概略的に示されている。図１５に
示すように、マニピュレータシステムは、操作者の腕を
セット可能なマスターアーム１５ｆと、操作者の腕の動
きに対応して動作可能なスレイブアーム１５ｃと、操作
者の腕の動きを信号化して出力する第１のコンピュータ
１５ｈと、この第１のコンピュータ１５ｈから出力され
た信号に基づいて、スレイブアーム１５ｃを動作させる
第２のコンピュータ１５ｉとを備える（従来例２）。Further, FIG. 15 schematically shows the configuration of a robot manipulator system. As shown in FIG. 15, the manipulator system includes a master arm 15f capable of setting the operator's arm, a slave arm 15c operable in response to the operator's arm movement, and a signal indicating the operator's arm movement. It is provided with a first computer 15h that converts and outputs it, and a second computer 15i that operates the slave arm 15c based on a signal output from the first computer 15h (conventional example 2).
【０００６】マスターアーム１５ｆには、センサ（図示
しない）が内蔵された複数の関節部１５ｄと、操作者の
腕をホールドして、この腕の動きを複数の間接部１５ｄ
に伝達する固定部材１５ｇと、複数の間接部１５ｄの自
由端側に設けられ、腕の動きに応じて且つ追従して移動
する処置部１５ｅとが設けられている。The master arm 15f holds a plurality of joints 15d in which sensors (not shown) are built-in and the arm of the operator and holds the movements of the arms by a plurality of indirect parts 15d.
A fixing member 15g for transmitting to the body and a treatment portion 15e that is provided on the free end side of the plurality of indirect portions 15d and that moves in response to and following the movement of the arm are provided.
【０００７】第１のコンピュータ１５ｈには、上記セン
サによって検出された腕の動き（即ち、複数の間接部１
５ｄの動き）に対応した操作信号に所定の信号処理を施
すマスタアーム制御部１５ｊ及び操作環境シミュレータ
１５ｍが内蔵されている。In the first computer 15h, the movement of the arm detected by the sensor (that is, the plurality of indirect parts 1)
The master arm control unit 15j and the operating environment simulator 15m that perform predetermined signal processing on the operation signal corresponding to the movement of 5d) are built in.
【０００８】第２のコンピュータ１５ｉには、第１のコ
ンピュータ１５ｈから出力された信号に所定の信号処理
を施すスレイブアーム制御部１５ｋ及びタスク環境シミ
ュレータ１５ｎが内蔵されている。The second computer 15i incorporates a slave arm controller 15k and a task environment simulator 15n for performing a predetermined signal processing on the signal output from the first computer 15h.
【０００９】スレイブアーム１５ｃには、センサ（図示
しない）が内蔵された複数の間接部１５ａと、これら複
数の間接部１５ａの自由端側に固定された処置部１５ｂ
とが設けられており、複数の間接部１５ａは、第２のコ
ンピュータ１５ｉから出力された信号によって処置部１
５ｂを所定の対象物Ｍ方向に移動させて、その対象物Ｍ
に所定の処置を施すことが可能に構成されている。The slave arm 15c has a plurality of indirect portions 15a in which sensors (not shown) are incorporated, and a treatment portion 15b fixed to the free ends of the plurality of indirect portions 15a.
Are provided, and the plurality of indirect sections 15a are operated by the treatment section 1 by the signal output from the second computer 15i.
5b is moved in the direction of a predetermined object M, and the object M
It is configured so that a predetermined treatment can be applied to the.
【００１０】このような構成によれば、操作者がマスタ
アーム１５ｆに腕をホールドし、任意に動かすことによ
って、その動作状態がセンサによって検出される。この
とき検出された動作信号に基づいて、第１及び第２のコ
ンピュータ１５ｈ，１５ｉがスレイブアーム１５ｃを駆
動させる。即ち、操作者の動作は、マスタアーム１５ｆ
を介してスレイブアーム１５ｃで再現されることにな
る。According to this structure, the operator holds the arm on the master arm 15f and arbitrarily moves the arm, so that the operating state is detected by the sensor. Based on the operation signal detected at this time, the first and second computers 15h and 15i drive the slave arm 15c. That is, the operation of the operator is the master arm 15f.
Will be reproduced by the slave arm 15c.
【００１１】このとき、スレイブアーム１５ｃによって
移動した処置部１５ｂが、対象物Ｍから外力を受けた場
合、その外力は、スレイブアーム１５ｃ及びマスタアー
ム１５ｆを介して操作者の腕に直接力となって作用す
る。At this time, when the treatment portion 15b moved by the slave arm 15c receives an external force from the object M, the external force directly acts on the operator's arm via the slave arm 15c and the master arm 15f. Works.
【００１２】このような一連のマニピュレータシステム
は、ロボットのマニピュレータシステムを始めとして現
在数多く発表されている。（詳しくは、機械技術研究所
所報；Vol.46(1992),No.2 P170-182 インピーダンス制
御型マスタ・スレーブ・システム−基本原理と伝送遅れ
への応用：舘、榊 参照） また、図１６には、医療用処置具である把持鉗子１６ａ
の構成が概略的に示されている。[0012] A series of such manipulator systems has been announced at present including a robot manipulator system. (For details, see Institute of Mechanical Engineering, Vol.46 (1992), No.2 P170-182 Impedance Controlled Master / Slave System-Basic Principle and Application to Transmission Delay: See Tachi and Sakaki) Reference numeral 16 is a grasping forceps 16a which is a medical treatment tool.
Is schematically shown.
【００１３】図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、把持
鉗子１６ａは、例えばトラカール等を介して体腔内に挿
入される挿入部１６ｂと、この挿入部１６ｂの先端部に
設けられた鉗子部１６ｃと、挿入部１６ｂの基端部に設
けられた操作部１６ｄとを備えている（従来例３）。As shown in FIGS. 16 (A) and 16 (B), the grasping forceps 16a is provided at an insertion portion 16b which is inserted into a body cavity through a trocar or the like, and at the tip of the insertion portion 16b. The forceps portion 16c and the operation portion 16d provided at the base end portion of the insertion portion 16b are provided (conventional example 3).
【００１４】鉗子部１６ｃには、互いに回動自在に支持
された一対の鉗子部材１６ｅ，１６ｆが設けられてい
る。また、操作部１６ｄには、一対の鉗子部材１６ｅ，
１６ｆを開閉操作するように、挿入部１６ｂの基端部に
固定された固定操作ハンドル１６ｇと、この固定操作ハ
ンドル１６ｇに対して回動自在に設けられた可動操作ハ
ンドル１６ｈとが設けられている。The forceps portion 16c is provided with a pair of forceps members 16e and 16f rotatably supported with respect to each other. Further, the operation portion 16d includes a pair of forceps members 16e,
A fixed operation handle 16g fixed to the base end portion of the insertion portion 16b and a movable operation handle 16h rotatably provided with respect to the fixed operation handle 16g are provided so as to open and close 16f. .
【００１５】このような構成によれば、可動操作ハンド
ル１６ｈを回動操作して、挿入部１６ｂ内の操作軸（図
示しない）を前後方向にスライドさせることによって、
リンク機構（図示しない）を介して一対の鉗子部材１６
ｅ，１６ｆが開閉される。According to this structure, the movable operation handle 16h is rotated to slide the operation shaft (not shown) in the insertion portion 16b in the front-rear direction.
A pair of forceps members 16 via a link mechanism (not shown)
e, 16f are opened and closed.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１（図１４参照）の顕微鏡において、ピペット１４ｃや
刺針１４ｄ等の動作系の動作は３次元であるにもかかわ
らず、顕微鏡の観察画像は２次元画像であって奥行き情
報は像のピント情報でしか得ることができない。従っ
て、これら動作系が微細対象物に正確に接触しているか
否かの情報は、観察画像から正確に判断でき難いといっ
た問題が生じる。即ち、動作系を正確に微細対象物に接
触させるためには、ある程度の熟練を必要とするため、
観察効率及び処理効率が低下するといった問題も発生す
る。However, in the microscope of the conventional example 1 (see FIG. 14), although the operation of the operation system such as the pipette 14c and the needle 14d is three-dimensional, the observed image of the microscope is 2 Since it is a two-dimensional image, the depth information can be obtained only from the image focus information. Therefore, there arises a problem that it is difficult to accurately determine the information as to whether or not these operation systems are accurately in contact with the minute object from the observed image. That is, in order to accurately bring the operating system into contact with a fine object, some skill is required,
There is also a problem that the observation efficiency and the processing efficiency decrease.
【００１７】更に、医療やバイオ分野等の研究対象は、
細胞から細胞内物質へ、より微細な対象物に変化してき
ている。このため、対象物の観察及び操作部位は、益々
微小化する傾向にあり、これに伴って、マニピュレータ
の操作もより高度で正確な操作が要求されるようになっ
てきた。Furthermore, research subjects in the medical and biotechnology fields are
From cells to intracellular substances, they are changing into smaller objects. Therefore, the observation and operation part of the object tends to be further miniaturized, and accordingly, the operation of the manipulator is required to be more sophisticated and accurate.
【００１８】また、従来例２（図１５参照）のマニピュ
レータシステムでは、対象物Ｍの硬さや柔らかさ等の情
報をマスタに表現することが困難であるため、例えば通
常の人間が物体を把持する際に感じる微妙な感触を再現
することはできない。対象物の搬送等のおおまかな動作
状況の再現については、従来例２のシステムで充分対処
できるが、精密で微細な動作や判断が要求されるマイク
ロマニピュレータ等の技術領域において、抵抗感表示に
基づく操作性の向上や把持対象物の正確な認識を望むに
は不充分である。Further, in the manipulator system of Conventional Example 2 (see FIG. 15), it is difficult to express information such as hardness and softness of the object M in the master, so that, for example, an ordinary person grips the object. It is not possible to recreate the subtle touch of feeling. Reproduction of rough operating conditions such as conveyance of an object can be adequately dealt with by the system of Conventional Example 2, but in the technical field of micromanipulators, etc., where precise and minute operations and judgments are required, it is based on resistance indication. It is not enough to improve the operability and accurately recognize the grasped object.
【００１９】また、従来例３（図１６参照）において、
把持鉗子１６ａの機構上、微妙な操作感が得られないた
め、熟練した操作者でさえ、腹腔鏡の観察像を見ながら
一対の鉗子部材１６ｅ，１６ｆの開閉度、組織の把持及
び剥離状況を確認するといった非常に慎重で正確な操作
が要求される。このため、処置効率が低下してしまうと
いった問題が生じる。Further, in Conventional Example 3 (see FIG. 16),
Since a delicate operation feeling cannot be obtained due to the mechanism of the grasping forceps 16a, even a skilled operator can check the degree of opening and closing of the pair of forceps members 16e and 16f, grasping and peeling of the tissue while observing the observation image of the laparoscope. Very careful and accurate operation such as confirmation is required. Therefore, there is a problem that the treatment efficiency is reduced.
【００２０】また、体腔内に挿入される内視鏡について
も、鉗子と同様の問題がある。即ち、図１７に示すよう
に、先端部を介して観察される画像情報や挿入時の抵抗
等のみを頼りに挿入操作を行っている現在の内視鏡１７
では、内視鏡１７の外壁が患者の器官内壁Ｓを圧迫して
生じる苦痛を予測しながら内視鏡１７を操作及び挿入す
ることは現状困難である。また、現状の内視鏡１７の装
置構成では、どの程度の圧迫を与えると患者は苦痛を感
じるのかという圧迫レベルと患者の感じる苦痛との間の
相関関係を操作情報として入手するのは不可能である。Also, the endoscope inserted into the body cavity has the same problem as the forceps. That is, as shown in FIG. 17, the current endoscope 17 that is performing an insertion operation by relying only on image information observed through the distal end portion, resistance at the time of insertion, and the like.
Then, it is currently difficult to operate and insert the endoscope 17 while predicting the pain caused by the outer wall of the endoscope 17 pressing the organ inner wall S of the patient. Further, with the current device configuration of the endoscope 17, it is impossible to obtain, as the operation information, the correlation between the pressure level and how much pressure the patient feels when the patient feels pain. Is.
【００２１】このように、従来例１〜３の構成では、操
作時に対象物又は組織にマニピュレータがどのような状
況で接触しているのか、あるいは、対象物をどれくらい
の力量で把持しているのかという接触状態もしくは把持
状態を確認すること、及び、対象物の表面粗さや表面温
度等の各種の接触情報を得ることができなかった。As described above, in the configurations of Conventional Examples 1 to 3, under what conditions the manipulator is in contact with the object or the tissue at the time of operation, or how much force the object is grasping. It was not possible to confirm the contact state or the grasped state and to obtain various contact information such as the surface roughness and the surface temperature of the object.
【００２２】つまり、従来例１〜３では、対象物に対す
る触覚情報や把持状態、対象物の表面粗さや表面温度等
の各種の触覚情報を操作者（術者）にフィードバックす
ることが行われていないため、人間の触覚に基づく微妙
で且つ正確な操作を行うことができなかった。That is, in Conventional Examples 1 to 3, various kinds of tactile information such as tactile information and grasping state of the object, surface roughness and surface temperature of the object are fed back to the operator (operator). Therefore, it is impossible to perform a delicate and accurate operation based on human sense of touch.
【００２３】そこで、このような問題を解決するため
に、例えば特願平５−００７１９６号明細書に開示され
たような触覚呈示装置の提案が成されている。即ち、こ
の触覚呈示装置には、図１８に示すように、台座１８ａ
と、この台座１８ａ上に設けられた磁石１８ｃと、この
磁石１８ｃ内に設けられたコイル１８ｂと、このコイル
１８ｂを支持するストッパ１８ｄと、コイル１８ｂ上に
設けられた触覚呈示部１８ｅとを備えた電気−機械変換
トランスデューサが構成されている。In order to solve such a problem, therefore, a tactile sensation providing apparatus as disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 5-007196 has been proposed. That is, as shown in FIG. 18, the tactile presentation device has a base 18a.
A magnet 18c provided on the pedestal 18a, a coil 18b provided in the magnet 18c, a stopper 18d for supporting the coil 18b, and a tactile sense providing portion 18e provided on the coil 18b. And an electro-mechanical transducer.
【００２４】このような構成によれば、コイル１８ｂ及
び磁石１８ｃで構成されたボイスコイルを制御して、触
覚呈示部１８ｅを人間の知覚に応じた周波数で駆動させ
ることによって、触覚呈示部１８ｅ上に載置された操作
者の指先に、対象物の硬さや柔らかさ等の情報が伝達さ
れる。更に、上記ボイスコイルに流れる電流量を変化さ
せて、触覚呈示部１８ｅが有する保持力を変化させるこ
とによって、対象物を圧潰又は粉砕するような力が加え
られた際、その対象物からの反発力が操作者の指先に伝
達される。According to such a structure, the voice coil constituted by the coil 18b and the magnet 18c is controlled to drive the tactile sense presenting section 18e at a frequency according to human perception, so that the tactile sense presenting section 18e can be displayed. Information such as the hardness and softness of the object is transmitted to the fingertips of the operator placed on the. Furthermore, by changing the amount of current flowing through the voice coil to change the holding force of the tactile sense providing section 18e, when a force for crushing or crushing the object is applied, the object is repelled. The force is transmitted to the operator's fingertip.
【００２５】このような触覚呈示装置によれば、操作者
には、あたかも自分の手によって実際に対象物を直接操
作しているような感覚情報が伝達される。このため、現
状問題となっている操作の乖離感が無くなると共に、装
置の機能向上と高精度な操作性を確保することが可能と
なる。According to such a tactile sensation providing apparatus, the operator is provided with the sensation information as if he / she was actually directly manipulating the object with his / her own hand. For this reason, it is possible to eliminate the divergence of the operation, which is a problem at present, and to improve the function of the apparatus and ensure high-precision operability.
【００２６】しかしながら、このような触覚呈示装置に
おいて、対象の硬さや柔らかさ等の触覚情報は、操作者
の指先にボイスコイルの振動を与えることによって表現
して呈示させているため、操作者が対象の触覚情報を得
るためには、受動触を余儀なくされていた。この受動触
では、「自分が対象に触っている」というよりもむし
ろ、「対象に触られている」という印象を受ける。従っ
て、かかる触覚呈示装置では、操作者が実際に対象に接
触して得られる触覚とは別の擬似的触覚としてしか操作
者には伝達されないといった問題がある。However, in such a tactile presentation device, the tactile information such as the hardness and softness of the object is expressed and presented by applying the vibration of the voice coil to the fingertip of the operator. In order to obtain the tactile information of the subject, he was forced to make a passive touch. This passive touch gives the impression of being “touched by the subject” rather than being “touching the subject”. Therefore, in such a tactile sense presentation device, there is a problem in that only a pseudo tactile sense other than the tactile sense obtained by the operator actually touching the object is transmitted to the operator.
【００２７】ここで、「自分が対象に触っている」とい
う感覚は、操作者が自ら外界を探索した際、そのときの
感覚印象がフィードバックされる状態において、外界か
ら空間的情報を得た場合の感覚であって、これを能動触
という。Here, the feeling that "I am touching an object" means that when the operator searches the outside world, the spatial impression is obtained from the outside world in a state where the feeling impression at that time is fed back. This is the feeling of, and this is called active touch.
