JP5115338B2 - Force-tactile presentation device - Google Patents
Force-tactile presentation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5115338B2 JP5115338B2 JP2008143764A JP2008143764A JP5115338B2 JP 5115338 B2 JP5115338 B2 JP 5115338B2 JP 2008143764 A JP2008143764 A JP 2008143764A JP 2008143764 A JP2008143764 A JP 2008143764A JP 5115338 B2 JP5115338 B2 JP 5115338B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- finger
- contact point
- force
- presentation
- freedom
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
Description
本発明は、物理環境を精緻に演算したシミュレーション空間、物理環境を擬似的又は簡易的に演算したシミュレーション空間、あるいはマスタとスレーブの関係にある実物理空間において、オペレータに対して力覚若しくは触覚の提示を行なうための力触覚提示装置に係り、特に、オペレータの指先に対して把持感覚の提示を行なう力触覚提示装置に関する。 The present invention provides a haptic or tactile sensation for an operator in a simulation space in which a physical environment is precisely calculated, a simulation space in which a physical environment is calculated in a pseudo or simple manner, or a real physical space in a master-slave relationship. The present invention relates to a force / tactile sensation presentation device for presenting, and more particularly, to a force / tactile sense presentation device for presenting a gripping sensation to an operator's fingertip.
さらに詳しくは、本発明は、オペレータの指先に対して力覚を提示するとともに、複数の指駆動により形状提示も行なう力触覚提示装置に係り、特に、固定された接触点に対する力覚若しくは触覚の提示を行なうだけでなく、接触状態を反映した、接触点の位置をも提示する力触覚提示装置に関する。 More specifically, the present invention relates to a force / tactile sense presentation device that presents a force sense to an operator's fingertip and also presents a shape by driving a plurality of fingers, and in particular, a force sense or tactile sense for a fixed contact point. The present invention relates to a force / tactile sensation presentation apparatus that not only presents but also presents the position of a contact point that reflects a contact state.
仮想現実(バーチャルリアリティ)や遠隔現実(テレリアリティ)といった技術分野では、視覚情報や聴覚情報に加えて操作者に力覚や触覚を提示するための力覚ディスプレイすなわち「ハプティクス・デバイス」が必須である。 In the technical field of virtual reality (virtual reality) and remote reality (telereality), in addition to visual information and auditory information, a haptic display or “haptic device” for presenting haptic or tactile sensation to the operator is essential. is there.
近年の計算機速度の向上とシミュレーション技術の進展により、複数の物体が共存し、それらの間で衝突や接触といった物理的相互作用が生じるという仮想環境を、実時間でシミュレートすることが可能となってきた。このように、物体間の衝突やそのときの接触力を、力学を考慮して精密且つ実時間で算出できるようになると、算出された力を実際にモータなどのアクチュエータで発生することで、ハプティクス・デバイスを介して仮想環境の物体に触れたり把持したりした際の感覚をリアルにユーザに提示することが可能となる。 With recent improvements in computer speed and advances in simulation technology, it is possible to simulate in real time a virtual environment in which multiple objects coexist and physical interactions such as collision and contact occur between them. I came. In this way, when the collision between objects and the contact force at that time can be calculated accurately and in real time in consideration of dynamics, the calculated force is actually generated by an actuator such as a motor. -It is possible to present the user with a sense of touching or grasping an object in the virtual environment via the device.
ハプティクス・デバイスのアプリケーションは幅広く、物理環境を精緻に演算したシミュレーション空間、物理環境を擬似的又は簡易的に演算したシミュレーション空間、あるいはマスタとスレーブの関係にある実物理空間において、オペレータに対して力覚若しくは触覚の提示を行なうために利用される。具体的には、医療やその他の特殊技能の習得、小宇宙や海洋などの仮想環境や、原子炉などの特殊若しくは危険な環境での遠隔作業などにおいて、実際に触手できない環境の物体への3次元の力覚若しくは触覚を提示することができる。実時間処理可能な仮想空間の規模や精度に伴い、将来的には力覚ディスプレイの需要拡大が見込まれる。 Haptic devices have a wide range of applications. The simulation space where the physical environment is precisely calculated, the simulation space where the physical environment is calculated in a pseudo or simple manner, or the real physical space where the relationship between the master and the slave is present is powerful for the operator. Used to present sensation or tactile sensation. Specifically, 3D to objects that cannot actually be tentacled in medical or other special skills, virtual environments such as microcosms or oceans, or remote operations in special or dangerous environments such as nuclear reactors. It is possible to present haptic or tactile sensations. With the scale and accuracy of the virtual space that can be processed in real time, demand for haptic displays is expected to increase in the future.
例えば、図18に示すようなシリアル・リンクを用いたペン型のハプティクス・デバイスが一般的である。ユーザはペン型の先端部を把持し、ここに3軸力乃至6軸力のモーメントの提示が行なわれる(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照のこと)。図示のハプティクス・デバイスは、オペレータがちょうどペン(若しくはプローブ)を持ったような操作系を有し、ペン先などの特定の部位に対して任意の空間位置とモーメントを提示するように3自由度アームと3自由度ジンバルが接続されている構造となっている。この種の装置によれば、原理的には、任意の場所に並進力とモーメントを発生させることが可能であるが、プロービングによる操作系が基調であるため、得られる感覚がペンで突付いたようなものであり、物を把持する感覚を与えることはできない。 For example, a pen-type haptic device using a serial link as shown in FIG. 18 is common. The user grips the tip of the pen type and presents a moment of three to six axial forces (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). The illustrated haptic device has an operation system in which the operator has just a pen (or probe), and has three degrees of freedom to present an arbitrary spatial position and moment to a specific part such as a pen tip. The arm and the three-degree-of-freedom gimbal are connected. According to this type of device, in principle, it is possible to generate a translational force and a moment at any place, but since the operating system based on probing is the keynote, the resulting sensation struck with a pen. It cannot be given a sense of grasping an object.
あるいは、シリアル・リンクの剛性不足を解消する構造として、図19に示すように、パラレル・リンク構造を用いて3軸力乃至6軸力モーメントの提示を行なうハプティクス・デバイスも提案されている(例えば、特許文献2、非特許文献2、非特許文献3を参照のこと)。 Alternatively, as a structure that solves the lack of rigidity of the serial link, as shown in FIG. 19, a haptic device that presents a 3-axis force to a 6-axis force moment using a parallel link structure has also been proposed (for example, , Patent Document 2, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3).
これらのリンク機構を用いたハプティクス・デバイスはいずれも、把持位置の1点のみに対して力覚提示を行なうもので、言い換えれば、操作者の各指への独立な力覚提示を行なうものではない。このため、指で仮想物体を把持した感覚を提示することができない、という問題がある。 Any of these haptic devices using the link mechanism presents a force sense only for one point of the gripping position. In other words, it does not perform an independent force sense presentation to each finger of the operator. Absent. For this reason, there is a problem that it is impossible to present a sense of grasping a virtual object with a finger.
ハプティクス・デバイスの機能として、力そのものを提示する力覚、接触状態を提示する接触覚が挙げられる。勿論、人間が通常行なう動触覚も含まれる。これらを実現するには、ハプティクスで必要な力制御能力のみならず、対象物体の形状を反映する位置提示性能の他、動触覚の実現には優れた応答性、つまり速度及び加速度制御性能が求められる。ペン(プローブ)型で力覚を鋭くしたりする方法もある。しかしながら、対象物の形状を知るには、多指で物体を把持する場合のように、複数の接触点がある方がより自然であると思料される。 As a function of the haptic device, there are a force sense that presents a force itself and a contact sense that presents a contact state. Of course, the motion sense normally performed by human beings is also included. In order to realize these, in addition to the force control capability required for haptics, in addition to the position presentation performance that reflects the shape of the target object, in addition to the realization of dynamic tactile sense, excellent responsiveness, that is, speed and acceleration control performance is required. It is done. There is also a method of sharpening the sense of force with a pen (probe) type. However, in order to know the shape of the object, it is considered more natural to have a plurality of contact points, as in the case of gripping an object with multiple fingers.
例えば、多指型のハプティクス・デバイスは、複数指の駆動によって、対象物の形状を提示できるという利点がある。ロボット・ハンドなどのスレーブ・ハンドを遠隔操作するマスタ・ハンドに適用することにより、マスタハンド(操作手段)の動きがスレーブハンド(作業手段)に伝えられ、且つ、スレーブ・ハンドの力覚がマスタ・ハンドに呈示される機能を有する。すなわち、マスタ側の操作者は、作業対象に対して直接的に作業をしているような感覚を得ることができる。すなわち、多指型のハプティクス・デバイスによれば、オペレータの指先に対して力覚を提示するとともに、複数の指駆動により形状提示も行なうことができる。 For example, a multi-finger haptic device has an advantage that the shape of an object can be presented by driving a plurality of fingers. By applying the slave hand, such as a robot hand, to a master hand that remotely operates, the movement of the master hand (operation means) is transmitted to the slave hand (working means), and the force sense of the slave hand is master.・ Has a function presented to the hand. That is, the master-side operator can obtain a feeling that the operator is directly working on the work target. That is, according to the multi-finger haptic device, a force sense can be presented to the fingertip of the operator, and a shape can be presented by driving a plurality of fingers.
多指への力提示を行なうべく、図20に示すように、指と遠隔のモータ間とをワイヤで接続し、ワイヤを介して各々の指に力を印加するハプティクス・デバイスが提案されている(例えば、非特許文献4を参照のこと)。しかしながら、このような装置構成では、常時ワイヤが弛まないよう制御する必要があり、制御が煩雑になる傾向がある。また、ワイヤ間の干渉が発生し易く、特に回転に関する可動範囲はあまり広くない。 In order to present force to multiple fingers, as shown in FIG. 20, a haptic device has been proposed in which a finger and a remote motor are connected by a wire and a force is applied to each finger through the wire. (See, for example, Non-Patent Document 4). However, in such a device configuration, it is necessary to perform control so that the wire does not loosen at all times, and control tends to be complicated. Moreover, interference between wires is likely to occur, and the movable range relating to rotation is not particularly wide.
また、図21に示すような、対向型マニピュレータにハンド型力提示機構を付加するハプティクス・デバイスも提案されている(例えば、非特許文献5を参照のこと)。あるいは、これに類似した方法として、エグゾスケルトン先端にハンド型力提示機構を付加する方法も提案されている(例えば、非特許文献6を参照のこと)。 A haptic device that adds a hand-type force presentation mechanism to an opposed manipulator as shown in FIG. 21 has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 5). Alternatively, as a similar method, a method of adding a hand-type force presentation mechanism to the tip of the exoskeleton has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 6).
また、上記シリアル・リンク先端に指サックを取り付け、指への3軸力提示を行なう方式も提案されている。 There has also been proposed a system in which a finger sack is attached to the tip of the serial link and a three-axis force is presented to the finger.
例えば、人間の指を挿入する指サック、物体に触れる指カバー、及び上記指サックと上記指カバーの間にある歪みゲージの貼られた弾性構造体からなる6軸力覚センサを、小型マニピュレータを介してベースに連結して構成される力覚呈示装置について提案がなされている(例えば、特許文献3を参照のこと)。この力覚呈示装置によれば、人間の指先に力覚を呈示するとともに、人間が実際に物に触れたときの力覚データを記録・再生することができる。 For example, a 6-axis force sensor composed of a finger sack for inserting a human finger, a finger cover for touching an object, and an elastic structure having a strain gauge attached between the finger sack and the finger cover, a small manipulator A force sense presentation device configured to be connected to a base via a base has been proposed (see, for example, Patent Document 3). According to this force sense presentation device, force sense can be presented to a human fingertip, and force data when a human actually touches an object can be recorded and reproduced.
また、ユーザ(使用者)の手(指)に装着され、装着された手や各指に対して触覚(触った感覚、例えば、質感、形状、強さ等の接触強度の分布)や力覚(触ったときに加わる力の感覚)を与える一対のリアルグローブを備えた触覚・力覚提示システムについて提案がなされており(例えば、特許文献4を参照のこと)、ユーザの各指の第1関節(末節骨と中節骨との間の関節)から先の指先部分を覆う位置に触覚発生部がそれぞれ設けられている。 Also, it is attached to the user's (user's) hand (finger), and a tactile sensation (sensation of touch, for example, distribution of contact strength such as texture, shape, strength, etc.) There has been proposed a tactile / force-sensing system including a pair of real gloves that gives a sense of force applied when touched (see, for example, Patent Document 4), and the first of each finger of the user is proposed. A tactile sensation generating unit is provided at a position covering the fingertip portion from the joint (joint between the distal phalanx and the middle phalanx).
