JPH1110561A - 物体形状提示装置 - Google Patents
物体形状提示装置Info
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- JPH1110561A JPH1110561A JP15986197A JP15986197A JPH1110561A JP H1110561 A JPH1110561 A JP H1110561A JP 15986197 A JP15986197 A JP 15986197A JP 15986197 A JP15986197 A JP 15986197A JP H1110561 A JPH1110561 A JP H1110561A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】対象物体の全体形状や変形状態を正確に提示す
ることが可能な物体形状提示装置を提供する。 【解決手段】操作者に対象物体の全体形状を提示可能な
複数の物体形状提示ヘッド6と、対象物体の形状に対応
して複数の物体形状提示ヘッドを各々独立して駆動する
複数の駆動手段とを備える。駆動手段は、物体形状提示
ヘッドを回転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転さ
せる回転駆動機構と、物体形状提示ヘッドを所定方向に
所定量だけ直線的に移動させる直線駆動機構とを備え
る。回転駆動機構は、平行板バネ16に支持された物体
形状提示ヘッドを回転させるDCギヤードモータ20と
DCギヤードモータの回転量を計測するロータリーエン
コーダ22とを備える。直線駆動機構は、ボールネジ2
4とボールネジに沿って平行に延出したリニアガイド2
6とボールネジを回転制御する制御手段とを備える。
ることが可能な物体形状提示装置を提供する。 【解決手段】操作者に対象物体の全体形状を提示可能な
複数の物体形状提示ヘッド6と、対象物体の形状に対応
して複数の物体形状提示ヘッドを各々独立して駆動する
複数の駆動手段とを備える。駆動手段は、物体形状提示
ヘッドを回転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転さ
せる回転駆動機構と、物体形状提示ヘッドを所定方向に
所定量だけ直線的に移動させる直線駆動機構とを備え
る。回転駆動機構は、平行板バネ16に支持された物体
形状提示ヘッドを回転させるDCギヤードモータ20と
DCギヤードモータの回転量を計測するロータリーエン
コーダ22とを備える。直線駆動機構は、ボールネジ2
4とボールネジに沿って平行に延出したリニアガイド2
6とボールネジを回転制御する制御手段とを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば仮想環境又
は遠隔環境において、対象物体の全体形状を操作者に提
示することが可能な物体形状提示装置に関する。
は遠隔環境において、対象物体の全体形状を操作者に提
示することが可能な物体形状提示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の物体形状提示装置とし
て、例えば特公平4−45303号公報には、操作者の
各指に圧覚情報を提示可能なシリンダー型空気圧アクチ
ュエータを備えたマスタ・スレーブ指マニピュレータの
操作器が開示されている(第1の従来技術)。
て、例えば特公平4−45303号公報には、操作者の
各指に圧覚情報を提示可能なシリンダー型空気圧アクチ
ュエータを備えたマスタ・スレーブ指マニピュレータの
操作器が開示されている(第1の従来技術)。
【0003】この第1の従来技術の操作器によれば、操
作者の各指の動作位置情報に基づいてシリンダー型空気
圧アクチュエータを制御することによって、操作者に対
象物体の圧覚情報(具体的には、反力情報)を提示する
ことができる。
作者の各指の動作位置情報に基づいてシリンダー型空気
圧アクチュエータを制御することによって、操作者に対
象物体の圧覚情報(具体的には、反力情報)を提示する
ことができる。
【0004】また、例えば特開平8−257947号公
報には、環境提示ユニットを用いた3次元力触覚ディス
プレイ装置が開示されている(第2の従来技術)。この
第2の従来技術の装置によれば、環境提示ユニットの出
力に基づいて、操作者の1本の指先に接触している対象
物体の形状情報や圧覚情報等を提示することができる。
報には、環境提示ユニットを用いた3次元力触覚ディス
プレイ装置が開示されている(第2の従来技術)。この
第2の従来技術の装置によれば、環境提示ユニットの出
力に基づいて、操作者の1本の指先に接触している対象
物体の形状情報や圧覚情報等を提示することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
従来技術の操作器では、対象物体の圧覚情報(具体的に
は、反力情報)を提示することは可能であるが、例えば
対象物体のエッジ部、局面部や平面部等の形状情報を提
示することは困難であった。
従来技術の操作器では、対象物体の圧覚情報(具体的に
は、反力情報)を提示することは可能であるが、例えば
対象物体のエッジ部、局面部や平面部等の形状情報を提
示することは困難であった。
【0006】また、第2の従来技術の装置では、操作者
の1本の指先が接触可能な範囲の対象物体の形状情報を
提示することは可能であるが、対象物体の全体形状を提
示することは困難であった。
の1本の指先が接触可能な範囲の対象物体の形状情報を
提示することは可能であるが、対象物体の全体形状を提
示することは困難であった。
【0007】本発明は、このような課題を解決するため
に成されており、その目的は、対象物体の全体形状や変
形状態を正確に提示することが可能な物体形状提示装置
を提供することにある。
に成されており、その目的は、対象物体の全体形状や変
形状態を正確に提示することが可能な物体形状提示装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の物体形状提示装置は、操作者に対象
物体の全体の形状を提示することが可能な複数の物体形
状提示手段と、前記対象物体の形状に対応して、前記複
数の物体形状提示手段を各々独立して駆動することが可
能な複数の駆動手段とを備えている。
るために、本発明の物体形状提示装置は、操作者に対象
物体の全体の形状を提示することが可能な複数の物体形
状提示手段と、前記対象物体の形状に対応して、前記複
数の物体形状提示手段を各々独立して駆動することが可
能な複数の駆動手段とを備えている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る物体形状提示装置について、図1〜図5を参照して説
明する。図1に示すように、本実施の形態の物体形状提
示装置は、操作者に対象物体の全体の形状を提示するこ
とが可能な複数の物体形状提示手段と、対象物体の形状
に対応して、複数の物体形状提示手段を各々独立して駆
動することが可能な複数の駆動手段とを備えている。
る物体形状提示装置について、図1〜図5を参照して説
明する。図1に示すように、本実施の形態の物体形状提
示装置は、操作者に対象物体の全体の形状を提示するこ
とが可能な複数の物体形状提示手段と、対象物体の形状
に対応して、複数の物体形状提示手段を各々独立して駆
動することが可能な複数の駆動手段とを備えている。
【0010】このような物体形状提示装置は、1つの物
体形状提示手段と1つの駆動手段とから成る1つのユニ
ット2を複数組み合わせることによって構成されてお
り、これらユニット2は、夫々、左右同一の構成(即
ち、面対象の位置関係)を有している。
体形状提示手段と1つの駆動手段とから成る1つのユニ
ット2を複数組み合わせることによって構成されてお
り、これらユニット2は、夫々、左右同一の構成(即
ち、面対象の位置関係)を有している。
【0011】なお、図1には、その一例として、筐体4
内に2つのユニット2を組み合わせることによって構成
した物体形状提示装置の構成が概略的に示されている。
従って、以下の説明では、その一方のユニット2の構成