【００２８】かかる能動触と上記の受動触の相違点とし
ては、例えば、受動触の場合、刺激の圧を増しても圧の
増大しか知覚できないが、能動触の場合には、対象の硬
さの増大を知覚することができる点にある。従って、受
動触では、本来操作者が感じるべき対象の硬さや柔らか
さ等を充分に表現できない。The difference between the active touch and the passive touch is that, for example, in the case of the passive touch, only the increase in the pressure can be perceived even if the pressure of the stimulus is increased, but in the case of the active touch, the hardness of the object is increased. The point is that the increase in Therefore, the passive touch cannot sufficiently express the hardness and softness of the object that the operator should originally feel.
【００２９】本発明は、上述したような種々の弊害を除
去するためになされており、その目的は、人間が対象に
直接に触れた際に得られる触覚と同様の触覚情報を擬似
的に操作者に伝達可能な触覚伝達装置を提供することに
ある。The present invention has been made to eliminate the above-mentioned various adverse effects, and its purpose is to artificially manipulate tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches an object. An object is to provide a tactile transmission device that can be transmitted to a person.
【００３０】[0030]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の触覚伝達装置は、機械的特性変化材
料と、この機械的特性変化材料を収容する容器と、前記
機械的特性変化材料に所定の刺激を印加することによっ
て、前記機械的特性変化材料の機械的特性を変化させる
印加手段と、前記容器の一部に設けられており、前記機
械的特性変化材料の機械的特性の変化を人間が対象に直
接触れた際に得られる触覚と同様の触覚情報として擬似
的に操作者に伝達する触覚伝達部材とを備える。In order to achieve such an object, a tactile transmission device of the present invention comprises a mechanical property changing material, a container for containing the mechanical property changing material, and the mechanical property. Application means for changing the mechanical properties of the mechanical property changing material by applying a predetermined stimulus to the changing material, and mechanical properties of the mechanical property changing material provided in a part of the container. And a tactile transmission member that pseudo-transmits to the operator the tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches the target.
【００３１】[0031]
【作用】印加手段によって機械的特性変化材料に所定の
刺激を印加すると、機械的特性変化材料の機械的特性が
変化する。そして、かかる変化状態は、触覚伝達部材に
よって、人間が対象に直接触れた際に得られる触覚と同
様の触覚情報として擬似的に操作者に伝達される。When a predetermined stimulus is applied to the mechanical property changing material by the applying means, the mechanical property of the mechanical property changing material changes. Then, such a change state is pseudo-transmitted to the operator by the tactile sense transmission member as tactile information similar to the tactile sense obtained when the human directly touches the object.
【００３２】[0032]
【実施例】以下、本発明の第１の実施例に係る触覚伝達
装置について、図１を参照して説明する。図１に示すよ
うに、本実施例の触覚伝達装置は、機械的特性変化材料
即ち電気粘弾性体１ａと、この電気粘弾性体１ａを収容
するプラスチック製容器１ｂと、電気粘弾性体１ａに所
定の電圧を印加することによって、電気粘弾性体１ａの
機械的特性を変化させる印加手段即ち一対の電極１ｃ
と、容器１ｂの一部に設けられており、電気粘弾性体１
ａの機械的特性の変化を人間が対象（図示しない）に直
接触れた際に得られる触覚と同様の触覚情報として擬似
的に操作者（図示しない）に伝達する触覚伝達部材即ち
可撓性高分子絶縁薄膜１ｄとを備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A tactile transmission device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the tactile transmission device of this embodiment includes a mechanical property changing material, that is, an electro-viscoelastic body 1a, a plastic container 1b for accommodating the electro-viscoelastic body 1a, and an electro-viscoelastic body 1a. Applying means for changing the mechanical characteristics of the electroviscoelastic body 1a by applying a predetermined voltage, that is, a pair of electrodes 1c
And an electric viscoelastic body 1 which is provided in a part of the container 1b.
A tactile transmitting member, that is, a flexible body, that transmits a change in the mechanical characteristics of a to the operator (not shown) in a pseudo manner as tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches an object (not shown). And a molecular insulating thin film 1d.
【００３３】容器１ｂは、電気粘弾性体１ａを所定形状
に維持できるような厚みや材質を有すれば足り、特に限
定されるものではない。一対の電極１ｃは、可変電源１
ｅに接続されており、所定の電圧を電気粘弾性体１ａに
印加できるように構成されている。なお、本実施例にお
いて、一対の電極１ｃは、夫々、容器１ｂの内壁から若
干離間した位置に配置されている。The container 1b is not particularly limited as long as it has a thickness and a material capable of maintaining the electro-viscoelastic body 1a in a predetermined shape. The pair of electrodes 1c is a variable power source 1
It is connected to e and is configured so that a predetermined voltage can be applied to the electro-viscoelastic body 1a. In addition, in the present embodiment, the pair of electrodes 1c are respectively arranged at positions slightly separated from the inner wall of the container 1b.
【００３４】一対の電極１ｃから電気粘弾性体１ａに印
加される電圧レベルは、０〜５ｋＶ程度とかなり大きい
ため、高分子絶縁薄膜１ｄは、操作者の手指を電気的に
絶縁保護するように構成されている。Since the voltage level applied to the electro-viscoelastic body 1a from the pair of electrodes 1c is as large as about 0 to 5 kV, the polymer insulating thin film 1d serves to electrically protect the fingers of the operator. It is configured.
【００３５】高分子絶縁薄膜１ｄとしては、操作者の手
指が触れたときに、電気粘弾性体１ａの粘弾性変化の知
覚を妨げないような厚さや材質が要求されており、柔軟
性のある有機絶縁体が好ましい。具体的には、高分子絶
縁薄膜１ｄは、有機ポリマーを溶剤に溶解した溶液を高
分子ゲルに積層コーティングして形成するか、あるい
は、プラスチックフィルムを接着剤によって添付して形
成してもよい。有機絶縁体を構成する有機絶縁層の各膜
厚は、０．０１〜５０μｍとすればよいが、特に、０．
１〜２０μｍが好ましい。即ち、膜厚が薄いと絶縁耐圧
が小さくなってしまうため、少なくとも０．１μｍ以上
の膜厚が好ましい。反対に、あまり膜厚が厚いと粘弾性
変化の伝達が阻害されてしまうため、５０μｍ以上の膜
厚は好ましくない。The polymer insulating thin film 1d is required to have a thickness and a material that do not interfere with the perception of the viscoelastic change of the electro-viscoelastic body 1a when touched by the operator's finger, and it is flexible. Organic insulators are preferred. Specifically, the polymer insulating thin film 1d may be formed by laminating and coating a solution of an organic polymer in a solvent on a polymer gel, or by attaching a plastic film with an adhesive. The thickness of each of the organic insulating layers forming the organic insulator may be 0.01 to 50 μm, and in particular, 0.
1 to 20 μm is preferable. That is, since the withstand voltage is reduced when the film thickness is thin, a film thickness of at least 0.1 μm or more is preferable. On the other hand, if the film thickness is too large, the transmission of changes in viscoelasticity is hindered, so a film thickness of 50 μm or more is not preferable.
【００３６】次に、本実施例の構成において重要となる
電気粘弾性流体のウインズロウ効果について説明する。
電気粘弾性流体が有するウインズロウ効果は、米国特許
第２４１７８５０号に開示されている。即ち、電気絶縁
性液体（分散媒）に分散粒子（分散質）を懸濁して形成
した電気粘弾性流体を一対の電極間に充填し、これら電
極間に電圧を印加すると、外部電界の影響により電気粘
度が増大する。この粘度は、外部電界の大きさによって
外部的に制御できるだけではなく、非常に応答性が良い
という優れた効果が期待できる。なお、電気粘弾性流体
に使用される分散媒としての電気絶縁性液体は、電気絶
縁性を有する任意の液体を適用することが可能である。
例えば、電気絶縁性液体としては、鉱油や合成油が該当
し、具体的には、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油、
ポリアルファーオレフィン、ポリアルキレングリコー
ル、シリコーン、ジエステル、ポリオールエステル、リ
ン酸エステル、珪素化合物、フッ素化合物、ポリフェニ
ルエーテル、アルキルベンゼン等を適用することができ
る。Next, the Winslow effect of the electro-viscoelastic fluid, which is important in the construction of this embodiment, will be described.
The Winslow effect of electroviscoelastic fluids is disclosed in US Pat. No. 2,417,850. That is, when an electro-viscoelastic fluid formed by suspending dispersed particles (dispersoids) in an electrically insulating liquid (dispersion medium) is filled between a pair of electrodes and a voltage is applied between these electrodes, the effect of an external electric field is generated. The electric viscosity increases. This viscosity can be controlled not only externally according to the magnitude of the external electric field, but also can be expected to have an excellent effect that the response is very good. As the electrically insulating liquid as the dispersion medium used for the electroviscoelastic fluid, any electrically insulating liquid can be applied.
For example, as the electrically insulating liquid, mineral oil or synthetic oil is applicable, and specifically, naphthene-based mineral oil, paraffin-based mineral oil,
Polyalpha-olefin, polyalkylene glycol, silicone, diester, polyol ester, phosphoric acid ester, silicon compound, fluorine compound, polyphenyl ether, alkylbenzene and the like can be applied.
【００３７】これら電気絶縁性液体の粘度範囲は、４０
℃において、５〜３００ＣＰのものが好ましい。この他
に、分散媒として電気絶縁性高分子ゲルを用いてもよ
い。また、分散質としての多孔質固体粒子は、慣用的な
ものが使用され、特別の制限を受けるものではないが、
例えば、シリカゲル、含水性樹脂、ケイソウ土、アルミ
ナ、シリカ−アルミナ、ゼオライトイオン交換樹脂、セ
ルロース、炭素質粉体等が該当する。これらの多孔質固
体粒子は、通常、粒径１０ｎｍ〜２００μｍのものが
０．１〜５０ｗｔ％の割合で使用される。The viscosity range of these electrically insulating liquids is 40
It is preferably 5 to 300 CP at a temperature of ° C. In addition to this, an electrically insulating polymer gel may be used as the dispersion medium. Further, as the porous solid particles as the dispersoid, conventional ones are used and are not particularly limited,
For example, silica gel, water-containing resin, diatomaceous earth, alumina, silica-alumina, zeolite ion exchange resin, cellulose, carbonaceous powder and the like are applicable. These porous solid particles having a particle size of 10 nm to 200 μm are usually used in a proportion of 0.1 to 50 wt%.
【００３８】また、分極促進効果を高めるために、多孔
質固体粒子には、水、多価アルコールや酸、塩、塩基が
添加される。特に、分散質である多孔質固体粒子が誘電
分極し易くなる態様で使用するのが好ましい。水や多価
アルコールの使用量は、多孔質固体粒子に対して、通
常、１〜２０ｗｔ％の割合で使用される。また、酸、
塩、塩基の使用量は、多孔質固体粒子に対して、通常、
０．０１〜５ｗｔ％の割合で使用される。In order to enhance the polarization promoting effect, water, polyhydric alcohol, acid, salt or base is added to the porous solid particles. In particular, it is preferable to use the porous solid particles, which are dispersoids, in a mode that facilitates dielectric polarization. The amount of water or polyhydric alcohol used is usually 1 to 20 wt% with respect to the porous solid particles. Also, acid,
The amount of salt or base used is usually, relative to the porous solid particles,
It is used in a proportion of 0.01 to 5 wt%.
【００３９】更に、分散媒は、多孔質固体粒子の分散媒
中での分散状態を均一且つ安定にするために用いられ
る。例えば、分散媒としては、スルホネート類、フォネ
ート類、ホスホネート類、コハク酸イミド類、アミン
類、エステル類、非イオン系分散剤等、より具体的に
は、マグネシウムスルホネート、カルシウムスルホネー
ト、カルシウムフェネート、カルシウムホスホネート、
ポリブテニルコハク酸イミド、ソルビタンモノオレー
ト、ソルビタンセスキオレート等が該当する。これら
は、通常、０．１〜１０ｗｔ％の割合で使用される。但
し、固体粒子の分散性が良い場合、分散剤は使用しなく
てもよい。Further, the dispersion medium is used to make the dispersed state of the porous solid particles in the dispersion medium uniform and stable. For example, as the dispersion medium, sulfonates, phonates, phosphonates, succinimides, amines, esters, nonionic dispersants and the like, more specifically, magnesium sulfonate, calcium sulfonate, calcium phenate, Calcium phosphonate,
Examples thereof include polybutenyl succinimide, sorbitan monooleate and sorbitan sesquioleate. These are usually used in a proportion of 0.1 to 10 wt%. However, if the solid particles have good dispersibility, a dispersant may not be used.
【００４０】以上の分散系の電気粘弾性流体の他に、液
晶でも同様の電気粘弾性効果が発現される。液晶の電気
粘弾性流体を適用することによって、分散系において問
題となっているような微粒子の分散安定性、高せん断領
域（約５００ｓ-1）における電気粘弾性効果の消滅、狭
い隙間への適用性、硬質粒子の分散による表面損傷等の
問題を解決することができる。更に、触覚伝達装置にお
いて、人間が知覚できるという点で有効な周波数は、約
５００Ｈｚまでであることから、高せん断領域（約５０
０ｓ-1）における電気粘弾性効果の消滅という点では特
に問題は生じないが、その他の分散系の電気粘弾性流体
で不都合が生じた場合に液晶の電気粘弾性流体を適用す
ることはかかる不都合を解消するのに大変有効である。In addition to the above-mentioned dispersed electro-viscoelastic fluid, liquid crystal also exhibits the same electro-viscoelastic effect. By applying the electro-viscoelastic fluid of liquid crystal, dispersion stability of fine particles, which is a problem in the dispersion system, disappearance of the electro-viscoelastic effect in the high shear region (about 500 s -1 ), application to narrow gaps And problems such as surface damage due to dispersion of hard particles can be solved. Furthermore, in the tactile transmission device, the effective frequency in terms of human perception is up to about 500 Hz.
There is no particular problem with respect to the disappearance of the electro-viscoelastic effect at 0 s −1 ), but if the electro-viscoelastic fluid of the other dispersion system is inconvenient, it is inconvenient to apply the electro-viscoelastic fluid of liquid crystal. It is very effective in eliminating the problem.
【００４１】本発明の実施例においては、分散媒として
鉱油、分散質としてシリカゲル、分極剤として酢酸を夫
々適用していると共に、エチレングリコールから成る電
気粘弾性体に酸化防止剤及び腐食防止剤の少なくとも一
方を添加した。In the embodiment of the present invention, mineral oil is used as the dispersion medium, silica gel is used as the dispersoid, and acetic acid is used as the polarizing agent, and the electro-viscoelastic material made of ethylene glycol is used as the antioxidant and the corrosion inhibitor. At least one was added.
【００４２】また、電気粘弾性体の劣化を防止するため
に、一対の電極１ｃ間に電流が流れないほうが好まし
い。そこで、本実施例では、電極１ｃ上に絶縁層を積層
している。このように、電気粘弾性体に接触する電極１
ｃの面上に絶縁層を積層した場合、分散質粒子の双極子
形成に伴うブリッジ形成等によって一定電流が流れるた
め、電気化学反応の発生を防止することが可能となる。Further, in order to prevent the deterioration of the electroviscoelastic body, it is preferable that no current flows between the pair of electrodes 1c. Therefore, in this embodiment, an insulating layer is laminated on the electrode 1c. Thus, the electrode 1 that contacts the electro-viscoelastic body
When an insulating layer is laminated on the surface of c, a constant current flows due to bridge formation accompanying the dipole formation of dispersoid particles, so that it is possible to prevent the occurrence of an electrochemical reaction.
【００４３】絶縁層としては、例えば、無機絶縁層又は
有機絶縁層が適用可能である。無機絶縁層としては、例
えば、窒化珪素、二酸化珪素、シランカップリング剤、
ジルコニア、アルミナ、チタニア、酸化トリウム等の酸
化物の他に、炭化物、硫化物、窒化物（例えば、窒化珪
素等）、フッ化物等が使用でき、これらをＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition ）法、ＬＰＤ（Liquid Phase D
eposition ）法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオ
ンプレーティング法等により、また、ディッピング法等
により積層することで無機絶縁層が形成される。As the insulating layer, for example, an inorganic insulating layer or an organic insulating layer can be applied. Examples of the inorganic insulating layer include silicon nitride, silicon dioxide, a silane coupling agent,
In addition to oxides such as zirconia, alumina, titania, and thorium oxide, carbides, sulfides, nitrides (such as silicon nitride) and fluorides can be used.
ical vapor deposition (LPD) method, LPD (Liquid Phase D)
The inorganic insulating layer is formed by stacking by an eposition) method, a sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, or a dipping method.
【００４４】有機絶縁層は、可撓性高分子絶縁性薄膜１
ｄと同様に、有機ポリマーを溶剤に溶解した溶液をコー
ティングして、あるいは、プラスチックフィルムを接着
剤によって添付して形成される。The organic insulating layer is a flexible polymer insulating thin film 1.
