JP2007520793A - アクチュエーションブロック及び連結セグメント列を有するマニュアルインタフェース - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は使用者のフィンガーグリップ（３１）によりマニュアルインタフェース終端として用いられるセグメント列用のアクチュエーションブロックを提供する。
【解決手段】
本発明のアクチュエーションブロックは、使用者の手またはアームに固定されるベース（1）と、二つあるいは三つのモータ（5、32）とを備える。これらのモータは、メイン延長方向またはこれらの出力軸方向が、セグメントの列の第1枢動セグメント（16）と平行であるように配向される。それによりアクチュエーションブロックは小型化される。アクチュエーションブロックの用途は、制御アーム、または逆にフォース・リタンアームを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明の対象物は、アクチュエーションブロック及び連結セグメント列を有するマニュアルインタフェースに関する。本発明の応用は、使用者によりアームに装着され、場合によって、手の動きに応じるか、伝送動作または他の使用者への信号に応じるマニュアルインタフェースに関する。より具体的にはシミュレーション、学習またゲームのようなインタフェース応用による特定の状況下、振動を指に、対応情報をその個人に伝えることができるアクチュエータ装置に関する。

まだ開示されていない特許文献ＦＲ０３００２９４には、改良された例が記載されている。他のインタフェースは、Frisoli等が２００２年９月２９日〜１０月２日、モントリオールにて開催された“DECT’02議事会, ASME 2002 設計技術会議及び技術会議におけるコンピュータと情報 ”にて発表した論文“手の感触インタフェースの機械的設計”に記載されている（または、サイトhttp://intro.kz.tsukuba.ac.jp/vrlabweb/wearablemaster/wearablemaster e.html
を参照、「“着用できるマスター”インタフェース」）。

上記のアクチュエーションブロックには、扱いにくく、重く、操作しにくくて衝突状況がセグメントの列及びモータの間に起こりやすいという、不具合があった。

本発明のひとつの目的は、従来の不具合を解決するアクチュエーションブロックを提供することにある。

この説明の目的で、アクチュエーションブロックは組立体を意味する。該組立体には、モータ及びトランスミッションが備えられ、該トランスミッションは列の連結セグメントをつなげて、その変位を制御し、または列が操作者により操作される場合、関連のエンコーダーを用いて移動を測定する時、それらに検知力を付与してより容易かつより良好に制御させる。上記のあらゆる場合において、モータは静的抵抗を引力に対抗させることにより、停止（at-rest）位置にセグメント列を維持させるさらなる作用を通常有する。

アクチュエーションブロックは、エンドプレート、このエンドプレートと連結される第1セグメントと、該第1セグメントと連結される第2セグメントと、セグメントの回転運動と関連する二つのモータと二つのケーブルトランスミッションとを備える。第1セグメントからの回転運動は枢動であり、モータが前記エンドプレートに取り付けられ、且つ出力軸方向と一致するメイン延長方向を有しており、該二つのモータのメイン延長方向が前記第1セグメントと平行する。

他の一つのブロックは、前記第2セグメントと連結する第3セグメントと、前記ベースに取り付けられる第3モータと、第3モータ及び第3セグメントの間に配置される第3トランスミッションとを備え、前記第3モータは、出力軸の方向と同一のメイン延長方向を有しており、該メイン延長方向が前記第1セグメントに平行する。

すでに述べたように、本発明の一つの有益な応用は、このようなアクチュエーションブロックを有するマニュアルインタフェースである。該マニュアルインタフェースは、また使用者の前腕（transradial）リムにエンドプレートを固定する手段（エンドプレートがテーブルに固定されまたは配置されることが可能である）と、アクチュエーションブロックのセグメントを有する連結セグメントの列とを備える。セグメントの列の一端が使用者により把持される。

上述のような発明の構成により、モータはエンドプレートと第1セグメントに並列に配置され、小型の構造が図れるという利点がある。本発明により、より複雑なブロックを一般化することができる。

添付の図面を参照して上記の本発明の特徴及び他の特徴を詳細に説明する。

図1を参照すると、部分的に示されるアクチュエーションブロックは、メインプレート２及び取付体３と４を有する部分からなるエンドプレート1を備え、この中に、モータ５がメインプレート２に取り付けら、また詳細に示されていない変位エンコーダーを通常備えている。モータ軸または出力軸は符合６として示され、図面において垂直方向に延長し、これはモータ５のメイン延長方向でもある。出力軸６は、ターンバックル９で張られたケーブル８を介して駆動プーリ７を駆動し、四つの案内プーリ１１〜１４を介して受プーリ１０を駆動する。案内プーリ１１〜１４は、駆動プーリ７がプーリ１１と1４との間に、及び受プーリ１０がプーリ１３と1４との間に位置するように配置される。案内プーリ１１〜１４は矩形状のような配置に配置され、案内プーリ１１と１２は垂直に一直線に合わせられ、案内プーリ１３と１４は一直線に合わせられ、あるいは若干オフセットされる。また、受プーリ１０はケーブル８がプーリ１３、１０、と1４の間に直線の二つのフリ・ストランドを有するようにプーリ１３と１４での接平面の接線である。駆動プーリ７は案内プーリ１１と１４と同じ高さであるとともに、その間に延長する。また駆動プーリ７は、ケーブル８が駆動プーリ７、案内プーリ１１と1４の間に直線の二つのフリ・ストランドを有するようにそれらの配列の接線である。

