JP3534147B2 - Manipulator for 3D input - Google Patents

Manipulator for 3D input

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JP3534147B2 JP02204797A JP2204797A JP3534147B2 JP 3534147 B2 JP3534147 B2 JP 3534147B2 JP 02204797 A JP02204797 A JP 02204797A JP 2204797 A JP2204797 A JP 2204797A JP 3534147 B2 JP3534147 B2 JP 3534147B2
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▲吉▼隆 足立
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元入力用マニ
ピュレータに係り、特に、工業製品等の意匠設計又はリ
ハビリテーションのトレーニング装置等に使用する場合
に好適な3次元入力用マニピュレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional input manipulator, and more particularly to a three-dimensional input manipulator suitable for use in a design device for industrial products or a rehabilitation training device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の3次元入力用マニピュレータ11
00を図23に示す。かかる3次元入力用マニピュレー
タ1100は、例えば、ディスプレイに表示された仮想
空間内において、仮想の人間の手の先端を示す仮想ポイ
ンタを3次元方向に移動させる場合に、この仮想ポイン
タの位置情報を入力するのに使用される。
2. Description of the Related Art A conventional three-dimensional input manipulator 11
00 is shown in FIG. The three-dimensional input manipulator 1100 inputs the position information of the virtual pointer when the virtual pointer indicating the tip of a virtual human hand is moved in the three-dimensional direction in the virtual space displayed on the display, for example. Used to do.

【0003】この3次元入力用マニピュレータ1100
は、基台1101に対して垂直方向を軸として回転自在
に装備されたリンク部材1111と、このリンク部材1
111に対して水平方向を軸として回動自在に連結され
たリンク部材1121と、このリンク部材1121に対
して水平方向を軸として一方の端部を回動自在に連結さ
れると共に他方の端部に操作グリップ1133を装備し
たリンク部材1131とを備えており、これらの構成に
よって操作グリップ1133に、3自由度方向の移動操
作を加えることを可能としている。
This three-dimensional input manipulator 1100
Is a link member 1111 rotatably mounted on the base 1101 about an axis perpendicular to the base 1101.
A link member 1121 rotatably connected to 111 with respect to the horizontal direction, and one end of the link member 1121 rotatably connected with respect to the link member 1121 about the horizontal direction and the other end And a link member 1131 equipped with an operation grip 1133, and these configurations enable the operation grip 1133 to be moved in three degrees of freedom.

【0004】各リンク部材の連結部及びリンク部材11
11と基台1101との連結部には、回動を自在とする
軸受け及び回動変位を検出するエンコーダ1112,1
122,1132が装備されており、操作グリップ11
33にオペレータが移動動作を加えると、これらの各エ
ンコーダ1112,1122,1132に生じる各角度
変位が検出される。
The link portion of each link member and the link member 11
11 is connected to the base 1101 at a connection part between the base 11 and the base 11, and encoders 1112 and 1 for detecting a rotational displacement and a rotational displacement.
122 and 1132 are provided, and the operation grip 11
When the operator adds a movement operation to 33, the angular displacements generated in these encoders 1112, 1122, 1132 are detected.

【0005】これらは、検出角度信号として制御手段
(図示略)に出力され、制御手段では、各検出角度変位
から操作グリップ1133の3次元空間における位置座
標(ある特定点を原点とする座標系における位置座標)
を算出し、これを入力位置データとして上位装置等に出
力する。
These are output to the control means (not shown) as detected angle signals, and the control means calculates the position coordinates of the operating grip 1133 in the three-dimensional space from each detected angular displacement (in the coordinate system having a certain point as the origin). Position coordinates)
Is calculated and output as the input position data to the host device or the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、入力の為の操作グリップ1133の可動範囲
狭かった。これを広げようとする場合、各リンク部材を
長めに設計する必要が生じ、これにより各リンク部材の
質量が大きくなることが不可避であった。そして、かか
る構成で操作グリップ1133に大きく移動操作を加え
ると、図24に示すように、各リンク部材及びエンコー
ダ等の重量により大きな慣性力が作用し、かかる慣性力
の影響で、操作性が低下し、微細な位置決め等を行う場
合にズレが生じ易く、また、オペレータに対しても操作
による負担が生じ易いという不都合があった。
However, in the above-mentioned conventional example, the movable range of the operation grip 1133 for input is narrow. When trying to spread this,
It was necessary to design a longer length , which inevitably increased the mass of each link member. Then, when a large movement operation is applied to the operation grip 1133 with such a configuration, as shown in FIG. 24, a large inertial force acts due to the weight of each link member, the encoder, and the like, and the operability is deteriorated due to the influence of the inertial force. However, there is a disadvantage that a deviation is likely to occur when performing fine positioning, and that the operator is likely to be burdened with the operation.

【0007】[0007]

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、特に、入力する動作範囲が大きく,且
つその入力動作が大きい場合でも慣性力の発生を有効に
抑制し、操作性の良い3次元入力用マニピュレータを提
供することを、その目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to improve the disadvantages of the prior art, and particularly to effectively suppress the generation of inertial force even when the input operation range is large and the input operation is large, and the operability is improved. It is an object of the present invention to provide a good three-dimensional input manipulator.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、上位装置に接続され,3次元上の座標入力を行う3
次元入力用マニピュレータにおいて、可動範囲を有して
複数自由度方向に移動が自在である操作グリップを有す
る操作入力手段と、この操作入力手段に装備され,操作
グリップの移動変位量を検出するグリップ変位量検出手
段と、操作入力手段の基台を水平状態に支持し,操作入
力手段を所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方向
に移動させる入力手段移動付勢機構と、入力手段移動付
勢機構に装備され,当該入力手段移動付勢機構による操
作入力手段の移動変位量を検出する入力手段変位量検出
手段と、入力手段移動付勢機構の動作制御を行う制御手
段を備えている。
According to a first aspect of the present invention, a three-dimensional coordinate input is provided which is connected to a host device.
In a three-dimensional input manipulator, an operation input means having an operation grip that has a movable range and is movable in a plurality of degrees of freedom, and a movement displacement amount of the operation grip, which is provided in the operation input means, A grip displacement amount detecting means for detecting, an input means moving biasing mechanism for supporting the base of the operation input means in a horizontal state, and moving the operation input means in a plurality of degrees of freedom based on a predetermined operation command signal, and an input. And a control means for controlling the operation of the input means movement urging mechanism. The input means displacement urging mechanism is equipped with an input means displacement amount detection means for detecting the movement displacement amount of the operation input means by the input means movement urging mechanism. ing.

【0009】そして、この制御手段が、各変位量検出手
段に検出される移動変位量に基づいて操作グリップの入
力位置座標データを算出し上位装置に出力する入力座標
算出部と、この入力位置座標データに基づく動作指令信
号を入力手段移動付勢機構に出力する動作制御部とを備
ると共に、この動作制御部は、操作グリップがその操
作により可動範囲内で予め設定された入力範囲を越える
場合に入力手段移動付勢機構に動作指令信号を出力する
特定範囲制御機能を備えた、という構成を採っててい
る。
Then, the control means calculates the input position coordinate data of the operating grip on the basis of the moving displacement amount detected by each displacement amount detecting means and outputs it to the upper device, and the input position coordinate portion. operation control unit and the Bei <br/> example Rutotomoni for outputting an operation command signal based on the data on the input means moving urging mechanism, the operation control unit, the operation grip that Misao
Depending on the work, it exceeds the preset input range within the movable range.
In the case of outputting an operation command signal to the input means movement urging mechanism
It has a configuration that it has a specific range control function .

【0010】上記の構成では、オペレータが操作グリッ
プを手にして当該操作グリップを任意の複数自由度方向
に移動させる。これに伴い、移動変位量がグリップ変位
量検出手段により検出される。そして、グリップ変位量
検出手段から入力座標算出部に移動変位量に応じた検出
信号が出力され、当該入力座標算出部ではこの検出信号
に基づいて操作グリップの3次元上の位置座標を入力位
置座標データとして算出して上位装置に出力する。
In the above construction, the operator holds the operating grip in his hand and moves the operating grip in the arbitrary plural degrees of freedom. Along with this, the movement displacement amount is detected by the grip displacement amount detection means. Then, the grip displacement amount detecting means outputs a detection signal corresponding to the displacement amount to the input coordinate calculation unit, and the input coordinate calculation unit calculates the three-dimensional position coordinates of the operating grip on the basis of the detection signal. It is calculated as data and output to the host device.

【0011】また、同時に入力位置座標データは動作制
御部にも出力され、これにより入力手段移動付勢機構の
動作制御が行われる。即ち、操作グリップの移動動作に
追従して、入力手段移動付勢機構は、操作入力手段の基
台を水平状態に支持して、操作グリップの現在位置に応
じて操作入力手段を移動させる動作制御を行う。なお、
上記入力手段移動付勢機構の動作制御は、特に、特定範
囲制御機能により、操作グリップの入力範囲が当該操作
グリップ位置を基準として設定され、オペレータの操作
により操作グリップがこの入力範囲外となる場合に行わ
れる。
At the same time, the input position coordinate data is also output to the operation control section, which controls the operation of the input means movement urging mechanism. That is, following the movement of the operation grip, the input means movement urging mechanism is the base of the operation input means.
The table is supported in a horizontal state, and operation control is performed to move the operation input means according to the current position of the operation grip. In addition,
The operation control of the input means movement urging mechanism is particularly performed in a specific range.
The input range of the operation grip is controlled by the enclosure control function.
Set by the grip position as a reference and operated by the operator
When the operation grip is out of this input range due to
Be done.

【0012】さらに、入力手段移動付勢機構の動作時に
は、入力手段変位量検出手段で検出した操作入力手段の
移動変位量と,前述した操作グリップの移動変位量とに
基づいて入力位置座標データが算出され、上位装置に出
力される。これにより、入力手段移動付勢機構により操
作グリップの位置に応じて操作入力手段を移動させる構
成であるため、その操作範囲を従来よりも飛躍的に拡大
させることが可能となる。そして、かかる操作範囲にお
いて、入力動作が大きい場合にも、操作入力手段自体を
操作方向に追従させることができ、操作時に生じる装置
全体の慣性力を有効に低減させることが可能である。ま
た、操作グリップの操作範囲が大きい場合にのみ入力手
段移動付勢機構が駆動し、常時入力手段移動付勢機構を
駆動させる必要がない。このため、入力手段移動付勢機
構の駆動動作を簡略化し、操作入力手段の目標位置の算
出等の演算処理を簡略化を図ることが可能となる。
Further, during the operation of the input means movement biasing mechanism, the input position coordinate data is obtained based on the movement displacement amount of the operation input means detected by the input means displacement amount detecting means and the above-mentioned movement displacement amount of the operation grip. It is calculated and output to the host device. As a result, the input means movement urging mechanism operates the
A mechanism for moving the operation input means according to the position of the work grip.
Because it is a success, its operating range has been dramatically expanded compared to the past.
It becomes possible. And within this operating range
In addition, even if the input operation is large, the operation input means itself
A device that can follow the operating direction and is generated during operation
It is possible to effectively reduce the total inertial force. Well
Also, only when the operating range of the operating grip is large
The step movement urging mechanism is driven, and the input means movement urging mechanism is constantly operated.
No need to drive. For this reason, the input means moving energizer
It simplifies the driving operation of the structure and calculates the target position of the operation input means.
It is possible to simplify the arithmetic processing such as output.

【0013】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明と同様の構成を備えると共に、操作入力手段に,操
作グリップの複数自由度方向に駆動力を付勢する駆動力
発生手段を装備し、動作制御部が有する特定範囲制御機
は、操作グリップがその操作により可動範囲内で予め
設定された入力範囲を越える場合に、操作入力手段に装
備された駆動力発生手段及び入力手段移動付勢機構に動
作指令信号を出力する機能である、という構成を採って
いる。
According to a second aspect of the invention, the same structure as that of the first aspect of the invention is provided, and the operation input means is operated.
Driving force that urges the driving force in multiple degrees of freedom of the work grip
Specific range controller equipped with generating means and included in the operation controller
No. is attached to the operation input means when the operation grip exceeds the preset input range within the movable range due to the operation.
The function is to output the operation command signal to the driving force generating means and the input means moving biasing mechanism provided.

【0014】上記の構成では、操作グリップの入力範囲
が当該操作グリップ位置を基準として設定され、オペレ
ータの操作により操作グリップがこの入力範囲外となる
場合に、特定範囲制御機能により、入力手段移動付勢機
及び操作入力手段の駆動力発生手段がその際の操作グ
リップの現在位置に対応した所定位置に操作入力手段を
移動させる動作制御が行われる。即ち、特定範囲制御機
能によって、操作グリップの初期位置を基準とする一定
の入力範囲から外にオペレータの操作により操作グリッ
プが移動すると、当該操作グリップの現在位置を基準と
する新たな入力範囲を設定すると共に、この新たな入力
範囲が当該現在位置における操作グリップの可動範囲内
となるように、即座に入力手段移動付勢機構による操作
入力手段の移動動作制御が行われる。また、このとき、
操作グリップの現在位置が操作入力手段の移動により変
わることのないように、当該操作入力手段の駆動力発生
手段の動作制御が行われる。さらに詳述すると、入力手
段移動付勢機構により操作入力手段が移動すると同時
に,同変位量で正反対の方向に操作グリップが移動する
動作制御が行われる。そして、その他の動作について
は、請求項1記載の発明と同様である。
In the above structure, the input range of the operating grip is set with reference to the position of the operating grip, and when the operating grip is out of the input range by the operation of the operator, the specific range control function is used to move the input means. Operation control is performed in which the biasing mechanism and the driving force generating means of the operation input means move the operation input means to a predetermined position corresponding to the current position of the operation grip at that time. That is, a specific range controller
Depending on the function, a fixed value based on the initial position of the operating grip
Outside the input range of the
Position, the current position of the operating grip
Set a new input range to
The range is within the movable range of the operating grip at the current position.
Immediately operate the input means movement biasing mechanism so that
The movement operation control of the input means is performed. Also, at this time,
The current position of the operation grip changes depending on the movement of the operation input means.
The driving force of the operation input means is generated so that it does not cross.
The operation control of the means is performed. More specifically,
Simultaneously when the operation input means moves due to the step movement urging mechanism
The operation grip moves in the opposite direction with the same displacement.
Operation control is performed. The other operations are the same as those of the invention described in claim 1.

【0015】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明と同様の構成を備えると共に、操作入力手段
に,操作グリップの複数自由度方向に駆動力を付勢する
駆動力発生手段を装備し、制御手段に、上位装置からの
入力位置座標データに対応する反力データの入力を受け
て,この反力データに基づく駆動指令信号を駆動力発生
手段に出力する反力発生制御部を設けるという構成を採
っている。
According to the invention of claim 3, claim 1 or 2
In addition to having the same configuration as the described invention, the operation input means is equipped with a driving force generating means for urging the driving force in the directions of multiple degrees of freedom of the operating grip, and the control means is provided with input position coordinate data from the host device. In response to the input of the reaction force data corresponding to, the reaction force generation control unit that outputs the drive command signal based on the reaction force data to the driving force generation means is provided.

【0016】上記の構成では、オペレータにより移動さ
れる操作グリップの現在位置が、入力座標算出部によ
り、3次元上の入力位置座標データとして上位装置に出
力される。これを受けて上位装置では、入力位置座標デ
ータに対応する反力データを算出すると共に,3次元入
力用マニピュレータ側に出力する。反力発生制御部は、
この反力データを受けてこれに対応する反力(例えば、
オペレータにより操作グリップに加えられた移動力と異
なる方向に向けられた力)が発生するように駆動力発生
手段を駆動させる。これにより、オペレータには、操作
グリップの操作に対する反動或いは抵抗力が生じたよう
な感触が伝達される。
In the above configuration, the current position of the operation grip moved by the operator is output to the host device as the three-dimensional input position coordinate data by the input coordinate calculating section. In response to this, the host device calculates reaction force data corresponding to the input position coordinate data and outputs it to the three-dimensional input manipulator side. The reaction force generation control unit
When this reaction force data is received, the corresponding reaction force (for example,
The driving force generating means is driven so that a force directed in a direction different from the moving force applied to the operating grip by the operator is generated. As a result, a feeling of reaction or resistance to the operation of the operation grip is transmitted to the operator.

【0017】また、その他の動作については、請求項1
又は2記載の発明と同様に行われる。
The other operation is described in claim 1.
Alternatively, it is performed in the same manner as the invention described in 2.

