KR20150131381A

KR20150131381A - 추가 조절 다이얼이 있는 3d 입력 장치

Info

Publication number: KR20150131381A
Application number: KR1020157030066A
Authority: KR
Inventors: 베른트 곰베르트
Original assignee: 곰텍 게엠베하
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-11-24
Also published as: WO2014146929A1; DE102013004692B4; US10133359B2; JP2016519813A; CN105190490B; US20160062475A1; CN105190490A; DE102013004692A1

Abstract

본 발명은 3 공간 좌표에서 제어 명령을 입력할 수 있는 수동 조작 가능한 3D 입력 요소(3)와 회전 시 회전각에 따라 출력 신호를 생성하는 조절 다이얼(4)을 포함하며 공간에서 객체(8, 14)의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치(1)에 관한 것이다. 발명에 따르면 3D 입력 장치(1)는 조절 다이얼(4)에서 실행된 회전 움직임에 따라 객체(8, 14)를 움직이는 컨트롤 유닛(21)을 포함한다.

Description

추가 조절 다이얼이 있는 3D 입력 장치 {3D Input device having an additional control dial}

본 발명은 청구항 1항의 상위 개념에 따라 공간에서 객체의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치에 관한 것이다.

다음에서 기준으로 하는 수동으로 조작 가능한 입력 장치는 예컨대 CAD 프로그램과 같은 소프트웨어 응용 프로그램의 제어나 로봇이나 툴, 이송 장치 또는 다른 장치 등 기계나 이동 기기의 제어에 사용된다. 대표적인 입력 장치로는 예를 들어 마우스, 조이스틱, 키보드, 트랙볼 또는 공간에서 가상 객체나 실사 객체의 제어를 위한 3D 입력 장치 등이 있다.

DE 10 2008 019 144에서는 예컨대 3D 제어 요소 및 추가 조절 다이얼을 포함한 3D 입력 장치가 알려져 있다. 3D 제어 요소를 통해 사용자는 직선 및 회전 제어 명령을 3 공간축에서 그리고 3 공간축을 중심으로 입력할 수 있다(즉, 6 자유도). 조절 다이얼을 조작하여 다른 기능을 수행할 수 있다. 예컨대 조절 다이얼을 돌려 3D 제어장치의 민감도를 변경하거나 화면의 밝기를 조절하거나 또는 회전 방향에 따라 표시된 요소를 확대 또는 축소하는 확대/축소 영역을 화면에서 정의할 수 있다.

US 5 561 445 A에서는 총 6개의 자유도에서 직선과 회전 제어 명령을 지정할 수 있는 3D 입력 장치를 설명하고 있다. 3D 입력 장치는 이를 위해 각 제어 명령을 하나 또는 다수의 자유도에서 지정할 수 있는 트랙볼, 조절 다이얼, 볼이라는 세 개의 별도의 입력 요소를 포함한다. 전체적으로 객체는 6개의 자유도에서 움직일 수 있다.

다른 3D 입력 장치는 예를 들어 WO 02 065 269 A1에서 알려져 있다.

기지의 3D 입력 장치는 통상적으로 속도 제어를 수행한다. 다시 말해 3D 입력 요소의 특정 방향 전환은 공간에서 객체를 움직이는 특정 속도로 변환된다. 이때, 3D 입력 요소의 특정 위치는 객체의 특정 속도와 일치한다. 사용자가 객체를 멈추고자 할 때에는 3D 입력 요소를 중립 위치로 다시 가져가야 한다. 이러한 시스템을 이용하면 객체를 비교적 부정확하게 제어할 수 있다. 로봇과 같은 객체의 미세 제어를 위해서는 속도 제어 방법은 적절하지 않다. 왜냐하면 이러한 방법은 정밀한 위치 설정을 하기에 너무 부정확하고 너무 많은 능력을 필요로 하기 때문이다. 특히 사용자가 3D 입력 장치를 중립 위치로 가져가는 동안 로봇이 계속 움직이게 되는 데 그 원인이 있다. 로봇을 정밀하게 제어하려면 사용자는 모든 작동 상태에서 로봇의 거동을 숙지하고 있어야 하고 수동으로 조정해야 할 것이다.

