WO2023149482A1 - 操作者の動作を検出するための装置およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、指などの人体における可動部の形状を精度よく検出することができる新たな装置を提供することである。本発明の装置１０は、操作者の動作を検出するための装置であって、第１の方向にスライドするように構成されるスライド機構２０であって、スライド機構２０は、操作者に取り付けられるように構成される第１の取付部２２を備える、スライド機構２０と、第１の方向に直交する第２の方向の軸回りに回動可能にスライド機構２０に接続される回動部３０と、回動部３０に接続され、操作者に取り付けられるように構成される第２の取付部３２と、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度を検出する検出部４０とを備えるものである。

Description

操作者の動作を検出するための装置およびシステム

　本発明は、概して、操作者の動作を検出するための装置およびこの装置を用いてロボット操作を行うシステムに関する。

　操作者の手に装着されるロボットの遠隔操作等のためのインタフェースとして、曲げセンサー（曲げると抵抗値が増えるセンサー）が埋め込まれたグローブが知られている。

　しかし、従来のグローブタイプのインタフェースは、このインタフェースを装着した操作者が手指を動かした際の指の形状を誤って検出することがあり、精度の点で難点があった。

　本発明は、操作者が手指などの可動部を動かした際の可動部の形状を精度よく検出することができる新たな装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような新たな装置を用いて人体の可動部の動きをより忠実にロボットに再現させることができるシステムを提供することも目的とする。

　本発明は、例えば以下を提供する。
（項目１）
　操作者の動作を検出するための装置であって、
　第１の方向にスライドするように構成されるスライド機構であって、前記スライド機構は、前記操作者に取り付けられるように構成される第１の取付部を備える、スライド機構と、
　前記第１の方向に直交する第２の方向の軸回りに回動可能に前記スライド機構に接続される回動部と、
　前記回動部に接続され、前記操作者に取り付けられるように構成される第２の取付部と、
　前記スライド機構に対する前記回動部の回動角度を検出する検出部と
　を備える、装置。
（項目２）
　前記スライド機構は、前記第１の取付部と前記回動部との間の距離を変化させるようにスライドする、項目１に記載の装置。
（項目３）
　前記スライド機構は、前記第１の方向に延在する本体を備え、前記第１の取付部が前記本体に対してスライドするように構成される、項目１または２に記載の装置。
（項目４）
　前記スライド機構は、前記第１の方向に延在する本体を備え、前記回動部が前記前記本体に対してスライドするように構成される、項目１または２に記載の装置。
（項目５）
　前記装置は、前記スライド機構の前記本体を前記第１の取付部に対して前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向の軸回りに回動させることが可能であるように構成される第２の回動部をさらに備える、項目３または４のいずれか一項に記載の装置。
（項目６）
　前記装置は、前記第３の方向の軸回りでの前記本体の回動角度を検出するように構成される第２の検出部をさらに備える、項目５に記載の装置。
（項目７）
　前記装置は、前記回動部に接続される第２のスライド機構をさらに備え、
　前記第２のスライド機構は、前記第２の取付部と前記回動部との間の距離を変化可能に構成される、項目１～６のいずれか一項に記載の装置。
（項目８）
　前記第２のスライド機構は、前記回動部から遠位に延在する第２の本体を備え、前記第２の取付部が前記第２の本体に対してスライドするように構成される、項目７に記載の装置。
（項目９）
　前記第２のスライド機構は、前記回動部から遠位に延在する第２の本体を備え、前記回動部が前記第２の本体に対してスライドするように構成される、項目７に記載の装置。
（項目１０）
　前記装置は、前記回動部に接続される駆動部をさらに備える、項目１～９のいずれか一項に記載の装置。
（項目１１）
　前記駆動部は、前記回動部を回動させるような反力を発生させるように構成される、項目１０に記載の装置。
（項目１２）
　前記装置は、前記操作者によって装着可能な装着部をさらに備える、項目１～１１のいずれか一項に記載の装置。
（項目１３）
　前記第１の取付部は、前記装置が前記操作者に装着されると、前記スライド機構が前記操作者の第１の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、
　前記第２の取付部は、前記装置が前記操作者に装着されると、前記回動部が前記操作者の第２の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、
　前記検出部は、前記操作者の前記第１の節と前記第２の節とがなす角度を検出するように構成される、項目１～１２のいずれか一項に記載の装置。
（項目１４）
　前記第１の取付部は、前記操作者の手の甲に配置されるように構成される、項目１～１３のいずれか一項に記載の装置。

　本発明によれば、操作者が手指などの可動部を動かした際の可動部の形状を精度よく検出することができる新たな装置を提供することができる。

　また、本発明によれば、このような新たな装置を用いて操作者の可動部の動き（動作）をより忠実にロボットに再現させることができるシステムを提供することができる。

図１は、本発明の装置１０の基本構成を示す模式図である。 図２は、本発明の装置１０を概念的にさらに説明するためのブロック図である。 図３は、図１に示す装置１０の基本構成を利用した具体的な構成の一例として、操作者の手指の動作を検出するための構成を備えた検出装置１００を示す斜視図である。 図４は、図３に示す検出装置１００の動作を説明するための図であり、図４（ａ）は手指を開いた状態（伸展時）を示す写真、図４（ｂ）は手指を閉じた状態（屈曲時）を示す写真である。 図５は、図３に示す検出装置１００で検出した手指の動作をロボットに行わせるためのシステム１の構成の一例を示す。

　以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

　本明細書において、「操作者」とは、ロボットを操作するための情報を本発明の装置によって提供する人を意味する。

　本明細書において、「遠位」とは、本発明の装置（あるいは装置を構成する部材）における２つの部位に着目したとき、これら２つの部位のうちの、人体の体幹からより遠く離れたところに位置している側を指し、「近位」とは、これら２つの部位のうちの、人体の体幹からより近いところに位置している側を指す。