Similar to d, it is formed by coating a solution of an organic polymer in a solvent or by attaching a plastic film with an adhesive.
【００４５】なお、有機ポリマーとしては、絶縁性ポリ
マーであれば適用可能であるが、有機ポリマーを電気粘
弾性体に接触する電極１ｃの面上に積層する場合には、
この有機ポリマーには、電気絶縁性油に溶解しない耐油
性が要求される。この場合、有機ポリマーとしては、例
えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の飽和炭化水素
ポリマー、フッ素含有樹脂、あるいは、ポリイミド、ポ
リアミイミド、ポリヒダントイン、ポリパラバン酸、ポ
リオキサジアゾール、ポリアリレート等の樹脂、又は、
エポキシ樹脂等を使用することができる。また、乾性油
をコーティングして焼き付けて形成されるエナメル被
膜、あるいは、ポリビニルホルマールをコーティングし
て焼き付けたホルマール被膜等の絶縁性被膜を電極１ｃ
の面上に形成してもよい。As the organic polymer, any insulating polymer can be applied, but when the organic polymer is laminated on the surface of the electrode 1c which is in contact with the electroviscoelastic body,
This organic polymer is required to have oil resistance that does not dissolve in electrically insulating oil. In this case, as the organic polymer, for example, a saturated hydrocarbon polymer such as polyethylene or polypropylene, a fluorine-containing resin, or a resin such as polyimide, polyamiimide, polyhydantoin, polyparabanic acid, polyoxadiazole, or polyarylate, or
Epoxy resin or the like can be used. Further, an insulating coating such as an enamel coating formed by coating with a drying oil and baking or a formal coating formed by coating with polyvinyl formal and baking is used for the electrode 1c.
You may form on the surface of.
【００４６】上述したような無機絶縁層及び有機絶縁層
は、０．０１〜５０μｍ程度の膜厚となるように電極１
ｃの面上に積層すればよいが、具体的には０．１〜２０
μｍ程度の膜厚が好ましい。即ち、膜厚が薄い場合に
は、絶縁耐圧が小さくなるため、少なくとも０．１μｍ
以上の膜厚が必要であり、一方、あまり厚い場合には、
粒子と電極１ｃとの間の静電気作用が抑えられてしまう
と共に、絶縁層での電圧ロスが大きくなってしまう。こ
の場合、電気粘弾性体に効果的に電圧配分がされなくな
るので、５０μｍ以上の膜厚は好ましくない。The above-described inorganic insulating layer and organic insulating layer have a thickness of about 0.01 to 50 μm for the electrode 1.
It may be laminated on the surface of c, but specifically 0.1 to 20.
A film thickness of about μm is preferable. That is, when the film thickness is thin, the withstand voltage becomes small, so at least 0.1 μm.
The above film thickness is required, while if it is too thick,
The electrostatic action between the particles and the electrode 1c is suppressed, and the voltage loss in the insulating layer becomes large. In this case, voltage distribution is not effectively distributed to the electro-viscoelastic body, so a film thickness of 50 μm or more is not preferable.
【００４７】このように本実施例によれば、触覚情報信
号検出手段（図示しない）から一対の電極１ｃに、対象
表面に対する接触力の変化を電圧の変化として印加する
と、一対の電極１ｃに挟まれた電気粘弾性体１ａの粘弾
性が、印加電圧によって瞬時に変化する。As described above, according to the present embodiment, when a change in the contact force with respect to the target surface is applied as a change in voltage from the tactile information signal detecting means (not shown) to the pair of electrodes 1c, it is sandwiched between the pair of electrodes 1c. The viscoelasticity of the electro-viscoelastic body 1a is instantaneously changed by the applied voltage.
【００４８】これは、駆動信号が分散粒子のみに影響を
与えるので、電圧を印加すると分散粒子の内部に電気的
な双極子が形成され、このとき、双極子相互間の相互作
用に基づいて、粒子間に引力が働くため、粘弾性が大幅
に変化するからである。This is because the driving signal affects only the dispersed particles, so that an electric dipole is formed inside the dispersed particles when a voltage is applied. At this time, based on the interaction between the dipoles, This is because the attractive force acts between the particles and the viscoelasticity changes significantly.
【００４９】この粘弾性の変化割合は、電界の方向やそ
の大きさを制御することで任意に変化させることができ
るため、変化割合を最適化させることによって、可撓性
高分子絶縁薄膜１ｄを介して操作者の手指に、直接対象
に触れた場合に得られる触覚と同様の触覚情報を擬似的
に伝達させることが可能となる。従って、乖離感をなく
した高い操作性が確保できる装置を提供することが可能
となる。The rate of change in viscoelasticity can be changed arbitrarily by controlling the direction and magnitude of the electric field. Therefore, by optimizing the rate of change, the flexible polymer insulating thin film 1d can be formed. Through this, it is possible to cause the operator's fingers to pseudo-transmit tactile information similar to the tactile information obtained when the object is directly touched. Therefore, it is possible to provide a device that can secure a high operability without a feeling of divergence.
【００５０】なお、本実施例における触覚伝達の方法
は、例えば、予め測定された粘弾性変化手段の特性と触
覚情報信号検出手段（図示しない）から出力される接触
力とに基づいて、信号処理手段（図示しない）によって
触覚情報検出手段（図示しない）から出力される対象物
の粘弾性を計算し、その粘弾性を対象物その物の機械的
特性と同じものとして擬似的に再現する方法が適用可能
である。The tactile transmission method in this embodiment is based on, for example, signal processing based on the characteristics of the viscoelasticity changing means measured in advance and the contact force output from the tactile information signal detecting means (not shown). There is a method of calculating the viscoelasticity of the object output from the tactile information detecting means (not shown) by means (not shown) and simulating the viscoelasticity as the same as the mechanical characteristics of the object itself. Applicable.
【００５１】次に、本発明の第２の実施例に係る触覚伝
達装置について、図２を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、第１の実施例と同一の構成には、同
一符号を付してその説明を省略する。Next, a tactile transmission device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００５２】図２（Ａ）に示すように、本実施例では、
一対の電極１ｃが剛性を有する容器１ｂの内壁に固定さ
れている。そして、これら電極１ｃには、電源２ａが接
続されており、一定電圧を電気粘弾性体１ａに印加可能
に構成されている。As shown in FIG. 2A, in this embodiment,
A pair of electrodes 1c is fixed to the inner wall of the rigid container 1b. A power source 2a is connected to these electrodes 1c so that a constant voltage can be applied to the electro-viscoelastic body 1a.
【００５３】ところで、図２（Ｂ）に示すように、一対
の電極１ｃを固定しない場合（即ち、剛性を有しない容
器（図示しない）に固定した場合）、高分子絶縁薄膜１
ｄを介して電気粘弾性体１ａに圧縮力を加えたとき、そ
の圧縮力が電気粘弾性体１ａの変形によって吸収される
ため、そのとき、電気粘弾性体１ａから高分子絶縁薄膜
１ｄを介して生じる抵抗力は、小さくなってしまう。By the way, as shown in FIG. 2B, when the pair of electrodes 1c is not fixed (that is, fixed in a container (not shown) having no rigidity), the polymer insulating thin film 1 is
When a compressive force is applied to the electro-viscoelastic body 1a via d, the compressive force is absorbed by the deformation of the electro-viscoelastic body 1a. At that time, the electro-viscoelastic body 1a passes through the polymer insulating thin film 1d. The resulting resistance becomes smaller.
【００５４】これに対して、図２（Ａ）に示すように、
一対の電極１ｃを容器１ｂに固定すると、電極１ｃに挟
まれた部分の電気粘弾性体１ａは、その信号方向又は垂
直方向への膨張収縮が拘束された状態に維持される。こ
のような拘束状態下において、高分子絶縁薄膜１ｄを介
して電気粘弾性体１ａに圧縮力を加えたとき、その圧縮
力は、純粋に粘弾性の変化に起因する抵抗力として表れ
る。On the other hand, as shown in FIG.
When the pair of electrodes 1c are fixed to the container 1b, the portion of the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between the electrodes 1c is maintained in a state in which the expansion / contraction in the signal direction or the vertical direction is restricted. When a compressive force is applied to the electro-viscoelastic body 1a via the polymer insulating thin film 1d under such a restrained state, the compressive force appears as a resistance force purely due to a change in viscoelasticity.
【００５５】このように本実施例によれば、電気粘弾性
体１ａの膨張収縮を拘束して粘弾性をそのまま抵抗力と
して伝達することによって、人間が対象物に直接触れる
ことによって知覚する対象物の硬さ、柔らかさ等と同様
の触覚情報を擬似的に表現して伝達することが可能とな
る。As described above, according to this embodiment, by restricting the expansion and contraction of the electro-viscoelastic body 1a and transmitting the viscoelasticity as it is as a resistance force, the object perceived by the human being directly touching the object. It is possible to express and transmit the tactile information similar to the hardness, the softness, and the like in a pseudo manner.
【００５６】なお、本実施例において、一対の電極１ｃ
の固定位置は、容器１ｂの内側又は外側のいずれであっ
てもよい。次に、本発明の第３の実施例に係る触覚伝達
装置について、図３を参照して説明する。なお、本実施
例の説明に際し、上述した第２の実施例と同一の構成に
は、同一符号を付してその説明を省略する。In this embodiment, the pair of electrodes 1c
The fixed position of may be inside or outside of the container 1b. Next, a tactile transmission device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the second embodiment described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００５７】本実施例に適用された容器１ｂは、図３
（Ｂ）に示すように、矢印Ｆ方向（具体的には、電界方
向）に変形可能に構成されており、その際、底部１ｂ′
が蛇腹状に変形可能に構成されている。The container 1b applied to this embodiment is shown in FIG.
As shown in (B), it is configured to be deformable in the arrow F direction (specifically, the electric field direction), and at that time, the bottom portion 1b ′ is formed.
Is configured to be deformable in a bellows shape.
【００５８】このような構成において、一対の電極１ｃ
を介して電気粘弾性体１ａに所定の電界を印加すると、
電極１ｃに挟まれた部分の電気粘弾性体１ａは、その分
散分子間に静電引力が生じるために、電界方向Ｆに収縮
し、一方、電界と直交する直交方向Ｔに膨張する（図３
（Ｂ）参照）。このとき、直交方向Ｔに生じる膨張状態
は、収縮方向Ｆの収縮量に均等な膨脹量となる。In such a structure, the pair of electrodes 1c
When a predetermined electric field is applied to the electro-viscoelastic body 1a via
The portion of the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between the electrodes 1c contracts in the electric field direction F due to electrostatic attraction between the dispersed molecules, and expands in the orthogonal direction T orthogonal to the electric field (FIG. 3).
(See (B)). At this time, the expansion state generated in the orthogonal direction T becomes an expansion amount equal to the contraction amount in the contraction direction F.
【００５９】このような構成によれば、対象物の粘弾性
だけでなく膨張量をも対象物の触覚情報として擬似的に
表現して伝達することが可能となる。また、本実施例に
おいて、粘弾性の変化は電界印加をＯＮ、ＯＦＦ制御す
ることによって可逆的に表現することができるため、一
定周波数で電界印加を繰り返すことによって、所定の振
動を伝達することが可能となる。According to such a configuration, not only the viscoelasticity of the object but also the expansion amount can be pseudo-expressed and transmitted as the tactile information of the object. Further, in the present embodiment, the change in viscoelasticity can be reversibly expressed by controlling the electric field application to be turned on and off. Therefore, it is possible to transmit a predetermined vibration by repeatedly applying the electric field at a constant frequency. It will be possible.
【００６０】ここで、電気粘弾性体１ａとして、例え
ば、トルエン−ＤＭＳＯ混合液体中で重合したシアノビ
フェニル基を有するアクリレート系の液晶エラストマー
（ＬＣＥ）を用いた場合、約２００μｍのＬＣＥに５０
〜１００Ｖの直流電圧を印加すると、ＬＣＥは、数ｍse
c のオーダーで約３０μｍ程度の変形を生じる。また、
ポリウレタンエラストマー（ＰＵＥ）を用いた場合、電
場方向に１．３４％収縮、即ち電場と直交方向に１．３
４％膨張し、ＤＭＳＯで膨潤させたポリエーテル系エラ
ストマーでも同様の変位が得られることが知られてい
る。なお、本実施例に適用された電気粘弾性体１ａは、
電界印加によって電界方向に収縮するものであればとく
に限定されるものではない。When an acrylate liquid crystal elastomer (LCE) having a cyanobiphenyl group polymerized in a toluene-DMSO mixed liquid is used as the electro-viscoelastic body 1a, the LCE of about 200 μm is 50.
When a DC voltage of ~ 100V is applied, LCE is several mse.
A deformation of about 30 μm occurs on the order of c. Also,
When polyurethane elastomer (PUE) is used, it shrinks 1.34% in the electric field direction, that is, 1.3 in the direction orthogonal to the electric field.
It is known that the same displacement can be obtained even with a polyether-based elastomer that is expanded by 4% and swollen with DMSO. The electro-viscoelastic body 1a applied to this example is
There is no particular limitation as long as it contracts in the direction of the electric field when an electric field is applied.
【００６１】このように本実施例によれば、一対の電極
１ｃを剛性を有する容器１ｂに固定し、特に容器１ｂの
底部１ｂ′を蛇腹構造としたことによって、電界方向Ｆ
に電極１ｃ間の距離を変位させることができるため、電
界と直交する直交方向Ｔの膨張状態を上方にのみ限定す
ることができる。この結果、上記第２の実施例の効果に
加えて、同一の駆動信号を印加した場合でも、２倍の変
位を生じさせることが可能となる。なお、本実施例に用
いられる容器１ｂとしては、電極１ｃ間の距離が自在と
なるような材質や構造を有するものであれば、特に限定
されるものではない。As described above, according to the present embodiment, the pair of electrodes 1c is fixed to the container 1b having rigidity, and the bottom portion 1b 'of the container 1b has a bellows structure.
Since the distance between the electrodes 1c can be displaced, the expansion state in the orthogonal direction T orthogonal to the electric field can be limited only to the upper side. As a result, in addition to the effect of the second embodiment, double displacement can be generated even when the same drive signal is applied. The container 1b used in this embodiment is not particularly limited as long as it has a material and a structure that allow the distance between the electrodes 1c to be freely set.
【００６２】次に、本発明の第４の実施例に係る触覚伝
達装置について、図４を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、上述した各実施例と同一の構成に
は、同一符号を付してその説明を省略する。Next, a tactile transmission device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００６３】図４に示すように、本実施例の容器１ａの
内壁には、夫々独立して第１ないしの第５の電極対４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが固定されており、これら
電極対４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、夫々、第１な
いし第５の信号処理手段４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４
ｄ，４４ｅを介して制御部４４４に接続されている。As shown in FIG. 4, the first to fifth electrode pairs 4 are independently formed on the inner wall of the container 1a of this embodiment.
a, 4b, 4c, 4d, and 4e are fixed, and these electrode pairs 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e have first to fifth signal processing means 44a, 44b, 44c, and 44, respectively.
It is connected to the control unit 444 via d and 44e.
【００６４】このような構成において、まず、制御部４
４４から出力された制御信号に基づいて、第１ないし第
５の信号処理手段４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４
４ｅを介して第１ないしの第５の電極対４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ，４ｅに所定電圧を印加する。このとき印加さ
れる電圧信号は、人間が直接対象表面に触れた際の接触
力の変化を信号化して出力可能な触覚情報信号検出手段
（図示しない）から制御部４４４に入力された接触力変
化信号に対応している。In such a structure, first, the control unit 4
Based on the control signal output from 44, the first to fifth signal processing means 44a, 44b, 44c, 44d, 4
4e through the first to fifth electrode pairs 4a, 4b, 4
A predetermined voltage is applied to c, 4d and 4e. The voltage signal applied at this time is a contact force change input to the control unit 444 from a tactile information signal detection unit (not shown) capable of outputting a change in contact force when a person directly touches the target surface. It corresponds to the signal.
【００６５】このとき、第１ないしの第５の電極対４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅに挟まれた部分の電気粘弾
性体１ａは、その分散粒子間に引力が働き、瞬時にその
粘弾性が変化する。At this time, the first to fifth electrode pairs 4
In the portion of the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between a, 4b, 4c, 4d, and 4e, attractive force acts between the dispersed particles, and the viscoelasticity changes instantaneously.
【００６６】従って、制御部４４４を介して第１ないし
第５の信号処理手段４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，
４４ｅを適宜駆動制御（具体的には、各電極対に対する
印加電圧の組み合わせ制御等）することによって、高分
子絶縁薄膜１ｄを介して操作者の手指に対象表面の硬さ
や柔らかさ等の相違する触覚情報を擬似的に同時に伝達
することが可能となる。Therefore, the first to fifth signal processing means 44a, 44b, 44c, 44d, through the control unit 444,
By appropriately controlling the drive of 44e (specifically, controlling the combination of the applied voltage to each electrode pair, etc.), the hardness or softness of the target surface is different between the fingers of the operator via the polymer insulating thin film 1d. It is possible to transmit tactile information in a pseudo manner at the same time.
