JP2021182248A - Tactile sense presenting device and arthrodesis device - Google Patents
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Abstract
Translated fromJapaneseDescription
Translated fromJapanese本発明は、触覚提示装置および関節固定装置に関する。 The present invention relates to a tactile presentation device and a joint fixation device.
従来、ハプティックデバイスの開発が進められている。例えば、特許文献１の力触覚ディスプレイハンドでは、複数の骨材が連結部で可動自在に連結され、弾性膨張収縮体が、連結部をまたがって複数の骨材間に固定される。また、骨材に連結されるとともに、手の一部に係合される指サックまたはグローブが設けられる。そして、弾性膨張収縮体を膨張または収縮させることにより当該手の一部に疑似的な力が与えられる。 Conventionally, the development of haptic devices is in progress. For example, in the force-tactile display hand of
また、非特許文献１では、ジャミングチューブ（またはジャミングパッド）をグローブの指の掌側に取り付けたデバイスが開示されている。当該デバイスでは、使用者の指に力を提示する際に、真空圧を調整することにより当該指のチューブが硬化される。 Further,
非特許文献１のデバイスでは、ジャミングチューブが指の動きの固定に用いられており、軟らかさを提示することができない。実際には、プリシェイプ時に、真空ジャミング素材（ジャミングチューブ）を押すことになって、反力を感じてしまうので、拘束なく指が動いている感覚を適切に提示できない。もちろん硬軟感も同時に提示できない。また、真空ジャミング素材で関節を固定している状態から、空気を入れて関節を開放し自由に運動するよう（物体から指を離した状態）にする場合には、応答がそれほど速くなく、反力を感じてしまうので、拘束なく指が動いている感覚を適切に提示できない。 In the device of Non-Patent
また、特許文献１および非特許文献１の手法以外に、使用者の関節の動きを固定する手法も求められている。 Further, in addition to the methods of
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、軟らかさを適切に提示することを目的とし、関節の動きを適切に固定する新規な手法を提供することも目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to appropriately present softness, and an object of the present invention is to provide a novel method for appropriately fixing the movement of a joint.
本発明の好ましい一の形態に係る触覚提示装置は、弾性を有する略板状の多孔質部材と、前記多孔質部材を収容するとともに外面が触覚の提示面である袋状部とを備え、前記袋状部に対する所定の流体の供給および回収により前記多孔質部材の圧縮の程度が可変である。 The tactile presentation device according to a preferred embodiment of the present invention includes a substantially plate-shaped porous member having elasticity, and a bag-shaped portion that accommodates the porous member and whose outer surface is a tactile presentation surface. The degree of compression of the porous member is variable by supplying and recovering a predetermined fluid to the bag-shaped portion.
好ましくは、前記多孔質部材に対して前記提示面とは反対側に重ねられ、剛性が可変である剛性可変部をさらに備える。 Preferably, the porous member is further provided with a rigidity variable portion that is overlapped with the porous member on the side opposite to the presentation surface and has a variable rigidity.
好ましくは、前記剛性可変部が、層状または粒状の封入物が収容された袋状部を有し、前記袋状部に対する所定の流体の供給および回収により剛性が可変である。 Preferably, the variable stiffness portion has a bag-shaped portion containing a layered or granular inclusion, and the rigidity is variable by supplying and recovering a predetermined fluid to the bag-shaped portion.
好ましくは、前記多孔質部材と、前記剛性可変部の前記封入物とが同一の袋状部に収容される。 Preferably, the porous member and the enclosure of the variable rigidity portion are housed in the same bag-shaped portion.
好ましくは、前記提示面が使用者の指の掌側に対向するように、前記多孔質部材、前記多孔質部材が収容される前記袋状部、および、前記剛性可変部が前記使用者に対して取り付けられ、前記剛性可変部において、前記指の関節に対向する位置における前記封入物の密度が、他の位置における密度よりも低い。 Preferably, the porous member, the bag-shaped portion in which the porous member is housed, and the variable rigidity portion are directed to the user so that the presentation surface faces the palm side of the user's finger. In the variable stiffness portion, the density of the inclusions at the position facing the knuckle joint is lower than the density at other positions.
好ましくは、触覚提示装置が、使用者の指に沿って前記使用者に取り付けられる複数の可動体を有するとともに、前記複数の可動体のそれぞれが、前記指の関節の一の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体に連結される可動部と、所定の入力に応じて、前記複数の可動体において隣接する２つの可動体の接触面間に互いに押し合う力を付与することにより、前記接触面間の摩擦力を増大させ、前記可動部の剛性を高くする剛性調整部とをさらに備え、前記提示面が前記使用者の前記指の掌側に対向するように、前記多孔質部材、および、前記多孔質部材が収容される前記袋状部が、前記使用者に対して取り付けられる。 Preferably, the tactile presenter has a plurality of movable bodies attached to the user along the user's finger, and each of the plurality of movable bodies can move in one movable direction of the finger joint. By applying a force to push each other between the contact surfaces of the two adjacent movable bodies in the plurality of movable bodies in response to a predetermined input from the movable portion connected to the adjacent movable bodies in the above state. The porous member, further comprising a rigidity adjusting portion that increases the frictional force between the contact surfaces and increases the rigidity of the movable portion, so that the presentation surface faces the palm side of the finger of the user. And, the bag-shaped portion in which the porous member is housed is attached to the user.
本発明の好ましい一の形態に係る関節固定装置は、一の関節の両側の骨に沿って使用者に取り付けられる複数の可動体を有するとともに、前記複数の可動体のそれぞれが、前記関節の一の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体に連結される可動部と、所定の入力に応じて、前記複数の可動体において隣接する２つの可動体の接触面間に互いに押し合う力を付与することにより、前記接触面間の摩擦力を増大させ、前記可動部の剛性を高くする剛性調整部とを備える。 The joint fixing device according to a preferred embodiment of the present invention has a plurality of movable bodies attached to the user along the bones on both sides of the one joint, and each of the plurality of movable bodies is one of the joints. A movable part connected to an adjacent movable body in a state of being movable in the movable direction of the above, and a force that pushes against each other between the contact surfaces of the two adjacent movable bodies in the plurality of movable bodies in response to a predetermined input. A rigidity adjusting portion for increasing the frictional force between the contact surfaces and increasing the rigidity of the movable portion is provided.
好ましくは、隣接する２つの可動体のうち、一方の可動体が、複数の第１接触面を有し、他方の可動体が、前記複数の第１接触面にそれぞれ接触する複数の第２接触面を有する。 Preferably, of the two adjacent movable bodies, one movable body has a plurality of first contact surfaces, and the other movable body has a plurality of second contacts each in contact with the plurality of first contact surfaces. Has a face.
好ましくは、前記一方の可動体が、前記関節の一の可動方向の軸に略垂直な断面が円弧状の突起部を有し、前記他方の可動体が、前記軸に略垂直な断面が円弧状であり、前記突起部が挿入される溝部を有し、前記突起部の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第１接触面であり、前記溝部の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第２接触面である。 Preferably, the one movable body has a protrusion having an arcuate cross section substantially perpendicular to the axis of one of the joints in the movable direction, and the other movable body has a circular cross section substantially perpendicular to the axis. It is arcuate and has a groove into which the protrusion is inserted, each of the two arcuate side surfaces of the protrusion is the first contact surface, and each of the two arcuate cross-sectional sides of the groove is arcuate. This is the second contact surface.
好ましくは、前記突起部が、前記軸に略垂直な板状部位から突出し、前記板状部位において、前記突起部の根元に沿う弱化溝が設けられる。 Preferably, the protrusion protrudes from a plate-shaped portion substantially perpendicular to the axis, and the plate-shaped portion is provided with a weakening groove along the root of the protrusion.
好ましくは、前記複数の可動体が、前記使用者の指に沿って取り付けられる。 Preferably, the plurality of movable bodies are attached along the user's fingers.
好ましくは、隣接する２つの可動体が互いに連結される部分を連結部として、前記関節の一の可動方向の軸に沿って見た場合に、前記軸に略平行な可動軸を有する少なくとも１つの連結部が、前記関節近傍において前記使用者の部位から離れた位置に配置され、前記少なくとも１つの連結部にて連結される可動体を含むリンク機構により、前記使用者が前記関節を前記可動方向に動かすことが可能である。 Preferably, at least one having a movable axis substantially parallel to the axis when viewed along one movable axis of the joint, with a portion where two adjacent movable bodies are connected to each other as a connecting portion. The connecting portion is arranged at a position away from the user's site in the vicinity of the joint, and the link mechanism including a movable body connected by the at least one connecting portion allows the user to move the joint in the movable direction. It is possible to move to.
好ましくは、関節固定装置は、物体の形状を仮想的に提示する物体形状提示装置として利用される。 Preferably, the joint fixing device is used as an object shape presenting device that virtually presents the shape of an object.
本発明に係る触覚提示装置では、軟らかさを適切に提示することができる。本発明に係る関節固定装置では、関節の動きを適切に固定することができ、特に、関節固定装置は、物体の形状を仮想的に提示する物体形状提示装置として利用することができる。 The tactile presentation device according to the present invention can appropriately present softness. In the joint fixing device according to the present invention, the movement of the joint can be appropriately fixed, and in particular, the joint fixing device can be used as an object shape presenting device that virtually presents the shape of an object.
