JP6804346B2 - Rotation control mechanism and load generator using it - Google Patents
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本発明は、磁気粘性流体を使用して回転抵抗を変化させることができる回転制御機構及びこれを用いた負荷発生装置に関する。 The present invention relates to a rotation control mechanism capable of changing rotational resistance using a ferrofluid and a load generator using the same.
従来、計算機内部にあるデータとしての仮想物体を、操作者にあたかも存在するかのように感じさせて、製品の使い勝手などを事前に体験することができる技術、あるいは、遠方などにある対象物体を、操作者があたかも手元にあるように感じながら操作できる技術等に応用可能な力覚呈示装置として、下記特許文献1に記載の技術が提案されている。
Conventionally, a technology that allows an operator to experience the usability of a product in advance by making a virtual object as data inside a computer feel as if it exists, or a target object that is far away. As a force sensation device that can be applied to a technique that allows an operator to operate while feeling as if he / she is at hand, the technique described in
特許文献1に記載の技術は、柔軟な手袋の手指の腹の面などの接触可能な面に当てる部材と、この部材を手指の曲げと反対方向に引っ張るワイヤと、ワイヤを自在に案内するチューブの一部分を固定する部材を、手指に装着する柔軟な手袋の外側に取り付け、ワイヤを案内するチューブを手袋より延長し、チューブの手袋とは逆の端よりワイヤを取り出し、ワイヤを巻取る手段を設けたものである。巻き取り手段は、直流電動機で構成し、力覚に対応した電流で駆動している。
The technique described in
特許文献1に記載の技術は、直流電動機を用いたワイヤの巻き取り装置を用いている。具体的には、直流電動機の出力軸にプーリを取り付け、プーリにワイヤを巻き取っており、直流電動機のトルクを制御して手指にかかる力が、与えようとする力覚に等しくなるように制御するものとなっている。
The technique described in
このような特許文献1に記載の技術は、操作者の指の感触に適合させるようにモータの制御を行う必要があり、制御が困難であった。また、操作者の指に操作反力を付与するための機構が複雑化してしまうという課題があった。
In such a technique described in
本発明は、上記課題を解決するために、操作反力を精密に付与することができる回転制御機構及びこれを用いた負荷発生装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a rotation control mechanism capable of precisely applying an operating reaction force and a load generator using the rotation control mechanism in order to solve the above problems.
前記目的を達成するために、本発明の回転制御機構は、巻き取り可能な引出し材と、前記引出し材を巻き取る回転部と、前記引出し材を引き出すのに要する力を自在に変化させる荷重発生機構と、引き出された前記引出し材を前記回転部に巻き取らせるための巻き取り部と、を備え、前記巻き取り部は、前記引出し材の引き出し方向と逆方向の力を前記回転部に与えるバネで構成され、前記荷重発生機構は、前記回転部と連動して回転動作する可動部材と、前記可動部材と隙間を挟んで対向する磁気発生機構と、前記隙間の少なくとも一部に存在し磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体とを有し、さらに、前記磁気発生機構への通電量を変化させる通電制御部を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the rotation control mechanism of the present invention freely changes a retractable drawer material, a rotating portion for winding the drawer material, and a force required to pull out the drawer material. The rotating portion includes a mechanism and a winding portion for winding the drawn drawer material on the rotating portion, and the winding portion applies a force in a direction opposite to the drawing direction of the drawer material to the rotating portion. The load generating mechanism, which is composed of a spring, includes a movable member that rotates in conjunction with the rotating portion, a magnetic generating mechanism that faces the movable member with a gap in between, and a magnetic field that exists in at least a part of the gap. It has a magnetically viscous fluid whose viscosity changes according to the strength of the magnetic field, and further includes an energization control unit that changes the amount of energization to the magnetic generation mechanism.
また、本発明の回転制御機構は、前記回転部の回転角を検出する角度検出部を備え、前記通電制御部で、前記角度検出部の検出値から前記引出し材の引き出し量を検出する。 Further, the rotation control mechanism of the present invention includes an angle detection unit that detects the rotation angle of the rotation unit, and the energization control unit detects the withdrawal amount of the drawing material from the detection value of the angle detection unit.
また、本発明の回転制御機構は、前記回転部を回転自在に支持する支持部を備え、前記バネは、前記回転部に一端が接続され、他端が前記支持部に接続されたゼンマイバネである。 The rotation control mechanism of the present invention comprises a support portion for rotatably supporting the rotary part, the spring, the one end is connected to the rotating part is the spiral spring whose other end is connected to the support portion ..