について説明し、他方のユニット2の説明は省略する。
内に2つのユニット2を組み合わせることによって構成
した物体形状提示装置の構成が概略的に示されている。
従って、以下の説明では、その一方のユニット2の構成
について説明し、他方のユニット2の説明は省略する。
【0012】図2(a)には、本実施の形態の物体形状
提示装置を構成する1つのユニット2の構成が示されて
いる。図2(a)に示すように、ユニット2に設けられ
た物体形状提示手段は、1つの物体形状提示ヘッド6を
備えており、この物体形状提示ヘッド6は、例えば円柱
の一部を扇形状に切り落とした形状を成している(図2
(b)参照)。
提示装置を構成する1つのユニット2の構成が示されて
いる。図2(a)に示すように、ユニット2に設けられ
た物体形状提示手段は、1つの物体形状提示ヘッド6を
備えており、この物体形状提示ヘッド6は、例えば円柱
の一部を扇形状に切り落とした形状を成している(図2
(b)参照)。
【0013】この場合、操作者に提示する対象物体の材
質や表面粗さ等を考慮して、物体形状提示ヘッド6の材
質を例えば金属、木、ガラス、プラスチック、ゴム等の
中から任意に選択することが可能である。
質や表面粗さ等を考慮して、物体形状提示ヘッド6の材
質を例えば金属、木、ガラス、プラスチック、ゴム等の
中から任意に選択することが可能である。
【0014】物体形状提示ヘッド6には、2つの平面部
8a,8bと、これら平面部8a,8bに挟まれた球面
状の1つの形状提示曲面10とが形成されており、2つ
の平面部8a,8bのいずれか一方の面には、略円錐形
状の突起部12が設けられている(図2(b),(c)
参照)。
8a,8bと、これら平面部8a,8bに挟まれた球面
状の1つの形状提示曲面10とが形成されており、2つ
の平面部8a,8bのいずれか一方の面には、略円錐形
状の突起部12が設けられている(図2(b),(c)
参照)。
【0015】なお、以下の説明では、突起部12が設け
られた平面部8aを突起面8a、一方、突起部12が設
けられていない平面部8bを形状提示平面8bと言うこ
ととする。更に、突起面8aと形状提示平面8bとの接
点を側縁部6aと言うこととする。
られた平面部8aを突起面8a、一方、突起部12が設
けられていない平面部8bを形状提示平面8bと言うこ
ととする。更に、突起面8aと形状提示平面8bとの接
点を側縁部6aと言うこととする。
【0016】また、ユニット2に設けられた駆動手段
は、物体形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方向
に所定量だけ回転させることが可能な回転駆動機構と、
物体形状提示ヘッド6を所定方向(例えば、図2
(a),(b)中矢印M方向)に所定量だけ直線的に移
動させることが可能な直線駆動機構とを備えている。
は、物体形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方向
に所定量だけ回転させることが可能な回転駆動機構と、
物体形状提示ヘッド6を所定方向(例えば、図2
(a),(b)中矢印M方向)に所定量だけ直線的に移
動させることが可能な直線駆動機構とを備えている。
【0017】物体形状提示ヘッド6は、後述するボール
ネジ24に歯合可能なボールネジナット部14に取り付
けられており、このボールネジナット部14には、操作
者と物体形状提示ヘッド6との間に働く力(例えば、操
作者の手(各指)が物体形状提示ヘッド6に接触した際
に物体形状提示ヘッド6に働く圧力)を検出可能な力検
出機構が設けられている。
ネジ24に歯合可能なボールネジナット部14に取り付
けられており、このボールネジナット部14には、操作
者と物体形状提示ヘッド6との間に働く力(例えば、操
作者の手(各指)が物体形状提示ヘッド6に接触した際
に物体形状提示ヘッド6に働く圧力)を検出可能な力検
出機構が設けられている。
【0018】力検出機構には、物体形状提示ヘッド6を
弾性的に支持する平行板バネ16が設けられており、こ
の平行板バネ16は、操作者と物体形状提示ヘッド6と
の間に働く力に対応して所定の範囲で弾性変形すること
ができるように構成されている。
弾性的に支持する平行板バネ16が設けられており、こ
の平行板バネ16は、操作者と物体形状提示ヘッド6と
の間に働く力に対応して所定の範囲で弾性変形すること
ができるように構成されている。
【0019】更に、力検出機構には、平行板バネ16の
弾性変形量に基づいて、操作者と物体形状提示ヘッド6
との間に働く力を検出して、その力検出データを出力す
ることが可能な力検出素子18が設けられている。
弾性変形量に基づいて、操作者と物体形状提示ヘッド6
との間に働く力を検出して、その力検出データを出力す
ることが可能な力検出素子18が設けられている。
【0020】また、上述した回転駆動機構は、平行板バ
ネ16に支持されている物体形状提示ヘッド6を回転軸
Aを中心に回転させることが可能なDCギヤードモータ
20と、このDCギヤードモータ20の回転量を計測可
能なロータリーエンコーダ22とを備えており、ロータ
リーエンコーダ22によってDCギヤードモータ20の
回転量を計測することによって、物体形状提示ヘッド6
を回転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転させるこ
とができるように構成されている。
ネ16に支持されている物体形状提示ヘッド6を回転軸
Aを中心に回転させることが可能なDCギヤードモータ
20と、このDCギヤードモータ20の回転量を計測可
能なロータリーエンコーダ22とを備えており、ロータ
リーエンコーダ22によってDCギヤードモータ20の
回転量を計測することによって、物体形状提示ヘッド6
を回転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転させるこ
とができるように構成されている。
【0021】また、上述した直線駆動機構は、例えば図
2(a),(b)中矢印Mに沿って延出し且つ回転可能
なボールネジ24と、このボールネジ24に沿って平行
に延出したリニアガイド26と、ボールネジ24を回転
制御する制御手段とを備えており、上述したボールネジ
ナット部14は、リニアガイド26に極めて低摩擦で摺
動自在に保持されていると共に、ボールネジ24に歯合
している。
2(a),(b)中矢印Mに沿って延出し且つ回転可能
なボールネジ24と、このボールネジ24に沿って平行
に延出したリニアガイド26と、ボールネジ24を回転
制御する制御手段とを備えており、上述したボールネジ
ナット部14は、リニアガイド26に極めて低摩擦で摺
動自在に保持されていると共に、ボールネジ24に歯合
している。
【0022】ボールネジ24は、互いに対向配置された
第1及び第2の基台28,30によって回転自在に支持
されており、一方、リニアガイド26は、これら第1及
び第2の基台28,30に固定されている。
第1及び第2の基台28,30によって回転自在に支持
されており、一方、リニアガイド26は、これら第1及
び第2の基台28,30に固定されている。
【0023】また、第2の基台30に対向して第3の基
台32が配置されており、上述した制御手段は、この第
3の基台32に取り付けられている。制御手段は、ボー
ルネジ24を回転させることが可能なDCモータ34
と、このDCモータ34の回転量を計測可能なロータリ
ーエンコーダ36とを備えており、DCモータ34は、
カップリング38を介してボールネジ24に連結されて
いる。
台32が配置されており、上述した制御手段は、この第
3の基台32に取り付けられている。制御手段は、ボー
ルネジ24を回転させることが可能なDCモータ34
と、このDCモータ34の回転量を計測可能なロータリ
ーエンコーダ36とを備えており、DCモータ34は、
カップリング38を介してボールネジ24に連結されて
いる。
【0024】このような直線駆動機構において、ロータ
リーエンコーダ36によってDCモータ34の回転量を
計測して、ボールネジ24を所定方向に所定量だけ回転
