JP3290436B2 - 力フィードバック及びテクスチャー擬似インタフェース装置 - Google Patents

力フィードバック及びテクスチャー擬似インタフェース装置

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JP3290436B2 JP50488491A JP50488491A JP3290436B2 JP 3290436 B2 JP3290436 B2 JP 3290436B2 JP 50488491 A JP50488491 A JP 50488491A JP 50488491 A JP50488491 A JP 50488491A JP 3290436 B2 JP3290436 B2 JP 3290436B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はマン・マシンインタフェース、特に身体部分
位置を測定し、使用者に力及びテクスチャーフィードバ
ックを供給するインタフェースに係る。
本発明の背景 新方法のコンピュータ相互作用は今その初期にある。
用語「仮想環境」又は「仮想現実」はすぐ平凡な言葉に
なる。仮想環境は環境のある部分が最も屡々コンピュー
タを介して人工的に擬似される環境である。コンピュー
タは机、窓、戸、壁、等の図式像及び他の人の一層の像
で満たされた環境のグラフィックシミュレーションを生
成してよい。又、コンピュータは環境音をシミュレーシ
ョンしてよい。発生した対象はコンピュータスクリーン
のような一般的な２次元表示に表示されるか又は特定の
立体装置で表示することにより対象は３次元を現すよう
作られてよい。
仮想環境で人が相互作用するための最も自然な方法
は、当人自身のグラフィック表示を直接に制御すること
である。例えば、人が頭の向きを変える場合、その人が
見る表示スクリーンは適切に修正される。又、人が手を
伸ばし、手を閉じるとき、コンピュータがスクリーン上
に発生した手の像が伸び、閉じる。かかる仮想環境は文
献で討論された。
仮想現実の感覚を生成する為、コンピュータは実時間
で実対象又は仮想対象のグラフィック像を発生及び操作
することができるべきである。環境のグラフィック表示
の発生は実現するために時間を消費し、些細ではない
が、多くの理論が調査され、相互作用３次元コンピュー
タグラフィックス及びソリッドモデリングの当業者によ
り分かる。ここで記述の発明は比較的調査がなされてい
ない重要な関連した領域、即ち「いかにして使用者が仮
想環境でのコンピュータ発生した対照物から把持力及び
テクスチャーを知覚するか」に関係する。
使用者が情報をコンピュータに入れるのを可能にする
よう生成された多くの周辺装置がある。これらの中で最
も顕著なものは標準QWERTYキーボードである。この「キ
ー入力」概念の多くの変更を除いて、関連した代替物を
備えた多くの他の装置がある。かかる装置の部分的リス
トはマウス、ジョイスティック、トラックボール及びコ
ンピュータ支援設計（CAD）ダブレットを含む。これら
のコンピュータ入力装置の主な欠点はそれらが最も効果
的で、自然である方法で使用者が情報を入れるのを可能
にしないことである。例えば、CADソフトウェアプログ
ラムでは、設計者が隠れた側を表示及び変更するようコ
ンピュータスクリーンのブロックの３次元グラフィック
表示を回転したい場合がある。現在利用できる入力装置
を用いて、設計者は軸又は連続の軸を選択し、その軸の
回りを対象は所望の方位及び表示を達成するよう回転さ
れなければならない。所望の軸が選択された後、角回転
の量は通常マウスの直線的動作により又はキーボードを
介して十進量として所望の量の回転を入力することで決
定されなければならない。この全ての手続は人が「実世
界」で同じタスクと対峙する時に通常行う手続と比較す
ると非常にぎこちなく、直観的ではないように思える。
実世界で、彼は単に手を伸ばし、対象をつかみ、回転す
る。対象／環境相互作用へのこのより自然な接近のため
のフィードバックの提供がこの発明の目的である。
コンピュータへの指位置情報の供給の計算グローブは
仮想環境での擬似対象を操作するため用いられた。かか
るグローブも又実対象を把持するよう非常に器用なエン
ドエフェクターを制御するため遠隔ロボットにて用いら
れた。しかし、グローブ着用者に戻る力の欠乏はこれら
の開ループ操作形アプローチの効果を減少させる。コン
ピュータスクリーン上に卵の３次元グラフィックモデル
を想像する。指と手の動きを卵と同じスクリーン上の手
のグラフィック像を写すグローブを着用した場合、手及
び指を動かすにつれ、対応するグラフィック像の手及び
指は同じように動く。タスクは卵をつまむようコンピュ
ータスクリーン上のグラフィック的な手を制御するた
め、あなた自身の手及び指を動すことである。このタス
クを達成する為、あなたは仮想卵を確実に把持及び持上
げるよう十分な力を与えなければならないが、卵がこわ
れるような大きな力ではない。ある種の把持力及び触覚
フィードバックが無い場合、このタスクは非常に難かし
くなる。
対応する触覚感覚以外の感覚に仮想又は遠隔操作され
た対象との擬似接触に関する情報を提供する試みがなさ
れた。テストされた擬似フィードバックの１つの方法は