　本明細書において、「約」とは、後に続く数値の±１０％を意味する。

　本発明の装置を概念的に説明する。

　図１は、本発明の装置１０の基本構成の例を説明するための図である。

　本発明の装置１０は、操作者の動作を検出するための装置である。

　この装置１０は、第１の方向２０ｘにスライドするように構成されるスライド機構２０を備え、スライド機構２０は、操作者に取り付けられるように構成される第１の取付部２２を備える。

　この装置１０は、第１の方向２０ｘに直交する第２の方向の軸３０ｃ回りに回動可能にスライド機構２０に接続される回動部３０と、回動部３０に接続され、操作者に取り付けられるように構成される第２の取付部３２と、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度を検出する検出部４０とを備える。

　このような本発明の装置１０は、第１の取付部２２が取り付けられた操作者の部位９１（例えば、ＭＰ関節とＰＩＰ関節との間の位置）と、第２の取付部３２が取り付けられた操作者の部位９２（例えば、ＰＩＰ関節とＤＩＰ関節との間の位置）とのなす角度（すなわちＰＩＰ関節の角度）を、第１の取付部２２を含むスライド機構２０に対する、第２の取付部３２に接続された回転部３０の回転角度として、高い精度で検出することが可能となる。

　以下、本発明の装置１０を概念的にさらに説明する。

　図２は、本発明の装置１０の構成の一例を概念的にさらに説明するためのブロック図である。ただし、本発明の装置の構成は、図２に示すものに限定されるものではない。

　図１に示す基本構成を有する装置１０において、スライド機構２０は、例えば、第１の取付部２２と回動部３０との間の距離を変化させるようにスライドするものであってもよい。この場合、スライド機構２０は、第１の方向に延在する本体（第１の本体）２０ａを備え、第１の取付部２２が本体２０ａに対してスライドするものでもよいし、あるいは回動部３０が本体２０ａに対してスライドするものでもよい。

　なお、スライド機構２０は、第１の取付部２２と回動部３０との間の距離を一定に保持したまま、第１の取付部２２と回動部３０とがともに移動するものでもよい。

　この装置１０における回転部３０あるいは検出部４０はそれぞれ１つに限定されるものではなく、装置１０は、スライド機構２０の本体２０ａを第１の取付部２２に対して第１の方向および第２の方向に直交する第３の方向の軸回りに回動させることが可能であるように構成される第２の回動部６０をさらに備えていてもよい。この場合、装置１０は、第３の方向の軸回りでの本体の回動角度を検出するように構成される第２の検出部８０をさらに備えていることは好ましい。

　また、装置１０は、第１の取付部２２と回動部３０との距離、および第２の取付部３２と回動部３０との距離の少なくとも一方を検出する検出部を備えていてもよい。

　装置１０におけるスライド機構も１つに限定されるものではなく、装置１０は、回動部３０に接続される第２のスライド機構３４をさらに備えていてもよい。

　この第２のスライド機構３４は、第２の取付部３２と回動部３０との間の距離を変化可能に構成されるものでもよい。この場合、第２のスライド機構３４は、回動部３０から遠位に延在する第２の本体３４ａを備え、第２の取付部３２が第２の本体３４ａに対してスライドするように構成されるものでもよいし、回動部３０が第２の本体３４ａに対してスライドするように構成されたものでもよい。

　なお、第２のスライド機構３４は、第２の取付部３２と回動部３０との間の距離を一定に保持したまま、第２の取付部３２と回動部３０とがともに移動するように構成されたものでもよい。

　さらには、回動部３０は、操作者の操作により回動するだけでなく、駆動部５０に接続されたものでもよい。この場合、駆動部５０は、回動部３０を回動させるような反力を発生させるように構成されていることが好ましい。なぜなら、操作者の操作の反作用を反力として感じることが可能となるからである。つまり、ハプティクス機能（物に触れているような感触を操作者に与える機能）を装置に持たせることができるからである。

　この場合、グローブの上から力覚提示を行う別途装置を装着する必要はなく、ハプティクス機能のための構成の追加は簡単なものとなる。

　さらに、装置１０は、操作者が装着可能な装着部（図示せず）をさらに備えていることが好ましい。なぜなら、操作者は、装着部を装着することで、この装置を身に着けることが可能となるからである。

　この場合、第１の取付部２２は、装置が操作者に装着されると、スライド機構が操作者の第１の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、第２の取付部３２は、装置１０が操作者に装着されると、回動部３０が操作者の第２の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、検出部４０は、操作者の第１の節と第２の節とがなす角度を検出するように構成されることが好ましい。

　なぜなら、このような構成とすることで、操作者が装着部により装置を装着するだけで、操作者の第１の節と第２の節とがなす角度を検出部４０が検出可能となるからである。

　また、第１の取付部２２は、操作者の節となる部分であればどこに装着されてもよいが、操作者の手の甲に配置されるように構成されることが好ましい。この場合、手の甲に対する手の指の角度を検出可能となり、手の指の動きをロボットで再現することが可能となるからである。

　また、装着部の一例としては、密着型のゴム手袋に腕時計のベルトの構造を有する部材を両面テープで固定したものを用いることで容易に操作者の手に装置を装着可能である。

　以下、図１を再度参照し、本発明の装置１０の基本構成をより詳しく説明する。

　（装置の基本構成）
　図１に示す装置１０の基本構成は、本発明の装置を操作者の関節の動作を検出可能な最小単位となっており、この最小単位の組み合わせにより、手指などの複数の関節を含む部位の動作を検出可能となる。

　図１に示す装置１０の基本構成は、１つの関節の動作、すなわち、隣接する２つの節９１および節９２のなす角度を検出可能な構成であり、少なくとも、第１の取付部２２を有するスライド機構２０と、回動部３０と、第２の取付部３２と、検出部４０とを備える。

　ここで、スライド機構２０は、第１の方向ｘ（隣接する２つの節の一方の延びる方向）にスライドするように構成され、回動部３０は、第１の方向ｘに直交する第２の方向ｙ（図において、紙面に垂直な方向）に沿った回転軸３０ｃの軸回りに回動可能であるようにスライド機構に接続される。第２の取付部３２は、直接あるいは間接的に回動部３０に接続され、操作者に取り付けられるように構成される。検出部４０は、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度を検出するように構成されている。

