JP4242449B2 - 可動制御部材を有する制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、物体を制御するために、操作者によって動かされ、制御部材の位置及び向きに依存して、多数の制御信号を発信するように設けられた可動制御部材を有する制御装置に関する。
【０００２】
本発明に係るタイプの制御装置は、任意の装置又は処理を制御するのに使用することができる。応用例は、コンピュータ機器及び表示画面の制御並びに工業用ロボットの制御である。
【０００３】
本明細書において「制御」とは、操作者によって装置、器具又は処理に対して加えられるいかなるタイプの影響をも包含する。したがって、この語は、たとえば、実物又は模擬の工業用ロボットをプログラムする際、そのロボットの機械的物体、たとえば手の位置及び向きを制御すること、コンピュータ表示画面でカーソルを動かすこと、メニュー表示画面上で所望のコマンドを指し示すことにより、コンピュータにコマンドを入力すること、いくつかの利用できるコンピュータメニューから所望のメニューを選択すること、表示物体の所望の部分の提示を選択すること、たとえばコンピュータ模擬実験で視角を選択すること、を含む。
【０００４】
したがって、本明細書中「制御部材」、「制御装置」、「制御信号」などは、相応に、「制御」を実施するための、又は「制御」に関して使用される部材、装置、信号などをいう。
【０００５】
三次元物体は６つまでの自由度、すなわち３つの並進運動及び３つの回転角を有することができる。物体の「位置」（本明細書に使用される概念の意味での）は、考慮される座標系の原点に関して並進運動を指定する３つの絶対値によって定義される。物体の「向き」（本明細書に使用される概念の意味での）は、座標系における回転角を指定する３つの絶対値によって定義される。
【０００６】
実際、物体には、６つ未満の自由度しかないことがしばしばある。たとえば、コンピュータ表示画面上のカーソルには普通、２つの自由度しかない。その向きは一定（又は無関係）であり、その位置は２個の変数によって特定される。同様に、三次元物体もまた、６つ未満の自由度しか有さないような制限を有することもある。たとえば、テーブルの上を動くことができるブロックには３つの自由度がある。２個の変数がテーブル上のその位置を示し、１個の変数がその向き（すなわち、テーブルに対して垂直なその軸を中心とするその回転角）を示す。以下に示すように、本発明の典型的な制御装置は、６つの自由度における制御を可能にする。しかし、このような装置はまた、６つ未満の自由度を有する物体を制御するのにも利用することができる。
【０００７】
被制御物体の「自由度」とは、ここでは、機械的物体又は系の自由度の従来的概念をいうだけでなく、一般に、制御装置によって影響することができる被制御物体の変数をいう。したがって、被制御物体の自由度は、物理的絶対値、たとえば特定の座標軸上の位置、回転角、特定方向の速度、フラックスもしくは温度、又は影響を受けるおそれがある他の任意の絶対値もしくは関数を含む。
【０００８】
本明細書中「光信号」とは、可視波長バンドの内外両方の光学的照射からなる信号、又はそれを利用する信号をいう。
【０００９】
【背景技術】
２つ以上の自由度における同時制御を可能にする公知の制御手段の２つは、コンピュータを制御するのに使用されるタイプのジョイスティック及びマウスである。しかし、これらの制御手段にはいくつかの欠点がある。
【００１０】
たとえば、マウスは、２つの自由度でしか同時制御を許さない。
【００１１】
ジョイスティックもまた、通常２つの自由度しかもたない。しかし、このようなスティックは、３つ又はおそらくはそれ以上の自由度における制御に備えて設計することができる。しかし、３つ以上の自由度をもつジョイスティックを使用するとき、良好な精度の制御を達成することは困難又は不可能であり、また、操作者にとって、ジョイスティックの動きを被制御物体の動きと同調させることも困難である。
【００１２】
よくあるように、３つ（又はおそらくは４つ）以上の自由度で制御が求められるならば、マウス又はジョィスティックを、それ自体公知の方法で、異なる自由度の制御の間で切り換えることができる。たとえば、工業用ロボットをプログラムする際、ジョイスティックの機能を、ロボットハンドの工具中心点の位置（３個の並進変数）又はロボットハンドの向き（３個の回転変数）のいずれかを制御するのかで切り換えることができる、３つの自由度をもつジョイスティックを使用することが公知である。しかし、これは制御を複雑にし遅くする。
【００１３】
さらには、これらの公知の制御手段には、それらの融通性、ひいてはそれらの汎用性を損なう機械的制限がある。たとえばマウスは、テーブルなどのような平坦な面を要し、ジョイスティックは、スティックの位置が関係する何らかの形態のベース又は台に取り付けられ、受けられなければならない。これは、これらの制御手段が通常は扱いにくく、しばしば操作者が両手を使わなければならないことを意味する。したがって、これらは、落ち着かない作業位置又は閉鎖空間のような多くの用途のいずれか一方又は双方には不適当又は使用不可能である。
【００１４】
これら公知の制御手段のもう一つの大きな欠点は、３つ以上の自由度が関与するとき、制御手段の動きと被制御物体の動きとの間で、制御されるすべての自由度の自然な同調を得ることが困難又は不可能であることにある。したがって、操作者の作業が複雑になり遅くなる。
【００１５】
６つの自由度における制御を可能にする公知の制御システムが、「ポルヘムス（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ）システム」（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ Ｉｎｃ．，Ｃｏｌｃｈｅｓｔｅｒ，Ｖｔ．，ＵＳＡ）である。このシステムは三軸磁性双極ソース及び三軸磁界センサを使用する。発せられる磁界を順次に変えることにより、相互に独立した３個の励起ベクトルが発生する。センサによって感知される３個のベクトルは、ソースに対するセンサの位置及び向きを決定するのに十分な情報を含む。
