JP2020520513A - インタフェースデバイス - Google Patents

Abstract

インタフェースデバイスに関し、特に、ユーザの行動データを入力してもらい、外力及び衝撃を提供するインタフェースデバイスに関する。本発明の実施形態に係るインタフェースデバイスは、身体に固定される第１の固定部及び第１の回転部と、第１の固定部及び第１の回転部と結合され、第１の回転部に動力を提供する第１の動力部と、外部デバイスからの信号を受信すると、第１の動力部を制御して第１の回転部の回転を制御する制御部と、をさらに含み、第１の動力部は、制御部の信号に従い、第１の回転部を外力によって回転することのできる自由状態、または外力によって回転することのできない制御状態に切り換えることを特徴とする。本発明の一実施形態によると、インタフェースデバイスは、自由状態及び制御状態を実現することができるので、没入感を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、インタフェースデバイスに関し、さらに詳しくは、ユーザの行動データを入力してもらい、前記インタフェースデバイスを使用するユーザが、仮想環境上で実現される外力及び衝撃などを感じることができるように支援するインタフェースデバイスに関する。

仮想現実実現装置と３Ｄ、４Ｄなどの仮想現実コンテンツ、有線または無線ネットワークなどの継続した発展により、ユーザが簡単に仮想現実を体験したり、３Ｄ映像をリアルに体験できるように支援する技術が続々と発展している。

特に、より臨場感溢れる仮想現実体験のために、仮想現実映像において人の動作に応じた動的変化を再現し、仮想現実映像を制御する技術が開発されており、これに関する技術としては、特許文献１、特許文献２などがある。

しかしながら、前記発明の場合では、仮想空間で実現されるコンテンツの内容に応じてインタフェースデバイスを使用するユーザに伝わるべき外力及び衝撃などの感覚伝達において、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷（Ｌｏａｄ）状態に対する明確な区別と、それに伴う各状態の独自な機能を提供できないのが現状であった。

すなわち、前記発明を利用する場合、仮想現実のコンテンツによって実現されているリアルタイム状態と実際のデバイスを介してユーザに伝わる感覚や動作の制限必要事項に違いが生じるといった（例えば、仮想現実上でユーザの動きを制限する必要があるにも関わらず、前記発明によるデバイスは、何の負荷も生み出すことなくユーザが自由に動ける状況が発生したり、仮想現実上で自由に動ける状態を実現する必要があるにも関わらず、前記発明によるデバイスの構成要素間の締結、噛合などによる機械的な抵抗が生じ、ユーザの動きを制限するなど）問題点が存在してきた。

それにより、仮想現実と現実の不一致を減らし、没入感をさらに高めるといった要求を満たすために、ユーザデバイスに仮想現実の状態をより正確かつ明確に伝達し、それによってユーザが仮想現実コンテンツにより没頭できる環境の実現が切実に求められてきた。

しかしながら、従来の発明では、単に自由状態（デバイスが自由に動く状態）と負荷状態（デバイスの動きが制限されている状態）のような２分法の区分だけで仮想現実による再現状態（デバイスを介した現実実現）を分けようとしており、本発明が提供するフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷状態のようにより細分化され、そして各状態の違いについてより明確に区別されておらず、それによって仮想現実コンテンツなどの内部・外部信号などに応じて、ユーザが使用するデバイスの動作を適切に適用することができないといった限界が存在してきた。

韓国登録特許第１０−１４８５４１４号公報 韓国公開特許第１０−２０１５−０１２３３０７号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、仮想現実の環境に応じて、インタフェースデバイスを介して実現される状態がフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷（Ｌｏａｄ）状態に細分化された状態に実現されることをその目的とする。

ここで、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態とは、自由な回転などの動きが可能なグリップモジュール（出力ユニット）と動力モジュール（入力ユニット）との間の物理的な遮断（結合解除）により、前記グリップモジュールが機械的な抵抗なく、ユーザの意思に従って自由に動ける状態と定義される。

無負荷（Ｎｏ ｌｏａｄ）状態とは、動力ユニットを介して電力や動力が供給されていない状態であるが、グリップモジュールと動力モジュールとの間の物理的な締結構成（噛合など）による機械的な抵抗が一定レベル発生している状態と定義され、それにより、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態とは異なり、グリップモジュールの回転などの動きにおいて一定レベルのトルクが必要な状態と定義される。

負荷（Ｌｏａｄ）状態とは、動力ユニットを介して電力及び動力が供給される状態であり、グリップモジュールと動力ユニットとの間の物理的な締結を介して動力ユニットからグリップモジュールまで動力が伝達され、グリップユニットの動きにおいて無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態よりもさらに強い回転力の制御を発生させ、ユーザの自由な動きを拘束する状態と定義される。

ただし、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されるものではなく、言及されてはいないが、本明細書の記載から本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば明確に理解し、類推することのできる部分まで含まれるべきである。

前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態は、インタフェースデバイスを提供する。

本発明の一実施形態において、インタフェースデバイスは、ユーザの身体の一部に取り付けることのできる身体モジュールと、前記身体モジュールに一端部が締結され、動力を供給する動力モジュールと、前記動力モジュールから伝達される動力によって動くことのできるグリップモジュールと、を含むインタフェースデバイスにおいて、前記グリップモジュールは、前記身体モジュールに対して、第１の方向及び第２の方向に移動可能であり、前記第１の方向は、前記第２の方向と非平行移動可能であり、前記動力モジュールは、回転力を生成する動力ユニット、及び前記動力ユニットから伝達された前記回転力を前記グリップモジュールに伝達するクラッチユニットを含み、前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に脱着されるフリーホイーリング状態と、前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に結合された無負荷状態と、前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に結合され、前記動力ユニットの回転力が前記グリップモジュールに伝達される負荷状態と、のうちいずれかの状態を選択的に実現することを特徴とするインタフェースデバイスであってもよい。

また、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスの前記クラッチユニットは、抵抗モジュールを含み、前記抵抗モジュールは、前記クラッチユニットを介して前記動力ユニットと前記グリップモジュールの物理的な結合の形成または解除を調節し、前記動力モジュールは、前記動力ユニットを介して前記グリップモジュールに伝達可能な回転力の発生または消滅を調節するが、前記抵抗モジュールを介した前記物理的な結合の形成と解除、及び前記動力モジュールを介した前記回転力の発生と消滅を選択的に組み合わせて、前記グリップモジュールがフリーホイーリング状態、無負荷状態または負荷状態のうちいずれかの状態を選択的に実現することを特徴とするインタフェースデバイスの形で構成してもよい。

また、本発明の一実施形態に係る前記抵抗モジュールは、ソレノイドまたはバネで構成されてもよい。

また、前記クラッチユニットは、前記グリップモジュールと締結される外部ハウジングと、前記外部ハウジングの内部に収容され、前記動力モジュールから回転力を受けるカムと、前記外部ハウジングの内部に収容された状態で、複数のローラから前記動力伝達カムの回転力を伝達され、前記ローラに押されることで回転することのできるアーマチュアと、をさらに含み、前記アーマチュアは、前記抵抗モジュールによって前記外部ハウジングと前記アーマチュアの回転速度差を生じさせることを特徴とするインタフェースデバイスの形で構成してもよい。

また、前記フリーホイーリング状態は、前記抵抗モジュールにしきい値以上の電圧を供給することにより、前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に脱着され、前記動力ユニットを介した回転力が伝達されない状態であることを特徴とするインタフェースデバイスとして提供してもよい。