　このような基本構成を有する装置１０は、第１の取付部２２を介してスライド機構２０を、装置の取付け対象における第１の部分（例えば、図１においては、操作者の第１の節９１）に取り付け、第２の取付部３２を介して回動部３０を、装置の取付け対象における第２の部分（例えば、図１においては、操作者の第２の節９２）に直接あるいは間接的に取り付けることができる。このような取付状態では、装置１０が取り付けられた対象の第１の部分と第２の部分とのなす角度が、装置１０のスライド機構２０と回動部３０とのなす角度に対応する。そのため、検出部４０によってスライド機構２０と回動部３０とのなす角度を検出することにより、装置の取付け対象における第１の部分と第２の部分とのなす角度が検出される。

　以下、基本構成を構成する各部を説明する。

　（スライド機構）
　スライド機構２０は、第１の方向ｘにスライドし、第１の取付部２２を備えるものであれば、その他の構成は任意であるが、スライド機構の一例としては、好ましくは、第１の取付部２２と回動部３０との間の距離を変化させるようにスライドするように構成され得る。これにより、装置１０が取り付けられた第１の部分と第２の部分との位置関係が、動作に伴って変化した場合であっても、スライド機構２０が作動することにより、第１の部分と第２の部分との位置関係の変化に装置１０を適合させることができる。

　スライド機構２０は、任意のメカニズムによりスライドするように構成され得る。例えば、スライド機構２０は、本体２０ａを備え、本体２０ａと任意の直動部品とがスライドするように構成され得る。ここで、直動部品は１つの直線に沿って真っすぐ動く部品である。一例では、本体２０ａは、第１の方向２０ｘに延在し、直動部品は、本体２０ａ上を第１の方向２０ｘにスライドするように構成され得る。一例では、本体２０ａは、第１の方向に延在するロッドである。

　一例では、直動部品は、第１の取付部２２であり得る。この場合、第１の取付部２２が、本体２０ａに対してスライドするように構成される。これにより、装置１０を取り付けられた操作者が動作を行う際に、本体２０ａに対して第１の取付部２２がスライドすることにより、装置１０が操作者の動作を妨げる可能性を低減させることができる。

　他の一例では、直動部品は、回動部３０であり得る。この場合、回動部３０が、本体２０ａに対してスライドするように構成される。これにより、装置１０を取り付けられた操作者が動作を行う際に、本体２０ａに対して回動部３０がスライドすることにより、装置１０が操作者の動作を妨げる可能性を低減させることができる。さらなる別の一例では、第１の取付部２２および回動部３０の両方が本体２０ａに対してスライドするように構成される。

　（回動部）
　回動部３０は、第１の方向２０ｘに直交する第２の方向の軸回り（ｙ軸回り）に回動可能にスライド機構２０に接続され得る。図１に概略的に示されるように、回動部３０は、例えば、スライド機構２０の遠位端に接続され、回動軸３０ｃを中心として、スライド機構２０に対して回動するように構成される。

　（第２の取付部）
　第２の取付部３２は、操作者に取り付けられるように構成される。第２の取付部３２は、さらに、回動部３０に接続される。第２の取付部３２は、回動部３０とともに回動するように配置されればよく、一例では、回動部３０に直接取り付けられてもよいし、あるいは他の部材を介して回動部３０に接続されてもよい。

　（検出部）
　検出部４０は、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度を検出するように構成される。検出部４０は、角度を検出することができる任意の機器であり得、例えば、ロータリエンコーダであり得る。ロータリエンコーダを用いることで、操作者の隣接する節がなす形状（例えば、手指の形状）をデジタル化することができる。検出部４０は、装置１０の内部に配置されてもよいし、装置１０の外部に配置されてもよい。一例では、検出部４０は、スライド機構２０と回動部３０との接続位置の近傍に配置される。あるいは、一例では、検出部４０は、回動部３０上に配置される。

　（第２のスライド機構）
　装置１０は、回動部３０に接続される第２のスライド機構３４をさらに備え得る。第２のスライド機構３４は、回動部３０とともにスライド機構２０に対して回動するように、回動部３０に接続される。好ましくは、第２のスライド機構３４は、回動部３０の回動に伴ってそのスライド方向３４ｘを変化させるように構成され得、例えば、第１の方向２０ｘと第２のスライド機構３４のスライド方向３４ｘとのなす角度が変化可能に構成される。また、第２のスライド機構３４は、第２の取付部３２と回動部３０との間の距離を変化可能に構成され得る。

　第２のスライド機構３４は、任意のメカニズムによりスライドするように構成され得る。例えば、第２のスライド機構３４は、回動部３０から遠位に延在する第２の本体３４ａを備え、第２の本体３４ａと第２の直動部品とがスライドするように構成され得る。一例では、本体３４ａは、第２のスライド機構３４のスライド方向に延在するロッドであり得る。

　一例では、第２の直動部品は、第２の取付部３２であり得る。この場合、第２の取付部３２が、本体３４ａに対してスライドするように構成される。これにより、装置１０を取り付けられた操作者が動作を行う際に、本体３４ａに対して第２の取付部３２がスライドすることにより、操作者は、装置１０によってその動作を妨げられる可能性を低減させることができる。

　一例では、第２の直動部品は、回動部３０であり得る。この場合、回動部３０が、本体３４ａに対してスライドするように構成される。これにより、装置１０を取り付けられた操作者が動作を行う際に、本体３４ａに対して回動部３０がスライドすることにより、操作者は、装置１０によってその動作を妨げられる可能性を低減させることができる。一例では、第２の取付部３２および回動部３０の両方が本体３４ａに対してスライドするように構成され得る。