しかし、このシステムには多数の欠点があり、その一つが、付近にある他の磁界に対するその感度である。これは、たとえば、モータなどからの種々の磁界が数多く存在する工場環境でのその使用を妨げる虞がある。もう一つの欠点は、付近にある大きな金属物体が、システムの精度に対し、実際には、たとえば自動車車体の生産ラインでそのシステムを使用不能にする悪影響を及ぼすことである。もう一つの欠点は、センサが磁界のソースに比較的近いところになければならず、それが、同じく高い精度が求められるならば、その作業区域を大幅に制限することである。これらの欠点は、このシステムが特殊な環境でしか使用できないことを意味する。
【００１６】
あるコンピュータ制御手段が特許出願ＷＯ９００７７６２Ａ１によって公知である。ペン形の制御部材が、変調された信号、たとえば光学信号又は音響信号を送出する送信機を含む。制御部材は３つの固定受信機が配設された平面で動かすことができる。受信信号間の位相差が測定され、その差が、制御部材（送信機）と受信機との距離の差、ひいては、平面における制御部材の位置を出す。第四の受信機を前記平面の外に配設することにより、制御部材の位置を三次元で決定することができる。制御部材により多くの送信機を具備することによって、制御部材の向きをも決定できるということが暗示されている。
【００１７】
同様な三次元制御手段が特許出願ＥＰ０４２０５００Ａ２から公知である。互いに離間した２個の音響送信機がペン形の制御部材に設けられている。送信機の三次元位置は、送信機から４個の固定受信機それぞれへの送信時間を計測することによって決定することができる。また、計測した送信機の位置を利用して、制御部材の向きを２つの自由度で決定できることが述べられている。制御部材上に３個の送信機を配設することはまた、第三の自由度での向きの決定を可能にするであろう。
【００１８】
同様なタイプのさらに別の制御手段、すなわち、コンピュータカーソルを制御するための三次元マウスが、ＥＰ０５２６０１５Ａ１によって公知である。マウスは音響送信機を有し、３個の受信機がコンピュータ表示画面の周囲に配設されている。３個の受信機への音響信号の送信時間を測定し、この情報から、送信機（マウス）の位置を三次元で算出する。
【００１９】
最後に論じた３つの制御手段の場合、固定受信機に対する送信機の位置を決定する。これらの構造のうち２つでは、制御部材には一定距離だけ離れた２個以上の送信機が設けられ、固定受信機に対する送信機の計測位置及び送信機間の距離に基づいて制御部材の向きを算出する。実用性を得るためには、このタイプの手持ち制御部材は、非常に限られた寸法、たとえば、せいぜいデシメートルなどのオーダの大きさでなければならない。制御部材中の異なる送信機の間の短い距離が、位置決定の不可避な不正確さ及び限られた分解能とともに、向きの決定における精度及び分解能が低いことを意味する。向きの決定における精度及び分解能は、前述の応用分野、すなわちコンピュータ表示画面の制御にはおそらく十分であろうが、実際には、より厳しい制御タスク、たとえば工業用ロボット又は精密に作業を実行しなければならない他の機械を制御するには確かに不十分である。
【００２０】
これら３つの制御手段の基本的な特徴は、それぞれが、制御部材の位置を決定するために、制御部材中の送信機から信号を受ける少なくとも３個の固定受信機を要することである。これらの受信機は、比較的複雑かつ高価であり、ケーブル又は他の信号経路によって接続して、何らかの形態の共通の信号処理装置を形成しなければならない。さらには、上述の装置の制御部材の位置及び向きに関して作業区域が極端に限られる。任意の環境における実際の使用は普通、大きな作業区域を要し、しかも、その全作業区域にわたって、装置は、送信機の視野の一部が操作者又は機械部品もしくは加工物によって遮られるとしても機能できる。これを可能にするためには、前述の装置には、作業区域中に分散した多数の受信機を設けなければならず、それが装置を高価で複雑なものにしてしまうであろう。
【００２１】
【発明の説明】
本発明の目的は、導入部で記載したタイプの制御装置であって、普通の家庭、オフィス及び工業的環境すべてで一般に使用することができ、また、そのような環境で６つ迄の自由度において簡潔な同時制御を可能にし、制御部材が大きな作業区域の中で作動することができ、制御部材の全作業区域にわたって、位置及び向きの両方に関し、きわめて高い精度を要する用途、たとえば仮想現実（ＶＲ）用途での工業用ロボット、ミサイル及びコンピュータの制御に使用できるような高い精度及び分解能を有し、制御に片手しか要らず、操作者のもう片方の手を自由にしておき、制御部材をアクセスしにくい狭い空間又は場所で使用できるよう、制御部材が小さな寸法及び十分な機械的自由を有し、たとえば三次元物体における６つの自由度すべてに関してさえ、制御部材の動きと被制御物体の動きとの間に自然の同調が得られ、それにより、操作者の作業をより簡単かつ迅速にするように制御部材を設計することができ、正確な絶対計測機能を有し、そして、きわめて簡素な固定部材しか要らず、望むならば、そのような部材を完全に省くことさえでき、それにより、制御装置を簡潔かつ融通性で低廉にするように設計されている制御装置を製造することである。
【００２２】
本発明の制御装置の特徴は、添付の請求の範囲に開示されている。
【００２３】
本発明の装置は主として角度を計測する。すなわち、制御部材の向きが一次絶対値として、したがって、高い精度で得られ、それにより、位置を所望の精度で算出することができる。本発明の装置のもう一つの基本的特徴は、受信機が制御部材中に配設されることである。以下に説明するように、信号を発する部材は、きわめて簡単な方法で設計することができ、装置の周囲にすでにある細部からなることさえできる。これら及びその他の特徴が、本発明の装置が上述の条件を満たすことに加え、ひいては公知の従来装置を上回る相当な利点を提供するということを保証する。
【００２４】
【実施態様の説明】
以下、添付の図１〜１１を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明の制御装置の一例を示している。この装置には、操作者の手の中にすっきりと持つことができるように設計された、ルースハンドルの形態の制御部材１が設けられている。制御部材１の一端には変換器１０が設けられ、この変換器は、広角レンズ１１と、該レンズが変換器の画面に映し出す画像を評価するための電子部品とを具備している。
【００２５】
変換器は、スウェーデン国特許明細書８４０４２４６−４（公開番号４４４５３０）に記載の計測原理を利用する二次元変換器である。しかし、この公開特許は、操作者によって動かされる制御部材を記載しておらず、制御システムが、この計測原理を利用するフィードバック値変換器を含む工業用ロボットを記載している。
【００２６】
