運動伝達装置
【課題】 電話中の手慰み動作等の運動を伝達することにより、会話に補助的な双方向性の非言語コミュニケーションの手段を提供する。
【解決手段】 運動伝達装置１０の制御部１２は、運動伝達部１３が手で握る力により変形されるとこれを計測して制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信する。携帯電話２０は、運動伝達装置１０と同様の運動伝達装置が接続された他の携帯電話へ制御信号を送信するとともに、その携帯電話から受信した制御信号を、携帯電話接続部１１を介して制御部１２へ送信する。制御部１２は受信した制御信号に基づいて運動伝達部１３を変形させる。
【解決手段】 運動伝達装置１０の制御部１２は、運動伝達部１３が手で握る力により変形されるとこれを計測して制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信する。携帯電話２０は、運動伝達装置１０と同様の運動伝達装置が接続された他の携帯電話へ制御信号を送信するとともに、その携帯電話から受信した制御信号を、携帯電話接続部１１を介して制御部１２へ送信する。制御部１２は受信した制御信号に基づいて運動伝達部１３を変形させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力による自らの変形を計測し制御信号を生成して他の装置に伝達すると同時に、他の装置で計測され生成された制御信号又は計算機により生成された制御信号により変形する運動伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話の通話中における他の感覚情報伝達としては内蔵カメラによる相互の相貌伝達などＴＶ電話状態の映像情報が挙げられる。
なお、従来技術として非特許文献１が知られている。
【非特許文献１】稲見昌彦、関口大陸、川上直樹、舘▲すすむ▼、「RobotPHONEによる物体共有型コミュニケーション」、情報処理学会第９５回ヒューマンインターフェイス研究会論文集、pp.147-150、2001.09.14
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の技術は、相互の相貌など伝達すべき情報量は大きいにもかかわらず、画面解像度及び伝送速度が低いため、対話コミュニケーション中のリアルタイムで直感的な補助伝達手段として機能していない。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、電話中の手慰み動作等を伝達することにより、会話に補助的な双方向性の非言語コミュニケーションの手段を供給する運動伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、外力により形が変化する形変化手段と、前記形変化手段の形を変化させる駆動手段と、前記形変化手段の変形を計測する計測手段と、外部機器との間で制御信号を送受信する通信手段と、前記計測手段による計測結果から制御信号を生成し、前記通信手段へ出力するとともに、前記通信手段により受信した制御信号に基づいて前記駆動手段を駆動する制御手段と、を具備することを特徴とする運動伝達装置である。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の運動伝達装置において、前記形変化手段は、複数の棒状部材と、各棒状部材の端部を接続する複数の関節ユニットとから構成され、ループ状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の運動伝達装置において、前記関節ユニットは、コ字状に形成された第１のフレーム及び第２のフレームと、ロ字状に形成され前記第１のフレームが第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、前記第２のフレームが前記第１の軸線に直交する第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられた連結部材と、前記連結部材の中空部を通して前記第１のフレームと前記第２のフレームとに両端が接続された弾性部材と、を具備し、前記駆動手段は、前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータと、前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータと、前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータと、前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータと、を具備し、前記計測手段は、前記第１のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したか、及び、前記第２のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したかを各々検知することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の運動伝達装置において、前記形変化手段は、複数の関節ユニットを鎖状に接続したことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の運動伝達装置において、前記関節ユニットは、コ字状に形成されたフレームと、前記フレームが所定の軸線を中心に回動自在に取り付けられた箱型部材と、を具備し、前記駆動手段は、前記フレームを所定の軸線を中心に回転させるモータを具備し、前記計測手段は、前記モータの回転軸の回転角度を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、感覚的・情動的な気分を表現する上で非言語的かつ直感的な補助伝達手段として利用することができ、コミュニケーションの質を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態における運動伝達装置１０の構成を示す図である。運動伝達装置１０は、携帯電話接続部１１、制御部１２、運動伝達部１３から構成される。この実施形態における運動伝達装置１０は、携帯電話２０に接続されストラップやアクセサリとして用いられる。
【００１１】
携帯電話接続部１１は、携帯電話２０の図示しない接続端子に接続され、携帯電話２０と制御部１２との間で送受信される制御信号を伝達し、また、制御部１２へ電源を供給する。
制御部１２は、運動伝達部１３から形状に関する計測値を取得して制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信するとともに、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して制御信号を受信し、この制御信号に基づいて運動伝達部１３を変形させる。
【００１２】
運動伝達部１３は、図２に示すように、９個の棒状部材３１〜３９の端部が取付位置４１〜４９において、後述する関節ユニット１００（図３、図４）により結合され、ループ状に形成されている。関節ユニット１００の関節は、外力又はアクチュエータ（駆動装置）により所定の軸線を中心に所定の角度だけ回転させることができるので、運動伝達部１３は、図１に示すように手で握り又は制御部１２からの制御により、各々の関節ユニット１００の関節が回転可能な範囲で任意に形状を変えることができる。また、運動伝達部１３は、自らの変形を各々の関節ユニット１００に設けたセンサにより計測する。
【００１３】
上記の棒状部材３１〜３９は、棒状に形成された部材である。材質は手で握っても変形しにくいものを用いる。これは、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させるためである。この棒状部材３１〜３９への関節ユニット１００の取り付け方は、関節ユニット１００の構成及び動作原理を説明した後に説明する。
【００１４】
ここで、図３及び図４を参照して、関節ユニット１００の構成について説明する。図３は、関節ユニット１００の関節が曲がった状態における斜視図であり、図４（ａ）は関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態における正面図、図４（ｂ）は同じく平面図である。スプリング１０２と位置が重なるため、図４（ａ）においては形状記憶合金アクチュエータ１２３及び１２４を省略し、図４（ｂ）においては形状記憶合金アクチュエータ１１３及び１１４を省略している。
【００１５】
関節ユニット１００は、小型のＲＵＩ（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ロボティックユーザインタフェース）、すなわち、実世界に存在する身体性を持ったロボットによるユーザインタフェースにおいてその関節に用いられ、１関節２自由度の動作を行うものである。例えば、この関節ユニット１００を２個用いて、第１の関節ユニット１００の形状を変化させ、これをセンサによって読み取った結果に基づいて第２の関節ユニット１００を動作させ、同様に、第２の関節ユニット１００の形状を変化させ、これをセンサによって読み取った結果に基づいて第１の関節ユニット１００を動作させることで、簡単な形状同期が可能となる。従来は、関節の駆動にはモータが使用されていたが、ここでは形状記憶合金やスプリング等で構成された双安定アクチュエータを使用する。これは自由度数に対して機構や重量増加が少ないため、小型化が容易であり携帯する物品に組み込むのに適している。
【００１６】
関節ユニット１００のコ字状のフレーム１１０及び１２０はロ字状の連結部材１０１の両側に結合され、それぞれ互いに垂直な軸線を中心に回転する。ここで、コ字状のフレーム１１０は第１、第２の側板部１１０ａ、１１０ｃとそれらを連結する連結板部１１０ｂとからなり、ロ字状の連結部材１０１は上板部１０１ａ、右側板部１０１ｂ、左側板部１０１ｃ、下板部１０１ｄからなり、コ字状のフレーム１２０は上板部１２０ａ、側板部１２０ｂ、下板部１２０ｃからなる。
【００１７】
フレーム１１０及び１２０、連結部材１０１の材質は、手で握っても変形しにくいものを用いる。これは、これらの部材が前述した運動伝達部１３の棒状部材３１〜３９と同様に運動伝達部１３の形状を構成するため、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させるためである。
【００１８】
このとき、フレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部と連結部材１０１の右側板部１０１ｂの中央部は、関節軸１１１により回転可能に結合され、フレーム１１０の第２の側板部１１０ｃの端部と連結部材１０１の左側板部１０１ｃの中央部は、関節軸１１２により回転可能に結合されている。同様に、フレーム１２０の上板部１２０ａの端部と連結部材１０１の上板部１０１ａの中央部は、関節軸１２１により回転可能に結合され、フレーム１２０の下板部１２０ｃの端部と連結部材１０１の下板部１０１ｄの中央部は、関節軸１２２により回転可能に結合されている。
【００１９】
関節軸１１１、１１２、１２１、１２２は、軸の両端を軸より直径の大きい円盤で挟んだ取付部材である。材質は、フレーム１１０及び１２０、連結部材１０１と同様に、手で握っても変形しにくいものを用いる。
取り付け方の一例は次の通りである。フレーム１１０及び１２０の上板部及び下板部に軸が通る穴を空け、関節軸の一方の円盤を外して軸をこの穴に通してから外した円盤を取り付けて、各フレームの内側に向いた関節軸の円盤と連結部材１０１とを上記で説明した位置で接合する。ここで、関節軸１１１と関節軸１１２はこれらの軸が同一線上にあるように取り付け、関節軸１２１と関節軸１２２はこれらの軸が同一線上にあるように取り付ける。
【００２０】
すなわち、フレーム１１０は、関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、フレーム１２０は、前記第１の軸線に直交し関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられている。
これにより、関節ユニット１００は、連結部材１０１に対してフレーム１１０及び１２０がそれぞれ１自由度動作を行う機構となっており、全体として２自由度動作を可能とする。これを動作させるため、スプリング１０２及び形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用いる。
【００２１】
スプリング１０２は、ロ字状の連結部材１０１の中空部を通して両端がそれぞれ、フレーム１１０の連結板部１１０ｂの中央部及びフレーム１２０の側板部１２０ｂの中央部に接続された弾性部材であり、接続された状態で収縮する方向に力が働いている。
【００２２】
形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４には、電流を流すと収縮し、電流を止めると元の長さに伸びる細い繊維状のアクチュエータ（駆動装置）を用いることができる。