させることによって、ボールネジナット部14をリニア
ガイド26に沿って矢印M方向に極めて低摩擦で摺動さ
せることができる。この結果、物体形状提示ヘッド6を
矢印M方向に所定量だけ直線的に移動させることが可能
となる。
リーエンコーダ36によってDCモータ34の回転量を
計測して、ボールネジ24を所定方向に所定量だけ回転
させることによって、ボールネジナット部14をリニア
ガイド26に沿って矢印M方向に極めて低摩擦で摺動さ
せることができる。この結果、物体形状提示ヘッド6を
矢印M方向に所定量だけ直線的に移動させることが可能
となる。
【0025】なお、第1,第2及び第3の基台28,3
0,32は、夫々、筐体4に対して固定することができ
るように構成されている。次に、本実施の形態の動作に
ついて、図1及び図2を参照して説明する。
0,32は、夫々、筐体4に対して固定することができ
るように構成されている。次に、本実施の形態の動作に
ついて、図1及び図2を参照して説明する。
【0026】物体形状提示装置を動作させている間、例
えば図6に示されたような操作者の手に装着可能な指運
動測定ユニット40を用いて、手の位置(各指の先端位
置)や手の姿勢(各指の先端姿勢)が三次元的に常時測
定され、その三次元測定データがリアルタイムで物体形
状提示装置の駆動手段に入力される。
えば図6に示されたような操作者の手に装着可能な指運
動測定ユニット40を用いて、手の位置(各指の先端位
置)や手の姿勢(各指の先端姿勢)が三次元的に常時測
定され、その三次元測定データがリアルタイムで物体形
状提示装置の駆動手段に入力される。
【0027】更に、操作者の手(各指)が物体形状提示
ヘッド6に接触している場合、上記力検出機構によっ
て、操作者の手(各指)と物体形状提示ヘッド6との間
に働く力が検出され、その力検出データがリアルタイム
で物体形状提示装置の駆動手段に入力される。
ヘッド6に接触している場合、上記力検出機構によっ
て、操作者の手(各指)と物体形状提示ヘッド6との間
に働く力が検出され、その力検出データがリアルタイム
で物体形状提示装置の駆動手段に入力される。
【0028】駆動手段は、三次元測定データ及び力検出
データに基づいて回転駆動機構及び直線駆動機構を制御
して、物体形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方
向に所定量だけ回転させると同時に、物体形状提示ヘッ
ド6を矢印M方向に所定量だけ直線的に移動させること
によって、物体形状提示ヘッド6を介して操作者の手
(各指)に反力を提示する。
データに基づいて回転駆動機構及び直線駆動機構を制御
して、物体形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方
向に所定量だけ回転させると同時に、物体形状提示ヘッ
ド6を矢印M方向に所定量だけ直線的に移動させること
によって、物体形状提示ヘッド6を介して操作者の手
(各指)に反力を提示する。
【0029】この場合、物体形状提示ヘッド6の回転量
や直線移動量等を制御して、物体形状提示ヘッド6を介
して操作者の手(各指)に提示させる反力の大きさや反
力の方向を調整することによって、対象物体の全体の形
状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変化(例えば、剛性
や柔軟性)を提示することができる。
や直線移動量等を制御して、物体形状提示ヘッド6を介
して操作者の手(各指)に提示させる反力の大きさや反
力の方向を調整することによって、対象物体の全体の形
状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変化(例えば、剛性
や柔軟性)を提示することができる。
【0030】例えば図3(a)に示すように、円柱状や
円錐状又は球状を有する剛体の対象物体42の全体形状
を操作者の手44(図面では、その一例として、人差し
指と親指)に提示させる場合には、各々の物体形状提示
ヘッド6の形状提示曲面10を操作者の手44(人差し
指と親指)に接触させれば良い。
円錐状又は球状を有する剛体の対象物体42の全体形状
を操作者の手44(図面では、その一例として、人差し
指と親指)に提示させる場合には、各々の物体形状提示
ヘッド6の形状提示曲面10を操作者の手44(人差し
指と親指)に接触させれば良い。
【0031】また、例えば図3(b)〜(d)に示すよ
うに、角柱状や角錐状又は円錐状或いは平面で囲まれた
多面体状の剛体の対象物体42の一部(例えば、エッジ
や平面)を操作者の手44(人差し指と親指)に提示さ
せる場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の側縁部6
aと形状提示平面8bと突起部12とを適宜組み合わせ
て操作者の手44に接触させれば良い。
うに、角柱状や角錐状又は円錐状或いは平面で囲まれた
多面体状の剛体の対象物体42の一部(例えば、エッジ
や平面)を操作者の手44(人差し指と親指)に提示さ
せる場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の側縁部6
aと形状提示平面8bと突起部12とを適宜組み合わせ
て操作者の手44に接触させれば良い。
【0032】また、例えば図4(a)に示すように、図
中矢印方向に弾性変形するような円柱状や円錐状又は球
状を有する非剛体の対象物体46の全体形状及びその変
形状態を操作者の手44(人差し指と親指)に提示させ
る場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の形状提示曲
面10を操作者の手44(人差し指と親指)に接触させ
ながら同時に、駆動手段の回転駆動機構及び直線駆動機
構を制御(物体形状提示ヘッド6の回転量や直線移動量
を制御)することによって、物体形状提示ヘッド6を介
して操作者の手44(各指)に提示させる反力の大きさ
や反力の方向を調整すれば良い。
中矢印方向に弾性変形するような円柱状や円錐状又は球
状を有する非剛体の対象物体46の全体形状及びその変
形状態を操作者の手44(人差し指と親指)に提示させ
る場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の形状提示曲
面10を操作者の手44(人差し指と親指)に接触させ
ながら同時に、駆動手段の回転駆動機構及び直線駆動機
構を制御(物体形状提示ヘッド6の回転量や直線移動量
を制御)することによって、物体形状提示ヘッド6を介
して操作者の手44(各指)に提示させる反力の大きさ
や反力の方向を調整すれば良い。
【0033】また、例えば図4(b)に示すように、図
中矢印方向に弾性変形するような角柱状や角錐状又は多
面体状の非剛体の対象物体46の一部(図面上では、エ
ッジ)の形状及びその変形状態を操作者の手44に提示
する場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の側縁部6
aを操作者の手44(人差し指と親指)に接触させなが
ら同時に、駆動手段の回転駆動機構及び直線駆動機構を
制御(物体形状提示ヘッド6の回転量や直線移動量を制
御)することによって、物体形状提示ヘッド6を介して
操作者の手44(各指)に提示させる反力の大きさや反
力の方向を調整すれば良い。
中矢印方向に弾性変形するような角柱状や角錐状又は多
面体状の非剛体の対象物体46の一部(図面上では、エ
ッジ)の形状及びその変形状態を操作者の手44に提示
する場合には、各々の物体形状提示ヘッド6の側縁部6
aを操作者の手44(人差し指と親指)に接触させなが
ら同時に、駆動手段の回転駆動機構及び直線駆動機構を
制御(物体形状提示ヘッド6の回転量や直線移動量を制
御)することによって、物体形状提示ヘッド6を介して
操作者の手44(各指)に提示させる反力の大きさや反
力の方向を調整すれば良い。
【0034】なお、図3及び図4には、操作者の人差し
指と親指に対象物体の形状等を提示させる場合について
説明したが、例えば操作者の5本の指の全てに対して対
象物体の形状等を提示させるように構成することも可能