본 발명의 목적은 수동으로 조작 가능하고 공간에서 객체의 간단하고 정확한 제어가 가능한, 공간에서 객체의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치를 발명하는 것이다.

독립 청구항에 명시한 특징으로 발명에 따른 이러한 문제가 해결된다. 발명의 다른 실시예는 하위 청구항에 나온다.

발명에 따라 직선 그리고/또는 회전 제어 명령을 적어도 3(데카르트) 공간 좌표에서 그리고 이 좌표를 중심으로 지정할 수 있는 수동 조작 가능한 3D 입력 요소와 회전 조작 시 회전각에 따라 출력 신호를 생성하는 추가 조절 다이얼을 포함하고 있으면서 공간에서 객체의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치가 제안된다. 발명에 따르면, 조절 다이얼에서 실행된 회전 움직임에 따라 객체를 공간에서 직선으로 움직이는 컨트롤 유닛이 나온다. 다시 말해 제어된 객체는 조절 다이얼의 조작 시 시작점에서 목표점까지 선형 특히 직선 움직임을 실행한다. 발명에 따른 입력 장치는 객체를 3D 입력 요소뿐 아니라 조절 다이얼을 이용해서도 제어 및 위치 결정을 할 수 있는 가능성을 제공한다. 조절 다이얼의 민감도가 3D 입력 장치의 민감도보다 더 낮다면 조절 다이얼을 이용하여 3D 입력 요소를 이용할 때보다 더 정밀하게 객체를 제어할 수 있다. 민감도에 따라 특정한 제어 명령에서 서로 다른 속도와 폭으로 객체가 움직인다. 이때, 더 높은 민감도는 객체가 비교적 더 빨리 그리고 더 멀리 움직인다는 것을 의미한다.

“객체”라 함은 이 문서의 범위에서 하나 또는 다수의 액추에이터(예: 전기 모터)를 이용하여 움직일 수 있는 각 기계 및 각 장치를 의미한다. 나아가 발명에 따른 “객체”는 화면에 표시되고 사용자가 소프트웨어 응용 프로그램으로 제어할 수 있는 가상 객체를 의미할 수도 있다.

발명에 따른 3D 입력 장치는 원칙적으로 3D 입력 요소나 조절 다이얼의 조작 시 그때그때 위치 제어나 속도 제어를 실행할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다. 발명의 바람직한 실시예에 따라 조절 다이얼의 조작 시 공간에서 조절 다이얼의 회전 움직임에 따라 객체가 움직이는 위치 제어가 실행된다. 사용자는 위치 제어를 이용하면 오래 연습할 필요 없이 속도 제어를 이용할 때보다 일반적으로 더 빠르고 더 정확하게 원하는 목표점을 제어할 수 있다.

“위치 제어”라 함은 사용자가 조절 다이얼에서 실행한 제어 명령을 제어된 객체의 해당 위치 변화로 변환하는 개방 루프 제어나 폐쇄 루프 제어를 의미한다. 회전 움직임의 범위는 시작 위치부터 최종 위치까지 제어된 객체에서 남은 거리를 결정한다. 이때 사용자의 제어 명령은 규정된 환산 계수를 이용해서 제어된 객체의 해당 움직임으로 변환된다.

발명의 특별한 실시예에 따르면 3D 입력 장치는 사용자가 3D 입력 요소에서 실행한 제어 명령이 제어된 객체의 해당 속도로 변환되도록 구성되어 있다. 조절 다이얼의 회전 조작 시 바람직하게는 위치 제어가 이루어진다. 또는 3D 입력 요소에서 실행된 제어 명령으로 예를 들어 위치 제어가 이루어질 수도 있다. 이 경우 바람직하게는 3D 입력 요소의 민감도가 조절 다이얼의 민감도보다 높다.

두 입력 장치(3D 입력 요소와 조절 다이얼)가 속도 제어를 실행하는 발명의 실시예에서는 그에 맞게 적용된다.