【００６７】従来の装置では、対象物の表面的及び内面
的な相違を触覚情報をとして同時に表現して且つ同時に
伝達することができなかったが、本実施例によれば、例
えば、第２及び第３の電極対４ｂ，４ｃを介して電気粘
弾性体１ａに電界を印加することによって、表面は柔ら
かく且つ内部が硬い対象物の表面的及び内部的な触覚情
報を同時に表現して且つ同時に伝達することが可能とな
る。In the conventional device, the difference between the surface and the inner surface of the object could not be simultaneously expressed as tactile information and transmitted at the same time. However, according to the present embodiment, for example, the second and By applying an electric field to the electro-viscoelastic body 1a via the third electrode pair 4b, 4c, the surface and internal tactile information of a target whose surface is soft and whose inside is hard can be simultaneously expressed and simultaneously transmitted. It becomes possible to do.
【００６８】次に、本発明の第５の実施例に係る触覚伝
達装置について、図５を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、第４の実施例と同一の構成には、同
一符号を付してその説明を省略する。Next, a tactile transmission device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the fourth embodiment will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００６９】図５に示すように、本実施例の触覚伝達装
置は、第１ないしの第５の電極対４ａ，４ｂ，４ｃ，４
ｄ，４ｅ間に第１ないし第４の仕切り隔壁５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄを備えており、各電極対４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄ，４ｅとこれらに挟まれた部分の電気粘弾性体１ａ
とによって独立した複数の触覚伝達装置が構成されるよ
うなっている。なお、第１ないし第４の仕切り隔壁５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、夫々、電気粘弾性体１ａの弾
性効果を妨げないような材質及び厚みを有していれば足
り、特に限定されるものではない。本実施例では、例え
ば、高分子の薄膜フィルムが好ましい。As shown in FIG. 5, the tactile transmission device according to this embodiment has the first to fifth electrode pairs 4a, 4b, 4c, 4
The first to fourth partition walls 5a, 5b,
5c, 5d, each electrode pair 4a, 4b, 4c,
4d and 4e and the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between them
A plurality of independent tactile transmission devices are configured by and. The first to fourth partition walls 5
Each of a, 5b, 5c, and 5d is not particularly limited as long as it has a material and a thickness that do not hinder the elastic effect of the electro-viscoelastic body 1a. In this embodiment, for example, a polymer thin film is preferable.
【００７０】このような構成において、上記第４の実施
例と同様に、その深さ方向中央の触覚伝達装置のいずれ
かに選択的に電界を印加すると、その電気粘弾性体１ａ
の表面は粘弾性が小さいためにせん断に対する抵抗力が
小さくなり、一方、内部方向へは粘弾性が大きくなるた
めにせん断に対する抵抗力が大きくなる。この結果、表
面は柔らかく且つ内部が硬い対象物の表面的及び内部的
な触覚情報を同時に表現して且つ同時に伝達することが
可能となる。In such a structure, when an electric field is selectively applied to any one of the tactile transmission devices at the center in the depth direction thereof, as in the fourth embodiment, the electro-viscoelastic body 1a is formed.
The surface has a low viscoelasticity, which reduces the resistance to shear, while the viscoelasticity increases inward, which increases the resistance to shear. As a result, it becomes possible to simultaneously express and transmit the surface and internal tactile information of an object whose surface is soft and whose inside is hard.
【００７１】このような構成によれば、手指の触覚伝達
装置に対する接触や押し込みに起因する各電極間の接触
やショート等の弊害を防止することが可能となる。更
に、小型化に対する自由度も向上するため、各触覚装置
当りの駆動電圧値も少量で足りるという利点がある。ま
た、触覚伝達装置を複数個積層させたことによって、伝
達可能な触覚情報の種類を多様化させることが可能とな
る。According to this structure, it is possible to prevent the harmful effects such as the contact between the electrodes and the short circuit due to the contact and the pushing of the finger with respect to the tactile transmission device. Further, since the degree of freedom for miniaturization is improved, there is an advantage that a small driving voltage value for each tactile device is sufficient. Also, by stacking a plurality of tactile transmission devices, it is possible to diversify the types of tactile information that can be transmitted.
【００７２】なお、他の構成作用及び効果は、第４の実
施例と同様であるため、その説明は省略する。次に、本
発明の第６の実施例に係る触覚伝達装置について、図６
を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、上
述した各実施例と同一の構成には、同一符号を付してそ
の説明を省略する。Since the other constructional effects and advantages are similar to those of the fourth embodiment, the description thereof will be omitted. Next, a tactile transmission device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. In the description of this embodiment, the same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００７３】図６に示すように、本実施例の触覚伝達装
置において、絶縁性高分子ゲルから成る例えばプラスチ
ック製の容器１ｂは、その長手方向Ｌに直交して等間隔
で配置された６個の絶縁層６ａによって区分されてい
る。これら区分された各部分には、その長手方向Ｌに直
交した上下位置に夫々電極６ｂが配置され、各区分毎に
夫々独立した触覚伝達装置が構成されている。そして、
各触覚伝達装置毎の電極６ｂを介して各区分の電気粘弾
性体１ａに選択的に電界を印加させるように、各電極６
ｂは、信号処理手段６ｃを介して制御部４４４に接続さ
れている。なお、絶縁層６ａとしては、第１の実施例と
同様に、有機絶縁層あるいは無機絶縁層のいずれをも適
用することが可能である。As shown in FIG. 6, in the tactile transmission device of the present embodiment, six containers 1b made of an insulating polymer gel, for example made of plastic, are arranged at equal intervals orthogonal to the longitudinal direction L thereof. Are separated by the insulating layer 6a. Electrodes 6b are respectively arranged at the upper and lower positions orthogonal to the longitudinal direction L of each of these divided parts, and an independent tactile transmission device is configured for each of the divided parts. And
In order to selectively apply an electric field to the electro-viscoelastic body 1a of each section through the electrode 6b of each tactile transmission device, each electrode 6
b is connected to the control unit 444 via the signal processing means 6c. As the insulating layer 6a, either an organic insulating layer or an inorganic insulating layer can be applied as in the first embodiment.
【００７４】このような構成において、上記第４の実施
例と同様に、その深さ方向中央の触覚伝達装置に配置さ
れた一対の電極６ｂのいずれかに選択的に電界を印加す
ると、その電気粘弾性体１ａの表面は粘弾性が小さいた
めに圧縮に対する抵抗力が小さくなり、一方、内部方向
へは粘弾性が大きくなるために圧縮に対する抵抗力が大
きくなる。この結果、表面は柔らかく且つ内部が硬い対
象物の表面的及び内部的な触覚情報を同時に表現して且
つ同時に伝達することが可能となる。In such a structure, when an electric field is selectively applied to one of the pair of electrodes 6b arranged in the tactile transmission device at the center in the depth direction, the electric field is generated as in the fourth embodiment. Since the surface of the viscoelastic body 1a has a small viscoelasticity, the resistance to compression becomes small, while the viscoelasticity increases inward, so the resistance to compression becomes large. As a result, it becomes possible to simultaneously express and transmit the surface and internal tactile information of an object whose surface is soft and whose inside is hard.
【００７５】このような構成によれば、手指の触覚伝達
装置に対する接触や押し込みに起因する各電極間の接触
やショート等の弊害を防止することが可能となる。更
に、小型化に対する自由度も向上するため、各触覚装置
当りの駆動電圧値も少量で足りるという利点がある。ま
た、触覚伝達装置を複数個積層させたことによって、伝
達可能な触覚情報の種類を多様化させることが可能とな
る。According to such a structure, it is possible to prevent the harmful effects such as the contact between the electrodes and the short circuit due to the contact or the pushing of the finger with respect to the tactile transmission device. Further, since the degree of freedom for miniaturization is improved, there is an advantage that a small driving voltage value for each tactile device is sufficient. Also, by stacking a plurality of tactile transmission devices, it is possible to diversify the types of tactile information that can be transmitted.
【００７６】なお、他の構成作用及び効果は、第４の実
施例と同様であるため、その説明は省略する。次に、本
発明の第７の実施例に係る触覚伝達装置について、図７
を参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、第
６の実施例と同一の構成には、同一符号を付してその説
明を省略する。Since the other construction and effect are the same as those of the fourth embodiment, the description thereof will be omitted. Next, a tactile transmission device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. In the description of this embodiment, the same components as those in the sixth embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００７７】図７に示すように、本実施例の触覚伝達装
置において、容器１ｂ内には、その長手方向Ｌに直交し
て等間隔に配置された第１電極７ａと、これら第１電極
７ａに対して長手方向Ｌに直交する方向に相対的にずれ
た位置であって且つ第１電極７ａの間に交互に配置され
た第２電極７ｂとが設けられている。これら第１及び第
２電極７ａ，７ｂは、これら電極７ａ，７ｂに挟まれた
電気粘弾性体１ａに選択的に電界を印加させるように、
信号処理手段７ｃを介して制御部４４４に接続されてい
る。As shown in FIG. 7, in the haptic transmission device of this embodiment, first electrodes 7a arranged at equal intervals in the container 1b, orthogonal to the longitudinal direction L, and the first electrodes 7a. The second electrodes 7b are provided at positions relatively deviated from each other in the direction orthogonal to the longitudinal direction L and are alternately arranged between the first electrodes 7a. The first and second electrodes 7a and 7b are configured to selectively apply an electric field to the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between the electrodes 7a and 7b.
It is connected to the control unit 444 via the signal processing means 7c.
【００７８】このような構成によれば、上記第６の実施
例と同様に、複数の第１及び第２電極７ａ，７ｂのいず
れかに選択的に電界を印加すると、選択的に印加された
電界を受けた電気粘弾性体１ａ中に含まれる粒子間に引
力が働き、瞬時にその粘弾性が変化して、他の部分と異
なる粘弾性を示す。この粘弾性の変化によって、表面は
柔らかく且つ内部が硬い対象物の表面的及び内部的な触
覚情報を同時に表現して且つ同時に伝達することが可能
となる。According to this structure, when an electric field is selectively applied to any of the plurality of first and second electrodes 7a and 7b, as in the sixth embodiment, the electric field is selectively applied. An attractive force acts between the particles contained in the electro-viscoelastic body 1a that receives an electric field, the viscoelasticity of the particles changes instantaneously, and a viscoelasticity different from other parts is exhibited. This change in viscoelasticity makes it possible to simultaneously express and transmit the surface and internal tactile information of an object whose surface is soft and whose inside is hard.
【００７９】なお、他の構成作用及び効果は、第６の実
施例と同様であるため、その説明は省略する。次に、本
発明の第８の実施例に係る触覚伝達装置について、図８
を参照して説明する。Since the other construction and effect are the same as those of the sixth embodiment, the description thereof will be omitted. Next, a tactile transmission device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to.
【００８０】図８に示すように、本実施例の触覚伝達装
置において、容器１ｂの上部には、任意位置で相対的に
変位した突起状部分が形成されるように可撓性高分子絶
縁薄膜１ｄが設けられており、一方、容器１ｂの底部１
ｂ′は、容器１ｂが図中矢印Ｅ方向に変位可能なように
蛇腹構造となっている。As shown in FIG. 8, in the tactile transmission device of this embodiment, a flexible polymer insulating thin film is formed on the upper portion of the container 1b so that a projecting portion relatively displaced at an arbitrary position is formed. 1d is provided, while the bottom 1 of the container 1b is
b'has a bellows structure so that the container 1b can be displaced in the direction of arrow E in the figure.
【００８１】また、容器１ｂ内には、複数の隔壁８ａが
等間隔で配置されており、これら隔壁８ａによって電気
粘弾性体１ａは分離されている。そして、分離された個
々の電気粘弾性体１ａに所定の電界を印加させるため
に、図中矢印Ｅ方向に直交し且つ個々の電気粘弾性体１
ａを挟むように電極８ｂが設けられている。この結果、
分離された各電気粘弾性体１ａ毎に触覚伝達装置が構成
されることになる。なお、これら電極８ｂは、個々の電
気粘弾性体１ａへの印加電界の選択的な切り換えやその
大きさ等を駆動制御する信号処理制御部８ｃに接続され
ている。In the container 1b, a plurality of partition walls 8a are arranged at equal intervals, and the partition walls 8a separate the electro-viscoelastic body 1a. Then, in order to apply a predetermined electric field to each of the separated electro-viscoelastic bodies 1a, each electro-viscoelastic body 1 is orthogonal to the direction of arrow E in the figure and
Electrodes 8b are provided so as to sandwich a. As a result,
A tactile transmission device is configured for each of the separated electro-viscoelastic bodies 1a. The electrodes 8b are connected to a signal processing controller 8c that selectively controls the electric field applied to the individual electro-viscoelastic body 1a and controls the magnitude of the electric field.
【００８２】なお、各電極対８ｂとこれら電極８ｂに挟
まれた電気粘弾性体１ａは、隔壁８ａに固定されてお
り、且つ、容器１ｂは、その底部１ｂ′が蛇腹構造とな
っているため、印加電圧に対応して各電極対８ｂ毎に電
界方向Ｅに収縮できるようになっている。Since each electrode pair 8b and the electro-viscoelastic body 1a sandwiched between these electrodes 8b are fixed to the partition wall 8a, and the bottom 1b 'of the container 1b has a bellows structure. , Can be contracted in the electric field direction E for each electrode pair 8b according to the applied voltage.
【００８３】このような構成によれば、信号処理制御部
８ｃによって任意に選択的した触覚伝達装置に電界を印
加して、電界を印加された電気粘弾性体１ａだけ硬くす
ることによって、高分子絶縁薄膜１ｄの突起状部分を介
して対象物の粗滑感のような凹凸表面情報を擬似的に表
現して伝達することが可能となる。更に、かかる凹凸表
面情報と同時に、本実施例の場合も、上述した実施例と
同様に、表面は柔らかく且つ内部が硬い対象物の表面的
及び内部的な触覚情報を同時に表現して且つ同時に伝達
することも可能である。According to this structure, the electric field is applied to the tactile transmission device arbitrarily selected by the signal processing control section 8c, and only the electro-viscoelastic body 1a to which the electric field is applied is made to be hard. Through the protruding portion of the insulating thin film 1d, it is possible to express and transmit the uneven surface information such as the rough feeling of the object in a pseudo manner. Further, simultaneously with the uneven surface information, also in the case of the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the surface and internal tactile information of the object whose surface is soft and whose inside is hard are simultaneously expressed and transmitted at the same time. It is also possible to do so.
【００８４】なお、容器１ｂとしては、電界方向Ｅに収
縮自在な材質又は構造を有するものであれば、特に限定
されるものではない。次に、本発明の第９の実施例に係
る触覚伝達装置について、図９を参照して説明する。な
お、本実施例の説明に際し、上述した各実施例と同一の
構成には、同一符号を付してその説明を省略する。The container 1b is not particularly limited as long as it has a material or structure capable of contracting in the electric field direction E. Next, a tactile transmission device according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００８５】図９に示すように、本実施例の触覚伝達装
置は、印加磁界の大きさに対応して粘弾性が変化可能な
磁気粘弾性体９ａと、この磁気粘弾性体９ａを分散・混
合した状態で収容するプラスチック製の容器１ｂと、磁
気粘弾性体９ａに所定の磁界を印加してその粘弾性を変
化制御する磁界印加手段と、容器１ｂに設けられてお
り、磁気粘弾性体９ａの粘弾性変化を操作者の手指に伝
達する可撓性高分子薄膜９ｅとを備えている。As shown in FIG. 9, the tactile transmission device of this embodiment has a magnetic viscoelastic body 9a whose viscoelasticity can be changed according to the magnitude of an applied magnetic field, and a magnetic viscoelastic body 9a dispersed / dispersed. A plastic container 1b to be housed in a mixed state, a magnetic field applying means for applying a predetermined magnetic field to the magnetic viscoelastic body 9a to control the change of its viscoelasticity are provided in the container 1b. The flexible polymer thin film 9e for transmitting the viscoelastic change of 9a to the fingers of the operator.
【００８６】磁界印加手段は、電源９ｂに接続されて所
定の電流が流されるコイル９ｃと、このコイル９ｃが巻
付けられ、コイル９ｃに流れる電流によって所定の磁界
を磁気粘弾性体９ａに印加してその粘弾性を変化させる
鉄心９ｄとを備えている。The magnetic field applying means is a coil 9c which is connected to the power source 9b and through which a predetermined current flows, and the coil 9c is wound around, and a predetermined magnetic field is applied to the magnetic viscoelastic body 9a by the current flowing through the coil 9c. And an iron core 9d for changing its viscoelasticity.