　（回動部の駆動部）
　装置１０は、回動部３０に接続される駆動部５０（図２参照）をさらに備え得る。駆動部５０は、スライド機構２０に対する回動部３０の回動を駆動するように構成され得る。駆動部５０は、例えば、装置１０を装着している操作者にハプティクス（物に触れているような感触を操作者に与える機能）を装置１０に持たせるために使用され得、この場合、駆動部５０は、回動部３０を回動させるような反力を発生させるように構成され得る。駆動部５０はまた、装置１０を装着している操作者の動作を支援するために使用され得、この場合、駆動部５０は、操作者の動作を支援するように回動部３０を回動させるような力を発生させるように構成され得る。

　装置１０は、第１の取付部２２および第２の取付部３２を介して操作者に直接取り付けられてもよいし、第１の取付部２２および第２の取付部３２が取り付けられる装着部を介して操作者に取り付けられてもよい。装着部は、操作者の身体の一部の部位に装着可能に構成され得る。装置１０が装着部を備える場合、予め第１の取付部２２および第２の取付部３２を装着部に取り付けておくことができ、操作者が装置１０を使用するときには装着部を装着するだけで装置１０を操作者に装着させることができるため、装置１０の使用がより簡便となる。また、装着部を身体適合性の高い材料・形状で作製することにより、操作者に対する身体的負担を軽減させること、および／または操作者の動作中に装置１０が外れることを防止することが可能になり得る。

　第１の取付部２２は、装置１０が操作者に装着されると、スライド機構２０が操作者の第１の節９１に沿って配置されるように取付可能に構成され、第２の取付部３２は、装置１０が操作者に装着されると、回動部３０が操作者の第２の節９２に沿って配置されるように操作者に取付可能に構成されることが好ましい。これにより、スライド機構２０と回動部３０とのなす角度が、操作者の第１の節９１と第２の節９２とがなす角度（第１の節９１と第２の節９２との間の関節の角度）に対応することになる。そのため、装置１０は、検出部４０によってスライド機構２０と回動部３０とのなす角度を検出することにより、操作者の第１の節９１と第２の節９２とがなす角度を検出することができる。

　装置１０は、例えば、屈伸運動を行う部位に沿って配置され、屈伸運動を行う関節の角度を検出することが可能であり得る。装置１０は、屈伸運動を行う第１の節９１および第２の節９２がなす屈曲形状の外側に配置されるように構成されることにより、操作者の屈伸運動に対する装置１０の妨害を低減させることができる。例えば、装置１０が手指に適用される場合、装置１０は、手の甲および手指の甲側（爪側）に沿って配置されるように構成され得る。この場合、第１の取付部２２が、操作者の手の甲に配置されるように構成され、第２の取付部３２が、操作者の手指の基節に配置されるように構成されることにより、装置１０によって操作者の手指のＭＰ関節の角度を検出することが可能になる。また、別の例では、装置１０は、膝に装着され得る。この場合、第１の取付部２２が大腿上に配置されるように構成され、第２の取付部３２が脛上に配置されるように構成されることにより、装置１０は、大腿と脛とがなす角度、すなわち膝関節の角度を検出することが可能になる。

　装置１０は、第２の回動部６０（図１参照）を備え得る。第２の回動部は、スライド機構２０の本体２０ａを第１の取付部２２に対して第１の方向（図１のｘ方向）２０ａと第２の方向（図２のｙ方向）とに直交する第３の方向（図１のｚ方向）の軸回りに回動させることが可能であるように構成され得る。この場合、装置１０は、第３の方向の軸回りでの本体２０ａの回動角度を検出するように構成される第２の検出部８０（図２参照）をさらに備え得る。このような第２の回動部６０および第２の検出部８０を備えることにより、装置１０はさらなる他の角度を検出することが可能になる。例えば、装置１０が手指に適用される場合、回動部３０の回動方向を手指の屈曲方向に合わせて配置し、第２の回動部８０の回動方向を手指の内外転方向に合わせて配置することが可能になるため、装置１０は、手指の屈曲角度と内外転角度との両方を検出することが可能になる。

　従って、このような構成の装置１０を手指の動きの検出に用いることで、手指の動きをより忠実に検出することが可能となり、ロボットによる手指の動きの再現をより精度良く行うことができる。

　また、装置１０の別の例は、さらに、第２のスライド機構に対して回動可能に構成される第３の回動部と、第３の回動部に接続される第３の取付部とを備え得る。これにより、さらに多くの部位の角度を検出することが可能になる。第３の回動部の回動方向は、回動部３０と同様にｙ軸回りであってもよいし、１つ以上の他の回動方向（例えば、ｘ軸回り、ｚ軸回り、またはｘ軸回りおよびｚ軸回りの両方）であってもよい。第３の回動部の回動方向は、検出することが所望される操作者の部位の構造に従って決定され得る。

　本発明の装置が第３の回動部と第３の取付部とを備える場合、第２のスライド機構は、例えば、回動部３０、第２の取付部３２、および第３の回動部のうちの少なくとも１つが第２の本体３４ａに対してスライドするように構成され得る。好ましくは、装置の操作性を向上させるために、回動部３０、第２の取付部３２、および第３の回動部のうちの２つが第２の本体３４ａに対してスライドし得、最も好ましくは、回動部３０および第２の取付部３２、または第２の取付部３２および第３の回動部が、第２の本体３４ａに対してスライドし得る。

　このような基本構成を有する装置１０では、第１の方向にスライドするように構成されるスライド機構２０であって、スライド機構２０は、操作者に取り付けられるように構成される第１の取付部２２を備える、スライド機構２０と、第１の方向に直交する第２の方向の軸回りに回動可能にスライド機構２０に接続される回動部３０と、回動部３０に接続され、操作者に取り付けられるように構成される第２の取付部３２と、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度を検出する検出部４０とを備えるので、指などの人体における節と節との連結部分である関節で一方の節が他方の節に対してなす角度を、スライド機構２０に対する回動部３０の回動角度として、従来のグローブのインタフェースに比べて精度よく検出することができる。

　特に、装置１０では、第１のスライド機構２０の本体ロッド（第１の本体ロッド）２０ａが操作者の第１の節９１に対して所定の角度（例えば、略平行）で、かつ第１の節９１に対してスライド可能に配置され、第２のスライド機構３４の本体ロッド（第２の本体ロッド）３４ａが操作者の第２の節９２に対して所定の角度（例えば、略平行）で、かつ第２の節９２に対してスライド可能に配置され、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとが回動部３０で回動可能に支持され、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとがなす角度が第１の節９１と第２の節９２とのなす角度として検出される。