발명에 따르면, 객체는 조절 다이얼의 회전 움직임에서 객체의 기존 움직임 경로에 따라 계속 움직이게끔 되어 있다. 기존의 움직임 경로가 예를 들어 직선을 따라 진행되었다면 객체는 바람직하게는 직선을 따라 계속 움직이게 된다. 곡선의 경우 반대로 객체는 바람직하게는 곡선을 따라 대략적으로 동일한 곡선 반경으로 계속 움직이게 된다. 특별한 실시예에 따르면 기존의 움직임 경로의 한 지점에서 특히 최종점에서 예를 들어 점근선을 계산할 수도 있고 객체는 점근선을 따라 계속 움직일 수 있다.

발명의 바람직한 실시예에 따르면 3D 입력 장치는 조절 다이얼의 회전에서 객체가 따라 움직여야 하는 특정 움직임 방향의 지정을 위한 하나 또는 다수의 추가 입력 요소(예: 버튼)를 포함한다. 추가 입력 요소를 이용해서 예컨대 x 방향, y 방향, z 방향으로 움직임을 지정하거나 상기 축을 중심으로 회전을 지정할 수 있다. 이러한 추가 입력 요소 중 하나를 조작하고 조절 다이얼을 수동으로 돌리면 객체가 원하는 방향으로 움직인다. 따라서 추가 입력 요소와 조절 다이얼을 이용해서 원하는 모든 공간 방향으로 객체를 움직이거나/움직이고 원하는 공간 축을 중심으로 객체를 회전할 수 있다. 선택적으로 회전 방향을 소프트웨어에서 재구성할 수도 있다.

제어된 객체에서 실행된 움직임은 바람직하게는 조절 다이얼의 회전 방향에 따라 결정된다. 바람직한 실시예에 따르면 3D 입력 장치는 객체가 조절 다이얼의 조작 시 첫 번째 회전 방향에서 첫 번째 움직임 방향으로 움직이고 다른 회전 방향으로 조절 다이얼을 조작하면 반대 방향으로 움직이게 되도록 설계되어 있다.

발명의 실시예에 따라 제어(예: 위치 제어나 속도 제어)의 종류 그리고/또는 각 입력 장치(3D 입력 요소나 조절 다이얼)의 민감도는 제어된 객체가 있는 위치에 따라 달라질 수 있다. 그래서 예를 들어 제어된 객체가 지정된 범위 내에 있으면 조절 다이얼의 조작 시 첫 번째 민감도로 위치 제어가 실행되고 객체가 범위를 벗어나 있으면 두 번째 민감도로 위치 제어가 실행되도록 설계되어 있을 수 있다. 범위 내에 있는 민감도는 바람직하게는 범위를 벗어난 민감도보다 더 낮다. 옵션으로 3D 입력 요소의 조작에 있어서도 이와 같이 적용된다.

또는 발명에 따른 3D 입력 장치는 제어된 객체가 지정된 공간 범위 내에 있을 때 조절 다이얼의 조작 시 위치 제어를 실행하고, 객체가 이 공간 범위 및 다른 공간 범위를 벗어나 있을 때 속도 제어가 실행되도록 설계되어 있을 수도 있다. 옵션으로 3D 입력 요소의 조작에 있어서도 이와 같이 적용된다.

상기 언급된 범위는 바람직하게는 제어해야 하는 객체가 조절 다이얼을 완전히 한 바퀴 돌렸을 때 공간 범위의 가장자리에서 범위의 중심으로 움직일 수 있도록 정의되어 있다. 이 범위는 바람직하게는 예컨대 구 형태를 보이는 공간 영역이다. 또는 상기 설명처럼 더 미세하거나 더 거친 변환비를 선택할 수도 있다.

공간 범위의 위치 그리고/또는 크기, 공간 범위 내외에서 제어 종류 그리고/또는 민감도는 바람직하게는 해당 소프트웨어 메뉴 등으로 사용자가 원하는 대로 설정할 수 있다. 서투른 사용자는 능숙한 사용자보다 예컨대 더 큰 범위 그리고/또는 더 낮은 민감도를 선택할 수 있다.