図１は、本発明の一の実施の形態に係る触覚提示装置１を示す斜視図である。図２は、触覚提示装置１の関節固定装置２および硬軟提示装置６の構成を示す図である。図２では、後述のグローブ部１１の図示を省略するとともに、使用者の指９を太い二点鎖線にて示している。 FIG. 1 is a perspective view showing a
図１および図２に示すように、触覚提示装置１は、制御部１０と、グローブ部１１と、複数の関節固定装置２と、複数の硬軟提示装置６とを備える。制御部１０は、例えばＣＰＵ等を有するコンピュータであり、触覚提示装置１の全体制御を担う。グローブ部１１は、使用者の手に装着される。グローブ部１１は、例えば、指なし手袋であり、使用者の各指９は、根元を除き、グローブ部１１には覆われない。グローブ部１１には、使用者の各指９が通される指開口部が設けられる。関節固定装置２および硬軟提示装置６の双方は、使用者の複数（例えば、５本）の指９のそれぞれに対して設けられる。関節固定装置２および硬軟提示装置６は、特定の指９（例えば、親指、人差し指、中指）のみに設けられてもよい。また、関節固定装置２および硬軟提示装置６は、必ずしも１つの指９毎に設けられる必要はなく、数本の指９（例えば、小指と薬指）を１つに纏め、当該数本の指９に対して、一対の関節固定装置２および硬軟提示装置６が設けられてもよい。関節固定装置２は、使用者の指９のＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３（図１０参照）の動きを固定することが可能である。硬軟提示装置６は、使用者の指９の掌側に設けられる後述のパッド部６０により、使用者に対して触覚（特に、硬軟感覚）を提示する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、人は現実の物体を把持しようとするとき、手が物体に接触してから指を動かすのではなく、手を物体に近づける間に指を曲げて物体の形状に沿わせるように動かす（プリシェイプ）。図１のグローブ部１１を手に装着した使用者が、仮想物体を把持しようとする際にも、手を仮想物体に近づける間に指９を曲げて仮想物体の形状に沿わせる。したがって、手と仮想物体とが接触したと判断されるときに、関節固定装置２が使用者の指９の関節９１〜９３を固定することで、指９は掌側に設けられたパッド部６０から反力を受け、使用者は物をつかんだと錯覚する。このとき、硬軟提示装置６は、パッド部６０により仮想物体の硬軟感覚も提示する。以下、関節固定装置２および硬軟提示装置６について順に説明する。 Here, when a person tries to grasp a real object, instead of moving the finger after the hand touches the object, the person bends the finger while moving the hand close to the object and moves it so as to follow the shape of the object. (Pre-shape). Even when the user wearing the
図２に示すように、関節固定装置２は、可動部３と、剛性調整部４とを備える。可動部３は、グローブ部１１に取り付けられ、例えば、樹脂により形成される。可動部３は、複数の第１可動体３１，３１ａ，３１ｂと、１つの第２可動体３２と、１つの第３可動体３３と、１つの第４可動体３４とを備える。 As shown in FIG. 2, the
複数の第１可動体３１，３１ａ，３１ｂは、グローブ部１１を装着した使用者の指９の先端近傍から根元近傍（グローブ部１１の指開口部近傍）に亘って、指９の骨に沿って配列される。各第１可動体３１，３１ａ，３１ｂは、隣接する第１可動体３１，３１ａ，３１ｂに連結される。第１可動体３１，３１ａ，３１ｂは、指９の両側面および背側を覆う形状を有する。硬軟提示装置６のパッド部６０は、複数の第１可動体３１，３１ａ，３１ｂに取り付けられ、指９の掌側を覆う。このように、複数の第１可動体３１，３１ａ，３１ｂは、パッド部６０と共に指９の周囲を囲むようにして、使用者に取り付けられる。 The plurality of first
図２の例における複数の第１可動体３１，３１ａ，３１ｂでは、最も遠位側（指９の先端側）に配置される第１可動体３１ａ、および、最も近位側（体幹に近い側）に配置される第１可動体３１ｂを除く全ての第１可動体３１は、同じ形状を有する。複数の第１可動体３１は、必ずしも同じ形状を有する必要はない（後述の図１８参照）。最も近位側の第１可動体３１ｂには、第２可動体３２の遠位側の端部が連結される。第２可動体３２の近位側の端部には、第３可動体３３の遠位側の端部が連結される。第３可動体３２の近位側の端部には、第４可動体３４の遠位側の端部が連結される。以下、第１ないし第４可動体３１〜３４について説明する。 In the plurality of first
図３は、第１可動体３１を示す斜視図である。図４は、第１可動体３１を示す側面図であり、後述の屈伸軸方向に沿って見た第１可動体３１を示す。また、図４中の左側が遠位側であり、右側が近位側である。第１可動体３１は、２つの本体側部３１１と、１つの接続部３１９とを備える。２つの本体側部３１１は、使用者の指９の両側面に対向する位置に配置される。接続部３１９は、指９の背側において２つの本体側部３１１を接続する。 FIG. 3 is a perspective view showing the first
各本体側部３１１は、指９のＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３（図１０参照）の可動方向の軸に略垂直な板状部位である。本実施の形態では、ＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３の可動方向は、各関節９１〜９３において指９を屈曲または伸展させる回転方向を意味するものとする。また、可動方向の軸は、各関節９１〜９３において指９を屈伸させる際における当該関節の軸である。ＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３の可動方向の軸は、互いにおよそ平行である。以下の説明では、これらの関節を「指関節」と総称し、指関節の可動方向の軸に平行な方向を「屈伸軸方向」という。屈伸軸方向は、図４の紙面に垂直な方向である。なお、ＭＰ関節９３では、指９の内外転も可能であるが、これについては後述する。 Each main
各本体側部３１１は、側部遠位部３１２と、側部中央部３１３と、側部近位部３１４とを備える。本体側部３１１では、遠位側から近位側に向かって順に、側部遠位部３１２、側部中央部３１３、側部近位部３１４が配置される。すなわち、側部遠位部３１２は、側部中央部３１３の遠位側に位置し、側部近位部３１４は、側部中央部３１３の近位側に位置する。側部遠位部３１２、側部中央部３１３および側部近位部３１４は、屈伸軸方向に略垂直な板状部位である。図３の例では、側部遠位部３１２および側部近位部３１４の厚さは、側部中央部３１３の厚さよりも小さい。また、側部遠位部３１２は、側部中央部３１３における指９の側面側の面に沿って設けられ、側部近位部３１４は、側部中央部３１３における当該面とは反対側の面に沿って設けられる。したがって、側部近位部３１４は、側部遠位部３１２よりも指９の側面から離れた位置に配置される。 Each
各本体側部３１１は、複数の突起部３７と、複数の溝部３８とをさらに備える。図３および図４の例では、各本体側部３１１における突起部３７の個数、および、溝部３８の個数は２である。突起部３７の個数、および、溝部３８の個数は、１または３以上であってもよい。複数の突起部３７は、側部近位部３１４に設けられ、使用者の指９の側面に向かって突出する。屈伸軸方向に略垂直な各突起部３７の断面は、屈伸軸方向に略平行な第１中心軸Ｊ１（図４参照）を中心とする円弧状である。複数の突起部３７は、第１中心軸Ｊ１を中心とし、かつ、半径が異なる複数の円筒の一部である。各本体側部３１１における第１中心軸Ｊ１は、当該本体側部３１１から離れた位置に配置される。各突起部３７の厚さは、第１中心軸Ｊ１を中心とする周方向において一定であり、複数の突起部３７の厚さもほぼ同じである。 Each main
側部近位部３１４には、複数の弱化溝３６が設けられる。各弱化溝３６は、いずれかの突起部３７の根元に沿っており、屈伸軸方向に略垂直な各弱化溝３６の断面は、第１中心軸Ｊ１を中心とする円弧状である。図４の例では、側部近位部３１４における近位側の端部から遠位側に向かって（図４中の右側から左側に向かって）、突起部３７および弱化溝３６が交互に配置される。遠位側の突起部３７における遠位側の側面３７１は、第１中心軸Ｊ１の方向（すなわち、屈伸軸方向）において、遠位側の弱化溝３６の側面に連続し、近位側の側面３７１は、屈伸軸方向において近位側の弱化溝３６の側面に連続する。近位側の突起部３７における遠位側の側面３７１は、近位側の弱化溝３６の側面に連続し、近位側の側面３７１は、側部近位部３１４における近位側の端面３１５に連続する。各突起部３７は、第１中心軸Ｊ１を中心とする周方向の両端部のみにおいて支持される。 A plurality of weakening
複数の溝部３８は、側部遠位部３１２に設けられる。屈伸軸方向に略垂直な各溝部３８の断面は、屈伸軸方向に略平行な第２中心軸Ｊ２を中心とする円弧状である。複数の溝部３８の半径は、互いに相違する。各本体側部３１１における第２中心軸Ｊ２は、当該本体側部３１１上（図４の例では、側部中央部３１３上）に配置される。各溝部３８の幅（第２中心軸Ｊ２を中心とする径方向の幅）は、第２中心軸Ｊ２を中心とする周方向において一定であり、複数の溝部３８の幅もほぼ同じである。 The plurality of