であり、この場合には、各指に対応して5つのユニット
2を組み合わせれば良い。
指と親指に対象物体の形状等を提示させる場合について
説明したが、例えば操作者の5本の指の全てに対して対
象物体の形状等を提示させるように構成することも可能
であり、この場合には、各指に対応して5つのユニット
2を組み合わせれば良い。
【0035】また、本実施の形態の物体形状提示装置
は、上述したような剛体や非剛体の幾何学的な対象物体
42に関わらず、例えば図5(a),(b)に示すよう
な注射器48やハサミ50等の道具類の操作状況も模擬
的に提示させることが可能である。
は、上述したような剛体や非剛体の幾何学的な対象物体
42に関わらず、例えば図5(a),(b)に示すよう
な注射器48やハサミ50等の道具類の操作状況も模擬
的に提示させることが可能である。
【0036】このように本実施の形態によれば、対象物
体の全体形状や変形状態を正確に提示することが可能な
物体形状提示装置を提供することが可能となる。なお、
本発明は、上述した実施の形態の構成に限定されること
は無く、新規事項を追加しない範囲で種々変更すること
が可能である。
体の全体形状や変形状態を正確に提示することが可能な
物体形状提示装置を提供することが可能となる。なお、
本発明は、上述した実施の形態の構成に限定されること
は無く、新規事項を追加しない範囲で種々変更すること
が可能である。
【0037】まず、例えば図6に示すように、操作者の
手に装着可能であって且つ手の位置(各指の先端位置)
や手の姿勢(各指の先端姿勢)を三次元的に測定可能な
指運動測定ユニット40から出力される三次元測定デー
タに基づいて、物体形状提示装置の駆動手段が回転駆動
機構及び直線駆動機構を制御するように構成しても良
い。
手に装着可能であって且つ手の位置(各指の先端位置)
や手の姿勢(各指の先端姿勢)を三次元的に測定可能な
指運動測定ユニット40から出力される三次元測定デー
タに基づいて、物体形状提示装置の駆動手段が回転駆動
機構及び直線駆動機構を制御するように構成しても良
い。
【0038】この第1の変形例では、2つの物体形状提
示ヘッド6が、矢印M方向に延出したガイド部材52に
対して摺動自在に支持されている。そして、指運動測定
ユニット40から出力される三次元測定データに基づい
て、回転運動機構が、2つの物体形状提示ヘッド6を回
転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転させると同時
に、直線運動機構が、2つの物体形状提示ヘッド6を矢
印M方向に所定量だけ直線的に移動させることによっ
て、これら物体形状提示ヘッド6を介して操作者の手
(各指)に反力が提示される。この結果、対象物体の全
体形状や変形状態を正確に操作者に提示することができ
るようになっている。
示ヘッド6が、矢印M方向に延出したガイド部材52に
対して摺動自在に支持されている。そして、指運動測定
ユニット40から出力される三次元測定データに基づい
て、回転運動機構が、2つの物体形状提示ヘッド6を回
転軸Aを中心に所定方向に所定量だけ回転させると同時
に、直線運動機構が、2つの物体形状提示ヘッド6を矢
印M方向に所定量だけ直線的に移動させることによっ
て、これら物体形状提示ヘッド6を介して操作者の手
(各指)に反力が提示される。この結果、対象物体の全
体形状や変形状態を正確に操作者に提示することができ
るようになっている。
【0039】なお、特に図示しないが、駆動手段の回転
駆動機構及び直線運動機構並びに力検出機構は、上述し
た実施の形態の構成を利用することができるため、その
説明は省略する。
駆動機構及び直線運動機構並びに力検出機構は、上述し
た実施の形態の構成を利用することができるため、その
説明は省略する。
【0040】このように本変形例によれば、操作者の手
(各指)に対する対象物体の全体形状や変形状態を提示
するために必要な構成のうち、重量が大きな駆動系を手
に装着する必要が無い。この場合、手に対する負荷を軽
減することができるため、充分に大きな力の発生を必要
とする例えば剛体の提示が可能となる。
(各指)に対する対象物体の全体形状や変形状態を提示
するために必要な構成のうち、重量が大きな駆動系を手
に装着する必要が無い。この場合、手に対する負荷を軽
減することができるため、充分に大きな力の発生を必要
とする例えば剛体の提示が可能となる。
【0041】更に、本変形例によれば、物体形状提示装
置の構成を簡略化することができるため、装置のコンパ
クト化を実現できると共に、例えばデスクトップタイプ
の装置を提供することが可能となる。
置の構成を簡略化することができるため、装置のコンパ
クト化を実現できると共に、例えばデスクトップタイプ
の装置を提供することが可能となる。
【0042】なお、本変形例では、その一例として、2
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
【0043】次に、例えば図7(a),(b)に示すよ
うに、操作者に対象物体の振動状態を提示することが可
能な振動提示手段を物体形状提示装置に組み込んでも良
い。この第2の変形例において、振動提示手段として
は、所定の電圧を印加することによって所定の周波数で
振動することが可能な例えばボイスコイルモータや圧電
体等の振動器54を適用することができる。
うに、操作者に対象物体の振動状態を提示することが可
能な振動提示手段を物体形状提示装置に組み込んでも良
い。この第2の変形例において、振動提示手段として
は、所定の電圧を印加することによって所定の周波数で
振動することが可能な例えばボイスコイルモータや圧電
体等の振動器54を適用することができる。
【0044】図7(a)には、その一例として、図6に
示した物体形状提示装置の2つの物体形状提示ヘッド6
に夫々振動器54が取り付けられており、図7(b)に
は、その一例として、図6に示した物体形状提示装置の
ガイド部材52に振動器54が設けられている。
示した物体形状提示装置の2つの物体形状提示ヘッド6
に夫々振動器54が取り付けられており、図7(b)に
は、その一例として、図6に示した物体形状提示装置の
ガイド部材52に振動器54が設けられている。
【0045】このような構成において、振動器54から
発生する振動は、各物体形状提示ヘッド6を介して操作
者の手(各指)に伝搬される。このとき伝搬される振動
は、主に、各物体形状提示ヘッド6の表面を伝わる表面
波であって、その方向は、振動器54の振動方向と平行
である。従って、操作者に提示したい振動方向と振動器
54の振動方向とが一致するように、振動器54の取付
位置を調整することによって、対象物体の振動状態を正
確に操作者に提示することができる。
発生する振動は、各物体形状提示ヘッド6を介して操作
者の手(各指)に伝搬される。このとき伝搬される振動
は、主に、各物体形状提示ヘッド6の表面を伝わる表面
波であって、その方向は、振動器54の振動方向と平行
である。従って、操作者に提示したい振動方向と振動器
54の振動方向とが一致するように、振動器54の取付
位置を調整することによって、対象物体の振動状態を正
確に操作者に提示することができる。
【0046】なお、振動手段としては、例えば、その振
動方向が上下又は左右に切り換えることが可能な振動器
54を適用することも好ましい。このように本変形例に
よれば、例えば対象物体が摩擦運動(仮想的な作業にお
ける対象物体と環境との摩擦運動)している際に生じる
振動状態(即ち、摩擦振動周波数)を正確に操作者に提
示することが可能となる。
動方向が上下又は左右に切り換えることが可能な振動器
54を適用することも好ましい。このように本変形例に
よれば、例えば対象物体が摩擦運動(仮想的な作業にお
ける対象物体と環境との摩擦運動)している際に生じる
振動状態(即ち、摩擦振動周波数)を正確に操作者に提
示することが可能となる。
【0047】また、人間が知覚する対象物体の硬さや柔
らかさと、操作者の手(各指)の表面に発生する振動周
波数との間には、何等かの相関関係があることが知られ
ている。従って、この相関関係に基づいた振動状態を振