制御部材の通常の使用の間、発信源の少なくとも３個が常に変換器の視野に入るように、発光ダイオードＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃及びＭ₄の形態のいくつかの発信源が、制御部材から離れて、かつ互いに離れて配設されている。発信源の互いに対する位置は、たとえば、発信源全部に共通の座標系の中で各発信源の位置を計測することによってわかる。
【００２７】
制御部材１はまた、多数の押しボタンＢ₁、Ｂ₂．．．Ｂ_nを有している。これらは、一方の操作者側と、他方の制御装置及び被制御物体との間のすべての通信を制御部材１によって実行することができるような制御装置機能を有していることが好ましい。このような押しボタン機能の例は、コンピュータマウスの押しボタンの機能である。すなわち、ボタンを作動させると、制御部材の位置及び向き、制御部材によって示されるマーカの位置あるいはメニューに示されるコマンドのなどの実行をコンピュータに入力することができる。
【００２８】
これに関連するもう一つの所望の機能は、制御部材を移動させて、被制御物体における対応する移動又は他の変化を起こすには、ある特定の押しボタンの作動が求められるということである。これが、望まない制御計測を生じさせる制御部材の位置又は向きの意図しない変更を回避する。
【００２９】
制御部材１は通信チャネルＣＣを介して制御・計算装置ＣＵと通信している。このチャネルは、フレキシブルワイヤからなることもできるし、可能な最大限の自由を操作者に許すため、コードレスリンク、たとえばＩＲリンクからなることもできる。情報は、画像中の種々の発信源の画像の位置に関して、変換器１０から、また制御部材の種々の押しボタンＢ₁．．．Ｂ_nから、チャネルＣＣを介して装置ＣＵに送られる。
【００３０】
装置ＣＵは、発信源を周期的に一度に１個ずつ作動させるような信号Ｓ₁．．．Ｓ₄を発信源Ｍ₁．．．Ｍ₄に発し、それにより、装置は、特定の計測がどの発信源に関連するのかを絶えず追跡することができる。
【００３１】
このように、装置ＣＵは上述のスウェーデン国特許明細書により詳細に記載されているように、変換器１０、すなわち制御部材１の位置及び向きを連続的に算出する。簡潔に述べるならば、計算は、３個の発信源を選択し、変換器１０に対する、変換器からそれらの発信源に達する照準線の方向を決定し、照準線同士の間の角度を算出することによって実行され、その結果、これらの角度、照準線の方向、発信源の既知の位置及びこれらの絶対値の間の幾何学的関係を利用することにより、変換器（＝制御部材）の位置及び向きが最終的に得られる。制御部材の位置は、三次元ベクトルＰを定義するデータの形態で得られ、その向きは、三次元ベクトルＡを規定するデータの形態で得られる。
【００３２】
また、信号Ｃ_nが装置ＣＵから発せられる。これらの信号は、制御部材の押しボタンのうち、被制御物体に影響することができるものの位置を指定する（押しボタンのいくつかは、制御装置に影響するためだけのものかもしれない）。
【００３３】
図２ａは、変換器１０を備えた制御部材１と、３個の発信源Ｍ₁〜Ｍ₃とを模式的に示している。発信源の互いに対する位置は、既知であると仮定する。すなわち、ベクトルＶ₁₂、Ｖ₂₃及びＶ₃₁は既知である。あるいはまた、座標系ｘ₀、ｙ₀、ｚ₀中の各ソースの位置が既知であるため、発信源の相対位置を間接的に知ることもできる。この座標系における変換器１０の位置をＰと指定する。変換器から発信源までの方向をベクトルＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃によって指定する。変換器から発信源への照準線の間の角度をＴ₁₂、Ｔ₂₃及びＴ₃₁と指定する。
【００３４】
図２ｂは、変換器の画像面ＰＳを発信源Ｍ₁からの画像Ｍ_ibとともに模式的に示している。画像面上の画像の位置は、座標ｘ_ib、ｙ_ibによって規定される。
【００３５】
図３は、変換器１０を用いて得られる信号／画像情報ＰＩを、変換器信号に基づいて、各発信源の画像における位置（ｘ_ib、ｙ_ib）を決定する評価回路ＥＵに供給する方法を示している。この情報が計算装置ＶＣＵに供給され、この計算装置が、変換器／制御部材の位置及び向きを定義する両ベクトルＰ及びＡを絶えず算出する。上述の例では、これらのベクトルが、制御装置によって発される制御信号を構成する。変換器の構造ならびに計算回路の構造及び機能は、上述のスウェーデン国特許明細書公開４４４５３０にさらに詳細に記載されている。
【００３６】
図３はまた、制御部材の押しボタンＢ₁．．．Ｂ_nの位置が、制御装置の他の部分及び被制御物体に送られる情報Ｃ_nを定義する方法を模式的に示している（図１を参照）。
【００３７】
制御装置を使用するためには、操作者が部材１を片手で把持し、たとえば押しボタンＢ₁．．．Ｂ_nの１個を押下することによってそれを作動させる。制御装置に並進運動を与えることにより、操作者は、ベクトルＰによってカバーされる３つの変数に影響を加えることができ、また、制御部材に回転動を与えることにより、操作者は、ベクトルＡによってカバーされる３つの変数に影響を加えることができる。
【００３８】
図４ａ及び図４ｂは、変換器１０及び画像評価のためのその装置が、Ｑｕａｌｉｓｙｓ ＡＢ，Ｏｇａｒｄｅｓｖａｇｅｎ ２，Ｓ−４３３ ３０ Ｐａｒｔｉｌｌｅ，Ｓｗｅｄｅｎから市販されているＭａｃＲｅｆｌｅｘシステムと同じ原理にしたがって作動する装置（図４ｂのＱＳ）を含む本発明の制御装置の代替態様を示している。このＭａｃＲｅｆｌｅｘシステムはシステム文書に記載されている。たとえば以下の文書である。
【００３９】
ＭａｃＲｅｆｌｅｘ−Ｃｌｅａｒ−ｓｉｇｈｔｅｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ＭａｃＲｅｆｌｅｘ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｑｕａｌｉｓｙｓ ＡＢ １９９３
Ｔｈｅ ＭａｃＲｅｆｌｅｘ Ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｎｅｗ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔｓ
Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＭａｃＲｅｆｌｅｘ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ，Ｑｕａｌｉｓｙｓ ＡＢ １９９４
