專利名稱：操作設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可由用戶操作并且能夠根據(jù)用戶操作來(lái)提供觸摸感的操作設(shè)備。
背景技術(shù)：
日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)號(hào)Hei 7-219704 了一種諸如電視游戲機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)裝置的虛擬世界表達(dá)裝置，其能夠更逼真地表達(dá)虛擬世界。該裝置設(shè)置有可由游戲人握持并操作的手柄部分。由橡膠等形成的用于握持的襯墊被固定至手柄部分的表面。在襯墊對(duì)應(yīng)于人手部的五指位置處設(shè)置有五個(gè)電磁螺線管。在各電磁螺線管內(nèi)部，設(shè)置有對(duì)收縮膨脹的桿的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器，當(dāng)游戲人握持襯墊時(shí)，由壓力傳感器檢測(cè)握持力。因此，游戲人可對(duì)虛擬世界進(jìn)行操作。
虛擬世界表達(dá)裝置基于壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁螺線管，由此將游戲人反饋與虛擬世界表達(dá)裝置的顯示器上顯示的角色相關(guān)的信息。游戲人通過(guò)觸感來(lái)識(shí)別信息(例如，參見(jiàn)
,
及
段，圖3及7，以及日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)號(hào)Hei7-219704的說(shuō)明書(shū))。日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)號(hào)2005-267174揭示了一種球型觸摸裝置，其包括對(duì)操作裝置的人握持裝置的壓力進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器，以及使得球的表面根據(jù)壓力而形變的線性驅(qū)動(dòng)器(例如，參見(jiàn)
，
及
段，圖1，以及日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)號(hào)2005-267174的說(shuō)明書(shū))。例如使用球型觸摸裝置作為用于遙控機(jī)器人手臂的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在上述操作裝置中，需要改進(jìn)對(duì)用戶操作操作裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)確度。著眼于上述情況，希望提供一種操作設(shè)備，其能夠改進(jìn)對(duì)用戶等施加壓力的檢測(cè)準(zhǔn)確度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種操作設(shè)備，其包括基體、感應(yīng)單元、多個(gè)板以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?；w具有表面。感應(yīng)單元包括至少三個(gè)壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域，壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置在具有至少三個(gè)角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置，角分別設(shè)定在通過(guò)劃分基體的表面的至少一部分而獲得的多個(gè)區(qū)域內(nèi)。多個(gè)板被設(shè)置以與多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)，并且覆蓋表面的至少一部分。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被構(gòu)造以基于通過(guò)感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)板。至少三個(gè)壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域被設(shè)置在具有至少三個(gè)角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置處，由此能夠檢測(cè)施加至與多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)設(shè)置的多個(gè)板的壓力。因此，可以改進(jìn)對(duì)用戶施加的壓力的檢測(cè)準(zhǔn)確度。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括多個(gè)致動(dòng)器，所述多個(gè)致動(dòng)器分別設(shè)置在所述基體的所述表面與所述多個(gè)板每一者之間。通過(guò)這些致動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)板。