また、複数の骨材を連結部で可動自在に連結するとともに、連結部をまたがり複数の骨材間に固定された弾性膨張収縮体を備え、骨材に連結されるとともに、少なくとも指又は手のひら又は手の甲を含む手の一部に係合される指サック又はグローブをさらに備え、弾性膨張収縮体を膨張又は収縮させることにより手の一部に疑似的な力を与える力覚ディスプレイ・ハンドについて提案がなされている(例えば、特許文献5を参照のこと)。 In addition, the plurality of aggregates are movably coupled at the coupling portion, and include an elastic expansion / contraction body fixed between the plurality of aggregates across the coupling portion, and coupled to the aggregate, and at least a finger or a palm or A haptic display hand that further includes a finger sack or glove engaged with a part of the hand including the back of the hand, and gives a pseudo force to the part of the hand by expanding or contracting the elastic expansion / contraction body is proposed. (For example, refer to Patent Document 5).
しかしながら、上述した多指型のハプティクス・デバイスに関する従来技術はいずれも、指先に並進力しか提示できず、各指先のどこで接触しているのか、すなわち作用点を提示することはできない。このため、複数の指先に把持感覚を良好に提示するものとは言い難い。 However, all of the above-described conventional techniques related to the multi-finger haptic device can only present a translational force to the fingertips, and cannot indicate where each fingertip is in contact, that is, an action point. For this reason, it is difficult to say that the gripping sensation is satisfactorily presented to a plurality of fingertips.
人間の指において物体を直接接触していることが、より接触覚を得る上で重要である。このような観点から、指先に球状の突起を当てて、その位置を変化させることにより操作者が接触点情報を獲得できる力触覚提示装置について提案がなされている(例えば、非特許文献7、非特許文献8を参照のこと)。この装置は、オペレータの指先に直接接触するローラを転がして接触点の位置を明確に提示するように構成されており、オペレータはより敏感に接触覚をえることができる。しかしながら、接触点提示ローラは常に指に接触しているため、提示力がゼロの状態であってもこのローラが動くことによって、不必要な接触情報がオペレータに伝わってしまう。しかも、直接触れていることによりさらに敏感に知覚してしまうため、違和感は一層大きく感じられると思料される。 It is important to obtain a contact sensation that an object is in direct contact with a human finger. From such a viewpoint, a force / tactile sensation presentation device that allows an operator to acquire contact point information by placing a spherical protrusion on a fingertip and changing its position has been proposed (for example, Non-Patent Document 7, Non-Patent Document 7, (See Patent Document 8). This apparatus is configured to roll a roller that is in direct contact with the fingertip of the operator to clearly present the position of the contact point, and the operator can obtain a sense of contact more sensitively. However, since the contact point presentation roller is always in contact with the finger, even when the presentation force is zero, the roller moves, and unnecessary contact information is transmitted to the operator. Moreover, since it is perceived more sensitively by direct touch, it seems that the sense of discomfort is felt even greater.
最も精緻な力覚と接触覚を提示するには、3つの並進自由度と、3つの回転自由度とも提示する必要があるが、すべての軸にアクチュエータを配置すると、設計上、力触覚提示装置は機構的に大掛かりになりがちであり、その結果、指先付近の自由度が懸念される。 In order to present the most precise force sense and contact sense, it is necessary to present three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom. However, if actuators are arranged on all axes, the force / tactile sense presenting device is designed. Tends to be mechanically large, and as a result, there is concern about the degree of freedom near the fingertips.
このとき、重力補償の他、慣性力の補償にもアクチュエータのトルクを使ってしまうと、実質的に提示できる力が小さくなり、あるいは過渡特性が悪くなる可能性も多大にある。 At this time, if the torque of the actuator is used not only for gravity compensation but also for inertial force compensation, there is a great possibility that the force that can be substantially presented becomes small or that the transient characteristics are deteriorated.
また、多指型のハプティクス・デバイスにおいて、回転中心(接触点)が常に固定されている機構を用いると、把持対象物に対して各指の姿勢が変わる。すなわち、接触点が変化したであろう状態においてもその変化を反映できないので、フィードバックされる力触覚はオペレータにとって違和感に変わる。 Further, in a multi-finger haptic device, when a mechanism in which the rotation center (contact point) is always fixed is used, the posture of each finger changes with respect to the grasped object. That is, since the change cannot be reflected even in a state where the contact point would have changed, the feedback force / tactile sense changes to the operator.
ペン型若しくはグリップ型のような把持から程遠い操作状態では、接触点の変化が適切に反映されないことに伴う違和感はさほど問題にはなりにくいと思われる。しかしながら、多指を用いてより精緻に力覚と接触覚提示しようとすると、むしろこの問題は大きくなる傾向とも言える。 In an operation state far from gripping such as a pen type or a grip type, it seems that the uncomfortable feeling caused by the change of the contact point not being appropriately reflected is less likely to be a problem. However, it can be said that this problem tends to increase if more haptic and contact sensations are presented using multiple fingers.
本発明の目的は、物理環境を精緻に演算したシミュレーション空間、物理環境を擬似的又は簡易的に演算したシミュレーション空間、あるいはマスタとスレーブの関係にある実物理空間において、オペレータに対して力覚若しくは触覚の提示を好適に行なうことができる、優れた力触覚提示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a force sense to an operator in a simulation space in which a physical environment is precisely calculated, a simulation space in which a physical environment is calculated in a pseudo or simple manner, or a real physical space in a relationship between a master and a slave. An object of the present invention is to provide an excellent force / tactile sense presentation device capable of suitably presenting a tactile sense.
本発明のさらなる目的は、オペレータの指先に対して力覚を提示するとともに、複数の指駆動により物体を把持した感覚や把持した物体の形状提示も行なうことができる、優れた力触覚提示装置を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide an excellent force / tactile sensation presentation device capable of presenting a sense of force to an operator's fingertip, and also capable of presenting a sense of grasping an object and presenting the shape of the grasped object by driving a plurality of fingers. It is to provide.
本発明のさらなる目的は、固定された接触点に対する力覚若しくは触覚の提示を行なうだけでなく、接触状態を反映した、接触点の位置をも提示することができる、優れた力触覚提示装置を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide an excellent force / tactile sense presentation device capable of not only presenting a force sense or tactile sense with respect to a fixed contact point but also presenting the position of the contact point reflecting the contact state. It is to provide.
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、オペレータの指先に対して力覚を提示する力触覚提示装置であって、
オペレータの指先を挿入する指サックと、
前記指サックに保持された指先に対して位置を提示する位置提示手段と、
前記指サックに保持された指先に対して指先接触点を提示する指先接触点提示手段と、
前記位置提示手段の先端部分において、不要なモーメントが発生しないように前記指先接触点提示手段を支持する不要モーメント除去手段と、
を具備することを特徴とする力触覚提示装置である。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and is a force / tactile sense presentation device that presents a force sense to an operator's fingertip,
A finger sack to insert the operator's fingertips;
Position presenting means for presenting a position with respect to a fingertip held on the finger suck;
Fingertip contact point presenting means for presenting a fingertip contact point to the fingertip held by the finger sack;
Unnecessary moment removing means for supporting the fingertip contact point presenting means so that no unnecessary moment is generated at the tip portion of the position presenting means;
It is the force tactile sense presentation apparatus characterized by comprising.
仮想現実や遠隔現実などの技術分野では、視覚情報や聴覚情報に加えて操作者に力覚や触覚を提示するためのハプティクス・デバイスが必須である。例えば、多指型のハプティクス・デバイスは、物体を把持するなど、作業対象に直接的に作業をしているような間隔を操作者に与えることができる。しかしながら、上述した多指型のハプティクス・デバイスに関する従来技術はいずれも、指先に並進力しか提示できず、各指先のどこで接触しているのか、すなわち作用点を提示することはできない。このため、複数の指先に把持感覚を良好に提示するものとは言い難い。 In the technical fields such as virtual reality and remote reality, a haptic device for presenting force sense and tactile sense to an operator in addition to visual information and auditory information is essential. For example, a multi-finger haptic device can give an operator an interval that is directly working on a work target, such as holding an object. However, all of the above-described conventional techniques related to the multi-finger haptic device can only present a translational force to the fingertips, and cannot indicate where each fingertip is in contact, that is, an action point. For this reason, it is difficult to say that the gripping sensation is satisfactorily presented to a plurality of fingertips.
また、精緻な力覚と接触覚を提示するには3つの並進自由度と3つの回転自由度とも提示する必要があるが、すべての軸にアクチュエータを配置すると、力触覚提示装置は機構的に大掛かりとなり、指先付近の自由度が懸念される。 In addition, it is necessary to present three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom in order to present a precise force sense and contact sense. However, if actuators are arranged on all axes, the force / tactile sense presenting apparatus mechanically There is concern about the degree of freedom near the fingertips.
また、多指型のハプティクス・デバイスにおいて、指先の接触点を常に固定した機構を用いると、把持対象物に対して各指の姿勢が変わる状態であっても、その変化を反映することはできないので、フィードバックされる力触覚はオペレータにとって違和感に変わる。 In addition, in a multi-finger haptic device, if a mechanism that always fixes the contact point of the fingertip is used, even if the posture of each finger changes with respect to the grasped object, the change cannot be reflected. Therefore, the feedback force haptic sensation changes to the operator.
これに対し、本発明に係る力触覚提示装置は、1指向けの1ユニット当たりの能動自由度を削減するとともに、接触点における力覚若しくは触覚を提示する際に指先の接触状態に応じた接触点の位置を提示するものである。 In contrast, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention reduces the active degree of freedom per unit for one finger, and contacts according to the contact state of the fingertip when presenting the force sense or tactile sense at the contact point. The position of the point is presented.
本発明に係る力触覚提示装置は、基本的に、3自由度の位置提示用アームと、3自由度のジンバル機構と、1自由度の接触点提示用アームと、1自由度以上の指先部機構部指示保持から構成される、1指向けの1ユニットである。このうち、位置提示用アームの3自由度と、指先部機構部指示保持の1自由度は能動自由度である。すなわち、1指向けとして構成された力触覚提示装置は、4つの能動自由度と3つの受動自由度を備え、ユニット当たりの能動自由度を低減しているので、多指型の力触覚提示装置を設計し易くなる。そして、各指用のユニットを組み合わせることで、多指型の力触覚提示装置を構成し、且つ、適切なオペレータに対して適切な力覚若しくは接触覚の提示を通じて操作感を高め、操作上の違和感によるオペレータの疲労を低減することができる。 The force / tactile sensation presentation device according to the present invention basically includes a three-degree-of-freedom position-presenting arm, a three-degree-of-freedom gimbal mechanism, a one-degree-of-freedom contact point presenting arm, and a fingertip portion having one-degree-of-freedom or more. This is a unit for one finger, which is composed of mechanism unit instruction holding. Of these, the three degrees of freedom of the position presentation arm and the one degree of freedom of the fingertip unit mechanism holding are active degrees of freedom. That is, the force / tactile sensation presentation apparatus configured for one finger has four active degrees of freedom and three passive degrees of freedom, and reduces the active degree of freedom per unit. It becomes easy to design. And, by combining units for each finger, a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is constructed, and the operational feeling is enhanced through presentation of an appropriate force sense or contact sense to an appropriate operator. Operator fatigue due to a sense of discomfort can be reduced.
前記位置提示手段は、基本3自由度駆動系のシリアル・リンク型のアームからなり、前記指先接触点提示手段は、前記指サック上に配設された指先接触点駆動軸と、前記指先接触点駆動軸にて一端が回動可能に支持されている小アームと、前記小アームの他端に設けられた指先接触点を備えている。そして、前記不要モーメント除去手段は、前記位置提示手段を構成する前記アームの先端部分において、前記指先接触点回りに回動可能となる指先接触点提示軸にて前記小アームを支持している。 The position presenting means comprises a serial link type arm of a basic three-degree-of-freedom drive system, and the fingertip contact point presenting means comprises a fingertip contact point drive shaft disposed on the finger suck, and the fingertip contact point A small arm whose one end is rotatably supported by the drive shaft and a fingertip contact point provided at the other end of the small arm are provided. The unnecessary moment removing means supports the small arm by a fingertip contact point presenting shaft that can be rotated around the fingertip contact point at a tip portion of the arm constituting the position presenting means.
前記指先接触点駆動軸は、アクチュエータによって駆動される能動的な指先接触点提示自由度を持ち、前記指先接触点駆動軸の駆動に伴う指先接触点駆動軸回りの前記小アームの回転動作によって、指先接触点は指の腹表面に沿って移動するようになっている。よって、能動的な指先接触点駆動軸による指先接触点提示自由度を制御することによって、指サック内の指先の腹の接触点位置を決定することができる。これによって、あたかも指先において接触点が変化したような力覚をオペレータに与えることができる。 The fingertip contact point drive shaft has an active fingertip contact point presentation degree of freedom driven by an actuator, and by rotation of the small arm around the fingertip contact point drive axis accompanying the driving of the fingertip contact point drive axis, The fingertip contact point moves along the abdominal surface of the finger. Therefore, by controlling the degree of freedom of presenting the fingertip contact point by the active fingertip contact point drive axis, it is possible to determine the position of the abdominal contact point of the fingertip in the finger sack. Thereby, it is possible to give the operator a force sense as if the contact point has changed at the fingertip.