また、本発明の負荷発生装置は、上記回転制御機構を備え、操作者の手に装着可能なグローブ部と、前記グローブ部において操作者の指の位置に配置され前記引出し材の先端部が接続される触覚付与部が設けられていることを特徴とする。 Further, the load generator of the present invention is provided with the rotation control mechanism and is connected to a glove portion that can be worn by the operator's hand and a tip portion of the drawer material that is arranged at the position of the operator's finger in the glove portion. It is characterized in that a tactile sensation imparting portion is provided.
また、本発明の負荷発生装置は、回転制御機構と、前記引出し材の先端位置を検出する空間座標計測部と、を備え、前記空間座標計測部で計測された空間座標と仮想物体の座標データとを比較して、前記空間座標と前記座標データが接触する際に、前記荷重発生機構で所望の荷重を発生させることを特徴とする。 Further, the load generator of the present invention includes a rotation control mechanism and a spatial coordinate measuring unit for detecting the tip position of the drawing material, and the spatial coordinates measured by the spatial coordinate measuring unit and the coordinate data of the virtual object. When the spatial coordinates and the coordinate data come into contact with each other, the load generating mechanism generates a desired load.
また、本発明の負荷発生装置は、操作者の手に装着可能なグローブ状の被覆部を備える。 Further, the load generator of the present invention includes a glove-shaped covering portion that can be worn by the operator's hand.
また、本発明の負荷発生装置は、上記回転制御機構を備え、前記引出し材の引き出し量を所定の時間間隔で検出し、前記引き出し量の時間変化が所定の閾値以下のときに、前記荷重発生機構に、前記巻き取り部の巻き取り力より大きな制動力を発生させる。 Further, the load generator of the present invention includes the rotation control mechanism, detects the withdrawal amount of the drawer material at a predetermined time interval, and generates the load when the time change of the withdrawal amount is equal to or less than a predetermined threshold value. A braking force larger than the winding force of the winding portion is generated in the mechanism.
また、本発明の負荷発生装置は、前記回転制御機構を備え、前記角度検出部で検出された角度に基づいてワイヤの引き出し量を求める距離算出部を有することを特徴とする。 Further, the load generating device of the present invention is characterized by including the rotation control mechanism and a distance calculating unit for obtaining a wire withdrawal amount based on an angle detected by the angle detecting unit.
本発明によれば、操作反力を精密に付与することができる回転制御機構及びこれを用いた負荷発生装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotation control mechanism capable of precisely applying an operating reaction force and a load generator using the rotation control mechanism.
次に、本発明の回転制御機構及び負荷発生装置の実施形態の一例について、図1〜図5を参照して説明する。 Next, an example of the embodiment of the rotation control mechanism and the load generator of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
まず、本実施形態の回転制御機構について、図1及び図2を参照して説明する。図1は本実施形態の回転制御機構の一部を断面とした斜視図であり、図2は回転制御機構の内部構造を示す説明的断面図である。 First, the rotation control mechanism of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view showing a part of the rotation control mechanism of the present embodiment as a cross section, and FIG. 2 is an explanatory sectional view showing an internal structure of the rotation control mechanism.