動器54から発生させることによって、操作者に対象物
体の表面の硬さや柔らかさ等の知覚情報を提示すること
が可能となる。
らかさと、操作者の手(各指)の表面に発生する振動周
波数との間には、何等かの相関関係があることが知られ
ている。従って、この相関関係に基づいた振動状態を振
動器54から発生させることによって、操作者に対象物
体の表面の硬さや柔らかさ等の知覚情報を提示すること
が可能となる。
【0048】なお、本変形例では、その一例として、2
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
【0049】次に、例えば図8に示すように、図6に示
した物体形状提示装置を6自由度を有するマニピュレー
タ56(例えば、パラレルリンク型マニピュレータ)の
エンドエフェクター部56aに搭載しても良い。
した物体形状提示装置を6自由度を有するマニピュレー
タ56(例えば、パラレルリンク型マニピュレータ)の
エンドエフェクター部56aに搭載しても良い。
【0050】この第3の変形例において、第1の変形例
(図6参照)と同様に、指運動測定ユニット40から出
力される三次元測定データや力検出機構の力検出データ
に加えて、更に、マニピュレータ56のエンドエフェク
ター部56aの位置及び姿勢情報に基づいて、回転駆動
機構及び直線駆動機構並びにマニピュレータ56を制御
する。
(図6参照)と同様に、指運動測定ユニット40から出
力される三次元測定データや力検出機構の力検出データ
に加えて、更に、マニピュレータ56のエンドエフェク
ター部56aの位置及び姿勢情報に基づいて、回転駆動
機構及び直線駆動機構並びにマニピュレータ56を制御
する。
【0051】このような本変形例によれば、マニピュレ
ータ56と図6に示した物体形状提示装置とを組み合わ
せたことによって、6自由度方向の全ての変位状態や力
発生状態を操作者に提示することができる。この結果、
複雑な形状を有する対象物体42(本変形例では、その
一例として、立方体形状の対象物体)の全体形状を三次
元的に操作者に正確に提示することが可能となると共
に、この対象物体42の三次元空間内の複雑な動きや変
化状態を正確に操作者に提示することが可能となる。
ータ56と図6に示した物体形状提示装置とを組み合わ
せたことによって、6自由度方向の全ての変位状態や力
発生状態を操作者に提示することができる。この結果、
複雑な形状を有する対象物体42(本変形例では、その
一例として、立方体形状の対象物体)の全体形状を三次
元的に操作者に正確に提示することが可能となると共
に、この対象物体42の三次元空間内の複雑な動きや変
化状態を正確に操作者に提示することが可能となる。
【0052】なお、本変形例では、その一例として、2
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
【0053】次に、例えば図9に示すように、操作者の
頭部58の運動状態に基づいて操作者に仮想作業環境6
0を三次元的に画像表示することが可能な頭部装着型視
覚聴覚提示装置を図8に示した物体形状提示装置に組み
込んでも良い。
頭部58の運動状態に基づいて操作者に仮想作業環境6
0を三次元的に画像表示することが可能な頭部装着型視
覚聴覚提示装置を図8に示した物体形状提示装置に組み
込んでも良い。
【0054】この第4の変形例に適用した頭部装着型視
覚聴覚提示装置は、操作者の頭部58の三次元空間内の
位置や姿勢を測定可能な計測ユニット62と、仮想作業
環境60における視覚情報や聴覚情報を操作者に提示可
能な視覚聴覚提示ユニット64とを備えている。
覚聴覚提示装置は、操作者の頭部58の三次元空間内の
位置や姿勢を測定可能な計測ユニット62と、仮想作業
環境60における視覚情報や聴覚情報を操作者に提示可
能な視覚聴覚提示ユニット64とを備えている。
【0055】このような本変形例によれば、操作者の観
察姿勢に影響されること無く、常に正確な位置及び姿勢
の仮想作業環境60を操作者に提示することができる。
この結果、物体形状提示装置から操作者に提示される対
象物体の形状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変化(例
えば、剛性や柔軟性)の各種情報と視覚情報との間の矛
盾を解消できるため、例えば没入感及び操作性の高い仮
想作業環境60を構築することが可能となる。
察姿勢に影響されること無く、常に正確な位置及び姿勢
の仮想作業環境60を操作者に提示することができる。
この結果、物体形状提示装置から操作者に提示される対
象物体の形状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変化(例
えば、剛性や柔軟性)の各種情報と視覚情報との間の矛
盾を解消できるため、例えば没入感及び操作性の高い仮
想作業環境60を構築することが可能となる。
【0056】なお、本変形例では、その一例として、2
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
つの物体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示した
が、使用目的に応じて、物体形状提示ヘッド6の数を増
減することが可能である。
【0057】次に、例えば10に示すように、対象物体
の三次元形状や三次元変化等を操作者の手の各指に提示
することができるように、図8に示したマニピュレータ
56を複数用意すると共に、これらマニピュレータ56
のエンドエフェクター部56aに夫々1つずつ物体形状
提示ヘッド6を搭載しても良い。
の三次元形状や三次元変化等を操作者の手の各指に提示
することができるように、図8に示したマニピュレータ
56を複数用意すると共に、これらマニピュレータ56
のエンドエフェクター部56aに夫々1つずつ物体形状
提示ヘッド6を搭載しても良い。
【0058】なお、この第5の変形例では、その一例と
して、親指と人差し指と中指に対応した3個のマニピュ
レータ56が設けられている。また、これらマニピュレ
ータ56のエンドエフェクター部56aに搭載された物
体形状提示ヘッド6は、夫々駆動手段の回転駆動機構に
よって回転制御されるようになっている。
して、親指と人差し指と中指に対応した3個のマニピュ
レータ56が設けられている。また、これらマニピュレ
ータ56のエンドエフェクター部56aに搭載された物
体形状提示ヘッド6は、夫々駆動手段の回転駆動機構に
よって回転制御されるようになっている。
【0059】このような本変形例によれば、操作者の手
の各指に夫々独立して対象物体の形状や運動変化の各種
情報を提示することが可能となる。なお、本変形例で
は、その一例として、3つのマニピュレータ56及び物
体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示したが、使
用目的に応じて、マニピュレータ56と共に物体形状提
示ヘッド6の数を増減することが可能である。
の各指に夫々独立して対象物体の形状や運動変化の各種
情報を提示することが可能となる。なお、本変形例で
は、その一例として、3つのマニピュレータ56及び物
体形状提示ヘッド6を備えた装置の構成を示したが、使
用目的に応じて、マニピュレータ56と共に物体形状提
示ヘッド6の数を増減することが可能である。
【0060】次に、上記実施の形態及び第1〜第5の変
形例に適用した物体形状提示ヘッド6を着脱式に構成す
れば、対象物体の形状や使用目的に対応して、例えば図
11(a)〜(c)に示されたような形状を有する物体
形状提示ヘッド6を適宜選択することが可能となる。
形例に適用した物体形状提示ヘッド6を着脱式に構成す
れば、対象物体の形状や使用目的に対応して、例えば図
11(a)〜(c)に示されたような形状を有する物体
形状提示ヘッド6を適宜選択することが可能となる。
【0061】この第6の変形例において、例えば図11
(d)に示すように、ハサミ50の持ち手50aの形状
に一致した物体形状提示ヘッド6(同図(a)参照)を
持ち手50aに適用すれば、操作者に対してハサミ50
