JP5809779B2 - 態様を取り込むための有関節構造体用の関節パーツ、有関節構造体および態様取込システム - Google Patents
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Description
特許文献1としての特開2005−71182号公報には、長さの属性を持つリンク(L)と、一対のリンク(L)間を結合する関節(J)と、関節によって結合された一対のリンク(L)間の角度変位を検出する角度センサ(2a)と、を有する多関節ロボット(2)の構成が記載されている。
特許文献1には、多関節ロボット(2)の関節が回転すると、角度センサ(2a)によって関節(J)の角度変位が検出され、検出された角度変位に応じて、ディスプレイ装置(3)の画面に表示されるキャラクタに回転動作を付与する技術が記載されている。しかし、関節(J)に対して角度センサ(2a)がどのように配置されて、関節(J)の角度変位を検出するかについて具体的に記載されていない。
特許文献2記載の技術では、第1のポテンショメータ軸を回転中心として関節が回転すると、第1のポテンショメータ軸が回転し、ポテンショメータ(713)で第1のポテンショメータ軸の角度変位が検出される。また、直交回転軸(706,720)を回転中心として関節が回転すると、かさ歯車(717,721)を介して第2のポテンショメータ軸が回転し、ポテンショメータ(702)で直交回転軸(706,720)の角度変位が検出される。
特許文献3としての特開平08−66882号公報には、固定の大型フレーム(82)の開口部に回転軸(76,78)を中心として回転可能に支持された小型フレーム(48)と、回転軸(78)の端部に設置されたポテンショメータ(88)と、回転軸(76,78)と直交する一対の左右回転軸(44,46)を中心として小型フレーム(48)の開口部に回転可能に支持されたZ軸センサユニット(26)と、左右回転軸(44)の端部に設置されたポテンショメータ(54)と、を有する入力装置としてのスティック(6)の構成が記載されている。
特許文献3記載の技術では、スティック(6)が操作されてZ軸センサユニット(26)が移動すると、Z軸センサユニット(26)の回転軸(76,78)を中心とした回転が、ポテンショメータ(88)で検出され、Z軸センサユニット(26)の回転軸(44,46)を中心とした回転が、ポテンショメータ(54)で検出される。
特許文献4としての特開2006−43848号公報には、貫通孔(51a)と貫通孔(51a)に直交する直交貫通孔(51b)とが形成された十字結合体(50)と、貫通孔(51a)に端部が固定された第1の回転軸(41b)を有するモータユニットとしての第1の筐体(41)と、直交貫通孔(51b)に端部が固定された第2の回転軸(42b)を有する第2の筐体(42)と、を有するロボット用関節サーボユニットの構成が記載されており、各筐体(41,42)は、回転軸(41b,42b)に駆動を伝達するモータ(21,21)と、モータ(21,21)による回転角度を検出するポテンショメータ(26,26)と、を有する。
特許文献4記載の技術は、モータ(21,21)を駆動させてロボット用関節を曲げ伸ばす際に、各ポテンショメータ(26,26)によって検出されるモータ(21,21)の回転角度が予め設定された回転角度に到達すると、モータ(21,21)の駆動を停止させる、いわゆるサーボに関する。
第1の軸支持部と、前記第1の軸支持部に対して直交する方向に延びる第2の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第1の軸支持部に支持され、且つ、第1の軸支持部の面に対して凸状に延びる第1の回転軸と、
前記第2の軸支持部に支持され、且つ、第2の軸支持部の面に対して凸状に延び、前記第1の回転軸に対して直交して配置された第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に嵌着されて、前記第1の回転軸回りの回転角度を検出する第1のポテンショメータと、
前記第2の回転軸に嵌着されて、前記第2の回転軸回りの回転角度を検出する第2のポテンショメータと、
前記第1のポテンショメータ、および、前記第2のポテンショメータに電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された1つの基板であって、前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータの両方を支持する前記基板と、
を備え、
前記各回転軸が前記各軸支持部に摩擦によって保持され、
前記各回転軸を駆動する駆動源を有さず、
前記枠体は、主枠体と、副枠体とを有し、
前記主枠体は、平板状のメインプレートと、前記メインプレートの両端から前記メインプレートと直交する方向に伸びる平板状の一対の前記サイドプレートと、を有し、
前記メインプレートには、前記メインプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
一対の前記サイドプレートには、前記サイドプレートを貫通する第2の軸貫通孔がそれぞれ形成され、
前記副枠体は、前記メインプレートに対向する板状のサブプレートと、前記サブプレートの両端から前記メインプレート側に延びる一対の壁部と、を有し、
前記第1の軸支持部は、前記メインプレートと前記サブプレートとからなり、
前記第2の軸支持部は、前記一対のサイドプレートからなり、
前記メインプレート、サブプレートおよび前記壁部で囲まれた空間に前記第1のポテンショメータが収容され、
前記サブプレートには、前記メインプレートの前記第1の軸貫通孔に対応して、前記サブプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
前記第1の回転軸は、前記メインプレートおよび前記サブプレートに形成された前記第1の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第1の回転軸の外端には、凸状の連結部が支持され、
前記第2の回転軸は、前記サイドプレートに形成された前記第2の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第2の回転軸の両端部には、連結アームが支持され、