回転制御機構1は、図1及び図2に示すように、略円筒状のハウジング2と、ハウジング2の中心位置に回転自在に支持される回転部3と、ハウジング2内に収納された磁気発生機構4と、回転部3と一体に回転する可動部材5と、回転部3に巻かれたワイヤ6と、回転部3とハウジング2に接続されて回転部3にワイヤ6を所定の方向に巻き付ける巻き取り部としてゼンマイバネ7を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ハウジング2は合成樹脂で形成され、磁気発生機構4、回転部3、ワイヤ6及びゼンマイバネ7を収納しており、ワイヤ6が巻かれている部分の外周面にワイヤ導出穴18が設けられている。この本実施形態におけるハウジング2は、本発明における支持部を構成している。本実施形態では、ワイヤが引出し材である。ただし、引出し材は、巻き取り可能な帯体などであってもよい。さらには、引出し材は、それ自体が伸縮性を有する線材などであってもよい。
The
磁気発生機構4は、Ne−Fe合金などの軟磁性材料で形成された第1ヨーク8と第2ヨーク9とを備えており、両部材ともハウジング2内に固定されている。また、第1ヨーク8内には励磁コイル10が設けられている。この励磁コイル10を構成する巻線は、外部接続端子11に接続されており、励磁コイル10はこの外部接続端子11を介して後述する負荷発生装置20の通電制御部29に接続されている。
The
第1ヨーク8及び第2ヨーク9には、中央に回転部3が回転自在に配置される貫通穴8a、9aが設けられている。第1ヨーク8の貫通穴8aには、ラジアル軸受け12aが設けられており、このラジアル軸受け12aによって回転部3を回転自在に支持している。
The
可動部材5は、回転部3と一体となって回転する円板状の部材であり、磁気発生機構4の第1ヨーク8及び第2ヨーク9の間に設けられた隙間13に配置されている。また、この隙間13には磁気粘性流体14が充填されている。磁気粘性流体14は、シリコーンオイルなどの油剤の内部に、Ni−Fe合金粉などの磁性粉または磁性粒が混在しているものである。
The
本実施形態では、上記可動部材5、磁気粘性流体14及び磁気発生機構4により、本発明の荷重発生機構15(図4参照)が形成されている。
In the present embodiment, the load generating mechanism 15 (see FIG. 4) of the present invention is formed by the
回転部3は、ハウジング2にラジアル軸受け12a及び12bによって回転自在に支持されている軸状の部材である。この回転部3は、可動部材5よりも基端側(図2において右側)に、ワイヤ6が巻かれているワイヤ芯部3aが設けられている。また、回転部3のワイヤ芯部3aよりも基端側にはゼンマイバネ7が取り付けられている。
The rotating
また、ハウジング2の先端部(図2において左側)には、回転部3の角度を検出する角度検出部16が設けられている。この角度検出部16は、いわゆるロータリエンコーダなどの回転検出部であり、回転部3の回転を光学的に検知して後述する通電制御部29に送信する。または、角度検出部16は回転式可変抵抗器や、光学回転センサなどであってもよい。
Further, an
本実施形態の回転制御機構1は、上記構成となっているため、ワイヤ芯部3aに巻かれているワイヤ6が外力によって引き出されると、ワイヤ6によって回転部3が回転する。その際、ゼンマイバネ7が圧縮される方向に回転される。従って、ワイヤ6を引き出す際には、ゼンマイバネ7の圧縮力が加わるが、本実施形態ではこのゼンマイバネ7は操作者が自由に指を動かすことができるよう、圧縮力は小さいものとなっている。
Since the
また、ワイヤ6にかかっていた外力がなくなったときは、ゼンマイバネ7に蓄積された弾性力により回転部3がワイヤ6の引き出し方向とは逆方向に回転し、ワイヤ6がワイヤ芯部3aに巻き取られるようになっている。
When the external force applied to the
このように、回転制御機構1においてワイヤ6が引き出され、或いは巻き取られる際には、回転部3が回転し、回転部3と一体となっている可動部材5も回転する。可動部材5は、磁気発生機構4の第1ヨーク8と第2ヨーク9との間の隙間13に充填された磁気粘性流体14の中で回転する。
In this way, when the
このとき、第1ヨーク8の励磁コイル10に電流が付与されると、励磁コイル10に磁界が誘導されて第1ヨーク8と第2ヨーク9との隙間13を横断する磁束が発生する。この磁束は、励磁コイル10に付与される電流の大きさによって変化する。
At this time, when a current is applied to the
このように、第1ヨーク8と第2ヨーク9との隙間13を横断する磁束が発生すると、隙間13の内部に充填されている磁気粘性流体14内で、磁性粉或いは磁性粒の凝集構造やブリッジ構造が変化するため、磁気粘性流体14内に設けられている可動部材5に生じる摩擦力が変化する。
In this way, when a magnetic flux crossing the gap 13 between the
励磁コイル10に強い電流を加えると、磁気粘性流体14内の磁性粉或いは磁性粒の凝集度合いが大きくなり、可動部材5に強い制動力が加わる。逆に、励磁コイルに加える電流が弱いと、磁気粘性流体14内の磁性粉或いは磁性粒の凝集度合いが少ないため、可動部材5に加わる制動力は小さくなる。
When a strong electric current is applied to the