【0018】本発明は、上記各構成により、前述した不
都合を改善しようとするものである。
The present invention is intended to alleviate the above-mentioned inconveniences by the above respective configurations.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

(第1の実施形態)本発明の第1の実施形態を図1乃至
図6に基づいて説明する。この第1の実施形態は、3次
元上の座標入力を行う3次元入力用マニピュレータ10
を、3次元入力システム1000に装備した場合を示し
ている。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The first embodiment is a three-dimensional input manipulator 10 for performing three-dimensional coordinate input.
The case where the three-dimensional input system 1000 is equipped with is shown.

【0020】この3次元入力システム1000は、3次
元入力用マニピュレータ10と、この3次元入力用マニ
ピュレータ10の上位装置である演算処理装置1010
と、この演算処理装置1010の出力データに基づく映
像を表示するディスプレイ1001とから主に構成され
る。
The three-dimensional input system 1000 includes a three-dimensional input manipulator 10 and an arithmetic processing unit 1010 which is a higher-level device of the three-dimensional input manipulator 10.
And a display 1001 for displaying an image based on the output data of the arithmetic processing device 1010.

【0021】上記の3次元入力用マニピュレータ10
は、複数自由度方向に移動が自在である操作グリップ2
1と,操作グリップ21の移動変位量を検出するグリッ
プ変位量検出手段と,操作グリップ21を複数自由度方
向に駆動させる駆動力発生手段等を有する操作入力手段
2と、この操作入力手段2を所定の動作指令信号に基づ
いて複数自由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構
4と、この入力手段移動付勢機構4に装備され,当該入
力手段移動付勢機構4による操作入力手段2の移動変位
量を検出する入力手段変位量検出手段と、上記各部の動
作制御を行う制御手段3(図1では図示略)とを備えて
いる。
The above three-dimensional input manipulator 10
Is an operating grip 2 that can be moved in multiple degrees of freedom.
1, a grip displacement amount detecting means for detecting a moving displacement amount of the operation grip 21, an operation input means 2 having a driving force generating means for driving the operation grip 21 in a plurality of degrees of freedom, and the operation input means 2. An input means movement urging mechanism 4 for moving in a plurality of degrees of freedom on the basis of a predetermined operation command signal, and an operation input means 2 provided by the input means movement urging mechanism 4 and operated by the input means movement urging mechanism 4. It is provided with an input unit for detecting a displacement amount of displacement, a displacement amount detecting unit, and a control unit 3 (not shown in FIG. 1) for controlling the operation of each of the above units.

【0022】以下各部を説明する。まず、操作入力手段
2は、複数のリンク部材が回動自在の回転間接を介して
連結され、最端部のリンク部材の回動端部に操作グリッ
プ21が装備されることにより、当該操作グリップ21
の複数自由度方向の移動を実現している。
Each section will be described below. First, in the operation input means 2, a plurality of link members are connected via a rotatable joint, and the operation grip 21 is provided at the rotating end of the endmost link member. 21
It realizes the movement in the direction of multiple degrees of freedom.

【0023】これを詳述すると、操作入力手段2は、入
力手段移動付勢機構4に水平状態で支持された板状の基
台22と、この基台22に対して垂直方向を軸として回
転自在である第1の回転間接26を介して装備されたリ
ンク部材23と、このリンク部材23の上端部に,水平
方向を軸として回動自在である第2の回転間接27を介
してその一端部を連結されたリンク部材24と、このリ
ンク部材24の他端部に,水平方向を軸として回動自在
である第3の回転間接28を介して一端部を連結される
と共に他端部に操作グリップ21が装備されたリンク部
材25とを有している。
More specifically, the operation input means 2 has a plate-shaped base 22 supported in a horizontal state by the input-means movement urging mechanism 4 and a rotation about the base 22 in a direction perpendicular to the base 22. A link member 23 provided through a freely rotatable first rotary joint 26, and one end thereof at an upper end portion of the link member 23 through a second rotary joint 27 which is rotatable about a horizontal direction as an axis. To the other end of the link member 24 and the other end of the link member 24. The one end of the link member 24 is connected to the other end of the link member 24 via a third rotary joint 28 that is rotatable about the horizontal direction. And a link member 25 equipped with the operation grip 21.

【0024】そして、第1の回転間接26には、リンク
部材23の基台22に対する回転角度を検出するグリッ
プ変位量検出手段としてのエンコーダ221と、リンク
部材23に回転を付勢する駆動力発生手段としての駆動
モータ222とが装備され、第2の回転間接27には、
リンク部材23に対するリンク部材24の回動角度を検
出するグリップ変位量検出手段としてのエンコーダ23
1と、リンク部材24に回動を付勢する駆動力発生手段
としての駆動モータ232とが装備され、第3の回転間
接28には、リンク部材24に対するリンク部材25の
回転角度を検出するグリップ変位量検出手段としてのエ
ンコーダ241と、リンク部材25に回動を付勢する駆
動力発生手段としての駆動モータ242とが装備されて
いる。
The first rotary joint 26 has an encoder 221 as grip displacement amount detecting means for detecting a rotation angle of the link member 23 with respect to the base 22, and a driving force for urging the link member 23 to rotate. A drive motor 222 as a means is equipped, and the second rotary joint 27 is
Encoder 23 as grip displacement amount detecting means for detecting the rotation angle of the link member 24 with respect to the link member 23.
1 and a drive motor 232 as a driving force generating means for urging the link member 24 to rotate. A grip for detecting the rotation angle of the link member 25 with respect to the link member 24 is provided on the third rotary joint 28. An encoder 241 as displacement amount detecting means and a drive motor 242 as driving force generating means for urging the link member 25 to rotate are provided.

【0025】かかる構成により、オペレータは、操作グ
リップ21を手にして、リンク部材24,25の合計長
さを半径とし,第2の回転間接27を中心とする半球体
の内部空間におけるほぼ全域(可動範囲)に当該操作グ
リップ21を3自由度移動方向について移動させること
が可能である。
With such a construction, the operator holds the operating grip 21 in the hand and sets the total length of the link members 24 and 25 as a radius, and substantially the entire area of the inner space of the hemisphere centering on the second rotary joint 27 ( It is possible to move the operation grip 21 in the movable range) in the three-degree-of-freedom moving direction.

【0026】一方、入力手段移動付勢機構4も、操作入
力手段2と同様にして複数のリンク部材が回転自在の回
転間接を介して連結され、その連結端部に操作入力手段
2が装備されることにより、当該操作入力手段2の複数
自由度方向の移動を実現している。
On the other hand, in the input means moving and urging mechanism 4, a plurality of link members are connected via a rotatable rotary joint in the same manner as the operation input means 2, and the operation input means 2 is provided at the connecting end. By doing so, the movement of the operation input means 2 in the directions of a plurality of degrees of freedom is realized.

【0027】これを詳述すると、入力手段移動付勢機構
4は、水平面上に置かれ,全体を支持する板状の基台4
2と、この基台42に対して垂直方向を軸として回転自
在である第4の回転間接46及び水平方向を軸として回
動自在である第5の回転間接47を介して装備されたリ
ンク部材43と、このリンク部材43の上端部に,水平
方向を軸として回動自在である第6の回転間接48を介
してその一端部を連結されたリンク部材44と、このリ
ンク部材44の他端部に,水平方向を軸として回動自在
である第7の回転間接49を介してその一端部を連結さ
れると共に他端部で操作入力手段2の基台22を支持す
るリンク部材45とを有している。
More specifically, the input means movement urging mechanism 4 is placed on a horizontal plane and supports a plate-shaped base 4 for supporting the whole.
2, a link member mounted via a fourth rotary joint 46 rotatable about a vertical axis with respect to the base 42 and a fifth rotary joint 47 rotatable about a horizontal direction as an axis. 43, a link member 44 whose one end is connected to the upper end of the link member 43 through a sixth rotary joint 48 which is rotatable about a horizontal axis, and the other end of the link member 44. And a link member 45 which is connected to one end thereof via a seventh rotary joint 49 which is rotatable about the horizontal direction and which supports the base 22 of the operation input means 2 at the other end. Have

【0028】そして、第4の回転間接46には、リンク
部材43の基台42に対する垂直方向を軸とする回転角
度を検出する入力手段変位量検出手段としてのエンコー
ダ421と,リンク部材43に垂直方向を軸とする回転
を付勢する駆動モータ422とが,また、第5の回転間
接47には、リンク部材43の基台42に対する水平方
向を軸とする回転角度を検出する入力手段変位量検出手
段としてのエンコーダ423と,リンク部材43に水平
方向を軸とする回転を付勢する駆動モータ424とが装
備されている。
The fourth rotary joint 46 is provided with an encoder 421 as an input means displacement amount detecting means for detecting a rotation angle of the link member 43 about the base 42 and an axis perpendicular to the base 42. The drive motor 422 for urging the rotation about the axis, and the fifth rotary joint 47 includes the displacement amount of the input means for detecting the rotation angle of the link member 43 about the base 42 with respect to the horizontal direction. An encoder 423 as a detection means and a drive motor 424 for urging the rotation of the link member 43 about the horizontal axis are provided.

【0029】また、第6の回転間接48には、リンク部
材43に対するリンク部材44の回動角度を検出する入
力手段変位量検出手段としてのエンコーダ431と、リ
ンク部材44に回動を付勢する駆動モータ432とが装
備され、第7の回転間接49には、リンク部材44に対
するリンク部材45の回転角度を検出する入力手段変位
量検出手段としてのエンコーダ441と、リンク部材4
5に回転を付勢する駆動モータ442とが装備されてい
る。
Further, the sixth rotary joint 48 is provided with an encoder 431 as an input means displacement amount detecting means for detecting the rotation angle of the link member 44 with respect to the link member 43, and urges the link member 44 to rotate. A drive motor 432 is provided, and the seventh rotary joint 49 has an encoder 441 as an input means displacement amount detecting means for detecting the rotation angle of the link member 45 with respect to the link member 44, and the link member 4.
5 is equipped with a drive motor 442 for urging rotation.

【0030】かかる構成において、各駆動モータ42
2,424,432の駆動により、この入力手段移動付
勢機構4は、リンク部材43,44の合計長さを半径と
し,第5の回転間接47を中心とする半球体の内部空間
におけるほぼ全域に操作入力手段2を3自由度移動方向
について移動させることが可能である。
In such a configuration, each drive motor 42
By driving 2,424,432, the input unit movement urging mechanism 4 has a radius of the total length of the link members 43, 44, and substantially the entire area of the inner space of the hemisphere centered on the fifth rotary joint 47. It is possible to move the operation input means 2 in the three-degree-of-freedom moving direction.

【0031】なお、回転間接49は、基台22を水平状
態に保持するために設けられており、その回動角度は回
転間接47,48の回動角度により一定の値に決定され
るため、この入力手段移動付勢機構4は実質3自由度と
なる。
The rotary joint 49 is provided to hold the base 22 in a horizontal state, and its rotation angle is determined to be a constant value by the rotation angles of the rotary joints 47 and 48. The input means movement urging mechanism 4 has substantially three degrees of freedom.

【0032】ここで、入力手段移動付勢機構4及び前述
した操作入力手段2の各回転間接に装備された各エンコ
ーダは、各リンク部材間の回転又は回動の角度に比例し
た回数だけパルスを発信するものであり、これら各エン
コーダにはパルスを計数し出力する図示しないカウンタ
が併設されているものとする。
Here, the encoders provided on the input means movement urging mechanism 4 and the rotary indirectly of the operation input means 2 described above generate pulses a number of times proportional to the angle of rotation or rotation between the link members. It is assumed that each of these encoders is provided with a counter (not shown) for counting and outputting pulses.

【0033】また、入力手段移動付勢機構4及び前述し
た操作入力手段2の各回転間接に装備された各駆動モー
タは、それぞれ、制御手段3からの動作指令信号又は駆
動指令信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、
このD/A変換器からの信号を増幅する電流増幅アンプ
と、駆動モータの回転数調整用の減速機(いずれも図示
略)とを備えているものとする。
The drive motors provided in the input means movement urging mechanism 4 and the rotary indirect means of the operation input means 2 described above respectively convert the operation command signal or the drive command signal from the control means 3 into an analog signal. D / A converter for conversion,
It is assumed that a current amplification amplifier for amplifying the signal from the D / A converter and a speed reducer for adjusting the rotation speed of the drive motor (both not shown) are provided.

【0034】次に、制御手段3について説明する。この
制御手段3は、図2に示すように、操作入力手段2のエ
ンコーダ221,231,241及び入力手段移動付勢
機構4のエンコーダ421,423,431,441の
検出する検出角度信号(移動変位量)に基づいて操作グ
リップ21の入力位置座標データを算出して演算処理装
置1010に出力する入力座標算出部31と、この入力
位置座標データに基づく動作指令信号を入力手段移動付
勢機構4の各駆動モータ422,424,432に出力
する動作制御部32と、演算処理装置1010から出力
された入力位置座標データに対応する反力データを受け
て,この反力データに基づく駆動指令信号を操作入力手
段2の各駆動モータ222,232,242に出力する
反力発生制御部33とを備えている。
Next, the control means 3 will be described. As shown in FIG. 2, the control means 3 detects the detection angle signals (movement displacements) detected by the encoders 221, 231, 241 of the operation input means 2 and the encoders 421, 423, 431, 441 of the input means movement urging mechanism 4. The input position coordinate data of the operation grip 21 is calculated based on the calculated amount) and is output to the arithmetic processing unit 1010, and the operation command signal based on the input position coordinate data is input to the input unit movement urging mechanism 4. The operation control unit 32 that outputs the drive motors 422, 424, and 432 and the reaction force data corresponding to the input position coordinate data that is output from the arithmetic processing unit 1010 are received, and the drive command signal based on the reaction force data is operated. The input means 2 is provided with a reaction force generation control unit 33 which outputs the respective drive motors 222, 232 and 242.

【0035】また、動作制御部32は、操作グリップ2
1がオペレータの操作により予め設定された当該操作グ
リップ21の入力範囲を越える場合に、操作グリップ2
1の現在位置を保持しつつ当該現在位置の入力位置座標
データに応じて操作入力手段2を移動させるように動作
指令信号を,操作入力手段2の駆動モータ222,23
2,242と入力手段移動付勢機構4の駆動モータ42
2,424,432,442に出力する特定範囲制御機
能34を有している。
In addition, the operation control section 32 includes the operation grip 2
When 1 exceeds the input range of the operation grip 21 preset by the operator's operation, the operation grip 2
While holding the current position of 1, the operation command signal is output to move the operation input means 2 in accordance with the input position coordinate data of the current position.
2, 242 and the drive motor 42 of the input means movement urging mechanism 4
It has a specific range control function 34 for outputting to 2, 424, 432, 442.

【0036】即ち、この特定範囲制御機能34によっ
て、操作グリップ21の初期位置を基準とする一定の入
力範囲(操作入力手段2における操作グリップ21の可
動範囲を越えない範囲)から外にオペレータの操作によ
り操作グリップ21が移動すると、当該操作グリップ2
1の現在位置を基準とする新たな入力範囲を設定すると
共に、この新たな入力範囲が当該現在位置における操作
グリップ21の可動範囲内となるように、即座に入力手
段移動付勢機構4による操作入力手段2の移動動作制御
が行われる。
That is, by the specific range control function 34, the operator's operation is performed outside a certain input range (a range that does not exceed the movable range of the operation grip 21 in the operation input means 2) based on the initial position of the operation grip 21. When the operation grip 21 is moved by, the operation grip 2
A new input range based on the current position of 1 is set, and the input means moving and urging mechanism 4 immediately operates so that the new input range is within the movable range of the operation grip 21 at the current position. The movement operation control of the input means 2 is performed.

【0037】また、このとき、操作グリップ21の現在
位置が操作入力手段2の移動により変わることのないよ
うに、当該操作入力手段2の各駆動モータ222,23
2,242の動作制御が行われる。即ち、入力手段移動
付勢機構4により操作入力手段2が移動すると同時に,
同変位量で正反対の方向に操作グリップ21が移動する
動作制御が行われる。
At this time, the drive motors 222, 23 of the operation input means 2 are controlled so that the current position of the operation grip 21 is not changed by the movement of the operation input means 2.
2, 242 operation control is performed. That is, at the same time that the operation input means 2 is moved by the input means movement urging mechanism 4,
The operation control for moving the operation grip 21 in the opposite directions with the same displacement amount is performed.

