JPS61828A - 立体図形の位置・姿勢制御装置 - Google Patents

立体図形の位置・姿勢制御装置

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JPS61828A
JPS61828A JP59119908A JP11990884A JPS61828A JP S61828 A JPS61828 A JP S61828A JP 59119908 A JP59119908 A JP 59119908A JP 11990884 A JP11990884 A JP 11990884A JP S61828 A JPS61828 A JP S61828A
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JP
Japan
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dimensional
force
pattern
axis
components
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JP59119908A
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English (en)
Inventor
Kozo Ono
耕三 小野
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、コンピュータを用いた三次元図形処理システ
ムにおいて、表示された図形の位置や姿勢を制御する立
体図形の位置・姿勢制御装置に関する。
〔発明の背景〕
三次元図形処理システムは、図形表示装置、コンピュー
タ、指示入力装置を有し、コンピュータの記憶装置に記
憶された三次元図形情報を図形表示装置に表示せしめる
とともに、指示入力装置によって表示されている三次元
図形の位置や姿勢を任意に変更することができるように
なっている。
このような三次元図形処理システムを第1図に示す。
第1図は従来の三次元図形処理システムの斜視図である
。図で、lは図形表示装置、2はキーボード、3はジョ
イスティックレバー、4は図形表示装置1に表示された
立体図形を示す。コンピュータは、例えば図形表示装置
1内に内蔵されている。表示された立体図形4は互いに
直交するX軸、y軸および2軸を基準として表示される
。このような三次元図形処理システムは、種々の試験、
研究、設計、その他の多くの分野に利用されるが、この
有効な利用のためには、立体図・形4の位置又は姿勢あ
るいはその両方を任意に制御できる機能が必要である。
キーボード2およびジョイスティックレバー3はこの機
能を達成するために設けられた指示入力装置であり、そ
れぞれ単独に、又は組合わせて使用される。例えば、キ
ーボード2の選択されたキーにより図形表示装置l内の
コンピュータにX軸、y軸、2軸に関する移動距離情報
および2軸まわりの回転角情報を入力して立体図形4を
任意に移動、回転させ、又、ジョイスティックレバー3
を適宜方向に倒すことによりコンピュータにX軸および
y軸まわりの回転角情報を入力して立体図形4を回転さ
せることにより、その位置・姿勢を制御する。
指示入力装置によって指示される信号には、通常、X軸
、y軸、2軸3方向への位置の移動成分、およびX軸、
y軸、2軸の各軸まわりの回転成分の6つの成分を含め
ることが必要となる。しかしながら、上記キーボード2
(−次元入力装置)やジョイスティックレバー3(二次
元入力装置)はこれら6つの成分を含む信号を出力する
Kは、次の理由により不適切であった。即ち、(1)立
体図形4の三次元空間における任意方向への移動、回転
を一次元又は二次元の入力装置により行なうため、その
入力が面倒であり、かつ、時間を要する。(2)従来の
入力装置による操作は、立体図形4を手で持ってその位
置・姿勢の変更を行なうという感覚と対応するような操
作ではないので、操作者の感覚に一致即応した位置・姿
勢の変更を行なうことは不可能である。
なお、指示入力装置としては、キーボード2、ジョイス
ティックレバー3以外に、トラックボール、複数個のポ
テンショメータ、又はそれらの組合わせ等種々のものが
提供されているが、いずれも上記(1) 、 (2)の
欠点を有していた。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、上記従来の欠点を除き、操作者の感覚に
一致即応して立体図形の位置・姿勢を制御することがで
きる立体図形の位置・姿勢制御装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するため、本発明は、指示入力装置に
検出手段を設け、当該指示入力装置に加えられた力およ
びモーメントのいずれか一方又は両方を、三次元空間を
