JPH04195213A - 体感性能を具備したｃａｄ構築体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＡ　Ｄ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ
　Ｄｅｓｉｇｎ　）と呼ばれるコンピューター援用設計
が可能となった装置（以下、ＣＡＤ装置と言う）を用い
て、立体的形象を入力したり出力したりする場合に、そ
れを体感を伴って実行できるようにした、新規なＣＡＤ
構築体に関するものである。

（従来のＣＡＤ装置とその解決課Ｂ） 従来、ＣＡＤ装置へ画像を入力するには、マウスやタブ
レットなどを用いて計算の基礎となる図形を読み取らせ
るようにしていた。しかし、これらの方法によって入力
できるのは二次元的な図形までであって、これを三次元
的、即ち立体的形象を表現したものに画像化するには、
その入力後更にキーボードを操作する如き極めて面倒且
つ困難な作業が必要となっていた。

のみならず、苦労の末に立体的形象を画像化できたとし
ても、それはあくまで画面の中でのものであって、画面
自体は当然に平面である。従って、操作者又はそれ以外
の者がこの画像を見た場合、それをどれだけ現実的、立
体的なものとして理解することができるかは、その者自
身による経験の豊富さや、幾何学的な思考能力の有無に
委ねざるを得ないところであった。従って、人間にとっ
て未知なる物体や新開発に係る物体又は空想上の物体な
どにつき、その外郭形状を万人に均しく且つ正確に伝え
たい場合であっても、従来のＣＡＤ装置では自ずと限界
があった。

本発明は、上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、ＣＡＤ装置に対して立体的な形象を画像化入力する
ことが極めて簡単にでき、またＣＡＤ装置によって画像
化された立体的形象を万人に均しく且つ正確に現実的、
立体的なものとして伝えることができる、体感性能を具
備した新規なＣＡＤ構築体（以下、本件構築体と言う）
を提供することを目的とする。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） 本件構築体は、画像を座標信号として入出力可能なＣＡ
Ｄ装置を中心に組まれたものであって、その要旨とする
ところは、前記ＣＡＤ装置から出力される座標信号に基
づいて伝動用線材を所定量摺動させる実行装置と、該実
行装置の伝動用線材における従動側端部を人体の適所へ
直接的又は間接的に取り付ける装着体と、前記実行装置
の伝動用線材に作用する摺動動作に基づいて前記ＣＡＤ
装置へ座標信号を入力する動作検出装置とより成る点に
ある。

（作　用） ＣＡＤ装置から座標信号が出力されると、実行装置はそ
の座標信号に基づいて伝動用線材を摺動させる。そのた
め、装着体側では、例えば指２手。

腕などその取付対象となった人体の適所が伝動用線材に
よって他動的に操られることとなり、ＣＡＤ装置に入力
された画像（二次元的なものであると三次元的なもので
あるとを問わない）を体感によって理解することができ
る。

一方、装着体側において実行装置の伝動用線材へ人為的
動作を加えた場合には、動作検出装置が伝動用線材の摺
動した長さ（量）や力の大きさを検出して、これを数値
化することとなる。従って、このようにして得られた動
作検出装置での検出値をＣＡＤ装置へ入力すれば、該Ｃ
ＡＤ装置では画像化が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を、その実施例を示す図面に基づいて説明
すると次のとおりである。

ｇｊｉＪ１図は、本件構築体の概況を示す図である。

本件構築体は、ＣＡＤ装置４を全体構成の中心に置き、
これに実行装置１６．装着体（手の指などに対するもの
であるが、具体的には第２図参照のこと）及び動作検出
装置６，７が組まれて成る。以下、これらにつき逐一説
明する。

前記実行装置１６は、伝動用線材５　（５ａ、　５ｂ、
　５ｃのそれぞれ）と動力部８とが互いに１対１対応の
接続関係を有して成るものであって、これが複数対設け
られている。但し、第１図中では、図面の繁雑化を避け
るために、５本の指のうちの第２指（人指し指二以下、
車に指と言う）１のみを対象とした場合を想定してあり
、また伝動用線材５は、上記上１の第一関節１ａ＋第二
関節１ｂ、第三関節１ｃとそれぞれ対応させた３本（５
ａ、　５ｂ、　５ｃ）に限って示した。

実行装置１６の伝動用線材５　（５ａ、　５ｂ、　５ｃ
）は、適度な可撓性を有し、それでいて軸線方向への伸
縮性は極小乃至皆無の状態に形成させた線材である。具
体的には、極細の針金を緊密に撚り合わせたワイヤや、
合成樹脂材により延伸形成された紐状のものなどを用い
る。

実行装置１６の動力部８は、前記伝動用線材５をその軸
線方向に沿って押し出したり又は引き寄せたりして摺動
させるためのものである。また、伝動用線材５が自由摺
動を起こすおそれがある場合には、それに制動をかける
ようにして用いることもある０本実施例では、この動力
部８として、制御が比較的簡単であり回転時における角
速度の一定化に信頼性のある号−ホモ−ターを用いた。

しかし、これをステンとングモーターなどに置換するこ
ともできる。

前記装着体は、上記した実行装置１６の伝動用線材５が
動力部８により摺動される場合に、その従動側となる端
部を、人体の適所（例えば指５手。

腕など）へ取り付けるためのものである。第２図（ａ）
〜（Ｃ）は、その取付対象を指１とした場合において、
それを具体化し得る各態様につき側面的又は側断面的に
示した図である。

第２図（ａ）のものは、指１に対してベルト又はリング
状の保持具１０を取り付けて、該保持具１０へ伝動用線
材５の従動側端部を接続しである。

第２図（ｂ）のものは、上記保持具ｌＯよりも径大とな
った挿入軸１７に対してエアバック１１を内接状に配設
させると共に、各伝動用線材５　（５ａ、　５ｂ。

５ｃ）の従動側端部にはチューブ状のアウターケーシン
グ９を外挿させである。従って、上記エアバック１１を
膨らませれば、アウターケーシング９を介して伝動用線
材５　　（５ａ、　５ｂ、　５ｃ）が指ｌの背側へ押し
付けられ保持される。この構造では、各伝動用線材５　
（５ａ、　５ｂ、　５ｃ）を指１へ装着するのが容易と
なり、且つ指１に対する位置決めや保持力が確実化でき
る利点がある。なお、挿入軸１１．１１゜１１のうち、
指１の第二関節１ｂに対応する伝動用線材５ｂを指ｌへ
保持させる１個は、指１の第一関節ｌａに対応する伝動
用線材５ａに対してその中途部に外挿されたアウターケ
ーシング（第１図中の符号９参照）をも並列的に抱き込
むようにしである。

このことは、指１の第三関節ＩＣに対応する伝動用線材
５ｃを指１へ保持させる挿入軸１１において、他の伝動
用線材５ａ及び５ｂのアウターケーシング（第１図中の
符号９参照）を抱き込ませていることにも共通する。

第２図（ｃ）のものは、伝動用線材５　（５ａ、　５ｂ
。

５ｃ）の従動側端部に外挿されたアウターケーシング９
を、手袋１２の外面又は内部における所定箇所へ接着又
は縫合などにより一体的に取り付けである。この構造で
は、上記エアバック１１を用いたものよりも構造の簡略
化が図れ、指ｌに対する各伝動用線材５　（５ａ、　５
ｂ、　５ｃ）の装着も一層容易化されるものである。

このように、装着体の構造には種々様々なものが考えら
れるものであり、上記した態様以外にも採用可能な構造
は多い。殊に、実行装置１６の伝動用線材５を、人体の
他の適所（例えば腕や足又はその他）へ取り付ける場合
には、それなりに装着体の構造も変更される。すなわち
、伝動用線材５の取付対象領域が広がれば、装着体も大
型化されるものであり、上衣状、ズボン状又は全身スー
ツ状に形成させることもできる。

本件構築体の動作検出装置には、前記した如く第１図中
に符号６で示すものと符号７で示すものとの２種がある
。このうち、符号６で示す動作検出装置は、前記実行装
置１６の動力部８に対して、その回転軸８ａにカップリ
ング（図示省略）などを介して取り付けられている。該
動作検出装置６は、動力部８０回転軸８ａが回転した量
を検出することにより、これから伝動用線材５が摺動し
た長さを求め出すようにしである。またその摺動の方向
も判別することができる。なお、伝動用線材５が当該動
作検出装置６へ向かう方向に摺動するとき、該伝動用線
材５に従動側端部での滑りゃ中途部での撓みが起こるお
それのある場合には、動作検出装置６や実行装置１６の
動力部８又は伝動用線材５に対して引張方向に作用する
復帰バネ（図示省略）などを取り付けておけばよい０本
実施例では、この動作検出装置６としてポテンシオメー
タ、ロータリーエンコーダ、レゾルバなどを用いた。し
かし、伝動用線材５に対してその摺動長さを直接的に検
出することもでき、この場合は直線型ポテンシオメータ
などを用いればよい。該動作検出装置６によって検出さ
れる検出値は、ターミナルボックス１４を介して前記Ｃ
ＡＤ装置４へと入力される。

また、もう一つの動作検出装置７は、実行装置１６の伝
動用線材５に対してその中途部に介設されるようになっ
ている。従って該動作検出装置７は、伝動用線材５が摺
動した場合に、当該伝動用線材５に作用している張力（
マイナス圧）や圧力（プラス圧）を検出する。該動作検
出装置７としては、ストレインゲージや差動変圧器など
を用いることができる。なお、図示は省略するが、該動
作検出装置７によって検出される検出値も、ターミナル
ボックスなどを介してＣＡＤ４へと入力される。　−な
お、前記ＣＡＤ装置４については、従来のものとそれ程
変わったところはない、従って、ここでの説明は省略す
る。

このようにして成る本件構築体につき、その使用状況を
説明する。まず、ＣＡＤ装置４へ立体的な形象を画像入
力する場合について述べる。まず、入力しようとする形
象モデル（例えば第１図に矢符Ａで示した茶筒状のもの
）を準備する。また入力者は、手の指１などへ装着体（
実行装置１６における伝動用線材５の従動側端部）を取
り付ける。

この場合の装着体は、第１図に示した如き３本の伝動用
線材５ａ、　５ｂ、　５ｃ　（第２指用）の他にも、第
１指（親指）や第３指（中指）、又は更に第４指（薬指
）や第５指（小指）の各階における各関節に対して、そ
れぞれと対応する伝動用線材を取り付けるようにしたも
のであるのがよい、また、第３図に示す如く、各階（本
実施例では、第５指を省いた）の開き動作をも検出でき
るようにすべく、それぞれに対応させて伝動用線材５ｄ
〜５ｇを取り付けるようにするとよい、更に、手首３（
第１図参照）に対する手の甲２の仰起度合や曲げ度合を
も検出できるように伝動用線材を取り付けておくのが好
ましい。

ここまでの準備が整ったならば、入力者は上記形象モデ
ルＡを母金に触るようにする０例えば、形象モデルＡを
掴んだ場合には、各階は形象モデルへの外周面に沿って
円弧状に曲折する。そのため、全ての伝動用線材５は、
各階の曲がり度合や開き度合に応じてそれぞれの摺動長
さが自ずと異なるようになる。従って、ＣＡＤ装置４側
では、各動作検出装置６から送られる数値により、形象
モデルＡの外郭形状が立体であることを直ちに認識する
０次に、手の平を一旦開放させて、形象モデルＡを上記
とは異なる別の方向面から同様に掴む、このような動作
を何度か繰り返せば、形象モデルＡの断面形状が円であ
り、且つその縦方向に向かって同一の断面形状が連続し
ているものであることは直ぐに判明する。なお、手の平
を開放させて形象モデルＡの別方向面を掴み直す動作は
、手首３に対して手の甲２がどちらの方向へどれだけ曲
折されたかを検出することによって判別する・ことがで
きる、また、空間中での手の甲２の位置付けを知るには
、磁界中で測定点が移動する場合に誘起電力が変位する
のを測定したり、カメラ及びモニタを通して測定点の移
動を光学的に測定したりする従来公知の非接触型位置（
図示省略）を用いることにより、ＣＡＤ装置４内へ入力
することができる。なお、ＣＡＤ装置４での計算を迅速
化させるため、当初、入力者が視認し得る程度の簡易な
情報としてＣＡＤ装置４へ形象モデルＡが何であるか（
例えば「円柱である」程度の情報）を入力しておくこと
もできる。このようにして、外郭形状が如何に複雑な形
象モデルであっても、それを三次元的な画像としてＣＡ
Ｄ装置４へ入力することが極めて簡単に行える。

次に、上記の入力作業又は従来の入力作業により、ＣＡ
Ｄ装置４に既に立体的形象が画像化入力されているもの
として、これを出力させる場合について述べる。第１図
に示す如く、ＣＡＤ装置４の画面４ａ中には手をアニメ
ーシッン的に表現したカーソル１５が表示されており、
該カーソル１５は、装着体（実行装置１６における伝動
用線材５の従動側端部）を取り付けた手を動かすことで
、同様に画面４ａ中を移動する。これは、前記した非接
触型位置検出装置（図示省略）などにより、手を空間中
で動かした場合の位置付けと、ＣＡＤ装置４の画面４ａ
中でカーソル１５が移動する場合の位置付けとが常に同
期されるようになっているからである。

なお、カーソル１５は、正方形状などの代わり映えしな
いものでも別設構わないが、上記の如き手の形状にした
方が、看者の理解を助けるうえでも有利となる。

さて、空間中において、手を前後、左右、上下などの方
向へ動かすことにより、ＣＡＤ装置４の画面４ａ中に映
し出されている画像Ｂヘカーソル１５を接触させる。ま
た同時に、画像Ｂとカーソル１５との位置的関係を見な
がら実際の手の平を画像Ｂ側へ向けるようにし、恰も画
像Ｂを触るかの如き姿勢をとる。このとき、空間中には
前記した形象モデルＡは存在しないものとし、従って手
の平は、何に対しても触るものではないとする。

ところで、ＣＡＤ装置４において、画面４ａ中でのカー
ソル１５の位置付けは、常に二次元的座標として数値化
されていることは勿論である。そしてまた、該カーソル
１５の座標は、画像Ｂが、仮想空間内で三次元的に広が
った立体的形象を表現したものであるとき、その外郭形
状と関連付けるようにして認識されているものである。

このことを分り易く言えば、いま、画面４ａ中の画像Ｂ
に対して、その輪郭における縦方向の一点にカーソル１
５が位置付けられているとする。該カーソル１５は、画
面４ａ中では縦軸及び横軸上の交差点としてしか表され
ていないが、ＣＡＤ装置４内では円柱面の中の一点であ
ることを正しく認識しているわけである。

すなわち、該カーソル１５の置かれた点は、画面４ａ中
の奥方側及び手前側へ向かって同一の曲率半径を有した
円弧状に展開してゆくものであり、また画面４ａ中の上
方側及び下方側へ向かって直線状に展開してゆくもので
あることが認識されているのである。従って、ＣＡＤ装
置４の画面４ａ中に映し出された画像Ｂとカーソル１５
との位置的関係に基づき、前記した如く手の平を画像Ｂ
側へ向けるようにした場合には、その手の平の部分に画
像Ｂと対応した仮想空間（前記した形象モデルＡが恰も
そこに存在するかの如き空間）を形成させるにあたり、
例えば手の平の中心を基準として、各階の各関節をどの
程度曲げさせることが必要かをＣＡＤ装置４側で数値的
に示すことができる。そこで、この数値を座標信号とし
て実行装置１６へ送信すれば、動力部８がその回転軸８
ａを所定量回動乃至回転させるようになり、各階は、各
伝動用線材５の摺動を介して画像Ｂに基づいた円弧を成
す如く他動的に動かされることとなる。この状態で手を
上下方向へ動かすと、ＣＡＤ装置４の画面４ａ中で画像
Ｂからカーソル１５が離反しない限り、指の曲がり度合
や開き度合は変化しないものである。しかし、画像Ｂか
らカーソル１５が離反した場合には、その離反の状況（
画像Ｂの上端又は下端から指が１本づつ外れて該指が曲
げ度合を急激に高める様子）が、実際に指の曲がり度合
や開き度合の変化として伝えられるものである。従って
、ＣＡＤ装置４の画面４ａを見る者は、その画像Ｂに映
し出された立体的形象を実際に触っているかの如く体感
できるものとなる。そのため、該画像Ｂの表現している
現実感、立体感は、万人にとって均しく且つ正確に伝わ
る。なお、指が曲げ動作や開き動作をして実際に動かさ
れた量を、動作検出装置６や７で検出し、これをＣＡＤ
装置４から実行装置１６の動力部８へ送信される動作信
号へフィードバックさせることで、その正確さを一層高
めるように制御することができる。このようにすれば、
動力部８からの動作信号に反して指を人為的又は必要以
上に動かそうとした場合に、該動力部８によって伝動用
線材５の摺動に制動をかけさせ、もって指の曲がり度合
や開き度合を保証させることができる。

（別態様の検討） 第２図（ｃ）に示した如き手袋１２状の装着体において
、指先の腹に当たる部分や手の平に当たる部分に、圧カ
センサ、触覚センサ、温度センサなどを取着しておくこ
とができる。このようにすると、形象モデルＡ（第１図
参照）を掴んだ場合に、該形象モデルＡの重さや硬さ１
表面粗さ、温度などをも検出してこれをＣＡＤ装置４へ
久方することができ、外郭形状の認識のみならず、形象
モデルの特定をもＣＡＤ装置４によって行わせることが
できる。また、上記の各種セン号に換えて、ワイヤドツ
ト装置（ドツトプリンターの印刷ヘッド部分）やエアバ
ンク装置を装着しておけば、ＣＡＤ装置４からの出力に
触覚に関する情報を乗せることもでき、装着体を取り付
けた者に対して現実感をより一層詳しく伝えることがで
きるようになる。また更に、上記手袋１２を二重構造と
して内部に空洞部を形成させ、該空洞部へ比較的比重の
大きい液体を注入させたり排出させたりすることで、重
さの情報を伝達することもできる。そのうえ、実行装置
１６の動力部８や動作検出装置６．７とＣＡＤ装置４と
の間を無線通信可能なものとしておけば、装着体を取り
付けた者の行動範囲を広くでき、またその動作にも自由
度が持たせられるようになる。このように、本件構築体
の形状及び構成は、実施の態様に応じて適宜変更可能で
ある。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明に係る体感性能を
具備したＣＡＤ構築体によれば、ＣＡＤ装置に対して立
体的な形象を画像化入力する作業が極めて簡単になり、
また反対に、ＣＡＤ装置から立体的形象を出力する場合
に、それを万人に均しく、現実的且つ立体的なものとし
て正確に伝えることができるようになった。しかも、本
件構築体は、実行装置の伝動用線材を介して動作量の検
出及び動作力の伝達ができるようにしたものであって、
極めて簡潔な構造の具現化を達成し得たものである。従
って、実施の容易化、低廉化などが図られる等、幾多の
優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本件構築体の概況を示す図、第２図（ａ）〜（
ｃ）は指に対して装着体（実行装置における伝動用線材
の従動側端部）を取り付ける各種の構造を側面的又は側
断面的に示す図、第３１１！Ｊは指の開き度合を検出す
るための伝動用線材の取付状況を示す平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、画像を座標信号として入出力可能なＣＡＤ装置を中
   心に組まれた構築体であって、該ＣＡＤ装置から出力さ
   れる座標信号に基づいて伝動用線材を所定量摺動させる
   実行装置と、該実行装置の伝動用線材における従動側端
   部を人体の適所へ直接的又は間接的に取り付ける装着体
   と、前記実行装置の伝動用線材に作用する摺動動作に基
   づいて前記ＣＡＤ装置へ座標信号を入力する動作検出装
   置とより成ることを特徴とする体感性能を具備したＣＡ
   Ｄ構築体。