【0038】一方、演算処理装置1010は、同図2に
示すように、予め定義された仮想物体1051及び仮想
ポインタ1050の形状データを記憶する形状データ記
憶部1011と、仮想空間を設定し,当該仮想空間に前
述した形状データに基づく仮想物体1051及び仮想ポ
インタ1050を配置すると共にディスプレイ1001
に出力制御する表示制御部1012を備えている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the arithmetic processing unit 1010 sets a shape data storage unit 1011 for storing the shape data of the pre-defined virtual object 1051 and virtual pointer 1050, and the virtual space. The virtual object 1051 and the virtual pointer 1050 based on the shape data described above are arranged in the virtual space, and the display 1001 is displayed.
A display control unit 1012 that controls output is provided.

【0039】形状データ記憶部1011に記憶された形
状データについては、予め定義されている仮想物体の接
平面を算出できる形式であればどのようなものであって
も良い。ここでは、パラメトリック関数による形状定義
や、分布関数による定義形状を用いている。
The shape data stored in the shape data storage unit 1011 may be of any format as long as it can calculate the tangent plane of a virtual object defined in advance. Here, the shape definition by the parametric function and the definition shape by the distribution function are used.

【0040】表示制御部1012は、3次元入力用マニ
ピュレータ10の入力座標算出部31から出力された入
力位置座標データに基づいて仮想空間内における仮想ポ
インタ1050の位置決めを行い,仮想物体1051と
仮想ポインタ1050とが接触したときに物体から受け
る仮想の反力の大きさと方向を算出する反力算出機能1
013を備えている。この反力算出機能1013により
算出された反力データは、前述したように、3次元入力
用マニピュレータ10の反力発生制御部33に出力され
る。
The display control unit 1012 positions the virtual pointer 1050 in the virtual space based on the input position coordinate data output from the input coordinate calculation unit 31 of the three-dimensional input manipulator 10, and the virtual object 1051 and the virtual pointer 1051. Reaction force calculation function 1 for calculating the magnitude and direction of a virtual reaction force received from an object when it contacts 1050
013 is provided. The reaction force data calculated by the reaction force calculation function 1013 is output to the reaction force generation control unit 33 of the three-dimensional input manipulator 10 as described above.

【0041】反力発生制御部33では、反力データから
操作入力手段2の各駆動モータ222,232,242
の出力トルクを算出すると共にこれに基づく駆動指令信
号を出力する。
In the reaction force generation control section 33, the drive motors 222, 232, 242 of the operation input means 2 are extracted from the reaction force data.
Output torque is calculated and a drive command signal based on this is output.

【0042】ここで、前述した3次元入力用マニピュレ
ータ10の制御手段2及び演算処理装置1010におけ
る各演算処理の手法について説明する。
Now, a method of each arithmetic processing in the control means 2 of the three-dimensional input manipulator 10 and the arithmetic processing device 1010 will be described.

【0043】まず、入力座標算出部31における操作入
力手段2の各エンコーダ221,231,241の検出
角度信号に基づいて操作グリップ21の現在位置の入力
位置座標データを算出する方法について説明する。
First, a method of calculating the input position coordinate data of the current position of the operating grip 21 based on the detected angle signals of the encoders 221, 231, 241 of the operation input means 2 in the input coordinate calculating section 31 will be described.

【0044】操作入力手段2は、図3(A)に示す姿勢
を基準に考えると、図3(B)に示す基準座標系X0
0に対して各回転間接に対応する複数の座標系から構
成される。即ち、第1の回転間接26に対応する第1の
座標系X1−Z1,第2の回転間接27に対応する第2の
座標系X2−Z2,第3の回転間接28に対応する第3の
座標系X3−Z3を有している(各リンク部材は一平面内
の動きであるため、Y座標の記載を省略する)。なお、
各座標系は回転又は回動軸にZ軸を合わせている。ま
た、基準座標系は、便宜上第1の回転間接26の回転軸
と第2の回転間接27の回動軸との交点に原点を置いて
いる。
Considering the posture shown in FIG. 3A as a reference, the operation input means 2 has a reference coordinate system X 0 − shown in FIG. 3B.
It is composed of a plurality of coordinate systems corresponding to each rotation indirectly with respect to Z 0 . That is, it corresponds to the first coordinate system X 1 -Z 1 corresponding to the first rotary joint 26, the second coordinate system X 2 -Z 2 corresponding to the second rotary joint 27, and the third rotary joint 28. Has a third coordinate system X 3 -Z 3 (each link member is a movement within one plane, so description of the Y coordinate is omitted). In addition,
In each coordinate system, the Z axis is aligned with the rotation or rotation axis. Further, for the sake of convenience, the reference coordinate system has an origin at the intersection of the rotation axis of the first rotary joint 26 and the rotation axis of the second rotary joint 27.

【0045】そして、第1の座標系のベクトル表現を基
準座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列01
式(1)に示され、第2の座標系のベクトル表現を第1
の座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列12
式(2)に示され、第3の座標系のベクトル表現を第2
の座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列23
式(3)に示される。
Then, the homogeneous transformation matrix 0 T 1 for transforming the vector representation of the first coordinate system into the vector representation of the reference coordinate system is given by the equation (1), and the vector representation of the second coordinate system is represented by the first representation.
The homogeneous transformation matrix 1 T 2 for transforming into the vector representation of the coordinate system of is expressed by equation (2), and the vector representation of the third coordinate system into the second
The homogeneous transformation matrix 2 T 3 that is transformed into the vector representation of the coordinate system of is expressed by equation (3).

【0046】[0046]

【数1】 [Equation 1]

【0047】ここで、S1=sinθ1,S2=sin
θ2,S3=sinθ3,C1=cosθ1,C2=cosθ
2,C3=cosθ3とし、θ1は図3(A)の姿勢からの
第1の回転間接26の回転角度(エンコーダ221によ
る検出角度),θ2は図3(A)の姿勢からのリンク部
材24の回動角度(エンコーダ231による検出角
度),θ3はリンク部材24に対するリンク部材25の
回動角度(エンコーダ241による検出角度)を示す。
また、laをリンク部材24の長さとし、lbをリンク部
材25の長さとする。
Here, S 1 = sin θ 1 , S 2 = sin
θ 2 , S 3 = sin θ 3 , C 1 = cos θ 1 , C 2 = cos θ
2 , C 3 = cos θ 3 , where θ 1 is the rotation angle of the first rotary joint 26 (angle detected by the encoder 221) from the posture of FIG. 3A, and θ 2 is the posture of FIG. 3A. The rotation angle of the link member 24 (angle detected by the encoder 231) and θ 3 indicate the rotation angle of the link member 25 with respect to the link member 24 (angle detected by the encoder 241).
Further, let l a be the length of the link member 24, and let l b be the length of the link member 25.

【0048】各同次変換行列から第3の座標系から基準
座標系に変換する同次変換行列は、式(4)のようにな
る。
A homogeneous transformation matrix for transforming each homogeneous transformation matrix from the third coordinate system to the reference coordinate system is as shown in equation (4).

【0049】[0049]

【数2】 [Equation 2]

【0050】操作グリップ21の基準座標系における現
在位置座標0rを式(5)とすると、第3の座標系にお
ける現在位置座標3rは式(6)のように表され、これ
らの関係は同次変換行列03により、式(7)のように
表される。
Assuming that the current position coordinate 0 r of the operating grip 21 in the reference coordinate system is expressed by the equation (5), the current position coordinate 3 r in the third coordinate system is expressed by the equation (6), and these relationships are shown. It is represented by the equation (7) by the homogeneous transformation matrix 0 T 3 .

【0051】[0051]

【数3】 [Equation 3]

【0052】従って、基準座標系における現在位置座標
0rのX成分は式(8)に示され、Y成分は式(9)に
示され、Z成分は式(10)に示される。
Therefore, the current position coordinates in the reference coordinate system
The X component of 0 r is shown in equation (8), the Y component is shown in equation (9), and the Z component is shown in equation (10).

【0053】[0053]

【数4】 [Equation 4]

【0054】ここで、操作入力手段2は、入力手段移動
付勢機構4により支持され且つ移動させられるため、こ
の入力手段移動付勢機構4によるオフセット位置of
(入力手段移動付勢機構4により操作入力手段2の位置
決めされる位置座標)を式(11)とすると、操作グリ
ップ21の現在位置座標Pのベクトル表示は、式(1
2)に示される通りである。
Since the operation inputting means 2 is supported and moved by the inputting means moving and urging mechanism 4, the offset position of r by this inputting means moving and urging mechanism 4 is set.
Assuming that (position coordinates of the operation input means 2 positioned by the input means movement urging mechanism 4) is expressed by Expression (11), the vector display of the current position coordinates P of the operation grip 21 is expressed by Expression (1)
It is as shown in 2).

【0055】[0055]

【数5】 [Equation 5]

【0056】この現在位置座標が算出されると、これに
基づく入力位置座標データが作成されて演算処理装置1
010の表示制御部1012に出力される。
When the present position coordinates are calculated, input position coordinate data based on the calculated current position coordinates are created, and the arithmetic processing unit 1
It is output to the display control unit 1012 of 010.

【0057】次に、演算処理装置1010による入力位
置座標データに基づく反力データの算出方法を説明す
る。演算処理装置1010の表示制御部1012では、
入力位置座標データに基づく操作グリップ21の現在位
置座標を仮想空間上の座標系に写像変換し、この変換さ
れた新たな現在位置座標を仮想ポインタ1050の先端
位置座標として当該仮想ポインタ1050を仮想空間内
に配置すると共にディスプレイ1001に表示する。
Next, a method of calculating the reaction force data based on the input position coordinate data by the arithmetic processing unit 1010 will be described. In the display control unit 1012 of the arithmetic processing device 1010,
The current position coordinates of the operation grip 21 based on the input position coordinate data are converted into a coordinate system in the virtual space, and the converted new current position coordinates are used as the tip position coordinates of the virtual pointer 1050 to set the virtual pointer 1050 in the virtual space. It is placed inside and displayed on the display 1001.

【0058】そして、表示制御部1012では、反力算
出機能1013により、仮想ポインタ1050の先端位
置座標に最も近い仮想物体1051の表面上の点(最近
点)を求める。これは、仮想ポインタ1050の先端位
置座標と仮想物体1051の形状データを形成する関数
の関係によって定まる。
Then, the display control unit 1012 obtains a point (nearest point) on the surface of the virtual object 1051 closest to the coordinates of the tip position of the virtual pointer 1050 by the reaction force calculation function 1013. This is determined by the relationship between the tip position coordinates of the virtual pointer 1050 and the function forming the shape data of the virtual object 1051.

【0059】さらに、この最近点を含む接平面を求め
る。接平面は、仮想物体表面上の2方向への接線ベクト
ルによって張られる平面と定義する。この接平面を接触
空間(触覚空間)に写像し、接触平面を定義する。接触
平面は次式(13)の平面方程式で表される。
Further, a tangent plane including this closest point is obtained. A tangent plane is defined as a plane stretched by tangential vectors in two directions on the surface of a virtual object. This tangent plane is mapped to the contact space (tactile space) to define the contact plane. The contact plane is represented by the plane equation of the following equation (13).

【0060】 ax+by+cz+h=0 ……(13)[0060] ax + by + cz + h = 0 (13)

【0061】この式(13)を満たす点(x,y,z)
により形成される平面が接触平面となる。ここで、a,
b,c,hは係数であり、各値が定まることによって3
次元空間内の平面の傾きと原点からの距離が与えられ
る。この各係数は、接平面の法線ベクトルより求めてい
る。
A point (x, y, z) satisfying this equation (13)
The plane formed by is the contact plane. Where a,
b, c, and h are coefficients, which are 3 when the respective values are determined.
The tilt of the plane in the dimensional space and the distance from the origin are given. Each coefficient is obtained from the normal vector of the tangent plane.

【0062】接触空間は、接触平面を境にして空間を反
力が発生しない領域と、反力が発生する領域とに分割さ
れる。接触空間内のある1点がどちらの領域に属するか
は、上記平面方程式の左辺の(x,y,z)にこの接触
空間座標に写像変換された仮想ポインタ1050の先端
位置座標の値を代入し、その際の解の正負により判定さ
れる。即ち、解が正の値の場合は、接触平面に対しその
法線ベクトルの方向に当該座標が位置しており、解が負
の場合は接触平面に対しその法線ベクトルの反対方向に
位置していることが判明する。
The contact space is divided into a region where the reaction force is not generated and a region where the reaction force is generated, with the space being the boundary between the contact planes. To determine which region a certain point in the contact space belongs to, the value of the tip position coordinate of the virtual pointer 1050 that is mapped and converted into the contact space coordinate is substituted into (x, y, z) on the left side of the plane equation. However, it is determined by the sign of the solution at that time. That is, when the solution has a positive value, the coordinate is located in the direction of its normal vector with respect to the contact plane, and when the solution is negative, it is located in the opposite direction of its normal vector with respect to the contact plane. It turns out.

【0063】当該座標が法線ベクトルの方向にある場合
には、仮想ポインタ1050と仮想物体1051は干渉
を発生していないと判定される。この場合、干渉による
反力Fvはゼロである。また、当該座標が法線ベクトル
の反対方向に位置している場合には、干渉を発生してい
ると判定され、仮想ポインタ1050と仮想物体105
1の干渉による反力Fvの算出を行う。
When the coordinates are in the direction of the normal vector, it is determined that the virtual pointer 1050 and the virtual object 1051 do not interfere with each other. In this case, the reaction force Fv due to the interference is zero. If the coordinates are located in the opposite direction of the normal vector, it is determined that interference has occurred, and the virtual pointer 1050 and the virtual object 105 are in contact.
The reaction force Fv due to the interference of 1 is calculated.

【0064】反力Fvの大きさの定義方法を説明する。
仮想ポインタ1050の先端位置座標の変換座標Pを式
(14)に示す。そして、このときの接触平面との干渉
量drを次式(15)に示す。
A method of defining the magnitude of the reaction force Fv will be described.
The converted coordinate P of the tip position coordinate of the virtual pointer 1050 is shown in Expression (14). Then, the interference amount dr with the contact plane at this time is shown in the following expression (15).

【0065】[0065]

【数6】 [Equation 6]

【0066】これは、接触平面から当該変換座標までの
垂直方向の距離を示す。この干渉量drに基づいて、接
触平面上の法線ベクトル方向の反力Fvの大きさを次式
(16)で定義する。
This represents the distance in the vertical direction from the contact plane to the transformed coordinate. Based on this interference amount dr, the magnitude of the reaction force Fv in the normal vector direction on the contact plane is defined by the following equation (16).

【0067】 Fv=Kdr+Bq ……(16)[0067] Fv = Kdr + Bq (16)

【0068】ここで、Kは弾性係数,Bは減衰係数,q
は手先位置の時間微分である。減衰係数Bを用いること
によって、仮想物体1051に仮想ポインタ1050が
当たった瞬間の反力による感覚を良好にすることができ
る。即ち、仮想物体1051の表面の感じを良好に反力
として反映することができる。また、この反力Fvを式
(17)に示す各成分ごとのベクトル表示とし、これか
ら求められる手先位置における各軸方向の回転モーメン
トNを式(18)に示す。この各軸方向の回転モーメン
トNは、手先位置座標のベクトルと反力Fvのベクトル
の外積により求められる。
Here, K is the elastic coefficient, B is the damping coefficient, and q
Is the time derivative of the hand position. By using the damping coefficient B, it is possible to improve the feeling of the reaction force at the moment when the virtual pointer 1050 hits the virtual object 1051. That is, the feeling of the surface of the virtual object 1051 can be well reflected as the reaction force. Further, this reaction force Fv is expressed as a vector for each component shown in Expression (17), and the rotational moment N in each axial direction at the hand position obtained from this is shown in Expression (18). The rotational moment N in each axial direction is obtained by the outer product of the vector of the hand position coordinates and the vector of the reaction force Fv.

【0069】[0069]

【数7】 [Equation 7]

【0070】これら反力Fv及び回転のモーメントNと
は、反力データとして3次元入力用マニピュレータ10
に出力される。
The reaction force Fv and the rotation moment N are used as the reaction force data for the three-dimensional input manipulator 10.
Is output to.

【0071】次に、反力発生制御部33における反力デ
ータに基づく操作入力手段2の各駆動モータ222,2
32,242の駆動指令信号を算出する方法を説明す
る。
Next, the drive motors 222, 2 of the operation input means 2 based on the reaction force data in the reaction force generation control unit 33.
A method of calculating the drive command signals of 32 and 242 will be described.