本発明の一実施形態に係る前記フリーホイーリング状態は、前記抵抗モジュールにより前記アーマチュアが物理的に前記外部ハウジングから完全に脱着することにより、前記外部ハウジングが、前記アーマチュア及び前記動力ユニットによる拘束を全く受けないことで、前記グリップモジュールが、身体モジュールに対して第１の方向及び第２の方向に非平行移動可能なことを特徴とし、前記非平行移動は、前記外部ハウジングと前記アーマチュアの物理的な締結が解除された状態により、ユーザの意思による自由な回転及び動きが可能な状態に実現されることを特徴とするインタフェースデバイスとして実現されてもよい。

また、本発明の一実施形態に係る前記負荷状態は、前記外部ハウジングと前記アーマチュアが、前記アーマチュアの円弧部の間に挟まれた複数の前記ローラによる物理的締結状態において、前記動力ユニットによる動力を供給することで、ユーザによる前記外部ハウジングの回転力を制限する状態であることを特徴とするインタフェースデバイスであってもよく、前記無負荷状態は、前記外部ハウジングと前記アーマチュアが、前記アーマチュアの円弧部の間に挟まれた複数の前記ローラによる物理的締結状態において、前記動力ユニットによる動力供給を遮断することで、ユーザによる前記外部ハウジングの回転力を制限していない無負荷状態として選択的に実現されることを特徴とするインタフェースデバイスとして実現してもよい。

また、前記身体モジュールは、ユーザの特定の身体部位のうち手首に取り付けることのできる手首モジュールであることを特徴とするインタフェースデバイスの形で構成してもよい。

また、前記身体モジュールは、ユーザの身体のうち腕の一部に取り付けることのできる肘モジュールとしても提供可能であり、その場合、前記グリップモジュールは、前記肘モジュールに対して第１の方向に移動可能であり、前記第１の方向は、前記肘モジュールを取り付けた前記ユーザの身体関節の移動方向と実質的に平行に移動可能であることを特徴とするインタフェースデバイスとしても実現可能になる。

本発明の実施形態によると、インタフェースデバイスは、仮想現実の状態をフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷（Ｌｏａｄ）状態のような、より細分化された状態及び段階として実現することができるので、従来の発明に比べ、ユーザがより簡単に仮想現実に没頭することができるといった利点がある。

本発明の効果は、前述の効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載された発明の構成から推論可能なあらゆる効果を含むものと理解されるべきである。

本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスを示す図である。 本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスを示す図である。 本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスを取り付けた状態の写真である。 本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスが有線または無線ネットワークを介して外部デバイスと接続する概念を示している概念図である。 本発明の実施形態に係るインタフェースデバイスの動力モジュールを示す図である。 本発明の実施形態に係るインタフェースデバイスのクラッチユニットの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る他の形態のクラッチユニットの分解斜視図であり、図７Ａは、クラッチユニットの平面図であり、図７Ｂは、クラッチユニットの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る他の形態のクラッチユニットの分解斜視図であり、図７Ａは、クラッチユニットの平面図であり、図７Ｂは、クラッチユニットの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る他の形態のクラッチユニットの分解斜視図であり、図７Ａは、クラッチユニットの平面図であり、図７Ｂは、クラッチユニットの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る他の形態のクラッチユニットの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るインタフェースデバイスの負荷を切り換える際のクラッチユニットの様子を説明する図であり、図９（ａ）は、負荷状態へ切り換える際の外部ハウジング、アーマチュア、及び動力伝達カムなどの様子を示す断面図であり、図９（ｂ）は、負荷状態へ切り換える際の第３の内部ハウジング、抵抗モジュールなどの様子を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスがフリーホイーリング状態へ切り換える際のクラッチユニットの様子を説明する図であり、図１０（ａ）は、フリーホイーリング状態へ切り換える際の外部ハウジング、アーマチュア、及び動力伝達カムなどの様子を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、フリーホイーリング状態へ切り換える際の第３の内部ハウジング、抵抗モジュールなどの様子を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイスのフリーホイーリング状態へ切り換える際のクラッチユニットの様子を説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。

明細書全体を通して、ある部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているという場合、それには「直接的に連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味する。

本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本明細書における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解すべきである。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るインタフェースデバイス１を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るインタフェースデバイス１は、身体モジュール１０と、グリップモジュール２０と、動力モジュール３０と、を含む。

身体モジュール１０及びグリップモジュール２０は、ユーザの身体の一部や関節の周りに固定されるか、あるいは取り付けられる構成要素であり、インタフェースデバイス１ユーザの身体の一部に取り付けることのできるように、図１に示すように、別の取付部１１０，２１０を含む。

また、身体モジュール１０及びグリップモジュール２０は、さらに動力モジュール３０と一部分が回転、垂直及び／または水平運動（一例として、グリップモジュール２０は、身体モジュール１０を基準として第１の方向及び第２の方向などの様々な方向に回転または挙動可能であり、そのとき、第１の方向と第２の方向は、平行及び／または非平行方向などの様々な方向に設定することができる）などの動きが可能なように締結される連結部材１２０，２２０を含む。

また、本発明の一実施形態の場合、身体モジュール１０は、ユーザの身体のうち手首に取り付けることのできる手首モジュールとして提供してもよく、以下では、身体モジュール１０の代わりに、手首モジュール１０に特定して説明する。ただし、前述したように、これは本発明の一実施形態に過ぎず、本発明に係る身体モジュール１０は、以下で重点的に述べる手首モジュール１０のみならず、足首に取り付けられる足首モジュール、肘に取り付けられる肘モジュールなど、様々な身体的特性と形態を反映して提供されてもよい。

本発明の一実施形態に基づいて、ユーザの身体のうち腕の一部に取り付けることのできる肘モジュールの形で提供される場合、グリップモジュール２０は、肘モジュール（図示せず）に対して第１の方向に移動可能であり、前記第１の方向は、肘モジュール（図示せず）が取り付けられた前記ユーザの身体関節の移動方向と実質的に平行に移動可能なように設計されてもよい。

手首モジュール１０は、身体のうち腕及び手に取り付けることのできるように腕取付部１１０及び手取付部２１０を含み、その場合には、図１に示すように、腕取付部１１０及び手取付部２１０は、ユーザの身体に固定することができるようにリング（Ｒｉｎｇ）形状を有する部材であって、インタフェースデバイス１とユーザの身体を結合する構成要素としての役割を果たす。そのため、腕取付部１１０及び手取付部２１０は、ユーザの身体の厚さに応じて可変するように可撓性素材またはベルクロ（登録商標）（ｖｅｌｃｒｏ）素材で形成されることが好ましいが、これに限定されるものではない。

連結部材１２０，２２０は、手首モジュール１０またはグリップモジュール２０を動力モジュール３０と結合する構成要素であるが、腕取付部１１０及び手取付部２１０が動力モジュール３０に直接結合されている場合には、必要としないこともある。

動力モジュール３０は、グリップモジュール２０の回転、水平、垂直方向の運動などの動きを制御部に伝達したり、制御部から受信した制御信号に従ってグリップモジュール２０をフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態に切り換える構成要素である。

そのために、動力モジュール３０は、手首モジュール１０と結合され、グリップモジュール２０と回転などの動きが可能なように連結されてもよく、グリップモジュール２０の上下左右及び／または回転の動きをサポートするために必要な関節回転方向の数だけ、ｎ個の動力部とｎ個の回転部がさらに形成されてもよい。

