阅读说明：本技术 力觉提示装置 (Force sense prompting device ) 是由 佐藤诚 本多健二 于 2019-01-24 设计创作，主要内容包括：一种力觉提示装置,其具备右手用力觉提示单元和左手用力觉提示单元,其中,右手用力觉提示单元的上方框架的一侧和左手用力觉提示单元的上方框架的一侧呈直线状结合,力觉提示装置还具备：右手用后侧结合框架,其将右手用力觉提示单元的下方框架的一侧以在俯视时呈大致T字状的方式结合于右手用力觉提示单元中的上方框架的大致中间位置处；和左手用后侧结合框架,其将左手用力觉提示单元的下方框架的一侧以在俯视时呈大致T字状的方式结合于左手用力觉提示单元中的上方框架的大致中间位置处,能够协调地操作右手用力觉提示单元的末端执行器和左手用力觉提示单元的末端执行器。(A force sense presentation device provided with a right-hand force sense presentation unit and a left-hand force sense presentation unit, wherein one side of an upper frame of the right-hand force sense presentation unit and one side of an upper frame of the left-hand force sense presentation unit are linearly coupled, the force sense presentation device further comprising: a right-hand rear-side coupling frame that couples one side of a lower frame of the right-hand force sensation presentation unit to a substantially middle position of an upper frame of the right-hand force sensation presentation unit in a substantially T-shape in plan view; and a left-hand rear coupling frame that couples one side of the lower frame of the left-hand force sensation presentation unit to a substantially middle position of the upper frame of the left-hand force sensation presentation unit in a substantially T-shape in plan view, and that is capable of operating the end effector of the right-hand force sensation presentation unit and the end effector of the left-hand force sensation presentation unit in a coordinated manner.)

力觉提示装置

技术领域

本发明涉及一种可穿戴在手腕上的力觉提示装置。

背景技术

近年来，随着头部安装型显示器(HMD)的发展，通过使虚拟现实(VR)空间中的影响显示在眼睛的前方，从而能够提供仿佛处于VR空间中的感觉。也就是说，HMD是佩戴在人的头上使用的可佩戴的视觉设备，能够阻断外界的信息而仅显示VR空间的影响，从而沉浸于VR空间中而不会看到外部的信息。

为了实现感觉VR空间类似于真实世界的体验，需要这样的力觉提示装置(触觉界面)：其提示感触VR空间中的虚拟物体或感觉虚拟物体的重量这样的力觉。由此，能够利用视觉、力觉这两个感觉进入VR空间，直观地操作且感觉VR空间中存在的虚拟物体。

图12是示出现有的力觉提示装置的整体立体图(参照：专利文献1)。在图12中，力觉提示装置包括通过后侧结合框架FR对称连接的右手用力觉提示单元和左手用力觉提示单元，每个力觉提示单元包括：具有第1、第2、第3和第4线接地点PAR、PBR、PCR、PDR、PAL、PBL、PCL、PDL的末端执行器1R、1L；位于末端执行器1R、1L的上方、下方的上方框架F1R、F1L和下方框架F2R、F2L；设在上方框架F1R、F1L的一侧及另一侧的第1、第2马达M1R、M2R、M1L、M2L；设置在上方框架F1R、F1L的一侧及另一侧的第3、第4马达M3R、M4R、M3L、M4L；设置在下方框架F2R、F2L的一侧及另一侧的第5、第6马达M5R、M6R、M5L、M6L；设置在下方框架F2R、F2L的一侧和另一侧的第7、第8马达M7R、M8R、M7L、M8L；连接在各第1、第2马达M1R、M2R、M1L、M2L的线出口和第1线接地点PAR、PAL之间的第1、第2线W1R、W2R、W1L、W2L；连接在各第3、第4马达M3R、M4R、M3L、M4L的线出口和第2线接地点PBR、PBL之间的第3、第4线W3R、W4R、W3L、W4L；连接在各第5、第6马达M5R、M6R的线出口和第3线接地点PCR、PCL之间的第5、第6线W5R、W6R、W5L、W6L；以及连接在各第7、第8马达W7R、W8R、W7L、W8L的线出口和第4线接地点PDR、PDL之间的第7、第8线W7R、W8R、W7L、W8L，能够协调操作右手用力觉提示单元的末端执行器1R和左手用力觉提示单元的末端执行器1L。在图12中，1是用户，2是HMD。