第２中心軸Ｊ２を中心とする複数の溝部３８の半径は、第１中心軸Ｊ１を中心とする複数の突起部３７の半径とそれぞれほぼ一致する。詳細には、各溝部３８における遠位側の側面３８１の半径は、いずれかの突起部３７における遠位側の側面３７１の半径とほぼ同じである、または、当該半径よりも僅かに大きい。当該溝部３８における近位側の側面３８１の半径は、当該突起部３７における近位側の側面３７１の半径とほぼ同じである、または、当該半径よりも僅かに小さい。また、第２中心軸Ｊ２を中心とする当該溝部３８の角度範囲は、第１中心軸Ｊ１を中心とする当該突起部３７の角度範囲よりも十分に大きい。 The radii of the plurality of
可動部３における複数の第１可動体３１では、互いに隣接する２つの第１可動体３１のうち、近位側の第１可動体３１における複数の溝部３８に、遠位側の第１可動体３１における複数の突起部３７がそれぞれ挿入される。実際には、遠位側の第１可動体３１における２つの本体側部３１１の突起部３７は、屈伸軸方向の両外側から、近位側の第１可動体３１における２つの本体側部３１１の溝部３８に挿入される。これにより、当該２つの第１可動体３１が互いに連結される。可動部３では、このようにして、複数の第１可動体３１が順に連結される。 In the plurality of first
図５は、隣接する２つの第１可動体３１の連結を説明するための図である。図５では、隣接する２つの第１可動体３１のうち近位側の第１可動体３１を実線にて示している。また、遠位側の第１可動体３１における複数の突起部３７の断面（屈伸軸方向に垂直な断面）を平行斜線を付して示すとともに、当該第１可動体３１の外形を二点鎖線にて示している。 FIG. 5 is a diagram for explaining the connection between two adjacent first
近位側の第１可動体３１における複数の溝部３８に、遠位側の第１可動体３１における複数の突起部３７を挿入した状態では、遠位側の第１可動体３１の第１中心軸Ｊ１と、近位側の第１可動体３１の第２中心軸Ｊ２とがほぼ重なる。また、遠位側の第１可動体３１における各突起部３７の両側面３７１が、近位側の第１可動体３１における溝部３８の両側面３８１にほぼ接触する。遠位側の第１可動体３１の突起部３７は、近位側の第１可動体３１の溝部３８に沿って移動可能である。すなわち、遠位側の第１可動体３１は、第１中心軸Ｊ１を中心として指関節の可動方向（回転方向）に、近位側の第１可動体３１に対して移動可能である。換言すると、近位側の第１可動体３１は、第２中心軸Ｊ２を中心として指関節の可動方向に、遠位側の第１可動体３１に対して移動可能である。 When the plurality of
このように、複数の第１可動体３１のそれぞれが、指関節の可動方向に移動可能な状態で隣接する第１可動体３１に連結される。以下の説明では、突起部３７の側面３７１を「第１接触面３７１」といい、溝部３８の側面３８１を「第２接触面３８１」という。実際には、第１可動体３１の側部中央部３１３には、最も近位側の溝部３８の近位側の第２接触面３８１に連続する端面３１６が設けられており、遠位側の第１可動体３１の本体側部３１１における近位側の端面３１５、および、近位側の第１可動体３１の上記端面３１６も互いにほぼ接触する。 In this way, each of the plurality of first
図４に示すように、第１可動体３１の各本体側部３１１には、挿入孔３５が設けられる。挿入孔３５は、第１可動体３１の第１中心軸Ｊ１と第２中心軸Ｊ２とを結ぶ線上に設けられる。挿入孔３５は、複数の突起部３７、側部中央部３１３および側部遠位部３１２を貫通する。また、挿入孔３５は、第２中心軸Ｊ２の近傍から遠位側に向かって、屈伸軸方向に垂直な幅が漸次広がる幅広部３５１を有する。幅広部３５１は、側部中央部３１３および側部遠位部３１２に設けられ、屈伸軸方向に略垂直な幅広部３５１の断面は、略扇形となる。 As shown in FIG. 4, an
後述するように、複数の第１可動体３１における挿入孔３５には、図５中に二点鎖線にて示すワイヤ４１が挿入される。隣接する２つの第１可動体３１が連結された状態では、近位側の第１可動体３１の挿入孔３５に挿入されたワイヤ４１は、当該第１可動体３１の側部遠位部３１２において、遠位側の第１可動体３１の突起部３７を貫通する挿入孔３５の部分にも挿入される。遠位側の第１可動体３１の突起部３７が、近位側の第１可動体３１の溝部３８に対していずれの位置に配置される場合でも、遠位側の第１可動体３１の突起部３７を貫通する挿入孔３５の部分は、近位側の第１可動体３１における挿入孔３５の幅広部３５１内に配置される。 As will be described later, the
既述のように、図２の可動部３では、最も遠位側および最も近位側に配置される第１可動体３１ａ，３１ｂの形状が、他の第１可動体３１の形状と相違する。具体的には、最も遠位側に配置される第１可動体３１ａでは、２つの本体側部３１１における側部遠位部３１２が省略されるとともに、当該２つの側部中央部３１３を接続して、指９の先端を覆う閉塞部３１８が設けられる。さらに、各側部中央部３１３において屈伸軸方向の外側の面（指９とは反対側の面）には、凹部３１７が設けられる。凹部３１７は、挿入孔３５（図３参照）に連続し、ワイヤ４１の一端が配置される。第１可動体３１ａにおける他の構造は、他の第１可動体３１と同様である。第１可動体３１ａも、指関節の可動方向に移動可能な状態で、隣接する第１可動体３１に連結される。 As described above, in the
また、最も近位側に配置される第１可動体３１ｂでは、第１中心軸Ｊ１を中心とする突起部３７の角度範囲が、他の第１可動体３１と相違する（図４参照）。第１可動体３１ｂにおける他の構造は、他の第１可動体３１と同様である。第１可動体３１ｂも、指関節の可動方向に移動可能な状態で、隣接する第１可動体３１に連結される。以下の説明では、単に「第１可動体３１」という場合には、第１可動体３１ａ，３１ｂも含むものとする。 Further, in the first
図６は、第２可動体３２を示す斜視図である。図７ないし図９は、それぞれ第２ないし第４可動体３２〜３４を示す側面図であり、図４と同様に、屈伸軸方向に沿って見た第２ないし第４可動体３２〜３４を示す。図６および図７に示すように、第２可動体３２は、第１可動体３１と同様に、２つの本体側部３２１と、接続部３２９とを備える。各本体側部３２１は、側部遠位部３２２と、側部中央部３２３と、側部近位部３２４とを備える。側部中央部３２３は、遠位側から近位側に向かって（図７中の左側から右側に向かって）緩やかに湾曲しつつ延びる形状を有する。側部遠位部３２２は、側部中央部３２３の遠位側に設けられる。例えば、側部遠位部３２２は、グローブ部１１の指開口部近傍に配置される。側部近位部３２４は、側部中央部３２３の近位側に設けられる。図６および図７の例では、屈伸軸方向における第２可動体３２の幅は、遠位側から近位側に向かって漸次小さくなっており、２つの本体側部３２１の側部近位部３２４は、一体となっている。 FIG. 6 is a perspective view showing the second
図７に示すように、側部遠位部３２２および側部近位部３２４のそれぞれには、第１可動体３１の側部遠位部３１２と同様に、複数の溝部３８が設けられる。側部遠位部３２２に設けられる各溝部３８の屈伸軸方向に略垂直な断面は、屈伸軸方向に略平行な中心軸Ｊ３を中心とする円弧状である。側部近位部３２４に設けられる各溝部３８の屈伸軸方向に略垂直な断面は、屈伸軸方向に略平行な中心軸Ｊ４を中心とする円弧状である。側部近位部３２４では、近位側の端面と最も近位側の溝部３８との間の部位、および、溝部３８間の部位にスリット３６１が設けられる。 As shown in FIG. 7, each of the side
第２可動体３２には、第１可動体３１と同様に、挿入孔３５が設けられる。挿入孔３５は、各本体側部３２１の側部遠位部３２２、側部中央部３２３および側部近位部３２４を貫通する。また、挿入孔３５は、２つの幅広部３５１を有する。一方の幅広部３５１では、中心軸Ｊ３の近傍から遠位側に向かって、屈伸軸方向に垂直な幅が漸次広がる。他方の幅広部３５１では、中心軸Ｊ４の近傍から近位側に向かって、屈伸軸方向に垂直な幅が漸次広がる。 The second
可動部３では、第２可動体３２の側部遠位部３２２における複数の溝部３８に、最も近位側に配置される第１可動体３１ｂの複数の突起部３７がそれぞれ挿入され、第１可動体３１ｂの第１中心軸Ｊ１と、第２可動体３２の中心軸Ｊ３とがほぼ重なる。実際には、第１可動体３１ｂにおける２つの本体側部３１１の突起部３７は、屈伸軸方向の両外側から、第２可動体３２における２つの本体側部３２１の溝部３８に挿入される。このようにして、第１可動体３１ｂおよび第２可動体３２が、指関節の可動方向に移動可能な状態で、互いに連結される。なお、第２可動体３２には、突起部３７は設けられない。 In the