　このため、操作者の動作状態を示す情報である第１の節９１と第２の節９２とのなす角度を、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとがなす角度として精度よく検出することができる。

　また、上述した装置では、その一部（例えば、回動部）に外力を与える構成を追加することで、ハプティクス機能、つまり物に触れているような感触を操作者に与える機能を簡単に持たせることができる。
（具体的実施形態）
　以下、操作者の手指の動作を検出する検出装置の実施形態として、図１に示す本発明の装置の基本構成を組み合わせた装置を説明する。

　図３は、操作者の手指の動作を検出するために使用されることができる装置１００を示す。この装置１００は、図１で説明した本発明の装置１０の基本構成を複数組み合わせたものであり、親指以外の１つの手指の動作を検出するために、手指の３つの関節（ＭＰ関節、ＰＩＰ関節、およびＤＩＰ関節）の角度を検出することが可能である。ここで、ＤＩＰ関節は指の先端側に位置する第１関節、ＭＰ関節は指の付け根側に位置する第３関節、ＰＩＰ関節は、ＤＩＰ関節とＭＰ関節との間に位置する第２関節である。

　図３に示される装置１００は、４つのスライド機構、すなわち、第１のスライド機構１２０と第２のスライド機構２２０と第３のスライド機構３２０と第４のスライド機構４２０とを備える。４つのスライド機構の各々は、スライド方向に延在する本体を備え、図３に示される例では、本体は、ロッドである。すなわち、第１のスライド機構１２０は、第１のロッド１２０ａを備え、第２のスライド機構２２０は、第２のロッド２２０ａを備え、第３のスライド機構３２０は、第３のロッド３２０ａを備え、第４のスライド機構４２０は、第４のロッド４２０ａを備えている。

　４つのロッド１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａは、相互に平行に配置され、かつ、隣接するロッドは、ロッドが延在する方向と垂直な方向に離間して配置されている。これにより、各スライド機構のスライド時に隣接するロッドが衝突することを防ぎ、操作者の動作への干渉を低減させることができる。もっとも、ロッドの配置は、検出することが所望される操作者の部位に従って変化し得る。手指のように、一直線上に複数の関節が存在する場合には、上記のような配置が好ましい。

　４つのスライド機構の各々は、操作者に取り付けられる取付部を備え、図３に示されるようにロッドを支持する。すなわち、第１のスライド機構１２０は、第１のロッド１２０ａをスライド可能に支持する第１の取付部１２２を備え、第２のスライド機構２２０は、第２のロッド２２０ａをスライド不能に支持する第２の取付部２２２を備え、第３のスライド機構３２０は、第３のロッド３２０ａをスライド不能に支持する第３の取付部３２２を備え、第４のスライド機構４２０は、第４のロッド４２０ａをスライド可能に支持する第４の取付部４２２を備えている。

　なお、手指用の装置１００では、第１の取付部１２２は、手の甲上、好ましくは中手骨上に取り付けられ、第２の取付部２２２は、基節骨上に取り付けられ、第３の取付部３２２は、中節骨上に取り付けられ、第４の取付部４２２は、末節骨上に取り付けられるように構成される。

　装置１００は、３つの回動部、すなわち、第１の回動部１３０と、第２の回動部２３０と、第３の回動部３３０とを備える。第１の回動部１３０、第２の回動部２３０、および第３の回動部３３０の各々は、各回動部に接続される隣接する２つのロッドがｙ方向の軸回りで相対的に回動することを可能にするように構成されている。

　すなわち、第１の回動部１３０は、第１のロッド１２０ａと第２のロッド２２０ａとを相互に回動可能に、かつ、これらのロッド１２０ａ、２２０ａを第１の回転部１３０に対してスライド不能に接続するよう構成されており、第１のスライド機構１２０と第２のスライド機構２２０とで共有されている。

　第２の回動部２３０は、第２のロッド２２０ａと第３のロッド３２０ａとを相互に回動可能に、かつ、これらのロッド２２０ａ、３２０ａを第２の回転部２３０に対してスライド可能に接続するよう構成されており、第２のスライド機構２２０と第３のスライド機構３２０とで共有されている。

　第３の回動部３３０は、第３のロッド３２０ａと第４のロッド４２０ａとを相互に回動可能に、かつこれらのロッド３２０ａ、４２０ａを第３の回転部３３０に対してスライド不能に接続するよう構成されており、第３のスライド機構３２０と第４のスライド機構４２０とで共有されている。

　また、この装置は、隣接する第１のロッド１２０ａと第２のロッド２２０ａとが第１の回動部１３０にてなす角度を検出する検出部（図１、図２の検出部４０を参照）と、隣接する第２のロッド２２０ａと第３のロッド３２０ａとが第２の回動部２３０にてなす角度を検出する検出部（図１、図２の検出部４０を参照）と、隣接する第３のロッド３２０ａと第４のロッド２２０ａとが第３の回動部３３０にてなす角度を検出する検出部（図１、図２の検出部４０を参照）とを有している。

　ここで、隣接するロッドのなす角度を検出する各検出部としては、例えば、ロータリエンコーダが配置される。この場合、このようなロータリエンコーダ部分に小型サーボを設置することで、節と節との間に外力与えることが可能となり、ハプティクス機能を簡単に付加することが可能である。

　このような構成の装置１００では、装置１００が取り付けられた操作者の部位の屈曲に合わせて各ロッドの姿勢が変化することが可能になる。すなわち、第１の回動部１３０では、操作者の第１の関節（手指の場合、例えばＭＰ関節）の屈曲に従って第１のロッド１２０ａと第２の本体ロッド２２０ａとが相対的に回動し、第２の回動部２３０では、操作者の第２の関節（手指の場合、例えばＰＩＰ関節）の屈曲に従って第２のロッド２２０ａと第３の本体ロッド３２０ａとが相対的に回動し、第３の回動部３３０では、操作者の第３の関節（手指の場合、例えばＤＩＰ関節）の屈曲に従って第３のロッド３２０ａと第４の本体ロッド４２０ａとが相対的に回動することができる。

