JP3075546B2 - 触覚センサをもちいた６自由度ポインティング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばコンピュータ、制
御装置への入力機器等として用いる触覚センサをもちい
た６自由度ポインティング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ、制御装置のポイン
ティング装置としては以下のような機器がある。

【０００３】（１） 回転の方向を利用したマウス、ト
ラックボール等の２軸の指示データデバイス。

【０００４】（２） 歪を利用した２軸のジョイスティ
ック、及びスティック軸回り回転軸を加えた３軸のジョ
イスティック。

【０００５】（３） ボタンの回転量を変化量とし、必
要な自由度数分のボタンを用意したデバイス。

【０００６】（４） 磁気を利用したセンサ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】３次元ＣＡＤシステム
など３次元のデータを処理するシステムでは、６自由度
の指示が必要である。現在ある磁気を利用した６自由度
ポインティング装置には、電磁場の変動するディスプレ
イの近くでは、不安定である欠点があった。

【０００８】また、２ないし３自由度のポインティング
装置を組み合わせた装置は、自由度毎に指示する必要が
あり、操作性が悪い。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決し、場所をと
らず簡単な操作により、３次元空間における並進と移動
の６軸の指示を可能とする触覚センサをもちいた６自由
度ポインティング装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、球状に取り付けられた触覚センサを利用
し、触覚センサの取り付けられた球面に対する接触位置
を検出する球面位置検出装置と、接触データを球に固定
された座標軸に対する角度に変換し、その角度情報から
３次元の並進運動、回転運動の６軸の方向指示情報に変
化させる変換装置とを具備したことを特徴とするもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明は、接触した事を感知する触覚センサ
を、球状に装着することにより、３次元世界における並
進運動、回転運動の情報を検出できる。従って、電磁場
の変化する環境、設置スペースの限られた所で、６自由
度の位置と姿勢の制御が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００１３】即ち、図２に示すように、触覚センサが取
り付けてある球面を接触することで、接触点の位置がロ
ール角（θ）とピッチ角（ψ）の形でわかる。

【００１４】また、並進移動方向の指示は、図３に示す
ように、進ませたい方向の球面上の点を１点接触する。
接触点p0の（θ，ψ）から計算される（ｕ_x ，ｕ_y ，ｕ
_z ）の方向が並進移動方向である。

【００１５】なお、並進移動量の指示は、接触時間に比
例して行われる。

【００１６】また、回転方向の指示は、図４に示すよう
に、回転軸の方向を決定する２点を接触する。接触点p1
（ u_1x,u_1y,u_1z），p2（ u_2x,u_2y,u_2z）から計算される
（ｖ_x ＝ u_1x− u_2x，ｖ_y ＝ u_1y− u_2y，ｖ_z ＝ u_1z−
u_2z）の方向が回転軸の方向である。先に接触した点を
p1、後に接触した点をp2とする。回転方向は、回転軸に
対して、右廻りまたは左廻りに予め設定しておく。

【００１７】なお、回転量の指示は、接触時間に比例し
て行われる。

【００１８】また、モード切り替えの指示は、同時に複
数の点が接触された時（即ち、握られた時）に行われ
る。

【００１９】図１は本発明の一実施例を示す構成説明図
であり、図５はそのイメージを示す概略斜視図である。
即ち、球面位置検出装置１は球形の形状面及び球面上の
点と１対１対応可能な点を含む形状面に触覚センサを装
着し、触る事により球面上の位置を検知する。変換装置
２は球面位置検出装置１から出力される指定されている
座標軸に対するロール角（θ）とピッチ角（ψ）をもと
に、球面上の一点に触れる事で指定座標軸に対する並進
移動方向と移動量、球面上の二点に触れる事で回転運動
量に変換する。変換装置２の出力は、例えば、RS232Cイ
ンターフェイスのような汎用の形式でコンピュータ３に
出力する。