Ｓｔｅｆａｎ Ａｘｅｌｓｓｏｎ：“Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ Ｅｒｒｏｒｓ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ Ｃａｍｅｒａ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｃｈａｌｍｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｃｅｎｔｉａｔｅ Ｔｈｅｓｉｓ，Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ １９９２
【００４０】
図４ａは、前記の実施態様におけるように、変換器１０〜１１及び押しボタンＢ₁〜Ｂ_nを備えたハンドルからなる制御部材１を示している。変換器は、広角レンズ１１を備えたＣＣＤタイプのビデオカメラを含む。制御部材は、信号チャネルＣＣを介して計算装置ＣＵに結合している。この計算装置は、制御部材の位置及び向きをベクトルＰ及びＡの形態で絶えず計算する。これらのベクトルが、制御部材の押しボタンＢ₁．．．Ｂ_nからの情報Ｃ_nとともに、制御装置の出力信号を構成する。
【００４１】
この場合の発信源は、たとえば反射テープでできた反射マーカＭ₁〜Ｍ₄である。マーカは、平坦な形であってもよいし、見る角度に関係なく同じ形を示すよう、反射性の球体からなるものでもよい。図４ａに示されるシステムでは、マーカは、信号処理回路が種々のマーカを識別し、区別することができるように、異なる形状を有している（あるいはまた、同じ形状ではあるがサイズの異なるマーカを同じ目的に用いてもよい）。多数の光源が変換器のレンズ１１の近くに配設されており、そのうち、光源１２ａ及び１２ｂを示す。光源は、該当する信号を外来の光源から分けるために、好ましくは一定の周波数でパルス化又は変調されている赤外線を発する。発された光は、マーカによって反射され、変換器のビデオカメラによって生成された画像はマーカの表示を含む。ビデオカメラには、外来の光源の影響をさらに減らすために、ＩＲフィルタが設けられている。
【００４２】
とりわけ、システムはＩＲ光で作動するため、カメラは、マーカと周囲との間の最大のコントラストを検出する。したがって、システムは、たとえば画像をラインごとに走査し、ビデオ信号が一定レベルよりも高いか低いかを感知する簡単な画像処理システムとで協働することができる。あるいはまた、当然、可視領域の周波数バンドの光を使用してもよい。
【００４３】
このようにして得られた輪郭又はそれから誘導される特徴を、それらを識別するために、事前に記憶してあるマーカの輪郭又は特徴と比較する。適当な特徴を選択するとき、それらは距離とは無関係であることを見るべきである。たとえば２つの計測した特徴的な寸法の間の比を、識別のための特徴として使用することができる。マーカの表示の位置は、輪郭線又はそれによって包囲される面の重心の位置として定義し、決定することが適当である。
【００４４】
変換器のビデオ信号ＶＩ（図４ｂを参照）はビデオプロセッサＶＰに供給される。これが画像を解析し、マーカを識別し、画像中の各マーカの位置ｘ_ib、ｙ_ibを決定する。この情報が計算回路ＶＣＵに供給され、該回路が、前記方法で、この情報及びマーカの互いに対する既知の位置に基づいて、制御部材の位置及び向きを定義する情報、すなわちベクトルＰ及びＡを絶えず計算する。したがって、この情報及び押しボタンＢ₁．．．Ｂ_nからの情報Ｃ_nが、制御装置によって発せられる制御信号を構成する。
【００４５】
当然、ＣＣＤカメラ以外のタイプのビデオカメラ、たとえばダイオードアレイを感光素子として使用するカメラを用いてもよい。同様に、光源１２ａ、１２ｂなどのいくつか又は全部を変換器１０から離して取り付けてもよい。
【００４６】
上述した本発明の２つの実施態様では、発信源は、特別に配設された光学式の能動変換器（図１〜３）及び受動変換器（図４ａ〜４ｂ）からなる。当然、第二の実施態様でも、前述の受動的な反射マーカの代わりに能動変換器（たとえば発光ダイオード）を発信源として使用してもよい。
【００４７】
図５ａは、本発明のもう一つの代替態様を示している。この実施態様では、特別に配設された発信源は必要ない。代わりに、周囲環境又は加工物、たとえば自動車の車体にすでに存在する適当な細部Ｆ₁〜Ｆ₄を発信源として用いることができる。この場合、本発明の制御部材の変換器１０は、周囲環境を描写するように配設された、広角レンズ１１を具備したビデオカメラからなり、従来の画像処理システムが画像を解析し、選択した細部を識別し、画像中のそれらの位置を決定するために配設されている。そして、このように決定した位置に基づき、図１〜８を参照しながら上述したようにして、変換器の位置及び向きを絶えず算出する。
【００４８】
変換器１０は、前述の如く制御部材１の中に配設され、通信チャネルＣＣを介して計算装置ＣＵと通信する。先に説明した実施態様の場合と同様にして、計算装置は、制御部材の位置及び向きに関する情報を信号Ｐ及びＡの形態で供給し、制御部材押しボタンからの情報Ｃ_nを供給する。
【００４９】
図５ｂに示す如く、ビデオ信号ＶＩは、変換器（ビデオカメラ）１０から画像処理システム（ビデオプロセッサ）ＶＰに供給され、この画像処理システムが、図４ｂに示すビデオプロセッサと同様に、画像を解析し、マーカを識別し、画像中のそれらの位置ｘ_ib及びｙ_ibを決定する。これらの位置は計算回路ＶＣＵに供給され、この計算回路が、先に説明したものに相当する方法で、制御部材の位置及び向きを示す情報、すなわちベクトルＰ及びＡを算出する。
【００５０】
適当な細部の例はビデオシステムにより明瞭にピックアップすることができ、特徴的な見かけ及び明確に画定された既知の位置を有する角や孔などである。システムが起動されると、これらの細部が適当な方法で指摘され、識別され、それらの位置が決定されたのち、たとえばＣＡＤシステムからダウンロードすることによって記憶される。図５ａに示す例では、細部Ｆ₁〜Ｆ₄は、加工物、たとえば自動車の車体の開口部ＡＰの４つの角を含む。
【００５１】
図５ａ〜図５ｂを参照しながら説明したシステムは特殊な光源を必要としない。発信源として用いられる細部は、構内の通常の照明によって照射することができるが、もちろん、必要ならば、特殊な光源を用いて所望の輝度又は特徴の光を提供してもよい。図４ａ〜４ｂを参照しながら説明した装置におけるように、発信源から発される信号は、変換器によって受けられる反射光からなる。