また、前記不要モーメント除去手段は、ヨー、ロール、及びピッチの3軸が互いに直交して1点で交わるとともに該交点が前記指先接触点と一致するように配設された3自由度ジンバルで構成される。そして、3軸のうちいずれか1軸が前記指先接触点提示軸と同軸状となるように組み立てられている。この3自由度ジンバルによれば、指先接触点を中心に指先の姿勢を変化させることができる。したがって、指先の接触点が固定されている場合とは異なり、指サックを介して力覚を与えたときの作用点とのオフセットはなく、不要なモーメントは発生しない。したがって、オペレータに対し操作上の違和感を与えることはないので、オペレータの疲労感を軽減することができる。 The unnecessary moment removing means is composed of a three-degree-of-freedom gimbal arranged such that the three axes of yaw, roll, and pitch intersect at one point perpendicular to each other and the intersection coincides with the fingertip contact point. Is done. And it is assembled so that any one of the three axes may be coaxial with the fingertip contact point presentation axis. According to this three-degree-of-freedom gimbal, the posture of the fingertip can be changed around the fingertip contact point. Accordingly, unlike the case where the contact point of the fingertip is fixed, there is no offset from the action point when a force sense is given through the finger sack, and no unnecessary moment is generated. Therefore, since the operator does not feel uncomfortable in operation, the operator's feeling of fatigue can be reduced.
なお、ジンバルには、軸毎の角度を計測する角度センサが配設されており、指先接触点の姿勢を計測することができるようになっている。 Note that the gimbal is provided with an angle sensor that measures the angle of each axis so that the posture of the fingertip contact point can be measured.
既に述べたように、基本3自由度駆動系と、指先接触点駆動軸の4自由度が能動自由度であり、ヨー、ロール(指先接触点提示軸と同軸)、及びピッチからなるジンバルの3自由度は受動自由度である。すなわち、1指向けの1ユニット当たりの能動自由度が省自由度化されるので、機構が簡素化されて装置設計が容易になるとともに、指先付近の重量が軽減される。また、各指用のユニットを組み合わせて多指型の力触覚提示装置を構成した場合には、オペレータ操作の際に隣接する指先間で干渉を起こし難くなり、可動域が拡大する。 As already described, the four degrees of freedom of the basic three-degree-of-freedom drive system and the fingertip contact point drive shaft are active degrees of freedom, and the gimbal 3 consisting of yaw, roll (coaxial with the fingertip contact point presentation axis), and pitch. The degree of freedom is a passive degree of freedom. That is, since the active degree of freedom per unit for one finger is reduced, the mechanism is simplified, the device design is facilitated, and the weight near the fingertip is reduced. In addition, when a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is configured by combining units for each finger, it is difficult to cause interference between adjacent fingertips during an operator operation, and the range of motion is expanded.
また、本発明に係る力触覚提示装置は、前記アームの姿勢に拘らず、前記指先接触点提示軸と前記ジンバルのグローバル座標系に対する姿勢を変化させない姿勢保持自由度をさらに備えることができる。 In addition, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention may further include a posture holding freedom degree that does not change the posture of the fingertip contact point presentation axis and the gimbal with respect to the global coordinate system regardless of the posture of the arm.
姿勢保持自由度を備えていないと、各指用のユニットを組み合わせることで多指型の力触覚提示装置を構成した場合、各指の間を保ったまま操作しようとすると、指先接触点提示軸とジンバルのグローバル座標系に対する姿勢グローバル座標系に対する変化に応じて、ジンバルが相互干渉を起こしてしまう危険がある。これに対し、本発明に係る力触覚提示装置は、姿勢保持自由度を備えているので、同様に各指の間を保ったまま操作したとしても、姿勢保持自由度によってジンバルの根元の姿勢が維持されることから、隣接するユニット間で相互干渉を起こし難くなり、結果として各ユニットの課操作空間を拡大することができる。 If a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is configured by combining the units for each finger without posture holding freedom, the fingertip contact point presentation axis will be There is a risk that the gimbal will cause mutual interference in response to changes in the global coordinate system and the attitude relative to the global coordinate system. In contrast, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention has a posture holding degree of freedom, so that even if it is operated while keeping the gap between the fingers, the posture of the gimbal root is determined by the posture holding degree of freedom. Therefore, it is difficult to cause mutual interference between adjacent units, and as a result, the operation space of each unit can be expanded.
既に述べたように、前記位置提示手段は、基本3自由度駆動系のシリアル・リンク型のアームからなり、3つの能動自由度を備えている。これらの能動自由度の駆動には間接駆動方式を適用することができる。例えば、シリアル・リンク型アームが一端の根元部において所定のベースに支持される場合、能動自由度を実現するための各アクチュエータをシリアル・リンクの根元部に集中して配置するようにして、自己干渉や駆動部自身の慣性モーメントを抑えることができる。 As already described, the position presentation means is composed of a serial link type arm of a basic three-degree-of-freedom drive system, and has three active degrees of freedom. An indirect driving method can be applied to driving with these active degrees of freedom. For example, when a serial link type arm is supported by a predetermined base at the base of one end, each actuator for realizing the active degree of freedom is arranged in a concentrated manner at the base of the serial link. Interference and the moment of inertia of the drive unit itself can be suppressed.
根元部に配置された各アクチュエータで発生する動力を、例えばワイヤ・プーリ方式の動力伝達手段を用いることによって、途中でのロスを少なく、該当する関節へ伝達することができる。このような場合、充分なワイヤの張力を保つために、ワイヤ張力調整手段を備えていることが好ましい。 By using, for example, a wire / pulley type power transmission means, the power generated by each actuator arranged at the root portion can be transmitted to the corresponding joint with little loss on the way. In such a case, it is preferable to provide a wire tension adjusting means in order to maintain a sufficient wire tension.
また、動力伝達手段による動力の伝達先となる基本駆動系駆動部すなわち関節においてスパイラル・プーリを用いるようにしてもよい。スパイラル・プーリは、断面がほぼV字形状の溝が螺旋状に形成された機構部品であり、このV字溝に沿ってワイヤを複数回巻設することで、基本駆動系駆動部におけるワイヤの張力を大きくし、バックラッシュをごく小さくし、充分な駆動トルクの伝達を可能にすることができる。また、スパイラル・プーリであれば、省スペースにてワイヤの巻き数を確保することができる。 In addition, a spiral pulley may be used in the basic drive system drive unit, that is, the joint, to which power is transmitted by the power transmission means. A spiral pulley is a mechanical component in which a groove having a substantially V-shaped cross section is formed in a spiral shape. By winding a wire a plurality of times along the V-shaped groove, the wire of the basic drive system drive unit The tension can be increased, the backlash can be minimized, and a sufficient drive torque can be transmitted. Moreover, if it is a spiral pulley, the number of windings of a wire can be ensured in a space-saving manner.
また、位置提示手段は、基本3自由度駆動系の駆動に、複数のアクチュエータで複数の関節を干渉駆動するワイヤ干渉駆動機構を適用してもよい。ワイヤ干渉駆動方式では、各ワイヤの一端は、アームを構成するリンク部材の関節部と一体となったプーリに巻設されるとともに、その他端はアクチュエータの出力軸に固定されている。そして、先端側のリンク部材を駆動するためのワイヤは、より根元側の関節部プーリを介して関節部とアクチュエータの出力軸間を接続する格好となる。 In addition, the position presenting means may apply a wire interference driving mechanism that performs interference driving of a plurality of joints with a plurality of actuators for driving the basic three-degree-of-freedom driving system. In the wire interference drive system, one end of each wire is wound around a pulley integrated with a joint portion of a link member constituting the arm, and the other end is fixed to an output shaft of the actuator. Then, the wire for driving the link member on the distal end side looks like connecting the joint portion and the output shaft of the actuator via the joint pulley on the more proximal side.
ワイヤ干渉駆動方式では、根元側の関節部プーリは、自身のワイヤの他に、より先端側の関節部プーリに接続されるワイヤからの干渉を受ける。すなわち、根元側の関節部プーリは、自身に巻き付いたすべてのワイヤから得られる張力の合計で駆動するので、この結果、根元側のリンク部ではより大きなトルクを得ることができ、より小さなアクチュエータで動作が可能となる。 In the wire interference drive system, the joint pulley on the base side receives interference from a wire connected to the joint pulley on the distal end side in addition to its own wire. That is, since the joint pulley on the root side is driven by the total tension obtained from all the wires wound around itself, as a result, a larger torque can be obtained at the link portion on the root side, and a smaller actuator can be used. Operation is possible.
本発明によれば、オペレータの指先に対して力覚を提示するとともに、複数の指駆動により物体を把持した感覚や把持した物体の形状提示も行なうことができる、優れた力触覚提示装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an excellent force / tactile sense presentation device capable of presenting a sense of force to an operator's fingertip, and also capable of presenting a sense of grasping an object and presenting the shape of the grasped object by driving a plurality of fingers. can do.
また、本発明によれば、固定された接触点に対する力覚若しくは触覚の提示を行なうだけでなく、接触状態を反映した、接触点の位置をも提示することができる、優れた力触覚提示装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, an excellent force / tactile sensation presentation apparatus capable of not only presenting a force sense or a tactile sense with respect to a fixed contact point but also presenting the position of the contact point reflecting the contact state. Can be provided.
本発明によれば、力触覚の提示を行なう対象が仮想的な物理・力学シミュレーション空間又は実空間のいずれであれ、オペレータに対して適切な力覚並びに接触覚を提示することによって、オペレータにとって操作感を高め、対象物に対する危険な接触状態(若しくは把持状態)を避けるとともに、操作上の違和感によるオペレータの疲労を低減することができる。 According to the present invention, regardless of whether the target for presenting a force / tactile sensation is a virtual physics / dynamics simulation space or a real space, an operation for the operator can be performed by presenting an appropriate force sense and contact sensation to the operator It is possible to enhance the feeling, avoid a dangerous contact state (or gripping state) with respect to the object, and reduce the fatigue of the operator due to an uncomfortable feeling in operation.
本発明に係る力触覚提示装置は、所定のベース上で支持される基本3自由度駆動系のシリアル・リンク型のアームからなる位置提示手段を備えるが、能動自由度を実現するための各アクチュエータをシリアル・リンクの根元部に集中して配置するようにして、自己干渉や駆動部自身の慣性モーメントを抑えることができる。 The force / tactile sensation presentation device according to the present invention includes position presentation means including a serial link type arm of a basic three-degree-of-freedom driving system supported on a predetermined base, and each actuator for realizing active degrees of freedom Can be concentrated on the root of the serial link to suppress self-interference and the moment of inertia of the drive unit itself.
また、ワイヤ・プーリ方式の動力伝達手段を用いて根元部に配置された各アクチュエータから各関節部へ動力を伝達するが、先端部ではスパイラル・プーリを用いてワイヤを関節部へ固定するとともに、ワイヤ張力調整手段を用いて充分なワイヤの張力を保つようにすることで、バックラッシュをごく小さくし、充分な駆動トルクの伝達を行なうことが可能となる。 In addition, power is transmitted from each actuator arranged at the root portion to each joint portion using a wire-pulley type power transmission means, and at the tip portion, the wire is fixed to the joint portion using a spiral pulley, By maintaining a sufficient wire tension by using the wire tension adjusting means, it is possible to reduce the backlash and transmit a sufficient driving torque.
また、位置提示手段の基本3自由度駆動系の駆動に、ワイヤ干渉駆動機構を適用してもよい。ワイヤ干渉駆動方式によれば、根元側の関節部プーリは、自身に巻き付いたすべてのワイヤから得られる張力の合計で駆動するので、根元側のリンク部ではより大きなトルクを得ることができ、より小さなアクチュエータで動作が可能となる。 Further, a wire interference drive mechanism may be applied to drive the basic three-degree-of-freedom drive system of the position presentation means. According to the wire interference driving method, the joint pulley on the root side is driven by the total tension obtained from all the wires wound around itself, so that a larger torque can be obtained at the link portion on the root side. Operation with a small actuator is possible.
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明は、オペレータに対して力覚若しくは触覚の提示を行なう力触覚提示装置に関する。力触覚の提示を行なう対象が仮想的な物理・力学シミュレーション空間又は実空間のいずれであれ、オペレータに対して適切な力覚若しくは接触覚を提示することによって、オペレータにとって操作感を高め、対象物に対する危険な接触状態(若しくは把持状態)を避けるとともに、操作上の違和感によるオペレータの疲労を低減することができる、と本発明者らは考えている。 The present invention relates to a force / tactile sensation presentation apparatus for presenting force sense or tactile sense to an operator. Regardless of whether the target of force / tactile sensation is a virtual physical / mechanical simulation space or a real space, an appropriate force sensation or contact sensation is presented to the operator, thereby enhancing the operational feeling for the operator. The present inventors consider that it is possible to avoid a dangerous contact state (or gripping state) against the operator and to reduce operator fatigue due to an uncomfortable feeling in operation.