構成する座標系の座標軸成分として上記検出手段により
検出し、この検出した値を演算・制御部に入力して所定
の演算・制御を実行し、これにより、表示された立体図
形の位置り姿勢を任意に制御するようにしたことを特徴
とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第2図は本発明の実施例に係る立体図形の位置・姿勢制
御装置に用いられる操作レバーの斜視図である。図で、
5は指示入力装置である操作レバーを示す。操作レバー
5は、第1図に示すキーボード2およびジョイスティッ
クレバー3に代えて用いられるものであり、操作レバー
5からの信号は第1図に示すものと同じ図形表示装置l
のコンピュータに入力される。6は支持台部、7は支持
台部6に支持された軸部、8は軸部7の先端に取付けら
れた握り部、9は握り部8の上半球と下半球の中間に装
架された多軸力センサである。操作レバー5は、支持台
部6.軸部7、握り部8および多軸力センサ9により構
成されている。
この操作レバー5は、−見すると従来の変位形操作レバ
ー、即ち、軸を支持台上に自由に起倒させる操作レバー
と同じ形状であるが、このような従来の変位形レバーと
は異なり、加えられた力、モーメントに対して、それ自
体全く変位しないか又は極く僅かしか変位しないように
構成されている。又、握り部8は、操作者が手で握った
ときの手との摩擦が大きい材料又は表面性状を有してい
る。このような操作レバ〜5の構成および握り部8の性
質により、操作者が操作レバー5に加える力、モーメン
トは正確に多軸力センサ9に伝達される。
ここで、多軸力センサ9について説明する。多軸力セン
サ9は、第1図に示す表示装置1に表示される立体図形
4を規定するX軸、y軸、Z軸と同一方向のX軸、y軸
、z軸を有し、第2図に示すように、握り部ENC加虻
られた力Fiについて、そのX軸方向の力成分Fx、 
y軸方向の力成分F、。
2軸方向の力成分F2を検出し、又、握り部8に加えら
れたモーメン)MiVcついて、そのX軸まわりのモー
メント成分Mx、y軸まわりのモーメント成分My、 
z軸まわりのモーメント成分M2を検出する。
このような多軸力センサ9の一例の概略構成を図により
説明する。
第3因は多軸力センサの斜視図である。図で、10は握
り部8の上部半球に連結される第1のリング、11は握
り部8の下部半球に連結されるとともに第1のリングl
0IC対向して設けられた第2のリングである。12は
第1のリングlOと第2のリング11を連結するたわみ
梁であり、このたわみ梁12は3本設けられている。1
3は各たわみ梁12の内面に設けられた引張・圧縮力検
出ゲージ、14は各たわみ梁12の外面に設けられた剪
断力検出ゲージである。
このような構成において、例えば第1の剛体部に対して
何等かの力が作用すると、この力はf+41のリング1
0、各たわみ梁12、第2のり/グ11を介して第2の
剛体部へ伝達される。この力の伝達過程において、各た
わみ梁12は作用した力に応じてたわみ、このたわみは
各検出ゲージ13 、14により検出される。即ち、引
張番圧縮力検出ゲージ13は主として力の成分Fx、F
yおよびモーメントの成分M2を検出し、剪断力検出ゲ
ージ14は主として力の成分F2およびモーメントの成
分MX e Myを検出する。
この各成分Fi、Miの検出は、各たわみ梁12の各検
出ゲージ13 、14からの信号を図形表示装置l内の
コンピュータに入力して所要の演算を実行させることに
より行なわれる。このような多軸力センサは例えば米国
特許第4094192号明細書に記載されて公知である
さらに、他の多軸力センサとして、相互干渉のほとんど
ない、優れたセンサが提案されている(特願昭58−1
68385号)。この多軸力センサは、各軸の力の成分
Fx、 F、 l F、を検出するために各軸に沿って
それぞれ平行平板構造を配置し、各軸まわりのモーメン
トの成分Mx、My + Mzを検出するために各軸に
泪ってそれぞれ放射平板構造が配置されている。ここで
、平行平板構造とは、剛体間に薄肉平板を平行に形成し
た構造であり、所定の軸方向の力に対してのみたわむ特
性を有し、又、放射平板構造とは、剛体間に薄肉平板を
放射状に形成した構造であり、所定の軸まわりのモーメ
ントに対してのみたわむ特性を有する。この多軸カ七ン
サは、相互干渉がほとんどなく、したがって、コンピュ
ータによる演算も飛躍的に容易になる@さて、上述のよ
うに、操作レバー5に加えられ≦ だ力、モーメント応じて、多軸力センサ9からは力の成
分Fx、 Fy、 F2、モーメントの成分、 MX 
、 My 。
M2が得られる。本実施例では、この力およびモーメン
トの成分を用いて立体図形の位置・姿勢を制御しようと
するものである。即ち、図形表示装置lに表示されてい
る立体図形を、画面のX軸方向へ移動させる信号として
Fxを用い、y軸方向へ移動させる信号としてFyを用
い、2軸方向へ移動させる信号としてF2を用いる。又