を実際に操作しているような感覚を提示することが可能
となる。
(d)に示すように、ハサミ50の持ち手50aの形状
に一致した物体形状提示ヘッド6(同図(a)参照)を
持ち手50aに適用すれば、操作者に対してハサミ50
を実際に操作しているような感覚を提示することが可能
となる。
【0062】なお、本明細書中には、以下のような発明
が含まれる。 (1) 操作者に対象物体の全体の形状を提示すること
が可能な複数の物体形状提示手段と、前記対象物体の形
状に対応して、前記複数の物体形状提示手段を各々独立
して駆動することが可能な複数の駆動手段とを備えてい
ることを特徴とする物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態(図1〜図5参照)
に対応している。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示手段を各々
独立して駆動することによって、対象物体の全体形状や
変形状態を正確に操作者に提示させることができる。 (2) 前記物体形状提示手段は、前記対象物体の形状
に対応した面を有する物体形状提示ヘッドを備えている
ことを特徴とする上記1に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
が含まれる。 (1) 操作者に対象物体の全体の形状を提示すること
が可能な複数の物体形状提示手段と、前記対象物体の形
状に対応して、前記複数の物体形状提示手段を各々独立
して駆動することが可能な複数の駆動手段とを備えてい
ることを特徴とする物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態(図1〜図5参照)
に対応している。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示手段を各々
独立して駆動することによって、対象物体の全体形状や
変形状態を正確に操作者に提示させることができる。 (2) 前記物体形状提示手段は、前記対象物体の形状
に対応した面を有する物体形状提示ヘッドを備えている
ことを特徴とする上記1に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
【0063】例えば図2(b),(c)に示すように、
物体形状提示ヘッド6には、2つの平面部8a,8b
と、これら平面部8a,8bに挟まれた球面状の1つの
形状提示曲面10とが形成されており、2つの平面部8
a,8bのいずれか一方の面には、略円錐形状の突起部
12が設けられている。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示ヘッドを各
々独立して駆動することによって、対象物体の全体形状
や変形状態を正確に操作者に提示させることができる。 (3) 前記駆動手段は、前記物体形状提示手段を所定
方向に所定量だけ回転させることが可能な回転駆動機構
と、前記物体形状提示手段を所定方向に所定量だけ直線
的に移動させることが可能な直線駆動機構とを備えてい
ることを特徴とする上記1に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
物体形状提示ヘッド6には、2つの平面部8a,8b
と、これら平面部8a,8bに挟まれた球面状の1つの
形状提示曲面10とが形成されており、2つの平面部8
a,8bのいずれか一方の面には、略円錐形状の突起部
12が設けられている。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示ヘッドを各
々独立して駆動することによって、対象物体の全体形状
や変形状態を正確に操作者に提示させることができる。 (3) 前記駆動手段は、前記物体形状提示手段を所定
方向に所定量だけ回転させることが可能な回転駆動機構
と、前記物体形状提示手段を所定方向に所定量だけ直線
的に移動させることが可能な直線駆動機構とを備えてい
ることを特徴とする上記1に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
【0064】例えば図2(a)に示すように、回転駆動
機構は、平行板バネ16に支持されている物体形状提示
ヘッド6を回転軸Aを中心に回転させることが可能なD
Cギヤードモータ20と、このDCギヤードモータ20
の回転量を計測可能なロータリーエンコーダ22とを備
えており、ロータリーエンコーダ22によってDCギヤ
ードモータ20の回転量を計測することによって、物体
形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方向に所定量
だけ回転させることができるように構成されている。
機構は、平行板バネ16に支持されている物体形状提示
ヘッド6を回転軸Aを中心に回転させることが可能なD
Cギヤードモータ20と、このDCギヤードモータ20
の回転量を計測可能なロータリーエンコーダ22とを備
えており、ロータリーエンコーダ22によってDCギヤ
ードモータ20の回転量を計測することによって、物体
形状提示ヘッド6を回転軸Aを中心に所定方向に所定量
だけ回転させることができるように構成されている。
【0065】また、上述した直線駆動機構は、例えば図
2(a),(b)中矢印Mに沿って延出し且つ回転可能
なボールネジ24と、このボールネジ24に沿って平行
に延出したリニアガイド26と、ボールネジ24を回転
制御する制御手段とを備えており、上述したボールネジ
ナット部14は、リニアガイド26に極めて低摩擦で摺
動自在に保持されていると共に、ボールネジ24に歯合
している。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示手段を各々
独立して回転及び直線移動させることによって、対象物
体の全体形状や変形状態を正確に操作者に提示させるこ
とができる。 (4) 操作者と前記物体形状提示手段との間に働く力
を検出可能な力検出機構を備えており、前記駆動手段
は、前記力検出手段の出力に基づいて、前記物体形状提
示手段を介して操作者に反力を提示することが可能に構
成されていることを特徴とする上記(1)に記載の物体
形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
2(a),(b)中矢印Mに沿って延出し且つ回転可能
なボールネジ24と、このボールネジ24に沿って平行
に延出したリニアガイド26と、ボールネジ24を回転
制御する制御手段とを備えており、上述したボールネジ
ナット部14は、リニアガイド26に極めて低摩擦で摺
動自在に保持されていると共に、ボールネジ24に歯合
している。 (作用効果)駆動手段が複数の物体形状提示手段を各々
独立して回転及び直線移動させることによって、対象物
体の全体形状や変形状態を正確に操作者に提示させるこ
とができる。 (4) 操作者と前記物体形状提示手段との間に働く力
を検出可能な力検出機構を備えており、前記駆動手段
は、前記力検出手段の出力に基づいて、前記物体形状提
示手段を介して操作者に反力を提示することが可能に構
成されていることを特徴とする上記(1)に記載の物体
形状提示装置。 (構成)この発明は、一実施の形態に対応している。
【0066】例えば図2(a)に示すように、力検出機
構は、物体形状提示ヘッド6を弾性的に支持する平行板
バネ16を備えており、この平行板バネ16は、操作者
と物体形状提示ヘッド6との間に働く力に対応して所定
の範囲で弾性変形することができるように構成されてい
る。更に、力検出機構には、平行板バネ16の弾性変形
量に基づいて、操作者と物体形状提示ヘッド6との間に
働く力を検出して、その力検出データを出力することが
可能な力検出素子18が設けられている。 (作用効果)力検出機構の出力に基づいて駆動手段を制
御して、物体形状提示手段を介して操作者に提示させる
反力の大きさや反力の方向を調整することによって、対
象物体の全体の形状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変