발명은 3(데카르트) 공간 좌표나 이 공간 좌표를 중심으로 제어 명령을 입력할 수 있는 수동 조작 가능한 3D 입력 요소 및 회전 조작 시 회전각에 따른 출력 신호를 생성하는 조절 다이얼이 포함된 3D 입력 장치를 이용한 공간 내 객체 제어 방법에 관한 것이다. 이때, 방법에는 다음과 같은 단계가 포함된다. 3D 입력 요소의 조작에 대한 반응으로: 3D 입력 요소에서 실행된 제어 명령에 따라 제어된 객체의 움직임. 그리고 조절 다이얼의 조작에 대한 반응으로: 조절 다이얼에서 실행된 회전 움직임에 따라 제어된 객체의 움직임.

이러한 목적을 위해 3D 입력 요소와 조절 다이얼의 출력 신호는 제어된 객체의 하나 또는 다수의 액추에이터를 구동하거나 소프트웨어 응용 프로그램을 구동하는 제어장치에서 처리된다.

본 발명은 수동으로 조작 가능하고 공간에서 객체의 간단하고 정확한 제어가 가능한, 공간에서 객체의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치이다.

도 1: 선행 기술에서 알려진, 추가 조절 다이얼이 있는 3D 입력 장치의 투시도
도 2: 도 1에 따른 3D 입력 장치로 제어되는 로봇의 로봇 시스템
도 3: 기구의 엔드 이펙터에서 남은 여러 움직임 경로

도 1은 도 2에서 본보기로 제시된 것과 같은 로봇 8의 제어를 위한 3D 입력 장치 1의 실시예를 나타내고 있다. 3D 입력 장치는 임의의 다른 기계나 CAD 소프트웨어와 같은 소프트웨어 응용 프로그램의 제어를 위해서도 사용할 수 있다. 입력 장치 1은 직선 그리고/또는 회전 제어 명령을 모든 3 데카르트 공간축을 중심으로 또는 이 축에서 해당 전기 제어 신호로 변환할 수 있다.

도 1에 제시된 3D 입력 장치 1는 기본 바디 2와 가동식으로 결합되어 있으면서 여기에서 캡 형태의 모양인 3D 입력 요소 3이 있는 기본 바디 2를 포함하고 있다. 3D 입력 요소 3은 x, y, z 방향으로 움직일 수 있을 뿐만 아니라 언급된 축을 중심으로 상하 또는 좌우로 회전할 수 있고 기본 바디 2 내부에 있는 자체 센서 요소에 부속된 3D 센서의 일부를 이룬다. 3D 센서는 예컨대 독일 특허 DE 10 2006 058 805에서 명세한 3D 측정 시스템일 수 있다.

뿐만 아니라 3D 입력 요소 3의 범위에는 추가 제어 명령을 입력할 수 있는 휠 형태의 조절 다이얼 4가 있다. 조절 다이얼 4는 여기에서 3D 입력 요소 3과 마찬가지로 z축을 중심으로 회전할 수 있다. 뿐만 아니라 기본 바디 2에는 예컨대 버튼 6 그리고/또는 디스플레이 7과 같이 다른 조작 요소가 배치되어 있을 수 있다.

3D 입력 장치 1은 도 2에서 제시된 로봇 8과 같이 제어된 객체가 3D 입력 요소 3뿐만 아니라 조절 다이얼 4를 이용해서도 공간에서 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 발명의 바람직한 실시예에 따르면 3D 입력 장치 1은 조절 다이얼 4를 조작할 때 객체가 위치 제어되는 형태이다. 다시 말해 제어된 객체의 위치는 조절 다이얼 4에서 지정한 회전각에 따라 결정된다.

3D 입력 요소 3과 조절 다이얼 4의 조작은 원칙적으로 제어된 객체 8 및 14의 속도 제어나 위치 제어로 변환될 수 있다. 발명의 바람직한 실시예에 따르면 3D 입력 요소 3의 조작 시 바람직하게는 속도 제어가 실행되고 조절 다이얼 4의 조작 시 위치 제어가 실행된다. 이때 3D 입력 요소 3 및 조절 다이얼 4에서 입력된 제어 명령은 특정 변환비 및 환산 계수를 이용하여 해당 속도 및 위치로 변환된다.