図２は、本発明の他の実施形態に係るインタフェースデバイス１を示す図である。

本発明の他の実施形態に係るインタフェースデバイス１のグリップモジュール２０は、一領域が折り曲げられたバー（ｂａｒ）形状に形成される。一領域が折り曲げられたバー形状のグリップモジュール２０は、折り曲げられた領域が指の間のように関節と関節の間に挿入されるか、あるいは動力モジュール３０のほかに他の動力部が存在する場合、他の動力部と結合される。

また、図２に示すように、本発明の他の実施形態に係るインタフェースデバイス１は、第２のグリップモジュール４０及び第２の動力モジュール５０をさらに含む。

第２のグリップモジュール４０は、後述する第２の動力モジュール５０によってフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態に切り換えられる構成要素である。また、第２のグリップモジュール４０は、連結部４１及び把持部４２をさらに含む。連結部４１は、第２の動力モジュール５０と一部が結合され、指の間のように関節と関節の間に挿入できる形態で形成されてもよい。また、連結部４１の一端には把持部４２が提供され、把持部４２は、ユーザの手によって把持されるように設けられる。そのとき、本発明の一実施形態に基づいて、把持部４２には、サブインタフェースデバイス４３が形成されてもよい。図２は、サブインタフェースデバイス４３としてジョイスティックが形成された様子を示しており、ユーザの親指によって制御されるように、親指と対応する位置に形成される。サブインタフェースデバイス４３は、ジョイスティック以外にもホイール、ボタンなどのような様々な形で形成されてもよい。

第２の動力モジュール５０は、第２のグリップモジュール４０の回転を制御部に伝達するか、あるいは制御部から受信した制御信号に従って第２のグリップモジュール４０をフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態に切り換えることができる構成要素であり、グリップモジュール２０及び第２のグリップモジュール４０にそれぞれ一端部が締結される。そのとき、グリップモジュール２０とは、回転、垂直及び／または水平方向などに動けるように結合される。

また、本発明の一実施形態の場合、様々な身体の特性及び構造などに効果的に対応するとともに、外部から提供される仮想現実コンテンツの種類及び内容などに応じてインタフェースデバイス１ユーザに必要な最適の力覚（Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を伝えるために、さらに第ｎの動力モジュール（図示せず）及び第ｎのグリップモジュール（図示せず）が、第２の動力モジュール５０と第２のグリップモジュール４０がグリップモジュール２０及び動力モジュール３０とモジュールの形で締結されるのと同じまたは類似の形で、同様にｎ個の組み合わせで提供されるか、あるいは第ｍの動力モジュール及び第ｎのグリップモジュールのように異なる数に組み合わすことで提供されてもよい。

図２に示すように、動力モジュール３０と第２の動力モジュール５０は、折り曲げられたバー形状などで提供され、グリップモジュール２０によって結合されているので、動力モジュール３０は、第１の方向への回転を制御し、第２の動力モジュール５０は、前記第１の方向と平行及び／または非平行方向や直角方向などの様々な第２の方向への回転を制御することができる。

図３は、本発明に係るインタフェースデバイスの理解を助けるために示した写真であって、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１を取り付けた様子であり、本発明の実施形態によって様々な身体の部位に取り付けてサービスを提供することができる身体モジュールのうち、手首モジュールに限定して示しているものである。

図４は、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１が有線または無線ネットワークを介して外部デバイス２と接続する概念を示している図である。

外部デバイス２は、有線及び／または無線ネットワークを介してインタフェースデバイス１から設定された信号を受信するか、あるいはインタフェースデバイス１に制御信号を送信することができるパソコン、携帯端末、キオスクなどの様々なデバイスを意味し、仮想現実コンテンツなどが再生されている外部デバイス２の情報及び／または信号を受け取ってユーザが身に着けているインタフェースデバイス１に力覚（Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を伝達したり、インタフェースデバイス１を使用しているユーザの状態や動きなどに関する情報をネットワークを介して外部デバイス２に転送することができる。

すなわち、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１は、ユーザの手首、腕などの身体の一部の関節の動きを認識して信号を生成し、生成された信号を外部デバイス２に送信するか、あるいは外部デバイス２からの制御信号を受信してユーザの身体の動きを制御する。

そのために、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１は、制御部６０、通信部（図示せず）、動力モジュール３０に形成された回転認識部３４０及び動力ユニット３００をさらに含む。

また、加えて、インタフェースデバイス１に第２の動力モジュール５０がさらに提供される場合、第２の動力モジュール５０は、動力モジュール３０と同じ構成を有するように形成される。

通信部（図示せず）は、ネットワーク３を介して信号を送信・受信する機能を果たす。すなわち、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１の通信部は、ネットワーク３を介して制御信号を受信して制御部６０に送信するか、あるいはグリップモジュール２０の回転に応じて生成された回転角度や動きの状態及び動きの情報などの信号を外部デバイス２に送信する。つまり、制御部６０は、グリップモジュール２０の回転などの動きに応じて、回転認識部３４０から回転などの動き情報に基づく信号を受信し、前記信号から回転角度、動きの状態及び動きの情報などを把握し、回転角度などの情報に基づく信号を生成し、通信部を介して外部デバイス２に送信する。

回転認識部３４０は、グリップモジュール２０と結合され、グリップモジュール２０の回転などの動きに応じた信号を生成し、制御部６０に送信する構成要素である。

そのために、本発明の一実施形態に係る回転認識部３４０は、グリップモジュール２０の回転、水平及び／または垂直方向などへの動きと動きの状態などを測定できるように、可変抵抗、加速度センサ、ジャイロセンサ、傾斜センサなど、ユーザの動きから値の変化を測定するセンサのうち少なくとも一つを含む。一例として、回転認識部３４０が可変抵抗である場合、制御部６０は、抵抗値の変化からグリップモジュール２０の回転角度を把握できるようになる。

動力ユニット３００は、制御部６０から制御信号を受信した場合に動作する構成要素であり、動力ユニット３００の動作に応じて、グリップモジュール２０がフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態に切り換えられる。

制御部６０は、インタフェースデバイス１の各構成要素における全体的な動作を制御し、信号処理機能などを行う構成要素である。本発明の制御部６０は、動力モジュール３０の内部に形成された回転認識部３４０から送信された回転及び／または動きに関する信号から回転角度などの動きに関する情報を把握し、回転角度信号などの動きに関する情報を生成し、通信部を介して外部デバイス２に転送する。

また、制御部６０は、通信部を介して外部デバイス２からの制御信号を受信すると、制御信号が動力ユニット動作信号であるか否かを判断し、制御信号が動力ユニット動作信号である場合には、動力ユニット３００を動作させ、制御信号が動力ユニット停止信号である場合には、動力ユニット３００を停止させることで、グリップモジュール２０をフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷状態に切り換えるために活用される。そのために、制御部６０と動力モジュール３０は、有線または無線で制御部６０と接続される。

以下では、動力モジュール３０内部の動力ユニット３００を介してグリップモジュール２０をフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態に切り換える動力モジュール３０の詳細な構成と動作の過程について、より詳しく説明する。

前述したように、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態は、機械的構成による抵抗が発生せず、ユーザの意思に従って自由な回転などの動きが可能なようにグリップモジュール２０と動力モジュール３０との間の物理的な締結を解除（遮断）した状態、すなわちグリップモジュール２０が機械的な抵抗を受けることなく自由に動くことができる状態と定義される。それに対して、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態は、動力ユニット３００を介してグリップユニット２０に伝達される動力が供給されていない状態であるが、グリップモジュール２０と動力モジュール３０との間の物理的な締結構成（噛合など）による機械的な抵抗が一定レベル発生している状態であり、負荷（Ｌｏａｄ）状態は、動力ユニット３０を介して動力が供給され、さらにグリップモジュール２０と動力モジュール３０との間で締結された物理的な構成によってグリップモジュール２０にまで伝達される動力（回転力）により、グリップモジュール２０にユーザの意思とは異なる回転力を付与することにより、ユーザの自由意思による動きに制限を加える状態と定義される。すなわち、本発明が目的とする負荷（Ｌｏａｄ）状態は、動力モジュール３０の駆動によって生成される回転力によって設定された方向に回転するグリップモジュール２０の動きを作り出し、それに反するユーザの動作を制御するすることができる、すなわち、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態よりも強い抵抗を生じさせることで、ユーザの自由な動きを拘束する状態と定義される。