【００５２】
この場合でも明らかに、発信源の少なくともいくつかは、特殊に被着されたマーカ、たとえば、暗い背景をバックに配置された光テープの細片、模様又は形からなることができる。
【００５３】
スウェーデン国特許明細書８６００８７２−９（公開番号４５８４２７）は、この計測原理に基づいて変換器の位置及び向きを算出する方法ならびにこの計算を実施するための装置の構造及び機能をより詳細に記載している。しかし、この公開特許は、操作者によって動かされる制御部材を記載しておらず、制御システムが、この計測原理を利用するフィードバック値変換器を含む工業用ロボットのための装置を記載している。
【００５４】
上述した本発明の制御装置においては、信号処理回路は、当然、可動制御部材と固定電子装置（それぞれ図１の「１」及びＣＵ）との間に適切に分散させることができる。場合によっては、信号処理回路は、実際の制御部材に全体を収容できるほど小さいかもしれず、そのような場合には、固定電子装置をすべて省いたり、制御部材と周囲環境又は被制御物体との間の通信のために必要な回路だけを収容してもよい。
【００５５】
図１〜５を参照しながら上述した装置においては、簡略化するため、装置当たり４個の発信源しか示していない。前述の特許出願明細書に記述されているように、作業区域における制御部材の位置及び向きに関係なく、変換器から見て十分に異なる方向で、変換器の視野の中に少なくとも３個の発信源が常に存在して必要な計測精度を保証するように、適切に分散した発信源を多めに設けることが適当かもしれない。発信源を３個しか使用しないならば、特定の面であいまいさが生じるおそれがあるため、少なくともこれらの面の付近に、変換器の視野に入る少なくとも４個の別個の発信源が存在し、これらが計測に使用されることを保証することが望ましいかもしれない。
【００５６】
図６は、工業用ロボット装置ＲＢＥに接続され、それを制御するために設けられた本発明の制御装置ＣＲＥを示している。上述したように、制御装置の計算装置ＣＵが、制御部材１の位置及び向きを定義する信号Ｐ及びＡを絶えず発する。ロボット装置は、ロボットの動きを支配する制御・駆動装置ＲＢＣからなる。実際のロボットＩＲＢには、工具（ここではグリッパとして示す）を取り付けたロボットハンドＲＢＨが設けられている。制御装置ＣＲＥからの制御信号は、ロボットハンドの工具中心点（ＴＣＰ）の位置及びロボットハンドの向きを表すコマンド値として、制御装置ＲＢＣに接続される。したがって、制御部材の移動が制御信号Ｐの対応する変化を生じさせ、それが逆に、ロボットの工具中心点（ＴＣＰ）の位置の対応する移動を生じさせる。同様に、制御部材の向きの変化は、制御信号Ａの対応する変化をもたらし、ひいては、ロボットハンドＲＢＨの向きの対応する変化をもたらす。
【００５７】
制御装置は、制御装置が作動する座標系における制御信号Ｐ及びＡを、ロボットが作動する座標系における制御信号Ｐ′及びＡ′に座標変換するための変換装置ＴＵを含むことが適当である。このような変換が、制御部材の動きとロボットハンドの動きとの所望の対応を達成し、その結果、たとえば一定方向への制御部材の移動が同じ方向へのロボットハンドの工具中心点の動きを生じさせ、また、一定の軸を中心とする制御部材の回転がロボットハンドを該軸に平行な軸を中心に回転させる。
【００５８】
上述した応用では、制御部材の並進運動がロボットハンドの対応する並進運動を生じさせ、制御部材の回転動がロボットハンドの向きにおける対応する変化を生じさせる。物体の位置及び向きの両方を制御するとき、制御部材と被制御物体とのこのような連動がしばしば適当かつ当然である。他の場合には、連動を他の方法で設けることが適当であるかもしれない。たとえば、被制御物体の向きが一定又は無関係であるならば、制御部材の左右又は上下の回転を実施して、被制御物体の左右又は上下の並進運動を起こしてもよい。所望の機能は、被制御物体そのものの制御部材の適当なプログラミングによって達成することができる。あるいはまた、制御部材の位置及び向きに対応する信号（Ｐ、Ａ）を被制御物体に適した制御信号へと所望の方法で変換するための回路を本発明の制御装置に設けてもよい。
【００５９】
好適には変換器１０と同じタイプの変換器ＨＧ（図６に破線で示す）をロボットハンドに配設し、ロボットの制御システムにおいて、ロボットハンドの位置及び向きのためのフィードバック値変換器として使用してもよい。そして、この変換器ＨＧを変換器１０と調和させて、たとえばこれら２個の変換器が同じ発信源若しくは制御・計算装置又は同じ発信源及び制御・計算装置の全部又は一部を共用するようにし、それにより、装置全体としての簡略化を達成してもよい。
【００６０】
本発明の絶対測定装置を使用し、２個の変換器（１０及びＨＧ）が同じマーカを用いるならば、選択可能なオフセットを制御部材１とロボットハンドとの間で位置及び向きに導入すべきである。
【００６１】
図７は、メニュー表示ＣＤＰによってコンピュータＰＣを制御するように構成された本発明の制御装置を示す。制御部材１は、制御装置の計算装置ＣＵに接続され、この計算装置が、制御信号Ｐ及びＡをコンピュータに供給し、さらに、制御部材の押しボタンＢ₁〜Ｂ_nからの情報Ｃ_nをコンピュータに供給する。簡略化するため、図７では、制御装置の発信源は省略している。
【００６２】
図示する例では、制御装置の座標系Ｘ、Ｙ、ＺのＸ軸及びＹ軸は表示面に対して平行であり、Ｚ軸は表示面に対して垂直である。
【００６３】
メニュー表示は、公知の方法で、多数のメニューＭＥ１、ＭＥ２、．．．．．ＭＥｎからなる。明瞭に示すため、メニューは前後に重ねて示す。所望のメニューは、以下に説明するように、制御部材１を用いて選択される。各メニューはいくつかのコマンドなどを含む。コマンドは、所望のメニューを選択し、所望のコマンドをカーソルＣＳによって指し示すことによって実行することができる。
【００６４】
制御部材１は、選択メニュー及びカーソルを制御するために設けられている。これは、制御装置からの制御信号を利用するためにコンピュータをどのようにプログラムするかに依存して、種々の方法で実施することができる。Ｚ方向における制御部材の移動は、メニューをめくるように構成することが適当である。所望のメニューが見つかったならば、表示画面と平行な面で制御部材を動かすことにより、カーソルＣＳを動かす。制御部材の横方向の動き（Ｘ方向）が、対応する動きをカーソルに与え、制御部材の垂直方向の動き（Ｙ方向）がカーソルを垂直方向に動かす。