図８に示す第３可動体３３は、２つの本体側部３３１を備える。２つの本体側部３３１は、屈伸軸方向に分離可能である。各本体側部３３１は、側部遠位部３３２と、側部中央部３３３と、側部近位部３３４とを備える。側部遠位部３３２は、側部中央部３３３の遠位側（図８中の上側）に設けられ、側部近位部３３４は、側部中央部３３３の近位側（図８中の下側）に設けられる。側部遠位部３３２および側部近位部３３４のそれぞれには、第１可動体３１の側部近位部３１４と同様に、複数の突起部３７および複数の弱化溝３６が設けられる。側部遠位部３３２に設けられる各突起部３７および各弱化溝３６の屈伸軸方向に略垂直な断面は、屈伸軸方向に略平行な中心軸Ｊ５を中心とする円弧状である。側部近位部３３４に設けられる各突起部３７および各弱化溝３６の屈伸軸方向に略垂直な断面は、屈伸軸方向に略平行な中心軸Ｊ６を中心とする円弧状である。第３可動体３３には、第１可動体３１と同様に、挿入孔３５が設けられる。挿入孔３５は、各本体側部３３１の側部遠位部３３２、側部中央部３３３および側部近位部３３４を貫通する。 The third
可動部３では、第２可動体３２の側部近位部３２４における複数の溝部３８に、第３可動体３３の側部遠位部３３２の複数の突起部３７がそれぞれ挿入され、第２可動体３２の中心軸Ｊ４と、第３可動体３３の中心軸Ｊ５とがほぼ重なる。実際には、第３可動体３３における２つの本体側部３３１の突起部３７は、屈伸軸方向の両外側から第２可動体３２の溝部３８に挿入される。このようにして、第２可動体３２および第３可動体３３が、指関節の可動方向に移動可能な状態で、互いに連結される。なお、第３可動体３３には、溝部３８は設けられない。また、第３可動体３３は、グローブ部１１に直接的には固定されない。 In the
図９に示すように、第４可動体３４は、遠位部３４２と、固定部３４３とを備える。固定部３４３は、グローブ部１１（図１参照）の背側において、指開口部から近位側に離れた位置に固定される。遠位部３４２は、固定部３４３の遠位側に設けられる。遠位部３４２には、第１可動体３１の側部遠位部３１２と同様に、複数の溝部３８が設けられる。遠位部３４２に設けられる各溝部３８の屈伸軸方向に略垂直な断面は、屈伸軸方向に略平行な中心軸Ｊ７を中心とする円弧状である。遠位部３４２では、遠位側の端面と最も遠位側の溝部３８との間の部位、および、溝部３８間の部位にスリット３６１が設けられる。 As shown in FIG. 9, the fourth
第４可動体３４には、２つの挿入孔３５が設けられる。挿入孔３５は、遠位部３４２および固定部３４３を貫通する。２つの挿入孔３５は、遠位部３４２において屈伸軸方向に離れており、固定部３４３において１つの孔部となる。また、各挿入孔３５は、１つの幅広部３５１を有する。幅広部３５１では、中心軸Ｊ７の近傍から遠位側に向かって、屈伸軸方向に垂直な幅が漸次広がる。可動部３では、第４可動体３４の遠位部３４２における複数の溝部３８に、第３可動体３３の側部近位部３３４の複数の突起部３７がそれぞれ挿入され、第３可動体３３の中心軸Ｊ６と、第４可動体３４の中心軸Ｊ７とがほぼ重なる。実際には、第３可動体３３における２つの本体側部３３１の突起部３７は、屈伸軸方向の両外側から第４可動体３４の溝部３８に挿入される。このようにして、第３可動体３３および第４可動体３４が、指関節の可動方向に移動可能な状態で、互いに連結される。なお、第４可動体３４には、突起部３７は設けられない。 The fourth
図１０は、屈伸軸方向に沿って見た第１ないし第４可動体３１〜３４を模式的に示す図である。ここで、隣接する２つの可動体３１〜３４が互いに連結される部分を連結部３９と呼ぶ。各連結部３９では、溝部３８に突起部３７が挿入されており、当該溝部３８および当該突起部３７の中心軸Ｊ１〜Ｊ７が、連結部３９の可動軸となる。連結部３９の可動軸は、当該連結部３９にて連結される２つの可動体３１〜３４が互いに相対的に移動（回転）する際の回転軸である。図１０では、各連結部３９を◎にて示し、◎の中心が連結部３９の可動軸である。また、一部の連結部に符号３９ａ〜３９ｃを付している。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the first to fourth
図１０に示すように、複数の第１可動体３１における連結部３９は、使用者の指９の側方近傍（屈伸軸方向の近傍）に配置される。これらの連結部３９の可動軸は、必ずしも指９のＤＩＰ関節９１およびＰＩＰ関節９２（図１０において内部に×を記す円にて示す。ＭＰ関節９３において同様である。）の軸と重なるわけではない。しかしながら、これらの連結部３９は、比較的短い間隔で配列されるため、どのような使用者においても、ＤＩＰ関節９１およびＰＩＰ関節９２のそれぞれの側方近傍に、２以上の連結部３９が配置される。当該２以上の連結部３９のそれぞれにおいて、互いに連結される第１可動体３１が相対的に移動することにより、使用者毎の調整等を行うことなく、触覚提示装置１を装着した使用者は、ＤＩＰ関節９１およびＰＩＰ関節９２を屈伸することが可能である。 As shown in FIG. 10, the connecting
一方、（特に中指および薬指では）ＭＰ関節９３の側方近傍に、連結部３９を配置することができない。したがって、可動部３では、リンク機構３９０によりＭＰ関節９３の屈伸が可能とされる。図１１は、屈伸軸方向に沿って見たリンク機構３９０を模式的に示す図である。図１１では、ＭＰ関節９３を伸展した指９を実線にて示し、屈曲した指９を二点鎖線にて示している。 On the other hand, the connecting
リンク機構３９０は、第２可動体３２と、第３可動体３３とを備える。屈伸軸方向に沿って見た場合に、第２可動体３２と第３可動体３３との間の連結部３９ｂは、ＭＰ関節９３近傍において使用者の部位から離れた位置に配置される。リンク機構３９０では、第２可動体３２が、隣接する２つの可動体３１ｂ，３３（図１０参照）との間の連結部３９ａ，３９ｂにて回転可能であり、第３可動体３３が、隣接する２つの可動体３２，３４との間の連結部３９ｂ，３９ｃにて回転可能である。これにより、図１１中に実線および二点鎖線にて示すように、使用者が指９のＭＰ関節９３を屈伸することが可能となる。 The
可動部３では、ＭＰ関節９３近傍において使用者の部位から離れた位置に配置される連結部の個数が、２以上であってもよい。この場合、リンク機構３９０は、当該２以上の連結部にて連結される可動体を含む。以上のように、可動部３では、屈伸軸方向に沿って見た場合に、少なくとも１つの連結部がＭＰ関節９３近傍において使用者の部位から離れた位置に配置され、当該少なくとも１つの連結部にて連結される可動体を含むリンク機構３９０により、使用者がＭＰ関節９３を可動方向に動かすことが可能とされる。 In the
図２の剛性調整部４は、２本のワイヤ４１と、張力調整部４２とを備える。２本のワイヤ４１は、第１ないし第４可動体３１〜３４のそれぞれにおける２つの挿入孔３５に挿入される。各ワイヤ４１の一端は、最も遠位側に配置される第１可動体３１ａの凹部３１７に配置され、当該一端には、抜止部材４１１が取り付けられる。ワイヤ４１の他端は、張力調整部４２に接続される。既述のように、可動部３における第１ないし第４可動体３１〜３４のそれぞれは、隣接する可動体３１〜３４に対して、突起部３７または溝部３８の中心軸Ｊ１〜Ｊ７を中心として相対的に移動（回転）可能である。また、挿入孔３５は、中心軸Ｊ１〜Ｊ７を経由するように設けられる。可動部３内においてワイヤ４１の緩みがない状態では、第１ないし第４可動体３１〜３４の挿入孔３５内に設けられるワイヤ４１の全長は、各可動体３１〜３４がいずれの回転位置に位置する場合であっても、およそ一定である。なお、剛性調整部４では、ワイヤ４１の個数が１または３以上であってもよく、また、ワイヤ４１に代えて他の紐状部材が用いられてもよい。 The rigidity adjusting unit 4 of FIG. 2 includes two
張力調整部４２は、例えばモータを有し、２本のワイヤ４１をほとんど引っ張っていない低張力状態（ワイヤ４１の張力がゼロの場合を含む。）と、所定の力で２本のワイヤ４１を引っ張っている高張力状態とが切替可能である。張力調整部４２では、モータ以外のアクチュエータ（エアシリンダ等）が用いられてもよい。低張力状態では、複数の可動体３１〜３４のそれぞれが、隣接する可動体３１〜３４に対して移動可能であり、使用者はＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３を自由に屈伸することが可能である。 The
高張力状態では、最も遠位側に配置される第１可動体３１ａが近位側に引っ張られる。可動部３では、互いに隣接する２つの可動体３１〜３４の全ての組合せ（連結部３９，３９ａ〜３９ｃを共有する２つの可動体３１〜３４の全ての組合せ）において、当該２つの可動体３１〜３４が、突起部３７および溝部３８等において互いに接触しており、高張力状態において当該２つの可動体３１〜３４には、図５中に矢印Ａ１にて示すように、圧縮力が作用する。これにより、当該２つの可動体３１〜３４において、突起部３７の各第１接触面３７１と、当該第１接触面３７１に対向する溝部３８の第２接触面３８１との間に互いに押し合う力が生じる。その結果、当該第１接触面３７１と当該第２接触面３８１との間の摩擦力が増大し、当該２つの可動体３１〜３４が互いに相対的に移動（回転）しにくくなる。換言すると、可動部３の剛性が高くなる。 In the high tension state, the first