つまり、言い換えると、本発明は、グリップモジュール２０と動力モジュール３０が物理的に締結解除され、インタフェースデバイス１を使用するユーザの手首などの動きや回転に物理的な制約や制限、抵抗などが加えられていないフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態と、動力モジュール３０によってグリップモジュール２０の動きが拘束されて動くことができない負荷（Ｌｏａｄ）状態として定義されている両極端（完全な自由状態及び完全な制御状態）の間に、グリップモジュール２０の回転などの動きにおいて一定レベルのトルク（ユーザの手首の動きなどに一定レベルの抵抗感を与える）が必要な無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態が存在し、さらに、前記無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態は、動力モジュール３０の内部構成要素の物理的、機械的、電気的抵抗などにより、ほぼフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態が実現される状態から、ほとんど負荷状態に準ずる状態まで調整できる幅広いスペクトルを有する状態への選択的実現が、本発明の主な目的であるといえる。

また、このような構成とそれに伴う機能及び効果は、前述した第２のグリップモジュール４０及び第２の動力モジュール５０はもちろんのこと、第ｎのグリップモジュールやそれに対応する第ｎの動力モジュールにも同様に適用されてもよく、以下では、グリップモジュール２０と動力モジュール３０に基づいてより詳しく説明する。

図５は、本発明の実施形態に係るインタフェースデバイス１の動力モジュール３０を示す図であり、図６は、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０の分解斜視図である。

図５に示すように、本発明の一実施形態に係る動力モジュール３０は、ハウジング３５０、ハウジング３５０の内部に収容された動力ユニット３００、入力ユニット３１０、クラッチユニット３２０、及び出力ユニット３３０を含む。

動力ユニット３００は、モータ３０１の電源供給によって回転力を発生させ、入力ユニット３１０に伝達する機能を果たすものであり、そのために、本発明の一実施形態に係る動力ユニット３００は、モータ軸３０１１が形成されたモータ３０１、モータ軸３０１１に形成されたモータギア３０２を含み、モータ３０１の回転力がモータ軸３０１１を介してモータギア３０２に伝達される。

入力ユニット３１０は、動力ユニット３００から発生された回転力を受ける機能を果たすものであり、そのために、本発明の一実施形態に係る入力ユニット３１０は、第１のシャフト、第１のギア３１２及び第２のギア３１３を含む。第１のシャフトは、モータ軸３０１１と平行に配置されるようにハウジング３５０に結合され、第１のギア３１２は、モータギア３０２と噛合されてモータギア３０２の回転力を受ける。そのとき、第１のギア３１２は、モータギア３０２の回転速度を減速させるために、モータギア３０２の直径よりも大きい直径で形成されることが好ましい。第２のギア３１３は、第１のギア３１２の下面に形成され、第１のギア３１２の回転に応じて共回転する。ただし、構成の簡素化などのために、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、別の入力ユニット３１０を持たずに動力ユニット３００と直接結合されて動力（回転力などの動き連携）を受けてもよい。

出力ユニット３３０は、以下後述するクラッチユニット３２０から回転力を受け、それを再びグリップモジュール２０に出力するか、あるいはグリップモジュール２０の回転などの動きを伝達される機能を果たす。

前述した動力ユニット３００、入力ユニット３１０及び出力ユニット３３０の具体的な構成は、図６を参照されたい。

クラッチユニット３２０は、図６に示すように、入力ユニット３１０から伝達された回転力を、出力ユニット３３０と結合されたグリップモジュール２０に伝達する構成であり、クラッチユニット３２０の内部締結状態及び動力モジュール３０、より詳しくは、動力ユニット３００の電源供給による回転力の発生有無に応じて、グリップモジュール２０がフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態のうちいずれかに選択的に切り換えるようにする機能を果たす。

本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、動力ユニット３００によって動力（回転力など）が供給されると、負荷状態に切り換えられ、動力ユニット３００による動力供給が遮断されると、フリーホイーリングまたは無負荷状態へ選択的に切り換えるように支援する。

そのために、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、第２のシャフト３２１、動力ユニット連結部３２２、外部ハウジング３２９、アーマチュア３２６、動力伝達カム３２８、及びローラ３２７を含む。

また、本発明の実施形態に基づいて、アーマチュア３２６に結合されるか、あるいは設定に応じてアーマチュア３２６と着脱可能な抵抗モジュール３２４をさらに含む。

第２のシャフト３２１は、図６に示すように、第１のシャフトと平行に配置されるようにハウジング３５０に結合される部材を指す。

動力ユニット連結部３２２は、第２のシャフト３２１が挿入される貫通孔が形成され、第２のシャフト３２１に回転可能に結合されることで、動力ユニット３００中のモータ３０１の電源供給による駆動に応じた回転力を受ける構成である。本発明の一実施形態にの場合、図６に示すように、動力ユニット連結部３２２は、第２のギア３１３の回転力を、以下後述する動力伝達カム３２８に伝達する構成で提供されてもよく、さらには、図６に示すように、円板３２２１及び円板３２２１の中心に形成される回転軸３２２２を含み、円板３２２１の外周面には、第２のギア３１３と噛合するギアの歯（鋸歯）が外周面から外側方向に突設され、それにより、動力ユニット連結部３２２は、第２のギア３１３の回転に応じて共回転するように構成される。また、本発明の一実施形態に係る動力ユニット連結部３２２の回転軸３２２２には、以下後述する動力伝達カム３２８及び抵抗モジュール３２４が挿入される。

また、本発明の一実施形態に係る動力ユニット連結部３２２の下面には、第２のローラ３２５の離脱を防止する第３の内部ハウジング３２３が配置されており、第３の内部ハウジング３２３は、長さ方向に貫通孔３２３１が形成され、第３の内部ハウジング３２３の貫通孔３２３１の内部には、第２のローラ３２５及び抵抗モジュール３２４が挿入される。また、第３の内部ハウジング３２３の下面には、ローラ３２７の離脱を防止する外部ハウジング３２９が配置されてもよく、外部ハウジング３２９は、長さ方向に貫通孔が形成されて第２のシャフト３２１に結合され、貫通孔の内部には、ローラ３２７、動力伝達カム３２８及びアーマチュア３２６が装着される。また、外部ハウジング３２９には、下面に第３のギア３２９１が形成され、外部ハウジング３２９の回転に応じて第３のギア３２９１も共回転する形態としても提供可能である。

抵抗モジュール３２４は、図６、図７または図８に示すように、外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６の相対回転速度を変化させ、ローラ３２７を外部ハウジング３２９に脱着または装着させる機能を果たすモジュールを指す。そのために、本発明の一実施形態に係る抵抗モジュール３２４は、図６、図７または図８に示すように、それぞれ様々な形態で提供される。