根据图12所示的以往的力觉提示装置，通过右手用力觉提示单元的末端执行器1R和左手用力觉提示单元的末端执行器1L的协同操作，可以向用户的双手提供力觉，因此，能够实现可穿戴的力觉提示装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-207005号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，图12所示的以往的力觉提示装置具有以下问题。

图13是示出图12中的力觉提示装置的框架F1R、F2R、F1L、F2L的立体图，图14是用于说明图13的框架F1R、F2R、F1L、F2L上的DC马达间的距离的图，(A)是俯视图，(B)是右侧视图。在图14中，框架F1R、F2R、F1L、F2L向正上方倾斜10°。由此，用户1可以容易地安装力觉提示装置。在图14中，框架F1R、F2R、F1L、F2L上的DC马达之间的距离为54cm。另外，在图13、图14中，为了维持整体的刚性，对图12的框架F1R、F2R、F1L、F2L附加有“工”字状的前侧结合框架FF。

图15示出了在图14的框架F1R、F2R、F1L、F2L上的DC马达之间的距离的情况下能够从全方位表现力觉的力觉表现区域，其中(A)是俯视图，(B)是右侧视图。如图15所示，由于框架F1R、F2R、F1L和F2L向上倾斜10°，因此力觉表现区域成为38.18cm×38.18cm×72.68cm的两个立方体倾斜10°的区域。

在图15中，用户的中心附近、即-21.32cm<x<21.32cm的区域从力觉表现区域偏离。因此，存在力觉提示效率低的问题。

此外，还存在这样的课题：框架结构的尺寸大型化到大约40cm×120cm×70cm，并且力觉提示装置的重量也较大。因此，有时需要协助者来安装力觉提示装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明的力觉提示装置具备右手用力觉提示单元和左手用力觉提示单元，其中，各力觉提示单元具备：末端执行器，其具有第1线接地点、第2线接地点、第3线接地点和第4线接地点；上方框架和下方框架，它们位于末端执行器的上方和下方；第1马达和第2马达，它们设置在上方框架的一侧和另一侧；第3马达和第4马达，它们设置在上方框架的一侧和另一侧；第5马达和第6马达，它们设置在下方框架的一侧和另一侧；第7马达和第8马达，它们设置在下方框架的一侧和另一侧上；第1线和第2线，它们连接在第1马达和第2马达的线出口与第1线接地点之间；第3线和第4线，它们连接在第3马达和第4马达的线出口与第2线接地点之间；第5线和第6线，它们连接在第5马达和第6马达的线出口与第3线接地点之间；以及第7线和第8线，它们连接在第7马达和第8马达的线出口与第4线接地点之间，其特征在于，右手用力觉提示单元的上方框架的一侧和左手用力觉提示单元的上方框架的一侧呈直线状结合，力觉提示装置还具备：右手用后侧结合框架，其将右手用力觉提示单元的下方框架的一侧以在俯视时呈大致T字状的方式结合于右手用力觉提示单元中的上方框架的大致中间位置处；和左手用后侧结合框架，其将左手用力觉提示单元的下方框架的一侧以在俯视时呈大致T字状的方式结合于左手用力觉提示单元中的上方框架的大致中间位置处，能够协调地操作右手用力觉提示单元的末端执行器和左手用力觉提示单元的末端执行器。

发明效果

根据本发明，用户的中心区域也能够成为有效的力觉提示区域，因此可以提高力觉提示效率。另外，由于能够使框架结构小型化，所以能够实现小型化且轻量化。因此，能够在没有辅助者的情况下容易地安装力觉提示装置。