　なお、このような４つのスライド機構を含む図３に示す装置１００では、図１に示す装置１０の基本構成、つまり、隣接する２つの節のなす角度を検出する構成が複数組み合わせて用いられている。

　すなわち、装置１００では、第１のスライド機構１２０および第２のスライド機構２２０には、図１に示す隣接する節のなす角度を検出する装置１０の基本構成が採用されている。

　具体的には、装置１００における第１、第２のスライド機構１２０、２２０は、図１に示す装置１０の基本構成において、第１の取付部２２に対して第１の本体ロッド２０ａがスライド可能に接続され、回動部３０が本体ロッド２０ａに回動可能に接続され、回動部３０に第２の本体ロッド３４ａを介して第２の取付部３２が取り付けられている場合の構成に相当する。ここで、回動部３０は、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとの相対的な回動が可能なものである。

　また、装置１００（図３）では、第２のスライド機構２２０および第３のスライド機構３２０には、装置１００における上述した第１、第２のスライド機構１２０、第２のスライド機構２２０と同様に、図１に示す装置１０の基本構成が採用されている。

　具体的には、装置１００における第２、第３のスライド機構２２０、３２０は、図１に示す装置１０の基本構成において、第１の取付部２２に対して第１の本体ロッド２０ａが固定され、第２の取付部３２に対して第２の本体ロッド３４ａが固定され、回動部３０がいずれの本体ロッド２０ａ、３４ａに対してもスライド可能である場合の構成に相当する。ここで、回動部３０は、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとの相対的な回動が可能なものである。

　また、装置１００（図３）では、第３のスライド機構３２０および第４のスライド機構４２０には、装置１００における上述した第１、第２のスライド機構１２０、第２のスライド機構２２０と同様に、図１に示す装置１０の基本構成が採用されている。

　具体的には、装置１００における第４、第３のスライド機構４２０、３２０は、図１に示す装置１０の基本構成において、第１の取付部２２に対して第１の本体ロッド２０ａがスライド可能に接続され、回動部３０が本来ロッド２０ａに回動可能に接続され、回動部３０に第２の本体ロッド３４ａを介して第２の取付部３２が取り付けられている場合に相当する。ここで、回動部３０は、第１の本体ロッド２０ａと第２の本体ロッド３４ａとの相対的な回動が可能なものである。

　以下、図４を用いて、操作者が手を握ったり開いたりする動作を装置１００が検出する動作を説明する。

　なお、実際の装置としては、図３に示す指１本分の動きを検出する検出装置１００を各指に対応する分だけ備えた動作検出装置が用いられる。ここで、親指は、他の４本の指に比べて節が１つ少ないので、親指に対しては、他の４本の指に対応する検出装置に比べてスライド機構および回動部が１つ少ない検出装置が用いられる。

　また、図４には、このように片手の指に相当する動作検出のための５つの検出装置を装着部としての手袋に取り付けた手指動作検出装置が示されている。ここでは、装着部の一例としては、密着型のゴム手袋に腕時計のベルトの構造を有する部材を両面テープで固定したものを示しており、このような装着部を用いることで、操作者の動作を検出する装置を容易に操作者の手に装着可能である。この場合、手袋が汚れたら簡単に交換できる。

　ただし、各指に対する動作の検出は同じであるので、以下の動作説明では、人差し指の動作を検出する場合を説明する。

　図４は、操作者の手に取り付けられた検出装置１００の状態を示す図であり、図４（ａ）は、掌を開いた伸展時の状態を示し、図４（ｂ）は、掌を閉じた屈曲時の状態を示す。

　まず、各指に対応する検出装置が取り付けられた手袋を操作者が装着すると、例えば、人差し指に対応する検出装置では、第１の取付部１２２は手の甲上に固定され、第２の取付部２２２は基節骨上に固定され、第３の取付部３２２は中節骨上に固定され、第４の取付部４２２は、末節骨上に固定される。このとき、第１のロッド１２０ａは手の甲に略平行に配置され、第２のロッド２２０ａは基節骨に略平行に配置され、第３のロッド３２０ａは中節骨に略平行に配置され、第４のロッド４２０ａは、末節骨に略平行に配置されている。

　また、このとき、各回動部は、対応する関節上に位置決めされる。例えば、第１の回動部１３０は、人差し指の第３関節（ＭＰ関節）上に位置し、第２の回動部２３０は人差し指の第２関節（ＰＩＰ関節）上に位置し、第３の回動部３３０は、人差し指の第１関節（ＤＩＰ関節）上に位置する。

　そして、図４（ａ）に示すように手を開いた状態では、各スライド機構１２０、２２０、３２０、４２０の本体ロッド１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａは、略一直線に沿った姿勢（伸展姿勢）となる。

　この状態で、操作者が指を曲げる動作を行うと、図４（ｂ）に示すように、隣接するスライド機構では、一方の本体ロッドが他方の本体ロッドに対して所定の角度をなすように傾斜した状態となる。このような隣接する本体ロッドが傾斜した姿勢は、各関節上に位置する回動部１３０、２３０、３３０での隣接する本体ロッドの相対的な回動により実現される。そして、隣接する本体ロッドのなす角度は、各回動部に設けられている検出部で検出され、検出された角度情報が各指に対応する検出装置１００から出力されることとなる。

　以下、隣接する本体ロッドでの姿勢変化が生ずるメカニズムを具体的に説明する。
（第１の本体ロッドと第２の本体ロッドとの姿勢変化）
　第１の本体ロッド１２０ａと第２の本体ロッド２２０ａとが所定の角度をなす傾斜姿勢は、第１の回動部１３０での第１の本体ロッド１２０ａと第２の本体ロッド２２０ａとの相対的な回動により実現される。