【００８７】鉄心９ｄは、容器１ｂの内部又は外部に接
触した状態に配置されている。このような構成によれ
ば、電源９ｂからコイル９ｃに所定の電流が流される
と、鉄心９ｄを介して磁気粘弾性体９ａに所定の磁界が
印加される。このとき、磁気粘弾性体９ａ中の分散粒子
が分極し、磁界方向に数珠状に連なるため、磁気粘弾性
体９ａの粘弾性が増加する。この場合において、印加磁
界の大きさを適当に制御して粘弾性の変化状態を最適化
することによって、人間が対象物に直接触れることによ
って知覚する対象物の硬さ、柔らかさ等と同様の触覚情
報を擬似的に表現して伝達することが可能となる。更
に、本構成によれば、磁気粘弾性体９ａの駆動信号が磁
気であることから、電気的な絶縁に関して複雑な構成を
用いる必要がない。このため、本構成には、絶縁処理が
施されていない高分子薄膜９ｅが用いられている。The iron core 9d is arranged in contact with the inside or outside of the container 1b. With such a configuration, when a predetermined current is supplied from the power supply 9b to the coil 9c, a predetermined magnetic field is applied to the magneto-viscoelastic body 9a via the iron core 9d. At this time, the dispersed particles in the magnetic viscoelastic body 9a are polarized and connected in a bead shape in the magnetic field direction, so that the viscoelasticity of the magnetic viscoelastic body 9a increases. In this case, by appropriately controlling the magnitude of the applied magnetic field and optimizing the changing state of the viscoelasticity, the hardness, softness, etc. of the object perceived by human being directly touching the object It is possible to express and transmit the tactile information in a pseudo manner. Further, according to this configuration, since the drive signal of the magnetic viscoelastic body 9a is magnetic, it is not necessary to use a complicated configuration for electrical insulation. Therefore, the polymer thin film 9e which is not subjected to the insulation treatment is used in this configuration.
【００８８】なお、磁界印加手段としては、磁気粘弾性
体９ａに所定の磁界を印加できるものであれば、特に限
定されるものではない。次に、本発明の第１０の実施例
に係る触覚伝達装置について、図１０を参照して説明す
る。The magnetic field applying means is not particularly limited as long as it can apply a predetermined magnetic field to the magnetic viscoelastic body 9a. Next, a tactile transmission device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００８９】図１０に示すように、本実施例の触覚伝達
装置は、印加熱を変化させることによって粘弾性が変化
可能な熱粘弾性体１０ａと、この熱粘弾性体１０ａを収
容するアルミ製の容器１０ｂと、熱粘弾性体１０ａを加
熱又は冷却して粘弾性を変化制御する加熱冷却手段と、
熱粘弾性体１０ａの粘弾性変化を操作者の手指に伝達す
る熱伝導性の低い可撓姓高分子薄膜１０ｃとを備えてい
る。As shown in FIG. 10, the tactile transmission device according to the present embodiment has a thermo-viscoelastic body 10a whose viscoelasticity can be changed by changing the applied heat, and an aluminum housing which accommodates the thermoviscoelastic body 10a. A container 10b, and heating and cooling means for heating or cooling the thermo-viscoelastic body 10a to control the change in viscoelasticity,
It is provided with a flexible polymer thin film 10c having a low thermal conductivity that transmits a change in viscoelasticity of the thermoviscoelastic body 10a to an operator's finger.
【００９０】加熱冷却手段は、熱粘弾性体１０ａを挟む
ように容器１０ｂ内に配置された一対のペルチェ素子１
０ｄを備えている。ペルチェ素子１０ｄは、内部に温度
勾配を有する素子であり、一方の面を加熱すると他方の
面は冷却される特徴を有している。The heating / cooling means is a pair of Peltier elements 1 arranged in the container 10b so as to sandwich the thermoviscoelastic body 10a.
It has 0d. The Peltier element 10d is an element having a temperature gradient inside, and is characterized in that one surface is heated and the other surface is cooled.
【００９１】このような構成によれば、図示しない制御
手段を介して一対のペルチェ素子１０ｄを制御して、熱
粘弾性体１０ａを加熱又は冷却あるいは加熱冷却の組合
制御を行うと、熱粘弾性体１０ａ内部の分子配向が変化
することで材料の異方性が変化する。この状態下で、高
分子薄膜１０ｃに手指の圧力を作用させた場合、手指に
戻る抵抗力は、加熱又は冷却あるいは加熱冷却の組合制
御前の状態とは異なったものとして表れる。この場合に
おいて、制御手段を介して一対のペルチェ素子１０ｄを
適当に制御して粘弾性の変化状態を最適化することによ
って、人間が対象物に直接触れることによって知覚する
対象物の硬さ、柔らかさ等と同様の触覚情報を擬似的に
表現して伝達することが可能となる。According to this structure, when the pair of Peltier elements 10d are controlled via the control means (not shown) to perform heating or cooling of the thermoviscoelastic body 10a or combined control of heating and cooling, thermoviscoelasticity is obtained. The anisotropy of the material changes as the molecular orientation inside the body 10a changes. In this state, when the finger pressure is applied to the polymer thin film 10c, the resistance force returning to the finger appears as different from the state before heating or cooling or combination control of heating and cooling. In this case, by appropriately controlling the pair of Peltier elements 10d through the control means to optimize the change state of viscoelasticity, the hardness and softness of the object perceived by a human being directly touching the object. The same tactile information as Sasa can be expressed and transmitted in a pseudo manner.
【００９２】なお、高分子薄膜１０ｃとしては、熱自体
が手指に直接伝達されないような熱伝導性の低いもので
あれば、特に限定されるものではない。次に、本発明の
第１１の実施例に係る触覚伝達装置について、図１１を
参照して説明する。The polymer thin film 10c is not particularly limited as long as it has low thermal conductivity so that heat itself is not directly transferred to fingers. Next, a tactile transmission device according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００９３】図１１（Ａ），（Ｂ）には、本実施例の触
覚伝達装置が医療用処置具に適用した例が示されてお
り、具体的には、図１６に示された把持鉗子１６ａの操
作部１６ｄに、図１に示された触覚伝達装置を応用した
例である。従って、本実施例の説明に際し、図１６の構
成と同一の構成には、同一符号を付してその説明を省略
する。FIGS. 11A and 11B show an example in which the tactile transmission device of this embodiment is applied to a medical treatment tool. Specifically, the grasping forceps shown in FIG. This is an example in which the tactile transmission device shown in FIG. 1 is applied to the operation unit 16d of 16a. Therefore, in the description of the present embodiment, the same components as those in FIG. 16 will be assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【００９４】図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）の把持鉗子
１６ａの操作部１６ｄの可動操作ハンドル１６ｈ部分を
拡大した図であり、このハンドル１６ｈ部は、可撓性高
分子薄膜から成る容器内に電気粘弾性体１６ｉが充填さ
れている。更に、この容器内壁には、複数の電極１６ｊ
が設けられ、また、前記電極１６ｊと対向する電極１６
ｋが容器内の中心軸上に設けられている。電極１６ｊ
は、互いに隣り合った電極との間にそれぞれ隙間が設け
られており、電気粘弾性体１６ｉに電界が印加されない
状態では、外部から圧力を加えるとそれに伴って変形し
易くなる。また、電極１６ｊに印加される電圧信号は、
触覚情報信号検出手段（図示せず）から制御部４４４を
介して信号処理手段１６ｍを適宜制御することによっ
て、電気粘弾性体１６ｉの粘弾性を変化させる。FIG. 11C is an enlarged view of the movable operation handle 16h of the operating portion 16d of the grasping forceps 16a shown in FIG. 11A. The handle 16h is made of a flexible polymer thin film. The electric viscoelastic body 16i is filled in the container. Further, the inner wall of the container has a plurality of electrodes 16j.
And an electrode 16 facing the electrode 16j.
k is provided on the central axis in the container. Electrode 16j
In the state where no electric field is applied to the electro-viscoelastic body 16i, when a pressure is applied from the outside, it is likely to deform due to a gap provided between the electrodes adjacent to each other. The voltage signal applied to the electrode 16j is
The viscoelasticity of the electro-viscoelastic body 16i is changed by appropriately controlling the signal processing means 16m from the tactile information signal detecting means (not shown) via the control section 444.
【００９５】通常把持鉗子１６ａを操作する場合、操作
者は、鉗子部１６ｃからフィードバックされる対象表面
との間の接触力変化を操作部１６ｄを介して圧覚情報と
して得ている。しかしながら、対象物の硬軟覚、表面情
報、内部情報等の詳細な触覚情報までは得ることができ
なかった。When operating the normal grasping forceps 16a, the operator obtains the change in the contact force with the target surface fed back from the forceps portion 16c as pressure information via the operation portion 16d. However, it has not been possible to obtain detailed tactile information such as the hardness and softness of the object, surface information, and internal information.
【００９６】そこで、本実施例のように、触覚伝達装置
を操作部１６ｄに内蔵することによって、把持鉗子１６
ａを操作しながら同時に対象物の硬さ、柔らかさ等と同
様の触覚情報を得ることが可能となる。このため、通常
の機器操作に必要な指先を解放することができるため、
医療処置時の操作性を向上させることができる。Therefore, as in the present embodiment, by incorporating the tactile transmission device in the operation portion 16d, the grasping forceps 16 is obtained.
It is possible to obtain tactile information similar to the hardness and softness of the object at the same time while operating a. For this reason, the fingertips required for normal device operation can be released,
The operability during medical treatment can be improved.
【００９７】次に、本発明の第１２の実施例に係る触覚
伝達装置について、図１２を参照して説明する。図１２
に示すように、本実施例の触覚伝達装置は、操作者が実
際に手指で操作を行うための操作器１２ａに設けられて
いる。具体的には、本実施例において、操作器１２ａに
は、図１に示された触覚伝達装置１２ｂ，１２ｃが、ス
イッチ形状に構成されて取り付けられている。Next, a tactile transmission device according to a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12
As shown in, the tactile transmission device of the present embodiment is provided in the operating device 12a for the operator to actually operate with the fingers. Specifically, in the present embodiment, the tactile transmission devices 12b and 12c shown in FIG. 1 are attached to the operating device 12a in a switch shape.
【００９８】このような構成によれば、操作者は、操作
器１２ａを把持した状態で且つ通常の機器操作に必要な
指先が解放された状態で同時に対象物の硬さ、柔らかさ
等と同様の触覚情報を得ることが可能となる。なお、図
２ないし図７に示された触覚伝達装置を操作器１２ａに
適用しても同様の効果を得ることが可能である。According to such a configuration, the operator can grasp the hardness, softness, etc. of the object at the same time while holding the operating device 12a and releasing the fingertips necessary for normal device operation. It is possible to obtain the tactile information of. The same effect can be obtained by applying the tactile transmission device shown in FIGS. 2 to 7 to the operating device 12a.
【００９９】次に、本発明の第１３の実施例に係る触覚
伝達装置について、図１３を参照して説明する。図１３
に示すように、本実施例の触覚伝達装置は、対象物に対
する接触状態を検出して、その擬似触覚信号を出力可能
な触覚信号検出手段１３ａと、この触覚信号検出手段１
３ａから出力された擬似触覚信号に基づいて、触覚伝達
手段１３ｃを駆動させる信号処理手段１３ｂとを備えて
いる。Next, a tactile transmission device according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
As shown in FIG. 1, the tactile transmission device of this embodiment detects tactile contact with an object and outputs a pseudo tactile signal, and tactile signal detection means 1 a.
And a signal processing means 13b for driving the tactile sense transmitting means 13c based on the pseudo tactile sense signal output from 3a.
【０１００】信号処理手段１３ｂは、触覚信号検出手段
１３ａから出力された擬似触覚信号を触覚伝達手段１３
ｃを駆動するための信号に変換して出力する機能を有す
る。ここでは、対象物の表面の粗滑、硬軟、接触の度合
あるいはその変化を対象物の粘弾性に合わせて駆動信号
化し、その信号を電界や磁界の大きさ及び方向によって
調整して出力している。The signal processing means 13b transmits the pseudo tactile signal output from the tactile signal detecting means 13a to the tactile transmitting means 13.
It has a function of converting into a signal for driving c and outputting it. Here, the surface of the object is roughened, hardened, softened, or the degree of contact or its change is converted into a drive signal according to the viscoelasticity of the object, and the signal is adjusted by the magnitude and direction of the electric or magnetic field and output. There is.
【０１０１】通常、人間の触覚に対する知覚において、
手指を固定して皮膚に変位を与える場合（受動触）より
も、手指を束縛しないで自由に対象物を触る場合（能動
触）の方がより多くの情報を一度に得ることができる。Usually, in the perception of human tactile sense,
More information can be obtained at one time when the object is freely touched without restraining the fingers (active touch) than when the fingers are fixed and the skin is displaced (passive touch).
【０１０２】触覚伝達手段１３ｃである触覚伝達装置の
粘弾性体は、単一のアクチュエータであり、それ自体の
粘弾性を変化させることによって、種々の触覚情報を同
時に表現することができる。The viscoelastic body of the tactile transmission device which is the tactile transmission means 13c is a single actuator, and various tactile information can be simultaneously expressed by changing the viscoelasticity of the actuator itself.
【０１０３】従って、本実施例に適用された信号処理手
段１３ｂは、人間の知覚特性を考慮して、触覚信号検出
手段１３ａから出力された信号を触覚伝達手段１３ｃを
駆動するための信号に変換して最適な駆動信号を生成す
るように構成されている。また、信号処理手段１３ｂに
は、予め測定された対象物の機械的特性がデータとして
記憶されており、触覚信号検出手段１３ａから出力され
た接触力に基づいて、上記データから接触時の対象物の
変形量を計算することによって、変形量を表示する機能
をも設けられている。Therefore, the signal processing means 13b applied to this embodiment converts the signal output from the tactile signal detecting means 13a into a signal for driving the tactile transmitting means 13c in consideration of human perception characteristics. Then, an optimum drive signal is generated. In addition, the signal processing means 13b stores the mechanical characteristics of the object measured in advance as data, and based on the contact force output from the tactile signal detection means 13a, the object at the time of contact is determined from the above data. A function of displaying the deformation amount by calculating the deformation amount of is also provided.
【０１０４】即ち、信号処理手段１３ｂは、接触の度合
い又は接触変化を人間の振動知覚特性に合わせるよう
に、振動振幅と振動周波数を調整して出力する機能を有
する。つまり、信号処理手段１３ｂでは、接触状況に基
づく対象物の硬さや柔らかさ、移動感や表面粗さ等の各
種触覚情報を擬似触覚として表現するための信号に変換
する処理が行われる。そして、この信号処理手段１３ｂ
から出力された駆動信号によって触覚伝達手段１３ｃを
駆動させて、操作者に擬似触覚を伝達させることにな
る。That is, the signal processing means 13b has a function of adjusting and outputting the vibration amplitude and the vibration frequency so as to match the degree of contact or the contact change with the human vibration perception characteristic. That is, the signal processing unit 13b performs a process of converting various types of tactile information such as the hardness and softness of the target object based on the contact state, the sense of movement and the surface roughness into a signal for expressing as a pseudo tactile sensation. And this signal processing means 13b
The tactile sense transmitting means 13c is driven by the drive signal output from the device to transmit the pseudo tactile sense to the operator.
【０１０５】このように本実施例によれば、触覚信号検
出手段１３ａから出力された信号に基づいて、最適な駆
動パラメータが演算処理され、その結果に基づいて、触
覚伝達手段１３ｃを駆動することによって、操作者に擬
似触覚を的確に伝達することが可能となる。As described above, according to the present embodiment, the optimum drive parameters are calculated based on the signal output from the tactile signal detecting means 13a, and the tactile transmitting means 13c is driven based on the result. This makes it possible to accurately transmit the pseudo tactile sensation to the operator.