図６に示すように、本発明の一実施形態に係る抵抗モジュール３２４は、複数提供される第２のローラ３２５が離隔配置された摩擦板状で形成され、摩擦によってアーマチュア３２６の速度を変化させる。より具体的には、第３の内部ハウジング３２３、第２の回転伝達部３２４及び第２のローラ３２５を含み、アーマチュア３２６の回転に摩擦抵抗を生じさせ、それにより、動力ユニット３００を介して回転力を受けて回転する動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６との回転速度差を生じさせる。そのために、抵抗モジュール３２４は、復元力を有する素材で形成され、第２のローラ部３２５の回転速度、すなわち、アーマチュア３２６の回転速度を減速させる。

第２のローラ３２５及び第２の回転伝達部３２４は、図６に示した抵抗モジュール３２４の構成から見ると、アーマチュア３２６からの回転力を受けて回転する構成であり、第３の内部ハウジング３２３の貫通孔３２３１に挿入される。第２のローラ３２５は、ローラ３２７と同様に円柱状に形成され、一面は動力ユニット連結部３２２に接して、他面はアーマチュア３２６に接する。そのとき、アーマチュア３２６は、他面の周りに沿って形成された一つ以上の第２の円弧部３２６２を含み、第２のローラ３２５は、第２の円弧部３２６２の間に位置し、アーマチュア３２６の回転に応じて押されて回転する。第２の円弧部３２６２は、第２のローラ３２５の数に対して半分の数で形成されることが好ましい。例えば、第２のローラ部３２５がｎ個である場合、第２の円弧部３２６２は、ｎ／２（ｎ≧２）個になる。

また、本発明の一実施形態による抵抗モジュール３２４は、図６に示すように、本体３２４１、本体３２４１から延びる第１の延長部３２４３、第１の延長部３２４３から延びる第２の延長部３２４４、及び第２の延長部３２４４から延びる第３の延長部３２４５を含む。

本体３２４１は、中心部に貫通孔３２４２が形成された楕円形の円柱で形成され、貫通孔３２４２には、動力ユニット連結部３２２の回転軸３２２２が挿入される。第１の延長部３２４３は、本体３２４１から垂直に延設され、第２の延長部３２４４は、第１の延長部３２４３の一端から両側に垂直に折り曲げられて延ばされる。第３の延長部３２４５は、各第２の延長部３２４４の一端から本体３２４１側に垂直に折り曲げられて延ばされる。そのとき、第１の延長部３２４３ないし第３の延長部３２４５は、一体型で形成される。また、第１の延長部３２４３ないし第３の延長部３２４５、または第３の延長部３２４５は、復元力を有する素材で形成されるので、外力によって第３の延長部３２４５が第１の延長部３２４３側に曲がってもよい。そのとき、第２のローラ３２５は、第３の延長部３２４５に接するように配置される。より詳しくに説明すると、アーマチュア３２６の回転に応じて、第２の円弧部３２６２によって第２のローラ３２５が押されて回転し、第２のローラ３２５によって抵抗モジュール３２４が押されて回転する。そのとき、第２のローラ３２５と接触する抵抗モジュール３２４の第３の延長部３２４５は、第１の延長部３２４３側に曲がり込み、第２のローラ３２５に噛み合っている第３の内部ハウジング３２３の装着が解除されることで回転する。そのとき、第３の延長部３２４５を押す力により、アーマチュア３２６の回転速度を落として動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の相対回転速度を変化させる。そして、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の回転速度差が生じることで、ローラ３２７が外部ハウジング３２９に装着され、外部ハウジング３２９に密着したローラ３２７によって、外部ハウジング３２９は、アーマチュア３２６と共回転する。つまり、モータ３０１の回転力が入力ユニット３１０及びクラッチユニット３２０を介して出力ユニット３３０に伝わっている状態であり、クラッチユニット３２０は、出力ユニット３３０にとって、外力によるユーザの自由な動きができないか、あるいは制限される負荷状態を実現する。

一方、外部ハウジング３２９に装着されたローラ３２７が外部ハウジング３２９から脱着される場合、外部ハウジング３２９は、ユーザによって生成される外力によって自由に動くことができる。つまり、クラッチユニット３２０は、出力ユニット３３０にとって、外力による自由な動きが可能なフリーホイーリング状態の実現を可能にする。

まとめると、図６に示すように、第２のローラ３２５が回転すると、第２のローラ３２５と接している抵抗モジュール３２４もまた第２のローラ３２５の回転に応じて押されて回転する。そのとき、第２のローラ３２５は、両側に第２の円弧部３２６２が設けられているので、アーマチュア３２６の回転方向（正回転、逆回転）にかかわらず、進行方向にある抵抗モジュール３２４も押されて回転する。

そのために、本発明の一実施形態に係る抵抗モジュール３２４は、復元力を有する素材で形成され、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の回転速度差をより効果的に生じさせる。つまり、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の回転速度差により、ローラ３２７が外部ハウジング３２９の内周面及び回転方向側の第１の円弧部３２６１に装着され、第３の延長部３２４５が第１の延長部３２４３の間に位置することにより、回転方向（正回転、逆回転）にかかわらず、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の回転速度差を生じさせる。

動力伝達カム３２８は、動力ユニット連結部３２２と結合され、動力ユニット連結部３２２から伝達される回転力によって回転することのできるカム（ＣＡＭ）部材であり、アーマチュア３２６の内部に位置する。そのために、本発明の一実施形態に係る動力伝達カム３２８は、図６に示すように、長さ方向に貫通孔３２８４が形成された板状の本体３２８１と、本体３２８１の一面から垂直方向に延びる回転中心軸３２８２を含み、本体３２８１の外周面には、１つまたは一つ以上の複数で設けられるローラ３２７との接触のためのローラ接触面３２８３が形成される。

アーマチュア３２６は、図６に示すように、貫通孔３２６３が形成された円板であり、一面には周りに沿って一つ以上の第２の円弧部３２６２が形成され、他面には周りに沿って一つ以上の第１の円弧部３２６１が形成された構造で提供される。そのとき、第１の円弧部３２６１の間には、一つまたは１つ以上のローラ３２７が配置され、動力伝達カム３２８の回転に応じてローラ３２７が押されて回転し、第１の円弧部３２６１が形成されたアーマチュア３２６もまた一緒に押されて回転する。第２の円弧部３２６２は、両側に第２のローラ３２５が配置され、アーマチュア３２６の回転に応じて第２のローラ３２５も押されて回転する。

ローラ３２７は、図６及び図７に示すように、一つ以上の複数で設けられる円筒状の弾性部材であり、動力伝達カム３２８の回転に応じて押されて回転することのできる部材の形で提供される。

外部ハウジング３２９は、前述したように、一面に回転可能なように形成された第３のギア３２９１を含み、それにより、外部ハウジング３２９の回転に応じて、第３のギア３２９１に締結された出力ユニット３３０も共回転する形態で提供してもよい。また、ユーザの意思に従って回転などの動きが可能なグリップモジュール２０と締結された第３のギア３２９１及び出力ユニット３３０の締結構造により、外部ハウジング３２９の回転も可能になる。また、外部ハウジング３２９は、抵抗モジュール３２４による摩擦抵抗に応じてアーマチュア３２６の相対回転速度を変化させることで、ローラ３２７を外部ハウジング３２９から脱着または装着することができる選択的機能の実現が可能であり、それにより、出力ユニット３３０と締結されたグリップモジュール２０のフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態の選択的実現が可能になる。

図６に示された抵抗モジュール３２４によるフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態または負荷（Ｌｏａｄ）状態への切り換えについて、以下でより詳しく説明する。