この形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を取り付けるため、フレーム１１０の連結板部１１０ｂの外側に長方形の取付板１１７を取り付け、フレーム１２０の側板部１２０ｂの外側に長方形の取付板１２７を取り付ける。そして、取付板１１７のフレーム１１０に取り付けられた面と反対側の面に、２つのアクチュエータ取付部材１１５及び１１６を取り付け、取付板１２７のフレーム１２０に取り付けられた面と反対側の面に、２つのアクチュエータ取付部材１２５及び１２６を取り付ける。
【００２３】
アクチュエータ取付部材１１５及び１１６は、それぞれ関節軸１２１及び１２２との間に形状記憶合金アクチュエータ１１３及び１１４を取り付けるために使用されるので、長方形である取付板１１７の４辺のうち対応する関節軸に最も近い側の辺上にアクチュエータ取付部材１１５及び１１６をそれぞれ取り付ける。同様に、アクチュエータ取付部材１２５及び１２６は、それぞれ関節軸１１１及び１１２との間に形状記憶合金アクチュエータ１２３及び１２４を取り付けるために使用されるので、長方形である取付板１２７の４辺のうち対応する関節軸に最も近い側の辺上にアクチュエータ取付部材１２５及び１２６をそれぞれ取り付ける。
【００２４】
形状記憶合金アクチュエータ１１３の両端は、関節軸１２１の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１１５に接続し、形状記憶合金アクチュエータ１１４の両端は、関節軸１２２の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１１６に接続する。また、形状記憶合金アクチュエータ１２３の両端は、関節軸１１１の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１２５に接続し、形状記憶合金アクチュエータ１２４の両端は、関節軸１１２の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１２６に接続する。
【００２５】
すなわち、形状記憶合金アクチュエータ１１３は、フレーム１１０を関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータであり、形状記憶合金アクチュエータ１１４は、フレーム１１０を前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータである。また、形状記憶合金アクチュエータ１２４は、フレーム１２０を関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータであり、形状記憶合金アクチュエータ１２３は、フレーム１２０を前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータである。
【００２６】
各々の形状記憶合金アクチュエータの両端には、それぞれ電源とつなぐための導線を接続する。４つの形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４は個々に電流がオン、オフされる。
【００２７】
関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０には、連結部材１０１に対するフレーム１１０及び１２０の角度を読み取るセンサとして、図３、図４においては図示しないフォトリフレクタが設置されている。
図５は関節ユニット１００を図４（ａ）と同じ方向から見た図であり、フォトリフレクタの設置位置の一例を示す図である。フォトリフレクタ１３０は発光素子及び受光素子を有し、受光素子が受ける光の強さによって抵抗値が変化する。この発光素子及び受光素子は、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に動かされ図６（ｂ）に示す停止位置まで回転しきった状態において連結部材１０１の上板部１０１ａの正面にくるように設置されている。すなわち、フレーム１２０が一方向に回転しきる前は連結部材１０１の上板部１０１ａがフォトリフレクタ１３０の発光素子による光を反射する位置にはないが、フレーム１２０が一方向に回転しきると連結部材１０１の上板部１０１ａがフォトリフレクタ１３０の発光素子による光を反射する位置にくるため、受光素子が反射光を受けフォトリフレクタ１３０の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を読み取ることで、双安定状態のみであるが関節ユニット１００の形状を知ることができる。
【００２８】
このフォトリフレクタ１３０を第１のフォトリフレクタとすると、この他に、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印とは反対の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第２のフォトリフレクタ、フレーム１２０が図６（ａ）の紙面手前の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第３のフォトリフレクタ、その反対の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第４のフォトリフレクタを同様に設置する。
【００２９】
各々のフォトリフレクタには電源を供給するための導線２本と、受光素子の抵抗値を計測するための導線１本を接続する。各々のフォトリフレクタの抵抗値から次のようして各フレームが回転しきった状態であるか否かを知ることができる。例えば、フレーム１２０を図６（ａ）に示す矢印の方向に回転しきった状態とそうでない状態、すなわち、フォトリフレクタ１３０の受光素子の正面に連結部材１０１の上板部１０１ａがあるときとないときの抵抗値を予め計測しておく。するとフレーム１２０を動かして計測した抵抗値から受光素子の正面に連結部材１０１の上板部１０１ａがあるかないか、すなわち、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に回転しきった状態であるか否かを知ることができる。他のフォトリフレクタについても同様である。
【００３０】
次に、図６を参照して、関節ユニット１００の動作原理を説明する。図６においては、形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を省略している。
関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態、すなわち、フレーム１１０、連結部材１０１、フレーム１２０が図４に示す中立位置にあるとき、フレーム１１０とフレーム１２０に接続されたスプリング１０２はやや伸びた状態となっている。このときスプリング１０２は関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線上を通っている。このとき不安定な状態ではあるが、関節ユニット１００は静止した状態を保つ。
【００３１】
ここで、フレーム１２０が例えば図６（ａ）に示す矢印の方向に動かされると、スプリング１０２が第１の軸線上から少しずれる。こうするとスプリング１０２の収縮力により、スプリング１０２をずらした方向にフレーム１２０が回転する力が発生する。そしてある程度の角度だけフレーム１２０が動くと図６（ｂ）の状態となり回転は静止する。これは、図６（ｂ）の状態においては、スプリング１０２には収縮力が働いているが、スプリング１０２が連結部材１０１の左側板部１０１ｃと接しており、さらに回転すると左側板部１０１ｃによってスプリング１０２が伸長し、図６（ｂ）の位置に戻ろうとするためである。フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向と反対方向に動かされた場合も同様である。
また同様に、フレーム１２０が図６の紙面手前の方向に動かされ、スプリング１０２が関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線上からずれると、この軸線を中心としてフレーム１２０が回転し、ある角度で回転は静止する。フレーム１２０が図６の紙面奥の方向に動かされた場合も同様である。
つまり、スプリング１０２を第１の軸線上又は第２の軸線上からずらすことで、関節の２自由度の安定動作を行うことができる。スプリング１０２をこれらの軸線上からずらすためのアクチュエータ（駆動装置）として前述の形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を使用する。
【００３２】
例えば、上記のようにフレーム１２０を図６（ａ）に示す矢印の方向に動かすには、関節軸１２２とアクチュエータ取付部材１１６に取り付けられた、図６（ａ）においては図示しない形状記憶合金アクチュエータ１１４に電流を流す。すなわち、形状記憶合金アクチュエータ１１４の両端に導線を接続し、電源とつなぎスイッチを設けて回路を構成し、このスイッチをオンにして電流を流す。なお、このとき他の形状記憶合金アクチュエータ１１３、１２３、１２４には電流を流さない。すると形状記憶合金アクチュエータ１１４が収縮し、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に動き出し、図６（ｂ）の位置で静止する。
【００３３】
このように動作させた関節ユニット１００の形状を知るには、前述のようにフレーム１１０及び１２０に設置された４個のフォトリフレクタそれぞれの受光素子の抵抗値を読み取る。
まず、４個のフォトリフレクタそれぞれに給電して発光素子を発光させる。そして、受光素子毎に設けた抵抗値を計測するための部品により抵抗値を計測し、前述のようにフレーム１１０及び１２０が回転しきった状態とそうでない状態について予め計測した抵抗値と比較することにより、各フレームが回転しきった状態であるか否かを知ることができる。
【００３４】
図２に戻り、以上説明した関節ユニット１００の棒状部材３１〜３９への取り付け方の一例を説明する。まず、運動伝達部１３が運動の伝達に使用されず静止状態であるときの形状に棒状部材３１〜３９を配置する。そして、棒状部材３１と３２を関節ユニット１００により取付位置４２で結合するには、棒状部材３１と３２のなす角度を上記の静止状態においてなす角度とし、関節ユニット１００を図４に示す静止状態であるようにして、棒状部材３２（図２）とフレーム１１０（図４）、棒状部材３１（図２）とフレーム１２０（図４）をそれぞれ固定する。他の取付位置４２〜４９における結合も同様である。
【００３５】
また、図７は、運動伝達部１３と構成が異なる運動伝達部１４を有する運動伝達装置１５の例を示す図である。運動伝達部１４は、図８に示すように１２個の棒状部材３０１〜３１２の端部が、取付位置４０１〜４１２に取り付けられた１２個の関節ユニット１００（図７）により結合され人形型が構成されている。すなわち、棒状部材３０１〜３１２はこの順に結合され閉じたループを形成しているが、棒状部材３０１及び３１２は人形の頭、棒状部材３０２及び３０３は人形の右腕、棒状部材３０５及び３０６は人形の右足、棒状部材３０７及び３０８は人形の左足、棒状部材３１０及び３１１は人形の左腕にそれぞれ対応するよう鋭角に結合され、棒状部材３０４及び３０９は人形の胴に対応するようほぼ平行となっている。
【００３６】
この運動伝達部１４には、例えば図１０に示すように頭部と手足を有する動物の人形をかぶせてもよい。この人形の材質は、柔軟なものを用いる。これは、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させ、これらを阻害しないようにするためである。この人形の取り付け方は、例えば、図８の棒状部材３０１及び３１２は人形の頭、棒状部材３０２及び３０３は人形の右腕、棒状部材３０５及び３０６は人形の右足、棒状部材３０７及び３０８は人形の左足、棒状部材３１０及び３１１は人形の左腕、棒状部材３０４及び３０９は人形の胴にそれぞれ固定する。
なお、運動伝達部を構成する棒状部材及び関節ユニット１００の個数、棒状部材同士を関節ユニット１００で結合するときの結合位置、これらによって構成される形状等は図２、図７に限定されない。また、棒状部材は他の形状の部材で置き換えてもよい。
【００３７】
図１に戻り、制御部１２は、以上説明した運動伝達部１３と接続されるとともに、携帯電話接続部１１と接続されており、取付位置４１〜４９に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたセンサの計測値、すなわち、フォトリフレクタの受光素子の抵抗値を一定周期で読み取って制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信するとともに、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させることにより運動伝達部１３を変形させる。