触覚提示装置１のグローブ部１１（図１参照）を手に装着した使用者が、仮想物体を把持しようとする際には、ワイヤ４１が低張力状態とされており、使用者は、手を仮想物体に近づける間に、図１２に示すように指９を曲げて仮想物体の形状に沿わせる。触覚提示装置１では、図示省略のカメラまたは各種センサ等を用いて使用者の手の動きがモニターされており、制御部１０（図２参照）において手と仮想物体とが接触したと判断されるときに、制御部１０から張力調整部４２に所定の入力が行われ、ワイヤ４１が高張力状態とされる。これにより、可動部３の剛性が高くされ、使用者の指９のＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３（すなわち、指９全体）が固定される。このとき、指９は掌側に設けられたパッド部６０から反力を受け、使用者は物をつかんだと錯覚する。このように、触覚提示装置１では、関節固定装置２により指９全体に対して仮想物体の形状を提示することが可能である。後述するように、パッド部６０は軟らかさを提示することが可能であるため、触覚提示装置１では、柔軟体を把持した場合の感覚（柔軟体の握力把持感覚）を適切に提示することが実現される。 When a user wearing the glove portion 11 (see FIG. 1) of the
図１２の関節固定装置２では、指９を少し屈曲させた状態で、各ワイヤ４１を９０Ｎの力で引っ張った場合に、指先に対して１０Ｎ以上の反力を提示可能であることが確認されている。なお、関節固定装置２では、複数の指９をミット状に覆う１つの可動部が設けられてもよい。また、指９の１つの関節９１〜９３近傍のみに可動体が設けられ、当該関節９１〜９３のみの動きが固定されてもよい。関節固定装置２を１本の指に複数設けてもよい。ワイヤ４１を複数本にして、部分的に関節を固定したり、自由にしたりしてもよい。 In the
以上に説明したように、関節固定装置２では、複数の可動体３１〜３４を有する可動部３が設けられる。複数の可動体３１〜３４は、使用者の指９に沿って使用者に取り付けられ、複数の可動体３１〜３４のそれぞれは、指関節の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体３１〜３４に連結される。そして、剛性調整部４が、所定の入力に応じて、複数の可動体３１〜３４において隣接する２つの可動体３１〜３４の接触面３７１，３８１間に互いに押し合う力を付与することにより、接触面３７１，３８１間の摩擦力を増大させ、可動部３の剛性を高くする。これにより、指９の関節の動きを適切に固定することができる。 As described above, the
ところで、非特許文献１のデバイスでは、既述のように、プリシェイプ時に、真空ジャミング素材を押すことになって、反力を感じてしまうので、拘束なく指が動いている感覚を適切に提示できない。それに対して、本提案の関節固定装置２は、プリシェイプ時には構成される各パーツの摩擦が小さいので自由に指を動かしている感覚が提示でき、物体に触ったと判定した瞬間にワイヤ４１を引っ張ることにより、各パーツの摩擦力が増大でき物体の形状を提示できる。また、ワイヤ４１の引っ張りを解除することにより、拘束なく指が動いている感覚を速やかに提示することができる。このように、関節固定装置２は、物体の形状を仮想的に提示する物体形状提示装置として利用することが可能である。 By the way, in the device of
関節固定装置２では、隣接する２つの可動体３１〜３４のうち、一方の可動体が、複数の第１接触面３７１を有し、他方の可動体が、複数の第１接触面３７１にそれぞれ接触する複数の第２接触面３８１を有する。これにより、高張力状態において、当該２つの可動体３１〜３４の相対的な移動（回転）に必要なトルクを大きくして、可動部３の剛性をさらに高くすることができる。 In the
また、当該一方の可動体が、指関節の可動方向の軸に略垂直な断面が円弧状の突起部３７を有する。当該他方の可動体が、当該軸に略垂直な断面が円弧状であり、突起部３７が挿入される溝部３８を有する。そして、突起部３７の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第１接触面３７１とされ、溝部３８の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第２接触面３８１される。これにより、隣接する２つの可動体３１〜３４において、複数の第１接触面３７１および複数の第２接触面３８１を容易に設けることが可能となる。 Further, the one movable body has a
さらに、突起部３７が、指関節の可動方向の軸に略垂直な板状部位（図４の例では、側部近位部３１４）から突出し、当該板状部位において、突起部３７の根元に沿う弱化溝３６が設けられる。これにより、突起部３７（の第１接触面３７１）を根元から変形しやすくして、各第１接触面３７１と、当該第１接触面３７１に対向する第２接触面３８１とをより確実に接触させることが可能となる。その結果、高張力状態において、可動体３１〜３４の移動に必要なトルクを大きくして、可動部３の剛性をより確実に高くすることができる。また、図７および図９のように、溝部３８に対してスリット３６１を設ける場合には、溝部３８の第２接触面３８１を変形しやすくして、第１接触面３７１と第２接触面３８１とをより確実に接触させることが可能である。このようなスリットが、突起部３７に設けられてもよい。微小な溝の形成等、接触面３７１，３８１を粗面化することにより、接触面３７１，３８１間の摩擦が大きくされてもよい。 Further, the
関節固定装置２では、指９の関節の可動方向の軸に沿って見た場合に、当該軸に略平行な可動軸を有する少なくとも１つの連結部（図１０の例では、連結部３９ｂ）が、当該関節近傍において使用者の部位から離れた位置に配置される。そして、当該少なくとも１つの連結部にて連結される可動体を含むリンク機構３９０により、使用者が当該関節を可動方向に動かすことが可能とされる。これにより、関節の側方近傍に連結部を配置することなく（側方近傍に連結部を配置することができないＭＰ関節９３においても）、高張力状態にて当該関節の動きを固定することが可能となる。 In the
図１３は、硬軟提示装置６のパッド部６０を示す図であり、屈伸軸方向に垂直なパッド部６０の断面を示す。図１３では、触覚提示装置１を装着した使用者の指９も二点鎖線にて示している。図２および図１３に示すように、硬軟提示装置６は、パッド部６０と、接続チューブ６４と、圧力調整部６５とを備える。パッド部６０は、可動部３の複数の第１可動体３１における接続部３１９とは反対側の端部（図２の下側）に取り付けられ、使用者の１つの指９の掌側に対向する。なお、触覚提示装置１では、複数の指９の掌側を覆うパッド部６０が設けられてもよい。 FIG. 13 is a diagram showing the
パッド部６０は、多孔質部材６１と、袋状部６２と、封入物６３とを備える。多孔質部材６１は、弾性を有する略板状であり、指９の遠位側から近位側に向かって（図１３の横方向に）延びる。多孔質部材６１は、図１３中の上方（指９側）を向く上面６１１と、下方を向く下面６１２とを有する。図１３の例では、上面６１１および下面６１２は略平行であり、多孔質部材６１はほぼ一定の厚さを有する。多孔質部材６１の厚さは、例えば１．０〜１５ｍｍであり、好ましくは１．５〜１０ｍｍであり、より好ましくは２．０〜６．０ｍｍである。 The
多孔質部材６１は、典型的には、ポリウレタン等の樹脂を発泡成形することにより得られるスポンジである。多孔質部材６１は、スポンジ状の弾性体として捉えることも可能である。多孔質部材６１は、スポンジ以外であってもよい。多孔質部材６１は、連続した気孔を有する。気孔に空気が充填された状態では、多孔質部材６１は比較的小さい力で変形する。気孔中の空気を抜いた状態では、多孔質部材６１が圧縮され、略シート状となる。気孔中に空気が取り込まれると、多孔質部材６１は膨張し、元の状態に戻る。多孔質部材６１のアスカーＣ硬度は、大気圧において、例えば０〜５０であり、好ましくは０〜３５であり、より好ましくは０〜２０である。 The
袋状部６２は、多孔質部材６１および封入物６３を収容する袋状の部材である。袋状部６２には、接続チューブ６４の一端が接続される。接続チューブ６４の開口を除き、袋状部６２は密閉される。袋状部６２は、例えばシリコーンゴム等のゴムにより形成される。袋状部６２は、多孔質部材６１の上面６１１に接触する上面部６２１と、上面部６２１とは反対側の下面部６２２とを有する。上面部６２１の外面は、指９の掌側に対向し、硬軟提示装置６における触覚の提示面６２０である。上面部６２１の厚さ（内面と外面との間の厚さ）は、例えば１．５ｍｍ以下であり、好ましくは１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．８ｍｍ以下である。上面部６２１においてある程度の強度を確保するには、上面部６２１の厚さは、例えば０．０１ｍｍ以上である。下面部６２２の厚さは、上面部６２１の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。以下の説明では、下面部６２２および上面部６２１に略垂直な方向を「厚さ方向」という。 The bag-shaped
図１４は、封入物６３の一部を拡大して示す図である。図１４に示す封入物６３は、複数のシート部材６３１を厚さ方向に積層した層状である。図１３の封入物６３では、図１４に示すシート部材６３１よりも多くのシート部材６３１が積層される。例えば、シート部材６３１は、指９の遠位側から近位側に向かって（図１４の左側から右側に向かって）延びる帯状の紙である。シート部材６３１の坪量は、例えば１０〜２５０ｇ／ｍ２であり、好ましくは２５〜１５０ｇ／ｍ２であり、より好ましくは５０〜１００ｇ／ｍ２である。シート部材６３１の枚数は、例えば５〜１００枚であり、好ましくは、１０〜８０枚であり、より好ましくは１５〜５０枚である。シート部材６３１は、紙以外であってもよい。FIG. 14 is an enlarged view showing a part of the