、当該立体図形を画面のX軸まわりに回転させる信号と
してMxを用い、y軸まわりに回転させる信号としてM
yを用い、2軸まわりに回転させる信号としてM2を用
いる。
力の成分F’x、 Fy、 F、によるX軸、y軸、Z
軸方向への図形の移動は、それぞれの力の成分に比例し
た速度による移動とされ、又、モーメントの成分Mx、
My、M2によるX軸、y軸、Z軸方向への図形の回転
は、それぞれのモーメントの成分に比例した角速度によ
る回転とされる。このような移動、回転は図形表示装置
1内のコンピュータの演算・制御により実行される。
このように、本実施例では、操作レバーに加えられた力
、モーメントの各軸に関する成分を検出し、この検出し
た信号に基づいて図形光示装置に表示された立体図形な
各軸に浴って移動させたり、各軸まわりに回転させるよ
うにしたので、当該立体図形は各力の成分、モーメント
の成分を合成した力、モーメント、即ち、操作レバーに
加えられた力、モーメントに応じて移動1回転すること
になり、結局、操作者の感覚と一致即応して立体し1形
の位置φ姿勢を制御することができる。そして、このよ
うに、図形表示装置上の立体図形を操作者の感覚と一致
して意のままに操作することができることにより、従来
のキーボード、ジョイスティックレバー等では不可能で
あった新らしい分野、例えば立体図形を利用したテレビ
ゲーム等を開拓することができる。
なお、上記実施例の説明では、各力、モーメント成分の
検出値を立体図形の移動速度、回転角速度に変換するも
のとして説明したが、これらを立体図形の移動距離、回
転角度に変換することもできる。この場合には、立体図
形が所望距離移動し、又、所望角度回転した後、キーボ
ードからの操作等の手段で図形を停止させ、操作レバー
への入力を0にすればよい。又、立体図形の移動、回転
は、予め適宜の情報を与えることにより、図形表示装置
に表示されている図形の一部について行なうことができ
る。゛さらに、操作レバーの握り部の形状を4面体、6
面体等に形成し、あるいは手を握ったときの手の内部形
状に類似して形成することにより、力、モーメント成分
が正確に多軸力センサに伝達されるようにすることもで
きる。さらに又、多軸力センサは操作レバーの軸部、支
持台部に設置することもでき、又、各軸組のセンサをそ
れぞれ操作レバーの適宜個所に設置することもできる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、指示入力装置に加えら
れた力、モーメントのうちの一方又は両方の各軸に関す
る成分を検出し、この検出された信号に基づいて所要の
演算・制御を行なって光示装置に表示された立体図形の
位置・姿勢を制御するようにしたので、操作者の感覚と
一致即応した立体図形の位置・姿勢制御を行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の三次元図形処理システムの斜視図、第2
図は本発明の実施例に係る立体図形の位置・姿勢制御装
置に使用する操作レバーの斜視図、第3図は第2図に示
す多軸力センサの具体例を示す斜視図である。 1・・・・・・図形表示装置、4・・・・・・立体図形
、5・・・・・・操作レバー、6・・・・・・支持台部
、7・・・・・・軸部、8・・・・・・握り部、9・・
・・・・多軸力センサ。 才1図 才3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所望の立体図形情報を記憶する記憶部と、この記憶部に
    記憶された情報に基づき立体図形を表示する表示装置と
    、加えられた力およびモーメントのうちの少なくとも一
    方を三次元空間を構成する座標系の座標軸に関する移動
    に関与する成分として検出する検出手段を備えた指示入
    力装置と、前記検出手段で検出された値に応じて前記表
    示装置に表示された前記立体図形の位置、姿勢を制御す
    る演算・制御部とを設けたことを特徴とする立体図形の
    位置・姿勢制御装置。
JP59119908A 1984-06-13 1984-06-13 立体図形の位置・姿勢制御装置 Pending JPS61828A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02254492A (ja) * 1989-03-29 1990-10-15 Okuma Mach Works Ltd グラフィック表示装置
US5095302A (en) * 1989-06-19 1992-03-10 International Business Machines Corporation Three dimensional mouse via finger ring or cavity

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