【0072】反力データFは、前述の反力Fv及び回転
のモーメントNを同時に併記したものであり、式(1
9)に示される。この式(19)におけるNx,Ny,N
zは、式(18)により算出された各軸回りのモーメン
トである。この反力データFをヤコビ行列Jの転値行列
により変換することにより、各駆動モータ222,23
2,242の出力値Hが算出される(式(20))。
The reaction force data F is a combination of the reaction force Fv and the rotational moment N mentioned above, and is expressed by the formula (1)
9). N x , N y , N in this equation (19)
z is the moment around each axis calculated by the equation (18). By converting this reaction force data F by the transversion matrix of the Jacobian matrix J, each drive motor 222, 23
The output value H of 2,242 is calculated (equation (20)).

【0073】[0073]

【数8】 [Equation 8]

【0074】ここで、ヤコビ行列Jの算出方法を記す。
前述した反力データFは、反力Fv及びモーメントNの
6成分からなり、この6成分から操作入力手段2の三つ
の回転間接の出力H,即ち各トルクτ1,τ2,τ3を算
出するため、3行6列の行列となる(間接がn個あれば
n行6列となる)。このヤコビ行列Jを式(21)に示
す。
Here, a method of calculating the Jacobian matrix J will be described.
The above-mentioned reaction force data F is composed of six components of the reaction force Fv and the moment N, and three rotational indirect outputs H of the operation input means 2, that is, respective torques τ 1 , τ 2 , τ 3 are calculated from these 6 components. Therefore, the matrix has 3 rows and 6 columns (if there are n indirects, there are n rows and 6 columns). This Jacobian matrix J is shown in equation (21).

【0075】[0075]

【数9】 [Equation 9]

【0076】ここで、式(21)に示すTixTiy
Tizは、Tiの各x,y,z成分であり、符号iは、
各間接ごとに付された番号を示す(Tδiについても同
様)。これら各TiTδiは、各間接ごとに生じる微小
変化を示している。これらは、各間接ごとの各駆動モー
タにおける座標系の変換行列i-13から求めることがで
きる。
Here, T d ix , T d iy shown in the equation (21),
T d iz is each x, y, z component of T d i , and the code i is
The number given to each indirect is shown (same for T δ i ). Each of these T d i and T δ i indicates a minute change occurring for each indirect. These can be obtained from the transformation matrix i-1 T 3 of the coordinate system in the drive motors for each indirect.

【0077】即ち、変換行列i-13は、式(22)に示
される。この変換行列i-13の中の(nx,ny
z),(ox,oy,oz),(ex,ey,ez)は、基
準座標系の所定の座標系における3軸方向成分であり、
(px,py,pz)は基準座標系の所定の座標系におけ
る原点の位置座標を示す。
That is, the transformation matrix i-1 T 3 is shown in equation (22). (N x , n y , in this transformation matrix i-1 T 3
n z ), (o x , o y , o z ), (ex x , e y , e z ) are three-axis direction components in a predetermined coordinate system of the reference coordinate system,
(P x , py , p z ) indicates the position coordinate of the origin in a predetermined coordinate system of the reference coordinate system.

【0078】[0078]

【数10】 [Equation 10]

【0079】前述のTiTδiは、それぞれiの対応す
る変換行列の各成分から以下のように求めることができ
る。なお、式(23),(24)は間接が回転間接の場
合であり、式(25),(26)は間接が直動間接の場
合を示している(第1の実施形態では、間接は全て回転
間接であるが、後述する各実施形態では直動間接を使用
した例がある)。また、式(23)〜(26)のu,
v,wは、基準座標系の単位ベクトルを示す。
The above-mentioned T d i and T δ i can be obtained from the respective components of the corresponding transformation matrix of i as follows. The expressions (23) and (24) show the case where the indirect is the rotary indirect, and the expressions (25) and (26) show the case where the indirect is the direct acting indirect (in the first embodiment, the indirect is Although all are rotary indirect, there is an example in which a direct acting indirect is used in each embodiment described later). In addition, u in the equations (23) to (26),
v and w represent unit vectors of the reference coordinate system.

【0080】[0080]

【数11】 [Equation 11]

【0081】以上のようにしてヤコビ行列Jが求められ
ると、前述した式(20)に代入することにより各駆動
モータの駆動トルクτ1,τ2,τ3が算出され(式(2
7))、反力発生制御部33では、これら各駆動トルク
に応じた駆動指令信号を各駆動モータに出力する。
When the Jacobian matrix J is obtained as described above, the driving torques τ 1 , τ 2 and τ 3 of the respective drive motors are calculated by substituting the equation (20) into the equation (2
7)), the reaction force generation control unit 33 outputs a drive command signal corresponding to each of these drive torques to each drive motor.

【0082】[0082]

【数12】 [Equation 12]

【0083】次に、入力手段移動付勢機構4の駆動によ
る操作入力手段2の目標位置の算出方法を説明する。動
作制御手段32では、操作グリップ21が入力範囲外と
なったときの入力座標算出部31で算出された操作グリ
ップ21の現在位置座標Pに基づいて、当該座標の各成
分から一定値を減じたものを目標点qdとする。かかる
目標点qd=(qx,qy,qz)とすると、次式(28)
により入力手段移動付勢機構4の各駆動モータのトルク
iが算出される。
Next, a method of calculating the target position of the operation input means 2 by driving the input means movement urging mechanism 4 will be described. The motion control means 32 subtracts a constant value from each component of the coordinates based on the current position coordinates P of the operation grip 21 calculated by the input coordinate calculation unit 31 when the operation grip 21 is out of the input range. Let the thing be the target point q d . Assuming that the target point q d = (q x , q y , q z ), the following equation (28)
Thus, the torque G i of each drive motor of the input unit movement urging mechanism 4 is calculated.

【0084】[0084]

【数13】 [Equation 13]

【0085】上式において、jは各成分,Kpiはフィー
ドバックゲイン,Kvは速度フィードバックゲインであ
る。
In the above equation, j is each component, K pi is a feedback gain, and K v is a velocity feedback gain.

【0086】以上の各手法に基づいて、制御手段3及び
演算処理装置1010では、動作制御が行われる。
The operation control is performed in the control means 3 and the arithmetic processing unit 1010 based on each of the above methods.

【0087】次に、上記構成からなる3次元入力システ
ム1000の動作について図1及び図4乃至図6に基づ
いて説明する。図4は、3次元入力システム1000の
動作の流れを示す流れ図である。
Next, the operation of the three-dimensional input system 1000 having the above structure will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 6. FIG. 4 is a flow chart showing a flow of operations of the three-dimensional input system 1000.

【0088】オペレータによる操作入力開始前において
は、3次元入力用マニピュレータ10は、操作入力手段
2及び入力手段移動付勢機構4が図5(A)に示すよう
に、予めそれぞれ設定された基本姿勢が採られる。この
基本姿勢については図示の如く限定するものではない
が、操作グリップ21及び操作入力手段2がそれぞれ周
囲の全ての方向に移動させることが可能な姿勢を基本姿
勢とすることが望ましい。
Before the operation input by the operator is started, in the three-dimensional input manipulator 10, the operation input means 2 and the input means movement urging mechanism 4 are set in respective basic postures as shown in FIG. 5 (A). Is taken. The basic posture is not limited to the one shown in the figure, but it is desirable that the operating grip 21 and the operation input means 2 be movable in all directions around the basic posture.

【0089】各基本姿勢により、操作グリップ21が予
め決められた基準座標系における初期位置に配置されて
いる。また、このとき、3次元入力用マニピュレータ1
0の入力座標算出部31では、特定範囲制御機能34に
より、操作グリップ21の初期位置の座標を中心とする
入力範囲Aを設定する。
The operation grip 21 is arranged at an initial position in a predetermined reference coordinate system according to each basic posture. At this time, the three-dimensional input manipulator 1
In the input coordinate calculation unit 31 of 0, the specific range control function 34 sets the input range A centered on the coordinates of the initial position of the operating grip 21.

【0090】そして、この状態からオペレータは、操作
グリップ21を手にして移動操作を開始する。この操作
グリップ21の移動操作により、操作入力手段2の各エ
ンコーダ221,231,241から検出角度信号が出
力され、入力座標算出部31では、これらに基づいて入
力位置座標データを算出する(ステップS1)。
Then, in this state, the operator holds the operation grip 21 and starts the moving operation. By this movement operation of the operation grip 21, the detected angle signals are output from the encoders 221, 231, 241 of the operation input means 2, and the input coordinate calculation unit 31 calculates the input position coordinate data based on these (step S1). ).

【0091】そして、特定範囲制御機能34により、算
出された入力位置座標データに基づいて操作グリップ2
1が入力範囲内にあるかを判定する(ステップS2)。
入力範囲内であれば、入力位置座標データが演算処理装
置1010の表示制御部1012に出力される(ステッ
プS4)。
Then, the specific range control function 34 operates the operation grip 2 based on the calculated input position coordinate data.
It is determined whether 1 is within the input range (step S2).
If it is within the input range, the input position coordinate data is output to the display control unit 1012 of the arithmetic processing device 1010 (step S4).

【0092】また、操作グリップ21が入力範囲外と判
定されると、特定範囲制御機能34によって、入力手段
移動付勢機構4及び操作入力手段2の各駆動モータ22
2,232,242が駆動される。このときの動作を図
5及び図6に示す。
When it is determined that the operation grip 21 is out of the input range, the specific range control function 34 causes the drive motors 22 of the input means movement urging mechanism 4 and the operation input means 2 to operate.
2,232,242 are driven. The operation at this time is shown in FIGS.

【0093】図5の(A)は、前述したように操作グリ
ップ21の操作前の状態を示している。かかる状態で
は、操作入力手段2及び入力手段移動付勢機構4の双方
とも基本姿勢が採られており、この基本姿勢において操
作グリップ21の垂直下方に一定の間隔で入力手段移動
付勢機構のリンク部材45の先端部が来るようになって
いる。
FIG. 5A shows a state before the operation grip 21 is operated, as described above. In such a state, both the operation input means 2 and the input means movement urging mechanism 4 have a basic posture, and in this basic posture, the links of the input means movement urging mechanism are vertically downward of the operation grip 21 at regular intervals. The tip of the member 45 comes to come.

【0094】かかる状態からオペレータの操作により操
作グリップ21が入力範囲Aの外に移動してしまうと
(図5(B))、そのときの操作グリップ21の現在位
置座標に基づいて入力手段移動付勢機構4の各駆動モー
タ422,424,432,442が駆動し、操作入力
手段2を移動させる。
When the operation grip 21 is moved out of the input range A by the operator's operation from such a state (FIG. 5 (B)), the input means is moved based on the current position coordinates of the operation grip 21 at that time. The drive motors 422, 424, 432, 442 of the biasing mechanism 4 are driven to move the operation input means 2.

【0095】即ち、入力手段移動付勢機構4では、操作
グリップ21の現在位置を保持し且つ操作入力手段2が
基本姿勢に戻るように、当該操作グリップ21の垂直下
方における一定の距離となる位置をリンク部材45の先
端部の移動目標位置として各駆動モータ422,42
4,432,442の駆動制御が行われる(図6参
照)。また、このとき、同時に、操作入力手段2の駆動
モータ222,232,242について、操作入力手段
2が基本姿勢を採るべく駆動制御が行われる。
That is, in the input means movement urging mechanism 4, a position is provided at a certain distance vertically below the operation grip 21 so that the current position of the operation grip 21 is held and the operation input means 2 returns to the basic posture. Is set as a movement target position of the tip end portion of the link member 45.
Drive control of 4,432,442 is performed (see FIG. 6). At this time, at the same time, drive control is performed on the drive motors 222, 232, 242 of the operation input means 2 so that the operation input means 2 adopts the basic posture.

【0096】これにより、図5(C)に示すように、操
作入力手段2は、操作グリップ21の現在位置を変える
ことなく再び基本姿勢を採り、この操作グリップ21の
現在位置を中心とする入力範囲が特定範囲制御機能34
により新たに設定される(ステップS3)。そしてその
後、操作グリップ21の現在位置における入力位置座標
データが演算処理装置1010の表示制御部1012に
出力される(ステップS4)。
As a result, as shown in FIG. 5C, the operation input means 2 takes the basic posture again without changing the current position of the operation grip 21, and the input with the current position of the operation grip 21 as the center. Range is a specific range control function 34
Is newly set by (step S3). Then, thereafter, the input position coordinate data at the current position of the operation grip 21 is output to the display control unit 1012 of the arithmetic processing device 1010 (step S4).

【0097】表示制御部1012では、ディスプレイ1
001に表示された仮想空間上の入力位置座標データに
対応する位置に仮想ポインタ1050を配置する(ステ
ップS5)。そして、反力算出機能1013により、仮
想物体1051と仮想ポインタ1050の相対位置から
これらが干渉しているかを判定する(ステップS6)。
In the display control unit 1012, the display 1
The virtual pointer 1050 is placed at a position corresponding to the input position coordinate data in the virtual space displayed in 001 (step S5). Then, the reaction force calculation function 1013 determines whether or not the virtual object 1051 and the virtual pointer 1050 interfere with each other (step S6).

【0098】上記判定において、干渉がないと判断され
た場合には、再び継続される操作グリップ21の移動動
作について、入力位置座標の検出が行われ、同様の動作
が繰り返される。
When it is determined in the above determination that there is no interference, the input position coordinates are detected and the same operation is repeated for the movement of the operating grip 21 that is continued again.

【0099】一方、上記判定において、干渉すると判断
された場合には、反力計算が行われる。そして、算出さ
れた反力データが3次元入力用マニピュレータ10の反
力発生制御部33に出力される(ステップS7)。
On the other hand, in the above judgment, when it is judged that the interference occurs, the reaction force is calculated. Then, the calculated reaction force data is output to the reaction force generation control unit 33 of the three-dimensional input manipulator 10 (step S7).

【0100】反力発生制御部33では、反力データに基
づいて操作入力手段2の各駆動モータ222,232,
242の駆動トルクを算出し且つ当該各駆動トルクに基
づく出力が生じるように各駆動モータ222,232,
242の駆動制御を行う(ステップS8)。これによ
り、オペレータは、ディスプレイ1001を見ながら、
これに表示される仮想ポインタ1050と仮想物体10
51とが接触する場合に、仮想物体からの反力を受ける
感触を仮想的に体感することとなる。
In the reaction force generation control unit 33, the drive motors 222, 232 and 232 of the operation input means 2 are based on the reaction force data.
The drive motors 222, 232, 232 calculate the drive torque of 242 and output the drive torque based on the drive torque.
The drive control of 242 is performed (step S8). As a result, the operator looks at the display 1001 and
Virtual pointer 1050 and virtual object 10 displayed on it
When 51 and 51 come into contact with each other, a feeling of receiving a reaction force from a virtual object is virtually felt.

【0101】そして、再び継続される操作グリップ21
の移動動作について、入力位置座標の検出が行われ、同
様の動作が繰り返される。
Then, the operation grip 21 is continued again.
Regarding the movement operation of, the input position coordinates are detected, and the same operation is repeated.

【0102】この第1の実施形態では、入力手段移動付
勢機構4により操作グリップ21の位置に応じて操作入
力手段2を移動させる構成のため、その操作範囲が大き
くなっても、操作入力手段2自体を操作方向に追従させ
ることができ、これがため、操作時に生じる装置全体の
慣性力を有効に低減させることが可能である。
In the first embodiment, since the operation input means 2 is moved by the input means movement urging mechanism 4 in accordance with the position of the operation grip 21, even if the operation range is widened, the operation input means is increased. 2 itself can be made to follow the operating direction, which makes it possible to effectively reduce the inertial force of the entire device that occurs during operation.

【0103】そして、慣性力の低減により、操作グリッ
プ21の操作性を向上させることが可能となり、また、
例えば、操作における微細な目標位置にも精度良く位置
決めを行うことが可能となり、同時に、操作による腕の
負担を軽減することが可能となり、オペレータによる長
時間の入力作業にも有効に対応するという効果をも有し
ている。
By reducing the inertial force, it is possible to improve the operability of the operating grip 21, and
For example, it is possible to perform accurate positioning even at a fine target position in the operation, at the same time, it is possible to reduce the burden on the arm due to the operation, and it is possible to effectively cope with a long-time input work by the operator. Also has

【0104】また、特定範囲制御機能34により、予め
設定された操作グリップ21の入力範囲を越える場合に
入力手段移動付勢機構4により操作入力手段2を移動さ
せる構成のため、操作グリップ21の操作範囲が大きい
場合にのみ入力手段移動付勢機構4が駆動し、常時入力
手段移動付勢機構4を駆動させる必要がない。このた
め、入力手段移動付勢機構4の駆動動作を簡略化し、3
次元入力用マニピュレータ10全体の電力化が図れると
共に、操作入力手段2の目標位置の算出等の演算処理を
簡略化を図ることが可能となる。
Further, since the specific range control function 34 moves the operation input means 2 by the input means movement urging mechanism 4 when the preset input range of the operation grip 21 is exceeded, the operation of the operation grip 21 is performed. The input means movement urging mechanism 4 is driven only when the range is large, and it is not necessary to constantly drive the input means movement urging mechanism 4. For this reason, the driving operation of the input means movement urging mechanism 4 is simplified and 3
The power of the entire dimension input manipulator 10 can be reduced, and the calculation processing such as calculation of the target position of the operation input unit 2 can be simplified.