封入物６３の作製では、複数のシート部材６３１のうち約半分のシート部材６３１が、遠位側の端部にて相互間にスペーサ６３２（シート部材６３１を折り返した部分等であってもよい。）を介在させて厚さ方向に積層され、シート積層体６３３が形成される。また、残りのシート部材６３１が、近位側の端部にて相互間にスペーサ６３２を介在させて厚さ方向に積層され、シート積層体６３３が形成される。そして、厚さ方向において、２つのシート積層体６３３のシート部材６３１が交互に配置されるように、２つのシート積層体６３３が部分的に重ねられ、封入物６３が作製される。図１４の封入物６３の構造は、一例に過ぎず、シート部材６３１が厚さ方向に積層される他の構造が採用されてよい。また、上記作製例とは異なる作業により、封入物６３が作製されてよい。図１３に示すように、封入物６３は、袋状部６２内において、多孔質部材６１に対して提示面６２０とは反対側に重ねられる。図１３の例では、多孔質部材６１と封入物６３との間には、いずれの部材も配置されない。 In the production of the
封入物６３におけるシート部材６３１は、必ずしも、厚さ方向に積層される必要はない。例えば、図１５に示すように、シート部材６３１が厚さ方向に対して傾斜した状態で、厚さ方向に略垂直な方向に積層（配列）されて、封入物６３が作製されてもよい。図１５の封入物６３も層状と捉えることが可能である。また、袋状部６２内に収容される封入物６３は粒状であってもよい。各種粉末が、粒状の封入物６３として用いることが可能である。 The
好ましいパッド部６０では、図１３に示すように、複数の低密度部６３４が設けられる。各低密度部６３４では、封入物６３の密度が他の位置における密度よりも低い。複数の低密度部６３４は、指９のＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３（図１０参照）におよそ対向する。図１３の例では、各低密度部６３４において、シート部材６３１が完全に除去され、多孔質部材６１と同じ材料（ここでは、スポンジ）が充填される。低密度部６３４において、一部のシート部材６３１が残されていてもよい。複数の低密度部６３４の存在により、ＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３の屈伸が、封入物６３により阻害されることが抑制される。粒状の封入物６３を採用する場合にも、低密度部６３４が設けられてよい。 In the
図２の圧力調整部６５には、接続チューブ６４の他端が接続される。圧力調整部６５は、例えばポンプ等を有し、袋状部６２内の空気の圧力を調整可能である。換言すると、袋状部６２に対する空気の供給および回収が可能である。本実施の形態では、圧力調整部６５により、袋状部６２内の圧力が、大気圧または大気圧よりも低い圧力に調整される。袋状部６２内の圧力が大気圧よりも低くなると、袋状部６２が圧縮される。 The other end of the
ここで、多孔質部材６１および袋状部６２の組合せを圧縮部６６と呼び、封入物６３および袋状部６２の組合せを剛性可変部６７と呼び、袋状部６２内の圧力が大気圧から低くなる際における、圧縮部６６および剛性可変部６７の状態の変化を個別に説明する。 Here, the combination of the
圧縮部６６において、袋状部６２内の圧力が大気圧である状態では、多孔質部材６１の気孔に空気が充填されており、多孔質部材６１は比較的小さい力で変形する。すなわち、多孔質部材６１は軟らかい状態である。袋状部６２内の圧力が低くなるに従って、気孔中の空気が少なくなり、多孔質部材６１が次第に圧縮される。これにより、多孔質部材６１の軟らかさも低下する。袋状部６２内の圧力がさらに低くなると、多孔質部材６１の気孔中の空気がほとんどなくなり、多孔質部材６１が略シート状に圧縮される（押し潰される）。すなわち、袋状部６２の上面部６２１等と同様に、多孔質部材６１を薄いシートと捉えることが可能な状態となる。袋状部６２内の圧力が大気圧に戻されると、多孔質部材６１の気孔に空気が取り込まれ、多孔質部材６１が圧縮前の元の状態に戻る（膨張する）。このように、圧縮部６６では、袋状部６２に対する空気の供給および回収により、多孔質部材６１の圧縮の程度が可変である。 In the
剛性可変部６７において、袋状部６２内の圧力が大気圧である状態では、図１４のシート部材６３１間の隙間の存在により、封入物６３は比較的小さい力で変形する。本実施の形態では、封入物６３は、大気圧における多孔質部材６１よりも軟らかさが低い（少し硬い）状態である。袋状部６２内の圧力が低くなるに従って、シート部材６３１間の隙間が小さくなり、封入物６３の密度が次第に高くなる。剛性可変部６７では、ジャミング転移現象により、封入物６３の密度に応じてたわみ剛性が高くなる。袋状部６２内の圧力がさらに低くなると、図１４中に二点鎖線にて示すように、シート部材６３１間の隙間がほとんどなくなり、封入物６３が高密度状態となる。この状態では、剛性可変部６７のたわみ剛性がさらに高くなる。袋状部６２内の圧力が大気圧に戻されると、シート部材６３１間の隙間に空気が入り込み、図１４中に実線にて示す状態に戻る。このように、剛性可変部６７では、袋状部６２に対する空気の供給および回収により剛性が可変である。 In the
既述のように、図１３のパッド部６０では、多孔質部材６１に対して提示面６２０とは反対側に、剛性可変部６７の封入物６３が重ねられている。したがって、袋状部６２内の圧力が大気圧である場合には、提示面６２０において多孔質部材６１により軟らかさが提示される。また、袋状部６２内の圧力が大気圧よりも僅かに低い状態では、圧縮部６６における多孔質部材６１の圧縮の程度に応じて、多孔質部材６１により軟らかさが提示される。このとき、多孔質部材６１の圧縮の程度に、剛性可変部６７のたわみ剛性の影響が付加された、軟らかさが提示される場合もある。袋状部６２内の圧力がさらに低くなり、多孔質部材６１が略シート状に圧縮されると、提示面６２０では、主として、封入物６３の密度に応じて剛性可変部６７により硬さが提示される。 As described above, in the
次に、硬軟提示装置６の硬軟特性の評価について述べる。硬軟特性の評価では、内部のサイズが１００×１７．５×６．５ｍｍ（それぞれ、指の長手方向、屈伸軸方向、厚さ方向に対応）の袋状部６２をシリコーンゴムにより作製し、袋状部６２内に多孔質部材６１および封入物６３を収容してパッド部６０を準備した。袋状部６２（の上面部６２１）の厚さを０．５ｍｍとし、多孔質部材６１として厚さ４ｍｍのスポンジを用い、封入物６３として３０枚の紙（坪量７１ｇ／ｍ２のコピー用紙）を用いた。また、比較例１〜５のパッド部も準備した。比較例１〜５のパッド部では、内部のサイズが１００×１７．５×３．２ｍｍの袋状部に封入物のみを収容した。比較例１の封入物は、コーヒー粉末１．８ｇであり、比較例２の封入物は、コーヒー粉末２．５ｇである。比較例３の封入物は、紙６枚およびコーヒー粉末１．８ｇ（コーヒー粉末を紙の上に配置）であり、比較例４、５の封入物は、紙３０枚である。また、比較例１〜４では、袋状部６２の厚さを１ｍｍとし、比較例５では、袋状部６２の厚さを０．５ｍｍとした。Next, the evaluation of the hardness and softness characteristics of the hardness and
袋状部６２の下面部６２２を、屈伸軸方向に１４ｍｍの間隔を設けた２つの支持部材にて支えた状態で、当該２つの支持部材の間の中央近傍にて袋状部６２の上面部６２１を下方へと押し込む押込み試験を行った。押込み距離は、約３．５ｍｍとなるように調整した。ここでは、大気圧から袋状部６２の内部の圧力を引いて得た値を真空度として、真空度０ｋＰａ、２０ｋＰａ、４０ｋＰａのそれぞれにおいて押下力と変位の関係を記録した。そして、Ｍａｘｅｗｌｌモデルに非線形ばね要素を加えたモデルに基づいて、パッド部６０のばね係数を求めた。 In a state where the
図１６は、硬軟特性の評価結果を示す図であり、各条件において１０回の測定を行って得たばね係数の値の平均値を示している。図１６では、真空度に対するパッド部６０のばね係数の変化を実線Ｌ０にて示し、比較例１〜５のパッド部におけるばね係数の変化を破線Ｌ１〜Ｌ５にて示している。ばね係数は、パッド部のたわみ剛性、すなわち、軟らかさ／硬さを表す。実線Ｌ０のように、パッド部６０では、比較例１〜５に比べて、ばね係数の変化範囲が大きくなっており、幅広い範囲の軟らかさ／硬さ（硬軟感覚）を提示することが可能である。また、パッド部６０では、真空度０において、十分に小さい（０近傍の）ばね係数が得られており、軟らかさが適切に提示可能であることが判る。 FIG. 16 is a diagram showing the evaluation results of the hardness and softness characteristics, and shows the average value of the spring coefficient values obtained by performing the
以上に説明したように、硬軟提示装置６では、弾性を有する略板状の多孔質部材６１と、多孔質部材６１を収容するとともに外面が触覚の提示面６２０である袋状部６２とが設けられる。そして、袋状部６２に対する空気の供給および回収により多孔質部材６１の圧縮の程度が可変とされる。これにより、提示面６２０において、軟らかさを適切に提示することができる。その結果、関節固定装置２および硬軟提示装置６を備える触覚提示装置１では、柔軟体を把持した場合の感覚を適切に提示することができる。硬軟提示装置６を１本の指に複数設けてもよく、この場合、部分的に柔らかさが異なるような提示も可能となる。 As described above, the hard /