【００６５】
あるいはまた、制御部材と表示画面との連動を他の方法で達成してもよい。カーソルの横方向の動きは、たとえば、制御部材をＹ軸を中心に回転させることによって起こしてもよく、その垂直方向の動きは、制御部材をＸ軸を中心に回転させることによって起こしてもよい。
【００６６】
制御部材の意図しない動きが不必要にもコンピュータ表示の妨害を引き起こさないことを保証する機能を備えた１個以上の押しボタンを制御装置に設けることが適当かもしれない。制御部材には、たとえば、ボタンを押している間しかメニューをめくることを許さない押しボタンを設けてもよい。所望のメニューが見つかったならば、制御部材のＺ方向における偶発的な動きによって異なるメニューへの意図しない移動が起こることのないように、押しボタンを解放する。カーソルの動きに備えて、対応する機能をもつ押しボタンを設けることができる。さらには、「ＥＮＴＥＲ」の機能をもつ押しボタンを適当に配設することもできる。所望のメニューを選択し、カーソルをメニュー中の所望のコマンドに配置したならば、この押しボタンを作動させて、コマンドを入力又は実行する。
【００６７】
図６及び図７を参照して説明した本発明の制御装置の２つの応用例では、制御部材の特定の移動が、直接対応する動き、たとえば、被制御物体の相応な動き（又は状態の変化）を生じさせると考えられる。しかし、制御部材の動きと被制御物体の動き（又は、一般には状態の変化）との連動を他の方法で設計してもよい。場合によっては、たとえば、制御部材と被制御物体との連動に、完全に又は部分的に統合する機能、すなわち、被制御物体の位置（又はその向きもしくは状態）が、制御部材の位置又は向きのゼロ位置からの偏りに依存する速度で変化する機能を与えることが適当かもしれない。
【００６８】
制御部材の移動又は回転の速度は、おそらくは、位置又は向きの微分によって算出することができ、これを、制御信号として、又は制御信号の一成分として使用することができる。
【００６９】
被制御物体の迅速な動き及び正確な微調節を可能にするため、制御部材の動きと被制御物体の動き又は状態の変化との間の「伝達率」を変えることができることが適当であるかもしれない。したがって、本発明の一つの実施態様によると、制御部材１の１個以上の押しボタンは、制御部材と被制御物体との伝達の利得に影響するように設けられている。たとえば、押しボタンＢ₁の押下は、微調節を可能にするため、正常値からの利得を減らすために設けられている。さらに、望むならば、たとえば押しボタンＢ₂の押下は、被制御物体の迅速な移動（又は状態における他の所望の変化）を可能にするため、正常値からの利得を増すために設けられている。
【００７０】
図８は、本発明の制御装置の代替態様を示している。ここで、制御部材は、操作者が頭にかぶるように構成されたヘルメットＨからなる。広角レンズ１１を備えた変換器１０がヘルメット上の適当な場所、たとえば、図示するようなヘルメットの前部に設けられている。変換器は、能動又は受動発信源Ｍ₁〜Ｍ₄から光信号を受信し、ケーブルもしくはコードレスチャネルＣＣを介して制御装置ＣＵと通信するように設けられている。装置に含まれる発信源、変換器及び信号処理回路は、図１〜５を参照して説明したように設計されている。図示する実施例では、装置は、二次元制御信号Ａを発するように構成されている。この信号の２つの変数は、頭／ヘルメットを上下に動かし、それを左右に回すことによって決定される。制御信号は、頭のうなづく動きが物体を上下に動かし、頭を回す動きがカーソルを左右に動かすよう、被制御物体、たとえばコンピュータ表示画面上のカーソルに影響するように適切に設けられている。
【００７１】
上述した如く、本発明の装置は、６つまでの自由度における制御を可能にし、図８に示す装置は、３つ以上の自由度における制御に備えて設計することができる。その場合、装置によって発される制御信号は、頭の位置及び向きに依存するさらなる成分を含むように構成される。
【００７２】
図１〜５を参照しながら先に記載したタイプの手持ち制御部材は、適切にも図８の装置を補足することができる。その場合、頭に載せた制御部材及び手持ち制御部材を、同じ被制御物体に対してそれぞれの、つまり別個の自由度を制御するように構成してもよい。手持ち部材の押しボタンはまた、頭に載せた部材によって実行される制御機能に影響するように構成することもできる。あるいはまた、手持ち部材には、押しボタンだけを設け、変換器の部分を設けなくてもよい。
【００７３】
図９は、本発明の制御装置の代替態様を示している。この代替態様は、図８の装置と同様に、変換器１０ａ〜１１ａを上に備えたヘルメットＨの形態の頭に載せる制御部材を含む。この変換器は、通信チャネルＣＣａを介して計算装置ＣＵと通信する。この装置にはまた、図１〜５を参照しながら説明したタイプの手持ち制御部材１が設けられている。この制御部材１は、変換器１０ｂ〜１１ｂを備え、通信チャネルＣＣｂを介して装置ＣＵと通信する。好ましくはＬＣＤタイプの表示画面ＨＤが、ヘルメット上に、操作者の視野に入るところに設けられている。この画面は、通信チャネルＣＣｄを介して計算装置ＣＵと通信する、ヘルメットに設けられた駆動装置ＤＣによって駆動される（あるいはまた、ヘルメットの重量を減らすため、駆動装置をヘルメットから切り離して設けてもよい）。
【００７４】
ここに記載する実施例では、図９の制御装置がコンピュータと通信し、コンピュータを制御すると仮定する。上述したように、２つの制御部材に依存する制御信号Ｐａ、Ｐｂ並びに制御部材の向きに依存する制御信号Ａａ及びＡｂが、手持ち制御部材の押しボタンによって発されるコマンド信号Ｃ_nにより、コンピュータに発せられる。表示情報ＤＩがコンピュータから得られ、その内容が、おそらくはステレオスコープ的に、すなわち、片目ごとに別々の画面を用いて画面ＨＤに提示される。
【００７５】
ヘルメットの動きは、６つまでの自由度において制御信号に影響し、手持ち制御部材を用いて、６つまでの自由度において制御を得ることができる。装置の有利な応用は、ヘルメットを垂直及び横に配向させて、画面ＨＤに提示すべき情報を制御できるようにすることである。この制御は、ヘルメットの回転が、対応する回転動がもたらしたであろう操作者の周囲環境の自然な画像の変化と同じ変化を表示画面上にもたらすように、適切に実行される。このようなコンピュータ情報は、たとえば、人工的な環境の画像、たとえば模擬飛行訓練装置における景色を操作者に提示することができる。この場合、操作者の正面及び操作者の視野の中の周囲環境の一部が画面上に提示され、頭を回すことにより、操作者は人工的な周囲環境の望みの部分を自然な感じに見ることができる。この用途では、手持ち制御部材１は、画面表示の他の機能を制御するのに使用することもできるし、画面表示から完全に別の機能のために使用することもできる。
