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触覚の視覚的表現方法および触覚の視覚的表現装置 コモンズ

国内特許コード P110005585
整理番号 7020
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-212685
公開番号 特開2008-250978
登録番号 特許第5057285号
出願日 平成19年8月17日(2007.8.17)
公開日 平成20年10月16日(2008.10.16)
登録日 平成24年8月10日(2012.8.10)
優先権データ
  • 特願2007-054167 (2007.3.5) JP
発明者
  • 大石 潔
  • 桂 誠一郎
  • 入江 航平
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 触覚の視覚的表現方法および触覚の視覚的表現装置 コモンズ
発明の概要 【課題】より直感的且つ定量的に触覚情報を評価することができる触覚の視覚的表現方法および触覚の視覚的表現装置を提供する。
【解決手段】時系列的な力と位置の触覚情報を入力手段2により取得し、この入力手段2で取得した触覚情報を、処理手段3により時間領域と空間領域で解析処理し、さらに処理手段3によって得た解析処理結果を、表示手段5に可視化して表示させる方法と装置を提供する。この場合、取得した触覚情報に時間領域と空間領域で解析処理を施すことで、解析処理結果を空間的に配置して、例えば色や濃淡による可視化表示を表示手段5に行なわせることが可能になる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


人間の持つ感覚のなかで、機械と人間、若しくは遠隔地に存在する人間と人間との間を結ぶ重要な感覚として、視覚,聴覚,触覚が挙げられる。視覚や聴覚に対応する画像や音声の処理技術は、情報通信工学の発展とともにインターフェースとして急速に広まり、産業の基盤技術として欠かせないものとなっている。例えば、写真,テレビ,電話,蓄音機等の発明により、視覚や聴覚に関する情報の伝送や、保存や、再生が可能となり、さらにはビデオカメラやテレビにより、視覚および聴覚情報の放送も可能になった。これは、あたかも人間が持つ視覚や聴覚が、時間と空間を越えたように感じさせることと等価であるといえる。現在では、そうした視覚や聴覚情報の解析や加工を取り扱うディジタル信号処理技術の開発も、日々進歩している。



一方、感覚情報の一つを担う触覚情報は、視覚や聴覚の情報に次ぐ新たなマルチメディア情報として、これを伝送して保存し、人工的に再現する技術の開発が求められている。そのため、マスターシステムとスレーブシステムとによるロボットシステム間の遠隔操作や、動かしている位置とその位置での各種情報を触覚を介して表示するようなハプティック(触覚)ディスプレイは、触覚情報を扱う技術として多くの研究が行なわれている。



しかしながら、上述した視覚や聴覚に関する情報は受動的で、単方向性の感覚情報であるのに対し、触覚情報は実世界における「作用・反作用の法則」に束縛される双方向性の感覚情報であり、しかも接触対象である環境に能動的に接触することで、初めてその情報が得られるので、モデルベースやヴァーチャルリアリティを応用した触覚情報の再現は行なわれているものの、実世界における触覚情報の取得は困難である。



こうした実世界における触覚情報の抽出や再現を行なう実世界ハプティクスとして、例えば非特許文献1には、実世界における遠隔地からのバイラテラル力覚フィードバックの制御手法が提案されている。また別な非特許文献2には、多方向のシステム間で力覚情報のやり取りを可能にするマルチラテラル触覚伝送技術が提案されている。