前記連結アームは、前記第2の回転軸の両端に支持されかつ前記メインプレートから離れる側に延びる一対のシャフト連結部と、前記シャフト連結部の外端どうしを連結する板状の連結プレートと、を有し、
前記連結プレートには、前記第1の回転軸の延長線上に延びる被連結部が形成され、
前記第1の回転軸が前記枠体を貫通して回転可能に支持され且つ前記第1の回転軸とともに回転する枠体が設けられておらず、
前記枠体や前記第1の回転軸が前記第2の回転軸周りの回転に対して1ヶ所に配置される
ことを特徴とする。
前記基板に支持され且つ前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータから送信された信号に基づいて前記第1の回転軸および前記第2の回転軸の回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記関節パーツの外部に電気的に接続された計算装置に送信する信号送信部と、
を備えたことを特徴とする。
構造体を構成する複数の連結体と、
前記連結体どうしの連結部分である関節部分に配置された請求項1または請求項2に記載の関節パーツであって、前記関節部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される前記第1の回転軸と、前記関節部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される前記第2の回転軸と、を有する前記関節パーツと、
を備え、関節を有する構造体であることを特徴とする。
構造体を構成する複数の連結体と、前記連結体どうしの連結部分である関節部分に配置された関節パーツと、を有し、関節を有する構造体である有関節構造体と、
前記関節パーツに電気的に接続された計算装置と、
を備え、
前記関節パーツは、
第1の軸支持部と、前記第1の軸支持部に対して直交する方向に延びる第2の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第1の軸支持部に支持され、且つ、第1の軸支持部の面に対して凸状に延びる第1の回転軸と、
前記第2の軸支持部に支持され、且つ、第2の軸支持部の面に対して凸状に延び、前記第1の回転軸に対して直交して配置された第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に嵌着されて、前記第1の回転軸回りの回転角度を検出する第1のポテンショメータと、
前記第2の回転軸に嵌着されて、前記第2の回転軸回りの回転角度を検出する第2のポテンショメータと、
前記第1のポテンショメータ、および、前記第2のポテンショメータに電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された1つの基板であって、前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータの両方を支持する前記基板と、
前記基板に支持され且つ前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータから送信された信号に基づいて前記第1の回転軸回りおよび前記第2の回転軸回りの回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記関節パーツの外部に電気的に接続された前記計算装置に送信する信号送信部と、
を有し、且つ、前記各回転軸が前記各軸支持部に摩擦によって保持されると共に、前記各回転軸を駆動する駆動源を有さず、
前記枠体は、主枠体と、副枠体とを有し、
前記主枠体は、平板状のメインプレートと、前記メインプレートの両端から前記メインプレートと直交する方向に伸びる平板状の一対の前記サイドプレートと、を有し、
前記メインプレートには、前記メインプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
一対の前記サイドプレートには、前記サイドプレートを貫通する第2の軸貫通孔がそれぞれ形成され、
前記副枠体は、前記メインプレートに対向する板状のサブプレートと、前記サブプレートの両端から前記メインプレート側に延びる一対の壁部と、を有し、
前記第1の軸支持部は、前記メインプレートと前記サブプレートとからなり、
前記第2の軸支持部は、前記一対のサイドプレートからなり、
前記メインプレート、サブプレートおよび前記壁部で囲まれた空間に前記第1のポテンショメータが収容され、
前記サブプレートには、前記メインプレートの前記第1の軸貫通孔に対応して、前記サブプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
前記第1の回転軸は、前記メインプレートおよび前記サブプレートに形成された前記第1の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第1の回転軸の外端には、凸状の連結部が支持され、
前記第2の回転軸は、前記サイドプレートに形成された前記第2の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第2の回転軸の両端部には、連結アームが支持され、
前記連結アームは、前記第2の回転軸の両端に支持されかつ前記メインプレートから離れる側に延びる一対のシャフト連結部と、前記シャフト連結部の外端どうしを連結する板状の連結プレートと、を有し、
前記連結プレートには、前記第1の回転軸の延長線上に延びる被連結部が形成され、
前記第1の回転軸が前記枠体を貫通して回転可能に支持され且つ前記第1の回転軸とともに回転する枠体が設けられておらず、
前記枠体や前記第1の回転軸が前記第2の回転軸周りの回転に対して1ヶ所に配置され、
前記計算装置は、
前記信号送信部から送信された回転角度に基づいて予め設定された仮想空間における前記関節パーツの位置を演算する位置演算部と、
前記位置演算部で演算された位置に基づいて前記仮想空間における構造体の画像を作成する画像処理部と、
前記計算装置に電気的に接続された表示器に作成された構造体の画像を表示する画像表示部と、
を有し、
前記各回転軸の前記回転角度に応じた前記有関節構造体の態様を前記仮想空間における画像として取り込む