【００７６】
あるいはまた、コンピュータ情報は、垂直及び横方向で互いにそばに配置された多数の文書からなることもできる。この場合、一度に１個又は数個の文書しか画面ＨＤ上に表示することはできない。操作者は自分の頭を回すことにより、文書を自然な感じで見て、望みの一つを選ぶことができる。この場合、手持ち制御部材１は、好適には画面上でカーソルを制御するのに使用することができる。
【００７７】
たとえば、操作者が大きく複雑な表示画面の小さな一部を詳細に検証することを望むならば、同等な機能を使用することができる。制御手段、たとえば、制御部材１上の押しボタンを作動させることにより、操作者の視野は限られ、表示画面の小さな一部だけが拡大されて画面に表示されるようになる。そして、操作者は、自分の頭を垂直方向及び横方向に動かすことにより、自然な感じで見ることができ、それにより、より大きな表示画面から、画面ＨＤ上に表示するための所望の部分を選択することができる。
【００７８】
図８及び９を参照しながら説明した実施態様では、制御部材は、操作者が頭にかぶるためのヘルメットとして設計されている。明らかに、制御部材は、完全なヘルメットの形態にある必要はなく、代わりに、変換器及びおそらくは表示画面を操作者の頭に取り付けるのに適当な他のフレームを構成するものでもよい。
【００７９】
上述したように、本発明の装置を用いると、発信源の互いに対する位置を知っていなければならない。これを達成する一つの方法は、何らかの公知の方法（たとえば巻き尺、測地方法）を使用して、発信源の互いに対する、又は共通の原点に対する位置を計測し、装置を起動するとき、この位置情報を計算装置に供給する方法である。
【００８０】
上述した実施態様では、発信源は、周期的に順番に起動されることにより、又は、画像処理システムによって区別することができる異なる形状又はサイズを有することにより、互いに別個にされていた。しかし、すべてのマーカ（受動発信源）は、おそらく同一であってもよく、その場合、装置を起動すると、マーカが操作者によって絵で識別され、別個の実体を与えられる。そして、装置は、たとえば、制御部材の位置及び向きが限られた速度でしか変化しないという事実を利用することにより、作動中に個々のマーカ及びそれらの位置を追跡することができる。
【００８１】
あるいはまた、いくつかの同一のマーカの識別は、半自動手法によって達成することもできる。装置は、マーカの実体に関して第一の推測を行ったのち、その推測に基づいて制御部材の位置を計算するようにプログラムされる。そして、操作者が制御部材を動かし、同じ推測に基づいて新たな位置が算出される。推測が誤りであるならば、算出された位置の差は非現実的になり、現実的な結果によって正しい推定がなされたことが示されるまで、装置が新たな推測を行い、操作者が新たな動きを起こす。
【００８２】
制御部材の向きにかかわらず少なくとも３個の発信源が常に変換器の視野にある可能性を増すために、前記手持ち制御部材（たとえば図１の「１」）には、各端に変換器を設けてもよい。そのような制御部材が図１０に示され、レンズ１１ａを備えた変換器１０ａを一端に有し、レンズ１１ｂを備えた変換器１０ｂを他端に有している。
【００８３】
同様に、また同じ理由で、本発明のヘルメット（図８の「Ｈ」）にも、異なる向きをもついくつかの変換器を設けてもよい。
【００８４】
本発明の制御システムは、コンピュータ上でのＣＡＤ表示の制御に使用することができる。この場合、制御部材を使用して、ＣＡＤ表示画面上に示された物体を、実物としての場合と同じ方法で捕らえ、移動／回転させることができる。
【００８５】
本発明の装置は、たとえば、ＣＡＤ表示画面に示された模擬工業用ロボット又は他の機械装置を制御するのに同様な方法で使用することができる。
【００８６】
本発明の装置には、２個の手持ち制御部材を、操作者の片手に１個ずつ設けることができる。これは、１２の自由度における制御を可能にする。そのような装置を図１０に模式的に示す。これは、変換器１０ａ及び１０ｂ並びに計算装置ＣＵへの通信チャネルＣＣａ及びＣＣｂを備えた２個の制御部材１ａ及び１ｂを有している（明確に示すため、マーカは図示しない）。装置は、４個の三次元ベクトル、それぞれＰａ、Ｐｂ及びＡａ、Ａｂとして要約することができる制御信号を供給する。第一の組の制御信号、すなわちベクトルＰａ及びＡａは、第一の制御部材１ａの位置及び向きによって影響され、第二の組の制御信号、すなわちベクトルＰｂ及びＡｂは、第二の制御部材１ｂによって影響される。
【００８７】
図１１に示すタイプの装置は、ＣＡＤ表示画面に示される２個の物体の位置及び向きに同時にかつ別々に影響を加えるのに使用することができる。このような装置は、たとえば、ボルトとナットとを締めて合わせる方法を模擬的に示すのに使用することができる。
【００８８】
２個の手持ち制御部材をもつ本発明の装置を使用して、ＣＡＤ表示画面に示された機械装置、たとえば工業用ロボットを制御するならば、一方の制御部材を使用して、たとえば観測の方向及び距離を制御することができ、他方の制御部材を使用して、装置の動き、たとえばロボットハンドの位置及び向きを制御することができる。あるいはまた、この機能は、２つの機能の間で切り換えることができる単一の制御部材を用いて得ることもできる。
【００８９】
手持ち制御部材及び頭に載せる制御部材を上記に説明した。あるいはまた、本発明の装置は、操作者の体の他の部分によって影響されたり、担持されたりする制御部材を含むこともできる。
【００９０】
上記に説明した被制御物体は単なる例であり、本発明の装置は、たとえば、任意の処理装置、たとえば上記に説明したもの以外の機械的もしくは電気的装置又は表示システムを制御するのに使用することができる。
【００９１】
上記に説明した本発明の装置の例は、能動又は受動発信源からの光信号を使用して位置を決定する。あるいはまた、他のタイプの信号、たとえば光学的部分以外の電磁波長範囲の信号、たとえばマイクロ波又は音響信号、たとえば超音波信号を使用してもよい。
【００９２】
