JPH0227420A - Three-dimensional coordinate input controller and three-dimensional coordinates inputting method - Google Patents

Three-dimensional coordinate input controller and three-dimensional coordinates inputting method

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JPH0227420A
JPH0227420A JP63177497A JP17749788A JPH0227420A JP H0227420 A JPH0227420 A JP H0227420A JP 63177497 A JP63177497 A JP 63177497A JP 17749788 A JP17749788 A JP 17749788A JP H0227420 A JPH0227420 A JP H0227420A
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dimensional coordinates
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Haruo Takemura
竹村 治雄
Akira Tomono
明 伴野
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A T R TSUSHIN SYST KENKYUSHO KK
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Abstract

PURPOSE:To input the three-dimensional coordinate with high accuracy and at high speed by providing a handle to be operated, a three-dimensional coordinate detecting means, an arm mechanism to hold the handle and a coordinate converting means. CONSTITUTION:When a handle 70 is operated, a three-dimensional coordinate detecting device 110 detects the three-dimensional coordinates based on the detecting output of a magnetic field detecting coil 40 and supplies them to a main control device 130. The main control device 130 converts the three-dimensional coordinates outputted from the three-dimensional coordinate detecting device 110 to the coordinates in a three-dimensional picture data base 180 with a coordinate converting part 120. Based on the three-dimensional picture data converted by the coordinate converting part 120 and the picture data outputted form the three-dimensional picture data base 180, a stereoscopic picture generating device 140 generates a right and left picture pair so as to be able to see stereoscopically a three-dimensional coordinate object image and an index picture. Thus, since the three-dimensional coordinate input control device is constituted of the handle, the three-dimensional coordinate detecting means, and the arm mechanism and the coordinate converting means, the three-dimensional coordinates can be inputted with high accuracy and at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は三次元座標入力制御装置および三次元座標入
力方法に関し、特に、計算機などのシステムと人間との
インタフェースにおいて、三次元座標を高速かつ正確に
入力するための三次元座標入力制御装置および三次元座
標入力方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a three-dimensional coordinate input control device and a three-dimensional coordinate input method, and in particular, to a three-dimensional coordinate input control device and a three-dimensional coordinate input method that can be used to input three-dimensional coordinates at high speed and in an interface between a system such as a computer and a human. The present invention relates to a three-dimensional coordinate input control device and three-dimensional coordinate input method for accurate input.

[従来の技術] 仮想の空間に居るがごとく感覚で三次元物体を設計する
、あるいは、宇宙、海底など人が容易に立ち入れないよ
うな空間において人に代わって作業するロボットを臨場
感で遠隔操作する、などに代表される人工臨場感空間で
の各種操作は古くから夢の技術として考えられてきた。
[Conventional technology] Design three-dimensional objects with the feeling of being in a virtual space, or remotely create robots that work on behalf of humans in spaces that humans cannot easily enter, such as space or the ocean floor. Various operations in artificial immersive spaces have long been considered a dream technology.

このようなマンマシン・インタフェースを実現するため
に必要な技術としては、三次元画像表示技術、三次元座
標入力技術1機械と操作者の間の相互作用制御技術が挙
げられる。
Technologies necessary to realize such a man-machine interface include three-dimensional image display technology, three-dimensional coordinate input technology, and interaction control technology between the machine and the operator.

このうち、画像表示技術は、該インタフェースにおいて
最も基本的なものであり、従来から各種の方式が検討さ
れてきたが、制約条件が多いため、長い間実用化には至
らなかった。
Among these, image display technology is the most basic of the interfaces, and although various methods have been studied, it has not been put into practical use for a long time because of the many constraints.

しかしながら、最近になって高速、高輝度デイスプレィ
の出現とともに、時分割眼鏡、偏光眼鏡などを用いた実
用的な両眼立体視表示が開発されるに至り、該インタフ
ェースは現実的なものとして考えられるようになった。
However, recently, with the advent of high-speed, high-brightness displays, practical binocular stereoscopic display using time-sharing glasses, polarized glasses, etc. has been developed, and this interface can be considered as a realistic one. It became so.

該インタフェースに関する動向は、上述のごとく、やっ
と三次元画像表示技術が開発された状況にあるため、該
三次元表示環境における座標入力。
As mentioned above, the trend regarding this interface is that three-dimensional image display technology has finally been developed, so coordinate input in the three-dimensional display environment is becoming more difficult.