力触覚提示装置の機能として、力そのものを提示する力覚の他に、接触状態を提示する接触覚が挙げられる。勿論、人間が通常行なう動触覚も含まれる。これらを実現するには、ハプティクスで必要な力制御を行なう能力のみならず、対象物体の形状を反映する位置提示性能の他、動触覚の実現には優れた応答性、つまり速度及び加速度制御性能が求められる。ペン(プローブ)型で力覚を鋭くしたりする方法もあるが、対象物の形状を知るには複数の接触点がある方がより自然であると思料される。例えば、多指型のハプティクス・デバイスは、複数指の駆動によって、対象物の形状を提示できるという利点がある。 As a function of the force / tactile sensation presentation device, in addition to the force sense that presents the force itself, there is a contact sense that presents a contact state. Of course, the motion sense normally performed by human beings is also included. In order to realize these, in addition to the ability to perform the force control required by haptics, in addition to the position presentation performance that reflects the shape of the target object, it also has excellent responsiveness, namely speed and acceleration control performance, for the realization of dynamic touch Is required. There is a method of sharpening the sense of force with a pen (probe) type, but it is thought that it is more natural to have a plurality of contact points to know the shape of the object. For example, a multi-finger haptic device has an advantage that the shape of an object can be presented by driving a plurality of fingers.
従来の多指型の力触覚提示装置の多くは、指先に並進力しか提示できず、各指先のどこで接触しているのか、すなわち作用点を提示することはできない構造となっており、複数の指先に把持感覚を良好に提示するものとは言い難い。最も精緻な力覚と接触覚を提示するには3つの並進自由度と3つの回転自由度とも提示する必要があるが、能動自由度の増加に伴い装置の機構が肥大化し、隣接する指間の干渉など指先付近の自由度が懸念される。また、指先の接触点を常に固定した機構を用いると、把持対象物に対して各指の姿勢の変化をフィードバックできないので、オペレータに違和感や操作に伴う疲労感を与える。 Many conventional multi-finger type force / tactile sensation presentation devices can only present translational force to the fingertips, and where they are in contact with each other, i.e., the point of action cannot be presented. It is hard to say that it provides a good grip sensation on the fingertip. It is necessary to present three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom in order to present the most precise force and contact sensations. However, as the active degree of freedom increases, the mechanism of the device becomes enlarged and the distance between adjacent fingers is increased. There is concern about the degree of freedom near the fingertips, such as interference. In addition, if a mechanism in which the contact point of the fingertip is always fixed is used, a change in the posture of each finger cannot be fed back to the grasped object, giving the operator a sense of incongruity or fatigue associated with the operation.
これに対し、本発明に係る力触覚提示装置は、1指向けの1ユニット当たりの能動自由度を削減するとともに、接触点における力覚若しくは触覚を提示する際に指先の接触状態に応じた接触点の位置を提示するものである。 In contrast, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention reduces the active degree of freedom per unit for one finger, and contacts according to the contact state of the fingertip when presenting the force sense or tactile sense at the contact point. The position of the point is presented.
本発明に係る力触覚提示装置は、基本的に、3自由度の位置提示用アームと、3自由度のジンバル機構と、1自由度の接触点提示用アームと、1自由度以上の指先部機構部指示保持から構成される、4つの能動自由度と3つの受動自由度を備えた構造体を1指向けの1ユニットとしている。そして、各指用のユニットを組み合わせることで、多指型の力触覚提示装置を構成し、且つ、適切なオペレータに対して適切な力覚、接触覚の提示を通じて操作感を高め、操作上の違和感によるオペレータの疲労を低減することができる。 The force / tactile sensation presentation device according to the present invention basically includes a three-degree-of-freedom position-presenting arm, a three-degree-of-freedom gimbal mechanism, a one-degree-of-freedom contact point presenting arm, and a fingertip portion having one-degree-of-freedom or more. A structure having four active degrees of freedom and three passive degrees of freedom composed of mechanism unit instruction holding is defined as one unit for one finger. By combining the units for each finger, a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is constructed, and the operational feeling is enhanced by presenting an appropriate force / contact sensation to an appropriate operator. Operator fatigue due to a sense of discomfort can be reduced.
図1には、本発明の一実施形態に係る力触覚提示装置の自由度構成を概念的に示している。但し、同図は、1指向けの1ユニットであり、各指用のユニットを組み合わせることで、多指型の力触覚提示装置を構成することができる。以下の説明では、オペレータの片手当たり、親指と人差し指、中指の3指に対して力覚を提示する例を挙げて説明する。 FIG. 1 conceptually shows the degree of freedom configuration of the force / tactile sense presentation device according to the embodiment of the present invention. However, this figure shows one unit for one finger, and a multi-finger type force / tactile sensation presentation device can be configured by combining units for each finger. In the following description, an example in which a force sense is presented to one finger of the operator, the thumb, the index finger, and the middle finger will be described.
図示のユニット10は、オペレータの指先を挿入して保持する指サック11と、指サック11に保持された指先に対して空間における接触点位置及び力を提示する位置提示手段と、位置提示手段の先端部に取り付けられて、指サック11に保持された指先に対して指先接触点を提示する指先接触点提示手段と、位置提示手段を構成する前記アームの先端部分で、不要なモーメントが発生しないように指先接触点提示手段を支持する不要モーメント除去手段を備えている。 The illustrated unit 10 includes a finger sack 11 that inserts and holds an operator's fingertip, a position presentation unit that presents a contact point position and force in space with respect to the fingertip held by the finger sack 11, and a position presentation unit. Unnecessary moment does not occur at the tip of the arm constituting the position presentation means and the fingertip contact point presentation means for presenting the fingertip contact point to the fingertip attached to the tip portion and held by the finger sack 11 In this way, unnecessary moment removing means for supporting the fingertip contact point presenting means is provided.
位置提示手段は、図示の例では、基本3自由度駆動系12によって動作するシリアル・リンク型のアームからなり、その一端の根元部において所定のベースに支持されるものとする。アームを駆動する各関節自由度はアクチュエータ(図示しない)によって駆動される3つの能動自由度を持つ。但し、本発明の要旨は、シリアル・リンク型の基本3自由度駆動系に限定されるものではなく、等価の自由度を備えた他のリンクなどの機構で代替可能であることを理解されたい。 In the example shown in the figure, the position presentation means is composed of a serial link type arm that is operated by the basic three-degree-of-freedom drive system 12, and is supported by a predetermined base at the root of one end thereof. Each degree of freedom for driving the arm has three active degrees of freedom driven by an actuator (not shown). However, it should be understood that the gist of the present invention is not limited to the serial link type basic three-degree-of-freedom drive system, and can be replaced by other links or the like having equivalent degrees of freedom. .
また、指先接触点提示手段は、指サック11上に指先接触点駆動軸13にて一端が回動可能に支持されている小アーム14と、小アーム14の他端に設けられた指先接触点を備えている。指先接触点駆動軸13は指サック11が保持する指先の背に相当する部位に配設されるとともに、指先接触点は同指先の腹に相当する部位に配設され、指先接触点提示軸15は、指先接触点回りの回転自由度を備えている。そして、指先接触点駆動軸13はアクチュエータ(図示しない)によって駆動される能動的な指先接触点提示自由度を持ち、指先接触点駆動軸13の駆動に伴う指先接触点駆動軸回りの小アーム14の回転動作によって、指先接触点は指の腹に当接したままその表面に沿って移動する。これによって、能動的な指先接触点駆動軸13による指先接触点提示自由度を制御することによって、指サック11内の指先の腹の接触点位置を決定することができる。そして、オペレータに対しては、あたかも指先において接触点が変化したような力覚を与えることができる。 The fingertip contact point presenting means includes a small arm 14 whose one end is rotatably supported by a fingertip contact point drive shaft 13 on the finger sack 11, and a fingertip contact point provided at the other end of the small arm 14. It has. The fingertip contact point drive shaft 13 is disposed at a portion corresponding to the back of the fingertip held by the finger sack 11, the fingertip contact point is disposed at a portion corresponding to the belly of the fingertip, and the fingertip contact point presentation shaft 15. Has a degree of freedom of rotation around the fingertip contact point. The fingertip contact point drive shaft 13 has an active fingertip contact point presentation degree of freedom driven by an actuator (not shown), and a small arm 14 around the fingertip contact point drive shaft accompanying the driving of the fingertip contact point drive shaft 13. By this rotation operation, the fingertip contact point moves along the surface while abutting the belly of the finger. Thus, by controlling the degree of freedom of presenting the fingertip contact point by the active fingertip contact point drive shaft 13, the position of the contact point on the belly of the fingertip in the finger sack 11 can be determined. The operator can be given a sense of force as if the contact point has changed at the fingertip.
図2には、指先接触点駆動軸13の駆動に伴う指先接触点駆動軸回りの小アーム14の回転動作によって、指先接触点は指の腹表面に沿って移動する様子を示している。但し、同図では、最も簡潔な円弧近似した駆動系を示している。 FIG. 2 shows a state in which the fingertip contact point moves along the abdominal surface of the finger by the rotation operation of the small arm 14 around the fingertip contact point drive shaft accompanying the driving of the fingertip contact point drive shaft 13. However, in the figure, the drive system which approximates the simplest arc is shown.
また、不要モーメント除去手段は、位置提示手段を構成するアームの先端部分において、指先接触点回りに回動可能となるように、指先接触点提示軸15にて小アーム14を支持している。図1に示す例では、不要モーメント除去手段は、3自由度を持つジンバル16からなる。このジンバル16は、ヨー、ロール、及びピッチの3軸が互いに直交して1点で交わる構成の機構であり、この交点が指先接触点と一致するように配設されている。また、ジンバル16の機構先端のロール軸が指先接触点提示軸15と同軸状に組み立てられる。指先接触点を中心に指先の姿勢を変化させることができるので、指先の接触点が固定されている場合とは異なり、指サック11を介して力覚を与えたときの接触点と作用点とのオフセットはなく、不要なモーメントは発生しない。したがって、オペレータに対し操作上の違和感を与えることはないので、オペレータの疲労感を軽減することができる。 Further, the unnecessary moment removing means supports the small arm 14 by the fingertip contact point presentation shaft 15 so as to be rotatable around the fingertip contact point at the tip portion of the arm constituting the position presentation means. In the example shown in FIG. 1, the unnecessary moment removing means is composed of a gimbal 16 having three degrees of freedom. The gimbal 16 is a mechanism in which the three axes of yaw, roll, and pitch are orthogonal to each other and intersect at one point, and this intersection is disposed so as to coincide with the fingertip contact point. Further, the roll axis at the mechanism tip of the gimbal 16 is assembled coaxially with the fingertip contact point presentation axis 15. Since the posture of the fingertip can be changed around the fingertip contact point, unlike the case where the fingertip contact point is fixed, the contact point and the action point when a force sense is given via the finger sack 11 There is no offset and no unnecessary moment is generated. Therefore, since the operator does not feel uncomfortable in operation, the operator's feeling of fatigue can be reduced.
シリアル・リンク型のアームを駆動する基本3自由度駆動系12と、指先接触点駆動軸13の4自由度が能動自由度であり、ヨー、ロール(指先接触点提示軸15と同軸)、及びピッチからなるジンバルの3自由度は受動自由度である。すなわち、3自由度並進及び3自由度回転ともに力覚提示するために全軸にアクチュエータを搭載する場合(前述)に比べると、1指向けの1ユニット当たりの能動自由度が省自由度化されるので、機構が簡素化されて装置設計が容易になるとともに、指先付近の重量が軽減される。また、各指用のユニットを組み合わせて多指型の力触覚提示装置を構成した場合には、オペレータが操作を行なう際に隣接する指先間で干渉を起こし難くなり、可動域が拡大する。 The four degrees of freedom of the basic three-degree-of-freedom drive system 12 for driving the serial link type arm and the fingertip contact point drive shaft 13 are active degrees of freedom, and yaw, roll (coaxial with the fingertip contact point presentation shaft 15), and The three degrees of freedom of a gimbal consisting of pitches is a passive degree of freedom. That is, the active degree of freedom per unit for one finger is reduced as compared to the case where actuators are mounted on all axes in order to present force sense for both translation with three degrees of freedom and rotation with three degrees of freedom (described above). Therefore, the mechanism is simplified and the device design is facilitated, and the weight near the fingertip is reduced. Further, when a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is configured by combining units for each finger, it is difficult for an operator to cause interference between adjacent fingertips, and the movable range is expanded.