附图说明

图1是示出本发明的力觉提示装置的第1实施例的整体立体图。

图2是图1的力觉提示装置在安装前的照片。

图3示出了图1的力觉提示装置的概要，其中(A)是主视图，(B)是右侧视图。

图4是表示图1的左侧末端执行器的立体图。

图5是说明图1的末端执行器的并进、旋转的图。

图6是示出图1的力觉提示装置的操作状态的图。

图7是示出图1的力觉提示装置的框架的立体图。

图8是用于说明图7的框架上的DC马达间的距离的图，(A)是俯视图，(B)是右侧视图。

图9表示在图8的框架上的DC马达间的距离的情况下能够从全方位表现力觉的力觉表现区域，(A)是俯视图，(B)是右侧视图。

图10是示出本发明的力觉提示装置的第2实施例的右侧视图。

图11是示出本发明的力觉提示装置的第3实施例的右侧视图。

图12是示出以往的力觉提示装置的整体立体图。

图13是示出图12的力觉提示装置的框架的立体图。

图14是用于说明图13的框架上的DC马达间的距离的图，(A)是俯视图，(B)是侧视图。

图15表示在图14的框架上的DC马达间的距离的情况下能够从全方位表现力觉的力觉表现区域，(A)是俯视图，(B)是右侧视图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明的力觉提示装置的第1实施例的整体立体图，图2是图1的力觉提示装置的安装之前的照片，图3是图1的示意图，其中(A)是主视图，(B)是右侧视图。图1和图3的力觉提示装置是将背架固定于胸前的类型。

在图1和图3中，由末端执行器1R、上方框架F1R以及下方框架F2R构成的右手用力觉提示单元、和由末端执行器1L、上方框架F1L以及下方框架F2L构成的左手用力觉提示单元通过后侧结合框架RFR、RFL对称地结合在一起。在后侧结合框架RFR、RFL上结合有肩带B，从而本发明的力觉提示装置通过肩带B佩戴在用户1的肩上。另外，也可以代替肩带B而使用倒U字型固定件挂在使用者1的肩上。

在俯视图中，右手用力觉提示单元的上方框架F1R和左手用力觉提示单元的上方框架F1L基本呈一条直线状结合。并且，在这种情况下，上方框架F1R和上方框架F1L也可以一体地形成。

在俯视时，右手用力觉提示单元中的上方框架F1R的大致中间位置和下方框架F2R的一侧通过右手用后侧结合框架RFR呈大致T字状结合。同样，在俯视时，左手用力觉提示单元中的上方框架F1L的大致中间位置和下方框架F2L的一侧通过左手用后侧结合框架RFL呈大致T形结合。另外，下方框架F2R和下方框架F2L通过加强框架F1、F2连接。

在图1、图3中，在安装于用户1的右手上的右手用的末端执行器1R的四个线接地点(固定点)PAR、PBR、PCR、PDR和设置在框架F1R、F2R上的带旋转编码器的DC马达(或无铁芯马达)M1R、M2R、…、M8R(准确地说是与它们直接连结的作为线出口的滑轮)之间，设有金属制或纤维制的线W1R、W2R、…、W8R。具体地说，在末端执行器1R的线接地点PAR和带旋转编码器的DC马达M1R、M2R(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W1R、W2R，在末端执行器1R的线接地点PBR和带旋转编码器的DC马达M3R、M4R(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W3R、W4R，在末端执行器1R的线接地点PCR与带旋转编码器的DC马达M5R、M6R(准确地说是接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W5R、W6R，在末端执行器1R的线接地点PDR和带旋转编码器的DC马达M7R、M8R(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W7R、W8R。

同样，在安装于用户1的左手上的左手用的末端执行器1L的4个线接地点PAL、PBL、PCL、PDL和设置在框架F1L、F2L上的带旋转编码器的DC马达(或无铁芯马达)M1L、M2L、…、M8L(准确地说是与它们直接连结的作为线出口的滑轮)之间，设置有金属制或纤维制的线W1L、W2L、…、W8L。具体地说，在末端执行器1L的线接地点PAL和带旋转编码器的DC马达M1L、M2L(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W1L、W2L，在末端执行器1L的线接地点PBL和带旋转编码器的DC马达M3L、M4L(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W3L、W4L，在末端执行器1L的线接地点PCL与带旋转编码器的DC马达M5L、M6L(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W5L、W6L，在末端执行器1L的线接地点PDL和带旋转编码器的DC马达M7L、M8L(准确地说是直接连结的作为线出口的滑轮)之间设有线W7L、W8L。

HMD2被安装在用户1的头部。也可以使用作为虚拟图像生成单元的大尺寸屏幕来代替HMD2。

末端执行器1R、1L的带旋转编码器的DC马达M1R、M2R、…、M8R、M1L、M2L、…、M8L和HMD2与设置在两个后侧结合框架RFR、RFL之间的DC马达控制器(未图示)连接。此外，HMD2和DC马达控制器连接到计算机(未示出)。