また、剛性（たわみ剛性）が可変である剛性可変部６７が、多孔質部材６１に対して提示面６２０とは反対側に重ねられる。これにより、多孔質部材６１が略シート状に圧縮された状態において、剛性可変部６７により硬さを提示することができ、幅広い範囲の硬軟感覚の提示を実現することができる。剛性可変部６７では、層状または粒状の封入物６３が袋状部６２に収容され、袋状部６２に対する空気の供給および回収により剛性が可変とされる。これにより、ジャミング転移現象を利用して硬さを適切に提示することができる。 Further, the
図２の触覚提示装置１では、提示面６２０が使用者の指９の掌側に対向するように、圧縮部６６（多孔質部材６１および袋状部６２）および剛性可変部６７が使用者に対して取り付けられる。これにより、関節固定装置２による仮想物体の形状の提示のみならず、幅広い範囲の硬軟感覚の提示が可能となり、使用者に対してより現実感のある触覚を提示することが実現される。この場合に、剛性可変部６７において、指９の関節に対向する位置における封入物６３の密度が、他の位置における密度よりも低くされることにより、剛性可変部６７が指９の曲げを阻害することを抑制することができる。なお、図２の触覚提示装置１では、可動部３の剛性を高くした状態（高張力状態）において、パッド部６０の真空度を０ｋＰａ（大気圧）と３０ｋＰａとにランダムに設定した場合に、複数の被験者において、真空度０ｋＰａでは軟らかいと知覚され、真空度３０ｋＰａでは硬いと知覚されることが確認されている。 In the
上記触覚提示装置１では様々な変形が可能である。 The
上記実施の形態における関節固定装置２では、複数の可動体３１〜３４が、同じ可動方向に移動可能な状態で連結されるが、一部の可動体３１〜３４が、他の可動方向に移動可能であってもよい。例えば、ＭＰ関節９３では、屈伸のみならず、内外転も可能であるため、図１７に示すように、可動部３ａにおいて、ＭＰ関節９３を内外転させる際における可動方向（掌側から背側に向かう軸を中心とする回転方向）に移動可能な連結部３９ｄ，３９ｅが設けられてもよい。当該連結部３９ｄ，３９ｅでは、例えば、内外転における軸に略平行な中心軸を中心とする突起部３７および溝部３８が設けられる。可動部３ａでは、当該連結部３９ｄ，３９ｅにより、ＭＰ関節９３が内外転可能である。この場合に、硬軟提示装置６のパッド部６０が指９の側面に対向する位置に配置されてもよい。 In the
また、可動部３ａでは、屈伸軸方向（図１７の紙面に垂直な方向）に沿って見た場合に、屈伸軸方向に略平行な可動軸を有する連結部３９ｂが、ＭＰ関節９３近傍において使用者の部位から離れた位置に配置される。また、連結部３９ｂにて連結される各可動体３２，３３は、連結部３９ｂとは反対側に設けられる連結部３９ａ，３９ｃの可動軸を中心として屈伸の可動方向に回転可能である。したがって、可動部３ａにおいても、可動体３２，３３を含むリンク機構３９０により、ＭＰ関節９３が屈伸可能である。図１７の可動部３ａを有する関節固定装置２においても、ワイヤ４１を高張力状態とすることにより、ＤＩＰ関節９１、ＰＩＰ関節９２およびＭＰ関節９３の動き（ＭＰ関節９３の内外転を含む。）を固定することが可能となる。関節周りのリンク機構では、様々なパターンの回転軸の組合せ（様々な方向の可動軸を有する連結部の組合せ）が採用されてよい。 Further, in the movable portion 3a, the connecting
図１８に示すように、複数の第１可動体３１が、互いに異なる形状を有してもよい。図１８の例では、指９（図１８中に二点鎖線にて示す。）の先端側に向かうに従って、突起部３７および溝部３８の半径が小さくなっている。また、指９の形状に合わせて、先端側に向かうに従って本体側部３１１の大きさも小さくなっている。 As shown in FIG. 18, the plurality of first
上記実施の形態では、隣接する２つの可動体３１〜３４において、円筒面の一部（半円筒面）である接触面３７１，３８１が設けられるが、可動部３，３ａの設計によっては、例えば、球面の一部（半球面）である接触面３７１，３８１が設けられてもよい。この場合、各可動体３１〜３４が、複数の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体３１〜３４に連結される。また、接触面３７１，３８１は、必ずしも曲面である必要はなく、平面であってもよい。例えば、隣接する２つの可動体のそれぞれにおいて、互いに平行な複数の板状突起部が配列された櫛歯部が設けられ、当該２つの可動体の櫛歯部が互いに噛み合わせられる。この場合、各板状突起部の主面が接触面とされ、当該２つの可動体は、板状突起部の主面に沿う方向に相対的に移動可能となる。また、高張力状態では、接触面間に互いに押し合う力が付与され、摩擦力が増大される。可動部３，３ａでは、隣接する２つの可動体３１〜３４において、１つの第１接触面３７１および１つの第２接触面３８１のみが設けられてもよい。 In the above embodiment, the contact surfaces 371 and 381, which are a part of the cylindrical surface (semi-cylindrical surface), are provided in the two adjacent
図２の剛性調整部４では、低張力状態と高張力状態とが切り替えられるが、関節固定装置２の用途によっては、ワイヤ４１を引っ張る力が多段階または無段階に切り替えられてもよい。また、剛性調整部４では、ワイヤ４１および張力調整部４２以外の組合せにより、隣接する２つの可動体３１〜３４の接触面３７１，３８１間に互いに押し合う力が付与されてもよい。例えば、ワイヤ４１以外の紐状部材が用いられてもよく、また、エアシリンダ等により紐状部材が引っ張られてもよい。 The rigidity adjusting unit 4 of FIG. 2 switches between a low tension state and a high tension state, but depending on the application of the
関節固定装置２は、仮想物体の形状の提示以外に利用されてよく、また、指関節以外の任意の関節の固定に利用されてもよい。この場合も、可動部３，３ａでは、一の関節の両側の骨（すなわち、当該関節の固定すべき可動方向に関して互いに相対的に移動する２つの骨）に沿って複数の可動体が使用者に取り付けられ、複数の可動体のそれぞれが、当該関節の一の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体に連結される。そして、剛性調整部４が、複数の可動体において隣接する２つの可動体の接触面間に互いに押し合う力を付与することにより、当該関節の動きを適切に固定することが可能となる。 The
硬軟提示装置６では、圧縮部６６の多孔質部材６１と、剛性可変部６７の封入物６３とが個別の袋状部に収容されてもよい。この場合も、封入物６３および袋状部を含む剛性可変部６７が、多孔質部材６１および他の袋状部を含む圧縮部６６に対して提示面６２０とは反対側に重ねられることにより、幅広い範囲の硬軟感覚の提示を実現することができる。また、圧縮部６６の袋状部の真空度と、剛性可変部６７の袋状部の真空度とが個別に調整されてもよい。このような硬軟提示装置６では、表面は柔らかいが、内部は硬いというような硬軟感覚を提示することも可能である。 In the hard /
一方、多孔質部材６１と、封入物６３とが同一の袋状部６２に収容される上記硬軟提示装置６では、多孔質部材６１が略シート状に圧縮された状態において、袋状部６２の上面部６２１および多孔質部材６１のみを介して（圧縮部６６の袋状部の下面部および剛性可変部６７の袋状部の上面部を介することなく）剛性可変部６７に触れることが可能となり、剛性可変部６７による硬さをより適切に提示することが可能となる。また、個別の袋状部を利用する場合に比べて、装置の製造コストを削減することができる。 On the other hand, in the hardness /
圧縮部６６および剛性可変部６７では、袋状部に対して、空気以外の流体（例えば、空気以外の気体や水等の液体）が供給および回収されてもよい。圧縮部６６では、袋状部に対する所定の流体の供給および回収により多孔質部材６１の圧縮の程度が可変である。同様に、剛性可変部６７では、袋状部に対する所定の流体の供給および回収により剛性が可変である。 In the
剛性可変部６７は、ジャミング転移現象を利用しないものであってもよい。例えば、ばねを有するとともに当該ばねの予圧が変更可能な機構が、剛性可変部６７として用いられてもよい。 The rigidity
硬軟提示装置６は、必ずしも手に取り付けられる必要はなく、ディスプレイ型等であってもよい。 The hard /
関節固定装置２および硬軟提示装置６は、互いに独立して用いられてもよい。 The
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The above-described embodiments and configurations in the respective modifications may be appropriately combined as long as they do not conflict with each other.