ユニット10は、追加機能として、基本3自由度駆動系12からなるアームの姿勢に拘らず、指先接触点提示軸15とジンバル16のグローバル座標系に対する姿勢を変化させない機構、すなわち姿勢保持自由度を適宜備える必要がある。 As an additional function, the unit 10 has a mechanism that does not change the posture of the fingertip contact point presentation axis 15 and the gimbal 16 with respect to the global coordinate system regardless of the posture of the arm composed of the basic three-degree-of-freedom drive system 12, that is, the posture holding freedom degree. It is necessary to prepare appropriately.
図3A並びに図3Bには、2指用に2基のユニット10を対向させた場合の動作例を示している。但し、各図では、指先接触点提示軸15とジンバル16の姿勢保持自由度を持たない場合のユニット10の動作例を示している。すなわち、アームが図3Aに示した初期姿勢から他の姿勢に移行したとき、指先接触点提示軸15とジンバル16のグローバル座標系に対する姿勢グローバル座標系に対して変化する。ここで、各指用のユニットを組み合わせることで多指型の力触覚提示装置を構成した場合、各指の間を保ったまま操作しようとすると、図3Bに示すように、ジンバル16が相互干渉を起こしてしまう危険がある。把持対象物体(提示対象物体)が小さい場合、往々にしてこのような問題を起こす可能性があると言える。 3A and 3B show an operation example when two units 10 are opposed to each other for two fingers. However, each figure shows an operation example of the unit 10 when the fingertip contact point presentation shaft 15 and the gimbal 16 do not have the posture maintenance freedom. That is, when the arm shifts from the initial posture shown in FIG. 3A to another posture, the posture changes relative to the global coordinate system of the fingertip contact point presentation axis 15 and the gimbal 16 with respect to the global coordinate system. Here, when a multi-finger type force / tactile sensation presentation device is configured by combining units for each finger, if an attempt is made to operate while keeping the gap between the fingers, as shown in FIG. There is a risk of causing When the gripping target object (presentation target object) is small, it can often be said that such a problem may occur.
また、図4A並びに図4Bには、2指用に2基のユニット10を対向させた場合における他の動作例を示している。但し、各図では、指先接触点提示軸15とジンバル16の姿勢保持自由度を持つ場合のユニット10の動作例を示している。図4Aに示すような図3Aとほぼ同一となるアームの初期姿勢から他の姿勢に移行したとき、同様に各指の間を保ったまま操作したとしても、姿勢保持自由度によってジンバルの根元の姿勢が維持されることから、図4Bに示すように隣接するユニット間で相互干渉を起こし難くなり、結果として指毎に配設される各ユニットの可操作空間を拡大することができる。 FIG. 4A and FIG. 4B show another operation example when two units 10 are opposed to each other for two fingers. However, in each figure, the operation example of the unit 10 in the case where the fingertip contact point presentation shaft 15 and the gimbal 16 have the posture holding freedom is shown. When shifting from the initial position of the arm, which is substantially the same as that shown in FIG. 3A as shown in FIG. 4A, to another position, even if the operation is performed while keeping the gap between the fingers in the same manner, Since the posture is maintained, it is difficult to cause mutual interference between adjacent units as shown in FIG. 4B, and as a result, the operable space of each unit arranged for each finger can be expanded.
このような姿勢保持自由度は、例えば、基本3自由度駆動系としてのアームを平行リンクと等価的な機構を用いて構成することができる。平行リンクは、等直径のプーリとワイヤを用いて製作することができる。勿論、機構設計の制約などにより、アクチュエータによるサーボによって姿勢保持自由度を実現する方法も考えられる。 Such posture maintenance freedom can be configured, for example, by using a mechanism equivalent to a parallel link as an arm as a basic three-degree-of-freedom drive system. Parallel links can be made using equi-diameter pulleys and wires. Of course, a method of realizing a posture holding freedom degree by a servo by an actuator is also conceivable due to a mechanism design restriction or the like.
図5及び図6には、指先保持機構周辺(図1中の、基本3自由度駆動系12の先端に取り付けられる部分に相当)の設計モデルを示している。但し、図5は分解図であり、図6はその組立図である。 5 and 6 show a design model around the fingertip holding mechanism (corresponding to a portion attached to the tip of the basic three-degree-of-freedom drive system 12 in FIG. 1). However, FIG. 5 is an exploded view and FIG. 6 is an assembly view thereof.
ジンバル機構は、3つのジンバル・アーム部材で構成され、ヨー、ロール、及びピッチの3軸が互いに直交して1点で交わるように組み立てられる。 The gimbal mechanism is composed of three gimbal arm members, and is assembled so that the three axes of yaw, roll, and pitch intersect each other at a single point.
指サック11は図示を省略しているが、指先保持機構に取り付けられる。そして、指先接触点駆動軸13の駆動に伴う指先接触点駆動軸回りの小アーム14の回転動作によって、指先接触点は指の腹に当接したままその表面に沿って移動するようになっている。なお、各ジンバル・アームには、軸毎の角度を計測する角度センサが配設されており、指先接触点の姿勢を計測することができるようになっている。 Although not shown, the finger sack 11 is attached to a fingertip holding mechanism. Then, due to the rotation of the small arm 14 around the fingertip contact point drive shaft accompanying the driving of the fingertip contact point drive shaft 13, the fingertip contact point moves along the surface while abutting the belly of the finger. Yes. Each gimbal arm is provided with an angle sensor for measuring the angle of each axis so that the posture of the fingertip contact point can be measured.
ジンバル16の機構先端のロール軸は指先接触点提示軸15と同軸状であるから、指先接触点を中心に指先の姿勢を変化させる際に、指先接触点と湯企画を与える作用点とのオフセットはなく、不要なモーメントは発生しない。したがって、オペレータに対し操作上の違和感を与えることはないので、オペレータに対し無用の疲労感を与えなくて済む。 Since the roll axis at the tip of the mechanism of the gimbal 16 is coaxial with the fingertip contact point presentation axis 15, when the posture of the fingertip is changed around the fingertip contact point, the offset between the fingertip contact point and the action point that gives hot water planning There is no unnecessary moment. Therefore, since the operator does not feel uncomfortable in operation, the operator does not have to feel unnecessary fatigue.
参考のため、図5及び図6に示した指先保持機構周辺が動作する様子を図7〜図12に示しておく。 For reference, FIGS. 7 to 12 show how the periphery of the fingertip holding mechanism shown in FIGS. 5 and 6 operates.
図13には、1指向けの1ユニット全体の設計モデルを示している。図示の例では、基本3自由度駆動系はシリアル・アーム型で構成される。 FIG. 13 shows a design model of an entire unit for one finger. In the illustrated example, the basic three-degree-of-freedom drive system is configured as a serial arm type.
各リンクのイナーシャを極力低減するために、能動自由度を実現する各アクチュエータ・モータなどはベース側に配設している。また、バックラッシュを僅少にするためのワイヤ駆動機構を適用している。 In order to reduce the inertia of each link as much as possible, each actuator, motor, etc. that realizes an active degree of freedom is arranged on the base side. In addition, a wire drive mechanism for reducing backlash is applied.
さらに参考のため、図13に示したユニットが動作する様子を図14〜図17に示しておく。図13に示したユニットは、基本3自由度駆動系としてのアームを平行リンクと等価的な機構を用いて構成することによって姿勢保持自由度を備えている。したがって、図13に示したアームの初期姿勢から、図14〜図17に示したさまざまな姿勢に移行したときに、姿勢保持自由度によってジンバルの根元の姿勢が維持されることを理解されたい。 For further reference, FIGS. 14 to 17 show how the unit shown in FIG. 13 operates. The unit shown in FIG. 13 has a degree of freedom of posture maintenance by configuring an arm as a basic three-degree-of-freedom drive system using a mechanism equivalent to a parallel link. Therefore, it should be understood that when the arm is shifted from the initial posture shown in FIG. 13 to various postures shown in FIGS. 14 to 17, the posture of the gimbal root is maintained by the posture holding freedom.
既に述べたように、本実施形態に係る力触覚提示装置は、位置提示手段として、基本3自由度駆動系のシリアル・リンク型のアームを供えている。このシリアル・リンク型アームは、図1に示したように一端の根元部において所定のベースに支持されている。また、シリアル・リンク型アームは、3つの能動自由度を有するが、図13に示すように、能動自由度を実現するための各アクチュエータをシリアル・リンクの根元部に集中して配置するようにして、自己干渉や駆動部自身の慣性モーメントを抑えている。 As already described, the force / tactile sensation presentation device according to the present embodiment includes a serial link type arm of a basic three-degree-of-freedom driving system as position presentation means. As shown in FIG. 1, the serial link type arm is supported by a predetermined base at the base of one end. The serial link type arm has three active degrees of freedom. As shown in FIG. 13, the actuators for realizing the active degree of freedom are arranged in a concentrated manner at the root of the serial link. This suppresses self-interference and the moment of inertia of the drive unit itself.
また、本実施形態では、根元部に配置された各アクチュエータで発生する動力を、ワイヤ・プーリ方式の動力伝達手段を用いることによって、途中でのロスを少なく、該当する関節へ伝達するようにしている。 Further, in this embodiment, the power generated by each actuator arranged at the root portion is transmitted to the corresponding joint with less loss on the way by using a wire-pulley type power transmission means. Yes.
このような場合、充分なワイヤの張力を保つために、ワイヤ張力調整手段を備えていることが好ましい。図22には、ワイヤ張力調整手段の構成例を示している。図22Aにおいて、参照番号101が固定部、参照番号102がストッパ、参照番号103がスプリングであり、スプリング103の一端はワイヤ104と結合し、ストッパ102はワイヤ104に固定されている。 In such a case, it is preferable to provide a wire tension adjusting means in order to maintain a sufficient wire tension. FIG. 22 shows a configuration example of the wire tension adjusting means. In FIG. 22A, reference numeral 101 is a fixed portion, reference numeral 102 is a stopper, reference numeral 103 is a spring, one end of the spring 103 is coupled to the wire 104, and the stopper 102 is fixed to the wire 104.
図22Bには、ワイヤ張力調整手段にスプリング103が取り付けられていない状態を示しているが、この場合のワイヤ104は緩みっぱなしとなる。これに対し、一端が固定部101内の底部に取り付けられたスプリング103の他端にワイヤ104が結合していると、このスプリング103の復元力により、固定部101内に引き込む方向の張力がワイヤ104に加わるので、ワイヤ104が緩むことはない。 FIG. 22B shows a state where the spring 103 is not attached to the wire tension adjusting means. In this case, the wire 104 remains loose. On the other hand, when the wire 104 is coupled to the other end of the spring 103 attached at one end to the bottom of the fixed portion 101, the tension in the pulling direction into the fixed portion 101 is caused by the restoring force of the spring 103. Since it joins 104, the wire 104 does not loosen.
ここで、ワイヤ104の緩みはなくなるが、スプリング103の影響により、ワイヤ104自体が伸縮してしまうおそれがある(図22C中の矢印)。これに対し、ワイヤ104が緩んだ再にはスプリング103により張力を保つ一方、ストッパ102によりスプリング103自体の伸縮を抑制するようにしている。 Here, the wire 104 is not loosened, but the wire 104 itself may expand and contract under the influence of the spring 103 (arrow in FIG. 22C). On the other hand, when the wire 104 is loosened, the spring 103 keeps the tension while the stopper 102 suppresses the expansion and contraction of the spring 103 itself.
ワイヤ104が緩んだ際には、ストッパ102が固定部101に対して隙間を発生しているため、オペレータは、ワイヤ104が緩んだことを目視により検知することが可能である。また、図22A中の矢印で示すように、ストッパ102がワイヤ104側に動作するワンウェイ・クラッチ構造を備えるようにすれば、スプリング103自体の伸縮の影響をさらに抑制することができる。 When the wire 104 is loosened, the operator 102 can visually detect that the wire 104 has been loosened because a gap is generated between the stopper 102 and the fixed portion 101. Further, as shown by the arrow in FIG. 22A, if the stopper 102 is provided with a one-way clutch structure that operates on the wire 104 side, the influence of expansion and contraction of the spring 103 itself can be further suppressed.