두 입력 요소 3, 4가 위치 제어를 실행하거나 두 입력 요소 3, 4가 속도 제어를 실행하는 경우 조절 다이얼 4의 민감도는 바람직하게는 3D 입력 요소 3의 민감도보다 낮다. 사용자는 이에 3D 입력 요소 3을 이용해서 객체의 거친 제어를 수행하고 조절 다이얼 4를 이용해서 객체의 미세 제어를 수행할 수 있다.

제어의 종류(즉, 위치 제어나 속도 제어) 그리고/또는 민감도는 제어된 객체의 현재 위치에 따라 결정된다. 이에 대해서는 나중에 자세히 다룬다.

3D 입력 요소 3 그리고/또는 조절 다이얼 4의 센서는 예를 들어 광학 센서, 자기 센서, 압전 센서 또는 임의의 다른 기존 센서 요소를 포함할 수 있다. 발명의 실시예에 따라 조절 다이얼 4는 회전 움직임에서 예를 들어 회전각과 같이 다양한 움직임 변수를 구할 수 있는 일련의 펄스를 생성한다. 3D 입력 요소 3 그리고/또는 조절 다이얼 4의 센서의 출력 신호는 분석 전자장치 21에서 추가로 처리되고 제어된 객체 8의 액추에이터 제어를 위한 해당 제어 신호로 변환된다. 분석 전자장치 21은 이 문서의 범위에서 “제어장치”나 “컨트롤 유닛” 21이라고 지칭되며 일반적으로 하드웨어 구성요소와 소프트웨어 구성요소로 이루어진다. 컨트롤 유닛 21은 예컨대 기본 바디 2에 있거나 기본 바디 2의 외부에(예: 외부 장치에) 배치되어 있을 수 있다.

도 2는 예컨대 최소 침습 수술에 사용할 수 있는 로봇 8의 로봇 시스템을 나타내고 있다. 로봇 8은 링크 12a로 서로 연결되어 있는 두 개의 암 요소 11a, 11b를 포함한다. 하단 암 요소 11a는 링크 12c를 통해 기초 9와 연결되어 있다. 이 개별 링크 12a, 12c는 각각 전동식으로(그림에 표시되지 않음) 구동되고 사양에 따라 암 요소 11a, 11b의 선회 움직임과/이나 롤링 움직임을 유도할 수 있다.

로봇 8에는 로봇 헤드라고도 불리면서 다른 링크 12b가 구비되어 있는 끝이 있다. 로봇 헤드에는 기구 13이 장착되어 있다. 외과 로봇 용도에서 예를 들어 내시경, 복강경 수술 기구, 외과용 절단 기구, 그리핑 기구, 홀딩 기구, 봉합 기구, 최소 침습 수술을 위한 다른 외과 기구가 이러한 기구에 해당될 수 있다. 수술용 메스와 가위, 바늘, 스크레이퍼, 파일, 그리퍼 등과 같은 기구 13의 엔드 이펙터는 참조 번호 14로 표시되어 있다. 마찬가지로 비수술 용도의 도구도 가능하다.

도 2에서 제시된 로봇 시스템은 3D 입력 장치 1로 제어된다. 3D 입력 장치 1의 출력 신호는 이때 기초 9에 통합된 컨트롤 유닛 21로 전송된다. 이 컨트롤 유닛은 입력 장치 1에서 수신한 제어 신호를 로봇 8의 개별 액추에이터를 위한 해당 동작 신호로 전환하여 로봇 8 및 기구 13이 사용자가 지정한 방식으로 움직이게끔 해준다. 제시된 실시예에서 제어를 위한 기준점은 기구 13의 끝에 있는 지점 A이다. 하지만 선택적으로 다른 기준점을 지정할 수도 있다.

로봇 암 8 및 기구 13의 움직임은 고정(예: 데카르트) 좌표계 17을 기준으로 구체적으로 설명할 수 있다. 이때 좌표계 17은 도구 13의 먼 끝이면서 로봇 암 8의 가장 바깥에 있는 점 A인 이른바 엔드 이펙터 14를 기준으로 한다. 점 A의 위치는 좌표계 17에서 삼차원 벡터로 명확하게 정의할 수 있다.