【０１０６】なお、本発明は、以下のように構成するこ
とも可能である。 （１） 機械的特性変化材料と、この機械的特性変化材
料を収容する容器と、前記機械的特性変化材料に所定の
刺激を印加することによって、前記機械的特性変化材料
の機械的特性を変化させる印加手段と、前記容器の一部
に設けられており、前記機械的特性変化材料の機械的特
性の変化を人間が対象に直接触れた際に得られる触覚と
同様の触覚情報として擬似的に操作者に伝達する触覚伝
達部材とを備えていることを特徴とする触覚伝達装置。 （構成）図１、図９及び図１０の実施例が該当する。な
お、印加手段は、容器の内部又は外部のいずれかに取り
付け可能である。 （作用）印加手段によって機械的特性変化材料に所定の
刺激を印加すると、機械的特性変化材料の機械的特性が
変化する。そして、かかる変化状態は、触覚伝達部材に
よって、人間が対象に直接触れた際に得られる触覚と同
様の触覚情報として擬似的に操作者に伝達される。 （効果）触覚伝達部材を介して機械的特性変化材料の粘
弾性変化を操作者の手指に伝達させることによって、操
作者が実際に対象物に触れた際に得られる触覚と同様の
触覚情報（例えば、粘弾性感や硬軟覚等）を忠実に再現
して伝達することができる。このため、乖離感をなくし
た高い操作性が確保できる装置を提供することが可能と
なる。 （２） 前記印加手段は、前記機械的特性変化材料を挟
持するように対向配置された少なくとも一対の電極とこ
れら電極に所定の可変電圧を印加する電圧印加手段とを
備えており、また、前記機械的特性変化材料は、前記一
対の電極から発生する電界によって、その粘弾性が変化
する電気粘弾性体であることを特徴とする上記（１）に
記載の触覚伝達装置。 （構成）図１ないし図８の実施例が該当する。電気粘弾
性体は、電界作用によって分極が生じる粒子から成り、
一般に電気絶縁性溶媒に分散させた状態で用いる。 （作用）対向配置した電極間に電界を印加することによ
って、駆動信号に対して高速な応答性をもって、電気粘
弾性体の分散粒子が電極間に数珠状に配向する現象を利
用して、広範囲に粘度を変化させることが可能となる。
電界による粒子の配向によって得られるせん断力の方向
と大きさは、電極の配置と、電極間に印加する電界の大
きさを適当に選択することによって最適化される。The present invention can also be configured as follows. (1) Mechanical property changing material, container for containing the mechanical property changing material, and mechanical property of the mechanical property changing material is changed by applying a predetermined stimulus to the mechanical property changing material. Applying means for, and provided in a part of the container, the change in mechanical properties of the mechanical property changing material is simulated as tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches an object. A tactile transmission device comprising: a tactile transmission member that transmits to an operator. (Structure) The embodiment of FIGS. 1, 9 and 10 is applicable. The applying means can be attached either inside or outside the container. (Operation) When a predetermined stimulus is applied to the mechanical property changing material by the applying means, the mechanical property of the mechanical property changing material changes. Then, such a change state is pseudo-transmitted to the operator by the tactile sense transmission member as tactile information similar to the tactile sense obtained when the human directly touches the object. (Effect) By transmitting the viscoelastic change of the mechanical property changing material to the operator's finger through the tactile transmitting member, the same tactile information as that obtained when the operator actually touches the object ( For example, it is possible to faithfully reproduce and transmit a viscoelastic feeling, a hard and soft sense, etc. Therefore, it is possible to provide a device that eliminates the feeling of divergence and ensures high operability. (2) The applying means includes at least a pair of electrodes arranged to face each other so as to sandwich the mechanical property changing material, and a voltage applying means for applying a predetermined variable voltage to the electrodes, and The tactile transmission device according to (1) above, wherein the mechanical property changing material is an electro-viscoelastic body whose viscoelasticity is changed by an electric field generated from the pair of electrodes. (Structure) The embodiment of FIGS. 1 to 8 is applicable. An electroviscoelastic body consists of particles whose polarization is caused by the action of an electric field,
Generally, it is used in a state of being dispersed in an electrically insulating solvent. (Function) By applying an electric field between the electrodes arranged opposite to each other, a high speed response to a drive signal is achieved, and a phenomenon in which dispersed particles of an electro-viscoelastic body are oriented in a beaded pattern between electrodes is used to make a wide range. It is possible to change the viscosity.
The direction and magnitude of the shearing force obtained by the orientation of the particles by the electric field are optimized by appropriately selecting the arrangement of the electrodes and the magnitude of the electric field applied between the electrodes.
【０１０７】本伝達装置は、この電極構成を利用するこ
とによって、本装置に触れた指先部分の皮膚に、粘弾性
変化部材の粘弾性変化を対象物の硬さや柔らかさ等の直
接的な触覚情報として表現して伝達する。 （効果）硬さや柔らかさ等の複雑なテクスチャーの表現
は、対象物の粘弾性要素をいかにしてアクチュエータで
表現するかが問題になっていくる。粘弾性体の動的特性
（応力／歪み）は、次式で表すことができる。 σ0 ／γ0 ＝Ｅ＋ｊωη σ0 ；応力 γ0 ；歪み Ｅ；ヤング率 ω；角振動数 η；粘性率 通常のアクチュエータでは、それ自体の粘弾性が一義的
に決まっているため、単一のアクチュエータだけでは、
人間の触知覚特性を利用した擬似的触覚として粘弾性要
素のうち、実部である弾性は表現できても、虚部である
粘性までは表現できない。ところで、人間が能動触によ
って触覚情報を得る場合、指先には必ず何等かの運動が
伴う。従って、角振動数ωは、０（ゼロ）ではないと考
えられることから、電気粘弾性体は、電圧をかけると瞬
時にその粘度が液体状態から大幅に変化し、電圧を切る
と再び元の状態に戻る部材であり、粘度は電界強度によ
り自在に制御できるため、硬さ、柔らかさ等のテクスチ
ャー表現を単一のアクチュエータだけで実現することが
できる。 （３） 前記触覚伝達部材は、前記一対の電極間の前記
電気粘弾性体の側面に接触するように配置されている上
記（２）に記載の触覚伝達装置。 （構成）図１ないし図５の実施例が該当する。触覚伝達
部材は、電気粘弾性体に接触した状態で且つ電極に挟ま
れた部位に設けられて構成されている。 （作用）電気粘弾性体は、電圧印加により電極間に挟ま
れた部分の電気粘弾性体内部の分散粒子が数珠状に配向
する。この分散粒子の配向によって、電界方向に対して
見かけ上、ずり粘度が高くなる。この状態で電界に垂直
な方向に外部から力が加えられると大きな抵抗力が生じ
る。本構成のように、触覚伝達部材を電極間の電気粘弾
性体の側面に接触するように配置すれば、電気粘弾性体
の粘弾性変化を抵抗力として検出することが可能とな
る。 （効果）本装置によれば、電極構成を利用することによ
って、本装置に触れた指先部分の皮膚に、電気粘弾性体
の粘弾性変化を利用して、対象物の硬さや柔らかさ等の
直接的な触覚情報を抵抗力として表現して伝達すること
が可能となる。 （４） 前記容器に設けられた前記触覚伝達部材に対し
て相対的に深さの異なる位置に複数の電極対が設けられ
ている上記（３）に記載の触覚伝達装置。 （構成）図４及び図５の実施例が該当する。各電極対
は、容器の深さ方向に沿って隣り合う電極と接触しない
ように構成配置されている。 （作用）触覚情報の変化を示す信号を電極対に印加する
と、電圧が印加された電極対に挟まれた部分の電気粘弾
性体中に静電引力が働き、瞬時にその粘弾性が大幅に変
化する。例えば、図４において深さ方向に互い違いに配
置されている電極の組み合わせを選択して電圧を印加す
ると、表面は柔らかく内部が勾配を持った硬さの対象物
として表現して伝達可能となる。本構成は、電気粘弾性
体を駆動する電極の組み合わせ及び電界の方向や大きさ
によって自在に深さ方向の粘弾性を変化させることがで
きるため、単一のアクチュエータのみで対象物の内部表
現等の複雑で広範な触覚情報を表現して伝達することが
可能となる。更に、本構成では、手指が触れた場合に生
じる変形に起因する対向電極の接触やショートを防止で
きるため、装置の安全性が向上する。 （効果）従来のアクチュエータでは伝達することが困難
であった対象物の表面的及び内部的な相違する触覚情報
を同時に表現して伝達することが可能となる。更に、電
気的な安全性をも向上させることが可能となる。 （５） 前記容器には、複数の電極対を各電極対毎に仕
切る隔壁が設けられている上記（４）に記載の触覚伝達
装置。 （構成）図５の実施例が該当する。隔壁は、各電極対毎
に容器内部に構成配置されている。 （作用）触覚情報の変化を示す信号を電極対に印加する
と、瞬時にその粘弾性が大幅に変化する。例えば、本構
成の深さ方向の中央にある電極対の組み合わせを選択し
て電圧を印加すると、表面は柔らかく内部が硬い対象物
の触覚情報が表現、伝達される。本構成は、電気粘弾性
体を駆動する電極対の組み合わせ及び電界の方向や大き
さによって自在に深さ方向の粘弾性を変化させることが
できるために、単一のアクチュエータのみで対象物の内
部表現等の複雑で広範な触覚情報を表現して伝達するこ
とが可能であり、隔壁で区切られていることから深さ方
向に隣り合った電極対間に生じる電界の相互作用を防止
することができる。 （効果）従来のアクチュエータでは伝達することが困難
であった対象物の表面的及び内部的な相違する触覚情報
を同時に表現して伝達することが可能となる。更に、電
界の相互作用を防ぐことが可能となる。 （６） 前記容器内部に対向配置された一対の電極に所
定の電圧を印加した際に、前記電気粘弾性体の粘弾性変
化に伴って一対の電極間の距離を電界方向に変動させる
ように、前記容器には、伸縮自在な底部が設けられてお
り、前記触覚伝達部材は、前記電気粘弾性体の粘弾性変
化に対応して***変動自在に構成されている上記（２）
に記載の触覚伝達装置。 （構成）図３の実施例が該当する。容器の底部が伸縮自
在な構造を有する。 （作用）電気粘弾性体を直流又は交流で電界駆動させる
ことにより、電圧に対して高速な応答性を持って、電気
粘弾性体の分散粒子が電極間に数珠状に配向する。この
とき、電極が電界方向に移動自在である構成の場合、最
適な電気粘弾性体の材料を選択すると、電極面に直交す
る方向には収縮が生じ、電極間に挟まれた電気粘弾性体
の両端には大きな変位が発生する。かかる変位の大きさ
は、電圧の大きさによって選択できる。ここで、電極に
挟まれた電気粘弾性体の一端が解放されている場合の変
位は、電極に挟まれた電気粘弾性体の両端が解放されて
いる場合に比べて２倍の大きさになる。即ち、同じ変位
を発生させる場合、印加電圧は、電極が固定されて電界
方向に移動できない場合に比べて半分で済むので省電力
化が実現される。 （効果）本装置は、電極を絶縁した状態で保持する容器
底部が伸縮自在に構成されているため、電気粘弾性体の
分散粒子の配向現象を利用して、本装置に触れた指先の
部分の皮膚に、対象物の硬さや柔らかさ等の触覚情報を
粘弾性変化に基づく抵抗力として表現して伝達すること
が可能となる。更に、本装置によれば、同じ駆動信号を
用いても粘弾性による変位量を２倍にすることが可能と
なる。 （７） 前記印加手段は、所定間隔で互いに並列された
複数の電極対毎に可変電位を選択的に印加可能に構成さ
れている上記（６）に記載の触覚伝達装置。 （構成）図８の実施例が該当する。各電極対は、印加電
圧によって相対的に変動するように構成されている。 （作用）複数の電極対毎に構成された各触覚伝達装置の
駆動手段を同時に駆動すると、触覚伝達装置を単体で用
いた場合と同様に、印加電圧の大きさによって全体的に
粘弾性が変化する。これによって、操作者には、均一の
滑らかな表面を有する対象物として触覚情報が伝達され
る。一方、適当な装置にのみ電圧を選択的且つその大き
さを変化させて印加すると、印加電圧の大きさの程度に
よって粘弾性効果が相対的に変異し、しかも、印加電圧
によって電極間距離が変動する。この場合、硬くて突出
した対象物の触覚情報が表現されることになるため、操
作者には、一種の「ざらつき感」が伝達されることにな
る。このざらつき感の程度は、装置の配置と装置に対す
る駆動制御を最適化させることによって広範且つ所望に
変化させることが可能となる。 （効果）単一のアクチュエータでは実現困難であった対
象物の複雑な表面触覚情報を高精度に伝達することが可
能となる。 （８） 前記容器内には、前記触覚伝達部材に対して並
列し且つ所定間隔で配置された複数の電極が設けられて
いる上記（２）に記載の触覚伝達装置。 （構成）図６及び図７の実施例が該当する。複数の電極
は、触覚伝達装置に対して並列し且つ所定間隔で配置さ
れている。 （作用）触覚情報の変化を示す電圧を電極に印加する
と、瞬時にその粘弾性が大幅に変化する。例えば、本構
成の深さ方向の中央にある一対の電極の組み合わせを選
択して電圧を印加すると、表面は粘弾性が低く、外部か
ら力を加えても抵抗力が小さいために柔らかく感じら
れ、一方、中央の電極に挟まれた部分の電気粘弾性体の
粘弾性は高くなることにより外部から力が加えられると
大きな抵抗力として感じられる。即ち、表面が柔らかく
内部が硬い対象物の表現、伝達が可能となる。本構成
は、電気粘弾性体を駆動する電極の組み合わせ及び電界
の方向や大きさによって自在に深さ方向の粘弾性を変化
させることができるため、単一のアクチュエータのみで
対象物の内部表現等の複雑で広範な触覚情報を表現して
伝達することが可能となる。 （効果）従来のアクチュエータでは伝達することが困難
であった対象物の表面的及び内部的な相違する触覚情報
を同時に表現して伝達することが可能となる。 （９） 前記印加手段は、前記複数の電極間毎に可変電
位を選択的に印加可能に構成されている上記（８）に記
載の触覚伝達装置。 （構成）図６及び図７の実施例が該当する。１つの触覚
伝達装置に対して複数の電極から構成され且つ各電極を
駆動するための手段を有する。 （作用）触覚情報の変化を示す信号を電極対に印加する
と、電圧が印加された電極対に挟まれた部分の電気粘弾
性体中に静電引力が働き、瞬時にその粘弾性が大幅に変
化する。粘弾性の変化率は、印加電界の大きさに依存す
ることから、深さ方向に多様な粘弾性の表現を実現する
ためには、各電極対毎に可変電位を印加できることが望
ましい。本構成は、電極が平行に複数枚構成されてお
り、夫々の電極を駆動するための処理手段が設けられて
いることから、電気粘弾性体を駆動する電極の組み合わ
せ及び電界の大きさを自在に変化させることが可能とな
り、多種多様な触覚情報の表現・伝達が可能となる。例
えば、深さ方向の電極対に１つおきに同じ電圧を印加し
たり、触覚伝達部材付近の電極だけに電圧を印加するこ
とができる。 （効果）従来のアクチュエータでは伝達することが困難
であった対象物の表面的及び内部的な相違する触覚情報
を同時に表現して伝達することが可能となる。 （１０） 前記複数の電極は、前記容器内の前記電気粘
弾性体が各電極間を越えて流動するように、相対的に変
位した位置に配置されている上記（８）又は（９）に記
載の触覚伝達装置。 （構成）図７の実施例が該当する。複数の電極は、容器
内の電気粘弾性体が各電極を越えて流動するように、相
対的に変位した位置に配置されている。 （作用）通常、人が物に触れたときに、対象物が柔らか
い場合には、手指が触れた部分は接触圧の大きさに依存
した量だけ変形する。逆に、対象物が硬い場合には、対
象物の変形はほとんど生じない。このような対象物の変
形は、人が対象物を硬い又は柔らかいと判断する上で重
要な要素であると考えられる。特に柔らかい物ほど力を
加えたときに大きく変形する。By utilizing this electrode structure, the present transmission device directly senses the viscoelasticity of the viscoelasticity change member on the skin of the fingertip touching the device, such as the hardness or softness of the object. Express and communicate as information. (Effect) Regarding the expression of complicated texture such as hardness and softness, how to express the viscoelastic element of the object by the actuator becomes a problem. The dynamic characteristics (stress / strain) of the viscoelastic body can be expressed by the following equation. σ 0 / γ 0 = E + jωη σ 0 ; Stress γ 0 ; Strain E; Young's modulus ω; Angular frequency η; Viscosity In an ordinary actuator, the viscoelasticity of itself is uniquely determined, With the actuator alone,
As a pseudo tactile sensation utilizing human touch characteristics, of the viscoelastic element, the elasticity that is the real part can be expressed, but the viscosity that is the imaginary part cannot be expressed. By the way, when a human obtains tactile information by active touch, some kind of motion is always accompanied by a fingertip. Therefore, since it is considered that the angular frequency ω is not 0 (zero), the viscosity of the electro-viscoelastic body changes rapidly from the liquid state when a voltage is applied, and when the voltage is cut off, the original viscosity is restored again. It is a member that returns to the state, and since the viscosity can be freely controlled by the electric field strength, texture expression such as hardness and softness can be realized with only a single actuator. (3) The tactile transmission device according to (2), wherein the tactile transmission member is arranged so as to contact a side surface of the electro-viscoelastic body between the pair of electrodes. (Structure) The embodiment of FIGS. 1 to 5 is applicable. The tactile transmission member is provided in a position in contact with the electro-viscoelastic body and sandwiched by the electrodes. (Function) In the electro-viscoelastic body, the dispersed particles inside the electro-viscoelastic body in the portion sandwiched between the electrodes by the application of a voltage are oriented in a bead shape. Due to the orientation of the dispersed particles, the shear viscosity apparently increases with respect to the electric field direction. In this state, when a force is applied from the outside in the direction perpendicular to the electric field, a large resistance force is generated. If the tactile transfer member is arranged so as to contact the side surface of the electro-viscoelastic body between the electrodes as in the present configuration, it becomes possible to detect the viscoelastic change of the electro-viscoelastic body as a resistance force. (Effect) According to the present device, by utilizing the electrode configuration, the skin of the fingertip portion touching the device can be used to change the hardness and softness of the target object by utilizing the viscoelastic change of the electroviscoelastic body. It is possible to express and transmit direct tactile information as resistance. (4) The tactile transmission device according to (3), wherein a plurality of electrode pairs are provided at positions having different depths relative to the tactile transmission member provided in the container. (Structure) The embodiment of FIGS. 4 and 5 is applicable. Each electrode pair is configured and arranged so as not to contact adjacent electrodes along the depth direction of the container. (Function) When a signal indicating a change in tactile information is applied to an electrode pair, an electrostatic attractive force acts on the electro-viscoelastic body in the part sandwiched between the electrode pair to which a voltage is applied, and the viscoelasticity is greatly increased instantaneously. Change. For example, when a voltage is applied by selecting a combination of electrodes arranged alternately in the depth direction in FIG. 4, the surface can be expressed and transmitted as an object of hardness having a soft surface and a gradient inside. With this configuration, the viscoelasticity in the depth direction can be freely changed depending on the combination of electrodes that drive the electro-viscoelastic body and the direction and magnitude of the electric field, so that the internal representation of the target object etc. can be performed with only a single actuator. It is possible to express and transmit the complicated and wide range of tactile information. Furthermore, with this configuration, it is possible to prevent contact and short-circuiting of the counter electrode due to deformation that occurs when a finger touches it, thus improving the safety of the device. (Effect) It is possible to simultaneously express and transmit different tactile information on the surface of the object which is difficult to transmit by the conventional actuator. Furthermore, it becomes possible to improve electrical safety. (5) The tactile transmission device according to (4), wherein the container is provided with a partition wall that partitions a plurality of electrode pairs for each electrode pair. (Structure) The embodiment of FIG. 5 is applicable. The partition wall is configured and arranged inside the container for each electrode pair. (Operation) When a signal indicating a change in tactile information is applied to the electrode pair, its viscoelasticity is instantly greatly changed. For example, when a combination of electrode pairs in the center of the depth direction of this configuration is selected and a voltage is applied, tactile information of an object whose surface is soft and whose inside is hard is expressed and transmitted. In this configuration, the viscoelasticity in the depth direction can be freely changed depending on the combination of the electrode pair that drives the electro-viscoelastic body and the direction and magnitude of the electric field. It is possible to express and transmit complex and wide range of tactile information such as expression, and it is possible to prevent interaction of electric field generated between electrode pairs adjacent in the depth direction because they are separated by partition walls. it can. (Effect) It is possible to simultaneously express and transmit different tactile information on the surface of the object which is difficult to transmit by the conventional actuator. Furthermore, it becomes possible to prevent the interaction of electric fields. (6) When a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes facing each other inside the container, the distance between the pair of electrodes is changed in the electric field direction according to the change in viscoelasticity of the electro-viscoelastic body. The container is provided with an expandable / contractible bottom portion, and the tactile transmission member is configured so as to be capable of changing its elevation in response to a change in viscoelasticity of the electro-viscoelastic body.