また、動力伝達手段による動力の伝達先となる基本駆動系駆動部すなわち関節においてスパイラル・プーリを用いるようにしてもよい。スパイラル・プーリは、断面がほぼV字形状の溝が螺旋状に形成された機構部品であり、ワイヤをある程度V溝にある程度挟み込むようにして複数回巻設することで、基本駆動系駆動部におけるワイヤの張力を大きくし、バックラッシュをごく小さくし、充分な駆動トルクの伝達を可能にすることができる。また、スパイラル・プーリであれば、省スペースにてワイヤの巻き数を確保することができる。図23には、スパイラル・プーリを用いた駆動部の構成例を示している。図示の例では、アイドラ・プーリを適宜配置しているが、アイドラ・プーリは本発明の必須の構成要素ではない。 In addition, a spiral pulley may be used in the basic drive system drive unit, that is, the joint, to which power is transmitted by the power transmission means. A spiral pulley is a mechanical component in which a groove having a substantially V-shaped cross section is formed in a spiral shape. By winding a wire a plurality of times so as to be sandwiched between V wires to some extent, The tension of the wire can be increased, the backlash can be reduced, and a sufficient drive torque can be transmitted. Moreover, if it is a spiral pulley, the number of windings of a wire can be ensured in a space-saving manner. FIG. 23 shows a configuration example of a drive unit using a spiral pulley. In the illustrated example, the idler pulley is appropriately arranged, but the idler pulley is not an essential component of the present invention.
スパイラル・プーリを用いた駆動系によれば、ワイヤに必要な初期張力が加わっていることで、充分な伝達トルクが発生する。逆に、ワイヤの初期張力が不足すると、V溝における摩擦力が極端に低下して、ワイヤとスパイラル・プーリの間で相対運動が発生して、やがてワイヤは螺旋の端部から脱落することになるであろう。このようなワイヤの脱落を防止するには、図22Aに示したようなワイヤ張力調整手段が必須になることを理解されたい。 According to the drive system using the spiral pulley, sufficient initial torque is applied to the wire to generate a sufficient transmission torque. On the contrary, if the initial tension of the wire is insufficient, the frictional force in the V-groove is extremely reduced, and a relative movement occurs between the wire and the spiral pulley, and the wire eventually falls off from the end of the spiral. It will be. It should be understood that wire tension adjusting means such as that shown in FIG. 22A is essential to prevent such wire dropping.
なお、スパイラル・プーリを用いた機構に関しては、例えば、広瀬茂男、内田康之、Richard Chu共著「新しいワイヤ駆動系についての考察」(ロボティクス・メカトロニクス講演会’98講演論文集、1C12−3(1−2)(1998))を参照されたい。 Regarding the mechanism using a spiral pulley, for example, Shigeo Hirose, Yasuyuki Uchida, and Richard Chu, “Consideration of a New Wire Drive System” (Robotics and Mechatronics Lecture '98 Proceedings, 1C12-3 (1- 2) (1998)).
また、基本3自由度駆動系の駆動に、複数のアクチュエータで複数の関節を干渉駆動するワイヤ干渉駆動機構を適用してもよい。ワイヤ干渉駆動方式では、各ワイヤの一端は、アームを構成するリンク部材の関節部と一体となったプーリに巻設されるとともに、その他端はアクチュエータの出力軸に固定されている。そして、先端側のリンク部材を駆動するためのワイヤは、より根元側の関節部プーリを介して関節部とアクチュエータの出力軸間を接続する格好となる。 In addition, a wire interference driving mechanism that drives a plurality of joints with a plurality of actuators may be applied to driving the basic three-degree-of-freedom driving system. In the wire interference drive system, one end of each wire is wound around a pulley integrated with a joint portion of a link member constituting the arm, and the other end is fixed to an output shaft of the actuator. Then, the wire for driving the link member on the distal end side looks like connecting the joint portion and the output shaft of the actuator via the joint pulley on the more proximal side.
図24には、ワイヤ干渉駆動方式による動力伝達手段の構成例を示している。図示の例では、根元関節と中間関節を備えたリンク機構を想定し、各関節駆動用のアクチュエータA及びBは根元部に集中配置されている。根元関節において、リンクAを固定するスパイラル・プーリAには、アクチュエータAの出力軸と結合するワイヤAが巻設されている。また、アクチュエータBの出力軸と結合するワイヤBの他端は、根元関節に配設されたアイドラ・プーリB2を介して、中間関節においてリンクBを固定するスパイラル・プーリB2に巻設されている。 In FIG. 24, the structural example of the power transmission means by a wire interference drive system is shown. In the illustrated example, a link mechanism having a root joint and an intermediate joint is assumed, and the actuators A and B for driving each joint are concentratedly arranged at the root portion. At the root joint, a wire A that is coupled to the output shaft of the actuator A is wound around a spiral pulley A that fixes the link A. The other end of the wire B coupled to the output shaft of the actuator B is wound around a spiral pulley B2 that fixes the link B at an intermediate joint via an idler pulley B2 disposed at the root joint. .
中間関節部には、スパイラル・プーリB2に巻設されたワイヤBから張力TB2が加わり、これが先端リンクBを駆動するトルクとなる。一方、根元関節部には、スパイラル・プーリAに巻設されたワイヤAから受ける張力TAの他に、アイドラ・プーリB1に巻設されたワイヤBから請ける張力TB1も加わり、TA+TB1が根元リンクAを駆動するトルクとなる。 The intermediate joint section, applied tension T B2 from the wire B that is wound around the spiral pulley B2, which is the torque for driving the front link B. On the other hand, in addition to the tension T A received from the wire A wound around the spiral pulley A, the tension T B1 applied from the wire B wound around the idler pulley B1 is applied to the root joint portion, and T A + T B1 is a torque for driving the root link A.
ワイヤ干渉駆動は、根元側の関節リンクに大きなトクルを与えることができる動力伝達手段である。言い換えれば、駆動部のアクチュエータが出力の小さいものでも充分となり、概してイナーシャの小さい、応答性に優れた駆動系を実現することができる。 The wire interference drive is a power transmission means that can give a large torque to the joint link on the base side. In other words, it is sufficient that the actuator of the drive unit has a small output, and it is possible to realize a drive system with generally low inertia and excellent response.
図1に示した力触覚提示装置のようなハプティック・デバイスを設計する上で、アームの中間関節の駆動に関してはワイヤ干渉駆動方式が有効である、と本発明者らは思料する。何故ならば、中間関節にできる限り重量物であるアクチュエータ・モータを配置しない方が良いからである。 In designing a haptic device such as the force-tactile sensation presentation apparatus shown in FIG. 1, the present inventors consider that a wire interference driving system is effective for driving an intermediate joint of an arm. This is because it is better not to place an actuator / motor that is a heavy object as much as possible in the intermediate joint.
なお、干渉駆動方式に関しては、例えば、広瀬茂男、佐藤幹夫共著「多自由度ロボットの干渉駆動」(日本ロボット学会誌、7、2、128−135(1989))、あるいは、広瀬茂男、馬書根共著「ワイヤ干渉駆動型多関節マニピュレータの開発」(計測自動制御学会論文集、26、11、1291−1298(1990))を参照されたい。 As for the interference drive method, for example, “Interference drive of multi-degree-of-freedom robot” written by Shigeo Hirose and Mikio Sato (Journal of the Robotics Society of Japan, 7, 2, 128-135 (1989)), or by Shigeo Hirose and Mahonone See “Development of Wire Interference Drive Type Articulated Manipulator” (Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers, 26, 11, 1291-1298 (1990)).
上述したワイヤ干渉駆動方式を適用した駆動系においては、アームの根元部の各関節駆動用のアクチュエータの配置に応じて、適宜、ワイヤの干渉方法すなわち各々のワイヤの張設方法を変えて運用することが好ましい。以下では、この点について詳解する。 In the drive system to which the wire interference drive system described above is applied, the wire interference method, that is, the method of stretching each wire is appropriately changed according to the arrangement of the actuators for driving each joint at the base of the arm. It is preferable. Hereinafter, this point will be described in detail.
ここでは、根元関節部と中間関節部でそれぞれリンクを連結し、当該リンク機構の先端部がオペレータに対して力触覚を提示するエンド・エフェクタになるとともに、各関節部の駆動用アクチュエータが根元部に集中配置されているシリアル・リンク構造のアームを想定する。また、中間関節で連結された2本のリンクはほぼ「く」の字の形状を保ち、アクチュエータの駆動により、根元関節部における「く」の字の床面(若しくは水平方向)に対する姿勢と、中間関節部における「く」の字の挟角が変化する(図25を参照のこと)。 Here, the link is connected at each of the root joint and the intermediate joint, and the tip of the link mechanism becomes an end effector that presents a force-tactile sensation to the operator, and the drive actuator of each joint is the root. Assume a serial link structure arm concentrated in In addition, the two links connected by the intermediate joint maintain a substantially “<” shape, and by driving the actuator, the posture with respect to the floor surface (or horizontal direction) of the “<” shape at the root joint portion, The included angle of the “<” character at the intermediate joint changes (see FIG. 25).
かかるシリアル・リンク構造では、エンド・エフェクタにおいて重力支持方向及び水平提示方向の力を印加する必要がある。このような場合、中間関節部においては、先端側のリンクを重力に抗う方向で支持するための中間関節重力支持トルクを発生させる必要がある。また、根元関節部においては、根元側以降のリンクを重力に抗う方向で支持するための根元関節重力支持トルクを発生させる必要がある。 In such a serial link structure, it is necessary to apply forces in the gravity support direction and the horizontal presentation direction in the end effector. In such a case, in the intermediate joint part, it is necessary to generate an intermediate joint gravity support torque for supporting the link on the distal end side in a direction against gravity. In addition, in the root joint part, it is necessary to generate a root joint gravity support torque for supporting the link on the root side and subsequent sides in a direction against gravity.
ここで、中間関節部において必要となる中間関節重力支持トルクの方向は、基本的には、水平提示方向の力を生成するための中間関節軸回りのトルクが必要である。図26A及び図26B中、並びに図27A及び図27B中で実線矢印にて示すように、水平提示方向が一定であれば、中間関節重力支持トルクの方向も一定である(図示の例では、紙面反時計回り)。 Here, the direction of the intermediate joint gravity support torque required in the intermediate joint portion basically requires a torque around the intermediate joint axis for generating a force in the horizontal presentation direction. 26A and 26B, and as indicated by solid arrows in FIGS. 27A and 27B, if the horizontal presentation direction is constant, the direction of the intermediate joint gravity support torque is also constant (in the example shown, Counterclockwise).
他方、根元関節部において必要となる根元関節重力支持トルクの方向は、シリアル・リンク構造アームの姿勢に応じて反転し、アームの重心位置にて発生する重力に抗う力を生成するための根元関節軸回りのトルクが必要であり、具体的には、アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し反時計回りのトルクとなる場合には、図26A並びに図27A中で点線矢印にて示すように、根元関節重力支持トルクは時計回りとなる。また、アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し時計回りのトルクとなる場合には、図26B並びに図27B中で点線矢印にて示すように、根元関節重力支持トルクは反時計回りとなる。 On the other hand, the direction of the root joint gravity support torque required at the root joint is reversed according to the posture of the serial link structure arm, and the root joint for generating the force against the gravity generated at the center of gravity position of the arm When the torque around the axis is necessary, specifically, when the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm is a counterclockwise torque with respect to the root joint axis, a dotted arrow in FIGS. 26A and 27A As shown, the root joint gravity support torque is clockwise. Further, when the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm is a clockwise torque with respect to the root joint axis, the root joint gravity support torque is counterclockwise as shown by a dotted arrow in FIGS. 26B and 27B. It becomes.
さらに、上述したワイヤ干渉駆動方式を適用する場合には、根元関節部には中間関節重力支持トルクが干渉する。根元関節部で干渉する中間関節重力支持トルクが作用する方向は、根元関節部と中間関節部間での干渉ワイヤの張設方法に応じて相違する。そして、根元関節部で根元関節重力支持トルク作用する方向はアームの姿勢に応じて切り替わることから、根元関節部では、中間関節重力支持トルクと根元関節重力支持トルクは、干渉ワイヤの張設方法とアームの姿勢に応じて、同じ方向又は反対方向のいずれかとなる。 Furthermore, when the wire interference driving method described above is applied, the intermediate joint gravity support torque interferes with the root joint portion. The direction in which the intermediate joint gravity support torque that interferes at the root joint portion acts varies depending on the method of stretching the interference wire between the root joint portion and the intermediate joint portion. Since the direction in which the root joint gravity support torque acts at the root joint portion is switched according to the posture of the arm, at the root joint portion, the intermediate joint gravity support torque and the root joint gravity support torque are determined by the interference wire tensioning method. Depending on the posture of the arm, it is either the same direction or the opposite direction.
ここで言うワイヤの張設方法として、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させずに平行に巻回する張設方法(若しくは、根元関節部と中間関節部間で関節軸の回転方向が正転するような干渉ワイヤの張設方法)と、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させて巻回する干渉ワイヤの張設方法(若しくは、根元関節部と中間関節部間で関節軸の回転方向が反転するような干渉ワイヤの張設方法)の2通りに大別される。 The wire tensioning method here refers to a tensioning method in which the wire is wound in parallel without crossing between the root joint and the intermediate joint (or the rotation direction of the joint axis between the root joint and the intermediate joint) A method of tensioning an interference wire in which the wire rotates forward) and a method of tensioning an interference wire that is wound by crossing the wire between the root joint portion and the intermediate joint portion (or between the root joint portion and the intermediate joint portion). The method is roughly divided into two methods, ie, an interference wire stretching method in which the rotation direction of the joint axis is reversed.