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括驅(qū)動(dòng)源，其設(shè)置在基體內(nèi)并且使得多個(gè)致動(dòng)器單獨(dú)地產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。所述多個(gè)致動(dòng)器可以是被液壓驅(qū)動(dòng)的波紋管，或者是被電氣驅(qū)動(dòng)的電氣致動(dòng)器。所述基體呈球狀。因?yàn)榛w呈球狀，故用戶可以不同方式握持基體。所述多個(gè)板包括覆蓋所述基體的整個(gè)表面的八個(gè)三角形板。因?yàn)槎鄠€(gè)板覆蓋基體的整個(gè)表面，故能夠從不同方向檢測(cè)壓力，并沿不同方向驅(qū)動(dòng)板。操作設(shè)備還可包括位置傳感器，其被設(shè)置在所述基體內(nèi)，并對(duì)所述基體的位置進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)槲恢脗鞲衅鳈z測(cè)基體位置，故能夠?qū)⒃摬僮髟O(shè)備用作空間操作裝置。
操作設(shè)備還可包括覆蓋所述多個(gè)板的罩片。利用該結(jié)構(gòu)，用戶甚至在污染環(huán)境下也可使用該操作設(shè)備。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠在操作設(shè)備中改進(jìn)對(duì)由用戶等施加的壓力進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)確度。如附圖所示，著眼于以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些及其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變的清楚。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的操作設(shè)備的外形視圖；圖2是示出操作設(shè)備的橫截面視圖；圖3是示出操作設(shè)備的硬件的電氣結(jié)構(gòu)的框圖；圖4A及圖4B是用于示出通過(guò)感應(yīng)單元對(duì)受壓位置及壓力的檢測(cè)原理的平面圖及側(cè)視圖；圖5是用于說(shuō)明使用與正負(fù)壓力對(duì)應(yīng)的壓力感應(yīng)傳感器的情況下的檢測(cè)原理的視圖；圖6是用于描述計(jì)算受壓位置的方法的視圖；圖7是用于描述在基體具有諸如球形的三維形狀情況下計(jì)算受壓位置的方法的視圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的操作設(shè)備的視圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。[第一實(shí)施例](操作設(shè)備的結(jié)構(gòu))圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的操作設(shè)備的外形視圖，而圖2是示出操作設(shè)備的橫截面視圖。操作設(shè)備10大體具有球狀外形，通常具有使得操作設(shè)備10可由人手握持的尺寸。如圖2所示，操作設(shè)備10包括呈球狀的中空基體11。多個(gè)板12設(shè)置在基體11的表面Ila上以覆蓋表面11a。如圖I所示，例如布置多個(gè)板12以與通過(guò)劃分基體11的整個(gè)表面Ila而獲得多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)。在本實(shí)施例中，例如，基體11的表面被劃分為八個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域均具有大致相同的形狀及面積，并且設(shè)置有多個(gè)板12以與八個(gè)區(qū)域一一對(duì)應(yīng)。多個(gè)板12的形狀為球形，由此以對(duì)應(yīng)于基體11的表面Ila的這些區(qū)域。多個(gè)板12通常具有大致相同的結(jié)構(gòu)及功能。因此，在以下描述中，除了需要說(shuō)明多個(gè)板12的情況之外，將描述一個(gè)板12的結(jié)構(gòu)及功能等。板12包括上(外)板12a、下(內(nèi))板12b以及夾置在兩者間的壓力感應(yīng)傳感器7。如圖I所示，壓力感應(yīng)傳感器7被設(shè)置在多個(gè)位置處，使得壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域被布置在具有三個(gè)或更多角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置處，上述多個(gè)角被設(shè)定在基體11的表面Ila的各區(qū)域內(nèi)。在本實(shí)施例中，各區(qū)域的形狀為三角形，并且三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7被布置在三角形的這三個(gè)頂點(diǎn)位置處，由此三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7構(gòu)成感應(yīng)單元。分別形成壓力感應(yīng)傳感器7以例如呈片狀。作為壓力感應(yīng)傳感器7，通常使用能夠檢測(cè)電阻的變化的傳感器(例如，應(yīng)變計(jì))，但也可使用利用壓電器件等的傳感器。