ことを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、関節パーツに演算部を備えているため、演算部を有しない場合に比べて、計算装置にかかる演算の負荷が低減できる。特に、計算装置に複数の関節パーツが接続されている場合には、計算装置の1箇所だけで回転角度を演算する場合と比べて、回転角度の演算を各関節パーツの演算部で分散させて行うことができ、計算装置にかかる演算の負荷がさらに低減できる。
請求項4に記載の発明によれば、直交2軸が回転可能に支持される第1の軸支持部と第2の軸支持部とが直交する枠体を有し、連結体の間の関節に相当する部分の可動領域が大きな有関節構造体を備えているため、従来の有関節構造体の態様を取り込む態様取込システムと比べて、仮想空間に取り込める有関節構造体の態様に応じた画像のバリエーションを増やすことができる。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をX軸方向、左右方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とし、矢印X,−X,Y,−Y,Z,−Zで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図1は本発明の実施例1の態様取込装置の全体説明図である。
図1において、実施例1の態様取込装置の一例としてのモーションキャプチャーシステムUは、計算装置の一例としてのクライアントパソコンPCを有する。
(実施例1の計算装置の説明)
クライアントパソコンPCは、いわゆる、コンピュータ装置により構成されており、計算装置本体の一例としてのコンピュータ本体H1と、表示器の一例としてのディスプレイH2と、情報入力装置の一例としてのキーボードH3やマウスH4等とを有し、コンピュータ本体H1には、OS(OS:Operating System)やプログラム等を記憶する図示しない記憶媒体の一例としてのHDD(HDD:Hard Disk Drive)等が内蔵されている。
クライアントパソコンPCは、有関節構造体の一例としての人形U1と、接続線の一例としてのケーブルKにより接続されている。なお、実施例1では、ケーブルKは、一例として、USBケーブル(USB:Universal Serial Bus)によって構成されているが、USBケーブルに限定されず、設計等に応じて、任意の形式のケーブルを使用可能である。また、有線方式に限定されず、無線方式で情報の送受信が可能な構成とすることも可能である。また、実施例1の人形U1は、一例として、熊のぬいぐるみによって構成されている。
図2は本発明の実施例1の態様取込装置から装飾部を取り外した状態の説明図である。
図1、図2において、実施例1の人形U1は、構造体の一例として、人型の骨格部1と、骨格部1を被覆する装飾部の一例としての装飾カバーCaとを有する。
図2において、骨格部1は、胸部材の一例として、人形U1の胸に対応する位置に配置された胸部パーツ2を有する。胸部パーツ2には、主基板の一例として、前記クライアントパソコンPCと前記ケーブルKを介して、電気的に接続可能なメイン基板3が支持されている。
前記左肩関節支持部7には、多軸回転角度検出装置の一例および関節パーツの一例としての左肩関節パーツK1を介して、左上腕パーツ11が回転可能に支持されている。
実施例1の左肩関節パーツK1は、左右方向に延びる第1の回転軸と、上下方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、左上腕パーツ11を回転可能に支持している。なお、左肩関節パーツK1の詳細な構成については後述する。
実施例1の左肘関節パーツK2は、上下方向に延びる第1の回転軸と、左右方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、左下腕パーツ12を回転可能に支持している。
前記左手支持軸13の下端には、前記人形U1の左手に対応する左手パーツ14が支持されている。
前記符号11,12,14,Jo1,K1,K2を付したパーツ等によって、実施例1の左腕パーツ16が構成されている。
実施例1の上腹関節パーツK5は、上下方向に延びる第1の回転軸と、左右方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、下腹関節パーツK6を回転可能に連結、支持している。また、実施例1の下腹関節パーツK6は、上下方向に延びる第1の回転軸と、前後方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、腰部パーツ31を回転可能に連結、支持している。
よって、腰部パーツ31は、上腹関節パーツK5と、下腹関節パーツK6とにより、前後左右、および、上下方向の3軸を回転中心として回転可能に支持されている。
また、腰部パーツ31の下端の左右両部には、被連結部の一例として、前記左肩関節支持部7と同様に構成された螺子孔状の左股間節支持部33と、右股間節支持部34とが形成されている。
実施例1の左股関節パーツK7は、上下方向に延びる第1の回転軸と、左右方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、左腿パーツ51を回転可能に支持している。
左腿パーツ51は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左腿パーツ51の上端部には、連結部分の一例として、左股関節パーツK7が連結、支持される凸状の左股間被支持部51aが形成されており、左股間被支持部51aの外周面には、螺子溝が形成されている。左腿パーツ51の下端には、連結部分の一例として、前記左肘支持部11bと同様に、螺子孔状の左膝支持部51bが形成されている。
実施例1の左膝関節パーツK8は、上下方向に延びる第1の回転軸と、左右方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、左脛パーツ52を回転可能に連結、支持している。
左脛パーツ52は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左脛パーツ52の上端には、連結部分の一例として、左膝関節パーツK8が連結、支持される凸状の左膝被支持部52aが形成されており、左膝被支持部52aの外周面には、螺子溝が形成されている。左脛パーツ52の下端には、連結部分の一例として、左膝支持部51bと同様に、螺子孔状の左足首支持部52bが形成されている。
前記左足支持軸53の下端には、前記人形U1の左足に対応する左足パーツ54が支持されている。
前記符号51,52,54,Jo3,K7,K8を付したパーツ等によって、実施例1の左脚パーツ56が構成されている。
実施例1の第1の首関節パーツK11は、上下方向に延びる第1の回転軸と、左右方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、第2の首関節パーツK12を回転可能に連結、支持している。また、実施例1の第2の首関節パーツK12は、上下方向に延びる第1の回転軸と、前後方向に延びる第2の回転軸とを回転中心として、頭部本体パーツ71を回転可能に連結、支持している。
よって、頭部本体パーツ71は、第1の首関節パーツK11と、第2の首関節パーツK12とにより、前後左右、および、上下方向の3軸を回転中心として回転可能に支持されている。
頭部本体パーツ71の下端には、第2の首関節パーツK12に対応して連結、支持される凸状の頭支持部72が形成されており、頭支持部72の外周面には、螺子溝が形成されている。
前記符号71〜72,K11〜K12を付したパーツ等によって、実施例1の頭部パーツ73が構成されている。
また、符合2,11,12,14,21,22,24,51,52,54,61,62,64および71を付した人形U1の骨格を形成する各パーツは、理解の容易のために、連結体の一例としての骨格形成パーツKoとして、同一の符号で表す。
図3は本発明の実施例1の回転角度検出装置の全体説明図である。
図4は本発明の実施例1の回転角度検出装置の分解説明図である。
図5は本発明の実施例1の検出装置本体の要部説明図である。
図3〜5において、実施例1の各関節パーツK1〜K12は、枠体の一例としてのフレーム101を有する。フレーム101は、主枠体の一例としてのメインフレーム102と、副枠体の一例としてのサブフレーム103とを有する。メインフレーム102は、第1の軸支持部の一例として、平板状のメインプレート102aと、第2の軸支持部の一例として、メインプレート102aの両端からメインプレート102aと直交する方向に延びる平板状の一対の第1のサイドプレート102bおよび第2のサイドプレート102cと、を有する。
また、第2のサイドプレート102cには、検出部材収容部の一例として、メインプレート102a側から延びる溝により構成された第2のポテンショメータ収容部102gが形成されている。
実施例1の第1のポテンショメータ収容部106は、第2のポテンショメータ収容部102gの端部と接続されており、第1のポテンショメータ収容部106と、前記第2のポテンショメータ収容部102gとにより、検出部材収容空間の一例としての略L字状の空間である検出基板収容部107が構成されている。
前記メインプレート102aおよびサブプレート103aには、第1の軸貫通孔102d、第1の軸貫通孔103cを貫通する第1の回転軸の一例としての第1のシャフト111が回転可能に支持されている。
第1のシャフト111の外端には、前記左肩被支持部11aと同様に構成された凸状の連結部112が支持されており、連結部112の外周面には、螺子溝が形成されている。
第1のシャフト111には、第1の回転角度検出部材の一例として、前記第1のポテンショメータ収容部106に収容され且つ第1のシャフト111の回転角度を検出する第1のポテンショメータ113が支持されている。第1のポテンショメータ113は、第1のポテンショメータ収容部106内に収容された関節パーツ基板114に電気的に接続されている。
第2のシャフト121には、第2の回転角度検出部材の一例として、前記第2のポテンショメータ収容部102gに収容され且つ第2のシャフト121の回転角度を検出する第2のポテンショメータ122が支持されている。
実施例1の中央演算装置116は、前記第1のシャフト111や、前記第2のシャフト121が回転した際に、前記第1のポテンショメータ113や、前記第2のポテンショメータ122から送信された信号に基づいて、第1のシャフト111や、第2のシャフト121の回転角度情報を演算する。
なお実施例1では、メイン基板3に向けて送信されるデータには、各回転角度情報に加え、各関節パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4を特定する情報や、各関節パーツK1〜K12の前記各第1のポテンショメータ113や、前記各第2のポテンショメータ122を特定する情報等も含まれている。
図6は実施例1の計算装置の制御部分が備えている各機能を機能ブロック図で示した図である。
図1、図6において、前記コンピュータ本体H1は制御部Cを有する。制御部Cは、構成設定手段C1、原点位置設定手段C2、回転角度情報受信記憶手段C3、パーツ位置演算手段C4、画像作成手段C5、および、画像表示手段C6を有する。
構成設定手段C1は、パーツ情報記憶手段C1Aと、構成パターン判別手段C1Bと、パーツ設定値設定手段C1Cとを有する。実施例1の構成設定手段C1は、メイン基板3から人形U1の態様特定情報の一例としてのパターン特定情報を取得して、人形U1の構成態様の一例としての構成パターンに対応したパーツ設定値を設定する。
C1A:パーツ情報記憶手段
パーツ情報記憶手段C1Aは、人形U1の各構成パターンに応じたパーツ情報を記憶する。実施例1のパーツ情報記憶手段C1Aは、人形U1の構成パターンに対応するパーツ情報を構成パターン毎に記憶する。実施例1では、構成パターンに対応するパーツ情報として、各構成パターンにおける関節パーツと骨格形成パーツの繋がり方や、胸部パーツ2等の基準パーツの支持部の個数a、関節パーツの総数b、ジョイスティック型の関節パーツの総数b′、および、隣接する関節パーツどうしの距離等を記憶する。
なお、図8に示す各構成パターンは、説明を容易とするために簡略化しており、関節パーツK′,K″を丸で、ジョイスティック型の関節パーツJo′,Jo″を三角で、、骨格形成パーツKo′,Ko″を棒線等で示す。
「ヘビ型」のパターン特定情報のパーツ情報として、図8Aに示すように関節パーツK′と骨格形成パーツKo′が交互に直線状に直列された各パーツの繋がり方、基準パーツ2′の支持部の個数a=2個、関節パーツの総数b=8個、ジョイスティック型の関節パーツの総数b′=0個、および、各関節パーツK1′〜K8′,Jo′1〜Jo′4および各骨格形成パーツKo′の長さや、各関節パーツK1′〜K8′,Jo′1〜Jo′4の各回転軸と各関節パーツK1′〜K8′,Jo′1〜Jo′4の支持部との距離L0′〜L24′が記憶される。
なお、実施例1では、構成パターンの一例として、「人型」「ヘビ型」、および、「犬型」を示したが、これらに限定されず、人形U1の構成に応じて、「蜘蛛型」等任意の構成パターンを採用可能である。
構成態様判別手段の一例としての構成パターン判別手段C1Bは、予めメイン基板3に記憶されたパターン特定情報をメイン基板3から取得し、取得したパターン特定情報に基づいて、人形U1の構成パターンを判別する。実施例1の構成パターン判別手段C1Bは、図1、図2に示す人形U1がクライアントパソコンPCに接続されている場合には、人形U1のメイン基板3から「人型」とのパターン特定情報が取得され、人形U1の構成パターンを「人型」として判別する。
C1C:パーツ設定値設定手段
パーツ設定値記憶手段C1Cは、構成パターン判別手段C1Bによって判別された人形U1の構成パターンに対応するパーツ情報をパーツ情報記憶手段C1Aから読み出し、クライアントパソコンPCに接続された人形U1のパーツ設定値として設定する。
C2:原点位置設定手段
原点位置設定手段C2は、3次元仮想空間における原点に人形U1の予め設定された特定の位置を設定する。実施例1の原点位置設定手段C2は、パーツ情報記憶手段C1Aから読み出された基準パーツとして予め設定されたパーツ2において、3次元仮想空間における胸部パーツ2の重心位置A0を座標軸の原点(0,0,0)として設定する。なお、実施例1では、3次元空間における原点は、一例として、胸部パーツ2の重心位置A0に設定されているが、胸部パーツ2の重心位置A0に限定されず、設計等に応じて、頭部本体パーツ71の上端や左足パーツ54の足のつま先等、人形U1を構成する任意の位置に対して原点を設定可能である。
回転角度情報受信記憶手段C3は、各関節パーツK1〜K12や、各手足首関節パーツJo1〜Jo4から送信された回転角度情報を受信し、記憶する。実施例1の回転角度情報受信記憶手段C3は、胸部パーツ2のメイン基板3から送信された各関節パーツK1〜K12や、各手足首関節パーツJo1〜Jo4の各回転角度情報を受信し、記憶する。
パーツ位置演算手段C4は、回転角度情報と、予め記憶されたパーツ設定値に基づいて、3次元仮想空間上における人形U1の各パーツの位置を演算する。実施例1のパーツ位置演算手段C4は、回転角度情報受信記憶手段C3で記憶された各回転角度情報と、パーツ設定値記憶手段C1Cによって記憶されたパーツ設定値に基づいて、3次元仮想空間における各関節パーツK1〜K12、各骨格形成パーツKo、各手足首関節パーツJo1〜Jo4の原点に対する座標(X,Y,Z)を演算する。具体的には、図7において、胸部パーツ2の重心位置A0を原点とすると、左肩関節支持部7が配置された位置の座標としての位置座標A1は、前記距離L0に基づいて演算される。すなわち、A1=A1(L0)である。そして、左肩関節パーツK1の第2のシャフト121の回転角度を回転角度θ12とした場合に、左肩被支持部11aの位置座標A2は、回転角度θ12と位置座標A1とに基づいて演算される。すなわち、A2=A2(L1,L2,θ12,A1)である。次に、左肩関節パーツK1の第1のシャフト111の回転角度を回転角度θ11とした場合に、左肘支持部11bの位置座標A3は、回転角度θ11と位置座標A2とに基づいて演算される。すなわち、A3=A3(L3,θ11,A2)である。また、左肘関節パーツK2の第2のシャフト121の回転角度を回転角度θ22とした場合に、左肘被支持部12aの位置座標A4は、回転角度θ22と位置座標A3とに基づいて演算される。すなわち、A4=A4(L4,L5,θ22,A3)である。そして、他の関節パーツK3〜K12,Jo1〜Jo4や他の各骨格形成パーツKoについても演算される。
画像作成手段C5は、3次元情報作成手段C5Aと、表示方向判別手段C5Bと、表示画像作成手段C5Cとを有し、前記パーツ位置演算手段C4で演算された各パーツの位置座標から、人形U1の姿勢や動作等の態様のうち、姿勢に対応する3次元仮想空間における人形U1の3次元情報の一例としての3次元データを作成し、人形U1を表示したい方向に応じて、3次元データを2次元に投影、射影した表示画像を作成する。
C5A:3次元情報作成手段
3次元情報作成手段C5Aは、パーツ位置演算手段C4で演算された各パーツの位置座標を示す位置座標情報に基づいて、3次元仮想空間における人形U1の姿勢を示す情報としての3次元データを作成する。実施例1の3次元情報作成手段C5Aは、一例として、図9に示すように人形U1の骨格部1に対応する3次元骨格データから、予め各パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4,Koに設定された装飾カバーCaのデータを参照して、3次元仮想空間における骨格部1に装飾カバーCaを被せた状態、いわば、骨格に肉付けがされた状態の3次元データを作成する。
表示方向判別手段C5Bは、人形U1をディスプレイH2でユーザが閲覧する際に、人形U1を見る方向としての表示方向を判別する。なお、実施例1の表示方向判別手段C5Bでは、3次元仮想空間における原点に向かう方向ベクトルを表示方向情報として記憶、判別しており、キーボードH3やマウスH4等からの入力に応じて設定、変更される方向ベクトルに基づいて、表示方向を判別する。
表示画像作成手段C5Cは、3次元情報作成手段C5Aによって作成された3次元データと、表示方向判別手段C5Bによって判別された表示方向とに基づいて、ディスプレイH2に表示する3次元仮想空間における人形U1の画像としての表示画像を作成する。実施例1の表示画像作成手段C5Cは、3次元データや表示方向情報に基づいて、人形U1の3次元データを、方向ベクトルに垂直な平面に投影、射影して、2次元のディスプレイH2に表示する人形U1を描写する2次元画像を作成する。
また、表示画像作成手段C5Cでは、例えば、キーボードH3やマウスH4等からの入力に応じて、人形U1の表示画像に対して陰影を追加したり、人形U1を拡大または縮小して表示する等の画像に任意の画像効果を加えることが可能である。なお、このような、表示画像に画像効果を加える技術としてのレンダリングの技術は、従来公知であるため、詳細な説明は省略する。
画像表示手段C6は、表示画像作成手段C5Cで作成された2次元画像をディスプレイH2に表示する。
(3次元データ作成処理)
次に、実施例1のクライアントパソコンPCの3次元データ作成処理の流れを流れ図、いわゆるフローチャートを使用して説明する。
なお、以下のフローチャートの説明において、理解の容易のために本願実施例の説明に関連する必要な箇所以外の説明は適宜省略されている。
図10は本発明の実施例1の計算装置の制御部の3次元データ作成処理のフローチャートである。
図10に示すフローチャートは、クライアントパソコンPCの3次元データ作成プログラムが起動された場合に開始される。
図10のST1において、クライアントパソコンPCに接続された人形U1からパターン特定情報を取得する。そして、ST2に進む。
ST3において、判別された人形U1の構成パターンに応じたパーツ情報を読み出して、人形U1のパーツ設定値として設定する。そして、ST4に進む。
ST4において、基準パーツとして予め設定された胸部パーツ2の重心位置A0を3次元仮想空間の原点として設定する。そして、ST5に進む。
ST6において、人形U1から取得した回転角度情報を記憶する。そして、ST7に進む。
ST7において、以下の(1)、(2)の処理を実行し、ST8に進む。
(1)記憶された回転角度情報と、設定されたパーツ設定値に基づいて、原点に対する各パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4,Koの位置座標を演算する。
(2)各パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4,Koの位置座標を位置座標情報として記憶する。
ST9において、キーボードH3やマウスH4等から「終了」の入力がされたか否かを判別する。イエス(Y)の場合は3次元データ作成処理を終了し、ノー(N)の場合はST5に戻る。
前記3次元データ作成処理と並行して、実施例1の2次元画像作成処理が実行されるが、2次元画像作成処理は、キーボードH3やマウスH4等の入力に応じて更新される表示方向情報と、3次元データ作成処理によって作成、更新される3次元データとに基づいて、2次元画像を作成、更新するだけであるため、フローチャートの図示および詳細な説明は省略する。
(画像表示処理)
また、前記3次元データ作成処理や前記2次元画像作成処理と並行して、実施例1の画像表示処理が実行されるが、画像表示処理は、2次元画像作成処理によって作成、更新される2次元画像をディスプレイH2に表示するだけであるため、フローチャートの図示および詳細な説明は省略する。
前記構成を備えた実施例1の人形U1では、各関節パーツK1〜K12を介して、隣接する各骨格形成パーツKoと連結されており、各関節パーツK1〜K12の第1のシャフト111や、第1のシャフト111に直交する第2のシャフト121を回転中心として、各骨格形成パーツKoを回転させ、人形U1に任意の姿勢をとらせることが可能である。
したがって、実施例1の各関節パーツK1〜K12では、特許文献3のような従来のジョイスティックの構成を人形U1の関節にしようとした場合と比べ、直交2軸としての第1のシャフト111、および、第2のシャフト121の可動領域を大きくすることが可能である。
よって、実施例1の人形U1では、従来の動物等、例えば、人の形を模した人形、いわゆる、フィギュアの構成と比べて、関節の可動領域を大きくすることが可能であり、従来のフィギュアの関節の構成では可動領域を超えてしまい実現不可能であった姿勢を実施例1の人形U1にとらせることが可能である。
そして、可動領域の大きな実施例1の人形U1の姿勢をクライアントパソコンPCに取り込んで、データ化することが可能であり、ディスプレイH2に表示することが可能である。
これに対して、実施例1の各関節パーツK1〜K12におけるシャフト111,121には、ポテンショメータ113,122がそれぞれ直接支持されている。
したがって、実施例1の各関節パーツK1〜K12では、特許文献2の従来の構成と比べて、部品点数やコストを低減できると共に、各関節パーツK1〜K12を小型化することが可能である。
よって、各関節パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4や各骨格形成パーツKoは、螺子による連結をしたり外したりすることで、各関節パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4や各骨格形成パーツKoの交換が可能であり、故障時のパーツ交換や、人形U1の構成パターンを変更させる際のパーツの取り外しや追加等に容易に対応することが可能である。また、各関節パーツK1〜K12の共通化により、量産化による低コスト化も可能である。
ここで、従来のモーションキャプチャ技術では、目印の一例としてのマーカーを人、または、物体等の3次元データ作成の対象物に取り付けて、複数台のビデオカメラによって対象物の動きを撮影し、計算装置の一例としての3次元データ編集装置によって、撮影された映像からマーカーの動きを追跡して3次元位置座表の計測を行う等の演算を経て、対象物の3次元データが作成されていた。
また、3DCG(3DCG:3 Dimensional Computer Graphics)ソフトウェアを使用して、モーションを作成することも不可能ではないが、高度で専門的な知識や熟練が必要であり、やはり、費用と時間がかかっていた。
また、実施例1の構成を利用したモーションキャプチャ技術では、ビデオカメラ等の機材の設置や、演者に対する動作の説明や、動作の練習等に費やす時間を省くことが可能であり、従来の技術と比べて、モーションキャプチャにかかる時間が短縮され、モーションキャプチャにかかる費用が低減可能である。
次に、本発明の実施例2の説明をするが、この実施例2の説明において、前記実施例1の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例2は、下記の点で前記実施例1と相違しているが、他の点では前記実施例1と同様に構成されている。
第1の軸受プレート152には、孔状の第1の軸受部152aが形成されている。第1の軸受部152aには、連結部112と同様に構成された円柱状の第1の連結アーム154が回転可能に支持されている。第1の連結アーム154の内側には、第1の回転軸の一例としての第1のシャフト111′が支持されている。
また、第2の回転軸支持部156aの内端部には、第2の回転軸の一例としての第2のシャフト121′が支持されている。
なお、実施例2の関節パーツ151では、関節パーツ基板114に実施例1と同様に中央演算装置116と、コネクタ117とが支持されているため図示は省略する。
したがって、図11Aに示すように関節パーツ151の第1の連結アーム154、第2の連結アーム156には、それぞれ骨格形成パーツKoが連結され、各骨格形成パーツKoは、関節パーツ151を介して、回転可能に連結、支持される。
前記構成を備えた実施例2の人形U1では、実施例1と同様に、各関節パーツ151の第1のシャフト111′や、第1のシャフト111′に直交する第2のシャフト121′を回転中心として、各骨格形成パーツKoを回転させることが可能であり、実施例1の人形U1と同様に人形U1に任意の姿勢をとらせることが可能である。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H08)を下記に例示する。
(H01)前記各実施例において、人形U1の肘や膝等に対応する関節の部位は、1つの関節パーツK1〜K4,K7〜K10によって連結させる構成を例示したが、これに限定されず、各関節の部位に上腹関節パーツK5や、下腹関節パーツK6のように2つ以上の関節パーツを配置することも可能であり、いわゆる、2重関節や、3重関節とすることも可能である。これにより、1つの関節では実現が困難な腕を組む姿勢や、あぐらをかく姿勢等の任意の姿勢をとらせることも可能になる。
(H03)前記各実施例において、各関節パーツK1〜K12や、骨格形成パーツKoを螺子によって連結する構成を例示したが、これに限定されず、例えば、磁石や、留め鉤の一例としてのフック、嵌め込み結合部材の一例としてのスナップフィット、あるいは、子供用のブロック(玩具)のように嵌め合いで連結する構成等によって連結可能である。
また、3軸や4軸に限定されず、2軸を有する関節パーツを3つ以上組み合わせて、合計5つ以上の軸回りに回転可能な構成とすることも可能である。
(H05)前記各実施例において、第1のシャフト111の延長線上に延びる被連結部123cの構成を例示したが、これに限定されず、第1のシャフト111の軸方向に対して、被連結部123cが傾斜した方向に延びる構成としたり、フレーム101に対して、連結アーム123を斜めにすることで、第1のシャフト111と第2のシャフト123とを連結された骨格パーツKoに対して傾斜する傾斜軸として配置することも可能である。
また、各関節パーツK1〜K12,Jo1〜Jo4と、クライアントパソコンPCとを直接ケーブルで接続する構成も可能である。また、情報の送受信は、有線方式に限定されず、無線方式で送受信する構成も可能である。
(H07)前記各実施例において、図2〜図4に示すように第2のシャフト121を回転可能に支持するサイドプレート102b,102cや、第2のシャフト121の両端部に支持される連結アーム123を有する構成を例示したが、サイドプレート102b,102cのいずれか一方を省略したり、連結アーム123を省略したりする構成も可能である。例えば、図12において、フレーム101′がメインフレーム102aの右端からメインプレート102aと直交する方向に延びる第1のサイドプレート102c′を有し、第1のシャフト111′の下端部に左上腕パーツ11′を連結、支持し、第1のサイドプレート102c′に回転可能に支持された第2のシャフト121′に胸部パーツ2の左肩関節支持部7が連結、支持される関節パーツとすることも可能である。図12の構成では、第1のシャフト111′と第2のシャフト121′の両方において、360°以上回転可能である。
Claims (4)
- 第1の軸支持部と、前記第1の軸支持部に対して直交する方向に延びる第2の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第1の軸支持部に支持され、且つ、第1の軸支持部の面に対して凸状に延びる第1の回転軸と、
前記第2の軸支持部に支持され、且つ、第2の軸支持部の面に対して凸状に延び、前記第1の回転軸に対して直交して配置された第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に嵌着されて、前記第1の回転軸回りの回転角度を検出する第1のポテンショメータと、
前記第2の回転軸に嵌着されて、前記第2の回転軸回りの回転角度を検出する第2のポテンショメータと、
前記第1のポテンショメータ、および、前記第2のポテンショメータに電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された1つの基板であって、前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータの両方を支持する前記基板と、
を備え、
前記各回転軸が前記各軸支持部に摩擦によって保持され、
前記各回転軸を駆動する駆動源を有さず、
前記枠体は、主枠体と、副枠体とを有し、
前記主枠体は、平板状のメインプレートと、前記メインプレートの両端から前記メインプレートと直交する方向に伸びる平板状の一対の前記サイドプレートと、を有し、
前記メインプレートには、前記メインプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
一対の前記サイドプレートには、前記サイドプレートを貫通する第2の軸貫通孔がそれぞれ形成され、
前記副枠体は、前記メインプレートに対向する板状のサブプレートと、前記サブプレートの両端から前記メインプレート側に延びる一対の壁部と、を有し、
前記第1の軸支持部は、前記メインプレートと前記サブプレートとからなり、
前記第2の軸支持部は、前記一対のサイドプレートからなり、
前記メインプレート、サブプレートおよび前記壁部で囲まれた空間に前記第1のポテンショメータが収容され、
前記サブプレートには、前記メインプレートの前記第1の軸貫通孔に対応して、前記サブプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
前記第1の回転軸は、前記メインプレートおよび前記サブプレートに形成された前記第1の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第1の回転軸の外端には、凸状の連結部が支持され、
前記第2の回転軸は、前記サイドプレートに形成された前記第2の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第2の回転軸の両端部には、連結アームが支持され、
前記連結アームは、前記第2の回転軸の両端に支持されかつ前記メインプレートから離れる側に延びる一対のシャフト連結部と、前記シャフト連結部の外端どうしを連結する板状の連結プレートと、を有し、
前記連結プレートには、前記第1の回転軸の延長線上に延びる被連結部が形成され、
前記第1の回転軸が前記枠体を貫通して回転可能に支持され且つ前記第1の回転軸とともに回転する枠体が設けられておらず、
前記枠体や前記第1の回転軸が前記第2の回転軸周りの回転に対して1ヶ所に配置される
ことを特徴とする態様を取り込むための有関節構造体用の関節パーツ。 - 前記基板に支持され且つ前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータから送信された信号に基づいて前記第1の回転軸および前記第2の回転軸の回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記関節パーツの外部に電気的に接続された計算装置に送信する信号送信部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の態様を取り込むための有関節構造体用の関節パーツ。 - 構造体を構成する複数の連結体と、
前記連結体どうしの連結部分である関節部分に配置された請求項1または請求項2に記載の関節パーツであって、前記関節部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される前記第1の回転軸と、前記関節部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される前記第2の回転軸と、を有する前記関節パーツと、
を備え、関節を有する構造体であることを特徴とする有関節構造体。 - 構造体を構成する複数の連結体と、前記連結体どうしの連結部分である関節部分に配置された関節パーツと、を有し、関節を有する構造体である有関節構造体と、
前記関節パーツに電気的に接続された計算装置と、
を備え、
前記関節パーツは、
第1の軸支持部と、前記第1の軸支持部に対して直交する方向に延びる第2の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第1の軸支持部に支持され、且つ、第1の軸支持部の面に対して凸状に延びる第1の回転軸と、
前記第2の軸支持部に支持され、且つ、第2の軸支持部の面に対して凸状に延び、前記第1の回転軸に対して直交して配置された第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に嵌着されて、前記第1の回転軸回りの回転角度を検出する第1のポテンショメータと、
前記第2の回転軸に嵌着されて、前記第2の回転軸回りの回転角度を検出する第2のポテンショメータと、
前記第1のポテンショメータ、および、前記第2のポテンショメータに電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された1つの基板であって、前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータの両方を支持する前記基板と、
前記基板に支持され且つ前記第1のポテンショメータおよび前記第2のポテンショメータから送信された信号に基づいて前記第1の回転軸回りおよび前記第2の回転軸回りの回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記関節パーツの外部に電気的に接続された前記計算装置に送信する信号送信部と、
を有し、且つ、前記各回転軸が前記各軸支持部に摩擦によって保持されると共に、前記各回転軸を駆動する駆動源を有さず、
前記枠体は、主枠体と、副枠体とを有し、
前記主枠体は、平板状のメインプレートと、前記メインプレートの両端から前記メインプレートと直交する方向に伸びる平板状の一対の前記サイドプレートと、を有し、
前記メインプレートには、前記メインプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
一対の前記サイドプレートには、前記サイドプレートを貫通する第2の軸貫通孔がそれぞれ形成され、
前記副枠体は、前記メインプレートに対向する板状のサブプレートと、前記サブプレートの両端から前記メインプレート側に延びる一対の壁部と、を有し、
前記第1の軸支持部は、前記メインプレートと前記サブプレートとからなり、
前記第2の軸支持部は、前記一対のサイドプレートからなり、
前記メインプレート、サブプレートおよび前記壁部で囲まれた空間に前記第1のポテンショメータが収容され、
前記サブプレートには、前記メインプレートの前記第1の軸貫通孔に対応して、前記サブプレートを貫通する第1の軸貫通孔が形成され、
前記第1の回転軸は、前記メインプレートおよび前記サブプレートに形成された前記第1の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第1の回転軸の外端には、凸状の連結部が支持され、
前記第2の回転軸は、前記サイドプレートに形成された前記第2の軸貫通孔を貫通し、回転可能に支持され、
前記第2の回転軸の両端部には、連結アームが支持され、
前記連結アームは、前記第2の回転軸の両端に支持されかつ前記メインプレートから離れる側に延びる一対のシャフト連結部と、前記シャフト連結部の外端どうしを連結する板状の連結プレートと、を有し、
前記連結プレートには、前記第1の回転軸の延長線上に延びる被連結部が形成され、
前記第1の回転軸が前記枠体を貫通して回転可能に支持され且つ前記第1の回転軸とともに回転する枠体が設けられておらず、
前記枠体や前記第1の回転軸が前記第2の回転軸周りの回転に対して1ヶ所に配置され、
前記計算装置は、
前記信号送信部から送信された回転角度に基づいて予め設定された仮想空間における前記関節パーツの位置を演算する位置演算部と、
前記位置演算部で演算された位置に基づいて前記仮想空間における構造体の画像を作成する画像処理部と、
前記計算装置に電気的に接続された表示器に作成された構造体の画像を表示する画像表示部と、
を有し、
前記各回転軸の前記回転角度に応じた前記有関節構造体の態様を前記仮想空間における画像として取り込む
ことを特徴とする態様取込システム。
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