さらには操作者との相互作用制御技術は、課題として残
されており、したがって従来このような三次元指示入力
装置、さらにはシステムと操作者との相互作用を制御す
る装置に関する発明例は少ない。
Furthermore, the technology for controlling interaction with an operator remains an issue, and therefore there have been few examples of inventions related to such three-dimensional instruction input devices, and furthermore, devices for controlling interaction between a system and an operator.

三次元指示入力装置としては、マウスなどの二次元入力
装置を改良して使用する方法も考えられる。しかし、本
願発明者等の実験によると、この場合、奥行き方向を指
示するためにたとえばマウスのスイッチを操作しなけれ
ばならず、奥行き方向の指示と奥行を含まない方向の指
示との比較において、指示時間に異方性が見られるなど
、操作特性上望ましくない結果が得られる。このように
、X軸、y軸、Z軸の移動方法がすべて同一でない場合
には、操作特性が劣化する傾向にある。
As the three-dimensional instruction input device, it is also possible to use an improved two-dimensional input device such as a mouse. However, according to experiments conducted by the inventors of the present invention, in this case, for example, a switch on a mouse must be operated in order to indicate the depth direction, and when comparing the depth direction instruction with the direction that does not include depth, Undesirable results are obtained in terms of operational characteristics, such as anisotropy in the indicated time. As described above, if the methods of moving the X, y, and Z axes are not all the same, the operating characteristics tend to deteriorate.

以上の考え方によると、三次元指示装置には三次元座標
を検出するセンサを用いる方法が有望と言える。すなわ
ち、磁気センサ、光センサなどを三次元センサとし、こ
れを手で直接操作することにより、座標を選択して入力
する方法である。本願発明者等は、磁気センサを用いて
これを実験し、指示時間の異方性が減少するなど操作性
が向上することを確認した。しかし、この実験では、同
時に手によるセンサの保持が不安定であるため、小さな
目標の指示には適さず、また長時間の使用は腕の疲労の
点から難しいなどの問題も明らかになった。さらに、こ
の方法では、システムから操作者に対してフィードバッ
クを与えることができないため、システムと操作者との
相互作用は必要な処理には向かないなどの問題も指摘さ
れる。
According to the above concept, it can be said that a method using a sensor that detects three-dimensional coordinates as a three-dimensional indicating device is promising. That is, this is a method in which coordinates are selected and input by using a three-dimensional sensor such as a magnetic sensor or an optical sensor and directly operating the sensor with the hand. The inventors of the present application experimented with this using a magnetic sensor and confirmed that the anisotropy of the instruction time was reduced and the operability was improved. However, this experiment also revealed problems such as holding the sensor in the hand is unstable, making it unsuitable for indicating small targets, and using it for long periods of time is difficult due to arm fatigue. Furthermore, with this method, the system cannot provide feedback to the operator, so the interaction between the system and the operator is not suitable for necessary processing.

[発明が解決しようとする課題] それゆえに、この発明の主たる目的は、三次元指示入力
において、既存の二次元指示装置の改良では対応できな
いような操作性に係る問題点、すなわち、奥行き方向の
指示精度か悪い、指示が遅れる。さらにはこれらの指示
特性について異方性があるなどの問題点を解決し得る三
次元座標入力制御装置および三次元座標入力方法を提供
することである。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the main purpose of the present invention is to solve problems related to operability that cannot be solved by improving existing two-dimensional indicating devices in three-dimensional instruction input, namely, in the depth direction. Indication accuracy is poor or instructions are delayed. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional coordinate input control device and a three-dimensional coordinate input method that can solve problems such as anisotropy in these indicating characteristics.

[課題を解決するための手段] 第1請求項に係る発明は、操作者が三次元座標を入力す
るために操作する取手と、取手の近傍に設けられ、その
取手の三次元座標を検出するための三次元座標検出手段
と、複数の関節を含み、取手を三次元座標空間に保持す
るための腕機構と、三次元座標検出手段によって検出さ
れた三次元座標を任意の三次元座標系に変換するための
座標変換手段を備えて三次元座標入力制御装置が構成さ
れる。
[Means for Solving the Problem] The invention according to the first claim includes a handle operated by an operator to input three-dimensional coordinates, and a handle provided near the handle to detect the three-dimensional coordinates of the handle. an arm mechanism that includes a plurality of joints and holds the handle in a three-dimensional coordinate space; A three-dimensional coordinate input control device is configured to include coordinate conversion means for conversion.

第2請求項に係る発明は、第1請求項の発明と同様にし
て、取手と三次元座標検出手段と腕機構と座標変換手段
とを含み、さらに複数の関節のうちの少なくとも1つの
関節に回転力調節機構を設け、この回転力調節機構によ
り腕機構の自重による回転力を相殺するように構成した
ものである。
The invention according to the second claim, like the invention according to the first claim, includes a handle, a three-dimensional coordinate detection means, an arm mechanism, and a coordinate conversion means, and further includes a handle, a three-dimensional coordinate detection means, an arm mechanism, and a coordinate conversion means, and further includes a handle, a three-dimensional coordinate detection means, an arm mechanism, and a coordinate conversion means. A rotational force adjustment mechanism is provided, and the rotational force adjustment mechanism is configured to offset the rotational force due to the weight of the arm mechanism.

より好ましくは、複数の関節を持つ腕の1つ以上の関節
に座標変換装置からの帰還を受けて、関節に設けられた
腕に所定の回転力を与える駆動装置を付加することによ
り、保持力を増すことが考えられる。
More preferably, the holding force is increased by adding a drive device to one or more joints of an arm having a plurality of joints, which receives feedback from the coordinate conversion device and applies a predetermined rotational force to the arm provided at the joint. It is possible to increase the

第3請求項に係る発明は、取手と三次元座標検出手段と
、保持機構と、座標変換手段とを備えた三次元座標入力
制御装置を用いて、三次元座標を入力するための三次元
座標入力方法であって、三次元座標検出手段の検出出力
に応じて、表示装置に指標を表示し、その指標と表示装
置に表示された対象画像との相互作用に基づいて、保持
機構に所定の駆動力を与えるようにしたものである。
The invention according to claim 3 is a three-dimensional coordinate system for inputting three-dimensional coordinates using a three-dimensional coordinate input control device including a handle, a three-dimensional coordinate detection means, a holding mechanism, and a coordinate conversion means. In this input method, an index is displayed on a display device according to the detection output of a three-dimensional coordinate detection means, and a predetermined position is set on a holding mechanism based on the interaction between the index and the target image displayed on the display device. It is designed to provide driving force.

より好ましくは、保持機構に与える駆動力が取手に作用
する力は、対象画像中にあって、指標に加わる仮想的な
力を模擬するような力とする三次元座標入力方法が考え
られる。
More preferably, a three-dimensional coordinate input method may be considered in which the force exerted on the handle by the driving force applied to the holding mechanism is a force that is present in the target image and simulates a virtual force applied to the index.

〔作用〕[Effect]

第1請求項に係る発明は取手と三次元座標検出手段と腕
機構と座標変換手段とから構成され、検出部とこれを保
持する部分を分離しているために、それぞれについて信
頼性の高い設計が容易となり、座標検出精度が腕機構の
機械精度による制約を受けることがない。しかも、保持
部を複数の関節を持つ腕機構で構成しているため、保持
特性を改善する様々な機構を関節および腕に付加するこ
とが容易となる。
The invention according to claim 1 is composed of a handle, a three-dimensional coordinate detection means, an arm mechanism, and a coordinate conversion means, and since the detection part and the part holding it are separated, each has a highly reliable design. The coordinate detection accuracy is not limited by the mechanical accuracy of the arm mechanism. In addition, since the holding portion is constituted by an arm mechanism having a plurality of joints, it is easy to add various mechanisms for improving the holding characteristics to the joints and arms.

第2請求項に係る発明では、関節部に回転力調節機構を
設けることにより、操作者の動作を補助する力を与える
ことができ、必要なときにのみ検出部を自在に操作し、
不要なときには腕を固定するなどの工夫ができ、操作者
の疲労防止、細部の指示などが可能となる。
In the invention according to the second claim, by providing the rotational force adjustment mechanism in the joint part, it is possible to give a force to assist the operation of the operator, and to freely operate the detection part only when necessary.
The arm can be fixed when not needed, preventing operator fatigue and making it possible to give detailed instructions.

第3請求項に係る発明は、表示装置に表示された対象画
像と、指標との相互作用に基づく所定の駆動力を与える
ことにより、入力三次元座標を対象画像の表面上、内部
、外部などに限定できる。
The invention according to claim 3 provides input three-dimensional coordinates on the surface, inside, outside, etc. of the target image by applying a predetermined driving force based on the interaction between the target image displayed on the display device and the index. can be limited to

[発明の実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す図である。[Embodiments of the invention] FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

第1図において、腕機構1は腕要素11.12と、第1
ないし第6の関節21〜26と、バランス重り機構30
と磁界検出コイル40と取手70とから構成される。よ
り具体的に説明すると、第1の関節21は腕固定機構8
0に取付けられるとともに、第2の関節22に連結され
ている。第2の関節22には腕要素11の一端が取付け
られ、腕要素11の他端には第3の関fii23が取付
けられている。関節23には摩擦を調整するための調圧
機構に代表される回転力調節機構60が取付けられてい
る。また、第3の関節23には腕要素12が取付けられ
、腕要素12の一端には第4の関節24が連結されてお
り、他端にはバランス重り機構30が取付けられている
。第4の関節24は第5の関節25に連結され、この第
5の関節25には第6の関節26が連結されている。そ
して第6の関節には取手70が連結されている。取手7
0内には磁界検出コイル40が内蔵されている。また、
腕機構1から離れた位置に磁界発生コイル50が設けら
れている。
In FIG. 1, the arm mechanism 1 includes an arm element 11.12 and a first
to sixth joints 21 to 26 and balance weight mechanism 30
, a magnetic field detection coil 40 , and a handle 70 . To explain more specifically, the first joint 21 is the arm fixing mechanism 8
0 and is connected to the second joint 22. One end of the arm element 11 is attached to the second joint 22, and a third joint 23 is attached to the other end of the arm element 11. A rotation force adjustment mechanism 60 typified by a pressure adjustment mechanism for adjusting friction is attached to the joint 23 . Further, the arm element 12 is attached to the third joint 23, the fourth joint 24 is connected to one end of the arm element 12, and the balance weight mechanism 30 is attached to the other end. The fourth joint 24 is connected to a fifth joint 25, and a sixth joint 26 is connected to the fifth joint 25. A handle 70 is connected to the sixth joint. Handle 7
A magnetic field detection coil 40 is built in the inside. Also,
A magnetic field generating coil 50 is provided at a position away from the arm mechanism 1.

磁界発生コイル50を構成する3つのコイルは所定の位
置に、それぞれ直交する向きに配置されており、図示し
ない発振器により時分割で順次励振され、その周囲に交
流磁界を形成する。また、取手70に内蔵された磁気検
知コイル40は、同様にして、それぞれ直交する向きに
配置された3つのコイルからなり、磁界発生コイル50
によって形成される交流磁界の強度を電圧として検出し
、図示しない座標検出装置により磁界発生コイル50の
座標系において、xr  y+  z成分が計算される
。それによって、磁界発生コイル50を基準にした場合
の取手70の位置および向きが計測される。
The three coils constituting the magnetic field generating coil 50 are arranged at predetermined positions in orthogonal directions, and are sequentially excited in a time-sharing manner by an oscillator (not shown) to form an alternating current magnetic field around them. Similarly, the magnetic sensing coil 40 built into the handle 70 is composed of three coils arranged in orthogonal directions, and the magnetic field generating coil 50
The intensity of the alternating current magnetic field formed by is detected as a voltage, and the xr y+z components are calculated in the coordinate system of the magnetic field generating coil 50 by a coordinate detection device (not shown). Thereby, the position and orientation of the handle 70 with respect to the magnetic field generating coil 50 are measured.

さらに、その位置および向きは図示しない三次元表示装
置の座標系に変換される。したがって、取手70を動か
すと、その位置は三次元表示装置に表示されている画像
と連動する。なお、三次元磁気センサは所定の原点を基
準にして、絶対座標を出力するだけでなく、前の位置と
のt■対的な移動量だけを出力することもできる。
Further, its position and orientation are converted to the coordinate system of a three-dimensional display device (not shown). Therefore, when the handle 70 is moved, its position is linked to the image displayed on the three-dimensional display device. Note that the three-dimensional magnetic sensor not only outputs absolute coordinates based on a predetermined origin, but also can output only the amount of movement relative to the previous position.

次に、取手70の動き自由度について説明する。Next, the degree of freedom of movement of the handle 70 will be explained.

関節21,2.2および23の動きによって関節24は
関節22を中心として腕要素11と12の長さの和を半
径とする半球内の任意に位置に移動可能である。さらに
、取手70は関節24.25および26の動きにより、
関節24に対して任意の回転角を持つことができる。し
たがって、取手70は腕固定機構80に対して、任意の
位置に任意の回転角で位置することができる。それによ
って、この実施例による保持機構は取手70に対して6
自由度を持つことになる。
Through the movements of the joints 21, 2.2 and 23, the joint 24 can be moved to any position within a hemisphere having a radius equal to the sum of the lengths of the arm elements 11 and 12, with the joint 22 as the center. Furthermore, the handle 70 is moved by the movement of the joints 24, 25 and 26.
The joint 24 can have any rotation angle. Therefore, the handle 70 can be positioned at any position and at any rotation angle with respect to the arm fixing mechanism 80. Thereby, the retention mechanism according to this embodiment is 6
You will have a degree of freedom.

次に腕要素12の自重による回転力を相殺する機構につ
いて説明する。それぞれの関節にバランス機構を設け、
関節の回転軸上に重心を設定することで、関節から先の
腕の自重による回転力を相殺することが可能である。第
1図に示した例では、第3の関節23にバランス重り機
構30が設けられ、第3の関節23のまわりの回転力を
相殺する。
Next, a mechanism for canceling the rotational force due to the arm element 12's own weight will be explained. A balance mechanism is provided for each joint,
By setting the center of gravity on the axis of rotation of the joint, it is possible to offset the rotational force due to the arm's own weight beyond the joint. In the example shown in FIG. 1, a balance weight mechanism 30 is provided at the third joint 23 to offset the rotational force around the third joint 23.

さらに、関節23に滑り摩擦を持たせ、この摩擦を回転
力調節機構60で調整することにより、各関節を固定で
きる。
Further, by providing the joints 23 with sliding friction and adjusting this friction with the rotational force adjustment mechanism 60, each joint can be fixed.

この実施例の他に、三次元座標検出装置としては、光セ
ンサや超音波発音体と超音波マイクロホンの組合わせな
どを用いることもできる。関節の腕の自重による回転力
を相殺する回転力調節機構として、この実施例のバラン
ス重り機構30や摩擦を調節する調圧機構の他に、電磁
クラッチやステップモータなどを関節23に用いること
ができる。関節部分に能動装置を用いた回転力調節機構
の場合、関節制御装置を用いて制御すればよい。
In addition to this embodiment, an optical sensor or a combination of an ultrasonic sounding body and an ultrasonic microphone may be used as the three-dimensional coordinate detection device. In addition to the balance weight mechanism 30 of this embodiment and the pressure regulating mechanism that adjusts friction, an electromagnetic clutch, a step motor, or the like can be used for the joint 23 as a rotational force adjustment mechanism that offsets the rotational force due to the weight of the arm of the joint. can. In the case of a rotational force adjustment mechanism using an active device in the joint portion, control may be performed using a joint control device.

この場合、関節制御装置は、座標検出装置から得られる
座標値をもとに゛して、腕の関節を制御することにより
、動き補助が可能である。
In this case, the joint control device can assist the movement by controlling the joints of the arm based on the coordinate values obtained from the coordinate detection device.

具体的には、取手70部分の移動方向を検出し、その方
向への移動を相殺するように駆動装置を制御することに
より、腕の自重による取手70の移動を相殺する動き補
助、取手70の移動速度と加速度を検出して、加速度が
移動方向に正の値をとる場合、移動を助ける力を関節に
与え、加速度が負の場合移動を抑制する力を関節に与え
るように駆動装置を制御することによって、小さな力で
取手70を移動させることができるようにする動き補助
などがある。
Specifically, by detecting the moving direction of the handle 70 portion and controlling the drive device to offset the movement in that direction, the movement of the handle 70 is assisted to offset the movement of the handle 70 due to the weight of the arm. Detects the movement speed and acceleration and controls the drive device so that if the acceleration takes a positive value in the movement direction, it applies a force to the joint that helps movement, and if the acceleration is negative, it applies a force to the joint that suppresses movement. There is a movement assist that allows the handle 70 to be moved with a small force by doing so.

第2図はこの発明の他の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the invention.

この第2図に示した実施例は、取手70の回転角を定め
る関節を球状体の継手90を用い実現したものであって
、これにより第1図に示した関節24.25および26
を不要にでき、取手70の動き6自由度はそのままであ
る。なお、この実施例では、腕要素11にもバランス重
り機構31が設けられる。
In the embodiment shown in FIG. 2, the joint that determines the rotation angle of the handle 70 is realized using a spherical joint 90.
can be made unnecessary, and the six degrees of freedom of movement of the handle 70 remain unchanged. Note that in this embodiment, the arm element 11 is also provided with a balance weight mechanism 31.

第3図はこの発明の一実施例の三次元座標入力制御装置
を用いた応用例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an application example using a three-dimensional coordinate input control device according to an embodiment of the present invention.

第3図において、関節制御装置100は第1図に示した
腕機構1の関節21ないし26を制御するものである。
In FIG. 3, a joint control device 100 controls the joints 21 to 26 of the arm mechanism 1 shown in FIG.

三次元座標検出装置ft1lOは第1図に示した磁界検
出コイル40の検出出力に基づいて、三次元座標を検出
するものである。なお、取手70には座標を選択するた
めのスイッチ170が設けられており、このスイッチ1
70の操作に応じて発生されるスイッチ信号は三次元座
標検出装置110に与えられる。主制御装置130は全
体の制御をつかさどるものであり、座標変換部120は
三次元座標検出装置110によって検出された三次元座
標を後述の三次元画像データベース180に含まれる座
標系に変換するものである。
The three-dimensional coordinate detection device ft1lO detects three-dimensional coordinates based on the detection output of the magnetic field detection coil 40 shown in FIG. Note that the handle 70 is provided with a switch 170 for selecting coordinates, and this switch 1
A switch signal generated in response to the operation of 70 is given to the three-dimensional coordinate detection device 110. The main controller 130 is in charge of overall control, and the coordinate conversion unit 120 is for converting the three-dimensional coordinates detected by the three-dimensional coordinate detection device 110 into a coordinate system included in a three-dimensional image database 180, which will be described later. be.

立体画像生成装置140は主制御装置130からの制御
信号に基づいて、座標変換部120によって変換された
三次元座標データと、三次元座標画像データベース18
0から出力された画像データをもとにして、立体画像に
よる指標画像として左右の画像対を生成する。表示制御
装置150は立体画像生成装置140において生成され
た画像を立体視できるように画像対を表示画面160に
表示させるためのものである。表示画面160は時分割
眼鏡を用いた立体表示、鏡を用いた表示の合成およびハ
ーフミラ−と偏光眼鏡を用いた表示器によって構成され
る。
The three-dimensional image generation device 140 converts the three-dimensional coordinate data converted by the coordinate conversion unit 120 and the three-dimensional coordinate image database 18 based on the control signal from the main control device 130.
Based on the image data output from 0, a left and right image pair is generated as a stereoscopic index image. The display control device 150 is for displaying a pair of images on a display screen 160 so that the images generated by the stereoscopic image generation device 140 can be viewed stereoscopically. The display screen 160 is composed of a three-dimensional display using time-sharing glasses, a composite display using a mirror, and a display using a half mirror and polarized glasses.

次に、三次元座標画像データベース中での座標値入力例
について説明する。取手70を操作すると、三次元座標
検出装置110は磁界検出コイル40の検出出力に基づ
いて三次元座標を検出し、主制御装置130に与える。
Next, an example of inputting coordinate values in the three-dimensional coordinate image database will be explained. When the handle 70 is operated, the three-dimensional coordinate detection device 110 detects three-dimensional coordinates based on the detection output of the magnetic field detection coil 40, and provides the detected three-dimensional coordinates to the main control device 130.

主制御装置130は、三次元座標検出装置110から出
力された三次元座標を座標変換部120によって三次元
画像データベース180中の座標に変換させる。立体画
像生成装置140は座標変換部120によって変換され
た三次元画像データと三次元画像データベース180か
ら出力された画像データをもとにして、三次元座標物体
象と指標画像を立体視できるように左右の画像対を生成
する。表示制御装置150は生成された画像を表示画面
160に立体表示させる。
The main control device 130 causes the coordinate conversion unit 120 to convert the three-dimensional coordinates output from the three-dimensional coordinate detection device 110 into coordinates in the three-dimensional image database 180. The stereoscopic image generation device 140 generates a stereoscopic view of the three-dimensional coordinate object image and the index image based on the three-dimensional image data converted by the coordinate conversion unit 120 and the image data output from the three-dimensional image database 180. Generate left and right image pairs. The display control device 150 displays the generated image on the display screen 160 in three dimensions.

ここで、利用者は表示されている指標画像を、取手70
を動かすことにより画面中で移動させ、三次元画像デー
タベース180中の座標を選択し、スイッチ170を操
作する。このスイッチ170が操作された時点での座標
変換部120の出力が入力された座標として得られる。
Here, the user selects the displayed index image from the handle 70.
is moved on the screen by moving , coordinates in the three-dimensional image database 180 are selected, and the switch 170 is operated. The output of the coordinate transformation section 120 at the time when this switch 170 is operated is obtained as the input coordinates.

さらに、取手70の移動方向を主制御装置130が判別
し、その方向への取手70の移動を関節制御装置100
が補助するように、関節21ないし26の駆動装置を制
御することによって、取手70を動かすのに必要な力を
補助することができる。
Furthermore, the main controller 130 determines the moving direction of the handle 70, and the joint controller 100 controls the movement of the handle 70 in that direction.
The force required to move the handle 70 can be assisted by controlling the drives of the joints 21-26 so as to assist in the movement of the handle 70.

第4図はこの発明の一実施例の三次元座標入力制御装置
を用いて三次元座標を入力する方法の他の例を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing another example of a method for inputting three-dimensional coordinates using the three-dimensional coordinate input control device according to an embodiment of the present invention.

この第4図に示した実施例は、立体画像生成装置240
が立体画像での表示画像と指標との関係を主制御装置2
30に帰還させ、それに基づいて、関節制御装置200
が取手70の移動を補助したり制限するように関節21
ないし26を制御するようにしたものであって、それ以
外の構成および動作は第3図に示した実施例と同じであ
る。
In the embodiment shown in FIG.
The main controller 2 controls the relationship between the displayed image in the stereoscopic image and the index.
30, and based on that, the joint control device 200
joint 21 so as to assist or restrict movement of handle 70.
26, and the other configuration and operation are the same as the embodiment shown in FIG.

この実施例では、・入力される座標を三次元画像の内外
部および表面などに制限することができる。
In this embodiment, input coordinates can be limited to the inside, outside, surface, etc. of the three-dimensional image.

すなわち、この実施例の特徴は、指標と表示画像との関
係をもとに、取手70の移動に制限を加えたり、仮想的
な力を模擬する点である。仮想的な力の例としては、表
示画像および指標はともに磁石のような磁性体であると
仮定して、その間に働く磁力が挙げられる。この場合、
利用者は取手70を通じた2つの物体の位置とその間の
磁力強度の関係を体験することができる。
That is, the feature of this embodiment is that the movement of the handle 70 is restricted and a virtual force is simulated based on the relationship between the index and the displayed image. An example of a virtual force is a magnetic force that acts between the displayed image and the index, assuming that both are magnetic bodies such as magnets. in this case,
The user can experience the relationship between the positions of two objects and the strength of the magnetic force between them through the handle 70.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、取手と三次元座標検
出手段と腕機構と座標変換手段とによって三次元座標入
力制御装置を構成したことによって、高い精度で高速に
三次元座標を入力できる。
As described above, according to the present invention, the three-dimensional coordinate input control device is configured by the handle, the three-dimensional coordinate detection means, the arm mechanism, and the coordinate conversion means, so that three-dimensional coordinates can be inputted with high precision and at high speed. .

また、操作者の疲労が少なく、操作者への力学的なフィ
ードバックを与えることが容易などの数々の特徴がある
ため、三次元画像の作成、三次元データベースの操作、
ロボットの臨場感遠隔操作および模擬体験などのインタ
フェース応用分野に使用できる。また、腕機構の自重に
より回転力を相殺するための回転力調節機構を少なくと
も1つの関節に設けることにより、操作者の動作を補助
する力を腕機構に与えることができる。さらに、三次元
座標入力制御装置を用いて、表示装置に表示された対象
画像と指標との相互作用に基づく所定の駆動力を与える
ことにより、入力三次元座標を対象画像の表面上、内部
および外部などに入力座標を限定することもできる。
In addition, it has many features such as reducing operator fatigue and making it easy to give mechanical feedback to the operator, so it is easy to create 3D images, operate 3D databases,
It can be used in interface application fields such as realistic remote control of robots and simulated experiences. Further, by providing at least one joint with a rotational force adjustment mechanism for offsetting the rotational force by the weight of the arm mechanism, it is possible to provide the arm mechanism with a force that assists the operator's movements. Furthermore, by using a three-dimensional coordinate input control device and applying a predetermined driving force based on the interaction between the target image displayed on the display device and the index, input three-dimensional coordinates can be input to the surface, inside and outside of the target image. Input coordinates can also be limited to external locations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す図である。 第2図はこの発明の他の実施例を示す図である。 第3図は三次元座標入力制御装置を用いて三次元座標を
入力する方法の応用例を示す図である。第4図は三次元
座標入力方法の他の応用例を示す図である。 図において、1は腕機構、11.12は腕要素、21な
いし26は関節、30.31はバランス重り機構、40
は磁界検出コイル、50は磁界発生コイル、60は回転
力調節機構、70は取手、100.200は関節制御装
置、110は三次元座標検出装置、120は座標変換部
、130,230は主制御装置、140,240は立体
画像生成装置、150は表示制御装置、160は表示画
面、180は三次元画像データベースを示す。 特許出願人 株式会社エイ・ティ・アール通信第2図 第1
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the invention. FIG. 3 is a diagram showing an application example of a method for inputting three-dimensional coordinates using a three-dimensional coordinate input control device. FIG. 4 is a diagram showing another example of application of the three-dimensional coordinate input method. In the figure, 1 is an arm mechanism, 11.12 is an arm element, 21 to 26 are joints, 30.31 is a balance weight mechanism, and 40
1 is a magnetic field detection coil, 50 is a magnetic field generation coil, 60 is a rotational force adjustment mechanism, 70 is a handle, 100.200 is a joint control device, 110 is a three-dimensional coordinate detection device, 120 is a coordinate conversion unit, and 130 and 230 are main controls. 140 and 240 are three-dimensional image generation devices, 150 is a display control device, 160 is a display screen, and 180 is a three-dimensional image database. Patent applicant: A.T.R. Tsushin Co., Ltd. Figure 2, Figure 1