3D 입력 요소 3을 수직으로 누르면 엔드 이펙터 14가 z축을 따라 아래로 움직일 수 있다. 3D 입력 요소 3을 기울이면 엔드 이펙터 14가 y축과 같은 축을 따라 선회하게 될 수 있다.

로봇 8의 움직임과 마찬가지로 제어 명령은 엔드 이펙터 14로 공간에서 임의의 모션 커브로 움직일 수 있도록 중첩시킬 수 있다. 예를 들어 엔드 이펙터 14를 가장 바깥 지점 A에서 지점 B로 움직이게 구동할 수 있다. 지점 A에서 B로 이동은 예를 들어 삼차원 벡터 15로 나타낼 수 있다.

제시된 실시예에서 개별 링크 12a-12c는 각각 선회 움직임과 롤링 움직임을 실행할 수 있도록 되어 있다. 이에 로봇 8에는 총 6개의 자유도가 있어서 로봇 암의 도달 범위 내에서 기구 13은 공간에서 자유롭게 움직일 수 있다.

도 3은 기구 13 및 그 엔드 이펙터 14가 목표점 B까지 따라 움직이게 되는 여러 움직임 경로 18, 19, 22부터 24를 도식으로 나타내고 있다. 움직임을 시작할 때 엔드 이펙터 14는 제시된 범위 16을 벗어나 있다. 첫 번째 경우(화살표 18과 24 참조) 엔드 이펙터 14는 우선 3D 입력 요소 3을 이용하여 움직임 경로 18을 따라 점 C까지 움직인다. 3D 입력 장치 1은 이때 속도 제어나 위치 제어를 실행할 수 있다. 점 C에서 3D 입력 요소는 다시 중립 위치에 놓인다. 컨트롤 유닛 21은 이때 기존 움직임 경로 18에 대한 정보를 산출하고 3D 입력 요소 3을 통해 작동된 객체의 기존 움직임 경로 18을 저장할 수 있다. 이제 객체 8 및 엔드 이펙터 14를 목표점 B로 계속 움직이려면 조절 다이얼 4를 조작한다. 이를 통해 엔드 이펙터 14는 기존 움직임 방향 18을 따라 목표점 B까지 계속 움직이게 된다. 해당 움직임 경로는 여기에서 점선 화살표 24로 표시된다. 엔드 이펙터 14에서 남은 거리는 이때 조절 다이얼 4에서 지정한 회전각에 따라 결정되고, 이때 바람직하게는 회전각에 비례한다.

바람직하게는 조절 다이얼 4의 회전 방향을 통해 움직임 경로 18을 따라 엔드 이펙터 14의 움직임 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어 엔드 이펙터 14는 조절 다이얼 4의 양의 회전 방향 시 화살표 방향 18로 움직이고 음의 회전 방향에서는 화살표 방향 18에 반대로 움직인다.

다른 경우에서는 엔드 이펙터 14가 3D 입력 요소 3의 해당 조작으로 우선 외부 위치(그림에 표시되지 않음)에서 직선 움직임 경로 19를 따라 점 D까지 이동한다. 도 3에서 알 수 있듯이 객체의 움직임은 움직임 경로 19를 따라 목표점 B를 지난다. 따라서 기존 움직임 경로 19의 간단한 외삽으로 목표점 B에 도달할 수 있는 것은 아니다. 목표점 B에 도달하려면 이 경우 움직임 방향을 바꿔야 한다. 이를 위해 사용자는 조절 다이얼 4를 돌렸을 때 제어해야 할 객체 8 및 엔드 이펙터 14가 움직이게 되는 여러 움직임 방향을 지정할 수 있는 다수의 추가 입력 요소 6(예: 버튼)를 사용할 수 있다. 첫 번째 버튼 6의 조작으로 사용자는 예를 들어 엔드 이펙터 14가 z 방향으로 움직이도록 지정할 수 있다. 다른 버튼 6을 조작해서 x 방향이나 y 방향을 선택하거나 또는 상기 축 중 하나를 중심으로 회전 움직임을 선택할 수 있다. 제시된 예에서 사용자는 우선 z 방향을 선택한다. 그 결과 엔드 이펙터 14는 조절 다이얼 4의 조작 시 움직임 경로 22를 따라 z 방향으로 움직이고 이어서 y 방향으로 움직여서 그 결과 엔드 이펙터 14가 움직임 경로 23을 따라 목표점 B까지 움직이게 된다.