The tactile transmission device according to. (Structure) The embodiment of FIG. 3 is applicable. The bottom of the container has a flexible structure. (Function) By driving the electric viscoelastic body by an electric field with a direct current or an alternating current, the dispersed particles of the electric viscoelastic body are oriented in a bead shape between the electrodes with a high-speed response to a voltage. At this time, when the electrode is movable in the direction of the electric field, when the optimum material for the electro-viscoelastic material is selected, contraction occurs in the direction orthogonal to the electrode surface, and the electro-viscoelastic material sandwiched between the electrodes is selected. Large displacement occurs at both ends of. The magnitude of such displacement can be selected according to the magnitude of the voltage. Here, the displacement when one end of the electro-viscoelastic body sandwiched between the electrodes is released is twice as large as that when the both ends of the electro-viscoelastic body sandwiched between the electrodes are released. Become. That is, when the same displacement is generated, the applied voltage is half as compared with the case where the electrodes are fixed and cannot move in the direction of the electric field, so that power saving is realized. (Effect) Since the bottom of the container that holds the electrode in an insulated state is expandable and contractable in this device, the part of the fingertip touching the device is utilized by utilizing the orientation phenomenon of the dispersed particles of the electro-viscoelastic body. It is possible to express and transmit tactile information such as hardness and softness of an object as a resistance force based on a change in viscoelasticity to the skin. Further, according to the present device, it is possible to double the amount of displacement due to viscoelasticity even if the same drive signal is used. (7) The haptic transmission device according to (6), wherein the applying unit is configured to be capable of selectively applying a variable potential to each of a plurality of electrode pairs arranged in parallel at a predetermined interval. (Structure) The embodiment of FIG. 8 is applicable. Each electrode pair is configured to relatively vary depending on the applied voltage. (Operation) When the driving means of each tactile transmission device configured for each of a plurality of electrode pairs are driven at the same time, the viscoelasticity changes as a whole by the magnitude of the applied voltage, as in the case where the tactile transmission device is used alone. To do. As a result, tactile information is transmitted to the operator as an object having a uniform and smooth surface. On the other hand, when the voltage is selectively applied to only an appropriate device and its magnitude is changed, the viscoelastic effect is relatively changed depending on the magnitude of the applied voltage, and the distance between the electrodes varies depending on the applied voltage. To do. In this case, since the tactile information of the hard and protruding object is expressed, a kind of "roughness" is transmitted to the operator. The degree of roughness can be varied widely and desirably by optimizing the arrangement of the device and drive control for the device. (Effect) It becomes possible to transmit the complicated surface tactile information of the object, which was difficult to realize with a single actuator, with high accuracy. (8) The tactile transmission device according to (2), wherein a plurality of electrodes arranged in parallel with the tactile transmission member and arranged at predetermined intervals are provided in the container. (Structure) The embodiment of FIGS. 6 and 7 is applicable. The plurality of electrodes are arranged in parallel with the haptic transmission device and at predetermined intervals. (Operation) When a voltage indicating a change in tactile information is applied to the electrodes, the viscoelasticity of the electrodes changes drastically. For example, when a combination of a pair of electrodes in the center of the depth direction of this configuration is selected and a voltage is applied, the surface has low viscoelasticity, and even if a force is applied from the outside, it feels soft because the resistance is small, On the other hand, since the viscoelasticity of the electro-viscoelastic body in the portion sandwiched by the central electrodes becomes high, it is felt as a large resistance force when an external force is applied. That is, it is possible to express and transmit an object whose surface is soft and whose inside is hard. With this configuration, the viscoelasticity in the depth direction can be freely changed depending on the combination of electrodes that drive the electro-viscoelastic body and the direction and magnitude of the electric field, so that the internal representation of the target object etc. can be performed with only a single actuator. It is possible to express and transmit the complicated and wide range of tactile information. (Effect) It is possible to simultaneously express and transmit different tactile information on the surface of the object which is difficult to transmit by the conventional actuator. (9) The tactile transmission device according to (8), wherein the application unit is configured to be capable of selectively applying a variable potential between the plurality of electrodes. (Structure) The embodiment of FIGS. 6 and 7 is applicable. It comprises a plurality of electrodes for one tactile transmission device and has means for driving each electrode. (Function) When a signal indicating a change in tactile information is applied to an electrode pair, an electrostatic attractive force acts on the electro-viscoelastic body in the part sandwiched between the electrode pair to which a voltage is applied, and the viscoelasticity is greatly increased instantaneously. Change. Since the rate of change in viscoelasticity depends on the magnitude of the applied electric field, it is desirable to be able to apply a variable potential to each electrode pair in order to realize various expressions of viscoelasticity in the depth direction. In this configuration, since a plurality of electrodes are configured in parallel and a processing means for driving each electrode is provided, the combination of electrodes for driving the electro-viscoelastic body and the magnitude of the electric field can be freely set. It becomes possible to express and transmit a wide variety of tactile information. For example, the same voltage can be applied to every other electrode pair in the depth direction, or the voltage can be applied only to the electrodes near the tactile transfer member. (Effect) It is possible to simultaneously express and transmit different tactile information on the surface of the object which is difficult to transmit by the conventional actuator. (10) In the above (8) or (9), the plurality of electrodes are arranged at relatively displaced positions so that the electroviscoelastic body in the container flows between the electrodes. The tactile transmission device described. (Structure) The embodiment of FIG. 7 is applicable. The plurality of electrodes are arranged at relatively displaced positions so that the electro-viscoelastic body in the container flows over each electrode. (Operation) Normally, when a person touches an object and the object is soft, the portion touched by the finger is deformed by an amount depending on the magnitude of the contact pressure. On the contrary, when the object is hard, the object hardly deforms. Such deformation of the object is considered to be an important factor for a person to judge the object as hard or soft. Especially, the softer the object, the more it deforms when a force is applied.
【０１０８】本構成では、容器内に相対的に変位させて
複数の電極を配置したことによって、容器内の電気粘弾
性体が各電極間を越えて流動することができる。例え
ば、深さ方向の中央にある一対の電極に電圧を印加する
と、この電極間の電気粘弾性体は、粒子間の静電引力に
よって見かけ上の粘弾性が増加し、容器内の電極間を越
えて流動し難くなるが、それ以外の部分の電気粘弾性体
は、その粘性が低い状態にあるため、容器内を電極間を
越えて容易に流動することができる。この状態で触覚伝
達装置の触覚伝達部材に力を加えたとき、表面付近の電
気粘弾性体は容器内を自由に流動するため、触覚伝達部
材は加えられた力に対応した量だけ変形することにな
る。このように触覚伝達部材の変形を起こし易くするこ
とによって、特に表現できる柔らかさの範囲を広くする
ことができる。 （効果）人が物に触れたときに感じる対象物の変形を表
現して伝達できるため、対象物の硬さや柔らかさの判断
が容易になる。 （１１） 前記容器は、複数の電極によって複数の空間
に区切られており、前記電気粘弾性体は、複数の空間内
に夫々充填されている上記（８）又は（９）に記載の触
覚伝達装置。 （構成）図６の実施例が該当する。容器内に設けられた
複数の電極によって容器内が複数の空間に区切られた構
成を有する。 （作用）電気粘弾性体に電圧を印加することによって、
電界に対して高速な応答性を持って、粘弾性の変化が生
じ、その大きさは操作者に抵抗力として伝達される。本
構成を用いることによって、電気粘弾性体は、限られた
各空間内に拘束されているため、加えられた力は、直
接、抵抗力による機械的変化の効果として操作者に伝達
される。 （効果）粘弾性の深さ方向の変化による抵抗力を対象物
の抵抗力として操作者に伝達することが可能となる。 （１２） 前記印加手段は、前記機械的特性変化材料を
挟持するように対向配置された少なくとも一対の磁石と
これら磁石を介して前記機械的特性変化材料に可変磁界
を印加させる磁界印加手段とを備えており、また、前記
機械的特性変化材料は、前記磁石を介して印加された磁
界によって、その粘弾性が変化する磁気粘弾性体である
ことを特徴とする請求項１に記載の触覚伝達装置。 （構成）図９の実施例が該当する。磁気粘弾性体は、磁
界作用によって分極が生じる粒子から成る。 （作用）磁気粘弾性体は、磁界の印加によって、磁界印
加手段に挟まれた部分の磁気粘弾性体の分散粒子が数珠
状に配向する。分散粒子の配向によって、磁界印加手段
に平行な方向に対して見かけ上のずり粘度が高くなり、
この状態で磁界印加手段に平行な方向に外部から力が加
えられると、大きな抵抗力が生じる。また、磁界印加手
段に垂直な方向に対しても圧縮力に対する抵抗力が生じ
る。磁気粘弾性体は、単体のアクチュエータのみで広範
に粘度を変化させることが可能な部材であり、磁界によ
る粒子の配向によるせん断力の方向と大きさは、磁界印
加手段の配置と、磁界の大きさを選択することによって
最適化できる。In this structure, by disposing a plurality of electrodes relatively displaced in the container, the electro-viscoelastic body in the container can flow between the electrodes. For example, when a voltage is applied to a pair of electrodes at the center in the depth direction, the electro-viscoelastic body between the electrodes increases the apparent viscoelasticity due to electrostatic attraction between particles, and Although it becomes difficult to flow beyond the electrodes, the electro-viscoelastic material in the other portions has a low viscosity, and thus can easily flow in the container across the electrodes. When a force is applied to the tactile transmission member of the tactile transmission device in this state, the electro-viscoelastic body near the surface freely flows in the container, so the tactile transmission member should be deformed by an amount corresponding to the applied force. become. As described above, by making the tactile transmission member easily deform, it is possible to widen the range of softness that can be particularly expressed. (Effect) Since the deformation of an object that a person feels when touching an object can be expressed and transmitted, it is easy to judge the hardness or softness of the object. (11) The tactile transmission according to (8) or (9), wherein the container is partitioned into a plurality of spaces by a plurality of electrodes, and the electroviscoelastic body is filled in the plurality of spaces, respectively. apparatus. (Structure) The embodiment of FIG. 6 is applicable. The inside of the container is divided into a plurality of spaces by a plurality of electrodes provided inside the container. (Action) By applying a voltage to the electro-viscoelastic body,
The viscoelasticity changes with a high-speed response to the electric field, and the magnitude thereof is transmitted to the operator as a resistance force. By using this configuration, since the electro-viscoelastic body is constrained in each limited space, the applied force is directly transmitted to the operator as an effect of mechanical change due to the resistance force. (Effect) It becomes possible to transmit the resistance force due to the change of the viscoelasticity in the depth direction to the operator as the resistance force of the object. (12) The applying means includes at least a pair of magnets arranged to face each other so as to sandwich the mechanical property changing material, and magnetic field applying means for applying a variable magnetic field to the mechanical property changing material via these magnets. The haptic transmission according to claim 1, further comprising: a magnetic viscoelastic body, the viscoelasticity of which is changed by a magnetic field applied through the magnet. apparatus. (Structure) The embodiment of FIG. 9 is applicable. A magnetic viscoelastic body is composed of particles that are polarized by the action of a magnetic field. (Operation) In the magnetic viscoelastic body, when magnetic fields are applied, the dispersed particles of the magnetic viscoelastic body in the portion sandwiched by the magnetic field applying means are oriented in a beaded shape. Due to the orientation of the dispersed particles, the apparent shear viscosity increases in the direction parallel to the magnetic field applying means,
When a force is applied from the outside in a direction parallel to the magnetic field applying means in this state, a large resistance force is generated. In addition, a resistance force against the compressive force also occurs in the direction perpendicular to the magnetic field applying means. The magnetic viscoelastic body is a member that can change the viscosity in a wide range with only a single actuator, and the direction and magnitude of the shearing force due to the orientation of the particles by the magnetic field depends on the arrangement of the magnetic field applying means and the magnitude of the magnetic field. Can be optimized by selecting the size.