本発明の制御装置の計測システムは絶対計測性であり、周期的にゼロにセットしたり、較正したりすることなどなく、発信源が配設されている座標系における変換器の絶対位置に関して正確な情報を刻々と提供する。これは重大な利点である。したがって、上記のタイプの手持ち制御部材は、たとえば工業用ロボットのオフラインプログラミングに使用することができる。制御部材を所望のロボット経路に通すと、制御装置から得られる制御信号は、経路及び、望むならば、その経路に沿うロボットハンドの変化する向き（上記の説明ではベクトルＰ及びＡ）を正確に定義する情報を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置の構造の例を模式的に示す図
【図２ａ】計算に使用される座標系及び絶対値のいくつかを表すために、変換器を備えた制御部材と、３個の発信源Ｍ₁〜Ｍ₃とを模式的に示してい図
【図２ｂ】計算に使用される座標系及び絶対値のいくつかを表すために、変換器の画像面を発信源Ｍ₁からの画像Ｍ_ibとともに模式的に示している図
【図３】図１の装置中の信号処理回路の構造を模式的に示す図。
【図４ａ】反射マーカを照射する特殊な光源と、ビデオカメラと、カメラ画像中のマーカの位置を決定する画像処理システムとを利用する、本発明の装置のもう一つの例を示す図
【図４ｂ】図４ａの装置中の信号処理回路の構造を模式的に示す図
【図５ａ】発信源がシステムの周囲の既存の細部からなり、その位置をビデオカメラ及び画像処理システムを用いて決定することができる本発明装置のもう一つの例を示す図
【図５ｂ】図５ａの装置中の信号処理回路の構造を模式的に示す図
【図６】本発明の装置を工業用ロボットに接続して、ロボットハンドの位置及び向きを制御する方法を示す図
【図７】本発明の装置をコンピュータに接続してメニュー表示画面を制御する方法を示す図
【図８】頭の動きによって制御信号を発するためのヘルメットを含む、本発明の装置の代替態様を示す図
【図９】ヘルメットに取り付けた表示装置によって図８の装置を補足する仕方を示す図
【図１０】各端に変換器を備えた手持ち制御部材を示す図
【図１１】２個の手持ち制御部材を有する本発明の制御装置を示す図
【符号の説明】
１…可動制御部材、１０，１０ａ，１０ｂ…変換器、１２ａ、１２ｂ…光源、ＲＢＥ，ＰＣ…被制御物体、Ｐ，Ａ…制御信号、Ｍ₁〜Ｍ₄…発信源、ｘ_ib、ｙ_ib…方向規定信号、ＣＵ…算手段、Ｔ₁₂、Ｔ₂₃、Ｔ₃₁…発信源までの照準線の間の角度、Ｃ_n…コマンド信号、Ｂ₁…Ｂ_n…制御索子

Claims (13)

1. 被制御物体（ＲＢＥ、ＰＣ）を制御するために、操作者によって動かされ、制御部材の位置及び向きに依存して、多数の制御信号（Ｐ、Ａ）を供給するように設けられた可動制御部材（１）を有する制御装置において、
   該制御部材が、互いに離れた地点に位置し、検出対象と変換器との間を直線的に伝播する信号を発するように設けられた少なくとも４個の検出対象（Ｍ₁〜Ｍ₄）の組から信号を受けるように設計された、広角レンズ（１１）を有する変換器（１０）を含み、
   該変換器は、前記少なくとも４個の検出対象からそれぞれ個別に受けた信号の入射角度に応じた、該変換器に関する信号情報を生成し、
   前記制御装置が、前記変換器からの前記信号情報を受信するように設けられ、前記変換器から前記少なくとも４個の各検出対象までの少なくとも４つの照準線の、該変換器に関する二次元方向を規定する方向規定信号（ｘ_ib、ｙ_ib）を生成するために設けられた部材（ＥＵ）と、前記方向規定信号に基づいて、前記制御部材の位置及び向きを規定する位置及び方向の制御信号（Ｐ、Ａ）を生成するために設けられた計算手段（ＣＵ）とを含み、
   前記計算手段は、前記制御部材の、少なくとも４つの自由度の位置及び方向を計算するよう構成されていることを特徴とする制御装置。
2. 前記計算手段（ＣＵ）が、前記制御部材から前記検出対象までの照準線の間の角度（Ｔ₁₂、Ｔ₂₃、Ｔ₃₁）を測定し、これらの角度に基づいて、前記制御部材の位置を規定する前記情報（Ｐ）を生成するために設けられていることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記検出対象（Ｍ₁〜Ｍ₄）が光学信号を発するために設けられており、これらの信号を受けるために前記変換器（１０）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
4. 前記検出対象が能動的な発光光源（Ｍ₁〜Ｍ₄）を構成することを特徴とする請求項３記載の制御装置。
5. 前記制御装置が光源（１２ａ、１２ｂ）を含み、前記検出対象が、前記光源からの光を反射するために設けられた光反射部材（Ｍ₁〜Ｍ₄）からなることを特徴とする請求項３記載の制御装置。
6. 前記制御装置が、前記変換器（１０）で生成される周囲環境の画像の検出対象（Ｍ₁〜Ｍ₄；Ｆ₁〜Ｆ₄）の位置に対応する信号（ｘ_ib、ｙ_ib）を発するために設けられた画像処理手段（ＶＰ）を含むことを特徴とする請求項３記載の制御装置。
7. 前記制御部材（１）が、操作者が手で把持し、手で動かすように設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の制御装置。
8. 前記制御部材が、一端に変換器（１０）を設けたハンドルとして設計されていることを特徴とする請求項７記載の制御装置。
9. 前記制御部材が、各端に変換器（１０ａ、１０ｂ）を設けていることを特徴とする請求項７又は８記載の制御装置。
10. 前記制御装置が、それぞれ別個の組の制御信号（それぞれＰａ、Ａａ及びＰｂ、Ａｂ）に影響するように設けられた２個の手持ち制御部材（１ａ、１ｂ）を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項記載の制御装置。
11. 前記制御部材が、コマンド信号（Ｃ_n）を発生させることができる多数の制御索子（Ｂ₁…Ｂ_n）を設けていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の制御装置。
12. 前記制御部材が、操作者が頭にかぶり、頭で操作するように設けられたヘルメット又はフレーム（Ｈ）からなることを特徴とする請求項１〜６又は１１のいずれか１項記載の制御装置。
13. 前記制御部材が、前記制御部材を担持する操作者の視野の中に設けられた表示装置（ＨＤ）を含むことを特徴とする請求項１２記載の制御装置。

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