【0105】さらに、操作入力手段2の各駆動モータ2
22,232,242により反力データに基づく反力を
オペレータに体感させる構成のため、操作時に生じる3
次元入力用マニピュレータ10全体の慣性力を有効に低
減させる効果と相まって、かかる反力データに基づく反
力を慣性力に干渉されることなく、正確にオペレータに
伝達させることが可能となる。
Further, each drive motor 2 of the operation input means 2
22, 232 and 242 make the operator feel the reaction force based on the reaction force data.
Coupled with the effect of effectively reducing the inertial force of the entire dimension input manipulator 10, the reaction force based on the reaction force data can be accurately transmitted to the operator without being interfered by the inertial force.

【0106】従って、3次元入力用マニピュレータ10
を3次元入力システム1000に装備し、疑似的な反力
フィードバックを受ける作業環境下での使用において、
オペレータはより正確な反力を受けることができ、即
ち、これにより、よりリアルな疑似感覚を体感すること
ができる。また同様に、より精度が高く且つ操作性の良
い入力作業を行うことが可能となる。
Therefore, the three-dimensional input manipulator 10
Equipped in a three-dimensional input system 1000, in a work environment where it receives pseudo reaction force feedback,
The operator can receive a more accurate reaction force, that is, can experience a more realistic pseudo sensation. Similarly, it is possible to perform input work with higher accuracy and operability.

【0107】なお、上記第1の実施形態では、3次元入
力用マニピュレータ10の制御手段3を、上位装置であ
る演算処理装置1010が兼ねる構成としても良い。ま
た、或いは、3次元入力用マニピュレータ10にの制御
手段2が、演算処理装置210の機能を表示制御部21
1が全て行う構成としても良い。以下に述べる他の実施
形態についても同様である。
In the first embodiment, the control means 3 of the three-dimensional input manipulator 10 may be combined with the arithmetic processing unit 1010 which is a higher-level device. Alternatively, or alternatively, the control means 2 for the three-dimensional input manipulator 10 controls the function of the arithmetic processing unit 210 by the display control unit 21.
It is also possible to adopt a configuration in which all of the above are performed by 1. The same applies to the other embodiments described below.

【0108】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態を図7及び図8に基づいて説明する。この第2の実施
形態は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニピ
ュレータ10Aを、前述した第1の実施形態と同様の構
成を有する3次元入力システム1000Aに装備した場
合を示している。なお、前述の第1の実施形態と同一の
構成については、同一の符号を付して重複する説明は省
略するものとする。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The second embodiment shows a case where a three-dimensional input manipulator 10A for performing three-dimensional coordinate input is installed in a three-dimensional input system 1000A having a configuration similar to that of the above-described first embodiment. . The same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0109】図7に示す3次元入力用マニピュレータ1
0Aは、3自由度方向に移動が自在である操作グリップ
21Aを有する3基の操作入力手段2Aと、各操作入力
手段2Aを所定の動作指令信号に基づいて同時に複数自
由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構4と、この
入力手段移動付勢機構4に装備され,当該入力手段移動
付勢機構4による操作入力手段2Aの移動変位量を検出
する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う
制御手段3(図7では図示略)とを備えている。
Three-dimensional input manipulator 1 shown in FIG.
0A is an input for moving three operation input means 2A having an operation grip 21A that is freely movable in three degrees of freedom and each operation input means 2A simultaneously in a plurality of degrees of freedom based on a predetermined operation command signal. Means moving urging mechanism 4, input means displacement urging mechanism 4, input means displacement amount detecting means for detecting the movement displacement amount of operation input means 2A by the input means moving urging mechanism 4, and The control means 3 (not shown in FIG. 7) for controlling the operation is provided.

【0110】即ち、かかる3次元入力用マニピュレータ
10Aは、オペレータの親指,人差し指及び中指に個別
に対応し且つ個別に入力し得る3基の操作入力手段2A
を有する点を除き、3次元入力用マニピュレータ10と
同一の構成となっている。
That is, the three-dimensional input manipulator 10A corresponds to the operator's thumb, forefinger, and middle finger individually and is capable of inputting individually.
It has the same configuration as the three-dimensional input manipulator 10 except that it has a.

【0111】以下、操作入力手段2Aについて詳述す
る。この操作入力手段2Aは、入力手段移動付勢機構4
に水平状態で支持された板状の基台22Aと、この基台
22Aに対して垂直方向を軸として回転自在である第1
の回転間接26A及び水平方向を軸として回動自在であ
る第2の回転間接27Aを介してその一端部を連結され
たリンク部材24Aと、このリンク部材24Aの他端部
に,水平方向を軸として回動自在である第3の回転間接
28Aを介して一端部を連結されると共にその他端部に
操作グリップ21Aが装備されたリンク部材25とを有
している。各回転間接には、それぞれグリップ変位量検
出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部材に回転
を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータとが装備
されている(図示略)。
The operation input means 2A will be described in detail below. The operation input means 2A is provided with the input means movement urging mechanism 4
A plate-shaped base 22A supported horizontally on the first base, and a first base 22A rotatable about the vertical direction as an axis with respect to the base 22A.
Of the link member 24A, one end of which is connected via a rotary joint 26A and a second rotary joint 27A which is rotatable about a horizontal axis, and the other end of the link member 24A has a horizontal axis. Has a link member 25, one end of which is connected via a rotatable third rotary joint 28A and the other end of which has an operating grip 21A. Each rotary joint is equipped with an encoder as a grip displacement amount detecting means and a drive motor as a driving force generating means for urging the adjacent link member to rotate (not shown).

【0112】また、操作グリップ21Aは、図8に示す
ように、指の先端部が挿入されるキャップ部材211
と、いわゆるジンバル機構を形成する角度90度の略円
弧上に形成された二つのアーム部材212,213とか
ら構成されている。そして、アーム部材212は、一端
部が垂直方向を軸としてキャップ部材211に回動自在
に係合し,他端部が水平方向を軸としてアーム部材21
3の一端部と回動自在に係合している。一方、アーム部
材213は、アーム部材212との係合端部と反対側の
端部が、アーム部材212との回動軸に直交し且つ垂直
な方向を軸として回動自在にリンク部材25Aの先端部
に連結されている。
Further, as shown in FIG. 8, the operation grip 21A has a cap member 211 into which the tip of the finger is inserted.
And two arm members 212 and 213 formed on a substantially arc having an angle of 90 degrees forming a so-called gimbal mechanism. The arm member 212 has one end rotatably engaged with the cap member 211 about a vertical axis and the other end about a horizontal direction about the arm member 21.
It is rotatably engaged with one end portion of 3. On the other hand, the arm member 213 has an end portion on the opposite side to the engagement end portion with the arm member 212, which is rotatable about the axis perpendicular to the axis of rotation with the arm member 212 and perpendicular thereto. It is connected to the tip.

【0113】かかる構成により、キャップ部材211
は、リンク部材25Aに対していずれも直交する3方向
を軸として回動自在となり、リンク部材25Aの傾斜角
度に拘らずオペレータの指先を任意の方向に向けた状態
で保持することが可能となっている。ここで、キャップ
部材211については、特にこの構造に限定するもので
はなく指先を保持し得る構造を有していれば良く、例え
ば、指先を挿入するリング状のものでも良い。
With this structure, the cap member 211
Can rotate about three directions orthogonal to the link member 25A, and can hold the operator's fingertip in any direction regardless of the inclination angle of the link member 25A. ing. Here, the cap member 211 is not particularly limited to this structure as long as it has a structure capable of holding a fingertip, and may be, for example, a ring shape into which the fingertip is inserted.

【0114】上記の3基の操作入力手段2Aは、一つの
基台22Aを共有し、同時にこの基台22A上に装備さ
れている。そして、これらの構成により、各操作入力手
段2A毎に、オペレータは、操作グリップ21Aを介し
て、各指毎にリンク部材24A,25Aの合計長さを半
径とし,第2の回転間接27Aを中心とする半球体の内
部空間におけるほぼ全域に当該操作グリップ21Aを3
自由度移動方向について移動させることが可能である。
The above-mentioned three operation input means 2A share one base 22A, and are simultaneously mounted on this base 22A. With these configurations, for each operation input unit 2A, the operator sets the total length of the link members 24A, 25A for each finger as the radius via the operation grip 21A, and the center of the second rotary joint 27A. The operation grip 21A is provided in almost the entire inner space of the hemisphere.
It is possible to move in the degree of freedom movement direction.

【0115】上記の3次元入力用マニピュレータ10A
においては、操作入力手段2Aが3基装備されているた
め、制御手段3の入力座標算出部31では各操作入力手
段2Aごとに入力位置座標データが算出される。そし
て、かかる各入力位置座標データに基づいて演算処理装
置1010の表示制御部1012では、三つの仮想ポイ
ンタをディスプレイ1001に表示する(例えば、人間
の手を形取った仮想ポインタの3本の指がそれぞれ動く
ように表示しても良い)。
The above three-dimensional input manipulator 10A
In this case, since three operation input means 2A are provided, the input coordinate calculation unit 31 of the control means 3 calculates the input position coordinate data for each operation input means 2A. Then, the display control unit 1012 of the arithmetic processing device 1010 displays three virtual pointers on the display 1001 based on the respective input position coordinate data (for example, three fingers of the virtual pointer in the shape of a human hand are displayed). It may be displayed so that each moves.)

【0116】また、表示制御部1012では、反力算出
機能1013によりそれぞれ個別に反力データを算出
し、これに基づいて反力発生制御部33では各操作入力
手段2Aごとに駆動モータを駆動させて、それぞれに反
力を発生させる。
In the display control unit 1012, the reaction force calculation function 1013 individually calculates reaction force data. Based on this, the reaction force generation control unit 33 drives the drive motor for each operation input means 2A. And generate a reaction force in each.

【0117】一方、動作制御部32では、入力位置座標
データが出力されると、特定範囲制御機能34により、
3基の操作入力手段2Aの内の予め定められたいずれか
1基について操作グリップ21Aが予め設定された入力
範囲を越えた場合に、当該この入力位置座標データに基
づいて入力手段移動付勢機構4が駆動するようになって
いる。
On the other hand, in the operation control section 32, when the input position coordinate data is output, the specific range control function 34
When the operation grip 21A exceeds the preset input range for any one of the three preset operation input means 2A, the input means movement urging mechanism is based on the input position coordinate data. 4 is designed to drive.

【0118】以上のように、この第2の実施形態では、
前述した第1の実施形態と同様の効果を有すると共に同
時に3つのポイントについて座標入力を行うことが可能
となっている。
As described above, in the second embodiment,
It has the same effect as that of the first embodiment described above, and it is possible to input coordinates for three points at the same time.

【0119】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形
態を図9及び図10に基づいて説明する。この第3の実
施形態は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニ
ピュレータ10Bを、前述した第1の実施形態と同様の
構成を有する3次元入力システム1000Bに装備した
場合を示している。なお、前述の第1又は第2の実施形
態と同一の構成については、同一の符号を付して重複す
る説明は省略するものとする。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The third embodiment shows a case where the three-dimensional input manipulator 10B for performing three-dimensional coordinate input is provided in a three-dimensional input system 1000B having the same configuration as that of the first embodiment described above. . The same components as those of the first or second embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0120】図9に示す3次元入力用マニピュレータ1
0Bは、3自由度方向に移動が自在である操作グリップ
21Aを有する3基の操作入力手段2Aと、これら操作
入力手段2Aを所定の動作指令信号に基づいて複数自由
度方向に移動させる入力手段移動付勢機構4Bと、この
入力手段移動付勢機構4Bに装備され,当該入力手段移
動付勢機構4Bによる操作入力手段2Aの移動変位量を
検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を
行う制御手段3B(図9では図示略)とを備えている。
Three-dimensional input manipulator 1 shown in FIG.
Reference numeral 0B designates three operation input means 2A having an operation grip 21A which is movable in the directions of three degrees of freedom, and an input means for moving these operation input means 2A in the directions of a plurality of degrees of freedom based on a predetermined operation command signal. Movement urging mechanism 4B, input means displacement urging mechanism 4B, input means displacement amount detecting means for detecting movement displacement amount of operation input means 2A by the input means movement urging mechanism 4B, and operation of each part The control means 3B (not shown in FIG. 9) for controlling is provided.

【0121】即ち、かかる3次元入力用マニピュレータ
10Bは、入力手段移動付勢機構4Bに新たに直動間接
を装備した点を除き、3次元入力用マニピュレータ10
Aと同一の構成となっている。
That is, the three-dimensional input manipulator 10B is different from the three-dimensional input manipulator 10B except that the input means movement urging mechanism 4B is newly provided with a direct acting joint.
It has the same configuration as A.

【0122】以下、入力手段移動付勢機構4Bについて
詳述する。この入力手段移動付勢機構4Bは、水平面上
に置かれ,全体を支持する板状の基台42と、この基台
42に対して垂直方向を軸として回転自在である第4の
回転間接46及び水平方向を軸として回動自在である第
5の回転間接47を介して装備されたリンク部材43
と、このリンク部材43の上端部に,水平方向を軸とし
て回動自在である第6の回転間接48を介してその一端
部を連結されたリンク部材44と、このリンク部材44
の他端部に当該リンク部材44に沿ってその一端部が摺
動自在に係合する直動リンク部材44Bと、この直動リ
ンク部材44Bの他端部に,水平方向を軸として回動自
在である第7の回転間接49(図示略)を介してその一
端部を連結されると共にその他端部で操作入力手段2の
基台22を支持するリンク部材45(図示略)とを有し
ている。
The input means movement urging mechanism 4B will be described in detail below. The input unit movement urging mechanism 4B is placed on a horizontal plane and has a plate-shaped base 42 that supports the entire body, and a fourth rotary joint 46 that is rotatable about the base 42 in a direction perpendicular to the base 42. And a link member 43 mounted via a fifth rotary joint 47 rotatable about the horizontal direction.
And a link member 44 having one end connected to the upper end of the link member 43 via a sixth rotary joint 48 which is rotatable about a horizontal axis.
A linear motion link member 44B whose one end is slidably engaged with the other end of the linear motion link member 44 along the link member 44, and the other end of the linear motion link member 44B is rotatable about a horizontal axis. And a link member 45 (not shown) for supporting the base 22 of the operation input means 2 at the other end, the one end of which is connected via a seventh rotary joint 49 (not shown). There is.

【0123】そして、リンク部材44と直動リンク部材
44Bとの間には、直動間接が設けられている。この直
動間接は、直動リンク部材44B内部に,当該直動リン
ク部材44Bの長手方向に沿って設けられたリンク部材
44挿入用の係合穴と、この係合穴に挿入されたリンク
部材44に対して直動リンク部材44Bに往復移動を付
勢する図示しないリニアアクチュエータと、往復移動方
向の変位を検出する入力手段変位量検出手段としての図
示しない直線型ポテンショメータとから主に構成されて
いる。
A direct acting joint is provided between the link member 44 and the direct acting link member 44B. The direct acting joint includes an engaging hole for inserting the link member 44 provided in the direct acting link member 44B along the longitudinal direction of the direct acting link member 44B, and a link member inserted in the engaging hole. A linear actuator (not shown) for urging reciprocating movement of the linear motion link member 44B with respect to 44, and a linear potentiometer (not shown) as input means displacement amount detecting means for detecting displacement in the reciprocating direction are mainly configured. There is.

【0124】なお、往復移動を付勢する手段としては、
リニアアクチュエータに限らず例えば駆動モータとピニ
オン−ラック機構等から構成しても良い。かかる場合、
入力手段変位量検出手段としてはエンコーダ等が使用さ
れる。
As means for urging the reciprocating movement,
Not limited to the linear actuator, it may be configured by a drive motor and a pinion-rack mechanism, for example. In such cases,
An encoder or the like is used as the input means displacement amount detection means.