前述したように、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態とは、機械的構成による抵抗が発生せず、ユーザの意思に従って自由な回転などの動きが可能なように、グリップモジュール２０と動力モジュール３０との間の物理的な締結を解除（遮断）した状態、すなわちグリップモジュール２０が機械的な抵抗を受けることなく自由に動くことができる状態と定義される。これは、抵抗モジュール３２４によってアーマチュア３２６が物理的に外部ハウジング３２９から完全に脱着されることで、外部ハウジング３２９がアーマチュア３２６及び動力ユニット３００によって全く拘束されておらず、グリップモジュール２０は、手首モジュール１０に対して第１の方向及び第２の方向に非平行移動（外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６の物理的な締結が解除された状態により、ユーザの意思によって自由な回転と動きが可能な状態に実現できることが特徴）可能なフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態に実現することが可能になる。

抵抗モジュール３２４によってアーマチュア３２６が物理的に外部ハウジング３２９から完全に脱着される状態の実現は、モータ３０１による電力供給、すなわち動力ユニット３００による回転力が動力伝達カム３２８に供給されていない状態（動力ユニット３００を介してグリップユニット２０に伝達される動力が供給されていない状態）を前提に、動力伝達カム３２８による押され回転力を受けないローラ３２７がアーマチュア３２６の第１の円弧部３２６１の間に密着して挟まらず（緩い状態を維持）、それにより、外部ハウジング３２９は、内部に収容されたアーマチュア３２６の制限を受けない状態で、ユーザの自由意思に従ってグリップモジュール２０を回転するなどの動きができるようになり、それにより、ユーザがグリップモジュール２０を動く際に特に制限を感じないフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態の実現が可能になる。

それに対して、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態とは、動力ユニット３００を介してグリップユニット２０に伝達される動力が供給されていない状態であるが、グリップモジュール２０と動力モジュール３０との間の物理的な締結構成（一例として、出力ユニット３３０が第３のギア３２９１を介してグリップモジュール２０と締結されている）による機械的な抵抗が一定レベル発生している状態であり、クラッチユニット３２０を介して結合された動力モジュール３０内部の機械的な締結構成によって、一定レベルの抵抗がユーザの意思に従ったグリップ回転２０の動きに制限を加える状態を意味する。

これとは異なり、負荷（Ｌｏａｄ）状態とは、動力ユニット３０を介して動力が供給され、さらにグリップモジュール２０及び動力モジュール３０が、クラッチユニット３２０を介して締結された物理的な構成によってグリップモジュール２０まで伝達される動力モジュール３０で生成された動力（回転力）を伝達することにより、グリップモジュール２０にユーザの意思とは異なる回転力を付与し、それによってユーザの自由意思によるグリップモジュール２０の動きに制限を加える状態と定義される。すなわち、本発明が目的とする負荷（Ｌｏａｄ）状態とは、動力モジュール３０の駆動によって生成される回転力により、クラッチユニット３２０及び出力ユニット３３０の構成を用いて設定された方向に回転するグリップモジュール２０の動きを作り出し、それに反するユーザの動作を制御することができる、すなわち、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態よりも強い抵抗を生じさせ、ユーザの自由な動きを拘束する状態と定義される。

これらの機能実現のために、本発明の一実施形態に係る出力ユニット３３０は、第３のシャフト３３１、第４のギア３３２及び第５のギア３３３、第６のギア３３４に区分される。第３のシャフト３３１は、第２のシャフト３２１と平行に配置されるようにハウジング３５０に結合される。

第４のギア３３２は、第３のシャフト３３１が挿入される貫通孔が形成されて第３のシャフト３３１に回転可能に結合され、第３のギア３２９１と噛合されて第３のギア３２９１の回転力を受ける。

第５のギア３３３は、第４のギア３３２の下面から下向きに突設される。第５のギア３３３は、第４のギア３３２の一面から連設されるため、第４のギア３３２の回転に応じて共回転する。

回転認識部３４０は、第６のギア３３４の角度を検出する構成要素であり、ハウジング３５０の一領域に位置し、中心に第６のギアの角度を把握するための測定軸３４１が形成されている。第６のギア３３４には、測定軸３４１に結合される貫通孔が形成されており、測定軸３４１と結合され、第５のギア３３３と噛合され、第５のギア３３３から伝達された回転力を測定軸３４１に伝達する。

本発明の実施形態に基づいて、第６のギア３３４は、一面から垂直延設され、ハウジング３５０の外部に突出する延長部３３４１をさらに含み、延長部３３４１は、グリップモジュール２０と結合される。

延長部３３４１は、クラッチユニット３２０から伝達された回転力をハウジング３５０の外部に出力させたり、グリップモジュール２０の回転を回転認識部３４０に伝達する。つまり、回転認識部３４０は、グリップモジュール２０の回転角度を把握することができる。

また、本発明の一実施形態によると、動力モジュール３０に加えて、第ｎの動力部が設けられてもよく、この場合、第ｎの動力部の構成は、動力モジュール３０の構成と同様に提供されてもよい。

図９は、本発明の実施形態に係るインタフェースデバイス１の負荷を切り換える際のクラッチユニット３２０の様子を説明する図であり、図９（ａ）は、負荷状態へ切り換える際の外部ハウジング３２９、アーマチュア３２６、及び動力伝達カム３２８などの様子を示す断面図であり、図９（ｂ）は、負荷状態へ切り換える際の第３の内部ハウジング３２３、抵抗モジュール３２４などの様子を示す断面図である。

そのとき、負荷状態は、動力ユニット連結部３２２が円板に噛合された第２のギア３１３によって回転し、外部ハウジング３２９にローラ３２７が装着され、外部ハウジング３２９がアーマチュア３２６と共回転することで、外力によって回転することのできない状態が実現される。

第２のギア３１３が回転すると、第２のギア３１３の回転力が回転軸３２２２を介して動力伝達カム３２８に伝達されることで、第１の回転伝達部３２８が回転し、動力伝達カム３２８は、ローラ接触面３２８３に接触しているローラ３２７を押して回転させる。そのとき、第１の円弧部３２６１の間に配置されたローラ３２７が押されて回転することにより、ローラ３２７に押されて第１の円弧部３２６１が形成されたアーマチュア３２６も共回転する。また、アーマチュア３２６の回転に応じて、第２の円弧部３２６２の間に配置された第２のローラ３２５も押されて回転し、回転方向の第２のローラ３２５の前に位置する抵抗モジュール３２４も共回転する。そのとき、第２の円弧部３２６２の回転方向に位置する第２のローラ３２５によって、抵抗モジュール３２４の第３の延長部３２４５は、第１の延長部３２４３側に曲がることでアーマチュア３２６の回転速度を落とし、それにより、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６は、回転速度差が生じる。回転速度差によってローラ３２７は、外部ハウジング３２９に装着され、密着したローラ３２７によって、外部ハウジング３２９は、アーマチュア３２６と共回転する。

無負荷状態では、前述した負荷状態のクラッチユニット３２０などの締結構造及び状態は同様であるが、動力ユニット連結部３２２を介した動力モジュール３０からの動力、すなわち回転力がない状態を前提とする。

図１０は、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１がフリーホイーリング状態へ切り換える際のクラッチユニット３２０の様子を説明する図であり、図１０（ａ）は、フリーホイーリング状態へ切り換える際の外部ハウジング３２９、アーマチュア３２６、及び動力伝達カム３２８などの様子を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、フリーホイーリング状態へ切り換える際の第３の内部ハウジング３２３、抵抗モジュール３２４などの様子を示す断面図である。