合適地設(shè)定板12的材料以及厚度等，使得板12獲得一定水平或更高的剛性，由此在一定范圍內(nèi)板12不會(huì)因人施加的壓力而形變，或者由此通過(guò)與基體11的表面Ila接觸，板12不會(huì)抑制力向壓力感應(yīng)傳感器7的傳遞。操作設(shè)備10還包括基于這些感應(yīng)單元檢測(cè)到的壓力來(lái)一體(全部一起)地驅(qū)動(dòng)多個(gè)板12的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20包括波紋管26，作為設(shè)置在基體11的表面與板12之間的致動(dòng)器。這些波紋管26例如被布置在與這些壓力感應(yīng)傳感器7的位置對(duì)應(yīng)的位置處。換言之，板12對(duì)應(yīng)于壓力感應(yīng)傳感器7的位置設(shè)置有三個(gè)波紋管26。對(duì)于基體11，多個(gè)板12被這些波紋管26彈性支撐。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20包括設(shè)置在基體11內(nèi)的驅(qū)動(dòng)源23及中央波紋管24。驅(qū)動(dòng)源23例如包括圖中未示出的電動(dòng)機(jī)以及將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。例如使用伺服電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)。例如使用滾珠軸承或齒條及齒輪機(jī)構(gòu)等作為轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。作為中央波紋管24，使用具有比其他波紋管26更大的流體(例如，空氣)流率的波紋管，并且中央波紋管24的尺寸較大。中央波紋管24由設(shè)置在基體11內(nèi)的支撐構(gòu)件19支撐，由此不會(huì)在基體11中運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源23也被支撐構(gòu)件(未示出)支撐，由此不會(huì)在基體11中運(yùn)動(dòng)。中央波紋管24經(jīng)由設(shè)置至支撐構(gòu)件19的空氣流路22而連接至多個(gè)管25。多個(gè)管25獨(dú)立地連接至各個(gè)波紋管26。根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)源23可使各個(gè)波紋管26產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。具體而言，驅(qū)動(dòng)源23使中央波紋管24膨脹收縮，由此中央波紋管24的內(nèi)部容積變化，基于該變化，中央波紋管24、各個(gè)管25以及各個(gè)波紋管26的內(nèi)部壓力也發(fā)生變化。因此，波紋管26膨脹收縮產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，并且板12大致在同一時(shí)間被相同的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。多個(gè)板12的表面覆蓋有罩片13。罩片13由諸如硅橡膠或硅樹(shù)脂的橡膠或樹(shù)脂形成。通過(guò)由此被罩片13覆蓋，即使在污染環(huán)境下用戶也可使用操作設(shè)備10。例如，可以防止塵埃、泥土以及用戶的汗液等粘附至基體11的表面11a，或經(jīng)由板12之間的間隙進(jìn)入基體11。此外，通過(guò)避免塵埃等進(jìn)入板12之間的間隙，可以確保板12的希望的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。、
具體而言，在基體11呈球狀的情況下，因?yàn)樾螤钶^簡(jiǎn)單，故作業(yè)員可在制造操作設(shè)備10時(shí)方便地將罩片13放置在板12上。圖3是示出操作設(shè)備10的硬件的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。操作設(shè)備10包括加速度傳感器5、角速度傳感器6、壓力感應(yīng)傳感器7、控制器15、通信裝置9以及電源8等。除了壓力感應(yīng)傳感器7之外，傳感器5及6以及控制器15等這些組件被安裝在設(shè)置在基體11內(nèi)的電路板(未示出)上。電路板被固定至基體11。通信裝置9具有基于由傳感器5、6及7獲得的檢測(cè)信號(hào)而向其他裝置(未示出)傳輸由控制器15計(jì)算得到的控制信號(hào)等的信息的功能。此外，通信裝置9具有從其他裝置接收信息的功能。這里所述的“其他裝置”例如指由操作設(shè)備10操作的操作目標(biāo)裝置。通信裝置9以有線或無(wú)線的方式來(lái)發(fā)送并接收信號(hào)。例如可使用紅外線及微波用于無(wú)線通信。