【0125】かかる構成において、この入力手段移動付
勢機構4Bは、リンク部材44と直動リンク部材44B
と間の最大伸張長さとリンク部材43との合計長さを半
径とし,第5の回転間接47を中心とする半球体の内部
空間におけるほぼ全域に操作入力手段2Aを3自由度移
動方向について移動させることが可能である。
In this structure, the input means moving and urging mechanism 4B includes the link member 44 and the linear motion link member 44B.
The operation input means 2A is moved in the three-degree-of-freedom moving direction in almost the entire area of the internal space of the hemisphere centered on the fifth rotary joint 47, with the maximum extension length between and as the radius and the total length of the link member 43 as the radius. It is possible to

【0126】この入力手段移動付勢機構4Bでは、通常
時には、リンク部材44が直動リンク部材44Bの係合
穴にほぼ完全に挿入された状態(最小伸張長さ状態)で
使用され、かかる状態において、操作入力手段2Aの操
作グリップ21Aに対するオペレータによる操作範囲が
広くなるにつれて直動間接のリニアアクチュエータが駆
動され、直動リンク部材44Bがリンク部材44に沿っ
て往動して伸張する動作制御が行われる。
In this input means movement urging mechanism 4B, normally, the link member 44 is used in a state in which the link member 44 is almost completely inserted into the engagement hole of the linear motion link member 44B (state of minimum extension length), and such a state is obtained. In the above, as the operation range of the operation grip 21A of the operation input means 2A by the operator becomes wider, the direct-acting indirect linear actuator is driven and the direct-acting link member 44B moves forward along the link member 44 and extends. Done.

【0127】ここで、上記の3次元入力用マニピュレー
タ10Bの制御系を図10に示す。制御手段3Bは、図
10に示すように、操作入力手段2の各エンコーダ,入
力手段移動付勢機構4の各エンコーダ及び直動型ポテン
ショメータの検出する検出角度信号及び検出直動変位信
号(移動変位量)に基づいて各操作グリップ21Aごと
の入力位置座標データを算出して演算処理装置1010
に出力する入力座標算出部31と、この入力位置座標デ
ータに基づく動作指令信号を入力手段移動付勢機構4B
の各駆動モータ及びリニアアクチュエータに出力する動
作制御部32と、演算処理装置1010から出力された
入力位置座標データに対応する反力データを受けて,こ
の反力データに基づく駆動指令信号を操作入力手段2の
各駆動モータに出力する反力発生制御部33とを備えて
いる。
Here, a control system of the above-mentioned three-dimensional input manipulator 10B is shown in FIG. As shown in FIG. 10, the control unit 3B controls the encoders of the operation input unit 2, the encoders of the input unit movement urging mechanism 4, and the detection angle signals and the detection linear movement displacement signals (movement displacements) detected by the direct acting potentiometer. The calculation processing device 1010 calculates input position coordinate data for each operation grip 21A based on
To the input means movement urging mechanism 4B and the operation command signal based on the input position coordinate data.
The operation control unit 32 that outputs to each drive motor and the linear actuator, and the reaction force data corresponding to the input position coordinate data output from the arithmetic processing unit 1010 are received, and the drive command signal based on the reaction force data is operated and input. It is provided with a reaction force generation control unit 33 which outputs to each drive motor of the means 2.

【0128】また、動作制御部32Bは、入力位置座標
データに基づいて,予め定められたいずれか一つの操作
入力手段2Aの操作グリップ21Aが,予め定められた
入力手段移動付勢機構4Bによる操作入力手段2Aの可
動範囲を越えると判断した場合に、操作グリップ21A
の現在位置を保持しつつ直動リンク部材44Bの伸張動
作を付勢する動作指令信号を直動間接のリニアアクチュ
エータに出力する伸縮動作制御機能35Bを有してい
る。
Further, the operation control section 32B controls the operation grip 21A of any one of the predetermined operation input means 2A based on the input position coordinate data by the operation of the predetermined input means movement urging mechanism 4B. When it is determined that the input means 2A exceeds the movable range, the operation grip 21A
The expansion / contraction operation control function 35B for outputting an operation command signal for urging the expansion operation of the linear motion link member 44B to the linear actuator of the linear motion indirectly while maintaining the present position of the linear motion link member 44B.

【0129】即ち、この伸縮動作制御機能35Bによっ
て、例えば、入力手段移動付勢機構4Bの第5の回転間
接47を原点とする一定範囲(ここでは、操作入力手段
2Aのリンク部材24A,25Aと入力手段移動付勢機
構4Bのリンク部材43及びリンク部材44の全ての合
計より幾分短い長さを半径とする半球領域とする)の外
部にオペレータの操作により操作グリップ21Aが移動
された場合に、動作指令信号がリニアアクチュエータに
出力され、これにより当該リニアアクチュエータが直動
リンク部材44Bに往動(伸張動作)を付勢するように
なっている。
That is, by means of this expansion / contraction operation control function 35B, for example, a fixed range with the fifth rotary joint 47 of the input means movement urging mechanism 4B as the origin (here, the link members 24A and 25A of the operation input means 2A, When the operation grip 21A is moved by an operator's operation to the outside of a hemispherical region whose radius is a length somewhat shorter than the total of all of the link members 43 and the link members 44 of the input means movement urging mechanism 4B) The operation command signal is output to the linear actuator, which causes the linear actuator to urge forward movement (extension operation) to the linear motion link member 44B.

【0130】上述のように、この第3の実施形態では、
第2の実施形態と同様の効果を有する共に、必要に応じ
て、入力手段移動付勢機構4Bによる操作入力手段2A
の移動範囲が拡大され、同時に、操作グリップ21Aの
全体的な移動範囲を拡大することが可能となっている。
As described above, in this third embodiment,
In addition to having the same effect as the second embodiment, if necessary, the operation inputting means 2A by the inputting means moving and urging mechanism 4B.
The range of movement of the control grip 21A is expanded, and at the same time, the range of movement of the operation grip 21A can be expanded.

【0131】(第4の実施形態)本発明の第4の実施形
態を図11に基づいて説明する。この第4の実施形態
は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニピュレ
ータ10Cを、前述した第1の実施形態と同様の構成を
有する3次元入力システム1000Cに装備した場合を
示している。なお、前述の第1又は第2の実施形態と同
一の構成については、同一の符号を付して重複する説明
は省略するものとする。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment shows a case where the three-dimensional input manipulator 10C for performing three-dimensional coordinate input is installed in a three-dimensional input system 1000C having the same configuration as that of the above-described first embodiment. . The same components as those of the first or second embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0132】図11に示す3次元入力用マニピュレータ
10Cは、3自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ21Aを有する3基の操作入力手段2Aと、これら操
作入力手段2Aを所定の動作指令信号に基づいて複数自
由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構4Cと、こ
の入力手段移動付勢機構4Cに装備され,当該入力手段
移動付勢機構4Cによる操作入力手段2Aの移動変位量
を検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御
を行う制御手段3(図11では図示略)とを備えてい
る。
The three-dimensional input manipulator 10C shown in FIG. 11 has three operation input means 2A having an operation grip 21A which can be moved in the directions of three degrees of freedom, and a predetermined operation command signal for these operation input means 2A. Based on the input means movement urging mechanism 4C for moving in a plurality of degrees of freedom, and the movement displacement amount of the operation input means 2A detected by the input means movement urging mechanism 4C. The input means displacement amount detecting means and the control means 3 (not shown in FIG. 11) for controlling the operation of each part are provided.

【0133】即ち、かかる3次元入力用マニピュレータ
10Cは、入力手段移動付勢機構4Cが回転間接ではな
く全て直動間接により各リンク部材を連結している点を
除き、3次元入力用マニピュレータ10Aと同一の構成
となっている。
That is, the three-dimensional input manipulator 10C is the same as the three-dimensional input manipulator 10A except that the input means movement urging mechanism 4C connects all the link members not by rotary indirect but by direct indirect. It has the same structure.

【0134】以下、入力手段移動付勢機構4Cについて
詳述する。この入力手段移動付勢機構4Cは、水平面上
に置かれ,全体を支持する板状の基台42と、この基台
42に対して直動間接を介して当該基台42上を一定方
向に往動自在であるリンク部材43Cと、このリンク部
材43Cに直動間接を介して連結され,水平面上におい
て上記一定方向と垂直方向に往動自在であるリンク部材
44Cと、このリンク部材44Cに直動間接を介して連
結され,垂直方向に往動自在であると共にその上端部で
操作入力手段2の基台22を支持するリンク部材45C
とを有している。
The input means movement urging mechanism 4C will be described in detail below. The input unit movement urging mechanism 4C is placed on a horizontal plane and has a plate-shaped base 42 that supports the entire body, and a direct movement indirectly with respect to the base 42 in a certain direction on the base 42. A link member 43C that can be moved forward, a link member 44C that is connected to the link member 43C via a direct and indirect connection, and that can be moved forward and backward in a direction perpendicular to the certain direction on a horizontal plane, and a link member 44C that is directly connected to the link member 44C. A link member 45C that is connected through a motion joint, is vertically movable, and supports the base 22 of the operation input means 2 at its upper end.
And have.

【0135】さらに詳述すると、リンク部材43Cと基
台42との間の直動間接は、基台42の上面に装備さ
れ,リンク部材43Cを一定方向に案内する二本のガイ
ドレール46Cと、このガイドレール46Cに沿った移
動を付勢する付勢機構(図示略:例えば、駆動モータと
ピニオン−ラック機構,又はリニアアクチュエータ等の
構成)と、ガイドレール方向の移動変位を検出する入力
手段変位量検出手段(図示略:例えば、直動型ポテンシ
ョメータ)とから主に構成されている。
More specifically, the linear motion joint between the link member 43C and the base 42 is provided on the upper surface of the base 42, and two guide rails 46C for guiding the link member 43C in a fixed direction, A biasing mechanism (not shown: for example, a drive motor and a pinion-rack mechanism, a linear actuator, or the like) for biasing the movement along the guide rail 46C, and an input means displacement for detecting the movement displacement in the guide rail direction. It mainly comprises an amount detecting means (not shown: for example, a direct acting potentiometer).

【0136】同様にして、リンク部材43Cとリンク部
材44Cとの間の直動間接は、リンク部材43Cの上面
に凸状に形成され,リンク部材44Cを水平面上におけ
る上記一定方向に直交する方向に案内するガイドレール
部43cと、このガイドレール部43cに沿った移動を
付勢する付勢機構と、ガイドレール部43c方向の移動
変位を検出する入力手段変位量検出手段とから主に構成
されている。
Similarly, the linear motion joint between the link member 43C and the link member 44C is formed in a convex shape on the upper surface of the link member 43C, and the link member 44C is formed in a direction orthogonal to the above-mentioned certain direction on the horizontal plane. The guide rail portion 43c for guiding, an urging mechanism for urging movement along the guide rail portion 43c, and an input means displacement amount detecting means for detecting movement displacement in the guide rail portion 43c direction are mainly configured. There is.

【0137】また、リンク部材44Cとリンク部材45
Cとの間の直動間接は、リンク部材44C内部に,当該
リンク部材44Cの長手方向に沿って設けられたリンク
部材45C挿入用の係合穴と、この係合穴に挿入された
リンク部材45Cに対して垂直方向の往復移動を付勢す
る付勢機構と、垂直方向のリンク部材45Cの移動変位
を検出する入力手段変位量検出手段とから主に構成され
ている。
Further, the link member 44C and the link member 45
The direct and indirect connection with C is the engagement hole for inserting the link member 45C, which is provided inside the link member 44C along the longitudinal direction of the link member 44C, and the link member inserted into this engagement hole. It is mainly composed of an urging mechanism for urging reciprocating movement in the vertical direction with respect to 45C, and an input means displacement amount detecting means for detecting the moving displacement of the link member 45C in the vertical direction.

【0138】かかる構成により、この入力手段移動付勢
機構4Cは、操作入力手段2Aを各リンク部材43C,
44C,45Cの可動距離を各辺とする直方体の領域内
で3自由度方向について自在に移動させることが可能で
ある。
With this structure, this input means movement urging mechanism 4C connects the operation input means 2A to each link member 43C,
It is possible to move freely in the three-degree-of-freedom direction within a rectangular parallelepiped region having movable distances of 44C and 45C on each side.

【0139】この第4の実施形態は、第1の実施形態と
ほぼ同様の動作が行われ、又同様の効果を有している。
そして、第1の実施形態の効果に加えて、入力手段移動
付勢機構4が直動間接を有する構成のため、駆動の際の
入力位置座標データの算出及び各付勢機構の動作指令信
号の算出工程を簡易化することが可能である。
The fourth embodiment performs substantially the same operation as the first embodiment and has the same effect.
In addition to the effects of the first embodiment, since the input means movement urging mechanism 4 has a direct-acting indirect structure, calculation of input position coordinate data at the time of driving and operation command signal of each urging mechanism. It is possible to simplify the calculation process.

【0140】(第5の実施形態)本発明の第5の実施形
態を図12に基づいて説明する。この第5の実施形態
は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニピュレ
ータ10Dを、前述した第1の実施形態と同様の構成を
有する3次元入力システム1000Dに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。
(Fifth Embodiment) The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment shows a case where the three-dimensional input manipulator 10D for performing three-dimensional coordinate input is installed in a three-dimensional input system 1000D having the same configuration as that of the first embodiment described above. . The same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0141】図12に示す3次元入力用マニピュレータ
10Dは、複数自由度方向に移動が自在である操作グリ
ップ21Dを有する操作入力手段2Dと、この操作入力
手段2Dを所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方
向に移動させる入力手段移動付勢機構4Cと、この入力
手段移動付勢機構4Cに装備され,当該入力手段移動付
勢機構4Cによる操作入力手段2Dの移動変位量を検出
する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う
制御手段3(図12では図示略)とを備えている。
The three-dimensional input manipulator 10D shown in FIG. 12 has an operation input means 2D having an operation grip 21D that is movable in a plurality of degrees of freedom, and the operation input means 2D based on a predetermined operation command signal. Input means moving biasing mechanism 4C for moving in a plurality of degrees of freedom direction, and input means equipped to this input means moving biasing mechanism 4C for detecting the displacement amount of the operation input means 2D by the input means moving biasing mechanism 4C. A displacement amount detection means and a control means 3 (not shown in FIG. 12) for controlling the operation of each part are provided.

【0142】以下、操作入力手段2Dについて詳述す
る。この操作入力手段2Dは、入力手段移動付勢機構4
Cに水平状態(幾分傾斜させても良い)で支持された板
状の基台22Dを有し、この基台22Dの上面の二箇所
にそれぞれ垂直方向を軸として回転自在である第1の回
転間接261D,262D及び水平方向を軸として回動
自在である第2の回転間接271D,272Dを介して
その一端部を連結されたリンク部材243D,244D
が装備されている。
The operation input means 2D will be described in detail below. The operation inputting means 2D includes an inputting means moving urging mechanism 4
C has a plate-shaped base 22D supported in a horizontal state (may be tilted to some extent), and is rotatable at two points on the upper surface of the base 22D with the vertical direction as an axis. Link members 243D, 244D whose one ends are connected via rotary joints 261D, 262D and second rotary joints 271D, 272D which are rotatable about the horizontal direction.
Is equipped with.

【0143】そして、各リンク部材243D,244D
の他端部には、水平方向を軸として回動自在である第3
の回転間接281D,282Dを介して,リンク部材2
53D,254Dの一端部が連結されている。
Then, each link member 243D, 244D
The other end of the third is rotatable about a horizontal axis.
Link member 2 through the rotary joints 281D and 282D of
One ends of 53D and 254D are connected.

【0144】さらに、これらリンク部材253D,25
4Dの各他端部(自由端)は、一本の棒状の操作グリッ
プ21Dにより連結されている。即ち、リンク部材25
3D,254Dの各自由端は、それぞれユニバーサルジ
ョイント211D,212Dを介して操作グリップ21
Dの一端部と他端部に連結されている。
Furthermore, these link members 253D, 25
The other ends (free ends) of 4D are connected by a single rod-shaped operation grip 21D. That is, the link member 25
The free ends of 3D and 254D are connected to the operating grip 21 via universal joints 211D and 212D, respectively.
It is connected to one end and the other end of D.

【0145】なお、各回転間接には、それぞれグリップ
変位量検出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部
材に回転を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータ
とが装備されている(図示略)。
Each rotary joint is equipped with an encoder as a grip displacement amount detecting means and a drive motor as a driving force generating means for urging the adjacent link member to rotate (not shown).