そのとき、外部ハウジング３２９が回転しても、外部ハウジング３２９の回転力は、動力伝達カム３２８に伝達されない。すなわち、図１０を参照すると、第２のギア３１３の回転方向とは逆方向に第２のギア３１３が回転（以下、逆回転）すると、第２のギア３１３の回転力が動力伝達カム３２８に伝達され、動力伝達カム３２８が逆回転する。その場合、動力伝達カム３２８は、ローラ接触面３２８３に接触しているローラ３２７を押して逆回転させる。そのとき、第１の円弧部３２６１の間に配置されたローラ３２７が押されて逆回転することにより、ローラ３２７に押されて第１の円弧部３２６１が形成されたアーマチュア３２６も共に逆回転する。

以降、アーマチュア３２６が逆回転することにより、第２の円弧部３２６２の間に配置された第２のローラ３２５も押されて逆回転し、回転方向の第２の円弧部３２６２の前に位置する抵抗モジュール３２４も逆回転する。そのとき、抵抗モジュール３２４の第３の延長部３２４５は、第１の延長部３２４３側に曲がることでアーマチュア３２６の回転速度を落とし、それにより、動力伝達カム３２８とアーマチュア３２６の回転速度差が生じる。

これらの回転速度差により、外部ハウジング３２９及びアーマチュア３２６に密着されたローラ３２７は、外部ハウジング３２９及びアーマチュア３２６から脱着する。

以後、動力伝達カム３２８がローラ３２７と装着されない程度の空間だけ回転する場合には、ローラ３２７が動力伝達カム３２８と接触することなく、外部ハウジング３２９及びアーマチュア３２６とも密着されないので、外部ハウジング３２９が回転しても、内部の他のクラッチユニット３２０の構成は、外部ハウジング３２９の回転に応じて回転することがない。つまり、外部ハウジング３２９は、自由に回転可能なフリーホイーリング状態になる。

図７は、本発明の一実施形態に係る他の形態のクラッチユニット３２０の分解斜視図であり、図７Ａは、クラッチユニット３２０の平面図であり、図７Ｂは、クラッチユニット３２０の斜視図である。

図７から確認されるように、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、動力ユニット連結部３２２（構造及び機能は、図６に基づいて前述した内容を参照）、抵抗モジュール３２４、アーマチュア３２６、ローラ３２７、動力伝達カム３２８、及び外部ハウジング３２９を含む。

図７に示すように、抵抗モジュール３２４は、アーマチュア３２６の下部面に取り付けられ、動力伝達カム３２８の回転に応じて回転運動するローラ３２７によって回転するアーマチュア３２６の回転速度を調節する役割を果たし、それにより、インタフェースデバイス１のフリーホイーリング状態の実現が可能になる。

そのために、本発明の一実施形態に係る抵抗モジュール３２４は、電磁石の役割を果たすソレノイドで提供される。

抵抗モジュール３２４がソレノイドで提供され、抵抗モジュール３２４の上段に設けられるアーマチュア３２６が磁性体で提供される場合には、抵抗モジュール３２４に印加される電圧の強さにより、動力伝達カム３２８の回転に応じて回転するアーマチュア３２６の回転速度を摩擦抵抗で低減することができる。

図７を基準にして、フリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷（Ｌｏａｄ）状態の区分と切り換えについてさらに説明する。

フリーホイーリング状態は、抵抗モジュール３２４によってアーマチュア３２６が物理的に外部ハウジング３２９から完全に脱着することで、外部ハウジング３２９がアーマチュア３２６及び動力ユニット３００を含む動力モジュール３００による拘束を全く受けないことから、グリップモジュール２０は、手首モジュール１０に対して第１の方向及び第２の方向に非平行移動可能な状態に実現される。そのとき、非平行移動は、外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６の物理的な締結が解除された状態により、ユーザの意思によってグリップモジュール２０の自由な回転及び動きが可能な状態のことを言う。

一方、負荷状態は、外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６が、アーマチュア３２６の上部面に形成された円弧部の間に挟まれた一つまたは一つ以上設けられるローラ３２７を介した物理的締結状態において、動力ユニット３００による動力供給により、ユーザによるグリップモジュール２０及びそれによって外部ハウジング３２９に伝達される回転力を制限する状態を意味し、無負荷状態は、外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６が、アーマチュア３２６の円弧部の間に挟まれたローラ３２７を介した物理的締結状態において、動力ユニット３００による動力供給が遮断されているが、ユーザによるグリップモジュール２０及びそれによって外部ハウジング３２９に伝達される回転力は、動力モジュール３０とグリップモジュール２０の物理的な締結構造、すなわち、クラッチユニット３２０と出力ユニット３３０を介した機械的な抵抗によって、ユーザのグリップモジュール２０の動きを制限する無負荷状態として、選択的に実現可能である。

このような差別化された状態を実現するために、動力ユニット３００を介した回転動力供給がない状況において、抵抗モジュール３２４に設定されたレベル以上の電圧が印加される場合（「しきい値」という）、アーマチュア３２６が物理的に外部ハウジング３２９から完全に脱落することにより、外部ハウジング３２９が内部に収容されたアーマチュア３２６とそれに結合された動力モジュール３０による拘束を全く受けない状態下、自由な回転と前後左右の動作などの動きが可能なフリーホイーリング状態の実現が可能になる。

一方、動力ユニット３００による動力供給に応じて、動力伝達カム３２８が回転すると、動力伝達カム３２８の回転に伴うローラ３２７の押され回転、これに伴うアーマチュア３２６の回転、そしてアーマチュア３２６の円弧部の間に挟まれて（一種のくさびの役割）アーマチュア３２６と外部ハウジング３２９を相互に結合し、それによって外部ハウジング３２９も回転することで、グリップモジュール２０の動きや回転を制御する負荷状態の実現が可能になる。そのとき、動力ユニット３０の効率を最大限にするためには、抵抗モジュール３２４に別の電源を印加しないことで、アーマチュア３２６に更なる摩擦抵抗が生じないようにすることが好ましい。

一方、動力ユニット３００による電源供給がない状態、すなわち、動力伝達カム３２８の回転駆動がない状況において、抵抗モジュール３２４にしきい値以下の電源を印加するか、あるいは電源を印加していない状態で、磁性を有するアーマチュア３２６が回転する際に摩擦抵抗を付与し、外部ハウジング３２９及びアーマチュア３２６の様々な範囲内での回転速度差を生じさせる上で、依然として外部ハウジング３２９と動力モジュール３０が締結されてようにすることで、ユーザのグリップモジュール２０の回転に一定の物理的制限や機械的制限、抵抗感を与えられる無負荷状態の実現も可能である。特に、抵抗モジュール３２４に印加されるしきい値以下の電源の値を様々に変化し、外部ハウジング３２９及びアーマチュア３２６の間の回転速度差や締結結合強度を豊富に提供することにより、ユーザがデバイス１を使用する際に様々な力覚（Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を楽めるといった特徴を有する。

つまり、ユーザがグリップモジュール２０を回転させることによって共回転する外部ハウジング３２９に突起３２７のくさび構造を介して結合されたアーマチュア３２６の下部面に位置する抵抗モジュール３２４によって提供される摩擦抵抗の大きさに応じて、アーマチュア３２６が回転に対する摩擦抵抗を受けるアーマチュア３２６の回転を制限することができ（つまり、抵抗モジュール３２４に印加されるしきい値以下の電圧の大きさに応じて摩擦抵抗値を変化したり、それに伴う回転可能速度の制限が可能になる）、それにより、アーマチュア３２６と突起３２８を介して結合された外部ハウジング３２９の回転や動きも一定の範囲で制限可能になる。