음의 y 방향으로 엔드 이펙터 14가 움직이도록 하려면 사용자는 조절 다이얼 4를 예를 들어 반시계 방향으로 움직일 수 있다. 개별 버튼 6의 기능성은 바람직하게는 자유롭게 프로그래밍 가능하다. 예를 들어 각 자유도에 맞게 별도의 버튼 6이 하나씩 있을 수도 있고 여러 자유도용으로 단 하나의 버튼 6이 있을 수도 있다.

상기 언급한 대로 제어의 종류(즉, 위치 제어나 속도 제어) 그리고/또는 제어의 민감도는 제어된 객체 8, 14의 현재 위치에 따라 결정될 수 있다. 발명에 따르면 예컨대 3D 입력 장치 1의 여러 작동 모드에 있어 일종의 경계인 공간 범위 16을 정의할 수 있다. 이 경우 범위 16을 벗어나서 3D 입력 요소 3을 조작하면 첫 번째 민감도로 속도 제어가 수행되고 범위 16 이내에서 조작하면 두 번째 민감도로 속도 제어가 수행되도록 설계되어 있을 수 있다. 이때 두 번째 민감도는 바람직하게는 첫 번째 민감도보다 더 낮다. 따라서 범위 16 이내에서 컨트롤 노브 3을 특정 방향으로 전환했을 때 범위 16의 외부에서보다 제어된 객체 8, 14의 속도가 더 낮아지게 된다. 3D 입력 장치 1은 하지만 범위 16의 외부에서 3D 입력 요소 3을 조작했을 때 속도 제어가 수행되고 범위 16 내에서는 위치 제어가 수행되도록 구성되어 있을 수도 있다. 선택적으로 위치 제어를 서로 다른 민감도로 각각 실행할 수도 있다. 동일한 원칙이 조절 다이얼 4의 조작과 관련해서도 적용된다.

범위 16은 바람직하게는 한 편으로는 목표점 B가 범위 16의 중심에 해당하고 다른 한 편으로는 제어된 객체 8, 14가 조절 다이얼 4를 완전히 한 바퀴 돌렸을 때 범위 16의 가장자리에서 범위 16의 중심 B까지 움직일 수 있도록 선택되어 있다. 또는 더 미세한 변환 계수나 더 거친 변환 계수를 선택할 수도 있다. 이를 위해 범위 16은 바람직하게는 자유롭게 프로그래밍할 수 있다. 예를 들어 범위 16을 매개변수 설정이 가능한 반경의 구로 정의할 수 있어서 능숙한 사용자는 더 큰 반경을 선택할 수 있고 서툰 사용자는 더 작은 반경을 선택할 수 있다. 매개변수는 제어장치 21에 저장할 수 있다.

개방 루프(open loop)와 폐쇄 루프(closed loop) 제어 기술에서 일반적으로 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어가 구분된다. 이 문서에서는 이와 달리 두 용어 및 이 두 용어의 문법적인 변화에 있어서 분명하게 달리 지정해야 하는 경우가 아니라면 제어 또는 제어장치라고만 언급하고 있다. 다시 말해 두 용어를 동의어로 사용하고 있다. 전문가에게는 각 제어장치가 개방 루프 제어인지 아니면 폐쇄 루프 제어인지 명확하다.

Claims

직선 그리고/또는 회전 제어 명령을 여섯 개의 자유도, 즉, 3 공간 좌표 및 이 공간 좌표를 중심으로 지정할 수 있는 수동 조작 가능한 3D 입력 요소(3)와 회전 조작 시 회전각에 따른 출력 신호를 생성하는 추가 조절 다이얼(4)이 포함되어 있으면서 공간에서 객체(8, 14)의 위치를 제어하기 위한 3D 입력 장치로서 조절 다이얼(4)에서 생성된 출력 신호를 처리하고 조절 다이얼(4)에서 수행한 회전 움직임에 따라 공간에서 직선으로 객체(8, 14)를 움직이는 컨트롤 유닛(21)을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 1항에 있어서, 컨트롤 유닛(21)이 조절 다이얼(4)에서 수행한 회전 움직임에 따라 객체(8, 14)의 위치 제어를 수행하며 이때 객체(8, 14)에서 남은 거리는 조절 다이얼(4)에 지정된 회전각에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 1항이나 2항에 있어서, 컨트롤 유닛(21)이 기존 움직임 경로(18)에 대한 정보를 산출하고 객체(8)은 조절 다이얼(4)의 회전 움직임 시 기존 움직임 경로(18)에 따라 계속 움직이는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 수동 조작 가능한 하나 또는 다수의 추가 입력 요소(6)이 특정 움직임 방향의 지정을 위해 구비되어 있고 컨트롤 유닛(21)이 하나 또는 다수의 입력 요소(6)의 조작에 따라 그리고 조절 다이얼(4)에서 수행한, 특정 방향의 회전 움직임에 따라 객체(8)를 움직이는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 컨트롤 유닛(21)이 3D 입력 요소(3)에서 수행한 제어 명령에 따라 객체(8)의 속도 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 컨트롤 유닛(21)이 첫 번째 회전 방향에서 조절 다이얼(4)의 조작 시 제어된 객체(8)가 첫 번째 움직임 방향으로 이동하고 두 번째 회전 방향에서 조절 다이얼(4)의 조작 시 반대 움직임 방향으로 움직이도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 3D 입력 요소(3) 그리고/또는 조절 다이얼(4)의 조작 시 수행되는 제어의 종류와 민감도가 제어된 객체(8)의 위치에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 7항에 있어서, 컨트롤 유닛(21)이 지정된 공간 범위(16) 내부에서 위치 제어와 같은 첫 번째 제어 종류를 실행하고 지정된 범위(16) 외부에서 속도 제어와 같은 서로 다른 두 번째 제어 종류를 실행하는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 7항에 있어서, 제어된 객체(8)가 지정된 공간 범위(16) 내에 있을 때 3D 입력 요소(3) 그리고/또는 조절 다이얼(4)의 민감도가 제어된 객체(8)가 범위(16) 밖에 있을 때보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 8항이나 9항에 있어서, 조절 다이얼(4)의 특정 회전각에서 범위(16)의 가장자리에서 범위(16)의 중심(B)까지 객체(8)를 움직일 수 있도록 범위(16)가 정의되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
청구항 10항에 있어서, 범위(16)의 중심이 목표점(B)에 해당하는 것을 특징으로 하는 3D 입력 장치(1).
직선과 회전 제어 명령을 여섯 개의 자유도, 즉, 3 공간 좌표 및 이 공간 좌표를 중심으로 지정할 수 있는 수동 조작 가능한 3D 입력 요소(3)와 조절 다이얼(4)이 포함되어 있는 3D 입력 장치(1)을 사용하여 공간에서 객체(8)의 위치를 제어하기 위한 방법으로, 다음 단계를 특징으로 하는 방법.
-3D 입력 요소(3)의 조작에 대한 반응으로: 제어 명령에 따라 공간에서 객체(8, 14)의 움직임
-조절 다이얼(4)의 조작에 대한 반응으로: 조절 다이얼에서 수행한 회전 움직임에 따라 객체(8, 14)의 직선 움직임 수행.
청구항 12항에 있어서, 객체(8, 14)가 조절 다이얼(4)의 회전 조작 시 3D 입력 요소(3)로 수행된 기존 움직임 경로(18)에 따라 계속 움직이는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 객체(8, 14)가 조절 다이얼(4)의 조작 시 위치 제어되고 3D 입력 요소(3)의 조작 시 속도 제어되며 움직이는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 다이얼(4)로 조작할 때 객체(8, 14)가 3D 입력 요소(3)로 조작할 때보다 더 적은 민감도로 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 방법.