【０１０９】また、駆動信号を磁界とすることによっ
て、触覚伝達部材は、特に絶縁材料に限定されることな
く選択することが可能となる。 （効果）通常のアクチュエータでは、それ自体の粘弾性
が一義的に決まっているため、単一のアクチュエータだ
けでは、人間の触知覚特性を利用した擬似的触覚として
粘弾性要素のうち、実部である弾性は表現できても、虚
部である粘性までは表現できない。本装置によれば、磁
界印加手段による構成を利用することによって、本装置
に触れた指先部分の皮膚に、磁気粘弾性体の粘弾性変化
を利用して、対象物の硬さや柔らかさ等の直接的な触覚
情報を単一のアクチュエータだけで表現して伝達するこ
とが可能となる。 （１３） 前記機械的特性変化材料は、熱によって粘弾
性特性を変化させる熱粘弾性体であり、前記印加手段
は、前記機械的特性変化材料に接触可能に配置された少
なくとも一組の加熱冷却素子によって温度を変化させる
温冷印加手段を備えている上記（１）に記載の触覚伝達
装置。 （構成）図１０の実施例が該当する。機械的特性変化材
料は、その特性を変化させるために、加熱冷却素子を印
加手段としている。 （作用）熱粘弾性体は、熱印加によって、温冷印加手段
に挟まれた部分の熱粘弾性体内部の分子配向が変化す
る。これは熱印加によって分子の配向変化により材料の
異方性が減少し、この状態で外部から力が加えられる
と、抵抗力は熱印加前よりも小さくなる現象を生じる。
また、これとは逆に、熱粘弾性体に熱印加することによ
って、温冷印加手段に挟まれた部分の熱粘弾性体内部の
分子配向の異方性が増加し、この状態で外部から力が加
えられた場合、大きな抵抗力が生じる場合もある。この
ように熱粘弾性体は、単体のアクチュエータのみで広範
に粘度を変化させることが可能な部材で、その抵抗力の
方向と大きさは、温冷印加手段の配置と、熱の強度とを
選択することで最適化できる。 （効果）通常のアクチュエータでは、それ自体の粘弾性
が一義的に決まっているため、単一のアクチュエータだ
けでは、人間の触知覚特性を利用した擬似的触覚として
粘弾性要素のうち、実部である弾性は表現できても、虚
部である粘性までは表現できない。本装置によれば、温
冷印加手段による構成を利用することによって、本装置
に触れた指先部分の皮膚に、熱粘弾性体の粘弾性変化を
利用して、対象物の硬さや柔らかさ等の直接的な触覚情
報を単一のアクチュエータだけで表現して伝達すること
が可能となる。 （１４） 前記容器に設けられた前記触覚伝達部材は、
可撓性の材料で構成されている上記（１）に記載の触覚
伝達装置。 （構成）図１ないし図１０の実施例が該当する。触覚伝
達部材は、容器の一部に設けられている。 （作用）触覚伝達部材は、機械的特性の変化を手指に伝
達するため、機械的特性の変化を阻害しないものが望ま
しい。もし、触覚伝達部材が、剛性の高い材料から成っ
ている場合、機械的特性として例えば粘弾性が変化して
も、手指と機械的特性変化材料の媒体である触覚伝達部
材の剛性によって、粘性変化が伝達されない。このよう
なことから、触覚伝達部材は、可撓性材料が好ましい。 （効果）機械的特性変化の伝達を阻害することなく手指
に伝達することができる。 （１５） 前記容器は、前記触覚伝達部材を除いて、剛
性を有する材料で構成されている上記（１４）に記載の
触覚伝達装置。 （構成）図１ないし図１０の実施例が該当する。機械的
特性変化材料は、触覚伝達部材以外の剛性を有する容器
又は駆動手段と接触した構成を有する。 （作用）機械的特性変化材料に信号を印加することによ
って、駆動信号に対して高速な応答性を持って、機械的
特性の変化が生じ、その大きさは操作者に抵抗力として
伝達される。しかしながら、容器が柔軟な材料から成る
場合、図３（Ｂ）に示すように、加えた力が駆動手段の
移動量に変換されてしまうため、抵抗力は低くなり、操
作者に戻る機械的変化の効果も低くなる。そこで、加え
た力がそのまま抵抗力による機械的変化の効果として操
作者に伝達されるためには、機械的特性変化材料を保持
する容器に剛性を持たせる必要がある。By using a magnetic field as the driving signal, the tactile sense transmitting member can be selected without being limited to an insulating material. (Effect) In a normal actuator, the viscoelasticity of the actuator itself is uniquely determined. Therefore, with a single actuator alone, in the real part of the viscoelastic element as a pseudo tactile sensation utilizing human tactile perception characteristics. Even if some elasticity can be expressed, it is not possible to express even the viscosity which is the imaginary part. According to the present device, by utilizing the configuration of the magnetic field applying means, the skin of the fingertip portion touching the device is utilized to utilize the viscoelastic change of the magnetic viscoelastic body to determine the hardness and softness of the target object. It is possible to express and transmit direct tactile information only with a single actuator. (13) The mechanical property changing material is a thermo-viscoelastic body that changes viscoelastic property by heat, and the applying unit is at least one set of heating and cooling arranged so as to be in contact with the mechanical property changing material. The tactile transmission device according to (1), further including a warming / cooling applying unit that changes the temperature by an element. (Structure) The embodiment of FIG. 10 is applicable. The material for changing mechanical properties uses a heating / cooling element as an application means in order to change its properties. (Operation) In the thermo-viscoelastic body, the molecular orientation inside the thermo-viscoelastic body in the portion sandwiched by the heating / cooling applying means is changed by the application of heat. This is because when the heat is applied, the anisotropy of the material decreases due to the change in the orientation of the molecules, and when a force is applied from the outside in this state, the resistance force becomes smaller than that before the heat application.
On the contrary, by applying heat to the thermo-viscoelastic body, the anisotropy of the molecular orientation inside the thermo-viscoelastic body in the part sandwiched by the heating and cooling applying means increases, and in this state, from the outside When a force is applied, a great resistance force may occur. As described above, the thermo-viscoelastic body is a member whose viscosity can be changed in a wide range with only a single actuator. The direction and magnitude of the resistance force of the thermo-viscoelastic body depend on the arrangement of the heating and cooling applying means and the strength of heat. It can be optimized by selecting. (Effect) In a normal actuator, the viscoelasticity of the actuator itself is uniquely determined. Therefore, with a single actuator alone, in the real part of the viscoelastic element as a pseudo tactile sensation utilizing human tactile perception characteristics. Even if some elasticity can be expressed, it is not possible to express even the viscosity which is the imaginary part. According to this device, by utilizing the configuration of the heating and cooling applying means, the hardness of the target object such as hardness and softness can be obtained by utilizing the viscoelastic change of the thermo-viscoelastic body on the skin of the fingertip part touching the device. It is possible to express and transmit the direct tactile information of a single actuator. (14) The tactile transmission member provided in the container is
The tactile transmission device according to (1) above, which is made of a flexible material. (Structure) The embodiment of FIGS. 1 to 10 is applicable. The tactile transfer member is provided on a part of the container. (Operation) Since the tactile transmission member transmits a change in mechanical characteristics to a finger, it is desirable that the tactile transmission member does not inhibit the change in mechanical characteristics. If the tactile transfer member is made of a material with high rigidity, even if the mechanical properties such as viscoelasticity change, the viscosity of the tactile transfer member, which is the medium of the finger and the mechanical property change material, changes its viscosity. Is not transmitted. Therefore, the tactile transfer member is preferably made of a flexible material. (Effect) It can be transmitted to the fingers without inhibiting the transmission of mechanical characteristic changes. (15) The tactile transmission device according to (14), wherein the container is made of a material having rigidity, excluding the tactile transmission member. (Structure) The embodiment of FIGS. 1 to 10 is applicable. The mechanical property changing material has a structure in contact with a container or a driving means having rigidity other than the tactile transmission member. (Operation) Mechanical property change By applying a signal to the material, a change in mechanical property occurs with a high-speed response to a drive signal, and its magnitude is transmitted to the operator as a resistance force. . However, when the container is made of a flexible material, the applied force is converted into the movement amount of the driving means, as shown in FIG. Will also be less effective. Therefore, in order for the applied force to be transmitted to the operator as an effect of mechanical change due to the resistance force as it is, it is necessary to give rigidity to the container holding the mechanical property changing material.
【０１１０】本装置は、容器の触覚伝達部材を除く部分
を剛性を有する材料で形成したことにより、機械的特性
の変化を利用して、操作者が加えた力を抵抗力として操
作者に伝達することを可能にした。 （効果）指先が触れた部分の皮膚に、機械的特性の変化
を利用して、対象物の硬さや柔らかさ等の直接的な触覚
情報を抵抗力として表現して伝達することができる。 （１６） 触覚伝達装置を操作器と一体化させる構成を
有する触覚伝達装置。 （構成）図１１及び図１２の実施例が該当する。図１１
では、触覚伝達装置自体を操作器の操作部とし、図１２
では、１つ以上の触覚伝達装置を操作器の操作部に取り
付けた構成を有する。 （作用）通常機器を操作する場合、操作者は、対象に接
触する部分からフィードバックされる対象表面との接触
力の変化を機器の操作部から得ることによって、対象に
対する圧覚情報を得ている。しかしながら、対象物の硬
軟覚、表面情報、内部情報等の詳細な触覚情報までは得
ることができない。本構成では、通常の機器操作に必要
な指先を固定、束縛することなく、能動触によって操作
者が自ら欲しい情報を得ることができ、しかも、操作部
位への直接的な触覚情報の呈示ができるために、操作性
を悪化させることなく同時に確実な触覚の伝達が可能と
なる。 （効果）本構成は、通常の機器操作に必要な指先を解放
できるため、能動触によって操作者が自ら欲しい情報を
得ることができる。このため、操作性を悪化させること
なく、確実な触覚の伝達が可能となる。 （１７） 前記印加手段には、対象物に対する接触状態
を検出して、その擬似触覚信号を出力可能な触覚信号検
出手段と、この触覚信号検出手段から出力された擬似触
覚信号に基づいて、触覚伝達手段を駆動させる信号処理
手段とを備えている上記（１）に記載の触覚伝達装置。 （構成）図１３の実施例が該当する。各信号処理手段
は、夫々の印加手段を最適に駆動するために、触覚伝達
装置に接続されている。 （作用）触覚信号検出手段は、対象物との接触状態を検
出して、その擬似触覚信号を出力する。信号処理手段
は、接触状態に基づく対象物の硬さ、柔らかさ、移動感
や表面粗さ等の各触覚情報を操作者に触覚情報として表
現するための信号に変化して出力する。 （効果）本構成によれば、擬似触覚信号を基に最適な駆
動パラメータが演算処理され、その結果に基づいて操作
者に種々の触覚情報が伝達されることになる。In this device, the portion of the container excluding the tactile transmission member is formed of a material having rigidity, so that the force applied by the operator is transmitted to the operator as a resistance force by utilizing the change in mechanical characteristics. Made it possible. (Effect) Direct tactile information such as hardness and softness of an object can be expressed and transmitted as resistance force to the skin touched by a fingertip by utilizing changes in mechanical characteristics. (16) A tactile transmission device having a configuration in which the tactile transmission device is integrated with an operating device. (Structure) The embodiment of FIGS. 11 and 12 is applicable. Figure 11
Then, the tactile transmission device itself is used as the operation unit of the operation device, and
In the above, it has a configuration in which one or more tactile transmission devices are attached to the operation unit of the operation device. (Operation) When operating a normal device, the operator obtains pressure information for the target by obtaining from the operation unit of the device a change in the contact force with the target surface that is fed back from the part that contacts the target. However, it is impossible to obtain detailed tactile information such as hard and soft sensation of the object, surface information, and internal information. With this configuration, the operator can obtain the information he / she wants by active touch without fixing and binding the fingertips necessary for normal device operation, and further, the tactile information can be directly presented to the operation site. Therefore, it is possible to transmit the tactile sensation at the same time without deteriorating the operability. (Effect) With this configuration, since the fingertip required for normal device operation can be released, the operator can obtain the information he or she wants by active touch. Therefore, it is possible to reliably transmit the tactile sensation without deteriorating the operability. (17) The applying means detects a contact state with respect to an object and outputs a pseudo tactile signal, and a tactile sense based on the pseudo tactile signal output from the tactile sense signal detecting means. The tactile transmission device according to (1), further comprising a signal processing unit that drives the transmission unit. (Structure) The embodiment of FIG. 13 is applicable. Each signal processing means is connected to the haptic transmission device in order to optimally drive the respective applying means. (Operation) The tactile signal detecting means detects the contact state with the object and outputs the pseudo tactile signal. The signal processing means changes and outputs each tactile information such as hardness, softness, moving feeling, surface roughness, etc. of the object based on the contact state to a signal for expressing the tactile information to the operator. (Effect) According to this configuration, the optimum drive parameter is calculated based on the pseudo tactile signal, and various tactile information is transmitted to the operator based on the result.
【０１１１】[0111]
【発明の効果】本発明によれば、機械的特性変化材料の
機械的特性を変化させることによって、人間が対象に直
接触れた際に得られる触覚と同様の触覚情報を表現して
擬似的に操作者に伝達することが可能となる。According to the present invention, by changing the mechanical properties of the mechanical property changing material, tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches an object is expressed and simulated. It is possible to inform the operator.
【図１】本発明の第１の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a haptic transmission device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図であって、（Ａ）は、一対の電極が
剛性容器内に固定されている状態を示す図、（Ｂ）は、
一対の電極を固定しない状態を示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a tactile transmission device according to a second embodiment of the present invention, (A) showing a state in which a pair of electrodes is fixed in a rigid container. , (B)
The figure which shows the state which does not fix a pair of electrodes.
【図３】本発明の第３の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図であって、（Ａ）は、変形前の状態
を示す図、（Ｂ）は、変形後の状態を示す図。3A and 3B are diagrams schematically showing a configuration of a tactile transmission device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 3A showing a state before deformation, and FIG. 3B showing a state after deformation. The figure which shows a state.
【図４】本発明の第４の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a haptic transmission device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第５の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a haptic transmission device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第６の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a tactile transmission device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第７の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a tactile transmission device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第８の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a tactile transmission device according to an eighth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第９の実施例に係る触覚伝達装置の構
成を概略的に示す図。FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of a tactile transmission device according to a ninth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第１０の実施例に係る触覚伝達装置
の構成を概略的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a haptic transmission device according to a tenth embodiment of the present invention.
【図１１】（Ａ）は、本発明の第１１の実施例に係る触
覚伝達装置を適用した医療用処置具の構成を概略的に示
す図、（Ｂ）は、医療用処置具の先端部を示す拡大図、
（Ｃ）は、医療用処置具に触覚伝達装置が配置されてい
る状態を示す図。FIG. 11A is a diagram schematically showing a configuration of a medical treatment tool to which a tactile transmission device according to an eleventh embodiment of the present invention is applied, and FIG. 11B is a distal end portion of the medical treatment tool. An enlarged view showing
FIG. 6C is a diagram showing a state in which the tactile transmission device is arranged on the medical treatment tool.
【図１２】本発明の第１２の実施例に係る触覚伝達装置
を適用した操作器の構成を概略的に示す図。FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of an operating device to which a tactile transmission device according to a twelfth embodiment of the present invention is applied.
【図１３】本発明の第１３の実施例に係る触覚伝達装置
の構成を概略的に示す図。FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of a tactile transmission device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【図１４】（Ａ）は、マイクロマニピュレータが設けら
れた顕微鏡の全体の構成を概略的に示す図、（Ｂ）は、
ピペットに吸引固定された細胞に刺針が接触している状
態を示す部分拡大図。FIG. 14A is a diagram schematically showing the overall configuration of a microscope provided with a micromanipulator, and FIG.
FIG. 6 is a partially enlarged view showing a state where a needle is in contact with a cell suction-fixed to a pipette.
【図１５】ロボットのマニピュレータシステムの構成を
概略的に示す図。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a robot manipulator system.
【図１６】（Ａ）は、医療用処置具である把持鉗子の構
成が概略的に示す図、（Ｂ）は、把持鉗子の先端部の拡
大図。FIG. 16A is a diagram schematically showing the configuration of grasping forceps that is a medical treatment tool, and FIG. 16B is an enlarged view of the tip of the grasping forceps.
【図１７】内視鏡の外壁が患者の器官内壁を圧迫してい
る状態を示す図。FIG. 17 is a view showing a state where the outer wall of the endoscope presses the inner wall of the organ of the patient.
【図１８】操作者の手指に対象物の硬さや柔らかさ等の
触覚情報を伝達する触覚呈示装置の構成を概略的に示す
断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a tactile sense presentation device that transmits tactile sense information such as hardness and softness of an object to an operator's finger.
１ａ…電気粘弾性体、１ｂ…プラスチック製容器、１ｃ
…電極、１ｄ…可撓性高分子絶縁薄膜。1a ... electric viscoelastic body, 1b ... plastic container, 1c
... electrode, 1d ... flexible polymer insulating thin film.
Claims (3)
よって、前記機械的特性変化材料の機械的特性を変化さ
せる印加手段と、 前記容器の一部に設けられており、前記機械的特性変化
材料の機械的特性の変化を人間が対象に直接触れた際に
得られる触覚と同様の触覚情報として擬似的に操作者に
伝達する触覚伝達部材とを備えていることを特徴とする
触覚伝達装置。1. A mechanical property changing material, a container containing the mechanical property changing material, and a mechanical property of the mechanical property changing material by applying a predetermined stimulus to the mechanical property changing material. And a means for changing the mechanical properties of the material, which is provided in a part of the container, and is simulated as tactile information similar to the tactile information obtained when a human directly touches the target. And a tactile transmission member that physically transmits to the operator.
料を挟持するように対向配置された少なくとも一対の電
極とこれら電極に所定の可変電圧を印加する電圧印加手
段とを備えており、また、前記機械的特性変化材料は、
前記一対の電極から発生する電界によって、その粘弾性
が変化する電気粘弾性体であることを特徴とする請求項
１に記載の触覚伝達装置。2. The applying means comprises at least a pair of electrodes arranged to face each other so as to sandwich the mechanical property changing material, and a voltage applying means for applying a predetermined variable voltage to these electrodes, The mechanical property changing material is
The tactile transmission device according to claim 1, wherein the tactile transmission device is an electro-viscoelastic body whose viscoelasticity is changed by an electric field generated from the pair of electrodes.
料を挟持するように対向配置された少なくとも一対の磁
石とこれら磁石を介して前記機械的特性変化材料に可変
磁界を印加させる磁界印加手段とを備えており、また、
前記機械的特性変化材料は、前記磁石を介して印加され
た磁界によって、その粘弾性が変化する磁気粘弾性体で
あることを特徴とする請求項１に記載の触覚伝達装置。3. The magnetic field applying means for applying a variable magnetic field to the mechanical property changing material via at least a pair of magnets facing each other so as to sandwich the mechanical property changing material, and the magnets. And also,
The tactile transmission device according to claim 1, wherein the mechanical property changing material is a magnetic viscoelastic body whose viscoelasticity is changed by a magnetic field applied via the magnet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226166A JPH0890458A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Tactile sense transmitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6226166A JPH0890458A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Tactile sense transmitting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0890458A true JPH0890458A (en) | 1996-04-09 |
Family
ID=16840910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6226166A Withdrawn JPH0890458A (en) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | Tactile sense transmitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0890458A (en) |
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1994
- 1994-09-21 JP JP6226166A patent/JPH0890458A/en not_active Withdrawn
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