【００３８】
関節ユニット１００毎に４本の形状記憶合金アクチュエータと４個のフォトリフレクタが取り付けられているが、制御部１２における配線は次のように行う。
各々の形状記憶合金アクチュエータの両端に接続された導線を制御部１２に引き込み、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０から供給された電源とつないで回路を構成し、電流をオン、オフするためのスイッチ回路を取り付ける。
また、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０から供給された電源を各々のフォトリフレクタに供給する。電源はフォトリフレクタ毎にオン、オフする必要はないので、例えば並列に接続して供給してもよいが、各々のフォトリフレクタの受光素子の抵抗値を計測するための導線はフォトリフレクタ毎に制御部１２に引き込み、抵抗値を計測するための計測回路を取り付ける。
【００３９】
例えば、運動伝達部１３が図２のように構成されているときは、取付位置４１〜４９毎に関節ユニット１００が取り付けられており、９個の関節ユニット１００について、それぞれ、４本の形状記憶合金アクチュエータ毎に電流のオン、オフを制御し、４個の受光素子毎に抵抗値を計測する必要がある。このため、上記のスイッチ回路は３６本の形状記憶合金アクチュエータの電流を別々にオン、オフし、上記の計測回路は３６個の受光素子の抵抗値を別々に計測する。
【００４０】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は次の通りである。上記のように計測回路において計測した抵抗値と、前述のようにフレーム１１０及び１２０が回転しきった状態とそうでない状態について予め計測した抵抗値と比較することにより、各フレームが回転しきった状態であるか否かを検知し、例えば、各フレームが回転しきった状態である場合は符合「１」、そうでない場合は符号「０」を割り当て、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について第１のフォトリフレクタから第４のフォトリフレクタの順に、先頭から「１」又は「０」の符号を並べることにより、運動伝達部１３の形状を特定する制御信号を生成する。
【００４１】
また、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。制御部１２は制御信号の先頭から符合が「１」であるか「０」であるか読み出し、制御信号における「１」又は「０」の符合の列の先頭から順に、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について形状記憶合金アクチュエータ１１４、１１３、１２４、１２３の順に対応させ、符合が「１」である場合はスイッチ回路において対応する形状記憶合金アクチュエータの電流をオンとし、符合が「０」である場合はオフとする。これにより、電流がオンとなった形状記憶合金アクチュエータが収縮し、電流がオフとなった形状記憶合金アクチュエータが元の長さに伸び、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００４２】
なお、上記では運動伝達装置１０は、携帯電話接続部１１を介して有線で携帯電話２０と制御信号を送受信するが、例えば、携帯電話接続部１１は運動伝達装置１０を携帯電話２０にくくりつけるための紐として制御信号の送受信はせず、制御部１２と携帯電話２０の両方にこれらの間で無線通信するための通信手段、一例としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース、登録商標）による通信手段を備え、また、制御部１２にこの通信手段及び運動伝達部１３に電源を供給するための電池を内蔵してもよい。
【００４３】
次に、この実施形態において用いられる携帯電話２０の構成を説明する。携帯電話２０は、通話中にリアルタイムな双方向通信で運動伝達装置１０同士を接続する機能、すなわち、相手先の携帯電話２０と音声信号の送受信を行うと同時に制御信号の送受信を行う機能を有する。これは例えば音声信号を送受信するプロトコルにおける空きデータ領域に制御信号を格納して送受信するか、又は、制御信号を音声信号に変換し、通話の音声信号に重畳させ背景音として送受信する方法により行う。
また、制御信号の送受信は別の通信手段により行ってもよい。例えば制御部１２に携帯電話２０とは別に携帯電話の機能を設け、相手先も同様の制御部１２を有する運動伝達装置１０を所持し、この制御部１２に相手先の制御部１２に設けられた携帯電話の電話番号を予め設定しておき、運動伝達部１３が変形されたときに制御部１２に設けられた携帯電話により相手先の運動伝達装置１０の制御部１２に設けられた携帯電話と通信し、制御信号を送受信してもよい。
また、通話は行わず運動の伝達のみを行う場合は、運動伝達装置１０の携帯電話接続部１１を携帯電話２０のマイク／イヤホン端子に接続し、制御信号を音声信号に変換して送受信してもよい。この場合、運動伝達装置１０の制御部１２は、運動伝達部１３の計測値から生成された制御信号を音声信号に変換し携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信し、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した音声信号を制御信号に変換して運動伝達部１３の関節ユニット１００を動作させる。また、携帯電話接続部１１を携帯電話２０のデータ通信端子に接続して制御信号をデータとして送受信してもよい。
【００４４】
次に、図９及び図１０を参照して、上述した運動伝達装置１０の動作を説明する。図９は、運動伝達装置１０が接続された携帯電話２０と運動伝達装置１０ａが接続された携帯電話２０ａの間で通話中に、運動伝達装置１０と運動伝達装置１０ａの間で運動の伝達を行う様子を示す図である。ここで携帯電話２０ａは携帯電話２０と同様の構成であり、運動伝達装置１０ａは運動伝達装置１０と同様の構成であり、運動伝達装置１０ａの運動伝達部１３ａは運動伝達部１３と同様に棒状部材３１ａ〜３９ａが取付位置４１ａ〜４９ａにおいてそれぞれ関節ユニット１００により結合されているとする。
【００４５】
携帯電話２０の通話者が携帯電話２０ａとの間の回線接続を行った後、運動伝達装置１０の運動伝達部１３を手で握り変形させると、制御部１２は一定周期で運動伝達部１３に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたフォトリフレクタの抵抗値を読み取って制御信号を生成し、携帯電話２０へ送信する。この制御信号は前述のようにして携帯電話２０から携帯電話２０ａに送信される。携帯電話２０ａは、携帯電話２０から受信した制御信号に基づいて対応する位置に取り付けられた関節ユニット１００それぞれを動作させることにより運動伝達部１３ａを変形させる。
同様に、携帯電話２０ａの通話者が運動伝達装置１０ａの運動伝達部１３ａを手で握り変形させると、制御部１２ａは一定周期で運動伝達部１３に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたフォトリフレクタの抵抗値を読み取って制御信号を生成し、携帯電話２０ａへ送信する。この制御信号は前述のようにして携帯電話２０ａから携帯電話２０に送信される。携帯電話２０は、携帯電話２０ａから受信した制御信号に基づいて対応する位置に取り付けられた関節ユニット１００それぞれを動作させることにより運動伝達部１３を変形させる。
以上により、運動伝達部１３と１３ａの形状同期が行われ、手慰み動作を相互に伝達し合い、触動作によるコミュニケーション手段として用いられる。
【００４６】
図１０は、図９と同様に運動の伝達を行う様子を示す図であるが、運動伝達装置が異なる。すなわち、運動伝達部１４を有する運動伝達装置１５（図７）が接続された携帯電話２０と、運動伝達装置１５ａが接続された携帯電話２０ａの間で通話中に運動伝達部１４と１４ａの形状同期を行う例である。ここで携帯電話２０ａは携帯電話２０と同様の構成であり、運動伝達装置１５ａは運動伝達装置１５と同様の構成であり、運動伝達装置１５ａの運動伝達部１４ａは運動伝達部１４と同様に棒状部材３０１ａ〜３１２ａが取付位置４０１ａ〜４１２ａにおいてそれぞれ関節ユニット１００により結合されているとする。また運動伝達部１４及び１４ａには前述のようにして人形がかぶせられ、棒状部材３０１ａ〜３１２ａに固定されているとする。形状同期の動作は上記と同様である。
【００４７】
なお、図９及び図１０は、それぞれ同一の構成からなる運動伝達部を有する運動伝達装置を用いて相互に運動の伝達を行う例であるが、構成が異なる運動伝達部を有する運動伝達装置を用いて相互に運動の伝達を行う場合は、関節ユニット１００の自由度数、運動伝達部の形状等の違いを考慮して、動作変換を行う等により相互の触動作コミュニケーションが可能となる。
また、運動伝達装置へ送信される制御信号は、他の運動伝達装置で計測され生成された制御信号だけでなく、計算機により生成された制御信号でもよい。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では関節ユニット１００を動作させるために形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用いたが、この実施形態ではこれらを用いずに可動コイル型リニアモータを用いる。可動コイル型リニアモータは、ハードディスクにおいて磁気ヘッドが取り付けられたアームを移動させるために用いられているほか、小型玩具で多く用いられている駆動機構である。この駆動機構はコイルと磁石で構成されているので、小型化に適している。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００４９】
上記の可動コイル型リニアモータは、例えば次のように取り付ける。図３の関節軸１１１及び１２１は取り付けず、関節軸１１１及び１２１のそれぞれの軸の位置に可動コイル型リニアモータの回転軸がくるようにして、可動コイル型リニアモータの本体を連結部材１０１に固定する。すなわち、第１の可動コイル型リニアモータの本体を右側板部１０１ｂの中央に固定し、第２の可動コイル型リニアモータの本体を上板部１０１ａの中央に固定する。そして、第１の可動コイル型リニアモータの回転軸をフレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部に固定し、第２の可動コイル型リニアモータの回転軸をフレーム１２０の上板部１２０ａの端部に固定する。
また、可動コイル型リニアモータ毎に回転を制御するための導線を制御部１２に引き込む。すなわち、制御部１２は、関節ユニット１００毎に２個の可動コイル型リニアモータを制御する。
【００５０】
ここで、第１の可動コイル型リニアモータの回転方向は、第１の実施形態において形状記憶合金アクチュエータ１１４が収縮したときにフレーム１１０が回転する方向を時計回り、形状記憶合金アクチュエータ１１３が収縮したときにフレーム１１０が回転する方向を反時計回りとする。また、第２の可動コイル型リニアモータの回転方向は、第１の実施形態において形状記憶合金アクチュエータ１２４が収縮したときにフレーム１２０が回転する方向を時計回り、形状記憶合金アクチュエータ１２３が収縮したときにフレーム１２０が回転する方向を反時計回りとする。
【００５１】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は第１の実施形態と同様である。制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。
制御部１２は制御信号の先頭から符合が「１」であるか「０」であるか読み出し、制御信号における「１」又は「０」の符合の列の先頭から順に、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１の可動コイル型リニアモータの時計回りの回転の有無、第１の可動コイル型リニアモータの反時計回りの回転の有無、第２の可動コイル型リニアモータの時計回りの回転の有無、第２の可動コイル型リニアモータの反時計回りの回転の有無の順に対応させ、符合が「１」である場合は該当する可動コイル型リニアモータを該当する方向に回転させる。これにより、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態では関節ユニット１００を動作させるためスプリング１０２及び形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用い、連結部材１０１に対するフレーム１１０及び１２０の角度を読み取るセンサとしてフォトリフレクタを用いたが、この実施形態ではこれらを用いずにＲＣ（ラジオコントロール）サーボモータを用いる。ＲＣサーボモータとは、ラジコン用に作られた制御回路を含むモータモジュールであり、制御回路に制御パルスを送信するとそのパルス幅に比例した角度だけ回転し、また、回転軸の回転角度を検知することができる。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００５３】