【0146】かかる構成により、操作グリップ21D
は、両端部をそれぞれ3自由度の連結リンク構成に支持
された状態となる。この操作グリップ21Dの操作入力
範囲を図13及び図14に基づいて説明する。これら図
中の符号U,Vはそれぞれリンク部材253D,254
Dの自由端の可動領域を示している。即ち、可動領域U
は、第2の回転間接271Dを中心とするリンク部材2
43D,253Dの合計長さを半径とする半球体であ
り、可動領域Vは、第2の回転間接272Dを中心とす
るリンク部材244D,254Dの合計長さを半径とす
る半球体である。
With this structure, the operation grip 21D
Is in a state in which both end portions are supported by a connection link structure having three degrees of freedom. The operation input range of the operation grip 21D will be described with reference to FIGS. 13 and 14. Reference characters U and V in these drawings are link members 253D and 254, respectively.
The movable region of the free end of D is shown. That is, the movable area U
Is the link member 2 centered on the second rotary joint 271D.
It is a hemisphere whose radius is the total length of 43D and 253D, and the movable region V is a hemisphere whose radius is the total length of the link members 244D and 254D centered on the second rotary joint 272D.

【0147】操作グリップ21Dの一方の端部に装備さ
れるユニバーサルジョイント211Dは、可動領域Uの
表面部乃至内部の一部(操作グリップ21Dが充分な長
さを有していれば全体)について移動可能であり、これ
らの内の任意の一点に位置決めすると、他方のユニバー
サルジョイント212Dは、ユニバーサルジョイント2
11Dを中心として操作グリップ21Dの長さを半径と
する球面を,可動領域Vの表面との接触部分でカットし
た球殻面Wの範囲で位置決めすることが可能となる。
The universal joint 211D provided at one end of the operating grip 21D moves about the surface of the movable region U or a part of the inside (the whole if the operating grip 21D has a sufficient length). It is possible and when positioned at any one of these, the other universal joint 212D will
It is possible to position a spherical surface having a radius of the length of the operation grip 21D centering on 11D within the range of the spherical shell surface W cut at the contact portion with the surface of the movable region V.

【0148】このため、この操作グリップ21Dは、一
端部が3自由度で支持されると共に他端部が球殻面Wの
範囲で移動が自在となるため、実質上5自由度方向の入
力が自在となっている。
For this reason, the operating grip 21D has one end supported with three degrees of freedom and the other end movable within the range of the spherical shell surface W, so that an input in substantially five degrees of freedom can be input. It is free.

【0149】この3次元入力システム1000Dでは、
3次元入力用マニピュレータ10Dにより、操作グリッ
プ21Dの一端部と他端部の各入力位置座標データを当
該各端部側の各回転間接内のエンコーダの検出角度信号
により算出し、かかる一方の入力位置座標データに基づ
いて仮想空間内における仮想ポインタ1050の先端位
置の位置決めを行い、他方の入力位置座標データ(及び
一方の入力位置座標データとの方向ベクトル)に基づい
て仮想ポインタ1050の向きを決め、ディスプレイ1
001に表示する。反力データは、仮想ポインタ105
0の先端位置及び向きにより算出することが可能であ
る。
In this three-dimensional input system 1000D,
The three-dimensional input manipulator 10D calculates each input position coordinate data of one end and the other end of the operation grip 21D from the detected angle signal of the encoder in each rotary joint on the end side, and the one input position. The tip position of the virtual pointer 1050 in the virtual space is positioned based on the coordinate data, and the orientation of the virtual pointer 1050 is determined based on the other input position coordinate data (and the direction vector with the one input position coordinate data). Display 1
It is displayed in 001. The reaction force data is the virtual pointer 105.
It can be calculated by the tip position and orientation of 0.

【0150】この第5の実施形態では、第1の実施形態
と同様効果を有すると共に、操作入力手段2Dを備える
ことにより、より多くの自由度の入力が可能となってい
る。このため、3次元入力システム1000Dでは、仮
想ポインタ1050に方向性を持たせることができ、こ
れにより、仮想の反力をより正確に再現することが可能
となり、操作グリップ21Dを操作するオペレータは、
より現実に近い反力を体感することが可能となる。
The fifth embodiment has the same effect as that of the first embodiment, and by providing the operation input means 2D, it is possible to input with more degrees of freedom. Therefore, in the three-dimensional input system 1000D, the virtual pointer 1050 can be provided with directionality, which makes it possible to more accurately reproduce the virtual reaction force, and the operator who operates the operation grip 21D can
It is possible to experience a reaction force that is closer to reality.

【0151】また、3次元入力用マニピュレータは、図
15の如く操作入力手段2Dと入力手段移動付勢機構4
とを有する構成としても良い。かかる構成により上記3
次元入力用マニピュレータ10Dと同様の効果を発揮す
ることが可能である。同様にして、3次元入力用マニピ
ュレータを図16の如く操作入力手段2Dと入力手段移
動付勢機構4Bとを有する構成としても良い。かかる構
成により、上記3次元入力用マニピュレータ10Dと同
様の効果を有すると共に入力手段移動付勢機構4Bによ
る移動範囲拡大効果を発揮することが可能である。
Further, the three-dimensional input manipulator has the operation input means 2D and the input means movement urging mechanism 4 as shown in FIG.
It may be configured to include and. With this configuration, the above 3
It is possible to exhibit the same effect as the dimension input manipulator 10D. Similarly, the three-dimensional input manipulator may be configured to have the operation input means 2D and the input means movement urging mechanism 4B as shown in FIG. With such a configuration, it is possible to have the same effect as that of the three-dimensional input manipulator 10D, and to exert the effect of expanding the moving range by the input unit moving and biasing mechanism 4B.

【0152】(第6の実施形態)本発明の第6の実施形
態を図17に基づいて説明する。この第6の実施形態
は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニピュレ
ータ10Eを、前述した第1の実施形態と同様の構成を
有する3次元入力システム1000Eに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。
(Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sixth embodiment shows a case where a three-dimensional input manipulator 10E for inputting three-dimensional coordinates is provided in a three-dimensional input system 1000E having the same configuration as that of the first embodiment described above. . The same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0153】図17に示す3次元入力用マニピュレータ
10Eは、3自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ21Eを有する操作入力手段2Eと、これら操作入力
手段2Eを所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方
向に移動させる入力手段移動付勢機構4と、この入力手
段移動付勢機構4に装備され,当該入力手段移動付勢機
構4による操作入力手段2Eの移動変位量を検出する入
力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う制御手
段3(図17では図示略)とを備えている。
A three-dimensional input manipulator 10E shown in FIG. 17 has operation input means 2E having an operation grip 21E which is movable in three directions of freedom, and these operation input means 2E based on a predetermined operation command signal. An input means movement urging mechanism 4 for moving in a plurality of degrees of freedom, and an input means provided in the input means movement urging mechanism 4 for detecting a movement displacement amount of the operation input means 2E by the input means movement urging mechanism 4. A displacement amount detection means and a control means 3 (not shown in FIG. 17) for controlling the operation of each part are provided.

【0154】以下、操作入力手段2Eについて詳述す
る。この操作入力手段2Eは、入力手段移動付勢機構4
に水平状態で支持された板状の基台22と、この基台2
2に対して垂直方向を軸として回転自在である第1の回
転間接26を介してその一端部を連結されたリンク部材
23と、このリンク部材23の他端部に,水平方向を軸
として回動自在である第2の回転間接27を介してその
一端部を連結されたリンク部材24と、このリンク部材
24の他端部に直動間接28Eを介して連結された操作
グリップ21Eとを有している。
The operation input means 2E will be described in detail below. This operation input means 2E is provided with an input means movement urging mechanism 4
A plate-shaped base 22 supported horizontally on the base 2 and the base 2
2, a link member 23, one end of which is connected through a first rotary joint 26, which is rotatable about a vertical direction as an axis, and the other end of the link member 23 is rotated about a horizontal direction about an axis. A link member 24, one end of which is connected via a movable second rotary joint 27, and an operation grip 21E, which is connected to the other end of the link member 24 via a direct acting joint 28E, are provided. is doing.

【0155】各回転間接には、それぞれグリップ変位量
検出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部材に回
転を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータとが装
備されている(図示略)。又、操作グリップ21Eは、
オペレータが握り易いように細い棒状に形成されてい
る。
Each rotary joint is equipped with an encoder as a grip displacement amount detecting means and a drive motor as a driving force generating means for urging the adjacent link member to rotate (not shown). In addition, the operation grip 21E is
It is formed in a thin rod shape so that the operator can easily hold it.

【0156】そして、リンク部材24と操作グリップ2
1Eとの間に設けられた直動間接28Eは、操作グリッ
プ21Eを固定装備すると共にリンク部材24を挿通さ
せる貫通した係合穴が形成されており、この係合穴に挿
通されたリンク部材24に沿って当該直動間接28Eに
往復移動を付勢する図示しない駆動手段(リニアアクチ
ュエータ,駆動モータ及びピニオン−ラック機構等)
と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入力手段
変位量検出手段(直線型ポテンショメータ,エンコーダ
等)とから主に構成されている。
Then, the link member 24 and the operation grip 2
The direct-acting indirect 28E provided between the 1E and the 1E has an engaging hole which is fixedly equipped with the operation grip 21E and through which the link member 24 is inserted, and the link member 24 which is inserted into the engaging hole. Drive means (linear actuator, drive motor, pinion-rack mechanism, etc.) not shown for urging reciprocating movement to the linear motion indirect 28E along
And an input means (not shown) for detecting a displacement in the reciprocating direction, a displacement amount detecting means (a linear potentiometer, an encoder, etc.).

【0157】かかる構成において、この操作入力手段2
Eは、リンク部材24の長さを半径とし,第2の回転間
接27を中心とする球体の内部空間におけるほぼ全域に
操作グリップ21Eを3自由度移動方向について移動さ
せることが可能である。
In this structure, the operation input means 2
E has a length of the link member 24 as a radius, and it is possible to move the operation grip 21E in the three-degree-of-freedom moving direction to almost the entire internal space of the sphere centering on the second rotary joint 27.

【0158】上記の操作入力手段を3次元入力用マニピ
ュレータ10Eに装備することにより、この第6の実施
形態では、第1の実施形態と同様の効果を発揮すること
が可能となっている。
By equipping the three-dimensional input manipulator 10E with the above-mentioned operation input means, the sixth embodiment can exhibit the same effect as that of the first embodiment.

【0159】また、3次元入力用マニピュレータは、図
18の如く操作入力手段2Eと入力手段移動付勢機構4
Bとを有する構成としても良い。かかる構成により上記
3次元入力用マニピュレータ10Eと同様の効果を有す
ると共に入力手段移動付勢機構4Bによる移動範囲拡大
効果を発揮することが可能である。同様にして、3次元
入力用マニピュレータを図19の如く操作入力手段2と
入力手段移動付勢機構4Cとを有する構成としても良
い。かかる構成により、上記3次元入力用マニピュレー
タ10Eと同様の効果を発揮することが可能である。
The three-dimensional input manipulator has the operation input means 2E and the input means movement urging mechanism 4 as shown in FIG.
A configuration having B and B may be used. With such a configuration, it is possible to have the same effect as that of the three-dimensional input manipulator 10E, and to exert the effect of expanding the moving range by the input unit moving and biasing mechanism 4B. Similarly, the three-dimensional input manipulator may be configured to have the operation input unit 2 and the input unit movement urging mechanism 4C as shown in FIG. With this configuration, it is possible to achieve the same effect as that of the three-dimensional input manipulator 10E.

【0160】(第7の実施形態)本発明の第7の実施形
態を図20に基づいて説明する。この第7の実施形態
は、3次元上の座標入力を行う3次元入力用マニピュレ
ータ10Fを、前述した第1の実施形態と同様の構成を
有する3次元入力システム1000Fに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。
(Seventh Embodiment) A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The seventh embodiment shows a case where the three-dimensional input manipulator 10F for three-dimensional coordinate input is provided in a three-dimensional input system 1000F having the same configuration as that of the first embodiment. . The same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0161】図20に示す3次元入力用マニピュレータ
10Fは、3自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ21Fを有する2基の操作入力手段2Fと、各操作入
力手段2Fを所定の動作指令信号に基づいて同時に複数
自由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構4Cと、
この入力手段移動付勢機構4Cに装備され,当該入力手
段移動付勢機構4Cによる操作入力手段2Fの移動変位
量を検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制
御を行う制御手段3(図20では図示略)とを備えてい
る。
The three-dimensional input manipulator 10F shown in FIG. 20 has two operation input means 2F having an operation grip 21F movable in three degrees of freedom and each operation input means 2F with a predetermined operation command signal. An input means movement urging mechanism 4C for simultaneously moving in a plurality of degrees of freedom based on
This input means movement urging mechanism 4C is equipped with an input means displacement amount detection means for detecting the movement displacement amount of the operation input means 2F by the input means movement urging mechanism 4C, and a control means 3 for controlling the operation of each part ( (Not shown in FIG. 20).

【0162】以下、操作入力手段2Fについて詳述す
る。この操作入力手段2Fは、入力手段移動付勢機構4
Cに水平状態で支持された板状の基台22Fと、この基
台22F上に架設され,水平方向の摺動部分を有するコ
字状のガイドレール23Fと、このガイドレール23F
の摺動部分に沿って直動自在の直動間接27Fを介して
連結され,水平面内において当該ガイドレール23Fの
摺動部分と直交する方向に沿って配設されたリンク部材
24Fと、このリンク部材24Fにおける直動間接27
Fとの係合端部と反対側の端部に装備された直動間接2
8Fと、この直動間接28Fにより垂直方向に沿って移
動自在なリンク部材25Fと、このリンク部材25Fの
一端部に装備された操作グリップ21Fとから主に構成
される。
The operation input means 2F will be described in detail below. The operation input means 2F is provided with the input means movement urging mechanism 4
A plate-shaped base 22F horizontally supported by C, a U-shaped guide rail 23F installed on the base 22F and having a sliding portion in the horizontal direction, and the guide rail 23F.
Link member 24F, which is connected along the sliding portion of the guide rail 23F via a linearly movable indirect 27F and is arranged along a direction orthogonal to the sliding portion of the guide rail 23F in the horizontal plane, and this link. Direct indirect 27 in member 24F
Direct acting indirect 2 equipped at the end opposite to the end engaging with F
8F, a link member 25F that is movable in the vertical direction by the direct acting indirect 28F, and an operation grip 21F mounted on one end of the link member 25F.

【0163】また、直動間接27は、リンク部材24F
をその配設方向に沿って往動自在に支持すると共にその
往動を付勢する構成となっている。
Further, the direct acting joint 27 is a link member 24F.
Is movably supported along the arrangement direction and urges the forward movement.

【0164】そして、各直動間接27Fは、ガイドレー
ル23Fの摺動部及びリンク部材24Fを挿通させる貫
通穴がそれぞれ形成されており、一方の貫通穴に挿通さ
れたガイドレール23Fの摺動部に沿って当該直動間接
27Fに往復移動を付勢する図示しない駆動手段(リニ
アアクチュエータ,駆動モータ及びピニオン−ラック機
構等)と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入
力手段変位量検出手段(直線型ポテンショメータ,エン
コーダ等)と、他方の貫通穴に挿通されたリンク部材2
4Fをその配設方向に沿って往復移動を付勢する図示し
ない駆動手段と、往復移動方向の変位を検出する図示し
ない入力手段変位量検出手段とから主に構成されてい
る。
Each of the linear motion joints 27F is formed with a through hole through which the sliding portion of the guide rail 23F and the link member 24F are inserted, and the sliding portion of the guide rail 23F inserted through one of the through holes. Drive means (linear actuator, drive motor, pinion-rack mechanism, etc.) (not shown) for urging reciprocating movement to the direct acting indirect 27F along with, and input means (not shown) displacement amount detecting means for detecting displacement in reciprocating direction (Linear potentiometer, encoder, etc.) and the link member 2 inserted through the other through hole
4F is mainly composed of a driving means (not shown) for urging reciprocating movement of the 4F along the arrangement direction, and an input means displacement amount detecting means (not shown) for detecting displacement in the reciprocating movement direction.

【0165】一方、直動間接28Fは、リンク部材25
Fを挿通させる貫通穴が形成されており、この貫通穴に
挿通されたリンク部材25Fに沿って当該リンク部材2
5Fの往復移動を付勢する図示しない駆動手段(リニア
アクチュエータ,駆動モータ及びピニオン−ラック機構
等)と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入力
手段変位量検出手段(直線型ポテンショメータ,エンコ
ーダ等)とから主に構成されている。
On the other hand, the direct acting indirect 28F is connected to the link member 25.
A through hole through which F is inserted is formed, and the link member 2 is inserted along the link member 25F inserted through the through hole.
Drive means (linear actuator, drive motor, pinion-rack mechanism, etc.) not shown for urging reciprocating movement of 5F, and input means displacement amount detecting means (linear potentiometer, encoder, etc.) not shown for detecting displacement in reciprocating direction ) And is mainly composed of.