本発明の触覚提示装置は、様々な用途における触覚の提示に利用可能である。本発明の関節固定装置は、様々な用途における関節の動きの固定に利用可能である。 The tactile presentation device of the present invention can be used for presenting tactile sensations in various applications. The joint fixation device of the present invention can be used for fixing joint movements in various applications.
１ 触覚提示装置
２ 関節固定装置
３，３ａ 可動部
４ 剛性調整部
９ 指
３１〜３４，３１ａ，３１ｂ 可動体
３６ 弱化溝
３７ 突起部
３８ 溝部
３９，３９ａ〜３９ｅ 連結部
６１ 多孔質部材
６２ 袋状部
６３ 封入物
６７ 剛性可変部
９１〜９３ 関節
３１１，３２１，３３１ 本体側部
３７１ 第１接触面
３８１ 第２接触面
３９０ リンク機構
６２０ 提示面
Ｊ１〜Ｊ７ 中心軸1
Claims (13)
Translated fromJapanese弾性を有する略板状の多孔質部材と、
前記多孔質部材を収容するとともに外面が触覚の提示面である袋状部と、
を備え、
前記袋状部に対する所定の流体の供給および回収により前記多孔質部材の圧縮の程度が可変であることを特徴とする触覚提示装置。It is a tactile presentation device
A substantially plate-shaped porous member with elasticity,
A bag-shaped portion that accommodates the porous member and whose outer surface is a tactile presentation surface,
Equipped with
A tactile presentation device characterized in that the degree of compression of the porous member is variable by supplying and recovering a predetermined fluid to the bag-shaped portion.
前記多孔質部材に対して前記提示面とは反対側に重ねられ、剛性が可変である剛性可変部をさらに備えることを特徴とする触覚提示装置。The tactile presentation device according to claim 1.
A tactile presentation device comprising a rigidity variable portion that is overlapped with respect to the porous member on the side opposite to the presentation surface and has a variable rigidity.
前記剛性可変部が、層状または粒状の封入物が収容された袋状部を有し、前記袋状部に対する所定の流体の供給および回収により剛性が可変であることを特徴とする触覚提示装置。The tactile presentation device according to claim 2.
A tactile presentation device, wherein the variable rigidity portion has a bag-shaped portion containing a layered or granular inclusion, and the rigidity is variable by supplying and recovering a predetermined fluid to the bag-shaped portion.
前記多孔質部材と、前記剛性可変部の前記封入物とが同一の袋状部に収容されることを特徴とする触覚提示装置。The tactile presentation device according to claim 3.
A tactile presentation device characterized in that the porous member and the enclosure of the variable rigidity portion are housed in the same bag-shaped portion.
前記提示面が使用者の指の掌側に対向するように、前記多孔質部材、前記多孔質部材が収容される前記袋状部、および、前記剛性可変部が前記使用者に対して取り付けられ、
前記剛性可変部において、前記指の関節に対向する位置における前記封入物の密度が、他の位置における密度よりも低いことを特徴とする触覚提示装置。The tactile presentation device according to claim 3 or 4.
The porous member, the bag-shaped portion in which the porous member is housed, and the variable rigidity portion are attached to the user so that the presentation surface faces the palm side of the user's finger. ,
A tactile presentation device characterized in that the density of the inclusions at a position facing the knuckle of the variable rigidity portion is lower than the density at other positions.
使用者の指に沿って前記使用者に取り付けられる複数の可動体を有するとともに、前記複数の可動体のそれぞれが、前記指の関節の一の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体に連結される可動部と、
所定の入力に応じて、前記複数の可動体において隣接する２つの可動体の接触面間に互いに押し合う力を付与することにより、前記接触面間の摩擦力を増大させ、前記可動部の剛性を高くする剛性調整部と、
をさらに備え、
前記提示面が前記使用者の前記指の掌側に対向するように、前記多孔質部材、および、前記多孔質部材が収容される前記袋状部が、前記使用者に対して取り付けられることを特徴とする触覚提示装置。The tactile presentation device according to any one of claims 1 to 5.
It has a plurality of movable bodies attached to the user along the user's finger, and each of the plurality of movable bodies is attached to an adjacent movable body in a state of being movable in one movable direction of the joint of the finger. With the moving parts to be connected,
By applying a force that pushes against the contact surfaces of two adjacent movable bodies in the plurality of movable bodies in response to a predetermined input, the frictional force between the contact surfaces is increased, and the rigidity of the movable portion is increased. Rigidity adjustment part that raises the height and
Further prepare
The porous member and the bag-shaped portion in which the porous member is housed are attached to the user so that the presentation surface faces the palm side of the finger of the user. A featured tactile presentation device.
一の関節の両側の骨に沿って使用者に取り付けられる複数の可動体を有するとともに、前記複数の可動体のそれぞれが、前記関節の一の可動方向に移動可能な状態で隣接する可動体に連結される可動部と、
所定の入力に応じて、前記複数の可動体において隣接する２つの可動体の接触面間に互いに押し合う力を付与することにより、前記接触面間の摩擦力を増大させ、前記可動部の剛性を高くする剛性調整部と、
を備えることを特徴とする関節固定装置。It is a joint fixing device that fixes the movement of the user's joints.
It has a plurality of movable bodies attached to the user along the bones on both sides of one joint, and each of the plurality of movable bodies can be moved to an adjacent movable body in a state of being movable in one movable direction of the joint. With the moving parts to be connected,
By applying a force that pushes against the contact surfaces of two adjacent movable bodies in the plurality of movable bodies in response to a predetermined input, the frictional force between the contact surfaces is increased, and the rigidity of the movable portion is increased. Rigidity adjustment part that raises the height and
A joint fixation device characterized by comprising.
隣接する２つの可動体のうち、一方の可動体が、複数の第１接触面を有し、
他方の可動体が、前記複数の第１接触面にそれぞれ接触する複数の第２接触面を有することを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to claim 7.
Of the two adjacent movable bodies, one movable body has a plurality of first contact surfaces, and the movable body has a plurality of first contact surfaces.
A joint fixing device, wherein the other movable body has a plurality of second contact surfaces that are in contact with each of the plurality of first contact surfaces.
前記一方の可動体が、前記関節の一の可動方向の軸に略垂直な断面が円弧状の突起部を有し、
前記他方の可動体が、前記軸に略垂直な断面が円弧状であり、前記突起部が挿入される溝部を有し、
前記突起部の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第１接触面であり、
前記溝部の断面円弧状の２つの側面のそれぞれが第２接触面であることを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to claim 8.
The one movable body has a protrusion having an arcuate cross section substantially perpendicular to the axis of one of the joints in the movable direction.
The other movable body has an arcuate cross section substantially perpendicular to the axis, and has a groove into which the protrusion is inserted.
Each of the two side surfaces having an arcuate cross section of the protrusion is the first contact surface.
A joint fixing device characterized in that each of the two side surfaces having an arcuate cross section is a second contact surface.
前記突起部が、前記軸に略垂直な板状部位から突出し、
前記板状部位において、前記突起部の根元に沿う弱化溝が設けられることを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to claim 9.
The protrusion protrudes from a plate-shaped portion substantially perpendicular to the axis.
A joint fixing device characterized in that a weakening groove along the root of the protrusion is provided in the plate-shaped portion.
前記複数の可動体が、前記使用者の指に沿って取り付けられることを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to any one of claims 7 to 10.
A joint fixing device, wherein the plurality of movable bodies are attached along the fingers of the user.
隣接する２つの可動体が互いに連結される部分を連結部として、前記関節の一の可動方向の軸に沿って見た場合に、前記軸に略平行な可動軸を有する少なくとも１つの連結部が、前記関節近傍において前記使用者の部位から離れた位置に配置され、
前記少なくとも１つの連結部にて連結される可動体を含むリンク機構により、前記使用者が前記関節を前記可動方向に動かすことが可能であることを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to any one of claims 7 to 11.
When viewed along the axis of one of the joints in the movable direction, the portion where two adjacent movable bodies are connected to each other is regarded as a connecting portion, and at least one connecting portion having a movable axis substantially parallel to the axis is formed. , Placed in the vicinity of the joint and away from the user's site,
A joint fixing device comprising a movable body connected by the at least one connecting portion, whereby the user can move the joint in the movable direction.
物体の形状を仮想的に提示する物体形状提示装置として利用されることを特徴とする関節固定装置。The joint fixing device according to any one of claims 7 to 12.
A joint fixing device characterized by being used as an object shape presenting device that virtually presents the shape of an object.
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