まず、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させずに平行に巻回する干渉ワイヤの張設方法(若しくは、根元関節部と中間関節部間で関節軸の回転方向が正転するような干渉ワイヤの張設方法)をしたときについて考察する。 First, a method of stretching an interference wire that is wound in parallel without crossing the wire between the root joint portion and the intermediate joint portion (or the rotation direction of the joint axis between the root joint portion and the intermediate joint portion is normally rotated. Consider how to make a simple interference wire.
アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し時計回りのトルクとなる場合には、図26Bに示すように、根元関節部及び中間関節部の各々で作用する中間関節重力支持トルクは同じ方向となる。したがって、根元関節部では干渉作用により中間関節重力支持トルクと根元関節重力支持トルクの合計トルクが加わることから、エンド・エフェクタでは重力支持方向により大きな力を得ることができる。その代わり、引き付ける方向に発生する力は若干弱くなる。 When the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm is a clockwise torque with respect to the root joint axis, as shown in FIG. 26B, the intermediate joint gravity support torque acting at each of the root joint portion and the intermediate joint portion is the same. Direction. Therefore, since the total torque of the intermediate joint gravity support torque and the root joint gravity support torque is applied by the interference action at the root joint portion, the end effector can obtain a larger force in the gravity support direction. Instead, the force generated in the attracting direction is slightly weakened.
他方、アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し反時計回りのトルクとなる場合には、図26Aに示すように、根元関節部及び中間関節部の各々で作用する中間関節重力支持トルクは逆向きの方向となる。したがって、根元関節部に加わるトルクは干渉作用により中間関節重力支持トルクと根元関節重力支持トルクの差分となってしまい、得られる重力支持トルクは低下する。但し、図26Aに示した(「く」の字形状のアームが起き上がったような)姿勢状態では、要求トルクも小さいことが想定されるので、運用上は問題にならないものと思料される。 On the other hand, when the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm is a counterclockwise torque with respect to the root joint axis, as shown in FIG. 26A, the intermediate joint gravity support acting at each of the root joint portion and the middle joint portion is provided. Torque is in the opposite direction. Accordingly, the torque applied to the root joint portion becomes a difference between the intermediate joint gravity support torque and the root joint gravity support torque due to the interference action, and the obtained gravity support torque decreases. However, since the required torque is assumed to be small in the posture state shown in FIG. 26A (such as when the "<"-shaped arm is raised), it is considered that there is no problem in operation.
続いて、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させて巻回する干渉ワイヤの張設方法(若しくは、根元関節部と中間関節部間で関節軸の回転方向が反転するような干渉ワイヤの張設方法)をしたときについて考察する。 Subsequently, a method of stretching an interference wire in which the wire is crossed and wound between the root joint portion and the intermediate joint portion (or an interference wire in which the rotation direction of the joint axis is reversed between the root joint portion and the intermediate joint portion) Consider the case of the installation method.
アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し反時計回りのトルクとなる場合には、図27Aに示すように、根元関節部及び中間関節部の各々で作用する中間関節重力支持トルクは同じ方向となる。したがって、根元関節部では干渉作用により中間関節重力支持トルクと根元関節重力支持トルクの合計トルクが加わることから、エンド・エフェクタでは重力支持方向により大きな力を得ることができる。その代わり、引き付ける方向に発生する力は若干弱くなる。但し、アームが描く「く」の字の挟角がより鋭利な姿勢(すなわち、アームがより屈曲した状態)では、図26Aに示したワイヤを平行に巻回させたワイヤ張設方法と比較すると、駆動トルクの負担が軽減されるので、有効であると言うこともできる。 When the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm becomes a counterclockwise torque with respect to the root joint axis, as shown in FIG. 27A, the intermediate joint gravity support torque acting at each of the root joint portion and the intermediate joint portion is The same direction. Therefore, since the total torque of the intermediate joint gravity support torque and the root joint gravity support torque is applied by the interference action at the root joint portion, the end effector can obtain a larger force in the gravity support direction. Instead, the force generated in the attracting direction is slightly weakened. However, in a posture in which the included angle of the “<” character drawn by the arm is sharper (that is, in a state where the arm is more bent), compared to the wire stretching method in which the wires shown in FIG. 26A are wound in parallel, It can also be said that it is effective because the burden of driving torque is reduced.
他方、アームの重心位置に作用する重力が根元関節軸に対し時計回りのトルクとなる場合には、図27Bに示すように、根元関節部及び中間関節部の各々で作用する中間関節重力支持トルクは逆向きの方向となる。したがって、根元関節部に加わるトルクは干渉作用により中間関節重力支持トルクと根元関節重力支持トルクの差分となってしまい、得られる重力支持トルクは低下する。アームが描く「く」の字が深く倒れ込むような姿勢状態を利用する場合には、干渉ワイヤの張設方法を含め、運用方法を熟慮する必要がある。 On the other hand, when the gravity acting on the position of the center of gravity of the arm is a clockwise torque with respect to the root joint axis, as shown in FIG. 27B, the intermediate joint gravity support torque acting at each of the root joint portion and the intermediate joint portion. Is the opposite direction. Accordingly, the torque applied to the root joint portion becomes a difference between the intermediate joint gravity support torque and the root joint gravity support torque due to the interference action, and the obtained gravity support torque decreases. When using the posture state in which the “ku” drawn by the arm falls deeply, it is necessary to consider the operation method including the method of stretching the interference wire.
このように、シリアル・リンク型のアームにワイヤ干渉駆動方式を適用した場合には、アームの姿勢と干渉ワイヤの張設方法に応じて特性が変わることを理解することができよう。また、多指向けに複数基のユニット10を隣接して運用する場合にも、かかる特性を充分に考慮する必要がある。 As described above, when the wire interference driving method is applied to the serial link type arm, it can be understood that the characteristics change depending on the posture of the arm and the method of stretching the interference wire. Also, when a plurality of units 10 are operated adjacent to each other for multiple fingers, it is necessary to sufficiently consider such characteristics.
例えば、2指用に対向する2基のユニット10のアーム根元部の間隔を広くとった場合には(図28Aを参照のこと)、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させずに平行に巻回する干渉ワイヤの張設方法が適していると考えられる。何故ならば、各々のアーム姿勢が伸び気味となり、その重量を支持するのに適したく同系特性が必要となるからである(図28Bを参照のこと)。図28に示した配置の場合、広大な作業領域が得られ、また、アーム根元部の過大なヨー運動が少ないことが利点となる。 For example, when the distance between the arm base portions of the two units 10 facing two fingers is wide (see FIG. 28A), the wires are not crossed between the root joint portion and the intermediate joint portion. It is considered that a method of stretching an interference wire wound in parallel is suitable. This is because each arm posture is stretched and requires similar characteristics suitable for supporting its weight (see FIG. 28B). In the case of the arrangement shown in FIG. 28, a large work area can be obtained, and it is advantageous that there is little excessive yaw motion at the arm base.
また、例えば、2指用に対向する2基のユニット10のアーム根元部の間隔を狭くとった場合には(図29Aを参照のこと)、根元関節部と中間関節部間でワイヤを交差させて巻回する干渉ワイヤの張設方法が適していると考えられる。何故ならば、図29Bに示すように、各アームが描く「く」の字が深く屈曲した姿勢となり、その分だけ自らの重量を支持し易くなるからである。 Further, for example, when the interval between the arm base portions of the two units 10 facing each other for two fingers is made narrow (see FIG. 29A), the wires are crossed between the root joint portion and the intermediate joint portion. It is considered that a method of stretching an interference wire wound around is suitable. This is because, as shown in FIG. 29B, the “<” shape drawn by each arm is bent deeply, and it is easier to support its own weight.
最後に、本発明に係る力触覚提示装置の主な特徴について説明する。 Finally, main features of the force / tactile sense presentation device according to the present invention will be described.
接触点位置の変化を提示可能
本発明に係る力触覚提示装置は各指における接触点の変化をオペレータに提示することができる。例えば、数mm〜20mm程度の物体を把持する場合は「摘む」動作であるため、概して指の先の方で把持する。他方、対象物体の大きさがそれ以上になってくると「掴む」動作になってくるため、指先における接触点は先端部から徐々に指の腹(第一関節寄り)に移動する。
Possible to present change in contact point position The force / tactile sense presentation device according to the present invention can present a change in contact point on each finger to an operator. For example, when an object of about several mm to 20 mm is gripped, it is a “pinch” operation, and is generally gripped with the tip of the finger. On the other hand, when the size of the target object is larger than that, a “grab” operation is performed, so that the contact point at the fingertip gradually moves from the tip to the finger belly (close to the first joint).
従来の力触覚提示装置の多くは指先接触点の位置が固定であるから、対象物体の把持状態の如何に拘らず変化しない指先接触点に対して力覚が提示されてしまうため、オペレータは違和感を覚えることがある。これに対し、本発明に係る力触覚提示装置は、対象物体の接触状態に応じてオペレータが想像でき得る位置に指先接触点を提示することができるので、違和感が少なくなり、且つ、対象物体の特性をより直感的に知覚し易いという効果がある。 Many conventional force / tactile sensation presentation devices have a fixed position of the fingertip contact point, so that the force sense is presented to the fingertip contact point that does not change regardless of the gripping state of the target object, which makes the operator feel uncomfortable. May remember. On the other hand, the force / tactile sense presentation device according to the present invention can present the fingertip contact point at a position that can be imagined by the operator according to the contact state of the target object. There is an effect that it is easy to perceive the characteristic more intuitively.
簡潔な機構による制御性の向上
従来の力触覚提示装置において最も精緻な力覚と接触覚を提示するには、3つの併進自由度と、3つの回転自由度とも提示する必要がある。したがって、一指あたり6軸のアクチュエータを用いる必要があり、設計上の工夫をしても装置は大掛かりになってしまい、重量(慣性モーメント)が増大せざるを得ないという問題がある。
Improving controllability by a simple mechanism In order to present the most precise force sensation and contact sensation in a conventional force / tactile sensation presentation device, it is necessary to present three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom. Therefore, it is necessary to use a 6-axis actuator per finger, and even if a design is devised, the apparatus becomes large and there is a problem that the weight (moment of inertia) must be increased.
これに対し、本発明に係る力触覚提示装置は、能動自由度を省自由度化した簡潔な機構で実現することができる。よって、要求されるアクチュエータの出力を抑えることができるとともに、過渡特性も向上による制御性の改善が期待することができる。 On the other hand, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention can be realized by a simple mechanism in which the degree of active freedom is reduced. Therefore, the required output of the actuator can be suppressed, and improvement in controllability due to improvement in transient characteristics can be expected.
広範な可動範囲(作業領域)確保による多彩の把持対象
本発明に係る力触覚提示装置は、簡潔な機構が可能であり、且つ、指先の姿勢の保持を行なうことによって、さらに広大な作業空間を実現することが可能となる。これにより、各指の姿勢の選択性が向上し、さまざま物体を把持対象とすることができる。この結果、本発明に係る力触覚提示装置は、さまざまな産業分野や技術分野において幅広く適用することができる。
Various gripping objects by securing a wide range of movement (working area) The force / tactile sensation presentation device according to the present invention can have a simple mechanism and can hold a fingertip posture to further expand the working space. It can be realized. Thereby, the selectivity of the posture of each finger is improved, and various objects can be gripped. As a result, the force-tactile sense presentation device according to the present invention can be widely applied in various industrial fields and technical fields.
擬似的に接触点回りのトルクを知覚可能
オペレータが接触点回りにおけるトルクを知覚する際、指毎に捻られたりする場合を除くと、指先の接触面における力分布に基づいてその回転中心を割り出していると推測される。そこで、本発明に係る力触覚提示装置は、指サック状の指先保持具を用いているので、実は回転中心だけを的確に提示できればよく、接触点位置を提示することによって、オペレータはそのトルクをあたかも知覚できていると感じ、且つ、違和感はない。
Simulates the torque around the contact point in a pseudo manner When the operator perceives the torque around the contact point, the rotation center is calculated based on the force distribution on the contact surface of the fingertip, unless it is twisted for each finger. I guess that. Therefore, since the force / tactile sensation presentation device according to the present invention uses a finger sack-like fingertip holder, it is only necessary to accurately present only the center of rotation, and by presenting the contact point position, the operator can provide the torque. It feels as if it can be perceived, and there is no sense of incongruity.