　また、この装置１００では、第２の本体ロッド２２０ａは第２の取付部２２２により操作者の指に固定され、第１の回動部１３０では第１の本体ロッド１２０ａも第２の本体ロッド２２０ａもスライドしないが、第１の本体ロッド１２０ａは、第１の取付部１２２ではスライド可能に支持されている。このため、第２の本体ロッド２２０ａに対して第１の本体ロッド１２０ａが傾斜したとき、第１の本体ロッド１２０ａが第１の取付部１２２に対してスライドすることにより、第１の取付部１２２から第１の回動部１３０までの距離が変化する。

　つまり、指を曲げたときに、節に略平行に配置されている第１のロッドにおける第１の取付部１２２から第１の回動部１３０までの長さを動的に変化させる必要があるが、これが第１の取付部１２２に対する第１の本体ロッド１２０ａのスライドにより達成される。（第２の本体ロッドと第３の本体ロッドとの姿勢変化）
　第２の本体ロッド２２０ａと第３の本体ロッド３２０ａとが所定の角度をなす傾斜姿勢は、第２の回動部２３０での第２の本体ロッド２２０ａと第３の本体ロッド３２０ａとの相対的な回動により実現される。

　また、この装置１００では、第２の本体ロッド２２０ａは第２の取付部２２２により操作者の指に固定され、かつ第３の本体ロッド３２０ａは第３の取付部３２２により操作者の指に固定されているが、第２の本体ロッド２２０ａおよび第３の本体ロッド３２０ａはいずれも、第２の回動部２３０に対してスライド可能である。

　このため、第２の本体ロッド２２０ａに対して第３の本体ロッド３２０ａが傾斜したときに、第２の本体ロッド２２０ａが第２の回動部２３０に対してスライドするにより第２の取付部２２２から第２の回動部２３０までの距離が変化する。また、第２の本体ロッド２２０ａに対して第３の本体ロッド３２０ａが傾斜したときに、第３の本体ロッド３２０ａが第２の回動部２３０に対してスライドすることにより、第３の取付部３２２から第２の回動部２３０までの距離が変化する。

　つまり、指を曲げたときに、節に略平行に配置されている第２のロッドにおける第２の取付部１２２から第２の回動部２３０までの長さ、および節に略平行に配置されている第３のロッドにおける第３の取付部３２２から第２の回動部２３０までの長さを動的に変化させる必要があるが、これが、第２の回動部２３０に対する第２の本体ロッド２２０ａのスライド、および第２の回動部２３０に対する第３の本体ロッド３２０ａのスライドにより達成される。
（第３の本体ロッドと第４の本体ロッドとの姿勢変化）
　第３の本体ロッド３２０ａと第４の本体ロッド４２０ａとが所定の角度をなす傾斜姿勢は、第３の回動部３３０での第３の本体ロッド３２０ａと第４の本体ロッド４２０ａとの相対的な回動により実現される。

　また、この装置１００では、第３の本体ロッド３２０ａは第３の取付部３２２により操作者の指に固定され、第３の回動部３３０では第３の本体ロッド３２０ａも第４の本体ロッド４２０ａもスライドしないが、第４の本体ロッド４２０ａは、第４の取付部４２２ではスライド可能に支持されている。

　このため、第３の本体ロッド３２０ａに対して第４の本体ロッド４２０ａが傾斜したとき、第４の本体ロッド４２０ａが第４の取付部４２２に対してスライドすることにより、第３の回動部３３０から第４の取付部４２２までの距離が変化する。

　つまり、指を曲げたときに、節に略平行に配置されている第４のロッドにおける第４の取付部４２２から第３の回動部３３０までの長さを動的に変化させる必要があるが、これが第４の取付部４２２に対する第４の本体ロッド４２０ａのスライドにより達成される。

　このように装置１００では、操作者が指を曲げ伸ばししたときの節の姿勢が、各回動部での隣接する本体ロッドの回動、さらには所定の回動部あるいは所定の取付部での本体ロッドのスライドにより、本体ロッドの姿勢に反映されることとなり、隣接する本体ロッドのなす角度を操作者の指の姿勢として検出することができる。

　次に、本装置を用いて操作者の手指の動きをロボットに再現させるシステムを説明する。

　（本システムの構成）
　図５は、本開示に係る操作者の動作に基づいてロボットの動作を制御するためのシステム１の構成の一例を示す。

　システム１は、操作者の手指の動作を検出する手指動作検出装置１０００と、コンピュータ装置２と、ロボット３とを備えている。ここで、手指動作検出装置１０００は、５本の指に対応する上述した装置１００を備え、各装置の検出部で検出した指の節の角度に関する情報をコンピュータ装置２に送信するよう構成されている。

　システム１では、手指動作検出装置１０００が操作者の動作（例えば、手指の動作）に関する情報を検出し、コンピュータ装置２が、手指動作検出装置１０００で検出された情報に基づいてロボット３を動かす制御信号を生成してロボット３に出力する。ロボット３は、コンピュータ装置２から出力された制御信号に従って、操作者の指の動作を再現する動作を行う。

　ここで、装置１００は、ロボット３に伝達すべき動作を行う操作者の部位（以下では「動作部位」ともいう）に取り付けられるように構成されている。装置１００は、操作者の動作部位に取り付けられることが可能であり、かつ操作者の動きに関する情報を検出することが可能である。装置１００は、例えば、操作者の動作部位の角度を検出するように構成されている。なお、装置１００は、操作者の動作部位の角度に加えて距離（例えば、隣接する取付部と回動部との距離）を検出するように構成され得る。

　ここで、動作部位は、操作者の身体の任意の部位であり得る。動作部位は、例えば、手指、手、腕、肩、脚、膝、足首、腰、上半身、下半身、全身等であり得る。しかしながら、ここでは、装置１００は、複数の関節が連動する手指の動作に対して適用されたものとしている。