操作設(shè)備10例如包括具有彼此垂直的三條檢測(cè)軸的加速度傳感器5以及具有彼此垂直的三條檢測(cè)軸的角速度傳感器6，由此可以計(jì)算操作設(shè)備10在三維空間中的全部方向上的加速度及旋轉(zhuǎn)速度。此外，還可利用這些傳感器5及6來(lái)計(jì)算操作設(shè)備10在三維空間中的絕對(duì)(唯一)位置。加速度傳感器5及角速度傳感器6用作對(duì)操作設(shè)備10的位置進(jìn)行檢測(cè)的位置傳感器。因?yàn)閭鞲衅?及6檢測(cè)基體11的位置，故可使用操作設(shè)備作為空間操作裝置(例如，空間指點(diǎn)裝置或空間鼠標(biāo))。具體而言，在基體11呈球狀的情況下，用戶能夠以各種不同方式來(lái)握持操作設(shè)備10，并且無(wú)論握持操作設(shè)備10的方式如何，傳感器5及6均可檢測(cè)操作設(shè)備10的位置，這非常方便。除了加速度傳感器5及角速度傳感器6之外，操作設(shè)備10還可包括地磁傳感器。因此，可以減少加速度傳感器5及角速度傳感器6的檢測(cè)軸的數(shù)量，或可提高對(duì)操作設(shè)備10的位置及運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)準(zhǔn)確度。盡管未示出，但控制器15包括CPU (中央處理單元)、RAM(隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)以及ROM (只讀存儲(chǔ)器)等。在ROM中存儲(chǔ)程序，用于至少基于傳感器5，6及7獲得的加速度、角速度以及壓力來(lái)執(zhí)行預(yù)定的計(jì)算處理。此外，在ROM中存儲(chǔ)程序，用于基于壓力感應(yīng)傳感器7檢測(cè)到的壓力來(lái)產(chǎn)生輸出至驅(qū)動(dòng)源的控制信號(hào)(通過(guò)感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào))。例如，如下所述，用于生成控制信號(hào)的程序是以下程序，其用于基于壓力感應(yīng)傳感器7的檢測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)于相關(guān)區(qū)域(受壓位置)，諸如用戶的手指的接觸物體碰撞板12所處的位置，以及壓力。控制器15并不限于CPU，還可使用包括諸如FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的PLD (可編程邏輯器件)以及ASIC(特定用途集成電路)的器件。(計(jì)算受壓位置以及壓力的方法)以下將描述對(duì)于一個(gè)板12來(lái)檢測(cè)受壓位置及壓力的方法。為了簡(jiǎn)化描述，假定板12為平板。圖4A及圖4B是用于示出檢測(cè)原理的平面圖及側(cè)視圖。假定設(shè)定了能夠檢測(cè)施加至板12的壓力作為三部分壓力的三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7，以對(duì)應(yīng)于三角形板狀板12的各個(gè)角的位置。這里，假定力P被施加至作為板12上的受壓位置的可選位置，該壓力P在要被劃分的板12上分散，并傳遞至三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7，其被布置以對(duì)應(yīng)于板12的三個(gè)角。具體而言，在施加至三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7的力分別由P1，P2及P3來(lái)表示時(shí)，則滿足關(guān)系式P = P1+P2+P3。換言之，即使在力P被施加至板12的任何位置時(shí)，也要檢測(cè)出力P，其為三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7的輸出值Pl，P2及P3的總和。例如，如圖5所示，在板112的面積大于其區(qū)域21的面積并且板112的剛性相對(duì)較低的情況下，僅需使用支持正負(fù)壓力的壓力感應(yīng)傳感器7。在此情況下，例如即使當(dāng)力P被施加至具有作為頂點(diǎn)的三個(gè)傳感器位置的三角形區(qū)域21之外的受壓位置時(shí)，也可以類似的方法計(jì)算得到施加至板112的力P。例如，當(dāng)施加壓力P時(shí)，存在壓力Pl及P3沿正方向(與壓力P相同的方式)施加，而壓力P2沿負(fù)方向施加的情況。但是，在板112的剛性足夠高的情況下，當(dāng)施加壓力P時(shí)，存在三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7的壓力方向均為正方向(與壓力P相同)的情況。以下將參考圖6來(lái)描述計(jì)算受壓位置的方法。
因?yàn)橐阎獕毫Ω袘?yīng)傳感器7的位置，故可繪制出圖6所示的位置矢量Pl、P2及P3。這里，通過(guò)使三角形的邊“a”除以壓力感應(yīng)傳感器7的輸出值的比率而獲得的點(diǎn)的位置矢量P4可被表達(dá)如下。P4 = (PlX [P3] +P3X [PI])/[Pl] + [P3] …(I)[P4] = [P1] + [P3]這里，受壓位置P存在于連接點(diǎn)P4及點(diǎn)P2的線上，并且處于通過(guò)使該線除以在上述表達(dá)式中計(jì)算得到的[P4]與傳感器輸出[P2]的比率(即[P4] [P2])而獲得的位置處。因此，類似于上述表達(dá)式，受壓位置的位置矢量P表達(dá)如下。P= (P2X [P4] +P4 X [P2]) / [P2] + [P4] ... (2)[P] = [P2] + [P4] = [P1] + [P2] + [P3]換言之，可利用來(lái)自三個(gè)壓力感應(yīng)傳感器7的輸出值而正確地計(jì)算得到施加至受壓位置的力及其位置。這里，壓力感應(yīng)傳感器7的數(shù)量(S卩，三個(gè))是用于在矢量計(jì)算中計(jì)算施加至一個(gè)平面的力的位置及大小所需的最小數(shù)量。