図示のように、駆動プーリ１０は連結セグメント列の第２セグメント１５に属し、それについてすでに図示されているように、第1セグメント１６は軸受（図示せず）により取付体４に取り付けられる。第1セグメント１６はケーブル８が通る穴部１７と、第２セグメント１５及びその駆動プーリ１０が連結される軸１９の支持金具１８とを備える。案内プーリ１２と１３は取付体３に取り付けられ、この配置が第1セグメント１６の下方に適合する。第1セグメント１６は枢動連結で取付体４に取り付けられる。換言すると、第1セグメント１６自体が回転し、また、より正確に、案内プーリ１３と１４の間のケーブル８の自由長（free lengths）にほぼ平行する垂直軸の周りで回転する。組立体の一つの特別な特徴は、案内プーリ１１〜１４と駆動プーリ１０が水平スピンドルを中心に回転するが、出力軸６により定められる駆動プーリ７のスピンドルが垂直である。それはケーブル８の柔軟性により可能となる。従って、モータ５は、いくつの案内プーリの配置にもかかわらず、限られた全幅で第1セグメント１６と平行するように設置できる。さらに、自由長さを有するケーブル８の駆動プーリ１０に隣接する配置は、第1セグメント１６の回転軸の近くを通っており、第1セグメント１６の回転がケーブル８の影響をほとんど受けないため、セグメント１６、１５の運動を離す手段を提供する。

もう一つのモータ２０は第1セグメント１６を制御する。このモータは図1に部分的に見えるが、図1Ａに見ることができる。モータ２０は第２セグメント１５と関連するモータ５と平行し、且つモータ５と併置している。特に、この場合、モータの底面において出力する垂直出力軸２１を有する。この出力軸２１はケーブル２３を運転させ、前のプーリ１３に面する第1セグメント１６の底面に固定される駆動プーリ２４を回転させる駆動プーリ２２を有する。この場合、案内プーリは必要とされず、プーリは互いに近接して平行な軸線をそれぞれ有する。

図２を参照してマニュアルインタフェースを説明する。図２に示すように、マニュアルインタフェースは、エンドプレート１から分離して、第1セグメント１６及び第２セグメント１５が、第３セグメント２８と、第４セグメント２９と、第5セグメントを形成するＵ状金具３０と、第6セグメントを形成するフィンガーグリップ３１とを備え、これらは順次に関節連結される。ベース（プレート）１はこれまで利用される複数の部材を有し、特に、モータ５と２０と、第３セグメント２８を制御するケーブルトランスミッション３３を有する第３モータ３２とを備える。これは、第２セグメント１５と平行四辺形をなすとともに第３セグメント２８と連結された連結ロッド３４を用いて行われる。連結ロッド３４は、駆動プーリ10と併置に設置される駆動プーリ３５にも連結され、同一の軸１９に取り付けられるが、独立の動作をする。ケーブル３３は駆動プーリ３５の回転に関与し、従ってケーブル８を移動せずに第３セグメント２８の傾斜を変更する。モータ３２と５はエンドプレート1のメインプレート２に併置され、それらとそれらのトランスミッションは互いに同様である。図２に示すように、それらの出力軸及びそれらのメイン延長方向は平行である。駆動プーリ及び案内プーリシステムも同様であり、また同じ方向に向いている。すべて必要なのは、第1セグメント１６が小さい力をケーブル３３に付与し、第３セグメントの移動も離（decouple）されないように、ケーブル３３をモータ５のケーブル８から一定の距離をおいて配置することである。トランスミッション３３、３４と３５の挙動を向上するたに、両ケーブル８及び３３をセグメント１６の回転軸の両側に配置しても良い。

第２セグメント１５の軸１９及び第３セグメント２８の軸３６は互いに平行であるとともに、第1セグメント１６の軸と垂直であるので、第３セグメント２８の端部を列の可動範囲（working volume）内に自由に配置することができる。セグメント２９、３０と３１のスピンドルは互いに垂直であり、または少なくとも平行に配置されていないので、列の端部、換言すればフィンガーグリップ３１は、列の端部のどの配向にも配置できる。その結果、フィンガーグリップ３１の併進移動（translation movements）が第１の三つのセグメント１６、セグメント１５とセグメント２８の移動により本質的に実行され、その回転は最後の三つのセグメント２９、セグメント３０とセグメント３１の移動により実行されるため、６自由度を有するセグメント列は実質的に分離する。この連結セグメントの配列は従来型であるため、この発明はそれに関するものではない。同じく、セグメント２９、セグメント３０とセグメント３１との関節連結には、所定の状態に保持され且つ位置表示するためエンコーダーを付与できるように、フォースリタン（force return）つきのモータが通常に設けられても良い。