可聴音を用いる。例えばコンピュータは、接触がある時
にビーッと発する。他の単純な方法は一度接触がなされ
れば、対象を目だたせることである。これらの両方法は
使用者が手−目協調を再学習するのを必要とする。使用
者にとって対象を把持するこれらの「不自然な」方法の
１つを学習するのは挫折的であり、時間を消費し、仮想
環境の相互作用の感動が弱まる。
本発明の概要 本発明の目的は相互作用コンピュータ適用で用いられ
るマン・マシーンインタフェースである。
本発明の他の目的は身体の選択された部分、例えば指
先への設定力を制御しうる力フィードバック制御システ
ムである。
本発明の更なる他の目的は身体の選択された部分、例
えば指先のテクスチャーを擬似しうるマン・マシーンシ
ステムである。
本発明の更なる他の目的は、各指に印加された力を発
生し、測定し、動的に変更し、制御することができ、各
指先に向けられた触覚アレイパターンを変化させる、指
及び手の位置並びに手の方位を感知することができるグ
ローブからなるマン・マシーンインタフェースである。
本発明の他の目的は指先に印加された力を検出しえ、
指位置の関数として変化する所望の力設定点に指先力を
制御するようこの信号を用いることができるディジタル
制御システムである。
本発明の更なる他の目的は、仮想環境、遠隔操作及び
相互作用３次元図形及びコンピュータ支援設計（CAD）
のような多くの異なる応用で用いられる力及びテクスチ
ャーのフィードバックシステムである。
本発明の特徴は、可撓性筐体（ハウジング）が、合金
ワイヤ、可撓性、低摩耗／低スティクション、低弾性率
のねじのような力伝達可撓性伸長素子又は緊張材のよう
に働く形状記憶合金ワイヤを案内する１つ又はそれ以上
の対象的可撓性鋳造からなり、検出身体部位に力を印可
するため、或いは、テクスチャー疑似素子を作動するた
め緊張して使用される。
本発明の他の特徴は、空気圧又は水圧流体のような力
伝達可撓性伸長素子を、検出身体部位に力を印加するた
め力アプリケータにより使用される検出身体部位に案内
する１つ又はそれ以上の同軸非弾性管からなる可撓性筐
体が使用されることである。
本発明の更なる特徴は、可撓性緊張材ケーブル、又
は、空気圧若しくは水圧管を介して検出身体部位に伝達
され、かつ、検出身体部位に力を印加する力アプリケー
タにより使用される力を発生させるため力アクチュエー
タが使用される点である。
本発明の更なる他の特徴は、可撓性緊張材ケーブル、
又は、空気圧若しくは水圧管を介して検出身体部位に伝
達され、かつ、検出身体部位でテクスチャーをシミュレ
ートするテクスチャーシミュレータにより使用される変
位を発生させるため力又は変位アクチュエータが使用さ
れる点である。
本発明の他の特徴は、可撓性緊張材ケーブル又は管が
固定された支持部を使用することである。支持部は検出
身体部位が手の一部であるとき、補強された手首ストラ
ップである。
本発明の他の特徴は力アクチュエータにより力感知す
る本体部分に印加された力を測定する圧縮引張及び／又
は力センサが使用される。
本発明の第１の実施例は始めに、指及び手全体の動作
を表わすアナログ値を提供するセンサだけでなく、対応
するグラフィック（又は実際の）装置が所定の仮想（又
は遠隔操作された）対象に印加する力の量に関連する着
用者の指先への真の力フィードバックを組み込むグロー
ブの使用を示す。又、本発明はシミュレートされたテク
スチャー及び縁方向が使用者に提示される手段に関す
る。
１つ又はそれ以上の身体部位の位置を感知し、力及び
テクスチャーフィードバックを１つ又はそれ以上の身体
部位に提供する本発明はコンピュータ相互作用の比較的
に「自然な」方法を可能にする。本装置は、単一ユニッ
ト内に（１）個々の可動的な制御身体部位（制御される
身体の部位）と関連した複数の信号生成手段を用いる制
御身体部位の位置を検出する手段が設けられ、ここで、
信号は制御身体部位と関連し、個々の信号は複合信号を
定義するため解析される。信号発生手段は、ひずみゲー
ジ、電磁、超音、圧電、ホール効果、赤外線エミッタ／
検出器ペア、符号器／電位計、レーザ走査又は光位置
（及び／方位）センサを含む身体部分位置及び／又は方
位を提供するものであればどれでもよく；（２）力印加
手段は力情報を検出身体部位（検出される身体の部位）
に提供するものであればどれでもよく、（３）力検出手
段は力測定信号を提供するものであればどれでもよく、
（４）テクスチャー印加手段（例えばテクスチャー素子
のアレイ）は面パターン（例えばテクスチャー）情報を
検出身体部位に提供するどれでもよく、（５）力発生手
段は電気、電磁、電気機械的、空気圧、水圧、圧電、整
形金属合金（例えば、ニッケル／チタン合金）、蒸気圧
アクチュエータを含む力（又は変化）を発生するどのア
クチュエータでよく、（６）力伝達手段（例えば可撓性
非圧縮可能筐体により案内された可撓性非弾性緊張材又
は非弾性筐体により案内された非圧縮性液体）は力信号
を力発生手段から印加手段（例えば力印加手段又はテク
スチャー印加手段）に伝えるものであればよく、（７）
信号収集及び生成手段（例えば、プロセッサ又はコンピ
ュータ）は信号を（例えば位置感知及び／又は力感知手
段から）収集し、信号を（例えば力印加及び／又はテク
スチャー印加手段に対して）発生するどれかでよく、
（クリップ、ストラップ、クラップ、案内部、ポケッ
ト、材料等を含む）（８）支持構造は身体部位検出手段
と、力印加手段と、テクスチャー印加手段と、力発生手
段と、力伝達手段と、信号収集及び生成手段を支持する
よう用いられる。
制御する身体部位の位置感知手段と関連した信号は検
出身体部位に印加された力と、検出身体部位に印加され
たテクスチャーと組合わされてよい。例えば制御身体部
位の位置検出手段で発生した信号は仮想環境での多連結
コンピュータ発生相互作用実体を操作するよう収集及び
発生手段で使用される。力印加手段は相互作用実体と仮
想環境の成分間の相互作用に関連する検出身体部位に力
を印加する。更にアクチュエータ印加手段は面パターン
情報信号と関連しえ、実体と仮想環境の成分の相互作用
に関連する現実の感覚を更に高めるようテクスチャーを
検出身体部位に印加する。
本発明に対する特別な応用は力及びテクスチャーフィ
ードバックを感知し、手に与えることである。手に用い
られる時本発明に対する有効な実施例は「フィードバッ
クグローブ」である。
フィードバックグローブ実施例は手の位置及び方位を
測定する手段と、個々の関節（ジョイント）角を測定す
る手段と、手の種々の部分に力を印加する手段と、印加
された力を検出する手段と、選択されたテクスチャーを
手の種々の部分に印加する手段とからなる。本発明の特
定の説明の多くはフィードバックグローブの周囲を中心
としているが、グローブに関する上記の検出及び構造は
他の身体部位（例えば、腕、足、足部、頭、首、胴、
他）に容易に言い換えられる。
フィードバックグローブの望ましい実施例において、
手の位置及び方位を提供する手段はパルヘマス（polhem
usTM）電磁位置センサである。個々の関節角検出手段は
背合せに取付けられた２つの長可撓性ひずみゲージから
なる。ひずみゲージ組立体は各接合錠に縫われた案内ポ
ケットに在る。
接合が曲がる時、対応する対のゲージの一方のひずみ
ゲージは緊張し、一方他のひずみゲージは圧縮される。
各対の２つのひずみゲージは共通ホイートストーンブリ
ッジ構成の半ブリッジの２つの足からなる。アナログマ
ルチプレクサはどの半ブリッジ電圧がアナログディジタ
ル変換器によりサンプルされるか選択するよう用いられ
る。各ゲージで受けた最大ひずみはゲージが取付けられ
る裏の厚さ及び弾性係数を変えることで調整される。裏
はゲージの疲労寿命を大きく減少しないで信号出力を最
大化するよう選択される。これらの関節角ひずみゲージ
センサはクラマー他による特許出願番号07/258204号で
開示され、ここで参照の為組込まれる。
力を手の部分に印加する手段は所望の力を発生する手
段（例えば電気モータ）と、発生した力を力印加手段に
伝達する手段（例えば、可撓性緊張材／鋳造組立体）
と、力を手の特定の部分（例えば指先）に伝達する手段
（例えば力印加プラットフォーム）とからなる。フィー
ドバックグローブは又印加された力を測定する手段（例
えば力検出プラットフォーム又はロードセル）からなっ
てよい。テクスチャーの手の部分への印加の手段は所望
の変位を発生する手段（鋳えば電気機械的ソレノイド）
と、発生した変位を手に伝達する手段（例えば可撓性緊
張材／鋳造組立体）と、面パターンを手の特定の部分
（例えば指先）に印加する手段（例えばテクスチャー素
子のアレイ）とからなる。実施例は緊張材と鋳造の両端
を支持し、力及びテクスチャー印加手段を支持する構造
を含む。
関節角センサと、力及びテクスチャーフィードバック
装置を具体化する力フィードバックグローブは力及びテ
クスチャーのフィードバックを具体化しないジョイント
検出装置の問題の多くを克服する。フィードバックグロ
ーブは使用者に「自然な」方法で接触及び把持情報をシ
ミュレーションし、相互作用３次元グラフィックス及び
遠隔ロボットで生じるような多くのタスクを容易にす
る。フィードバックバッググローブは、仮想環境での
「仮想」対象又は遠隔ロボット応用で用いられる時の遠
くの「実」対象からテクスチャー情報をフィードバック
するよう用いられる。
適切なアニメーション及び制御ソフトウェアで用いら
れる時、フィードバックグローブは、カップのような仮
想対象又は表示装置上にグラフィックモデルとして現わ
れる対象を確実に保持するよう手のコンピュータ発生グ
ラフィック表示のような相互作用実体を制御するよう使
用者に対する接合角感知及び十分な触覚フィードバック
を提供する。かかる仮想対象は重さ、輪郭、剛さ、テク
スチャーのような実対象と似た物理的特性をデモンスト
レートするようプログラムされる。これら及び他の特徴
は感知されえ、フィードバックグローブを用いて仮想対
象は操作される。グローブに組込まれた力フィードバッ
クは仮想把持力情報を使用者に中継し、一方テクスチャ
ーシュミレータは使用者が自分のコンピュータシミュレ
ーションされた仮想指で仮想対象に「接触」することだ
けで、縁部の方位及び動きを検出できるようになる。
関節角検出並びに力及びテクスチャーのフィードバッ
クを提供するフィードバックグローブは遠隔ロボットに
も用いられる。この応用に対して、フィードバックグロ
ーブは遠隔実対象を把持するようロボットマニュプュレ
ータのような相互作用実体を制御するため用いられる接
合角情報を提供する。グローブの力及びテクスチャーの
フィードバックは実対象が傷つくかこわれることなしに
確実に把持及び操作されるよう実際の把持力及びロボッ
ト把持部で感知された対象輪郭を使用者に提供する。
力フィードバックを用いるグローブは、楽器を学習す
るよう指の器用さ、指タイミング及び更に必要な動きを
教示するようプログラム化される。例えば、使用者がピ
アノを学習する場合、指が曲がるにつれ、使用者はキー
を押したことを使用者に意味する指先圧形式仮想キーを
受ける。指曲げを制御するよう指の遠部側に位置したも
のに似た腱は又手の掌側に位置されてよい。これらの手
掌側腱は指を所望の曲った位置に押圧又は指を拡張から
制限するよう用いられる。これらの腱は使用者がピアノ
をひくよう「教示」されるよう欲し、指が正しい時間に
正しく位置され、曲げられるのを欲した場合に用いられ
る。この例の案は仮想ピアノから他の仮想楽器、更に仮
想タイプライターのような他の装置まで拡張される。フ
ィードバックグローブはだれかにタイプするのを教示
し、学習する時「空気中にタイプする」ことでテキスト
を作成するのを使用者に可能するよう用いられた。
特に本発明は、実際の人の関節角を測定するに加え
て、２つのフィードバック感覚を使用者に提供するマン
・マシーンシステムである。第１の感覚は力である。望
ましい実施例において、小さい装置は関節角検出グロー
ブの指先に取付けられ、並列な力印加プラットフォーム
を指先に保持する。力印加プラットフォームは作動され
ない時伸縮自在手段（例えば、リーフスプリング）によ
り指先から（略4mmだけ）変位されるが、作動される
時、指先を素早く接触させ、動的に選択可能な力を印加
する。力印加プラットフォームの急な衝撃は実際の指先
が対象を接触する時その知覚に似た感覚を与える。その
後、力印加台は仮想指が仮想対象に対して押す力の量に
関連するプログラマブルな力で指先に対して押す。
望ましい実施例において、力印加プラットフォームに
より指先に印加された力は力発生アクチュエータ（直流
サーボモータ）から可撓性非圧縮性管状筐体で囲まれた
高引張強度可撓性緊張材を介して伝えられる。この組立
体の機能は自転車ブレーキケーブルに似ている。他の実
施例は電気、電磁、電気機械的、空気圧、水圧、圧電、
形状記憶合金（例えば、ニッケル／チタン合金）、蒸気
圧又は他の適切な技術に基づいた力アクチュエータを用
いる。適切なアクチュエータ技術を選択するよう、応答
の速度、力出力、寸法、、重さ、コスト、電力消費のよ
うな種々の要因が考えられるべきである。
腱（緊張材）鋳造の一端は力アクチュエータ近くに固
定され、他端はフィードバックグローブ近くのリストバ
ンドに固定される。腱がリストバンドに固定された鋳造
の端部から現われるにつれ、腱がその目標最終位置に届
くまでグローブ材料に固定された鋳造の部分で案内され
る。着用者が指が曲がるのを制限するよう力を与える腱
の手の裏側を横切ってリストバンドから最終位置に案内
される。望ましい実施例は各指の裏を横切って通るこれ
らの腱を有し、指先で力印加プラットフォームに機械的
に接続された腱を有する。更に腱はかかる正確に強化し
た中間グローブ位置で終了される。
引張が増すにつれ、指の裏側に沿って通る腱は関節を
加圧し、手又は指から遠くへグローブ材料を引く傾向は
ない。腱の引張は腱が通る接合が腱を更に拡張しがちな
方向に曲がることを制限する。
着用者が指が拡張するのを制限し、又指が曲がった位
置に実際に駆動する力を提供するよう、腱は筐体の部分
によりグローブの掌側を案内される。望ましい実施例に
おいて、これらの腱は、力印加プラットフォームで最後
に固定される指先に案内されるが、正しく強化した中間
位置で終了してもよい。腱が手の裏側に沿って案内され
る場合と異なって、手のこうの側に沿って案内される腱
が緊張している時、それらは手から離間した鋳造部分
（従って、グローブ材料）を引っぱる傾向になる。不可
欠ではないけれど、鋳造がリストバンドに固定されると
ころからその最終目標位置まで通るにつれ、手のひら及
び指の面に沿ってこれらの腱を案内するのが望まれる場
合、グローブは各関節間で正しく強化されなければなら
ない。
腱が繋がってグローブに強固に固定されている部分で
は腱によって手に作用する力が決定される。一本の腱に
よって手の部分に加わる力とトルクは、単独では制御出
来ないことがある。腱により手の一部に加えられる力ま
たは夫々の関節部に加えられるトルクのみが制御可能で
あろう。好ましい実施例では、腱は指先において力印加
台に固定され、トルクでは無く指先における力が測定さ
れ制御される。力を分離し単一の中間関節の運動を単独
で抑制するために別々の腱が使用される。その筐体は関
節の少し手前で固定され、腱は作用力印加台に関節の反
対側で固定される。前述のように、グローブは関節の近
傍で補強されており、グローブの材料は腱の力によって
は過度に引き延ばされることは無い。
力アクチュエータにより力が最初に印加されると、リ
ストバンドと所望の指の間に力が作用する。従って、リ
ストバンドは、手首の肌における弛みが引っ張りあげら
れるように、指に向かって動こうとする。この相対的な
運動の傾向は、この肌の弛みを最初に引っ張る手段によ
り減少される。一度この弛みが引っ張られると、リスト
バンドは運動を停止し、指には腱に加わる全ての力が作
用する（摩擦損失を除いて）。もし、手首の肌が実際の
接触感覚をもたらすために最初に引っ張られないと、力
アクチュエータは、指の運動の帯域幅に比較するとこの
弛みの引っ張り上げ時間は重要ではなく十分に大きな帯
域幅を持つこととなる。
好ましい実施例においては、指先における実際の力が
検出されサーボ制御系にフィードバックされる。制御系
は、指先に印加された力が、手首の肌の好ましくない追
従性にかかわらず所望の輪郭となるように力アクチュエ
ータの出力を制御する。どの指の力の輪郭も、どの与え
られた指と手の位置に対しても所望の力設定点を発生す
る機能である。すなわち、指または手の位置が変わって
も、指に印加される力はそれに従って変化する。例え
ば、ボタンがトグル点に達するまで押圧されてクリック
し抗力がほとんど無くなるようにその反力が次第に増加
する押しボタンスイッチの力感に疑似した力の輪郭が発
生する。
目的物への接触と力の情報に加えて、本発明は目的物
の性状と端部の方向を認識できる手段を説明する。一実
施例として、前述の指先力印加器は性状要素と呼ばれる
小型のシミュレータのアレイを有するように改造しても
良い。これらの要素は力フィードバックの提供に加えて
表面パターン（例えば疑似した性状）を生成する。夫々
のテクスチャー要素は個々に選定される。テクスチャー
要素は選定され引っ張り量が決定された時に伸びる小型
のピンとしても良い。テクスチャー要素は電極刺激を介
して触感を生成する一組の電極であっても良い。
好ましい実施例において、テクスチャー要素はテクス
チャー変位アクチュエータによって駆動される。力フィ
ードバックとテクスチャー疑似用の腱の柔軟性を有する
束は、グローブを力及びテクスチャーアクチュエータの
両方に接続する。変位アクチュエータの種類は種々考え
られる。特定の実施例では２値又は線型変位アクチュエ
ータが使用され、アクチュエータは、電気、電磁、電気
化学、空圧、油圧、圧電、形状記憶合金、蒸気圧、及び
適当な技術に基づいたものとされる。適当なアクチュエ
ータ技術の選定に際し、例えば、反応の速度、力の出
力、大きさ、重量、コスト、電力消費等の種々の要素が
考慮される。空圧又は油圧が使用された場合は、テクス
チャーアクチュエータをテクスチャー要素に接続するた
めに密閉された柔軟なチューブ組み立て体が使用され
る。他の場合は、力アクチュエータから力印加器（アプ
リケータ）に力を伝達するのに使用するものと同様な、
筐体内に入った腱よりなるケーブル手段が接続用に使用
される。
２値アクチュエータ（例えば二段式ソレノイド）が使
用された場合は、テクスチャー要素は完全に引き延ばさ
れるか完全に収縮される。線型アクチュエータ（例えば
DCサーボモータ）が使用された場合は、テクスチャー要
素の引き延ばしは連続的に変化する。指先に現れたテク
スチャーに伴う力は、力アクチュエータによって決定さ
れる。テクスチャーアレイのパターンは時間とともに変
化し、反射は関節と手の位置内に変化する。例えば、テ
クスチャーアレイを動的に変化させることにより、使用
者は種々の実際の表面上（例えば滑らかであるか粗いと
いうような）の実質上の指の動きを認識することができ
る。時間変化テクスチャーアレイを使用することによ
り、使用者は実際のあるいは遠隔操作上の物体の端部の
方向を決定することもできるであろう。
図面の簡単な説明 図1aは腱／筐体の組み立て体の斜視図である。
図1bは図1aの斜視図の断面図である。
図2aはグローブに取付けられた力伝達腱組み立て体を
示す本発明の一実施例の側面図である。
図2bは腱案内を介して指を覆う部材に取付けられた腱
を示す本発明の一実施例の断面図である。一つの腱は裏
側へ、一つの腱は指の掌側へ取付けられている。
図2cは力フィードバックを他の体の部位に供給するた
めに取付けられた腱を示す本発明の一実施例である（例
えば腕）。
図３はグローブに取付けられたテクスチャー疑似腱を
示す本発明の一実施例の側面図である。
図4a及び4bは腱筐体を介して腱がグローブの指先と裏
側の両方に取付けられた本発明の一実施例を示す。腱筐
体の一端はグローブの手首部に固定され、他端は指先の
力アプリケータ組み立て体に固定されている。
図5a〜5h及び図6a〜6cは種々の力アプリケータの実施
例を示す。
図7a及び7bは更にテクスチャーの情報を疑似するよう
に改造された力アプリケータを示す。
図8a〜8mは種々のテクスチャーシミュレータの実施例
を示す。
図９は電気／機械信号伝播簡略図である。
図10は指先の力の制御のための制御系のブロック図で
ある。
図11a〜11dは指先に加えられた力を検出するためのロ
ードセルを用いた力アプリケータの実施例を示す。
図12a及び12bは台と指先のユニフォーム間の接触圧を
発生するために旋回自在な力台を示す。
図13は差別的に腱の引っ張りを調節することにより圧
力分布を変化させることのできる力印加台の側面図であ
る。
図14a及び14bは力印加台がどの方向にも旋回自在で圧
力の中心位置を移動することのできる一実施例の側面図
及び平面図である。
図15は台が指先に接触する前にどのように腱の引張力
が測定されるかを示す一実施例の側面図である。
図16a及び16bは腱の引張力の測定方法の更に２つの側
面図である。
図17a及び17bは曲げセンサと力伝達腱の両方を支持す
る構造の２つの実施例の側面図である。
図18a及び18bは力フィードバックグローブと筐体支持
リストバンドの間に予備引張力を与える実施例の斜視図
及び平面図である。
図19は３ループ力制御系のブロック図である。
実施例の詳細な説明 図1a及び1bはどのように力アプリケータから発生した
力が選ばれた位置に伝達されるかを示す。より具体的に
は、図1aは腱／筐体の組み立て体の斜視図であり、図1b
は断面図を示す。腱組み立て体は一つ以上の同芯柔軟、
低圧縮性のチューブ状筐体101（例えばテフロンTMチュ
ーブ）内の低摩擦、高弾性係数、高張力で柔軟性を有し
た腱ケーブル100（例えばDacronTM201b.試験魚釣り糸、
あるいは、KevlerTM糸）よりなる。筐体組み立て体の一
端102は力アプリケータの近傍に固定され、筐体の他端1
03は力が印加される部位の近傍に固定される（例えば、
フィードバックローブでは筐体はリストバンドに固定さ
れ、力は指先に印加される）。一つの筐体の壁の厚みを
増加させるよりも複数の同芯筐体（例えば＃14チューブ
内に＃20テフロンチューブを入れる）を使用することに
より、腱筐体はより柔軟となり（筐体同士が互いに滑動
することにより）、同等な壁の厚さを有する単一の筐体
にほぼ等しい全体的な圧縮強度を得ることができる。
図2aグローブ200に取り付けられたはフィードバック
腱組み立て体の側面図である。この実施例においては、
それぞれの腱の力はd.c.サーボモータ201により発生す
る。モータは増幅器からの電流に比例したモータトルク
が発生するするように電流増幅器により駆動される。こ
のトルクは腱ケーブル203が巻回された腱プーリ202によ
り腱力に変換される。腱筐体の一端204をモータの近傍
に、他端205をグローブの補強されたリストバンド206に
固定することによりモータにより発生された腱力はグロ
ーブに伝達される。本発明の好ましい実施例において
は、リストバンドは頑強で補強されたVelcroTMで裏打ち
され薄いゴム（例えばポリウレタン）の中間層で覆われ
た帯よりなる。ゴム層は使用者の手首と補強帯の間に快
適性を提供する。帯は手首の回りで柔軟性を持つように
織られた頑強な糸（例えば帆布）よりなるが、頑強な支
持を提供する。一般的に、リストバンドはフォームの貼
られた注型プラスチックのような種々な材料より作られ
る。リストバンドはグローブの一部として、あるいは別
々に作られる。
腱ケーブルは筐体がリストバンドに固定された点を越
えて指先の力アプリケータの途中まで伸びているため一
連の腱案内207を通っている。一実施例においては、手
の裏側用の腱案内は柔軟性を有しているが、非圧縮性筐
体であり、掌指骨（MP）208と中央に近い中指骨（PIP）
209関節を連結されている。これらの案内は、湾曲した
ときに拳が突出するので、腱が平行に動かないようにま
た関節の横に滑らないようにしている。グローブが掌側
に腱210を有したまた、張力が加えられた時に腱を手の
近傍に残して置くことが望まれる実施例において、腱案
内211はMPとPIP関節の間に位置し、且つ、グローブから
離れないように掌を横切っている。グローブは更に手か
ら引き離されないように腱案内によって色々な場所で補
強されている。腱案内は縫製や糊付けによってグローブ
に取り付けられ、あるいは、筐体は直接グローブ上また
は内に鋳込まれる。
指先力アプリケータ212（指先の斜線部により示され
る）は指先に直接、裏側と掌側の腱力を印加する。ま
た、指先力アプリケータ組み立て体は指先に印加される
実際の力を検知する力変換器である。これらの力信号は
所望の力の輪郭が使用者に認識されるように適切な調節
を行うモータ制御系にフィードバックされる。
図2bはグローブの指の裏面213と掌214の両方の案内を
通る力フィードバック腱316を示す本発明の一実施例の
断面図である。両方の腱は指先において力アプリケータ
に取付けられている。好ましい実施例において、腱案内
が弾性グローブに取付けられた時、掌側の腱案内のみが
張力が加えられた時に指先に対して残るように補強を必
要とする。補強のための一つの方法として、低弾性の付
加的な材料215（例えばナイロン、プラスチク、または
金属）を腱案内の基部に固定することがあげられる。
図2cは腕に適用された力フィードバック腱／筐体組み
立て体を示す。筐体217は二頭筋の回りに巻かれた補強
帯218に取付けられる。帯は前述のリストバンドの構造
に類似している。図示した腱の両方は二頭筋上の筐体か
ら出てリストバンド219に取付けられている。一方の腱2
20は肘が伸びないような力を与え、他方の腱221は肘が
曲がらないような力を与える。図2a〜2cに示すようなも
のに類似した組み立て体は、体の全体又は一部を覆うと
共に力とテクスチャー情報を体の様々な部分へ印加する
“フィードバックボディスーツ”に組み込まれる。
図３はグローブに取付けられたテクスチャー疑似腱組
み立て体の側面図である。この実施例の腱変位は２状態
電機ソレノイド300により発生され腱と筐体組み立て体3
01を介して指先に伝達される。ここに示される腱組み立
て体は前述の図1aと1bの腱組み立て体の機能に類似して
いるが、これらのテクスチャー腱が及ぼすのに必要な力
は力フィードバック腱により作用される力より小さいた
め、腱と筐体の径はより小くなっている。
テクスチャーシミュレータのための腱筐体の一端302
は変位アプリケータの近傍に固定され、筐体の他端近傍
の点303はグローブの補強されたリストバンドに固定さ
れる。筐体がリストバンドに取付けられた後は、それは
連続し、本実施例においては指先テクスチャーシミュレ
ータ305である最終的な指定位置の途中までのグローブ
の様々な位置304に固定される。筐体は縫製か糊付けの
ような手段によりグローブに取付けられるか、あるい
は、グローブ上または内に直接鋳込まれる。図示の実施
例において、筐体内で９指が曲げられた時に筐体を締め
つけるためにグローブに取付けられた点の間に緩み部30
6がある。筐体は指が曲げられた時に応力がかからない
ように指の側部に沿って案内されることとしても良い。
図4aは複数の力フィードバック腱400及びその案内401
を示す。図３で説明したテクスチャーフィードバックは
力フィードバックと同時に使用されるけれども、テクス
チャー生成腱は簡便のため図からは除外されている。腱
筐体402は補強リストバンド403に固定されて示されてい
る。この実施例では、指先に印加される力を制御するそ
れぞれの指の裏面にひとつの腱がある。加えて、図には
人指し指の親指側に外転力フィードバック腱の例が示さ
れている。
力は力アクチュエータから夫々の腱に伝えられる。図
示した実施例において、図1a及び1bに類似した腱組み立
て体を介して力はグローブに伝達される。腱筐体の一端
は力アクチュエータの近傍に固定され、他端はグローブ
の補強されたリストバンドに取付けられる。グローブの
掌用の腱405は図示したようにリストバンドの周囲に延
びている。手の裏側用の腱400はリストバンドの筐体か
ら出て所望の最終位置に到達するまで筐体401の部分に
よりグローブの裏側を案内される。図示した実施例にお
いて最終の腱位置は指先力アプリケータ406である。
図4bはリストバンドの周囲からグローブの掌側に案内
された力フィードバック腱405を示す。それから掌側腱
はリストバンド上の筐体から出て指先力アプリケータま
での途中筐体407を部分を通して案内される。
有益で煩雑でなく低価格な本発明の実施例は手の裏側
から親指と人指し指の先へ沿った部分のみに力フィード
バック腱を使用しており、また人指し指先にのみテクス
チャー要素を使用している。この“減少された”実施例
は全ての五本の指の関節のそれぞれに力フィードバック
とテクスチャー疑似を用いたものと対照的である。減少
された実施例は着用者に実際の物体を把握するために十
分な力フィードバック情報を与え、また、着用者に人指
し指で実際のテクスチャーを感じさせる。全ての指の全
ての関節と全ての指先へのテクスチャー疑似を使用する
ことにより、着用者に実際の環境のより実際的なシミュ
レーションを与え、現実間の増加は大きな付加的なコス
トをシステムの複雑さを伴わない。
図5a〜5eは力印加台（プラットフォーム）と力検出台
（プラットフォーム）とよりなる指先力フィードバック
アプリケータを示す。5aは斜視図であり、図5bは正面図
であり、図5cは底面図であり、図5d及び5eは側面図であ
る。本発明の範囲を逸脱すること無くこの機能設計の様
々な改造例が考えられる。力フィードバックアプリケー
タはグローブ部材に直接製作することもできる（グロー
ブがプラスチックのようなものでできているとして）。
アプリケータは、アプリケータとグローブが別々に作ら
れた後に、グローブに外部から取り付けることもでき
る。力アプリケータはグローブを装着した後に指先に簡
単に取り付ける装置とすることもできる。
好ましい実施例において、力腱（緊張材）500は力ア
クチュエータから力フィードバックアプリケータへ案内
され、２つの腱に分けられ、それぞれの腱は力印加台50
1を通り（例えば貫通孔）、力検知台502である力検出手
段の端部に機械的に接続される。力フィードバックアプ
リケータ構造519は指先に並列に力検知と力印加台を支
持する。力検出台は腱の力を介して指先に押しつけられ
る。力検出台は力印加台にたいして押圧し、それから指
先に接触して力を印加する（図5e）。腱に僅かな力か、
力が印加されていない場合は、力印加台は指先から約4m
m程離され、小さなバネのような引きつけ手段によって
保持される（図5d）。図示した実施例には板バネ503が
使用されている。力が印加されるまで力印加台を指先か
ら離れた位置に駆動されない状態に保持することによ
り、力アクチュエータの帯域幅の要求は減少される。例
えば、本発明が実質上の環境かフィードバックを供給し
実質上の物体が把握されるのに使用された場合、力印加
台は駆動された位置を想定し、指先接触した時の実際の
物体として、指先を非ゼロ相対速度に接触させる。力印
加台が指先に常に接触している場合は、使用者に同じ感
触を与えるために非常に大きな腱速度と加速度が発生さ
れる。
力検出台は単純に腱力が印加されるとして交点（てこ
台）504を横断して曲げられるストレインゲージとして