化(例えば、剛性や柔軟性)を提示することができる。 (5) 操作者の手の位置及び姿勢を三次元的に測定可
能な指運動測定ユニットを備えており、前記駆動手段
は、前記指運動測定ユニットの出力に基づいて、前記物
体形状提示手段を介して操作者に反力を提示することが
可能に構成されていることを特徴とする上記(1)に記
載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第1の変形例(図6参照)に対応
している。
構は、物体形状提示ヘッド6を弾性的に支持する平行板
バネ16を備えており、この平行板バネ16は、操作者
と物体形状提示ヘッド6との間に働く力に対応して所定
の範囲で弾性変形することができるように構成されてい
る。更に、力検出機構には、平行板バネ16の弾性変形
量に基づいて、操作者と物体形状提示ヘッド6との間に
働く力を検出して、その力検出データを出力することが
可能な力検出素子18が設けられている。 (作用効果)力検出機構の出力に基づいて駆動手段を制
御して、物体形状提示手段を介して操作者に提示させる
反力の大きさや反力の方向を調整することによって、対
象物体の全体の形状(例えば、凹凸やエッジ)や運動変
化(例えば、剛性や柔軟性)を提示することができる。 (5) 操作者の手の位置及び姿勢を三次元的に測定可
能な指運動測定ユニットを備えており、前記駆動手段
は、前記指運動測定ユニットの出力に基づいて、前記物
体形状提示手段を介して操作者に反力を提示することが
可能に構成されていることを特徴とする上記(1)に記
載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第1の変形例(図6参照)に対応
している。
【0067】図6に示すように、指運動測定ユニット4
0から出力される三次元測定データに基づいて、物体形
状提示装置の駆動手段が回転駆動機構及び直線駆動機構
を制御するようになっている。 (作用効果)回転駆動機構及び直線駆動機構を制御する
ことによって、対象物体の全体形状や変形状態を正確に
操作者に提示することができる。
0から出力される三次元測定データに基づいて、物体形
状提示装置の駆動手段が回転駆動機構及び直線駆動機構
を制御するようになっている。 (作用効果)回転駆動機構及び直線駆動機構を制御する
ことによって、対象物体の全体形状や変形状態を正確に
操作者に提示することができる。
【0068】本変形例によれば、操作者の手(各指)に
対する対象物体の全体形状や変形状態を提示するために
必要な構成のうち、重量が大きな駆動系を手に装着する
必要が無い。この場合、手に対する負荷を軽減すること
ができるため、充分に大きな力の発生を必要とする例え
ば剛体の提示が可能となる。 (6) 操作者に前記対象物体の振動状態を提示するこ
とが可能な振動提示手段を備えており、この振動提示手
段から発生する振動を前記物体形状提示手段に伝搬する
ことによって、操作者に前記対象物体の振動状態を提示
することが可能な上記(1)に記載の物体形状提示装
置。 (構成)この発明は、第2の変形例(図7参照)に対応
している。
対する対象物体の全体形状や変形状態を提示するために
必要な構成のうち、重量が大きな駆動系を手に装着する
必要が無い。この場合、手に対する負荷を軽減すること
ができるため、充分に大きな力の発生を必要とする例え
ば剛体の提示が可能となる。 (6) 操作者に前記対象物体の振動状態を提示するこ
とが可能な振動提示手段を備えており、この振動提示手
段から発生する振動を前記物体形状提示手段に伝搬する
ことによって、操作者に前記対象物体の振動状態を提示
することが可能な上記(1)に記載の物体形状提示装
置。 (構成)この発明は、第2の変形例(図7参照)に対応
している。
【0069】図7に示すように、振動提示手段として
は、所定の電圧を印加することによって所定の周波数で
振動することが可能な例えばボイスコイルモータや圧電
体等の振動器54を適用することができる。 (作用効果)振動提示手段から発生する振動は、各物体
形状提示手段を介して操作者に伝搬される。このとき伝
搬される振動は、主に、各物体形状提示手段の表面を伝
わる表面波であって、その方向は、振動提示手段の振動
方向と平行である。従って、操作者に提示したい振動方
向と振動提示手段の振動方向とが一致するように、振動
提示手段の取付位置を調整することによって、対象物体
の振動状態を正確に操作者に提示することができる。 (7) 前記複数の物体形状提示手段は、6自由度を有
するマニピュレータに搭載されていることを特徴とする
上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第3の変形例(図8参照)に対応
している。
は、所定の電圧を印加することによって所定の周波数で
振動することが可能な例えばボイスコイルモータや圧電
体等の振動器54を適用することができる。 (作用効果)振動提示手段から発生する振動は、各物体
形状提示手段を介して操作者に伝搬される。このとき伝
搬される振動は、主に、各物体形状提示手段の表面を伝
わる表面波であって、その方向は、振動提示手段の振動
方向と平行である。従って、操作者に提示したい振動方
向と振動提示手段の振動方向とが一致するように、振動
提示手段の取付位置を調整することによって、対象物体
の振動状態を正確に操作者に提示することができる。 (7) 前記複数の物体形状提示手段は、6自由度を有
するマニピュレータに搭載されていることを特徴とする
上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第3の変形例(図8参照)に対応
している。
【0070】図7に示すように、マニピュレータとして
は、パラレルリンク型マニピュレータ56を適用するこ
とが可能である。 (作用効果)6自由度方向の全ての変位状態や力発生状
態を操作者に提示することができるため、複雑な形状を
有する対象物体の全体形状を三次元的に操作者に正確に
提示することが可能となると共に、この対象物体の三次
元空間内の複雑な動きや変化状態を正確に操作者に提示
することが可能となる。 (8) 操作者の頭部の運動状態に基づいて、操作者に
仮想作業環境を三次元的に画像表示することが可能な頭
部装着型視覚聴覚提示装置を備えており、この頭部装着
型視覚聴覚提示装置には、操作者の頭部の三次元空間内
の位置や姿勢を測定可能な計測ユニットと、前記仮想作
業環境における視覚情報や聴覚情報を操作者に提示可能
な視覚聴覚提示ユニットとが設けられていることを特徴
とする上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第4の変形例(図9参照)に対応
している。 (作用効果)操作者の観察姿勢に影響されること無く、
常に正確な位置及び姿勢の仮想作業環境を操作者に提示
することができる。この結果、物体形状提示装置から操
作者に提示される対象物体の形状(例えば、凹凸やエッ
ジ)や運動変化(例えば、剛性や柔軟性)の各種情報と
視覚情報との間の矛盾を解消できるため、例えば没入感
及び操作性の高い仮想作業環境を構築することが可能と
なる。 (9) 前記複数の物体形状提示手段は、各々、6自由
度を有するマニピュレータに1つずつ搭載されているこ
とを特徴とする上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第5の変形例(図10参照)に対
応している。 (作用効果)操作者の手の各指に夫々独立して対象物体
の形状や運動変化の各種情報を提示することが可能とな
る。 (10) 前記複数の物体形状提示手段は、各々、着脱
自在に構成されており、前記対象物体の形状や使用目的
に対応して、所望の物体形状提示手段を選択することが
可能であることを特徴とする上記(1)に記載の物体形
状提示装置。 (構成)この発明は、第6の変形例(図11参照)に対
応している。 (作用効果)例えば図11(d)に示すように、ハサミ
50の持ち手50aの形状に一致した物体形状提示ヘッ
ド6(同図(a)参照)を持ち手50aに適用すれば、