図３に示される他の実施の形態は、図２に示されたタイプの同様のインタフェースを２台備えたものである。この実施形態において、使用者の親指及び人差し指がそれぞれ導かれてフィンガーグリップ３１に嵌められる。エンドプレート１は手の背に配置されるコモン支持体４０に取り付けられ、皮膚を押し付けるストラップ４１で保持される。喚起（reminder）として示されるターゲット４２はコモン支持体４０に取り付けられ、画像上の三角形形状と寸法の測定により、図示しない撮影装置に対し、空間における手の位置及び配向を示すための不規則三角形をなす三個の球からなる。それがある応用には有用である。この従来型の装置の更なる説明は省く。類似のインタフェースを手の全部の指に嵌めても良い。

アクチュエーションブロックは手の背にフラットに設けられたモータと並列に配置されている。第1セグメント１６は手の端部に向け、手の背と平行に配置される。第２セグメント１５は略、手の輪郭まで延び、第３セグメント２８は指の上方に延びる。枢動関節連結によりベース上のモータと第1セグメント１６の組立体との配向のため、その本体のすべてが操作者の手のすぐ近くに配置されるので、このマニュアルインタフェースは、小型で且つ容易に操作されることは理解できる。

第１セグメントとエンドプレートとの間の枢動連結は、それにより第1セグメントが不変の位置を占めており、可撓ケーブルトランスミッションとを併用することができ、次のセグメントに関連するモータをベースに配置する。

第２セグメント１５と平行四辺形をなす連結ロッド３４による第３セグメント２８を制御することで、セグメントに沿ったケーブルの戻りを避けることによりセグメント移動の良好な分離を提供し、これは本発明の目的に対応する。

図４を参照して、フィンガーグリップ３１をより詳細に説明する。フィンガーグリップ３１は、使用者が選択した指の腹を乗せるベース４５と、指の前進を調整するためのベース４５の端部に設けられた停止部４６と、ベース４５の両側に取り付けられた二つの側面停止部４７と、側面停止部４７の後ろに配置されて指をベース４５上に保持するアーク状ストラップ４８とを有する。ストラップ４８は弾性部材から形成することができる。ストラップ４８はその端部をクランプする金属弾性部材またはプラスチックフック４９により補完され、ベース４５（図４Ａ）の対応スリットに入る側面タブ５０も有する。また、ストラップ４８の両側の端部にはノッチ５１及びクランプ爪５２が形成されている。フック４９をそれらの端部５４から解除することでストラップ４８は開けられ、指がストラップから外される。端部５４が外されると、ストラップ４８は押し込まれてベース４５に当接して保持される。クランプ爪５２を引っ張ることにより、ノッチ５１がフック４９を通して移動し、スタラップ４８は指の爪上に締め直される。

本発明の他の可能性として、タッチセンシティブアクチュエータ５３をベース４５に配置しても良い。このアクチュエータは、シミュレーション、学習またゲームなどのインタフェースの応用による特定の状況下、振動を指に、対応情報をその個人に伝えることができる装置である。

本発明によるアクチュエーションブロックの一部を示す概観図である。 図１のアクチュエーションブロックの一部を示す平面図である。 本発明によるマニュアルインタフェースを示す図である。 操作者により装着される二つの本発明によるマニュアルインタフェースを示す図である。 セグメントの列の一端にあるフィンガー・グリップを示す図である。 図４のフィンガー・グリップの詳細を示す図である。

Claims (5)

1. アクチュエーションブロックを備えるマニュアルインタフェースにおいて、
   前記アクチュエーションブロックはベース（1）と、該ベースと連結する第1セグメント（16）と、該第1セグメントと関節連結する第2セグメント（15）と、複数のセグメントの回転運動にそれぞれ関連する二つのモータ（20、5）および二つのケーブルトランスミッション（７と8、22と24）とを有しており、前記第1セグメント（16）の回転運動が枢動であり、前記モータが前記ベース(1)に取り付けられ且つ出力軸（21、6）の方向と一致するメイン延長方向を有し、前記二つのモータのメイン延長方向が前記第1セグメント（16）と平行であり、
   該マニュアルインタフェースは前記ベース(1)を締結する手段と、アクチュエーションブロックのセグメントを有する関節連結セグメント（16、15、28と31）列とを更に備え、該セグメントの列の一端は使用者により把持されることを特徴とするマニュアルインタフェース。
2. 前記一端（31）は操作者の指先の腹を載置するベース（45）と、
   前記指の先端のための停止部（46）と、
   前記指の爪をクランプするストラップ（48）とを備えることを特徴とする請求項1に記載のマニュアルインタフェース。
3. 前記ベースは、タッチ・センセイティブ・アクチュエータ（53）を有すること特徴とする請求項2に記載のマニュアルインタフェース。
4. 前記セグメント列は六自由度を有すること特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のマニュアルインタフェース。
5. 前記アクチュエーションブロックは前記第2セグメント（15）と連結する第3セグメント（28）と、
   前記ベースに取り付けられる第3モータ（32）と、
   第3モータ（32）及び第3セグメント（28）の間の第3トランスミッション（33、35と34）とを備え、
   前記第3モータは、前記第1セグメントに平行する出力軸の方向と同一のメイン延長方向を有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のマニュアルインタフェース。

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