対象物体形状の理解
オペレータが対象物体に接触する際、制御側による初期接触点位置予測を行なうことによって接触した瞬間の感触が的確になる。例えば、対象物体が多面体あったときなど、物体の各々の構成面を知覚し易くなり、そのため、把持した際に対象物体の形状を直感的に把握し易くなる。
Understanding the shape of the target object When the operator touches the target object, the initial contact point position prediction by the control side is performed, so that the touch at the moment of contact becomes accurate. For example, when the target object is a polyhedron, it becomes easy to perceive each constituent surface of the object, and therefore it becomes easy to intuitively grasp the shape of the target object when grasped.
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.
本発明に係る力触覚提示装置は、医療やその他の特殊技能の習得、小宇宙や海洋などの仮想環境や、原子炉などの特殊若しくは危険な環境での遠隔作業などを始めとしたさまざまなアプリケーションにおいて、実際に触手できない環境の物体への3次元の力覚や触覚をユーザにフィードバックするために適用することができる。 The tactile sensation presentation device according to the present invention is used in various applications such as acquisition of medical and other special skills, virtual environments such as microcosms and oceans, and remote work in special or dangerous environments such as nuclear reactors. It can be applied to feed back a three-dimensional force sense or tactile sense to an object in an environment that cannot actually be touched to the user.
また、本発明に係る力触覚提示装置は、複数の指に対し力覚を提示するが、操作内容若しくはアプリケーションに応じて提示する指の本数を適宜選択することができる。把持対象が小さい場合(摘むような動作)は、機構自体を小さくするほうが適しており、2乃至3指にて力覚を提示することができる。他方、把持対象がもう少し大きい場合(掴むような動作)は、3指以上のさらに多くの指を用いて力覚を提示する方が、物体の形状・大きさなどをより的確に提示することができる。 In addition, the force / tactile sensation presentation device according to the present invention presents a force sense to a plurality of fingers, but can appropriately select the number of fingers to be presented according to the operation content or application. When the object to be grasped is small (pick-up action), it is more suitable to make the mechanism itself small, and a force sense can be presented with two or three fingers. On the other hand, when the object to be grasped is a little larger (the action of grasping), it is possible to more accurately present the shape and size of the object by presenting the sense of force using more than three fingers. it can.
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。 In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.
10…ユニット
11…指サック
12…基本2自由度駆動系
13…指先接触点駆動軸
14…小アーム
15…指先接触点提示軸
16…ジンバル
101…固定部
102…ストッパ
103…スプリング
104…ワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Unit 11 ... Finger sack 12 ... Basic 2 degree-of-freedom drive system 13 ... Finger tip contact point drive shaft 14 ... Small arm 15 ... Finger tip contact point presentation shaft 16 ... Gimbal 101 ... Fixed part 102 ... Stopper 103 ... Spring 104 ... Wire
Claims (13)
オペレータの指を保持する指保持部と、
前記指保持部に保持された指に対して位置を提示する位置提示部と、
前記指保持部に保持され、アクチュエータによって駆動される能動的な指接触点提示自由度を持つ指接触点駆動軸の駆動により指に対して指接触点を指の腹表面に沿って提示する指接触点提示部と、
前記位置提示部の先端部分において前記指接触点提示部を支持する支持部と、
を具備する力触覚提示装置。 A force / tactile sense presentation device for presenting force sense to an operator's finger,
A finger holding unit for holding an operator's finger;
A position presentation unit that presents a position with respect to the finger held by the finger holding unit;
A finger that presents a finger contact point along the belly surface of the finger by driving a finger contact point drive shaft that is held by the finger holding unit and is driven by an actuator and has an active finger contact point presentation degree of freedom. A contact point presentation unit;
A support unit for supporting the finger contact point presentation unit at a tip portion of the position presentation unit;
A tactile sensation presentation apparatus comprising:
前記指接触点提示部は、前記指保持部上に配設された指接触点駆動軸と、前記指接触点駆動軸にて一端が回動可能に支持されている小アームと、前記小アームの他端に設けられた指接触点を備え、
前記支持部は、前記位置提示部を構成する前記アームの先端部分において、前記指接触点回りに回動可能となる指接触点提示軸にて前記小アームを支持する、
請求項1に記載の力触覚提示装置。 The position presentation unit is composed of a serial link type arm of a basic three-degree-of-freedom drive system,
The finger contact point presentation unit includes a finger contact point drive shaft disposed on the finger holding unit, a small arm whose one end is rotatably supported by the finger contact point drive shaft, and the small arm A finger contact point provided at the other end of
The support unit supports the small arm with a finger contact point presentation shaft that is rotatable around the finger contact point at a tip portion of the arm constituting the position presentation unit.
The force / tactile sense presenting apparatus according to claim 1.
請求項2に記載の力触覚提示装置。 The degree of freedom of presenting the finger contact point is that the finger contact point moves along the abdominal surface of the finger by the rotation of the small arm around the finger contact point drive axis accompanying the driving of the finger contact point drive shaft.
The force / tactile sense presentation device according to claim 2.
請求項2に記載の力触覚提示装置。 The support portion is composed of a three-degree-of-freedom gimbal arranged such that the three axes of yaw, roll, and pitch intersect at a single point perpendicular to each other and the intersection point coincides with the finger contact point. Any one of the three axes is coaxial with the finger contact point presentation axis.
The force / tactile sense presentation device according to claim 2.
請求項1に記載の力触覚提示装置。 A multi-finger type force / tactile sensation presentation device is obtained by combining a structure for each finger with one unit for one finger, and a unit for each finger, with the structure including one set of the position presentation unit, the finger contact point presentation unit, and the support unit. Constitute,
The force / tactile sense presenting apparatus according to claim 1.
請求項4に記載の力触覚提示装置。 Regardless of the posture of the arm, it further comprises a posture holding degree of freedom that does not change the posture with respect to the finger contact point presentation axis and the global coordinate system of the gimbal,
The force-tactile sense presentation device according to claim 4 .
請求項4に記載の力触覚提示装置。 An angle sensor that measures an angle for each axis of the three-degree-of-freedom gimbal;
The force-tactile sense presentation device according to claim 4 .
請求項2に記載の力触覚提示装置。 Each joint freedom degree of the serial link type arm of the basic three-degree-of-freedom drive system provided in the position presentation unit has an active degree of freedom driven by an actuator.
The force / tactile sense presentation device according to claim 2.
前記シリアル・リンク型アームの各関節を駆動するアクチュエータは、前記シリアル・リンクの前記根元部に集中配置され、前記根元部に配置された各アクチュエータの動力を該当する関節へ伝達する動力伝達部をさらに備える、
請求項8に記載の力触覚提示装置。 The serial link type arm is supported by a predetermined base at the base of one end,
Actuators that drive each joint of the serial link type arm are concentratedly arranged at the root of the serial link, and a power transmission unit that transmits the power of each actuator arranged at the root to the corresponding joint. In addition,
The force-tactile sense presentation device according to claim 8.
請求項9に記載の力触覚提示装置。 The power transmission unit is composed of a wire-pulley system and includes a wire tension adjusting unit that adjusts the tension of the wire.
The force tactile sense presentation device according to claim 9.
請求項10に記載の力触覚提示装置。 A spiral pulley is used at a joint to which power is transmitted by the power transmission unit.
The force-tactile sense presentation device according to claim 10.
請求項8に記載の力触覚提示装置。 The position presentation unit includes a wire interference drive mechanism that interference-drives a plurality of joints with a plurality of actuators.
The force-tactile sense presentation device according to claim 8.
オペレータの指を保持する指保持部と、
前記指保持部に保持された指に対して位置を提示する3自由度の位置提示用アームと、
前記指保持部上に配設された指接触点駆動軸にて一端が回動可能に支持されるとともに他端が指接触点となる1自由度の接触点提示用アームと、
アクチュエータによって駆動される能動的な指接触点提示自由度を持つ前記指接触点駆動軸の駆動により指に対して前記指接触点を指の腹表面に沿って提示する指部機構部指示保持と、
前記位置提示用アームの先端部において、前記指接触点回りに回動可能となる指接触点提示軸にて前記接触点提示用アームを支持する3自由度のジンバル機構と、
を具備する力触覚提示装置。
A force / tactile sense presentation device for presenting force sense to an operator's finger,
A finger holding unit for holding an operator's finger;
A three-degree-of-freedom position-presenting arm that presents a position with respect to the finger held by the finger holding unit ;
A one-degree-of-freedom contact point presentation arm in which one end is rotatably supported by a finger contact point drive shaft disposed on the finger holding unit and the other end is a finger contact point ;
A finger mechanism point indication holding unit that presents the finger contact point along the belly surface of the finger to the finger by driving the finger contact point drive shaft having an active finger contact point presentation degree of freedom driven by an actuator ; ,
A three-degree-of-freedom gimbal mechanism that supports the contact point presentation arm at a finger contact point presentation axis that can be rotated around the finger contact point at the tip of the position presentation arm ;
A tactile sensation presentation apparatus comprising:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008143764A JP5115338B2 (en) | 2007-10-19 | 2008-05-30 | Force-tactile presentation device |
US12/252,624 US8138895B2 (en) | 2007-10-19 | 2008-10-16 | Force/tactile feedback device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007272098 | 2007-10-19 | ||
JP2007272098 | 2007-10-19 | ||
JP2008143764A JP5115338B2 (en) | 2007-10-19 | 2008-05-30 | Force-tactile presentation device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009116848A JP2009116848A (en) | 2009-05-28 |
JP2009116848A5 JP2009116848A5 (en) | 2011-06-30 |
JP5115338B2 true JP5115338B2 (en) | 2013-01-09 |
Family
ID=40783887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008143764A Expired - Fee Related JP5115338B2 (en) | 2007-10-19 | 2008-05-30 | Force-tactile presentation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5115338B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5725603B2 (en) * | 2010-12-17 | 2015-05-27 | 国立大学法人岐阜大学 | Side-mounted haptic interface |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5440587A (en) * | 1977-09-07 | 1979-03-30 | Hitachi Medical Corp | Overhead traveling xxray tube supporting device |
JP2948083B2 (en) * | 1993-12-09 | 1999-09-13 | 株式会社エヌゼットケイ | Guide device for towing cable |
JP2000047563A (en) * | 1998-07-24 | 2000-02-18 | Dainippon Printing Co Ltd | Holding action simulation device for object |
JP4403474B2 (en) * | 1999-12-09 | 2010-01-27 | ソニー株式会社 | Tactile sense presentation mechanism and force-tactile sense presentation device using the same |
JP3624374B2 (en) * | 2000-12-12 | 2005-03-02 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Force display device |
JP4039111B2 (en) * | 2002-05-01 | 2008-01-30 | セイコーエプソン株式会社 | Tactile / force sense presentation device and tactile / force sense presentation system |
JP2005040919A (en) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Sony Corp | Motion base |
US20090020977A1 (en) * | 2006-01-23 | 2009-01-22 | Ph.B Innovations Sarl | System for assisting with starting pulled or pushed carriages |
-
2008
- 2008-05-30 JP JP2008143764A patent/JP5115338B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009116848A (en) | 2009-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8138895B2 (en) | Force/tactile feedback device | |
JP4645678B2 (en) | Information input / output device, information input / output method, and computer program | |
US5709219A (en) | Method and apparatus to create a complex tactile sensation | |
US9176584B2 (en) | Method, apparatus, and article for force feedback based on tension control and tracking through cables | |
EP2099588B1 (en) | Method and apparatus for haptic control | |
JP4930100B2 (en) | Force / tactile display, force / tactile display control method, and computer program | |
JP3888689B2 (en) | Parallel haptic joystick system | |
Massie et al. | The phantom haptic interface: A device for probing virtual objects | |
US6042555A (en) | Force-feedback interface device for the hand | |
EP0981423B1 (en) | Force-feedback interface device for the hand | |
US20060106369A1 (en) | Haptic interface for force reflection in manipulation tasks | |
JP3624374B2 (en) | Force display device | |
JP6039562B2 (en) | Three-dimensional tactile transmission device, method and system | |
JP4877937B2 (en) | Tactile interface | |
Lee et al. | A master manipulator with a remote‐center‐of‐motion kinematic structure for a minimally invasive robotic surgical system | |
JP5211287B2 (en) | A haptic manipulator with a single center of rotation | |
JP5115338B2 (en) | Force-tactile presentation device | |
Evreinova et al. | From kinesthetic sense to new interaction concepts: Feasibility and constraints | |
Kawasaki et al. | Perception and haptic rendering of friction moments | |
JP6088208B2 (en) | Haptic display device | |
JP2009289179A (en) | Tactile force presentation device | |
Bassan et al. | Design and characterization of a 7-DOF haptic interface for a minimally invasive surgery test-bed | |
Yem et al. | A fingertip glove with motor rotational acceleration enables stiffness perception when grasping a virtual object | |
Cugini et al. | Geodesic Haptic Device for Surface Rendering. | |
Kawasaki et al. | Finger pad force display for hand haptic interface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110512 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110512 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120229 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120327 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120515 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120821 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120918 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121001 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5115338 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151026 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |