JPH04143602A - 指関節角度センサ - Google Patents
指関節角度センサInfo
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- JPH04143602A JPH04143602A JP20945790A JP20945790A JPH04143602A JP H04143602 A JPH04143602 A JP H04143602A JP 20945790 A JP20945790 A JP 20945790A JP 20945790 A JP20945790 A JP 20945790A JP H04143602 A JPH04143602 A JP H04143602A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
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- 210000001503 joint Anatomy 0.000 abstract description 9
- 239000004820 Pressure-sensitive adhesive Substances 0.000 abstract 1
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Landscapes
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えば遠隔制御ロボットのキイーテクノロジ
ーの一つであるマスタースレーブハンドに係る指関節角
度センサに関する。
ーの一つであるマスタースレーブハンドに係る指関節角
度センサに関する。
従来から利用されている装置として平行リンク式ゴニオ
メータ（指関節角検出機構）［以下、これを「従来例■
」という］があり、この実装形態図を第４図に表し、そ
の第４図（ａ）は平行リンク基本構成図、第４図（ｂ）
は指が屈曲していない水平の原形態の側断面図、第４図
（Ｃ）は指の遠位箱間関節を角度θ屈曲したときの平行
リンクなどの形態側面図である。
メータ（指関節角検出機構）［以下、これを「従来例■
」という］があり、この実装形態図を第４図に表し、そ
の第４図（ａ）は平行リンク基本構成図、第４図（ｂ）
は指が屈曲していない水平の原形態の側断面図、第４図
（Ｃ）は指の遠位箱間関節を角度θ屈曲したときの平行
リンクなどの形態側面図である。
第４図（ａ）において、４１〜４７は平行リンクを構成
するバーで４１と４７はジヨイント４９ａ〜４９ｇの枢
軸接続の基本となる他より長めのバーからなり、４８は
固定端部であり回動じない。
するバーで４１と４７はジヨイント４９ａ〜４９ｇの枢
軸接続の基本となる他より長めのバーからなり、４８は
固定端部であり回動じない。
指１０の背側表面に配置固定するジヨイント４９ａはバ
ー４１をそれを軸にして回動するが位置は不変であり、
固定端部４８は背側表面にピッタリと固定である。
ー４１をそれを軸にして回動するが位置は不変であり、
固定端部４８は背側表面にピッタリと固定である。
その指１０が屈曲前の水平状態が第４図（ｂ）に表され
ている。
ている。
第４図（ｅ）は指１０の最先端の関節を角度θ屈曲した
ときの状態が示されており、そのとき固定端部は４８′
の形態となり、平行リンク４１〜４７は図示のように平
行リンクを保ちながら、原状態から角度θ屈曲する。
ときの状態が示されており、そのとき固定端部は４８′
の形態となり、平行リンク４１〜４７は図示のように平
行リンクを保ちながら、原状態から角度θ屈曲する。
この角度θを電気的に変換して検出している。
また、従来例■として米国特許第４，５４２゜２９１号
公報がみられる。
公報がみられる。
しかしながら、従来例■にあっては、第４図から明らか
なように、人の手の指の背側表面に平行リンクを搭載す
る機構をマスターとしてその動きを検出する手段では、
かなりのスペースを必要とし、操作性も悪い。
なように、人の手の指の背側表面に平行リンクを搭載す
る機構をマスターとしてその動きを検出する手段では、
かなりのスペースを必要とし、操作性も悪い。
特に、多指ハンドへの適用を考えると、非常に装着性が
悪い。
悪い。
これを解決するものとして従来例■が提案され、これは
光フアイバケーブルを手袋に固定し、ケーブルの曲りに
よるモレ損失を検出しようとするもであるけれども、検
出値に非線形が強く、較正が複雑であるという、これま
た違った意味の難点がある。
光フアイバケーブルを手袋に固定し、ケーブルの曲りに
よるモレ損失を検出しようとするもであるけれども、検
出値に非線形が強く、較正が複雑であるという、これま
た違った意味の難点がある。
ここにおいて、本発明は、これら従来例の全ての不具合
を払拭した小型軽量で、装着性がよく、しかも検出量が
関節角度と線形性のある指関節角度センサを提供するこ
とを、その目的とする。
を払拭した小型軽量で、装着性がよく、しかも検出量が
関節角度と線形性のある指関節角度センサを提供するこ
とを、その目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、指の関節角度を
、措置側の周長変化に変換し、指の関節角度と線形な出
力を得るようにしたことを特徴とする指関節角度センサ であり、かつ 両端にワイヤを固着した複数個の変位トランスジューサ
を、ワイヤを介して縦続に接続し、端部のワイヤの一部
にバネを縦続して接続してワイヤに予め設定された張力
を与えるようにし、両方のワイヤのそれぞれの自由端を
指の背側表面に配置固定するとともに、 変位トランスジューサから指の関節の屈曲した角度に対
応する検出電圧を導出する 前項に記載の指関節角度センサである。
、措置側の周長変化に変換し、指の関節角度と線形な出
力を得るようにしたことを特徴とする指関節角度センサ であり、かつ 両端にワイヤを固着した複数個の変位トランスジューサ
を、ワイヤを介して縦続に接続し、端部のワイヤの一部
にバネを縦続して接続してワイヤに予め設定された張力
を与えるようにし、両方のワイヤのそれぞれの自由端を
指の背側表面に配置固定するとともに、 変位トランスジューサから指の関節の屈曲した角度に対
応する検出電圧を導出する 前項に記載の指関節角度センサである。
本発明は、上記の構成であるから、
ワイヤが指の背側表面に配置固定されて、指の回動をこ
のワイヤの伸縮に変換され、関節角度とワイヤの動きが
線形な関係となり、このワイヤの伸縮を超小型変位トラ
ンスジューサで検出するようにしてあり、装着性のいい
、線形で誤差が少なくなる。
のワイヤの伸縮に変換され、関節角度とワイヤの動きが
線形な関係となり、このワイヤの伸縮を超小型変位トラ
ンスジューサで検出するようにしてあり、装着性のいい
、線形で誤差が少なくなる。
本発明の一実施例の基本構成図を第１図に表し、第１図
（ａ）は平面図、第１図（ｂ）は側面図である。
（ａ）は平面図、第１図（ｂ）は側面図である。
指１０には手の平に近い方から順次、中手指節関節（Ｍ
Ｐ）、近位指節間関節（Ｐ Ｉ Ｆ） 、遠位指節間関
節（Ｄ Ｉ Ｐ）があり、それらの関節がなす等値開節
直径をＭＰ−ＤＩ、Ｐ Ｉ Ｆ−Ｄ２゜ＤＩＰ−Ｄ３と
する。
Ｐ）、近位指節間関節（Ｐ Ｉ Ｆ） 、遠位指節間関
節（Ｄ Ｉ Ｐ）があり、それらの関節がなす等値開節
直径をＭＰ−ＤＩ、Ｐ Ｉ Ｆ−Ｄ２゜ＤＩＰ−Ｄ３と
する。
ところで本発明は、この指１０の背側表面に先の指関節
（ＭＰ、ＰＩＦ、ＤＩＰ）に対応して、変位トランスジ
ューサ１ａ［Ｔｌ］、 １ｂ［Ｔ２］。
（ＭＰ、ＰＩＦ、ＤＩＰ）に対応して、変位トランスジ
ューサ１ａ［Ｔｌ］、 １ｂ［Ｔ２］。
１ｃ［Ｔ３］を配置するのであるが、このとき各変位ト
ランスジユーサ１ ａ、 １ ｂ、 １ ｃにはそれぞ
れワイヤ２を長さ方向の両端に固着して、それらワイヤ
２を接続し、各変位トランスジューサ１ ａ、 １ ｂ
。
ランスジユーサ１ ａ、 １ ｂ、 １ ｃにはそれぞ
れワイヤ２を長さ方向の両端に固着して、それらワイヤ
２を接続し、各変位トランスジューサ１ ａ、 １ ｂ
。
１ｃは縦続した形態をとり、ワイヤ２の両方の自由端は
両面粘着テープ４ａ、４ｂにより指１０の背側表面に固
定する。
両面粘着テープ４ａ、４ｂにより指１０の背側表面に固
定する。
そして、手の中側にてワイヤ２がたるまないよう、予め
設定された張力（ブリテンション）をがけるために、例
えば変位トランスジューサ１ａと両面粘着テープ４ａの
間にバネ３を挿入接続して固定する。
設定された張力（ブリテンション）をがけるために、例
えば変位トランスジューサ１ａと両面粘着テープ４ａの
間にバネ３を挿入接続して固定する。
もっとも、各変位トランスジューサ１ ａ、 １ ｂ。
１ｃは各指関節（ＭＰ、ＰＩＦ、ＤＩＰ）の回動角を最
も適当に検出できる位置、つまり第１図示のように各指
関節（ＭＰ、ＰＩＦ、ＤＩＰ）相互間の中間部位に位置
決めすることが望ましい。
も適当に検出できる位置、つまり第１図示のように各指
関節（ＭＰ、ＰＩＦ、ＤＩＰ）相互間の中間部位に位置
決めすることが望ましい。
第２図は変位トランスジューサ１ ａ、 １ ｂ、 １
ｃを例示する形態図であり、第２図（ａ）は差動トラ
ンス、第２図（ｂ）はリニア可変抵抗器を表す。
ｃを例示する形態図であり、第２図（ａ）は差動トラ
ンス、第２図（ｂ）はリニア可変抵抗器を表す。
第２図（ａ）の差動トランス１１は、ソレノイド状の差
動トランスコイルｌｌｂに一定交流電圧を与え、鉄心１
１ａの両端部にワイヤが固着接続されそれらの自由端に
ワイヤ２へ接続するためのワイヤ接続リング１１ｃを設
けている。
動トランスコイルｌｌｂに一定交流電圧を与え、鉄心１
１ａの両端部にワイヤが固着接続されそれらの自由端に
ワイヤ２へ接続するためのワイヤ接続リング１１ｃを設
けている。
各指関節（ＭＰ、ＰＩＰ、ＤＩＰ）の回動角に対応して
、鉄心１１ａが差動トランスコイル１１ｂの内腔部を左
右に移動するから、磁場のりアクタンスが変化し、これ
を電流変化として検出するようにしである。
、鉄心１１ａが差動トランスコイル１１ｂの内腔部を左
右に移動するから、磁場のりアクタンスが変化し、これ
を電流変化として検出するようにしである。
第２図（ｂ）のリニア可変抵抗器１２は、固形線状の両
端にサポータ１２ｆを備え、その上部に可動子１２ｅを
固着した棒状の摺動バー１２ｇを挿通する孔が穿孔され
ており、その下部には一定電圧の直流電源１２ｇ（正）
、１２ｈ（負）を接続し、摺動バー１２ｇの中程に設け
た可動子１２ｅには電圧検出端子１２ｄならびに摺動抵
抗１２に常に摺動接触するブラシ１２ｂを持ち、可動子
１２ｅの両端部のワイヤ接続端子１２ｃにワイヤ２を接
続することで、電圧検出端子１２ｄから各指関節（ＭＰ
、ＰＩＰ、ＤＩＰ）の回動角に対応して変化した直流電
圧が検出できる。
端にサポータ１２ｆを備え、その上部に可動子１２ｅを
固着した棒状の摺動バー１２ｇを挿通する孔が穿孔され
ており、その下部には一定電圧の直流電源１２ｇ（正）
、１２ｈ（負）を接続し、摺動バー１２ｇの中程に設け
た可動子１２ｅには電圧検出端子１２ｄならびに摺動抵
抗１２に常に摺動接触するブラシ１２ｂを持ち、可動子
１２ｅの両端部のワイヤ接続端子１２ｃにワイヤ２を接
続することで、電圧検出端子１２ｄから各指関節（ＭＰ
、ＰＩＰ、ＤＩＰ）の回動角に対応して変化した直流電
圧が検出できる。
この各指関節の回動角を演算導出する回路構成を、第３
図に示す。
図に示す。
それぞれの変位トランスジューサ１ ａ、 １ ｂ、
１ ｃからの検出電圧は、信号処理回路５において各指
関節（ＭＰ、ＰＩＰ、ＤＩＰ）の回動角として演算導出
されるが、まず前処理回路５１の変位計１の５１ａ、変
位計２の５１ｂ、変位計３の５１０へ与えられ、ここで
演算に適した電圧値に変換され、演算回路５２が備える
減算・換算器５２ａ、 ５２ｂ。
１ ｃからの検出電圧は、信号処理回路５において各指
関節（ＭＰ、ＰＩＰ、ＤＩＰ）の回動角として演算導出
されるが、まず前処理回路５１の変位計１の５１ａ、変
位計２の５１ｂ、変位計３の５１０へ与えられ、ここで
演算に適した電圧値に変換され、演算回路５２が備える
減算・換算器５２ａ、 ５２ｂ。
５２ｃを介して、
θ１−（ΔＩＩ−Δ１２−ΔＩ ３ ） ／ＤＩ（１式
） ％式％ （２式） θ３−Δ１３ ／Ｄ３ ・・・・・・（３式
）［ただし、ΔＮｌ、ΔＮ２．Δｇ３は各変位トランス
ジューサ１ ａ、 １ ｂ、 １ ｃで検出されたワイ
ヤ２の伸縮量、 Ｄｌ、Ｄ２．Ｄ３は各指関節（ＭＰ、ＰＩＦ。
） ％式％ （２式） θ３−Δ１３ ／Ｄ３ ・・・・・・（３式
）［ただし、ΔＮｌ、ΔＮ２．Δｇ３は各変位トランス
ジューサ１ ａ、 １ ｂ、 １ ｃで検出されたワイ
ヤ２の伸縮量、 Ｄｌ、Ｄ２．Ｄ３は各指関節（ＭＰ、ＰＩＦ。
ＤＩＰ）の等価関節円直径であり、ここでの等価関節円
直径Ｄ１．Ｄ２．Ｄ３は較正時に指定されるものである
。コ の演算がなされて、各指関節（ＭＰ、ＰＩＦ。
直径Ｄ１．Ｄ２．Ｄ３は較正時に指定されるものである
。コ の演算がなされて、各指関節（ＭＰ、ＰＩＦ。
ＤＩＰ）の回動角が電圧信号θｌ、θ２．θ３として導
出され、ここに検出がなされたことになる。
出され、ここに検出がなされたことになる。
この検出電圧θ１．θ２．θ３でスレーブを動作させれ
ばよい。
ばよい。
しかして、この信号処理はアナログ処理でも、それをＡ
／Ｄ変換してデジタル処理でも、どちらでも良い。
／Ｄ変換してデジタル処理でも、どちらでも良い。
かくして、本発明によれば、
ワイヤが指の背側表面に配置固定されており、指各関節
の回動をこのワイヤの伸縮に変換させるので、関節角度
とワイヤの動きが単純な線形的な関係となり、線形によ
る検出誤差が極めて少なくなるとともに、このワイヤの
伸縮を超小型変位トランスジューサで検出するようにし
ているから、装着性のいい、かつコンパクトな理想的な
指関節角度センサが得られ、例えば宇宙や特殊環境下で
の産業用ロボットなどの利用で、遠隔制御技術を採用し
たマスタースレーブハンド操作技術におけるスレーブハ
ンドの指令の作成手段として、特段の卓越した効果を奏
することができる。
の回動をこのワイヤの伸縮に変換させるので、関節角度
とワイヤの動きが単純な線形的な関係となり、線形によ
る検出誤差が極めて少なくなるとともに、このワイヤの
伸縮を超小型変位トランスジューサで検出するようにし
ているから、装着性のいい、かつコンパクトな理想的な
指関節角度センサが得られ、例えば宇宙や特殊環境下で
の産業用ロボットなどの利用で、遠隔制御技術を採用し
たマスタースレーブハンド操作技術におけるスレーブハ
ンドの指令の作成手段として、特段の卓越した効果を奏
することができる。
第１図は本発明の一実施例における人の手の指に装着し
た形態図、第２図はその変位トランスジューサの形状図
、第３図は信号処理回路の構成ブロック図、第４図は従
来例の説明図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ−・・変位トランスジューサ（ＴＩ。 Ｔ２．Ｔ３） ２・・・ワイヤ ３・・・バネ ４ａ、４ｂ・・・両面粘着テープ ５・・・信号処理回路 ５１・・・前処理回路 ５２・・・演算回路 １１・・・差動トランス １２・・・】リニヤ可変抵抗器 ＭＰ・・・中手指節関節 ＰＩＰ・・・近位指節間開節 ＤＩＰ・・・遠位指節間開節。
た形態図、第２図はその変位トランスジューサの形状図
、第３図は信号処理回路の構成ブロック図、第４図は従
来例の説明図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ−・・変位トランスジューサ（ＴＩ。 Ｔ２．Ｔ３） ２・・・ワイヤ ３・・・バネ ４ａ、４ｂ・・・両面粘着テープ ５・・・信号処理回路 ５１・・・前処理回路 ５２・・・演算回路 １１・・・差動トランス １２・・・】リニヤ可変抵抗器 ＭＰ・・・中手指節関節 ＰＩＰ・・・近位指節間開節 ＤＩＰ・・・遠位指節間開節。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、指の関節角度を、指背側の周長変化に変換し、 指の関節角度と線形な関係の出力を得るようにした ことを特徴とする指関節角度センサ。 ２、両端にワイヤを固着した複数個の変位トランスジュ
ーサを、ワイヤを介して縦続に接続し、端部のワイヤの
