JP4877937B2 - 触覚インターフェイス - Google Patents
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Description
(1)操作者の手と触覚指ベースとが、操作者の各指先によって形成される平面に面対称となるように触覚指ベースを配置させる、
(2)操作者の指と触覚インターフェイスの触覚指とを、中指、拇指、示指の順に指先同士が幾何学的に対向されるように触覚指ベースを配置させる、
(3)触覚指の可操作性が最大となるように触覚指ベースを配置させる、
といった3つのいずれか手法にて、上記アームの位置及び姿勢の制御を実現するようにしている。
・交換可能な道具ディバイスの装備による操作態様を多様に変更できること、
・物体を把持したときに作用する回転(摩擦)モーメントを操作者の指先に提示できること、
・触覚指の可操作性の増大とアーム機構の関節変化の抑制とを考慮したアーム機構の位置及び姿勢の制御を行うことで、行われた操作に対して不相応に大きいアーム動作を抑制できること、
といった3つの特徴を有するものとなっている。
本実施形態の触覚インターフェイスでは、こうした触覚指21〜25の先端に、操作者が操作に用いる道具ディバイスが着脱自在に連結されるようになっている。道具ディバイスは、用途に応じて複数種用意されており、必要に応じて容易に交換可能となっている。こうした道具ディバイスの着脱を行うため、各触覚指21〜25の指第2リンク27の先端には、半球形状に凹設された球軸受け32が形成されるとともに、その直下には永久磁石31が内蔵されている。こうした球軸受け32には、道具ディバイスに設けられた関節球33が装着されるようになっている。関節球33は、例えば鋼のような強磁性体によって形成された球体で、永久磁石31によって球軸受け32に吸着されるようになっている。球軸受け32に対して関節球33は回動自在に連結され、これら球軸受け32及び関節球33により、3自由度の受動球関節が形成される。
<物体の把持に伴う回転(摩擦)モーメントの提示>
次に、上述したような、物体を把持したときに指先に作用する回転(摩擦)モーメントの提示を実現するための構成について説明する。ここでは、回転モーメントの提示に係る機構を、上記指フォルダに内蔵させるようにした場合について述べる。
次に、上述したような、操作の大きさに対して不相応に大きいアームの動作を抑制するためのアームの位置及び姿勢の制御について説明する。
(1)操作態様の異なる複数種の道具ディバイス(40,50,60,70)を用意するとともに、各触覚指21〜25の先端にそれぞれ設けられた球軸受け32に脱着自在に連結可能な関節球33を各道具ディバイスにそれぞれ設けるようにしている。こうした触覚インターフェイスでは、触覚指21〜25が、操作入力の検出機能、力覚の出力機能を有しているため、敢えて道具ディバイス側にセンサやアクチュエータを設けずとも、操作に応じた力覚の提示を行うことができる。また各触覚指21〜25の姿勢変更を通じて、操作の入力点や力覚の出力点の数や位置関係を、各触覚指21〜25の自由度によって許容される範囲内で自在に変更することができ、操作態様や必要な力覚の発生態様の異なる多様な道具ディバイスに柔軟に対応することができる。そのため、必要とする道具の操作部の形状や機構を模した道具ディバイスを用意するだけで、触覚インターフェイスの操作態様を、多種類の道具に対応した態様に容易に変更することが可能となる。
(4)道具ディバイスと触覚指21〜25とが容易に脱着可能なため、それらの間に過剰な力が作用したときに、両者が容易に分離するようになり、道具ディバイスや操作者に過剰な負担を与えることを回避することができる。
(8)アーム機構12により、力覚提示点(触覚指ベース20)の空間移動を自在に行うことができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
1)交換可能な道具ディバイスの装備による操作態様を多様に変更可能とすること、
2)物体を把持したときに作用する回転(摩擦)モーメントを操作者の指先に提示可能とすること、及び
3)触覚指の可操作性の増大とアーム機構の関節変化の抑制とを考慮したアーム機構12の位置及び姿勢の制御を行うこと、
の3つの特徴を有するものとなっているが、そのうちのいずれか1つまたは2つを割愛した構成としても良い。
Claims (6)
- アーム機構により空間移動される触覚指ベースと、その触覚指ベースに設けられて操作の入力及び力覚の出力にそれぞれ用いられる複数の触覚指と、を備える触覚インターフェイスにおいて、
操作態様の異なる複数種の道具ディバイスを備えるとともに、前記触覚指の先端にそれぞれ設けられた受け部に脱着自在に連結可能な装着ポイントをそれら道具ディバイスにそれぞれ設け、
前記道具ディバイスとして、
握り部を有する第1及び第2の鋏片を支点にて連結してなるとともに、各鋏片及び前記支点に前記装着ポイントを設けた鋏型道具ディバイスを備える
ことを特徴とする触覚インターフェイス。 - アーム機構により空間移動される触覚指ベースと、その触覚指ベースに設けられて操作の入力及び力覚の出力にそれぞれ用いられる複数の触覚指と、を備える触覚インターフェイスにおいて、
操作態様の異なる複数種の道具ディバイスを備えるとともに、前記触覚指の先端にそれぞれ設けられた受け部に脱着自在に連結可能な装着ポイントをそれら道具ディバイスにそれぞれ設け、
前記道具ディバイスとして、
シリンダ部及びピストン部とからなるとともに、前記シリンダ部及び前記ピストン部に前記装着ポイントを設けた注射器型道具ディバイスを備える
ことを特徴とする触覚インターフェイス。 - 前記装着ポイントは、前記受け部に対して回動可能に連結される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の触覚インターフェイス。 - 前記装着ポイントと前記受け部とが球関節を形成する
請求項1又は2に記載の触覚インターフェイス。 - 前記装着ポイントと前記受け部との連結が磁力によりなされる
請求項1〜4のいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の触覚インターフェイスにおいて、
前記アーム機構を目標とする位置及び姿勢に駆動したときの前記触覚指の可操作性の大きさの指標値から、前記アーム機構を現状の位置及び姿勢から目標とする位置及び姿勢に駆動するための前記アーム機構の関節角度の変化度合の指標値を減算した値が最大となるように、前記アーム機構の位置及び姿勢の制御を行う制御手段を備える
ことを特徴とする触覚インターフェイス。
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