【0166】また、操作グリップ21Fは、内部が中空
で四角形状の略リング状に形成され、この内部にオペレ
ータが指を挿入して操作を行うようになっている。
Further, the operation grip 21F is formed in a hollow and quadrangular substantially ring shape, and an operator inserts a finger into the inside to perform an operation.

【0167】かかる構成からなる2基の操作入力手段2
Fは、一つの基台22Fを共有し、同時にこの基台22
F上に装備されている。そして、これらの構成により、
各操作入力手段2F毎に、オペレータは、操作グリップ
21Fを介して、ガイドレール23Fの摺動部,リンク
部材24F及びリンク部材25Fのそれぞれの長さを各
辺とする直方体状の領域内を3自由度方向で自在に移動
させることが可能となっている。
Two operation input means 2 having such a configuration
F shares one base 22F, and at the same time, this base 22F
Equipped on F. And with these configurations,
For each operation input unit 2F, the operator uses the operation grip 21F to set the inside of a rectangular parallelepiped region having the sides of the sliding portion of the guide rail 23F, the link member 24F, and the link member 25F as the sides. It is possible to move freely in the direction of freedom.

【0168】上記の3次元入力用マニピュレータ10F
においては、操作入力手段2Fが2基装備されているた
め、制御手段3の入力座標算出部31では各操作入力手
段2Fごとに入力位置座標データが算出される。そし
て、かかる各入力位置座標データに基づいて演算処理装
置1010の表示制御部1012では、二つの仮想ポイ
ンタをディスプレイ1001に表示する(例えば、人間
の手を形取った仮想ポインタの2本の指がそれぞれ動く
ように表示しても良い)。
The above-mentioned three-dimensional input manipulator 10F
In this case, since two operation input means 2F are provided, the input coordinate calculation section 31 of the control means 3 calculates the input position coordinate data for each operation input means 2F. Then, based on each of the input position coordinate data, the display control unit 1012 of the arithmetic processing device 1010 displays two virtual pointers on the display 1001 (for example, two fingers of the virtual pointer in the shape of a human hand are displayed). It may be displayed so that each moves.)

【0169】また、3次元入力用マニピュレータ10F
は、図21の如く操作入力手段2Fと入力手段移動付勢
機構4とを有する構成としても良い。かかる構成により
上記3次元入力用マニピュレータ10Fと同様の効果を
発揮することが可能である。同様にして、3次元入力用
マニピュレータ10Fを図22の如く操作入力手段2F
と入力手段移動付勢機構4Bとを有する構成としても良
い。かかる構成により、上記3次元入力用マニピュレー
タ10Fと同様の効果を有すると共に入力手段移動付勢
機構4Bによる移動範囲拡大効果を発揮することが可能
である。
The three-dimensional input manipulator 10F
21 may be configured to have the operation input means 2F and the input means movement urging mechanism 4 as shown in FIG. With such a configuration, it is possible to exhibit the same effect as that of the three-dimensional input manipulator 10F. Similarly, the three-dimensional input manipulator 10F is operated by the operation input means 2F as shown in FIG.
It may be configured to include the input means movement urging mechanism 4B. With such a configuration, it is possible to have the same effect as that of the three-dimensional input manipulator 10F, and to exert the effect of expanding the moving range by the input unit moving biasing mechanism 4B.

【0170】[0170]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、入力手段移動付
勢機構により操作グリップの位置に応じて操作入力手段
を移動させる構成のため、その操作範囲を従来よりも飛
躍的に拡大させることが可能となる。そして、かかる操
作範囲において、入力動作が大きい場合にも、操作入力
手段自体を操作方向に追従させることができ、これがた
め、操作時に生じる装置全体の慣性力を有効に低減させ
ることが可能である。
According to the first aspect of the present invention, since the operation inputting means is moved by the inputting means moving and biasing mechanism in accordance with the position of the operation grip, the operation range can be dramatically expanded as compared with the conventional case. Is possible. Then, in such an operation range, even when the input operation is large, the operation input means itself can be made to follow the operation direction, and thus the inertial force of the entire device generated during the operation can be effectively reduced. .

【0171】またこれにより、操作入力手段の自重に振
り回されることがなくなり、操作グリップの操作性を向
上させることが可能であるため、例えば、操作における
微細な目標位置にも精度良く位置決めを行うことが可能
となり、同時に、操作による腕の負担を軽減することが
可能となり、オペレータによる長時間の入力作業にも有
効に対応するという効果をも有している。また、操作グ
リップの操作範囲が大きい場合にのみ入力手段移動付勢
機構が駆動し、常時入力手段移動付勢機構を駆動させる
必要がない。このため、入力手段移動付勢機構の駆動動
作を簡略化し、装置全体の電力化が図れると共に、操作
入力手段の目標位置の算出等の演算処理を簡略化を図る
ことが可能となる。
Further, as a result, it is possible to improve the operability of the operation grip without being swung by the own weight of the operation input means. Therefore, for example, accurate positioning can be performed even at a fine target position in the operation. At the same time, it is possible to reduce the burden on the arm due to the operation, and it is possible to effectively cope with a long-time input work by the operator. Also, the operation group
Energizing movement of the input means only when the operation range of the lip is large
The mechanism is driven to constantly drive the input means movement urging mechanism.
No need. For this reason, the driving movement of the input means movement urging mechanism
The operation is simplified, the power of the entire device can be reduced, and the operation is possible.
Simplify calculation processing such as calculation of target position of input means
It becomes possible.

【0172】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明と同様の効果を有すると共に、オペレータの操作によ
り操作グリップがこの入力範囲外となる場合に、特定範
囲制御機能により、入力手段移動付勢機構及び操作入力
手段の駆動力発生手段がその際の操作グリップの現在位
置に対応した所定位置に操作入力手段を移動させる動作
制御が行われ、移動後の操作グリップの現在位置を基準
とする新たな入力範囲を設定することができる。
The invention described in claim 2 has the same effect as that of the invention described in claim 1, and is operated by an operator.
If the operating grip is out of this input range,
Enclosure control function, input means movement urging mechanism and operation input
The driving force generating means of the means is the current position of the operating grip at that time.
Operation of moving the operation input means to a predetermined position corresponding to the position
Control is performed and the current position of the operating grip after movement is used as a reference
A new input range can be set.

【0173】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明と同様の効果を有すると共に、駆動力発生手段
により反力データに基づく反力をオペレータに体感させ
る構成のため、操作時に生じる装置全体の慣性力を有効
に低減させる効果と相まって、かかる反力データに基づ
く反力を慣性力に干渉されることなく、正確にオペレー
タに伝達させることが可能となる。
The invention according to claim 3 has the same effect as that of the invention according to claim 1 or 2, and the driving force generating means allows the operator to experience the reaction force based on the reaction force data. Coupled with the effect of effectively reducing the generated inertial force of the entire apparatus, the reaction force based on the reaction force data can be accurately transmitted to the operator without being interfered by the inertial force.

【0174】従って、本発明による3次元入力用マニピ
ュレータを3次元入力システム等に接続し、疑似的な反
力フィードバックを受ける作業環境下での使用におい
て、オペレータはより正確な反力を受けることができ、
即ち、これにより、よりリアルな疑似感覚を体感するこ
とができる。また同様に、より精度が高く且つ操作性の
良い入力作業を行うことが可能となる。
Therefore, when the manipulator for three-dimensional input according to the present invention is connected to a three-dimensional input system or the like and used in a work environment where pseudo reaction force feedback is received, the operator can receive a more accurate reaction force. You can
That is, as a result, a more realistic pseudo sensation can be experienced. Similarly, it is possible to perform input work with higher accuracy and operability.

【0175】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これにより、従来にない優れた3次元入力システム
を提供することができる。
Since the present invention is constructed and functions as described above, it is possible to provide an excellent three-dimensional input system which has never existed before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示す概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の3次元入力システムを示すブロック図で
ある。
FIG. 2 is a block diagram showing the three-dimensional input system of FIG.

【図3】図1の操作入力手段の各座標系を説明するため
説明図であり、図3(A)は操作入力手段の基本姿勢を
示し、図3(B)はこれに対応する各座標系を示してい
る。
3A and 3B are explanatory views for explaining each coordinate system of the operation input unit of FIG. 1, FIG. 3A shows a basic posture of the operation input unit, and FIG. 3B is each coordinate corresponding thereto. The system is shown.

【図4】第1の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the first embodiment.

【図5】操作入力手段の入力範囲と入力手段移動付勢機
構の動作の関連を示す動作説明図であり、図5(A)は
操作グリップが入力範囲内にある状態を示し、図5
(B)は操作グリップが入力範囲外に移動した瞬間を示
し、図5(C)は入力手段移動付勢機構が操作入力手段
を移動させ,操作グリップを中心とする新たな入力範囲
が設定された状態を示す。
5A and 5B are operation explanatory views showing the relationship between the input range of the operation input means and the operation of the input means movement urging mechanism, and FIG. 5A shows a state in which the operation grip is within the input range.
5B shows the moment when the operation grip moves out of the input range, and FIG. 5C shows that a new input range centered on the operation grip is set by moving the operation input means by the input means movement urging mechanism. Shows the state.

【図6】入力手段移動付勢機構の動作による姿勢の変化
を示す説明である。
FIG. 6 is an illustration showing a change in posture due to an operation of an input means movement urging mechanism.

【図7】本発明の第2の実施形態を示す概略構成図であ
る。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図8】図7の操作入力手段に装備された操作グリップ
を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing an operation grip provided in the operation input means of FIG.

【図9】本発明の第3の実施形態を示す概略構成図であ
る。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】図9の3次元入力システムを示すブロック図
である。
FIG. 10 is a block diagram showing the three-dimensional input system of FIG.

【図11】本発明の第4の実施形態を示す概略構成図で
ある。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施形態を示す概略構成図で
ある。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図13】図12に示す操作入力手段の可動範囲を示す
説明図である。
13 is an explanatory diagram showing a movable range of the operation input means shown in FIG.

【図14】図12に示す操作入力手段の可動範囲を示す
説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a movable range of the operation input means shown in FIG.

【図15】第5の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the fifth embodiment.

【図16】第5の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing another modification of the fifth embodiment.

【図17】本発明の第6の実施形態を示す概略構成図で
ある。
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図18】第6の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the sixth embodiment.

【図19】第6の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing another modification of the sixth embodiment.

【図20】本発明の第7の実施形態を示す概略構成図で
ある。
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図21】第7の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the seventh embodiment.

【図22】第7の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing another modification of the seventh embodiment.

【図23】従来例を示す概略構成図である。FIG. 23 is a schematic configuration diagram showing a conventional example.

【図24】従来例の問題点を示す説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram showing a problem of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,2A,2D,2E,2F 操作入力手段 3,3B 制御手段 4,4B,4C 入力手段移動付勢機構 10,10A,10B,10C,10D,10E,10
F 3次元入力用マニピュレータ 21,21A,21D,21E,21F 操作グリップ 31 入力座標算出部 32,32B 動作制御部 33 反力発生制御部 34 特定範囲制御機能 221,231,241 エンコーダ(グリップ変位量
検出手段) 222,232,242 駆動モータ(駆動力発生手
段) 421,423,431,441 エンコーダ(入力手
段変位量検出手段) 1010 演算処理装置(上位装置) A 入力範囲
2, 2A, 2D, 2E, 2F operation input means 3, 3B control means 4, 4B, 4C input means movement urging mechanism 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10
F three-dimensional input manipulators 21, 21A, 21D, 21E, 21F operation grip 31 input coordinate calculation unit 32, 32B operation control unit 33 reaction force generation control unit 34 specific range control function 221, 231, 241 encoder (grip displacement amount detection Means) 222, 232, 242 drive motor (driving force generating means) 421, 423, 431, 441 encoder (input means displacement amount detecting means) 1010 arithmetic processing device (upper device) A input range

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−27420(JP,A) 特開 平1−94420(JP,A) 特開 昭61−228526(JP,A) 特開 平8−234899(JP,A) 特開 平8−69449(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 3/03 - 3/037 Continuation of front page (56) Reference JP-A-2-27420 (JP, A) JP-A-1-94420 (JP, A) JP-A-61-228526 (JP, A) JP-A-8-234899 (JP , A) JP-A-8-69449 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06F 3/03-3/037

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上位装置に接続され,3次元上の座標入
力を行う3次元入力用マニピュレータにおいて、可動範囲を有して 複数自由度方向に移動が自在である操
作グリップを有する操作入力手段と、 この操作入力手段に装備され,前記操作グリップの移動
変位量を検出するグリップ変位量検出手段と、前記操作入力手段の基台を水平状態に支持し, 前記操作
入力手段を所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方
向に移動させる入力手段移動付勢機構と、 この入力手段移動付勢機構に装備され,当該入力手段移
動付勢機構による前記操作入力手段の移動変位量を検出
する入力手段変位量検出手段と、 前記入力手段移動付勢機構の動作制御を行う制御手段と
を備え、 この制御手段が、前記各変位量検出手段に検出される移
動変位量に基づいて前記操作グリップの入力位置座標デ
ータを算出し前記上位装置に出力する入力座標算出部
と、この入力位置座標データに基づく前記動作指令信号
を前記入力手段移動付勢機構に出力する動作制御部とを
備えると共に、 この動作制御部は、前記操作グリップがその操作により
前記可動範囲内で予め設定された入力範囲を越える場合
に前記入力手段移動付勢機構に前記動作指令信号を出力
する特定範囲制御機能を備えている、 ことを特徴とする
3次元入力用マニピュレータ。
1. A manipulator for three-dimensional input, which is connected to a higher-level device and which inputs coordinates in three dimensions, having an operation grip having a movable range and being movable in a plurality of degrees of freedom. The operation input means is equipped with a grip displacement amount detecting means for detecting the movement displacement amount of the operation grip, and a base of the operation input means is supported in a horizontal state, and the operation input means is provided with a predetermined operation command signal. Input means moving biasing mechanism for moving in the directions of a plurality of degrees of freedom on the basis of the input means and input means for detecting the movement displacement amount of the operation input means by the input means moving biasing mechanism. Displacement amount detection means and control means for controlling the operation of the input means movement urging mechanism are provided, and this control means is based on the movement displacement amount detected by each displacement amount detection means. An input coordinate calculation unit that calculates input position coordinate data of the operation grip and outputs the input position coordinate data to the host device, and an operation control unit that outputs the operation command signal based on the input position coordinate data to the input unit movement urging mechanism. together provided, the operation control unit, the operating grip by the operation
When exceeding a preset input range within the movable range
The operation command signal is output to the input means movement urging mechanism
A manipulator for three-dimensional input , which is provided with a specific range control function .
【請求項2】 前記操作入力手段に,前記操作グリップ
を複数自由度方向に駆動させる駆動力発生手段を装備す
ると共に、 前記動作制御部が有する特定範囲制御機能は、前記操作
グリップがその操作により前記可動範囲内で予め設定さ
れた入力範囲を越える場合に、前記操作入力手段に装備
された駆動力発生手段及び前記入力手段移動付勢機構
、前記操作グリップの現在位置を保持しつつ前記操作
入力手段を移動させる前記動作指令信号を出力する機能
である、ことを特徴とする請求項1記載の3次元入力用
マニピュレータ。
2. The operation grip is provided on the operation input means.
Equipped with driving force generating means to drive
In addition, the specific range control function of the operation control unit is provided in the operation input means when the operation grip exceeds an input range preset within the movable range by the operation.
The operation is performed while holding the current position of the operation grip in the driving force generation means and the input means movement urging mechanism that are generated.
Function to output the operation command signal for moving the input means
The manipulator for three-dimensional input according to claim 1, wherein
【請求項3】 請求項1又は2記載の前記3次元入力用
マニピュレータにおいて、 前記操作入力手段に,前記操作グリップを複数自由度方
向に駆動させる駆動力発生手段を装備し、 前記制御手段に、前記上位装置からの前記入力位置座標
データに対応する反力データの入力を受けて,この反力
データに基づく駆動指令信号を前記駆動力発生手段に出
力する反力発生制御部を設けることを特徴とする3次元
入力用マニピュレータ。
Wherein in the three-dimensional input manipulator according to claim 1 or 2, wherein said operation input means, equipped with a driving force generating means for driving the operating grip to multiple degrees of freedom, to the control means Providing a reaction force generation control unit that receives reaction force data corresponding to the input position coordinate data from the host device and outputs a drive command signal based on the reaction force data to the driving force generation means. A characteristic three-dimensional input manipulator.
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