次に、上記回転制御機構1を用いた第1実施形態の負荷発生装置20について、図3〜図5を参照して説明する。図3は第1実施形態の負荷発生装置のグローブ部を示す説明図であり、図4は第1実施形態の負荷発生装置の機能を示すブロック図であり、図5は第1実施形態の負荷発生装置の作動を示すフローチャートである。
Next, the
図3に示すように、第1実施形態の負荷発生装置20は、グローブ部21を備えており、グローブ部21は、操作者の手の外部を覆う被覆部22と、指先に装着される触覚付与部23と、指の外部に配置されワイヤ6をガイドするガイド部24と、手首に装着されて回転制御機構1が固定されている手首ホルダ25とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
触覚付与部23は、合成樹脂若しくは金属などの材料で形成されており、板状の部材を指の先の形状に合わせて湾曲させ、回転制御機構1のワイヤ6の先端部を接続できるように形成されている。ガイド部24は、操作者の指が通る大きさの穴を有するリング状の部材であり、操作者の手の表面から所定の高さにワイヤ6を案内する部材である。
The
手首ホルダ25は、操作者の手首の周囲を覆うリング状の部材であり、図示しない調節機構により操作者の手首の太さに合わせて内径を変更することができるようになっている。手首ホルダ25の表面には、操作者の指に合わせて5台の回転制御機構1が取り付けられている。この5台の回転制御機構1からは、それぞれワイヤ6が延びており、その先端部が各指用に配置された触覚付与部23に接続されている。また、回転制御機構1の角度検出部16及び外部接続端子11には接続ケーブル1aが接続され、後述するコントローラ26と接続されている。
The
次に、図4を参照して、第1実施形態の負荷発生装置20の機能的構成について説明する。負荷発生装置20は、回転制御機構1及びグローブ部21の他に、コントローラ26を備えている。コントローラ26は、仮想現実表示用のいわゆるVRディスプレイ(図示省略)に設けられた空間座標計測部27と、座標データ比較部28と、磁気発生機構4への通電状態を制御する通電制御部29とを備えている。
Next, with reference to FIG. 4, the functional configuration of the
空間座標計測部27は、VRディスプレイに設けられたカメラ(図示省略)によってグローブ部21の指先位置に設けられたマーカ30の位置を読み取り、グローブ部21の指先位置を検出する。また、本実施形態では、空間座標計測部27によって操作者に見せるためのVRディスプレイにおける仮想物体31の表示制御も行っている。
The spatial coordinate
座標データ比較部28は、操作者がVRディスプレイ(図示省略)を通じて見ている領域の状況を画像処理によって把握し、操作者が見えるように表示された仮想物体31を含む領域において、グローブ部21の位置を特定する。仮想物体31は、VRディスプレイにおいて、アニメーションとして、またはコンピュータグラフィックとして表示される。あるいは仮想物体31の写真が表示されてもよい。
The coordinate
通電制御部29は、角度検出部16によって検出された回転部3の角度と、座標データ比較部28からの信号により、磁気発生機構4に供給する電流の大きさを変化させるものである。本実施形態においては、通電制御部29は、角度検出部16によって検出された回転部3の角度に加えて、回転部3の角度の時間当たりの変化量(回転速度)を検出している。
The
次に、図5を参照して、第1実施形態の負荷発生装置20の作動について説明する。まず、操作者はその手にグローブ部21を装着する(STEP1)。同時に、操作者は図示しないVRディスプレイを装着する。操作者はVRディスプレイを通じてグローブ部21を見た場合、VRディスプレイに手の3D映像が表示される。
Next, the operation of the
この手の3D映像は、グローブ部21のマーカ30の動きが空間座標計測部27によって計測され、操作者の指の動き及び手の動きに応じて、手の3D映像が動くようになっている(STEP2)。VRディスプレイ内の背景は、実際に操作者がいる場所の背景を投影してもよく、架空の3D映像であってもよい。
In this 3D image of the hand, the movement of the
ここで、図3に示す仮想物体31を操作者が触る場合の負荷発生装置20の作動について説明する。図3の状態では、操作者の人差し指32fは、仮想物体31には触れていない。この状態では、操作者が自由に指を動かすことができるように、回転制御機構1では荷重発生機構15による荷重は発生していない。
Here, the operation of the
次に、操作者が仮想物体31に触ろうとして人差し指32fを仮想物体31に近づけたときは、人差し指32fの関節の角度が変化するので、人差し指32fの先端部に装着され触覚付与部23と人差し指32fの第1関節付近に位置するガイド部24との相対距離が変化し、ワイヤ6が引っ張られる。
Next, when the operator brings the index finger 32f closer to the
人差し指32f用のワイヤ6が引っ張られると、回転制御機構1において回転部3が回転し、角度検出部16によってその角度が検出される(STEP3)。また、同時に、人差し指32fの動きは、マーカ30を介して空間座標計測部27が検知しており(STEP4)、座標データ比較部28によって人差し指32fの先端部の座標と、仮想物体31の座標が比較され、指先が仮想物体31に触れていないか判断される(STEP5)。
When the
図3のように、人差し指32fが仮想物体31に触れていない場合は(STEP5においてNO)、座標データ比較部28でその旨が検知され、通電制御部29に対して信号は送信されない。従って、荷重発生機構15において荷重は発生しないので、操作者の人差し指32fにはゼンマイバネ7のみの負荷が付与された状態となっており、STEP2の状態に戻る。
As shown in FIG. 3, when the index finger 32f is not touching the virtual object 31 (NO in STEP 5), the coordinate
この状態から、人差し指32fの先端が仮想物体31に触れる位置に達した場合、空間座標計測部27によって人差し指32fの座標が検知され、座標データ比較部28によって人差し指32fが仮想物体31に触れたことが検出される(STEP5においてYES)。
From this state, when the tip of the index finger 32f reaches the position where it touches the
このとき、通電制御部29は、回転部3の角度の時間当たりの変化量(回転速度)を検出する(STEP6)。また、通電制御部29は、空間座標計測部27からの信号から、仮想物体31が硬いのか柔らかいのかの判断を行う(STEP7)。仮想物体31が、例えばビンや缶等の硬いものであった場合(STEP7においてYES)、通電制御部29は荷重発生機構15の内部の磁気発生機構4に高い電流を供給する(STEP8)。
At this time, the
通電制御部29から高い電流が供給されると、荷重発生機構15の励磁コイル10に強い磁界が誘導され、第1ヨーク8と第2ヨーク9との隙間13を横断する強い磁束が発生する(STEP10)。この強い磁束により、隙間13の内部に充填されている磁気粘性流体14内で、磁性粉或いは磁性粒の凝集構造やブリッジ構造が大きく変化し、磁気粘性流体14内に設けられている可動部材5に強い摩擦力が発生する(STEP11)。
When a high current is supplied from the
これにより、回転部3の回転が強く制限され、ワイヤ6を引き出すために要する力(抵抗トルク)が強くなる(STEP12)。従って、人差し指32fにおけるワイヤ6の引き出しがしにくくなり、操作者が人差し指をさらに下に押し下げようとしても、人差し指の先端はワイヤ6によって張力が付与された触覚付与部23によって押し下げることができない。
As a result, the rotation of the
一方で、仮想物体31が、例えばクッション等の柔らかいものであった場合(STEP7においてNO)、通電制御部29は荷重発生機構15の内部の磁気発生機構4に低い電流を供給する(STEP9)。通電制御部29から低い電流が供給されると、荷重発生機構15の励磁コイル10に弱い磁界が誘導され、第1ヨーク8と第2ヨーク9との隙間13を横断する弱い磁束が発生する(STEP10)。
On the other hand, when the
この弱い磁束により、隙間13の内部に充填されている磁気粘性流体14内で、磁性粉或いは磁性粒の凝集構造やブリッジ構造がわずかに変化し、磁気粘性流体14内に設けられている可動部材5に弱い摩擦力が発生する(STEP11)。
Due to this weak magnetic flux, the aggregated structure and bridge structure of the magnetic powder or magnetic particles are slightly changed in the magnetic
これにより、回転部3の回転が弱く制限され、ワイヤ6を引き出すために要する力が変化するものの(STEP12)、大きくは変化しない。従って、人差し指32fにおけるワイヤ6の引き出しが若干変化し、操作者が人差し指をさらに下に押し下げようとすれば、多少の抵抗感を有した状態で触覚付与部23を押し下げることができる。
As a result, the rotation of the
また、STEP10において、角度検出部16においては、回転部3の角度の単位時間当たりの変化を検出している。例えば、仮想物体31が柔らかいものであり、操作者が素早く人差し指32fを押し下げようとしたときは、ゆっくり押し下げる場合に比べて仮想物体31からの抵抗が強くなる。よって、このような場合は、通電制御部29から送電される電流を高めにする。
Further, in
また、仮想物体31が柔らかいものであり、操作者がゆっくり人差し指32fを押し下げようとしたときは、素早く押し下げる場合に比べて通電制御部29から送電される電流を低めにする。
Further, when the
ところで、親指32tについては、操作者が親指32tを仮想物体31に近づけていない状態であれば、親指32tの位置が空間座標計測部27によって検知され、座標データ比較部28によって親指32tが仮想物体31に触れていないことが検知されるので、通電制御部29は磁気発生機構4に通電は行わない。
By the way, regarding the
よって、操作者は親指32tには抵抗を感じないので、操作者の目視情報と指からの感覚情報との差異が生じることがないため、仮想空間での指の操作を自然に行うことができる。
Therefore, since the operator does not feel resistance to the
上記制御により、操作者は、実際に仮想物体31に触っているかのような感覚を得ることができ、仮想物体31に設定された硬さに応じて、操作者が感じる感覚を再現することができる(STEP13)。
By the above control, the operator can obtain a sensation as if he / she is actually touching the
なお、上記実施形態において、人差し指32f又は親指32tの動きの時間当たりの変化量(速度)が所定の閾値以下の場合、例えば指の動きがほぼ停止状態の際に、回転制御機構1においてゼンマイバネ7の巻き取り力よりも大きな制動力を与えるようにしてもよい。
In the above embodiment, when the amount of change (velocity) of the movement of the index finger 32f or the
このような制御をすることにより、指の動きが止まった際、或いはほぼ動きが止まっている際に、ゼンマイバネ7の巻き取り力が触覚付与部23に作用しなくなるので、操作者はその指の状態を自然に保つことができるようになる。
By performing such control, when the movement of the finger is stopped or almost stopped, the winding force of the
また、本発明は、上記実施形態に限定されることなく本発明の範囲内で適宜実施が可能である。例えば、上記実施形態では、回転制御機構1において、回転部3のワイヤ芯部3aに直接ワイヤ6を巻いていたが、これに限らず、回転部3から径方向にロッドを延ばし、そのロッドの先端部にワイヤを接続してもよい。また、上記実施形態では、巻き取り部としてゼンマイバネ7を用いたが、これに限らず、他の形式のばねを用いてもよい。または、巻き取り部としてモータなどの動力源を用い、モータなどの動力でワイヤ(引出し材)を巻き戻すようにしてもよい。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately implemented within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, in the
また、上記実施形態においては、グローブ部21の動きを空間座標計測部27で計測する際にマーカ30を用いているが、これに限らず、グローブ部21の画像を解析して空間座標を計測するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、通電制御部29においては、角度検出部16によって検出された回転部3の角度に加えて、回転部3の角度の時間当たりの変化量(回転速度)を検出しているが、これに限らず、角度のみ検出してもよく、回転部3の加速度を検出して制御するようにしてもよい。
Further, in the
図6は、本発明の第2実施形態の負荷発生装置120を示すブロック図である。この負荷発生装置120は、距離計測装置、あるいは変位計として使用することができる。
この負荷発生装置120は、コントローラ126に、距離算出部(寸法算出部)128と、通電制御部129とが設けられている。回転制御機構1からワイヤ6が引き出されたときに、回転部3の回転角度が角度検出部16で検出され、検出された回転角度が距離演算部128で距離(または寸法)に換算される。これにより、ワイヤ6の引き出し量を認識することができる。
FIG. 6 is a block diagram showing a
In the
通電制御部129では、測定されたワイヤ6の引き出し量に応じて、負荷発生機構15で発生する負荷を変化させることができる。これにより、ワイヤ6の引き出し量に応じて、異なる引き出し荷重を付与することができる。また、ワイヤ6の引き出し量が所定値になったときに、回転制御機構1によって制動力を与えてワイヤ6をそれ以上引き出せないようにロックすることもできる。また、一度与えた制動力を解除し、さらにワイヤ6が所定寸法引き出されたときに再度制動力を与えることもできる。また、制動力の与え方として、ワイヤ6が引き出されるときに、引出し動作が可能な弱い抵抗力を与えておくことで、ワイヤ6が弛むことを防止でき、ワイヤ6の引き出し量が長くなるほど抵抗力を弱くしたり強くする制御も可能である。さらに目標となる引き出し量に到達したときには強い制動力を発生させて、ワイヤ6をこれ以上引き出せないように制御することができる。こうすれば、所定の距離を確認することが容易にできる。
The
この負荷発生装置120は、通電制御部129によって磁気発生機構4で発せられる磁界を自由に制御できるため、ワイヤ6の引き出し動作の目的に応じて、ワイヤ6に与えられる抵抗力を自由に設定することができる。
Since the
1…回転制御機構
2…ハウジング(支持部)
3…回転部
4…磁気発生機構
5…可動部材
6…ワイヤ
7…ゼンマイバネ(巻き取り部)
8…第1ヨーク(磁気発生機構)
9…第2ヨーク(磁気発生機構)
10…励磁コイル(磁気発生機構)
13…隙間
14…磁気粘性流体
15…荷重発生機構
16…角度検出部
20…負荷発生装置
21…グローブ部
22…被覆部
23…触覚付与部
24…ガイド部
25…手首ホルダ
26…コントローラ
27…空間座標計測部
28…座標データ比較部
29…通電制御部
31…仮想物体
32f…人差し指
32t…親指
120…負荷発生装置
128…距離算出部
129…通電制御部
1 ...
3 ...
8 ... 1st yoke (magnetic generation mechanism)
9 ... 2nd yoke (magnetic generation mechanism)
10 ... Exciting coil (magnetism generation mechanism)
13 ...
Claims (8)
前記巻き取り部は、前記引出し材の引き出し方向と逆方向の力を前記回転部に与えるバネで構成され、
前記荷重発生機構は、前記回転部と連動して回転動作する可動部材と、前記可動部材と隙間を挟んで対向する磁気発生機構と、前記隙間の少なくとも一部に存在し磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体とを有し、
さらに、前記磁気発生機構への通電量を変化させる通電制御部を備えていることを特徴とする回転制御機構。 A retractable drawer material, a rotating portion for winding the drawer material, a load generating mechanism for freely changing the force required to pull out the drawer material, and the drawn drawer material being wound around the rotating portion. Equipped with a take-up part to make it
The take-up portion is composed of a spring that applies a force in the direction opposite to the pull-out direction of the drawer material to the rotating portion .
The load generating mechanism is present in at least a part of a movable member that rotates in conjunction with the rotating portion, a magnetic generating mechanism that faces the movable member with a gap in between, and a magnetic field strength. Has a ferrofluid whose viscosity changes
Further, the rotation control mechanism is provided with an energization control unit that changes the amount of energization to the magnetic generation mechanism.
前記通電制御部で、前記角度検出部の検出値から前記引出し材の引き出し量を検出することを特徴とする請求項1に記載の回転制御機構。 An angle detection unit for detecting the rotation angle of the rotation unit is provided.
The rotation control mechanism according to claim 1, wherein the energization control unit detects the withdrawal amount of the drawing material from the detection value of the angle detection unit.
前記バネは、前記回転部に一端が接続され、他端が前記支持部に接続されたゼンマイバネである請求項1または請求項2に記載の回転制御機構。 A support portion that rotatably supports the rotating portion is provided.
Said spring, said one end is connected to the rotating portion, the rotation control mechanism according to claim 1 or claim 2 and the other end is a spiral spring connected to the support part.
操作者の手に装着可能なグローブ部と、前記グローブ部において操作者の指の位置に配置され前記引出し材の先端部が接続される触覚付与部が設けられていることを特徴とする負荷発生装置。 A load generator comprising the rotation control mechanism according to any one of claims 1 to 3.
A load generation characterized by being provided with a glove portion that can be worn on the operator's hand and a tactile imparting portion that is arranged at the position of the operator's finger in the glove portion and is connected to the tip portion of the drawer material. apparatus.
前記空間座標計測部で計測された空間座標と仮想物体の座標データとを比較して、前記空間座標と前記座標データが接触する際に、前記荷重発生機構で所望の荷重を発生させることを特徴とする負荷発生装置。 The rotation control mechanism according to any one of claims 1 to 3 and a spatial coordinate measuring unit for detecting the tip position of the drawer material are provided.
The spatial coordinates measured by the spatial coordinate measuring unit are compared with the coordinate data of the virtual object, and when the spatial coordinates and the coordinate data come into contact with each other, the load generating mechanism generates a desired load. Load generator.
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