即使在該數(shù)量增大至四個(gè)或更多時(shí)，也可使用相同的計(jì)算方法。上述原理可應(yīng)用至諸如球體的具有三維形狀的任何物體的表面。在本實(shí)施例的球狀板12的情況下，如使用圖7所示的極坐標(biāo)用于矢量計(jì)算。如果在極坐標(biāo)中描述上述矢量表達(dá)式(2)，則可獲得以下表達(dá)式。P= (([P3] X ￥ 1+[P1] X ￥3)/([Pl] + [P3])，([P3] X T 1+[P1] X T 3)/([Pl] + [P3]),r) (3)[P] = [P2] + [P4] = [P1] + [P2] + [P3]P= (([P4] X ￥2+[P2] X ￥ 4) / ([P2] + [P4]) , ([P4] X x 2+[P2] X x 4) /([P2] + [P4]),r) (4)[P] = [P2] + [P4] = [P1] + [P2] + [P3](其中r=球體半徑)即使在物體具有諸如球面或圓柱面的任意形狀的表面的情況下，如果表面被劃分為一些區(qū)域，并且在對(duì)應(yīng)于各區(qū)域的表面形狀的坐標(biāo)(例如平面坐標(biāo)、極坐標(biāo)以及圓柱坐標(biāo))上，這些區(qū)域的形狀接近，由此上述技術(shù)使得能夠相對(duì)于具有任意形狀的物體的整個(gè)表面計(jì)算出受壓位置及壓力。應(yīng)當(dāng)注意，在任意形狀的表面上，需要根據(jù)坐標(biāo)系的數(shù)量來(lái)設(shè)置劃分區(qū)域以在表面上使區(qū)域的形狀接近。如上所述，利用根據(jù)本實(shí)施例的操作設(shè)備10，在具有三個(gè)或更多角的多邊形的各頂點(diǎn)位置處設(shè)置的三個(gè)或更多壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域允許對(duì)施加至設(shè)置在多個(gè)區(qū)域內(nèi)的板12的壓力進(jìn)行檢測(cè)。因此，即使在傳感器的數(shù)量相對(duì)較少時(shí)，也能夠改進(jìn)對(duì)由用戶等施加的壓力進(jìn)行檢測(cè)的準(zhǔn)確度。此外，因?yàn)椴僮髟O(shè)備10呈球狀，故用戶能夠以各種方式來(lái)握持操作設(shè)備10。具體而言，根據(jù)本實(shí)施例的操作設(shè)備10可被施加至3D虛擬現(xiàn)實(shí)(例如，游戲)。 在假定處于虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)的3D物體為操作目標(biāo)的情況下，當(dāng)用戶觸摸或握持3D物體時(shí)，該操作設(shè)備10可生成用戶獲得的感覺(jué)。(操作設(shè)備的應(yīng)用示例)操作設(shè)備10可被廣泛應(yīng)用于工業(yè)使用應(yīng)用以及通用消費(fèi)使用應(yīng)用。在工業(yè)使用應(yīng)用的情況下，操作設(shè)備10是主設(shè)備，而操作設(shè)備10的操作目標(biāo)裝置是諸如機(jī)器人的從設(shè)備。由該操作設(shè)備10遙控機(jī)器人。例如，作業(yè)員可操作操作設(shè)備10以移動(dòng)機(jī)器人的手臂等。此外，通過(guò)操作操作設(shè)備10作為主設(shè)備，醫(yī)生可遙控作為從設(shè)備的醫(yī)療(外科手術(shù))機(jī)器人。在此情況下，也可構(gòu)思出以下應(yīng)用示例作為使用壓力感應(yīng)傳感器7的技術(shù)。例如，在醫(yī)生進(jìn)行觸診的情況下，當(dāng)醫(yī)生觸摸操作設(shè)備10時(shí)，控制器15檢測(cè)觸摸的受壓位置以及壓力，并將由此獲得的信息傳輸至機(jī)器人。具有壓力感應(yīng)傳感器7等的機(jī)器人基于接收到的信息與病人接觸，并由壓力感應(yīng)傳感器7檢測(cè)通過(guò)反作用而獲得的壓力。機(jī)器人向操作設(shè)備10傳輸由壓力感應(yīng)傳感器7獲得的壓力信息。操作設(shè)備10的控制器15基于接收到的信息向驅(qū)動(dòng)源23輸出對(duì)應(yīng)于機(jī)器人獲得的壓力的控制信號(hào)，由此驅(qū)動(dòng)波紋管26。在此情況下，操作設(shè)備10可向醫(yī)生反饋對(duì)患者的觸覺(jué)。在用于消費(fèi)的通用應(yīng)用中，如上所述使用操作設(shè)備10作為空間指點(diǎn)裝置。操作設(shè)備10可具有用于PC(個(gè)人電腦)的鼠標(biāo)的功能。替代地，可使用操作設(shè)備10作為游戲控制臺(tái)的控制器。例如，可以構(gòu)思出以下應(yīng)用，其中當(dāng)用戶握持操作設(shè)備10時(shí)，用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)中握持了在顯示器上顯示的軟件上的物體(例如，諸如動(dòng)物的角色)。在此情況下，操作設(shè)備10的控制器15利用感應(yīng)單元來(lái)檢測(cè)用戶施加的受壓位置以及壓力，并且基于受壓位置及壓力信息來(lái)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20。