　装置１００によって測定された操作者の動きに関する情報は、コンピュータ装置２に送信される。コンピュータ装置２は、装置１００から操作者の動作に関する情報を受信することと、受信された操作者の動作に関する情報に基づいて、ロボット３を動かすための制御信号を生成することと、生成された制御信号を出力することとが可能な任意の手段であり得る。コンピュータ装置２は、例えば、専用のコンピュータ装置であってもよいし、汎用のコンピュータ装置であってもよい。コンピュータ装置２は、例えば、デスクトップ型、ラップトップ型、タブレット型、スマートフォン型等のコンピュータ装置であってもよい。コンピュータ装置２は、例えば、装置１００および／またはロボット３に有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。例えば、装置１００とコンピュータ装置２とは、ネットワーク（例えば、インターネット、ＬＡＮ等）を介して接続され得る。さらに、コンピュータ装置２は、例えば、装置１００と別個のコンピュータ装置として実装されてもよいし、装置１００内に搭載されてもよい。

　図５に示される例では、コンピュータ装置２は、ラップトップ型のコンピュータ装置として示されている。

　コンピュータ装置２によって生成された制御信号は、ロボット３に送信され得る。ロボット３は、コンピュータ装置２によって生成された制御信号に基づいて動き得る任意のロボットであり得る。好ましくは、ロボット３は、操作者の動作部位に対応する部位を有し得る。例えば、操作者の動作部位が手指である場合、ロボット３は、操作者の手指に対応する部位を有し得る。もっとも、操作者の動作部位に対応するロボット３の部位は、必ずしも操作者の動作部位と同一の形状および構造（例えば、部位の長さ、太さ、厚さ、関節の数、関節の自由度等）である必要はなく、ロボット３が所望される動きを実施し得る限り、操作者の動作部位の形状および構造と異なっていてもよい。ロボット３の部位が対応する操作者の部位と同一の形状および構造を有している場合、ロボット３は、操作者の動きを忠実に再現することができる。一方、ロボット３の部位が、所望される動きを実現するための最小限の形状および構造を有している場合、ロボット３の動きを決定するための計算量を低減させてロボット３の反応が遅延することを防止することができる。

　図５に示される例では、ロボット３は、人間の手指と同様の形状および構造を有するロボットハンドとして示されている。

　このような構成のシステム１は、操作者の手指の動きを検出する検出装置１００と、検出された動きの情報を出力するコンピュータ装置２と、出力された動きの情報に基づいて動作するロボット３とを備えているので、操作者の指の動きを忠実にロボットに再現させることができる。

　本発明は、指などの人体における可動部の形状を精度よく検出することができる新たな装置、およびこのような装置を用いて人体の動きをより忠実にロボットに再現させることができる新たなシステムを提供することができるものとして有用である。

　１　システム
　２　コンピュータ装置
　３　ロボット
　１０　装置
　２０、１２０　スライド機構（第１のスライド機構）
　２２、１２２　第１の取付部
　３０、１３０　回動部
　３２　第２の取付部
　３４、２２０　第２のスライド機構
　３４ａ　第２の本体
　４０　検出部
　５０　駆動部
　８０　第２の検出部
　１００　検出装置
　１２０ａ　第１の本体ロッド
　２２０ａ　第２の本体ロッド
　２２２　第２の取付部
　２３０　第２の回動部
　３２０　第３のスライド機構
　３２０ａ　第３の本体ロッド
　３２２　第３の取付部
　３３０　第３の回動部
　４２０　第４のスライド機構
　４２０ａ　第４の本体ロッド
　４２２　第４の取付部

Claims (14)

1. 　操作者の動作を検出するための装置であって、
   　第１の方向にスライドするように構成されるスライド機構であって、前記スライド機構は、前記操作者に取り付けられるように構成される第１の取付部を備える、スライド機構と、
   　前記第１の方向に直交する第２の方向の軸回りに回動可能に前記スライド機構に接続される回動部と、
   　前記回動部に接続され、前記操作者に取り付けられるように構成される第２の取付部と、
   　前記スライド機構に対する前記回動部の回動角度を検出する検出部と
   　を備える、装置。
2. 　前記スライド機構は、前記第１の取付部と前記回動部との間の距離を変化させるようにスライドする、請求項１に記載の装置。
3. 　前記スライド機構は、前記第１の方向に延在する本体を備え、前記第１の取付部が前記本体に対してスライドするように構成される、請求項１または２に記載の装置。
4. 　前記スライド機構は、前記第１の方向に延在する本体を備え、前記回動部が前記前記本体に対してスライドするように構成される、請求項１または２に記載の装置。
5. 　前記装置は、前記スライド機構の前記本体を前記第１の取付部に対して前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向の軸回りに回動させることが可能であるように構成される第２の回動部をさらに備える、請求項３または４のいずれか一項に記載の装置。
6. 　前記装置は、前記第３の方向の軸回りでの前記本体の回動角度を検出するように構成される第２の検出部をさらに備える、請求項５に記載の装置。
7. 　前記装置は、前記回動部に接続される第２のスライド機構をさらに備え、
   　前記第２のスライド機構は、前記第２の取付部と前記回動部との間の距離を変化可能に構成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
8. 　前記第２のスライド機構は、前記回動部から遠位に延在する第２の本体を備え、前記第２の取付部が前記第２の本体に対してスライドするように構成される、請求項７に記載の装置。
9. 　前記第２のスライド機構は、前記回動部から遠位に延在する第２の本体を備え、前記回動部が前記第２の本体に対してスライドするように構成される、請求項７に記載の装置。
10. 　前記装置は、前記回動部に接続される駆動部をさらに備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
11. 　前記駆動部は、前記回動部を回動させるような反力を発生させるように構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 　前記装置は、前記操作者によって装着可能な装着部をさらに備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 　前記第１の取付部は、前記装置が前記操作者に装着されると、前記スライド機構が前記操作者の第１の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、
    　前記第２の取付部は、前記装置が前記操作者に装着されると、前記回動部が前記操作者の第２の節に沿って配置されるように取付可能に構成され、
    　前記検出部は、前記操作者の前記第１の節と前記第２の節とがなす角度を検出するように構成される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 　前記第１の取付部は、前記操作者の手の甲に配置されるように構成される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の装置。