上記のＲＣサーボモータは、例えば次のように取り付ける。図３の関節軸１１１及び１２１は取り付けず、関節軸１１１及び１２１のそれぞれの軸の位置にＲＣサーボモータの回転軸がくるようにして、ＲＣサーボモータの本体を連結部材１０１に固定する。すなわち、第１のＲＣサーボモータの本体を右側板部１０１ｂの中央に固定し、第２のＲＣサーボモータの本体を上板部１０１ａの中央に固定する。そして、第１のＲＣサーボモータの回転軸をフレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部に固定し、第２のＲＣサーボモータの回転軸をフレーム１２０の上板部１２０ａの端部に固定する。
また、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。すなわち、制御部１２は、関節ユニット１００毎に２個のＲＣサーボモータを制御する。
【００５４】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は次の通りである。各ＲＣサーボモータにおいて検知した回転軸の回転角度を示す値を読み取り、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１のＲＣサーボモータ、第２のＲＣサーボモータの順に、先頭から回転角度を示す値を並べることにより、運動伝達部１３の形状を特定する制御信号を生成する。
【００５５】
また、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。制御部１２は制御信号として並べられた回転角度を示す値を読み出し、先頭から順に取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１のＲＣサーボモータ、第２のＲＣサーボモータの順に対応させ、読み出した値が示す回転角度だけ回転軸を回転させる制御パルスをＲＣサーボモータに送信する。これにより、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００５６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第１の実施形態においては運動伝達部１３（図２）又は運動伝達部１４（図８）を用いたが、この実施形態においては図１１に示す運動伝達部１６を用いる。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００５７】
運動伝達部１６は、図１２に示す１自由度の関節ユニット４００が７個接続され、鎖状に形成されている。なお、運動伝達部１６を構成する関節ユニット４００の個数はこの個数に限定されない。
【００５８】
まず、図１２を参照して関節ユニット４００の構成を説明する。図１２は関節ユニット４００の平面図、正面図及び右側面図である。関節ユニット４００は、コ字状のフレーム４１０が直方体の箱型部材４２０に軸線４１５を中心に回動自在に取り付けられている。ここで、コ字状のフレーム４１０は、右側板部４１０ａ、左側板部４１０ｃとそれらを連結する連結板部４１０ｂからなり、直方体の箱型部材４２０は、上板部４２０ａ、第１の側板部４２０ｂ、第２の側板部４２０ｃ、第３の側板部４２０ｄ、第４の側板部４２０ｅ、下板部４２０ｆからなる。これらの部材は運動伝達部１６の形状を構成するため、手で握っても変形しにくい材質を用いる。
【００５９】
フレーム４１０の箱型部材４２０への取り付け方は、例えば次の通りである。箱型部材４２０の第２の側板部４２０ｃが軸線４１５と交わる位置に、ＲＣサーボモータの回転軸が通る軸穴を空ける。そして、軸線４１５上にＲＣサーボモータの回転軸がくるようにして、ＲＣサーボモータの本体を箱型部材４２０の内側から第２の側板部４２０ｃに固定する。ＲＣサーボモータの回転軸は、軸穴から箱型部材４２０の第２の側板部４２０ｃの外側へ出し、フレーム４１０の左側板部４１０ｃの端部に設けた軸受４４０に固定する。一方、軸線４１５と箱型部材４２０の第４の側板部４２０ｅ及びフレーム４１０の右側板部４１０ａが交わる位置には関節軸４３０を取り付ける。関節軸４３０は、第１の実施形態における関節軸１１１等と同様の構造であり、取り付け方も同様である。
また、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。制御部１２は、関節ユニット４００毎に１個のＲＣサーボモータを制御する。
【００６０】
取付部材４５０は、他の関節ユニット４００との接続に用いる。すなわち、一方の関節ユニット４００のフレーム４１０の連結板部４１０ｂの中央と、他方の関節ユニット４００の箱型部材４２０の上板部４２０ａの中央とを、この取付部材４５０で接続する。これは軸の両端を軸より直径の大きい円盤で挟んで固定する取付部材である。フレーム４１０の連結板部４１０ｂの中央には、取付部材４５０の軸を通す軸穴を空ける。同様に、箱型部材４２０の上板部４２０ａの中央には、取付部材４５０の軸を通す軸穴４２１を空ける。一方の関節ユニット４００のフレーム４１０の連結板部４１０ｂと、他方の関節ユニット４００の箱型部材４２０の上板部４２０ａの間に穴が空いた厚みのある円盤を挟んでもよい。
図１２に示す運動伝達部１６は、以上説明した関節ユニット４００を互いに９０度の角度をなすように７個接続し、携帯電話接続部１１から遠い側の末端に箱型部材４２０を結合したものである。なお、図１１においては制御部１２は省略している。
【００６１】
上述したように、運動伝達部１６を構成する関節ユニット４００は各々の軸線４１５を中心に回転させることができるので、運動伝達部１６は第１の実施形態における運動伝達部１３又は運動伝達部１４と同様に、手で握り又は制御部１２からの制御により各々の関節ユニット４００が回転可能な範囲で任意に形状を変えることができる。また、制御部１２は、各々の関節ユニット４００に設けたＲＣサーボモータが検知した回転軸の回転角度を読み取ることにより、運動伝達部１６の変形を計測することができる。
【００６２】
この運動伝達部１６には、例えば図１１に示すように動物の尾のような形状で柔軟な材質のぬいぐるみ１７をかぶせてもよい。このぬいぐるみ１７の取り付け方は、例えば、各関節ユニット４００のフレーム４１０の第１の側板部４２０ａと第２の側板部４２０ｃの外側をぬいぐるみ１７の内側に接着する。接着する部分は他の部分でもよいし、運動伝達部１６をこのぬいぐるみ１７に封入し、どの部分も接着しなくてもよい。
【００６３】
配線は、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。制御部１２は、関節ユニット４００毎に１個づつのＲＣサーボモータを制御する。制御部１２における制御信号の生成の仕方、及び、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて関節ユニット４００を動作させる仕方は、第３の実施形態と同様である。これにより、関節ユニット４００が動作し、運動伝達部１６が変形する。
【００６４】
なお、上述した能動的変形機能は、マナーモード振動の代用や着信メロディの代わりに、特徴的にくねる、ダンスを踊る等の様々な動きをさせるために利用することもできる。
携帯電話のストラップは近年装飾化が進んでおり、通話中の手慰みとして利用されることも多い。本発明は、この際にストラップの変形を双方向に伝達することができ、既存のコミュニケーションスタイルを利用してその効果を強化するデバイスとして位置づけられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、携帯電話に代表される携帯端末に有線又は無線を介して接続され運動を伝達する装置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による運動伝達装置１０の構成を示す図である。
【図２】運動伝達部１３の構成を示す図である。
【図３】関節ユニット１００の関節が曲がった状態における斜視図である。
【図４】関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態における正面図及び平面図である。
【図５】フォトリフレクタの設置位置の一例を示す図である。
【図６】関節ユニット１００の動作原理を説明する図である。
【図７】運動伝達装置１５の構成を示す図である。
【図８】運動伝達部１４の構成を示す図である。
【図９】携帯電話２０及び２０ａを介した運動伝達装置１０及び１０ａの動作を示す図である。
【図１０】携帯電話２０及び２０ａを介した運動伝達装置１５及び１５ａの動作を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による運動伝達部１６の構成を示す図である。
【図１２】関節ユニット４００の構成を示す平面図、正面図及び右側面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０ａ、１５、１５ａ…運動伝達装置
１１、１１ａ…携帯電話接続部
１２、１２ａ…制御部
１３、１３ａ、１４、１４ａ、１６…運動伝達部
１７…ぬいぐるみ
２０、２０ａ…携帯電話
３１、３１ａ、３２、３２ａ、３３、３３ａ、３４、３４ａ、３５、３５ａ、３６、３６ａ、３７、３７ａ、３８、３８ａ、３９、３９ａ…棒状部材
４１、４１ａ、４２、４２ａ、４３、４３ａ、４４、４４ａ、４５、４５ａ、４６、４６ａ、４７、４７ａ、４８、４８ａ、４９、４９ａ、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０、４１１、４１２…取付位置
１００…関節ユニット
１０１…連結部材
１０１ａ…上板部
１０１ｂ…右側板部
１０１ｃ…左側板部
１０１ｄ…下板部
１０２…スプリング
１１０…フレーム
１１０ａ…第１の側板部
１１０ｂ…連結板部
１１０ｃ…第２の側板部
１１１、１１２、１２１、１２２…関節軸
１１３、１１４、１２３、１２４…形状記憶合金アクチュエータ
１１５、１１６、１２５、１２６…アクチュエータ取付部材
１１７、１２７…取付板
１２０…フレーム
１２０ａ…上板部
１２０ｂ…側板部
１２０ｃ…下板部
１３０…フォトリフレクタ
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、３１２…棒状部材
４００…関節ユニット
４１０…フレーム
４１０ａ…右側板部
４１０ｂ…連結板部
４１０ｃ…左側板部
４１５…軸線
４２０…箱型部材
４２０ａ…上板部
４２０ｂ…第１の側板部
４２０ｃ…第２の側板部
４２０ｄ…第３の側板部
４２０ｅ…第４の側板部
４２０ｆ…下板部
４２１…軸穴
４３０…関節軸
４４０…軸受
４５０…取付部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力による自らの変形を計測し制御信号を生成して他の装置に伝達すると同時に、他の装置で計測され生成された制御信号又は計算機により生成された制御信号により変形する運動伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話の通話中における他の感覚情報伝達としては内蔵カメラによる相互の相貌伝達などＴＶ電話状態の映像情報が挙げられる。
なお、従来技術として非特許文献１が知られている。
【非特許文献１】稲見昌彦、関口大陸、川上直樹、舘▲すすむ▼、「RobotPHONEによる物体共有型コミュニケーション」、情報処理学会第９５回ヒューマンインターフェイス研究会論文集、pp.147-150、2001.09.14
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の技術は、相互の相貌など伝達すべき情報量は大きいにもかかわらず、画面解像度及び伝送速度が低いため、対話コミュニケーション中のリアルタイムで直感的な補助伝達手段として機能していない。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、電話中の手慰み動作等を伝達することにより、会話に補助的な双方向性の非言語コミュニケーションの手段を供給する運動伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、外力により形が変化する形変化手段と、前記形変化手段の形を変化させる駆動手段と、前記形変化手段の変形を計測する計測手段と、外部機器との間で制御信号を送受信する通信手段と、前記計測手段による計測結果から制御信号を生成し、前記通信手段へ出力するとともに、前記通信手段により受信した制御信号に基づいて前記駆動手段を駆動する制御手段と、を具備することを特徴とする運動伝達装置である。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の運動伝達装置において、前記形変化手段は、複数の棒状部材と、各棒状部材の端部を接続する複数の関節ユニットとから構成され、ループ状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の運動伝達装置において、前記関節ユニットは、コ字状に形成された第１のフレーム及び第２のフレームと、ロ字状に形成され前記第１のフレームが第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、前記第２のフレームが前記第１の軸線に直交する第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられた連結部材と、前記連結部材の中空部を通して前記第１のフレームと前記第２のフレームとに両端が接続された弾性部材と、を具備し、前記駆動手段は、前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータと、前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータと、前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータと、前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータと、を具備し、前記計測手段は、前記第１のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したか、及び、前記第２のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したかを各々検知することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の運動伝達装置において、前記形変化手段は、複数の関節ユニットを鎖状に接続したことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の運動伝達装置において、前記関節ユニットは、コ字状に形成されたフレームと、前記フレームが所定の軸線を中心に回動自在に取り付けられた箱型部材と、を具備し、前記駆動手段は、前記フレームを所定の軸線を中心に回転させるモータを具備し、前記計測手段は、前記モータの回転軸の回転角度を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、感覚的・情動的な気分を表現する上で非言語的かつ直感的な補助伝達手段として利用することができ、コミュニケーションの質を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態における運動伝達装置１０の構成を示す図である。運動伝達装置１０は、携帯電話接続部１１、制御部１２、運動伝達部１３から構成される。この実施形態における運動伝達装置１０は、携帯電話２０に接続されストラップやアクセサリとして用いられる。
【００１１】
携帯電話接続部１１は、携帯電話２０の図示しない接続端子に接続され、携帯電話２０と制御部１２との間で送受信される制御信号を伝達し、また、制御部１２へ電源を供給する。
制御部１２は、運動伝達部１３から形状に関する計測値を取得して制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信するとともに、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して制御信号を受信し、この制御信号に基づいて運動伝達部１３を変形させる。
【００１２】
運動伝達部１３は、図２に示すように、９個の棒状部材３１〜３９の端部が取付位置４１〜４９において、後述する関節ユニット１００（図３、図４）により結合され、ループ状に形成されている。関節ユニット１００の関節は、外力又はアクチュエータ（駆動装置）により所定の軸線を中心に所定の角度だけ回転させることができるので、運動伝達部１３は、図１に示すように手で握り又は制御部１２からの制御により、各々の関節ユニット１００の関節が回転可能な範囲で任意に形状を変えることができる。また、運動伝達部１３は、自らの変形を各々の関節ユニット１００に設けたセンサにより計測する。
【００１３】
上記の棒状部材３１〜３９は、棒状に形成された部材である。材質は手で握っても変形しにくいものを用いる。これは、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させるためである。この棒状部材３１〜３９への関節ユニット１００の取り付け方は、関節ユニット１００の構成及び動作原理を説明した後に説明する。
【００１４】
ここで、図３及び図４を参照して、関節ユニット１００の構成について説明する。図３は、関節ユニット１００の関節が曲がった状態における斜視図であり、図４（ａ）は関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態における正面図、図４（ｂ）は同じく平面図である。スプリング１０２と位置が重なるため、図４（ａ）においては形状記憶合金アクチュエータ１２３及び１２４を省略し、図４（ｂ）においては形状記憶合金アクチュエータ１１３及び１１４を省略している。
【００１５】
関節ユニット１００は、小型のＲＵＩ（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ロボティックユーザインタフェース）、すなわち、実世界に存在する身体性を持ったロボットによるユーザインタフェースにおいてその関節に用いられ、１関節２自由度の動作を行うものである。例えば、この関節ユニット１００を２個用いて、第１の関節ユニット１００の形状を変化させ、これをセンサによって読み取った結果に基づいて第２の関節ユニット１００を動作させ、同様に、第２の関節ユニット１００の形状を変化させ、これをセンサによって読み取った結果に基づいて第１の関節ユニット１００を動作させることで、簡単な形状同期が可能となる。従来は、関節の駆動にはモータが使用されていたが、ここでは形状記憶合金やスプリング等で構成された双安定アクチュエータを使用する。これは自由度数に対して機構や重量増加が少ないため、小型化が容易であり携帯する物品に組み込むのに適している。
【００１６】
関節ユニット１００のコ字状のフレーム１１０及び１２０はロ字状の連結部材１０１の両側に結合され、それぞれ互いに垂直な軸線を中心に回転する。ここで、コ字状のフレーム１１０は第１、第２の側板部１１０ａ、１１０ｃとそれらを連結する連結板部１１０ｂとからなり、ロ字状の連結部材１０１は上板部１０１ａ、右側板部１０１ｂ、左側板部１０１ｃ、下板部１０１ｄからなり、コ字状のフレーム１２０は上板部１２０ａ、側板部１２０ｂ、下板部１２０ｃからなる。
【００１７】
フレーム１１０及び１２０、連結部材１０１の材質は、手で握っても変形しにくいものを用いる。これは、これらの部材が前述した運動伝達部１３の棒状部材３１〜３９と同様に運動伝達部１３の形状を構成するため、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させるためである。
【００１８】
このとき、フレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部と連結部材１０１の右側板部１０１ｂの中央部は、関節軸１１１により回転可能に結合され、フレーム１１０の第２の側板部１１０ｃの端部と連結部材１０１の左側板部１０１ｃの中央部は、関節軸１１２により回転可能に結合されている。同様に、フレーム１２０の上板部１２０ａの端部と連結部材１０１の上板部１０１ａの中央部は、関節軸１２１により回転可能に結合され、フレーム１２０の下板部１２０ｃの端部と連結部材１０１の下板部１０１ｄの中央部は、関節軸１２２により回転可能に結合されている。
【００１９】
関節軸１１１、１１２、１２１、１２２は、軸の両端を軸より直径の大きい円盤で挟んだ取付部材である。材質は、フレーム１１０及び１２０、連結部材１０１と同様に、手で握っても変形しにくいものを用いる。
取り付け方の一例は次の通りである。フレーム１１０及び１２０の上板部及び下板部に軸が通る穴を空け、関節軸の一方の円盤を外して軸をこの穴に通してから外した円盤を取り付けて、各フレームの内側に向いた関節軸の円盤と連結部材１０１とを上記で説明した位置で接合する。ここで、関節軸１１１と関節軸１１２はこれらの軸が同一線上にあるように取り付け、関節軸１２１と関節軸１２２はこれらの軸が同一線上にあるように取り付ける。
【００２０】
すなわち、フレーム１１０は、関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、フレーム１２０は、前記第１の軸線に直交し関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられている。
これにより、関節ユニット１００は、連結部材１０１に対してフレーム１１０及び１２０がそれぞれ１自由度動作を行う機構となっており、全体として２自由度動作を可能とする。これを動作させるため、スプリング１０２及び形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用いる。
【００２１】
スプリング１０２は、ロ字状の連結部材１０１の中空部を通して両端がそれぞれ、フレーム１１０の連結板部１１０ｂの中央部及びフレーム１２０の側板部１２０ｂの中央部に接続された弾性部材であり、接続された状態で収縮する方向に力が働いている。
【００２２】
形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４には、電流を流すと収縮し、電流を止めると元の長さに伸びる細い繊維状のアクチュエータ（駆動装置）を用いることができる。
この形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を取り付けるため、フレーム１１０の連結板部１１０ｂの外側に長方形の取付板１１７を取り付け、フレーム１２０の側板部１２０ｂの外側に長方形の取付板１２７を取り付ける。そして、取付板１１７のフレーム１１０に取り付けられた面と反対側の面に、２つのアクチュエータ取付部材１１５及び１１６を取り付け、取付板１２７のフレーム１２０に取り付けられた面と反対側の面に、２つのアクチュエータ取付部材１２５及び１２６を取り付ける。
【００２３】
アクチュエータ取付部材１１５及び１１６は、それぞれ関節軸１２１及び１２２との間に形状記憶合金アクチュエータ１１３及び１１４を取り付けるために使用されるので、長方形である取付板１１７の４辺のうち対応する関節軸に最も近い側の辺上にアクチュエータ取付部材１１５及び１１６をそれぞれ取り付ける。同様に、アクチュエータ取付部材１２５及び１２６は、それぞれ関節軸１１１及び１１２との間に形状記憶合金アクチュエータ１２３及び１２４を取り付けるために使用されるので、長方形である取付板１２７の４辺のうち対応する関節軸に最も近い側の辺上にアクチュエータ取付部材１２５及び１２６をそれぞれ取り付ける。
【００２４】
形状記憶合金アクチュエータ１１３の両端は、関節軸１２１の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１１５に接続し、形状記憶合金アクチュエータ１１４の両端は、関節軸１２２の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１１６に接続する。また、形状記憶合金アクチュエータ１２３の両端は、関節軸１１１の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１２５に接続し、形状記憶合金アクチュエータ１２４の両端は、関節軸１１２の連結部材１０１に接合された円盤と反対側の円盤の中央部及びアクチュエータ取付部材１２６に接続する。
【００２５】
すなわち、形状記憶合金アクチュエータ１１３は、フレーム１１０を関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータであり、形状記憶合金アクチュエータ１１４は、フレーム１１０を前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータである。また、形状記憶合金アクチュエータ１２４は、フレーム１２０を関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータであり、形状記憶合金アクチュエータ１２３は、フレーム１２０を前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータである。
【００２６】
各々の形状記憶合金アクチュエータの両端には、それぞれ電源とつなぐための導線を接続する。４つの形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４は個々に電流がオン、オフされる。
【００２７】
関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０には、連結部材１０１に対するフレーム１１０及び１２０の角度を読み取るセンサとして、図３、図４においては図示しないフォトリフレクタが設置されている。
図５は関節ユニット１００を図４（ａ）と同じ方向から見た図であり、フォトリフレクタの設置位置の一例を示す図である。フォトリフレクタ１３０は発光素子及び受光素子を有し、受光素子が受ける光の強さによって抵抗値が変化する。この発光素子及び受光素子は、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に動かされ図６（ｂ）に示す停止位置まで回転しきった状態において連結部材１０１の上板部１０１ａの正面にくるように設置されている。すなわち、フレーム１２０が一方向に回転しきる前は連結部材１０１の上板部１０１ａがフォトリフレクタ１３０の発光素子による光を反射する位置にはないが、フレーム１２０が一方向に回転しきると連結部材１０１の上板部１０１ａがフォトリフレクタ１３０の発光素子による光を反射する位置にくるため、受光素子が反射光を受けフォトリフレクタ１３０の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を読み取ることで、双安定状態のみであるが関節ユニット１００の形状を知ることができる。
【００２８】
このフォトリフレクタ１３０を第１のフォトリフレクタとすると、この他に、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印とは反対の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第２のフォトリフレクタ、フレーム１２０が図６（ａ）の紙面手前の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第３のフォトリフレクタ、その反対の方向に動かされ回転しきった状態を検知するための第４のフォトリフレクタを同様に設置する。
【００２９】
各々のフォトリフレクタには電源を供給するための導線２本と、受光素子の抵抗値を計測するための導線１本を接続する。各々のフォトリフレクタの抵抗値から次のようして各フレームが回転しきった状態であるか否かを知ることができる。例えば、フレーム１２０を図６（ａ）に示す矢印の方向に回転しきった状態とそうでない状態、すなわち、フォトリフレクタ１３０の受光素子の正面に連結部材１０１の上板部１０１ａがあるときとないときの抵抗値を予め計測しておく。するとフレーム１２０を動かして計測した抵抗値から受光素子の正面に連結部材１０１の上板部１０１ａがあるかないか、すなわち、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に回転しきった状態であるか否かを知ることができる。他のフォトリフレクタについても同様である。
【００３０】
次に、図６を参照して、関節ユニット１００の動作原理を説明する。図６においては、形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を省略している。
関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態、すなわち、フレーム１１０、連結部材１０１、フレーム１２０が図４に示す中立位置にあるとき、フレーム１１０とフレーム１２０に接続されたスプリング１０２はやや伸びた状態となっている。このときスプリング１０２は関節軸１１１と関節軸１１２の軸を通る第１の軸線上を通っている。このとき不安定な状態ではあるが、関節ユニット１００は静止した状態を保つ。
【００３１】
ここで、フレーム１２０が例えば図６（ａ）に示す矢印の方向に動かされると、スプリング１０２が第１の軸線上から少しずれる。こうするとスプリング１０２の収縮力により、スプリング１０２をずらした方向にフレーム１２０が回転する力が発生する。そしてある程度の角度だけフレーム１２０が動くと図６（ｂ）の状態となり回転は静止する。これは、図６（ｂ）の状態においては、スプリング１０２には収縮力が働いているが、スプリング１０２が連結部材１０１の左側板部１０１ｃと接しており、さらに回転すると左側板部１０１ｃによってスプリング１０２が伸長し、図６（ｂ）の位置に戻ろうとするためである。フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向と反対方向に動かされた場合も同様である。
また同様に、フレーム１２０が図６の紙面手前の方向に動かされ、スプリング１０２が関節軸１２１と関節軸１２２の軸を通る第２の軸線上からずれると、この軸線を中心としてフレーム１２０が回転し、ある角度で回転は静止する。フレーム１２０が図６の紙面奥の方向に動かされた場合も同様である。
つまり、スプリング１０２を第１の軸線上又は第２の軸線上からずらすことで、関節の２自由度の安定動作を行うことができる。スプリング１０２をこれらの軸線上からずらすためのアクチュエータ（駆動装置）として前述の形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を使用する。
【００３２】
例えば、上記のようにフレーム１２０を図６（ａ）に示す矢印の方向に動かすには、関節軸１２２とアクチュエータ取付部材１１６に取り付けられた、図６（ａ）においては図示しない形状記憶合金アクチュエータ１１４に電流を流す。すなわち、形状記憶合金アクチュエータ１１４の両端に導線を接続し、電源とつなぎスイッチを設けて回路を構成し、このスイッチをオンにして電流を流す。なお、このとき他の形状記憶合金アクチュエータ１１３、１２３、１２４には電流を流さない。すると形状記憶合金アクチュエータ１１４が収縮し、フレーム１２０が図６（ａ）に示す矢印の方向に動き出し、図６（ｂ）の位置で静止する。
【００３３】
このように動作させた関節ユニット１００の形状を知るには、前述のようにフレーム１１０及び１２０に設置された４個のフォトリフレクタそれぞれの受光素子の抵抗値を読み取る。
まず、４個のフォトリフレクタそれぞれに給電して発光素子を発光させる。そして、受光素子毎に設けた抵抗値を計測するための部品により抵抗値を計測し、前述のようにフレーム１１０及び１２０が回転しきった状態とそうでない状態について予め計測した抵抗値と比較することにより、各フレームが回転しきった状態であるか否かを知ることができる。
【００３４】
図２に戻り、以上説明した関節ユニット１００の棒状部材３１〜３９への取り付け方の一例を説明する。まず、運動伝達部１３が運動の伝達に使用されず静止状態であるときの形状に棒状部材３１〜３９を配置する。そして、棒状部材３１と３２を関節ユニット１００により取付位置４２で結合するには、棒状部材３１と３２のなす角度を上記の静止状態においてなす角度とし、関節ユニット１００を図４に示す静止状態であるようにして、棒状部材３２（図２）とフレーム１１０（図４）、棒状部材３１（図２）とフレーム１２０（図４）をそれぞれ固定する。他の取付位置４２〜４９における結合も同様である。
【００３５】
また、図７は、運動伝達部１３と構成が異なる運動伝達部１４を有する運動伝達装置１５の例を示す図である。運動伝達部１４は、図８に示すように１２個の棒状部材３０１〜３１２の端部が、取付位置４０１〜４１２に取り付けられた１２個の関節ユニット１００（図７）により結合され人形型が構成されている。すなわち、棒状部材３０１〜３１２はこの順に結合され閉じたループを形成しているが、棒状部材３０１及び３１２は人形の頭、棒状部材３０２及び３０３は人形の右腕、棒状部材３０５及び３０６は人形の右足、棒状部材３０７及び３０８は人形の左足、棒状部材３１０及び３１１は人形の左腕にそれぞれ対応するよう鋭角に結合され、棒状部材３０４及び３０９は人形の胴に対応するようほぼ平行となっている。
【００３６】
この運動伝達部１４には、例えば図１０に示すように頭部と手足を有する動物の人形をかぶせてもよい。この人形の材質は、柔軟なものを用いる。これは、手で握る力による運動伝達部１３の変形を各々の関節ユニット１００において適切に計測し、また、関節ユニット１００の動作により運動伝達部１３を適切に変形させ、これらを阻害しないようにするためである。この人形の取り付け方は、例えば、図８の棒状部材３０１及び３１２は人形の頭、棒状部材３０２及び３０３は人形の右腕、棒状部材３０５及び３０６は人形の右足、棒状部材３０７及び３０８は人形の左足、棒状部材３１０及び３１１は人形の左腕、棒状部材３０４及び３０９は人形の胴にそれぞれ固定する。
なお、運動伝達部を構成する棒状部材及び関節ユニット１００の個数、棒状部材同士を関節ユニット１００で結合するときの結合位置、これらによって構成される形状等は図２、図７に限定されない。また、棒状部材は他の形状の部材で置き換えてもよい。
【００３７】
図１に戻り、制御部１２は、以上説明した運動伝達部１３と接続されるとともに、携帯電話接続部１１と接続されており、取付位置４１〜４９に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたセンサの計測値、すなわち、フォトリフレクタの受光素子の抵抗値を一定周期で読み取って制御信号を生成し、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信するとともに、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させることにより運動伝達部１３を変形させる。
【００３８】
関節ユニット１００毎に４本の形状記憶合金アクチュエータと４個のフォトリフレクタが取り付けられているが、制御部１２における配線は次のように行う。
各々の形状記憶合金アクチュエータの両端に接続された導線を制御部１２に引き込み、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０から供給された電源とつないで回路を構成し、電流をオン、オフするためのスイッチ回路を取り付ける。
また、携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０から供給された電源を各々のフォトリフレクタに供給する。電源はフォトリフレクタ毎にオン、オフする必要はないので、例えば並列に接続して供給してもよいが、各々のフォトリフレクタの受光素子の抵抗値を計測するための導線はフォトリフレクタ毎に制御部１２に引き込み、抵抗値を計測するための計測回路を取り付ける。
【００３９】
例えば、運動伝達部１３が図２のように構成されているときは、取付位置４１〜４９毎に関節ユニット１００が取り付けられており、９個の関節ユニット１００について、それぞれ、４本の形状記憶合金アクチュエータ毎に電流のオン、オフを制御し、４個の受光素子毎に抵抗値を計測する必要がある。このため、上記のスイッチ回路は３６本の形状記憶合金アクチュエータの電流を別々にオン、オフし、上記の計測回路は３６個の受光素子の抵抗値を別々に計測する。
【００４０】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は次の通りである。上記のように計測回路において計測した抵抗値と、前述のようにフレーム１１０及び１２０が回転しきった状態とそうでない状態について予め計測した抵抗値と比較することにより、各フレームが回転しきった状態であるか否かを検知し、例えば、各フレームが回転しきった状態である場合は符合「１」、そうでない場合は符号「０」を割り当て、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について第１のフォトリフレクタから第４のフォトリフレクタの順に、先頭から「１」又は「０」の符号を並べることにより、運動伝達部１３の形状を特定する制御信号を生成する。
【００４１】
また、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。制御部１２は制御信号の先頭から符合が「１」であるか「０」であるか読み出し、制御信号における「１」又は「０」の符合の列の先頭から順に、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について形状記憶合金アクチュエータ１１４、１１３、１２４、１２３の順に対応させ、符合が「１」である場合はスイッチ回路において対応する形状記憶合金アクチュエータの電流をオンとし、符合が「０」である場合はオフとする。これにより、電流がオンとなった形状記憶合金アクチュエータが収縮し、電流がオフとなった形状記憶合金アクチュエータが元の長さに伸び、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００４２】
なお、上記では運動伝達装置１０は、携帯電話接続部１１を介して有線で携帯電話２０と制御信号を送受信するが、例えば、携帯電話接続部１１は運動伝達装置１０を携帯電話２０にくくりつけるための紐として制御信号の送受信はせず、制御部１２と携帯電話２０の両方にこれらの間で無線通信するための通信手段、一例としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース、登録商標）による通信手段を備え、また、制御部１２にこの通信手段及び運動伝達部１３に電源を供給するための電池を内蔵してもよい。
【００４３】
次に、この実施形態において用いられる携帯電話２０の構成を説明する。携帯電話２０は、通話中にリアルタイムな双方向通信で運動伝達装置１０同士を接続する機能、すなわち、相手先の携帯電話２０と音声信号の送受信を行うと同時に制御信号の送受信を行う機能を有する。これは例えば音声信号を送受信するプロトコルにおける空きデータ領域に制御信号を格納して送受信するか、又は、制御信号を音声信号に変換し、通話の音声信号に重畳させ背景音として送受信する方法により行う。
また、制御信号の送受信は別の通信手段により行ってもよい。例えば制御部１２に携帯電話２０とは別に携帯電話の機能を設け、相手先も同様の制御部１２を有する運動伝達装置１０を所持し、この制御部１２に相手先の制御部１２に設けられた携帯電話の電話番号を予め設定しておき、運動伝達部１３が変形されたときに制御部１２に設けられた携帯電話により相手先の運動伝達装置１０の制御部１２に設けられた携帯電話と通信し、制御信号を送受信してもよい。
また、通話は行わず運動の伝達のみを行う場合は、運動伝達装置１０の携帯電話接続部１１を携帯電話２０のマイク／イヤホン端子に接続し、制御信号を音声信号に変換して送受信してもよい。この場合、運動伝達装置１０の制御部１２は、運動伝達部１３の計測値から生成された制御信号を音声信号に変換し携帯電話接続部１１を介して携帯電話２０へ送信し、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した音声信号を制御信号に変換して運動伝達部１３の関節ユニット１００を動作させる。また、携帯電話接続部１１を携帯電話２０のデータ通信端子に接続して制御信号をデータとして送受信してもよい。
【００４４】
次に、図９及び図１０を参照して、上述した運動伝達装置１０の動作を説明する。図９は、運動伝達装置１０が接続された携帯電話２０と運動伝達装置１０ａが接続された携帯電話２０ａの間で通話中に、運動伝達装置１０と運動伝達装置１０ａの間で運動の伝達を行う様子を示す図である。ここで携帯電話２０ａは携帯電話２０と同様の構成であり、運動伝達装置１０ａは運動伝達装置１０と同様の構成であり、運動伝達装置１０ａの運動伝達部１３ａは運動伝達部１３と同様に棒状部材３１ａ〜３９ａが取付位置４１ａ〜４９ａにおいてそれぞれ関節ユニット１００により結合されているとする。
【００４５】
携帯電話２０の通話者が携帯電話２０ａとの間の回線接続を行った後、運動伝達装置１０の運動伝達部１３を手で握り変形させると、制御部１２は一定周期で運動伝達部１３に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたフォトリフレクタの抵抗値を読み取って制御信号を生成し、携帯電話２０へ送信する。この制御信号は前述のようにして携帯電話２０から携帯電話２０ａに送信される。携帯電話２０ａは、携帯電話２０から受信した制御信号に基づいて対応する位置に取り付けられた関節ユニット１００それぞれを動作させることにより運動伝達部１３ａを変形させる。
同様に、携帯電話２０ａの通話者が運動伝達装置１０ａの運動伝達部１３ａを手で握り変形させると、制御部１２ａは一定周期で運動伝達部１３に取り付けられた関節ユニット１００それぞれに設けられたフォトリフレクタの抵抗値を読み取って制御信号を生成し、携帯電話２０ａへ送信する。この制御信号は前述のようにして携帯電話２０ａから携帯電話２０に送信される。携帯電話２０は、携帯電話２０ａから受信した制御信号に基づいて対応する位置に取り付けられた関節ユニット１００それぞれを動作させることにより運動伝達部１３を変形させる。
以上により、運動伝達部１３と１３ａの形状同期が行われ、手慰み動作を相互に伝達し合い、触動作によるコミュニケーション手段として用いられる。
【００４６】
図１０は、図９と同様に運動の伝達を行う様子を示す図であるが、運動伝達装置が異なる。すなわち、運動伝達部１４を有する運動伝達装置１５（図７）が接続された携帯電話２０と、運動伝達装置１５ａが接続された携帯電話２０ａの間で通話中に運動伝達部１４と１４ａの形状同期を行う例である。ここで携帯電話２０ａは携帯電話２０と同様の構成であり、運動伝達装置１５ａは運動伝達装置１５と同様の構成であり、運動伝達装置１５ａの運動伝達部１４ａは運動伝達部１４と同様に棒状部材３０１ａ〜３１２ａが取付位置４０１ａ〜４１２ａにおいてそれぞれ関節ユニット１００により結合されているとする。また運動伝達部１４及び１４ａには前述のようにして人形がかぶせられ、棒状部材３０１ａ〜３１２ａに固定されているとする。形状同期の動作は上記と同様である。
【００４７】
なお、図９及び図１０は、それぞれ同一の構成からなる運動伝達部を有する運動伝達装置を用いて相互に運動の伝達を行う例であるが、構成が異なる運動伝達部を有する運動伝達装置を用いて相互に運動の伝達を行う場合は、関節ユニット１００の自由度数、運動伝達部の形状等の違いを考慮して、動作変換を行う等により相互の触動作コミュニケーションが可能となる。
また、運動伝達装置へ送信される制御信号は、他の運動伝達装置で計測され生成された制御信号だけでなく、計算機により生成された制御信号でもよい。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では関節ユニット１００を動作させるために形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用いたが、この実施形態ではこれらを用いずに可動コイル型リニアモータを用いる。可動コイル型リニアモータは、ハードディスクにおいて磁気ヘッドが取り付けられたアームを移動させるために用いられているほか、小型玩具で多く用いられている駆動機構である。この駆動機構はコイルと磁石で構成されているので、小型化に適している。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００４９】
上記の可動コイル型リニアモータは、例えば次のように取り付ける。図３の関節軸１１１及び１２１は取り付けず、関節軸１１１及び１２１のそれぞれの軸の位置に可動コイル型リニアモータの回転軸がくるようにして、可動コイル型リニアモータの本体を連結部材１０１に固定する。すなわち、第１の可動コイル型リニアモータの本体を右側板部１０１ｂの中央に固定し、第２の可動コイル型リニアモータの本体を上板部１０１ａの中央に固定する。そして、第１の可動コイル型リニアモータの回転軸をフレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部に固定し、第２の可動コイル型リニアモータの回転軸をフレーム１２０の上板部１２０ａの端部に固定する。
また、可動コイル型リニアモータ毎に回転を制御するための導線を制御部１２に引き込む。すなわち、制御部１２は、関節ユニット１００毎に２個の可動コイル型リニアモータを制御する。
【００５０】
ここで、第１の可動コイル型リニアモータの回転方向は、第１の実施形態において形状記憶合金アクチュエータ１１４が収縮したときにフレーム１１０が回転する方向を時計回り、形状記憶合金アクチュエータ１１３が収縮したときにフレーム１１０が回転する方向を反時計回りとする。また、第２の可動コイル型リニアモータの回転方向は、第１の実施形態において形状記憶合金アクチュエータ１２４が収縮したときにフレーム１２０が回転する方向を時計回り、形状記憶合金アクチュエータ１２３が収縮したときにフレーム１２０が回転する方向を反時計回りとする。
【００５１】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は第１の実施形態と同様である。制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。
制御部１２は制御信号の先頭から符合が「１」であるか「０」であるか読み出し、制御信号における「１」又は「０」の符合の列の先頭から順に、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１の可動コイル型リニアモータの時計回りの回転の有無、第１の可動コイル型リニアモータの反時計回りの回転の有無、第２の可動コイル型リニアモータの時計回りの回転の有無、第２の可動コイル型リニアモータの反時計回りの回転の有無の順に対応させ、符合が「１」である場合は該当する可動コイル型リニアモータを該当する方向に回転させる。これにより、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態では関節ユニット１００を動作させるためスプリング１０２及び形状記憶合金アクチュエータ１１３、１１４、１２３、１２４を用い、連結部材１０１に対するフレーム１１０及び１２０の角度を読み取るセンサとしてフォトリフレクタを用いたが、この実施形態ではこれらを用いずにＲＣ（ラジオコントロール）サーボモータを用いる。ＲＣサーボモータとは、ラジコン用に作られた制御回路を含むモータモジュールであり、制御回路に制御パルスを送信するとそのパルス幅に比例した角度だけ回転し、また、回転軸の回転角度を検知することができる。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００５３】
上記のＲＣサーボモータは、例えば次のように取り付ける。図３の関節軸１１１及び１２１は取り付けず、関節軸１１１及び１２１のそれぞれの軸の位置にＲＣサーボモータの回転軸がくるようにして、ＲＣサーボモータの本体を連結部材１０１に固定する。すなわち、第１のＲＣサーボモータの本体を右側板部１０１ｂの中央に固定し、第２のＲＣサーボモータの本体を上板部１０１ａの中央に固定する。そして、第１のＲＣサーボモータの回転軸をフレーム１１０の第１の側板部１１０ａの端部に固定し、第２のＲＣサーボモータの回転軸をフレーム１２０の上板部１２０ａの端部に固定する。
また、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。すなわち、制御部１２は、関節ユニット１００毎に２個のＲＣサーボモータを制御する。
【００５４】
制御部１２における制御信号の生成の仕方は次の通りである。各ＲＣサーボモータにおいて検知した回転軸の回転角度を示す値を読み取り、取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１のＲＣサーボモータ、第２のＲＣサーボモータの順に、先頭から回転角度を示す値を並べることにより、運動伝達部１３の形状を特定する制御信号を生成する。
【００５５】
また、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて各関節ユニット１００を動作させる仕方は次の通りである。制御部１２は制御信号として並べられた回転角度を示す値を読み出し、先頭から順に取付位置４１〜４９の順で、各々の関節ユニット１００について、第１のＲＣサーボモータ、第２のＲＣサーボモータの順に対応させ、読み出した値が示す回転角度だけ回転軸を回転させる制御パルスをＲＣサーボモータに送信する。これにより、各関節ユニット１００のフレーム１１０及び１２０が動作し、運動伝達部１３が変形する。
【００５６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第１の実施形態においては運動伝達部１３（図２）又は運動伝達部１４（図８）を用いたが、この実施形態においては図１１に示す運動伝達部１６を用いる。以下、上述した第１の実施形態と異なるその他の部分について説明する。
【００５７】
運動伝達部１６は、図１２に示す１自由度の関節ユニット４００が７個接続され、鎖状に形成されている。なお、運動伝達部１６を構成する関節ユニット４００の個数はこの個数に限定されない。
【００５８】
まず、図１２を参照して関節ユニット４００の構成を説明する。図１２は関節ユニット４００の平面図、正面図及び右側面図である。関節ユニット４００は、コ字状のフレーム４１０が直方体の箱型部材４２０に軸線４１５を中心に回動自在に取り付けられている。ここで、コ字状のフレーム４１０は、右側板部４１０ａ、左側板部４１０ｃとそれらを連結する連結板部４１０ｂからなり、直方体の箱型部材４２０は、上板部４２０ａ、第１の側板部４２０ｂ、第２の側板部４２０ｃ、第３の側板部４２０ｄ、第４の側板部４２０ｅ、下板部４２０ｆからなる。これらの部材は運動伝達部１６の形状を構成するため、手で握っても変形しにくい材質を用いる。
【００５９】
フレーム４１０の箱型部材４２０への取り付け方は、例えば次の通りである。箱型部材４２０の第２の側板部４２０ｃが軸線４１５と交わる位置に、ＲＣサーボモータの回転軸が通る軸穴を空ける。そして、軸線４１５上にＲＣサーボモータの回転軸がくるようにして、ＲＣサーボモータの本体を箱型部材４２０の内側から第２の側板部４２０ｃに固定する。ＲＣサーボモータの回転軸は、軸穴から箱型部材４２０の第２の側板部４２０ｃの外側へ出し、フレーム４１０の左側板部４１０ｃの端部に設けた軸受４４０に固定する。一方、軸線４１５と箱型部材４２０の第４の側板部４２０ｅ及びフレーム４１０の右側板部４１０ａが交わる位置には関節軸４３０を取り付ける。関節軸４３０は、第１の実施形態における関節軸１１１等と同様の構造であり、取り付け方も同様である。
また、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。制御部１２は、関節ユニット４００毎に１個のＲＣサーボモータを制御する。
【００６０】
取付部材４５０は、他の関節ユニット４００との接続に用いる。すなわち、一方の関節ユニット４００のフレーム４１０の連結板部４１０ｂの中央と、他方の関節ユニット４００の箱型部材４２０の上板部４２０ａの中央とを、この取付部材４５０で接続する。これは軸の両端を軸より直径の大きい円盤で挟んで固定する取付部材である。フレーム４１０の連結板部４１０ｂの中央には、取付部材４５０の軸を通す軸穴を空ける。同様に、箱型部材４２０の上板部４２０ａの中央には、取付部材４５０の軸を通す軸穴４２１を空ける。一方の関節ユニット４００のフレーム４１０の連結板部４１０ｂと、他方の関節ユニット４００の箱型部材４２０の上板部４２０ａの間に穴が空いた厚みのある円盤を挟んでもよい。
図１２に示す運動伝達部１６は、以上説明した関節ユニット４００を互いに９０度の角度をなすように７個接続し、携帯電話接続部１１から遠い側の末端に箱型部材４２０を結合したものである。なお、図１１においては制御部１２は省略している。
【００６１】
上述したように、運動伝達部１６を構成する関節ユニット４００は各々の軸線４１５を中心に回転させることができるので、運動伝達部１６は第１の実施形態における運動伝達部１３又は運動伝達部１４と同様に、手で握り又は制御部１２からの制御により各々の関節ユニット４００が回転可能な範囲で任意に形状を変えることができる。また、制御部１２は、各々の関節ユニット４００に設けたＲＣサーボモータが検知した回転軸の回転角度を読み取ることにより、運動伝達部１６の変形を計測することができる。
【００６２】
この運動伝達部１６には、例えば図１１に示すように動物の尾のような形状で柔軟な材質のぬいぐるみ１７をかぶせてもよい。このぬいぐるみ１７の取り付け方は、例えば、各関節ユニット４００のフレーム４１０の第１の側板部４２０ａと第２の側板部４２０ｃの外側をぬいぐるみ１７の内側に接着する。接着する部分は他の部分でもよいし、運動伝達部１６をこのぬいぐるみ１７に封入し、どの部分も接着しなくてもよい。
【００６３】
配線は、ＲＣサーボモータ毎に制御パルスの送信及び回転角度の検知を行うための導線を制御部１２に引き込む。制御部１２は、関節ユニット４００毎に１個づつのＲＣサーボモータを制御する。制御部１２における制御信号の生成の仕方、及び、制御部１２において、携帯電話２０から携帯電話接続部１１を介して受信した制御信号に基づいて関節ユニット４００を動作させる仕方は、第３の実施形態と同様である。これにより、関節ユニット４００が動作し、運動伝達部１６が変形する。
【００６４】
なお、上述した能動的変形機能は、マナーモード振動の代用や着信メロディの代わりに、特徴的にくねる、ダンスを踊る等の様々な動きをさせるために利用することもできる。
携帯電話のストラップは近年装飾化が進んでおり、通話中の手慰みとして利用されることも多い。本発明は、この際にストラップの変形を双方向に伝達することができ、既存のコミュニケーションスタイルを利用してその効果を強化するデバイスとして位置づけられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、携帯電話に代表される携帯端末に有線又は無線を介して接続され運動を伝達する装置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による運動伝達装置１０の構成を示す図である。
【図２】運動伝達部１３の構成を示す図である。
【図３】関節ユニット１００の関節が曲がった状態における斜視図である。
【図４】関節ユニット１００の関節が曲がっていない状態における正面図及び平面図である。
【図５】フォトリフレクタの設置位置の一例を示す図である。
【図６】関節ユニット１００の動作原理を説明する図である。
【図７】運動伝達装置１５の構成を示す図である。
【図８】運動伝達部１４の構成を示す図である。
【図９】携帯電話２０及び２０ａを介した運動伝達装置１０及び１０ａの動作を示す図である。
【図１０】携帯電話２０及び２０ａを介した運動伝達装置１５及び１５ａの動作を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による運動伝達部１６の構成を示す図である。
【図１２】関節ユニット４００の構成を示す平面図、正面図及び右側面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０ａ、１５、１５ａ…運動伝達装置
１１、１１ａ…携帯電話接続部
１２、１２ａ…制御部
１３、１３ａ、１４、１４ａ、１６…運動伝達部
１７…ぬいぐるみ
２０、２０ａ…携帯電話
３１、３１ａ、３２、３２ａ、３３、３３ａ、３４、３４ａ、３５、３５ａ、３６、３６ａ、３７、３７ａ、３８、３８ａ、３９、３９ａ…棒状部材
４１、４１ａ、４２、４２ａ、４３、４３ａ、４４、４４ａ、４５、４５ａ、４６、４６ａ、４７、４７ａ、４８、４８ａ、４９、４９ａ、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０、４１１、４１２…取付位置
１００…関節ユニット
１０１…連結部材
１０１ａ…上板部
１０１ｂ…右側板部
１０１ｃ…左側板部
１０１ｄ…下板部
１０２…スプリング
１１０…フレーム
１１０ａ…第１の側板部
１１０ｂ…連結板部
１１０ｃ…第２の側板部
１１１、１１２、１２１、１２２…関節軸
１１３、１１４、１２３、１２４…形状記憶合金アクチュエータ
１１５、１１６、１２５、１２６…アクチュエータ取付部材
１１７、１２７…取付板
１２０…フレーム
１２０ａ…上板部
１２０ｂ…側板部
１２０ｃ…下板部
１３０…フォトリフレクタ
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、３１２…棒状部材
４００…関節ユニット
４１０…フレーム
４１０ａ…右側板部
４１０ｂ…連結板部
４１０ｃ…左側板部
４１５…軸線
４２０…箱型部材
４２０ａ…上板部
４２０ｂ…第１の側板部
４２０ｃ…第２の側板部
４２０ｄ…第３の側板部
４２０ｅ…第４の側板部
４２０ｆ…下板部
４２１…軸穴
４３０…関節軸
４４０…軸受
４５０…取付部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力により形が変化する形変化手段と、
前記形変化手段の形を変化させる駆動手段と、
前記形変化手段の変形を計測する計測手段と、
外部機器との間で制御信号を送受信する通信手段と、
前記計測手段による計測結果から制御信号を生成し、前記通信手段へ出力するとともに、前記通信手段により受信した制御信号に基づいて前記駆動手段を駆動する制御手段と、
を具備することを特徴とする運動伝達装置。
【請求項２】
前記形変化手段は、複数の棒状部材と、各棒状部材の端部を接続する複数の関節ユニットとから構成され、ループ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の運動伝達装置。
【請求項３】
前記関節ユニットは、
コ字状に形成された第１のフレーム及び第２のフレームと、
ロ字状に形成され前記第１のフレームが第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、前記第２のフレームが前記第１の軸線に直交する第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられた連結部材と、
前記連結部材の中空部を通して前記第１のフレームと前記第２のフレームとに両端が接続された弾性部材と、
を具備し、
前記駆動手段は、
前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータと、
前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータと、
前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータと、
前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータと、
を具備し、
前記計測手段は、
前記第１のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したか、及び、前記第２のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したかを各々検知することを特徴とする請求項２に記載の運動伝達装置。
【請求項４】
前記形変化手段は、複数の関節ユニットを鎖状に接続したことを特徴とする請求項１に記載の運動伝達装置。
【請求項５】
前記関節ユニットは、
コ字状に形成されたフレームと、
前記フレームが所定の軸線を中心に回動自在に取り付けられた箱型部材と、
を具備し、
前記駆動手段は、
前記フレームを所定の軸線を中心に回転させるモータを具備し、
前記計測手段は、
前記モータの回転軸の回転角度を検知することを特徴とする請求項４に記載の運動伝達装置。
【請求項１】
外力により形が変化する形変化手段と、
前記形変化手段の形を変化させる駆動手段と、
前記形変化手段の変形を計測する計測手段と、
外部機器との間で制御信号を送受信する通信手段と、
前記計測手段による計測結果から制御信号を生成し、前記通信手段へ出力するとともに、前記通信手段により受信した制御信号に基づいて前記駆動手段を駆動する制御手段と、
を具備することを特徴とする運動伝達装置。
【請求項２】
前記形変化手段は、複数の棒状部材と、各棒状部材の端部を接続する複数の関節ユニットとから構成され、ループ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の運動伝達装置。
【請求項３】
前記関節ユニットは、
コ字状に形成された第１のフレーム及び第２のフレームと、
ロ字状に形成され前記第１のフレームが第１の軸線を中心に回動自在に取り付けられ、前記第２のフレームが前記第１の軸線に直交する第２の軸線を中心に回動自在に取り付けられた連結部材と、
前記連結部材の中空部を通して前記第１のフレームと前記第２のフレームとに両端が接続された弾性部材と、
を具備し、
前記駆動手段は、
前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に時計回りに回転させる第１のアクチュエータと、
前記第１のフレームを前記第１の軸線を中心に反時計回りに回転させる第２のアクチュエータと、
前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に時計回りに回転させる第３のアクチュエータと、
前記第２のフレームを前記第２の軸線を中心に反時計回りに回転させる第４のアクチュエータと、
を具備し、
前記計測手段は、
前記第１のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したか、及び、前記第２のフレームが中立位置にあるか停止位置まで回転したかを各々検知することを特徴とする請求項２に記載の運動伝達装置。
【請求項４】
前記形変化手段は、複数の関節ユニットを鎖状に接続したことを特徴とする請求項１に記載の運動伝達装置。
【請求項５】
前記関節ユニットは、
コ字状に形成されたフレームと、
前記フレームが所定の軸線を中心に回動自在に取り付けられた箱型部材と、
を具備し、
前記駆動手段は、
前記フレームを所定の軸線を中心に回転させるモータを具備し、
前記計測手段は、
前記モータの回転軸の回転角度を検知することを特徴とする請求項４に記載の運動伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２４４４１１（Ｐ２００６−２４４４１１Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６２９４９（Ｐ２００５−６２９４９）
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年９月８日から１０日 日本バーチャルリアリティ学会主催の「日本バーチャルリアリティ学会 第９回大会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年９月８日から１０日 日本バーチャルリアリティ学会主催の「日本バーチャルリアリティ学会 第９回大会」において文書をもって発表
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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