また、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、抵抗モジュール３２４を介して動力ユニット３００とグリップモジュール２０の物理的結合（Ａ）、より正確には、外部ハウジング３２９とアーマチュア３２６の突起３２７を介した物理的締結の形成または解除を調節し、動力モジュール３０は、動力ユニット３００を介してグリップモジュール２０に伝達される、より詳しくは、出力ユニット３３０と第３のギア３２９１の締結構成により、可能な回転力（Ｂ）の発生または消滅を調節するが、抵抗モジュール３２４を介した物理的結合（Ａ）の形成と解除、並びに動力モジュール３０を介した回転力（Ｂ）の発生と消滅を選択的に組み合わせることで、グリップモジュール２０が無負荷状態、負荷状態またはフリーホイーリング状態のうちいずれかの状態を選択的に実現することができることを特徴とするインタフェースデバイス１を実現可能になる。

このようなフリーホイーリング（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ）状態、無負荷（Ｎｏ Ｌｏａｄ）状態、及び負荷（Ｌｏａｄ）状態は、前述したように、ネットワークを介して接続された外部デバイス３の要請や、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１の制御部６０、回転認識部３４０などから認識されている状況、つまりグリップモジュール２０の動きの状態、回転状態やユーザの必要などに応じて調節されてもよく、それにより、ユーザの没入感をさらに強化させることができるといった利点がある。

また、本発明の一実施形態に係るクラッチユニット３２０は、図８に示すように、抵抗モジュール３２４の一形態としてバネ（黄緑色部材、便宜上３２４とする）のような弾性部材が採用されてもよい。前述した他の実施形態に係るクラッチユニット３２０と同様に、図８に示す抵抗モジュール３２４は、アーマチュア３２６の回転に摩擦抵抗を付与することで、外部ハウジング３２９との回転速度差を生じさせる役割を果たす。

図１１は、本発明の一実施形態に係るインタフェースデバイス１がフリーホイーリング状態へ切り換える際のクラッチユニット３２０の姿を説明する図であり、図１１の上段２枚の図のように、フリーホイーリング状態へ切り換える際には、六角形状の動力伝達カムと丸状のローラが離隔されている様子を示しており、図１１の下段２枚の図には、無負荷または負荷状態へ切り換える際に六角形状の動力伝達カムにローラが装着されている状態を示している。

本発明に対する以上の説明は、例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明されている構成要素を結合された形態に実施してもよい。

本発明の範囲は、前記発明の詳細な説明よりは特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明されている構成要素を結合された形態に実施してもよい。

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。

実施例は、前述した発明を実施するための形態に共に記載されている。

本発明は、インタフェースデバイスに関し、特に、ユーザの行動データを入力してもらい、外力及び衝撃を提供するインタフェースデバイスに関するものであり、産業上の利用可能性がある。

Claims (11)

1. ユーザの身体の一部に取り付けることのできる身体モジュールと、
   前記身体モジュールに一端部が締結され、動力を供給する動力モジュールと、
   前記動力モジュールから伝達される動力によって動くことのできるグリップモジュールと、を含むインタフェースデバイスにおいて、
   前記グリップモジュールは、前記身体モジュールに対して、第１の方向及び第２の方向に移動可能であり、前記第１の方向は、前記第２の方向と非平行移動可能であり、
   前記動力モジュールは、
   回転力を生成する動力ユニット、及び
   前記動力ユニットから伝達された前記回転力を前記グリップモジュールに伝達するクラッチユニットを含み、
   前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に結合された無負荷状態と、
   前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に結合され、前記動力ユニットの回転力が前記グリップモジュールに伝達される負荷状態と、
   前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に脱着されるフリーホイーリング状態とのうちいずれかの状態を選択的に実現することを特徴とする、インタフェースデバイス。
2. 前記クラッチユニットは、抵抗モジュールを含み、
   前記抵抗モジュールは、
   前記クラッチユニットを介して前記動力ユニットと前記グリップモジュールの物理的な結合の形成または解除を調節し、
   前記動力モジュールは、
   前記動力ユニットを介して前記グリップモジュールに伝達可能な回転力の発生または消滅を調節するが、
   前記抵抗モジュールを介した前記物理的な結合の形成と解除、及び前記動力モジュールを介した前記回転力の発生と消滅を選択的に組み合わせて、前記グリップモジュールが無負荷状態、負荷状態またはフリーホイーリング状態のうちいずれかの状態を選択的に実現することを特徴とする、請求項１に記載のインタフェースデバイス。
3. 前記抵抗モジュールは、ソレノイドであることを特徴とする、請求項２記載のインタフェースデバイス。
4. 前記抵抗モジュールは、バネであることを特徴とする、請求項２記載のインタフェースデバイス。
5. 前記クラッチユニットは、
   前記グリップモジュールと締結される外部ハウジングと、
   前記外部ハウジングの内部に収容され、前記動力モジュールから回転力を受ける動力伝達カムと、
   前記外部ハウジングの内部に収容された状態で、複数のローラから前記カムの回転力を伝達され、前記ローラに押されることで回転することのできるアーマチュアと、をさらに含み、
   前記アーマチュアは、
   前記抵抗モジュールによって前記外部ハウジングと前記アーマチュアの回転速度差を生じさせることを特徴とする、請求項２ないし４のいずれか一項に記載のインタフェースデバイス。
6. 前記フリーホイーリング状態は、
   前記抵抗モジュールにしきい値以上の電圧を供給することにより、
   前記動力ユニットと前記グリップモジュールが、前記クラッチユニットを介して物理的に脱着され、前記動力ユニットを介した回転力が伝達されない状態であることを特徴とする、請求項３に記載のインタフェースデバイス。
7. 前記フリーホイーリング状態は、
   前記抵抗モジュールにより前記アーマチュアが物理的に前記外部ハウジングから完全に脱着することにより、前記外部ハウジングが、前記アーマチュア及び前記動力ユニットによる拘束を全く受けないことで、前記グリップモジュールが、身体モジュールに対して第１の方向及び第２の方向に非平行移動可能なことを特徴とし、
   前記非平行移動は、前記外部ハウジングと前記アーマチュアの物理的な締結が解除された状態により、ユーザの意思によって自由な回転及び動きが可能な状態に実現されることを特徴とする、請求項５に記載のインタフェースデバイス。
8. 前記負荷状態は、
   前記外部ハウジングと前記アーマチュアが、前記アーマチュアの円弧部の間に挟まれた複数の前記ローラによる物理的締結状態において、
   前記動力ユニットによる動力を供給することで、ユーザによる前記外部ハウジングの回転力を制限する状態であることを特徴とする、請求項５に記載のインタフェースデバイス。
9. 前記無負荷状態は、
   前記外部ハウジングと前記アーマチュアが、前記アーマチュアの円弧部の間に挟まれた複数の前記ローラによる物理的締結状態において、
   前記動力ユニットによる動力供給を遮断することで、ユーザによる前記外部ハウジングの回転力を制限していない無負荷状態に実現されることを特徴とする、請求項５に記載のインタフェースデバイス。
10. 前記身体モジュールは、
    ユーザの身体のうち手首に取り付けることのできる手首モジュールであることを特徴とする、請求項１に記載のインタフェースデバイス。
11. 前記身体モジュールは、
    ユーザの身体のうち腕の一部に取り付けることのできる肘モジュールであり、
    前記グリップモジュールは、前記肘モジュールに対して第１の方向に移動可能であり、前記第１の方向は、前記肘モジュールを取り付けた前記ユーザの身体関節の移動方向と実質的に平行に移動可能であることを特徴とする、請求項１に記載のインタフェースデバイス。

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