【００２０】図６はアレイ状触覚センサを用いた球面位
置検出装置１０１の一例である。即ち、球面上に、地球
の緯度・経度と同じようにアレイ状触覚センサを装着す
る。接触による電圧の変化からアレイの位置、即ち、接
触点のロール角（θ）とピッチ角（ψ）が算出できる。

【００２１】図７は圧覚センサを用いた球面位置検出装
置１０２の一例である。即ち、球面上に、圧覚センサを
一様に装着する。圧覚センサと装着された球面上の位置
（θ，ψ）とは、１対１に対応している。触覚によりあ
るセンサがオン状態になる事で、接触点のロール角
（θ）とピッチ角（ψ）が算出できる。

【００２２】図８は変換装置２の処理例を示すフローチ
ャートである。ここでは、球面位置検出装置１から、毎
秒ｈ回の周期で送られる接触点情報データ（pi= （θ
ｉ，ψｉ），ｉ＝１，……，ｎ）を元に、並進移動方
向、並進移動量、回転方向、回転量、モード切り替えの
指示データを作成する。

【００２３】即ち、変換装置２は、サンプリング時間
（１／ｈ）内に、球面位置検出装置１から接触点情報デ
ータ（ｐｉ，ｉ＝１，……，ｎ）が送られると、操作モ
ードと計測された接触点の数に応じた処理をする。操作
モードが１の時は、並進移動方向、回転方向、モード切
り替えを行う。いくつかのサンプリング時間にわたっ
て、接触し続けると、接触時間に応じた移動量になる。
操作モードは、応用に応じた設定ができる。

【００２４】しかして、サンプリング時間（１／ｈ）内
に接触点情報データ（ｐｉ，ｉ＝１，……，ｎ）があ
り、操作モードが１の時は、１点接触でΔｄだけ￣ｕ＝
（ｕ_x，ｕ_y ，ｕ_z ）方向に動し、２点接触でΔｄだけ
￣ｖ＝（ｖ_x ，ｖ_y ，ｖ_z ）を回転軸とする方向に回転
させ、多点接触で操作モードを変更する。

【００２５】操作モードが２〜ｎの時は、応用に応じて
規定された処理をする。

【００２６】この実施例の応用分野としてはコンピュー
タの入力装置のほかに、遠隔ロボットや装置の制御用の
装置などが考えられる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、接触
した事を感知する触覚センサを、球状に装着したことに
より３次元世界における並進運動、回転運動の情報を検
出できる。従って、電磁場の変化する環境、設置スペー
スの限られた所で、６自由度の位置と姿勢の制御が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。

【図２】本発明に係る球面位置検出装置のロール角とピ
ッチ角を示す説明図である。

【図３】本発明に係る球面位置検出装置の一点接触を示
す説明図である。

【図４】本発明に係る球面位置検出装置の二点接触を示
す説明図である。

【図５】本発明の一実施例を示す概略的構成図である。

【図６】本発明に係るアレイ状触覚センサを用いた球面
位置検出装置の一例をを示す概略的構成図である。

【図７】本発明に係る圧覚センサを用いた球面位置検出
装置の一例をを示す概略的構成図である。

【図８】本発明に係る変換装置の一例をを示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１，１０１，１０２…球面位置検出装置、２…変換装
置、３…コンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｍ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 315 G06F 3/03 380 B25J 13/02 B25J 19/02 G05D 3/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球形の形状面及び球面上の点と１対１対
   応可能な点を含む形状面に触覚センサを装着し、触る事
   により球面上の位置を検知する球面位置検出装置と、 この球面位置検出装置から出力される指定されている座
   標軸に対するロール角とピッチ角をもとに、球面上の一
   点に触れる事で指定座標軸に対する並進移動方向と移動
   量、球面上の二点に触れる事で回転運動量に変換する変
   換装置とを具備したことを特徴とする触覚センサをもち
   いた６自由度ポインティング装置。