图4是示出图1、图3的末端执行器1L的立体图。

在图4的末端执行器1L中，由铝管构成的直线状的部件U1、U2在俯视时呈大致正交的十字形，夹持部件U3结合在部件U1、U2之间。因此，成为被用户1的左手握持的形式。在这种情况下，如图2的照片所示，可以使部件U1、U2向上方侧或下方侧弯曲而成为V字状从而将部件U1、U2直接结合，并将握持部件U3结合在部件U1或U2上。末端执行器1R也同样。

如图5所示，图1的力觉提示装置的各个末端执行器1R(1L)通过线W1R～W8R(W1L～W8L)进行平移3轴3自由度、旋转3轴3自由度的合计6自由度的运动。因此，通过协调地操作末端执行器1R和末端执行器1L，能够实现使用双手对VR空间内的图6的虚拟物体P进行的6自由度的平移、旋转操作。即，用户1将力觉提示装置像前背包那样背负在前方，并在双手上安装末端执行器1R、1L。通过将HMD2安装于用户1的头部，由此沉浸于VR空间内，并用双手操作虚拟物体P。此时的力觉经由末端执行器1R、1L反馈给用户1，用户1能够得到抓住或移动虚拟物体P的感觉。

图7是示出图1的力觉提示装置的框架F1R、F2R、F1L和F2L的立体图，图8是用于说明图7的框架F1R、F2R、F1L和F2L上的DC马达之间的距离的图，(A)是俯视图，(B)是右侧视图。在图8中，框架F1R、F2R、F1L、F2L上的DC马达之间的距离为54cm。

图9表示在图8的框架F1R、F2R、F1L、F2L上的DC马达间的距离的情况下的、能够从全方位表现力觉的力觉表现区域。如图9的斜线所示，力觉表现区域RR成为约54cm×108cm×77cm的长方体的区域。在图9中，用户的中心附近的区域也包括在力觉表现区域RR中。因此，力觉提示效率增大。此外，框架结构的尺寸减小到大约54cm×108cm×77cm，并且力觉提示装置的重量也变小。因此，不需要协助者来安装力觉提示装置。

在上述第1实施例中，也能够得到与以往同等或其以上的平移力、扭矩以及响应性。

图10是示出本发明的力觉提示装置的第2实施例的右侧视图，其中(A)示出将要安装前的状态，(B)示出安装后的状态。图10的力觉提示装置是背负于背部的背架型，上方框架为转动式。

在图10中，上方框架F1R、F1L经由中间上方框架IF1R、IF1L相对于后侧结合框架RFR、RFL的轴A被可旋转地支撑。另一方面，下方框架F2R、F2L经由中间下方框架IF2R、IF2L固定到后侧结合框架RFR、RFL。

对图10的力觉提示装置的安装动作进行说明。首先，如图10的(A)所示，在使中间上方框架IF1R、IF1L向上方转动而使得上方框架F1R、F1L处于上方的状态下，用户1将力觉提示装置的后侧结合框架RFR、RFL背负在后背侧。接着，如图10的(B)所示，使中间上方框架IF1R、IF1L向下方转动，使上方框架F1R、F1L下降。在要拆卸图10的力觉提示装置的情况下，可以以相反的顺序进行。

图11是示出本发明的力觉提示装置的第3实施例的右侧视图。图11的力觉提示装置是地面固定型。

在图11中，取代图1的后侧结合框架RFR、RFL而设置延长到地板并固定的后侧结合框架RFR'、RFL'及支撑板PL。因此，后侧结合框架RFR'、RFL'被固定在支撑板PL上，进而能够固定在地面上。此时，由于不需要佩戴动作，所以不需要肩带B或倒U字型固定件。

而且，本发明也能够应用于上述实施例的显而易见的范围的任意变更中。

标号说明

1：用户

1R：右手用末端执行器

1L：左手用末端执行器

F1R、F2R、F1L、F2L：框架

RFR、RFL、RFR'、RFL'：后侧结合框架

F1、F2：加强框架

IF1R、IF1L：中间上方框架

IF2R、IF2L：中间下方框架

M1R、M2R、…、M8R、M1L、M2L、…、M8L：带旋转编码器的DC马达

W1R、W2R、…、W8R、W1L、W2L、…、W8L：线

PAR、PBR、PCR、PDR、PAL、PBL、PCL、PDL：线接地点

2：头部安装型显示器(HMD)

P：虚拟物体

PL：支撑板

RR：力觉提示区域