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)操作者が三次元座標を入力するために操作する取
手、 前記取手の近傍に設けられ、該取手の三次元座標を検出
するための三次元座標検出手段、複数の関節を含み、前
記取手を三次元座標空間に保持するための腕機構、およ
び 前記三次元座標検出手段によって検出された三次元座標
を任意の三次元座標系に変換するための座標変換手段を
備えた、三次元座標入力制御装置。
(1) A handle operated by an operator to input three-dimensional coordinates; a three-dimensional coordinate detection means provided near the handle for detecting the three-dimensional coordinates of the handle; and a plurality of joints; A three-dimensional coordinate system comprising an arm mechanism for holding the handle in a three-dimensional coordinate space, and a coordinate conversion means for converting the three-dimensional coordinates detected by the three-dimensional coordinate detection means into an arbitrary three-dimensional coordinate system. Input control device.
(2)さらに、前記座標変換手段の帰還出力に応じて、
前記腕機構の少なくとも1つの関節に設けられた腕に所
定の回転力を与える駆動手段を含むことを特徴とする、
請求項1に記載の三次元座標入力制御装置。
(2) Furthermore, depending on the feedback output of the coordinate transformation means,
The arm mechanism is characterized in that it includes a driving means for applying a predetermined rotational force to an arm provided at at least one joint of the arm mechanism.
The three-dimensional coordinate input control device according to claim 1.
(3)操作者が三次元座標を入力するために操作する取
手、 前記取手の近傍に設けられ、該取手の三次元座標を検出
するための三次元座標検出手段、複数の関節を含み、前
記取手を三次元空間に保持するための腕機構、 前記複数の関節のうちの少なくとも1つの関節に設けら
れ、前記腕機構の自重による回転力を相殺するための回
転力調節機構、および 前記三次元座標検出手段によって検出された三次元座標
を任意の三次元座標に変換するための座標変換手段を備
えた、三次元座標入力制御装置。
(3) a handle operated by an operator to input three-dimensional coordinates; a three-dimensional coordinate detection means provided near the handle for detecting the three-dimensional coordinates of the handle; and a plurality of joints; an arm mechanism for holding the handle in a three-dimensional space; a rotational force adjustment mechanism provided at at least one joint of the plurality of joints for offsetting a rotational force due to the arm mechanism's own weight; A three-dimensional coordinate input control device comprising coordinate conversion means for converting three-dimensional coordinates detected by a coordinate detection means into arbitrary three-dimensional coordinates.
(4)操作者が三次元座標を入力するために操作する取
手、 前記取手の近傍に設けられ、該取手の三次元座標を検出
するための三次元座標検出手段、前記取手を三次元空間
に保持するための保持機構、および 前記三次元座標検出手段によって検出された三次元座標
を任意の三次元座標に変換するための座標変換手段を備
えた三次元座標入力制御装置を用いて三次元座標を入力
するための三次元座標入力方法であって、 前記三次元座標検出手段の検出出力に応じて、表示装置
に指標を表示し、該指標と前記表示装置に表示された対
象画像との相互作用に基づいて、前記保持機構に所定の
駆動力を与えることを特徴とする、三次元座標入力方法
(4) A handle operated by an operator to input three-dimensional coordinates; a three-dimensional coordinate detection means provided near the handle for detecting the three-dimensional coordinates of the handle; A three-dimensional coordinate input control device is provided with a holding mechanism for holding the three-dimensional coordinates, and a coordinate conversion means for converting the three-dimensional coordinates detected by the three-dimensional coordinate detection means into arbitrary three-dimensional coordinates. A three-dimensional coordinate input method for inputting a three-dimensional coordinate, the method comprising: displaying an index on a display device according to a detection output of the three-dimensional coordinate detecting means, and comparing the index with a target image displayed on the display device. A three-dimensional coordinate input method characterized by applying a predetermined driving force to the holding mechanism based on the action.
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