このように、実世界における触覚情報の抽出や再現に関し、様々な研究が行なわれているが、そこで取得した触覚情報を視覚的に表現する技術は、生産工学や低侵襲性外科医療の分野で望まれてはいるものの、開発がなされてはおらず、実用化に至っていない。例えば触覚情報を視覚的に表現する一手法として、力覚センサや、非特許文献3で提案された反力推定オブザーバなどで得られたデータを、時系列順に表示することが考えられるが、この場合には接触する環境が、「つるつる」や「ざらざら」するといった定性的な表現でしか評価を行なうことができない。そのため双方向性を有する実世界における触覚情報を扱う基本概念として、触覚情報をより直感的且つ定量的に評価できる装置や方法が求められていた。
【非特許文献1】
下野 誠通,桂 誠一郎,大西 公平(T.Shimono,S.Katsura,K.Ohnishi)、「環境モデルに基づく実世界力覚情報再現のための双方向モーションコントロール(Bilateral Motion Control for Reproduction of Real World Force Sensation based on the Environmental Model)」、電気学会 産業応用部門誌(IEEJ Transactions on Industry Applications)、第126-D巻第8号(Vol.126-D,No.8)、pp.1059-1068、2006年8月(August,2006)
【非特許文献2】
桂 誠一郎,松本 雄一,大西 公平(S.Katsura,Y.Matsumoto,K.Ohnishi)、「マルチラテラル制御による「作用・反作用の法則」の実現(Realization of "Law of Action and Reaction" by Multilateral Control)、米国電気電子学会 産業電子工学論文誌(IEEE Transactions on Industrial Electronics)、第52巻第5号(Vol.52,No.5)、pp.1196-1205,2005年10月(October,2005)
【非特許文献3】
村上 俊之,郁 方銘,大西 公平(T.Murakami,F.Yu,K.Ohnishi)、「多自由度マニピュレータにおけるトルクセンサレス制御(Torque Sensorless Control in Multidegree-of-freedom Manipulator)」、米国電気電子学会 産業電子工学論文誌(IEEE Transactions on Industrial Electronics)、第40巻第2号(Vol.40,No.2)、pp.259-265、1993年4月(April,1993)

産業上の利用分野


本発明は、触覚情報を視覚的に表現し得る触覚の視覚的表現方法および触覚の視覚的表現装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
環境への接触動作により生じた時系列な力と位置の触覚情報を取得し、
前記取得した前記触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理し、
この解析処理結果は、前記触覚情報に含まれる時間と力との関係を、周波数と振幅との関係を示す周波数解析データに変換する時間領域の解析と、
前記周波数解析データを、前記環境の表面形状に基づき空間上に配置する空間領域の解析とにより得られ、
前記空間上に配置された前記周波数解析データから、どの位置でどのような周波数成分の特性を有するのかを、前記環境の表面形状に応じた複数の位置上に、所定範囲の周波数における振幅の度合で表示手段に可視化して表示させることを特徴とする触覚の視覚的表現方法。

【請求項2】
前記取得した触覚情報をフーリエ変換またはウェーブレット変換またはコサイン変換により、前記時間領域または前記空間領域で解析処理することを特徴とする請求項記載の触覚の視覚的表現方法。

【請求項3】
前記環境に可動体が接触したときの反力を反力オブザーバで推定し、
前記力の触覚情報を、前記反力オブザーバからの反力推定値として取得することを特徴とする請求項または記載の触覚の視覚的表現方法。

【請求項4】
環境への接触動作により生じた時系列な力と位置の触覚情報を取得する手段と、
前記取得した触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理する処理手段とを備え、
前記処理手段は、前記触覚情報に含まれる時間と力との関係を、周波数と振幅との関係を示す周波数解析データに変換する時間領域解析部と、前記周波数解析データを、前記環境の表面形状に基づき空間上に配置して、前記解析処理の結果を得る空間領域解析部とを備え、
前記空間上に配置された前記周波数解析データから、どの位置でどのような周波数成分の特性を有するのかを、前記環境の表面形状に応じた複数の位置上に、所定範囲の周波数における振幅の度合で表示手段に可視化して表示させる構成としたことを特徴とする触覚の視覚的表現装置。

【請求項5】
前記処理手段は、前記取得した触覚情報をフーリエ変換またはウェーブレット変換またはコサイン変換により、前記時間領域解析部または前記位置領域解析部で解析処理するものであることを特徴とする請求項記載の触覚の視覚的表現装置。

【請求項6】
前記環境に可動体が接触したときの反力を推定する反力オブザーバを更に備え、
前記力の触覚情報を、前記反力オブザーバからの反力推定値として取得する構成としたことを特徴とする請求項または記載の触覚の視覚的表現装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007212685thum.jpg
出願権利状態 登録
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