一部にバネを縦続して接続してワイヤに予め設定された
張力を与えるようにし、ワイヤの自由端を指の背側表面
に配置固定するとともに、 変位トランスジューサから指の関節の屈曲した角度に対
応する検出電圧を導出する 請求項１記載の指関節角度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20945790A JPH04143602A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 指関節角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20945790A JPH04143602A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 指関節角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143602A true JPH04143602A (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=16573196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20945790A Pending JPH04143602A (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 指関節角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04143602A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10239009A (ja) * | 1997-02-26 | 1998-09-11 | Nippon Medics:Kk | 角度計測器 |
| US5914704A (en) * | 1996-05-23 | 1999-06-22 | Nec Corporation | Locator device using capacitance |
| JP2009204580A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Jasti:Kk | 関節部曲げ測定装置および曲げ測定方法 |
| JP2009257924A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 手指の衝撃力測定装置 |
| WO2013012029A1 (ja) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | 株式会社岩田鉄工所 | 多指ハンド装置 |
| JP2015114182A (ja) * | 2013-12-11 | 2015-06-22 | 富士通株式会社 | バンド型デバイスおよびその検出制御方法 |
| WO2017155347A1 (ko) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 서울대학교산학협력단 | 굽힘 센서 |
| JP2017198621A (ja) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | バンドー化学株式会社 | 回転角度計測装置、及び、静電容量型センサシート |
-
1990
- 1990-08-07 JP JP20945790A patent/JPH04143602A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5914704A (en) * | 1996-05-23 | 1999-06-22 | Nec Corporation | Locator device using capacitance |
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