由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20產(chǎn)生的各種驅(qū)動(dòng)力可表達(dá)角色的狀態(tài)，例如角色掙扎時(shí)的震顫以及各種情緒，例如喜悅、憤怒、悲哀及愉快?；蛘?，用戶可握持虛擬現(xiàn)實(shí)中諸如豆腐(大豆凝固物)的軟體，并且通過(guò)其反饋，用戶能夠獲得對(duì)物體的觸覺(jué)。[第二實(shí)施例]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的操作設(shè)備的視圖。在以下描述中，簡(jiǎn)化或省略對(duì)與根據(jù)第一實(shí)施例的操作設(shè)備10相同的構(gòu)件及功能等，并且將僅主要描述區(qū)別點(diǎn)。操作設(shè)備110包括球狀輸入裝置30以及連接至輸入裝置30并驅(qū)動(dòng)波紋管26的驅(qū)動(dòng)單元120。輸入裝置30與上述圖2中所示的操作設(shè)備10之間的差異在于輸入裝置30并未在基體11中結(jié)合有驅(qū)動(dòng)源23及中央波紋管24等，并且驅(qū)動(dòng)源23及中央波紋管24等被布置在輸入裝置30之外。驅(qū)動(dòng)單元120包括驅(qū)動(dòng)源123、中央波紋管124以及控制器(控制板)115等。管27連接在中央波紋管124與基體11的管25之間，經(jīng)由管27，空氣從中央波紋管124被送至輸入裝置30內(nèi)的各個(gè)波紋管26。在本實(shí)施例中，作為驅(qū)動(dòng)源123，設(shè)置有連接至其的伺服電動(dòng)機(jī)125及滾珠絲桿128。壓力感應(yīng)傳感器7與控制器115通過(guò)導(dǎo)電線29彼此相連。控制器115基于由壓力感應(yīng)傳感器7檢測(cè)出的壓力來(lái)向伺服控制器116輸出命令值。應(yīng)當(dāng)注意，與上述第一實(shí)施例的情況類似，作為控制器115的控制板可被設(shè)置在基體11內(nèi)。
其上安裝有加速度傳感器5以及角速度傳感器6等(未示出)的電路板(見(jiàn)圖3)被設(shè)置在基體11中。在本實(shí)施例中，排除了致動(dòng)器(波紋管26)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20的一部分被設(shè)置在輸入裝置30之外，使得可將輸入裝置30的尺寸形成的比上述操作設(shè)備10的尺寸更小。[第三實(shí)施例]在上述第一及第二實(shí)施例中，使用被液壓驅(qū)動(dòng)的波紋管26作為致動(dòng)器。在第三實(shí)施例中，盡管圖中未示出，但可以使用被電氣驅(qū)動(dòng)的電氣致動(dòng)器。例如可使用滾珠軸承機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)或由電磁作用驅(qū)動(dòng)的線性電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)(例如，電磁閥)來(lái)作為電氣致動(dòng)器。操作設(shè)備10包括單獨(dú)驅(qū)動(dòng)這些電氣致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器例如可存儲(chǔ)在圖3所示的控制器15的ROM中，或可獨(dú)立于控制器15作為IC被安裝在電路板上。根據(jù)操作設(shè)備10，可基于使用者施加的受壓位置及壓力來(lái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)板12，由此可以提供各種反饋的表達(dá)。操作設(shè)備10的應(yīng)用示例包括與上述第一實(shí)施例的應(yīng)用示例類似的示例。[其他實(shí)施例]本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例。在上述實(shí)施例中，基體11的形狀為球形，但本發(fā)明并不限于此?；w11的形狀可以是多面體、柱狀體(圓柱體)、圓錐體、橢球體、半規(guī)則多面體、鼠標(biāo)形或通過(guò)將上述至少兩者進(jìn)行結(jié)合而獲得的形狀?；w的整個(gè)表面被劃分以設(shè)定多個(gè)區(qū)域，但也可劃分基體的表面的一部分以設(shè)定多個(gè)區(qū)域。在此情況下，基體或呈球狀，或可具有不同的三維形狀。在上述實(shí)施例中，基體的表面的劃分區(qū)域的數(shù)量為八個(gè)，但數(shù)量也可以為至少兩個(gè)。例如，在基體呈球狀的情況下，球狀可被劃分為兩個(gè)球面。通過(guò)劃分基體的表面而獲得的區(qū)域的形狀為三角形，但其形狀也可以是具有四個(gè)或更多角的多邊形。此外，這些區(qū)域的面積可以大致相同，或者至少兩個(gè)區(qū)域的面積可以不同。例如，在基體呈球狀的情況下，其表面可以被諸如地球經(jīng)線的劃分線而劃分為多個(gè)區(qū)域。或者，在基體呈球狀的情況下，其表面可類似于英式足球被多個(gè)五邊形及六邊形劃分為多個(gè)區(qū)域。