操作者に対してハサミ50を実際に操作しているような
感覚を提示することが可能となる。
は、パラレルリンク型マニピュレータ56を適用するこ
とが可能である。 (作用効果)6自由度方向の全ての変位状態や力発生状
態を操作者に提示することができるため、複雑な形状を
有する対象物体の全体形状を三次元的に操作者に正確に
提示することが可能となると共に、この対象物体の三次
元空間内の複雑な動きや変化状態を正確に操作者に提示
することが可能となる。 (8) 操作者の頭部の運動状態に基づいて、操作者に
仮想作業環境を三次元的に画像表示することが可能な頭
部装着型視覚聴覚提示装置を備えており、この頭部装着
型視覚聴覚提示装置には、操作者の頭部の三次元空間内
の位置や姿勢を測定可能な計測ユニットと、前記仮想作
業環境における視覚情報や聴覚情報を操作者に提示可能
な視覚聴覚提示ユニットとが設けられていることを特徴
とする上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第4の変形例(図9参照)に対応
している。 (作用効果)操作者の観察姿勢に影響されること無く、
常に正確な位置及び姿勢の仮想作業環境を操作者に提示
することができる。この結果、物体形状提示装置から操
作者に提示される対象物体の形状(例えば、凹凸やエッ
ジ)や運動変化(例えば、剛性や柔軟性)の各種情報と
視覚情報との間の矛盾を解消できるため、例えば没入感
及び操作性の高い仮想作業環境を構築することが可能と
なる。 (9) 前記複数の物体形状提示手段は、各々、6自由
度を有するマニピュレータに1つずつ搭載されているこ
とを特徴とする上記(1)に記載の物体形状提示装置。 (構成)この発明は、第5の変形例(図10参照)に対
応している。 (作用効果)操作者の手の各指に夫々独立して対象物体
の形状や運動変化の各種情報を提示することが可能とな
る。 (10) 前記複数の物体形状提示手段は、各々、着脱
自在に構成されており、前記対象物体の形状や使用目的
に対応して、所望の物体形状提示手段を選択することが
可能であることを特徴とする上記(1)に記載の物体形
状提示装置。 (構成)この発明は、第6の変形例(図11参照)に対
応している。 (作用効果)例えば図11(d)に示すように、ハサミ
50の持ち手50aの形状に一致した物体形状提示ヘッ
ド6(同図(a)参照)を持ち手50aに適用すれば、
操作者に対してハサミ50を実際に操作しているような
感覚を提示することが可能となる。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、対象物体の全体形状や
変形状態を正確に提示することが可能な物体形状提示装
置を提供することができる。
変形状態を正確に提示することが可能な物体形状提示装
置を提供することができる。
【図1】本発明の一実施の形態に係る物体形状提示装置
の構成を示す斜視図。
の構成を示す斜視図。
【図2】(a)は、図1に示された物体形状提示装置の
主要な構成を概略的に示す斜視図、(b)は、図1に示
された物体形状提示装置に設けられた物体形状提示ヘッ
ドの斜視図、(c)は、物体形状提示ヘッドの側面図。
主要な構成を概略的に示す斜視図、(b)は、図1に示
された物体形状提示装置に設けられた物体形状提示ヘッ
ドの斜視図、(c)は、物体形状提示ヘッドの側面図。
【図3】(a)〜(d)は、夫々、剛体の対象物体の全
体形状を操作者の手に提示させている状態を示す図。
体形状を操作者の手に提示させている状態を示す図。
【図4】(a)及び(b)は、夫々、非剛体の対象物体
の全体形状を操作者の手に提示させている状態を示す
図。
の全体形状を操作者の手に提示させている状態を示す
図。
【図5】(a)は、注射器の操作状況を模擬的に操作者
の手に提示させている状態を示す図、(b)は、ハサミ
の操作状況を模擬的に操作者の手に提示させている状態
を示す図。
の手に提示させている状態を示す図、(b)は、ハサミ
の操作状況を模擬的に操作者の手に提示させている状態
を示す図。
【図6】本発明の第1の変形例に係る物体形状提示装置
の主要な構成を示す斜視図。
の主要な構成を示す斜視図。
【図7】(a)及び(b)は、本発明の第2の変形例に
係る物体形状提示装置の主要な構成を示す斜視図。
係る物体形状提示装置の主要な構成を示す斜視図。
【図8】本発明の第3の変形例に係る物体形状提示装置
の主要な構成を示す斜視図。
の主要な構成を示す斜視図。
【図9】本発明の第4の変形例に係る物体形状提示装置
の主要な構成を示す斜視図。
の主要な構成を示す斜視図。
【図10】本発明の第5の変形例に係る物体形状提示装
置の主要な構成を示す斜視図。
置の主要な構成を示す斜視図。
【図11】(a)〜(c)は、夫々、本発明の第6の変
形例に係る物体形状提示装置の物体形状提示ヘッドの構
成を示す斜視図、(d)は、同図(a)の物体形状提示
ヘッドを用いて、ハサミの操作状況を模擬的に操作者の
手に提示させている状態を示す図。
形例に係る物体形状提示装置の物体形状提示ヘッドの構
成を示す斜視図、(d)は、同図(a)の物体形状提示
ヘッドを用いて、ハサミの操作状況を模擬的に操作者の
手に提示させている状態を示す図。
6 物体形状提示ヘッド 16 平行板バネ 20 DCギヤードモータ 22 ロータリーエンコーダ 24 ボールネジ 26 リニアガイド
Claims (3)
- 【請求項1】 操作者に対象物体の全体の形状を提示す
ることが可能な複数の物体形状提示手段と、 前記対象物体の形状に対応して、前記複数の物体形状提
示手段を各々独立して駆動することが可能な複数の駆動
手段とを備えていることを特徴とする物体形状提示装
置。 - 【請求項2】 前記物体形状提示手段は、前記対象物体
の形状に対応した面を有する物体形状提示ヘッドを備え
ていることを特徴とする請求項1に記載の物体形状提示
装置。 - 【請求項3】 前記駆動手段は、前記物体形状提示手段
を所定方向に所定量だけ回転させることが可能な回転駆
動機構と、前記物体形状提示手段を所定方向に所定量だ
け直線的に移動させることが可能な直線駆動機構とを備
えていることを特徴とする請求項1に記載の物体形状提
示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15986197A JPH1110561A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 物体形状提示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15986197A JPH1110561A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 物体形状提示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1110561A true JPH1110561A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=15702831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15986197A Pending JPH1110561A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 物体形状提示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1110561A (ja) |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP15986197A patent/JPH1110561A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040510 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20040510 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 |