上述實(shí)施例中的波紋管26以及電氣致動(dòng)器被布置在與壓力感應(yīng)傳感器7對(duì)應(yīng)的位置(壓力感應(yīng)傳感器7緊下方的位置)處。但是，在設(shè)置這些致動(dòng)器時(shí)，一個(gè)致動(dòng)器可被布置在板12的中央，或者一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可被布置在板12除了中央及其邊緣部分之外的其他部分處。在第一及第二實(shí)施例中，波紋管26被用作致動(dòng)器。但是，可以使用被波紋管或氣壓驅(qū)動(dòng)的汽缸機(jī)構(gòu)。此外，可以使用諸如水的惰性氣體或液體作為這些波紋管26、氣球及汽缸機(jī)構(gòu)的工作流體。根據(jù)上述實(shí)施例的操作設(shè)備10及輸入裝置30分別包括加速度傳感器5以及角速度傳感器6。但是，這些設(shè)備也可包括壓力感應(yīng)傳感器7，并且可不包括加速度傳感器5及角速度傳感器6中至少一者。在上述實(shí)施例中，壓力感應(yīng)傳感器7被布置在上板12a與下板12b之間。但是，例如，壓力敏感傳感器可被布置在基體表面與多個(gè)板(在此情況下板的數(shù)量并不限于兩個(gè)，并且可以是一個(gè))之間。在此情況下，致動(dòng)器(波紋管、汽缸或電氣致動(dòng)器)的設(shè)置具有以 下兩種形式。在第一種形式中，多個(gè)第二板被進(jìn)而布置在之前多個(gè)板的外側(cè)，由此覆蓋并對(duì)應(yīng)于之前的板。然后，將致動(dòng)器設(shè)置在內(nèi)板與外板(第二板)之間。在第二種設(shè)置形式中，致動(dòng)器被設(shè)置在基體的表面與多個(gè)板之間。在這兩種情況下，對(duì)于通過(guò)劃分基體的表面的至少一部分而獲得的多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域(對(duì)應(yīng)于一個(gè)板的區(qū)域)內(nèi)的致動(dòng)器數(shù)量及其位置而言，可以采用任何設(shè)置方式。以上所述的“通過(guò)感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào)”并不限于包含受壓位置及壓力的信息的信號(hào)。信號(hào)包括壓力具有恒定值的信號(hào)以及其他信號(hào)。例如，在由一個(gè)感應(yīng)單元檢測(cè)到的壓力超過(guò)閾值，或者多個(gè)感應(yīng)單元的數(shù)量總和或矢量總和超過(guò)閾值的情況下，控制器可為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)生成控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。在此情況下，可使用感應(yīng)單元作為接通/斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。此外，對(duì)于在此情況下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的方式，也可存在各種變化。在上述實(shí)施例的特征組件中，至少其中兩個(gè)可被彼此組合。本發(fā)明還可采用以下構(gòu)造。(I) 一種操作設(shè)備，包括具有表面的基體；感應(yīng)單元，包括至少三個(gè)壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域，所述壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置在具有至少三個(gè)角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置，所述角分別設(shè)定在通過(guò)劃分所述基體的所述表面的至少一部分而獲得的多個(gè)區(qū)域內(nèi)；多個(gè)板，其被設(shè)置以與所述多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)，并且覆蓋所述表面的所述至少一部分；以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被構(gòu)造以基于通過(guò)所述感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)板。(2)根據(jù)⑴所述的操作設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)致動(dòng)器，所述多個(gè)致動(dòng)器分別設(shè)置在所述基體的所述表面與所述多個(gè)板每一者之間。
(3)根據(jù)⑵所述的操作設(shè)備，其中所述多個(gè)致動(dòng)器是被液壓驅(qū)動(dòng)的波紋管。(4)根據(jù)⑵所述的操作設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)源，其被設(shè)置在所述基體內(nèi)，并且使得所述多個(gè)致動(dòng)器單獨(dú)地生成驅(qū)動(dòng)力。(5)根據(jù)⑵或⑷所述的操作設(shè)備，其中所述多個(gè)致動(dòng)器是被電氣驅(qū)動(dòng)的電氣致動(dòng)器。(6)根據(jù)⑵至(5)中任一項(xiàng)所述的操作設(shè)備，其中
所述基體呈球狀。(7)根據(jù)(6)項(xiàng)所述的操作設(shè)備，其中所述多個(gè)板包括覆蓋所述基體的整個(gè)表面的八個(gè)三角形板。(8)根據(jù)(I)至(7)中任一項(xiàng)所述的操作設(shè)備，還包括位置傳感器，其被設(shè)置在所述基體內(nèi)，并對(duì)所述基體的位置進(jìn)行檢測(cè)。(9)根據(jù)(I)至(8)中任一項(xiàng)所述的操作設(shè)備，還包括覆蓋所述多個(gè)板的罩片。在本申請(qǐng)包含于2011年4月6日向日本特許廳遞交的日本在先專利申請(qǐng)JP2011-084149涉及的主題，在此通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容包含在本說(shuō)明書(shū)中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍或其等同范圍的前提下，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求及其他因素來(lái)進(jìn)行各種改變、組合、子組合以及替換。
權(quán)利要求
1.一種操作設(shè)備，包括 具有表面的基體； 感應(yīng)單元，包括至少三個(gè)壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域，所述壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置在具有至少三個(gè)角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置，所述角分別設(shè)定在通過(guò)劃分所述基體的所述表面的至少一部分而獲得的多個(gè)區(qū)域內(nèi)； 多個(gè)板，其被設(shè)置以與所述多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)，并且覆蓋所述表面的所述至少一部分；以及 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被構(gòu)造以基于通過(guò)所述感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的操作設(shè)備，其中 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)致動(dòng)器，所述多個(gè)致動(dòng)器分別設(shè)置在所述基體的所述表面與所述多個(gè)板每一者之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作設(shè)備，其中 所述多個(gè)致動(dòng)器是被液壓驅(qū)動(dòng)的波紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作設(shè)備，其中 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)源，其被設(shè)置在所述基體內(nèi)，并且使得所述多個(gè)致動(dòng)器單獨(dú)地生成驅(qū)動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作設(shè)備，其中 所述多個(gè)致動(dòng)器是被電氣驅(qū)動(dòng)的電氣致動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作設(shè)備，其中 所述基體呈球狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作設(shè)備，其中 所述多個(gè)板包括覆蓋所述基體的整個(gè)表面的八個(gè)三角形板。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的操作設(shè)備，還包括位置傳感器，其被設(shè)置在所述基體內(nèi)，并對(duì)所述基體的位置進(jìn)行檢測(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的操作設(shè)備，還包括覆蓋所述多個(gè)板的罩片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作設(shè)備，其包括基體、感應(yīng)單元、多個(gè)板以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?；w具有表面。感應(yīng)單元包括至少三個(gè)壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域，壓力感應(yīng)檢測(cè)區(qū)域設(shè)置在具有至少三個(gè)角的多邊形的不同頂點(diǎn)位置，角分別設(shè)定在通過(guò)劃分基體的表面的至少一部分而獲得的多個(gè)區(qū)域內(nèi)。多個(gè)板被設(shè)置以與多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)，并且覆蓋表面的至少一部分。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被構(gòu)造以基于通過(guò)感應(yīng)單元的檢測(cè)而生成的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)板。
文檔編號(hào)A63F13/08GK102750017SQ201210097389
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者上野正俊, 中川俊之, 加藤祐作, 后藤哲郎, 塚原翼, 川部英雄, 栗屋志伸, 樺澤憲一 申請(qǐng)人:索尼公司