も良い。図5a〜5fに示されるてこ台は薄く、誘発された
歪みが力検知台の両側に差異的に取り付けられた２つの
ストレインゲージ505、506によって簡単に測定できるよ
うに小さな部分に印加された力を集中する。
代わりのてこ台の可能な構造が図5gに示されている。
てこ台の形と輪郭を変えることにより様々な応力体腱力
の輪郭が得られる。例えば、図5gのてこ台の構造は図5g
のてこ台よりも小さな歪みにたいして高い歪みのゲイン
を得ることができる、すなわち、検知された歪みは小さ
な力に対して大きいが、歪みのゲインは力検出台がてこ
台の回りで湾曲するに従い減少する。力検出台がでこ台
の回りで湾曲するので、測定された歪みは曲げの部分だ
けでなく台の引っ張りの部分も含んでいる。輪郭を変え
ることにより、したがって力検出台の歪み感受性を変え
ることにより、分解能良く力を検出することができる
が、高い歪みに対してセンサは急速には飽和しない。て
こ台と台の形状を変える事によりさらに歪み対力の輪郭
を生成することができる。
図5a〜5gに示すように、腱に張力が印加された場合、
ストレインゲージ505には引っ張りが加わり、ストレイ
ンゲージ506には圧縮が加わる。両方のストレインゲー
ジは駆動され歪みの加わった台の部分を覆う。温度補償
を与える普通のホイールストンブリッジ回路のための半
ブリッジからの２つのストレインゲージも一緒である。
力検出台に接触するてこ台と力印加台の他の全ての部品
は指先の温度変化から力検知台上のストレインゲージを
絶縁するため温度絶縁材から作られている。
図5hは腱に連なって配置され、腱力に相対した引張力
を受ける柔軟な応力検知要素509の両側に取付けられた
２つのストレインゲージ507、508よりなる力検出手段を
示す。応力検知要素は腱の平らな部分自体としても良
い。この応力検知要素は腱の張力及び／又は関節の角度
を測定するために使用される。一つのストレインゲージ
507は要素の頂部側に取付けられ、２番目のストレイン
ゲージ508は底部側に取付けられる。図示した実施例に
おいては、応力検知要素は腱の張力と関節の曲がりとを
測定するために使用される。従って、ゲージ−要素−ゲ
ージの“サンドイッチ”はこの部分では長方形の断面を
有する筐体案内510内に滑動自在に位置する。両方のゲ
ージは筐体に対して滑動する表面を提供する滑らかで柔
軟性を有した被覆材511（例えばプラスチックのような
もの）で覆われる。２つのゲージからの差の信号は関節
の角度の決定に使用され、同じ２つのゲージからの普通
の信号は腱張力の測定を提供する。応力検知要素は非柔
軟性材よりなり、腱張力の測定が望まれた場合にのみ関
節間に配置される。指先近くの腱の力は力印加台により
指先に印加された力に非常に近似する。ここに説明した
応力検知要素を使用して腱張力が検知された場合、前述
の力検出台は指先力アプリケータから外され、機械的構
造は一つの台512に簡素化されるであろう。
図5iは力がどのように一つの関節の曲がりの抑制に集
中するかを示す。腱筐体513は選定された関節の少し手
前のグローブの第１の補強部分に固定される。腱515は
中央筐体から出て、グローブの第２の補強部分517に取
付けられる筐体516の部分により関節上を案内される。
腱は筐体を出て２つの腱部分に別れる（図5aの力印加台
に対する520に示されるように）。２つの腱部分は指先
の両側の回りを通り、グローブの第２の固定部分に固定
される力印加台518の両端に取付けられる。台組み立て
体は腱515に張力が加わっている時は指に接触し押圧す
る。
同様の操作の方法は関節の曲がりを抑制するために上
述されたように関節の延びの抑制のために適用される。
第２の腱筐体521はグローブの第１の補強部分に取付け
られる。第２の腱522は筐体から出て２つの腱部分に別
れる。２つの腱部分は指の両側を通り力印加第523の両
端に固定される。台組み立て体は腱522に張力が加わっ
ている時に指に接触し押圧する。
514や517のような部分を支持するためにグローブの補
強が望ましくない場合は、図5jが、補強されていないグ
ローブの個々の関節の力フィードバックを供給する方法
を示している。もし図5jのグローブが部分514と517の近
傍で補強されて以内場合で腱515に張力がかかっていた
場合は、２つの部分は互いに引き合うであろう。可能な
解決方法は部分が単に滑動することを防止するためにヒ
ンジを部分間に設けることである。しかし、指の曲げ軸
は平行であり曲げ各と共に方向が変わる為、グローブ装
着者にとって、単一のヒンジは快適ではないであろう。
部分524と525が互いに接触し腱526に張力が加わって
いる時の旋回表面527を作る“固定ヒンジ”の代わりの
好ましい解決法が、図5jに示されている。旋回表面はそ
れぞれが曲げられた時の平均拳軸に従う構造の特性平面
を有した２つの適合したフラップ528と529により作られ
る。腱張力の増加に伴い２つの部分は互いに押しつけ合
い部分525は時計回りに回転され、部分524は反時計回り
に回転し、それぞれの部分は移動する接触旋回点の回り
を回転する。２つの部分は指にたいして相対的に軸方向
に滑動可能であり、腱張力が印加された時に互いに接触
し、さらに２つの部分の同じ表面の輪郭は様々な異なっ
た拳を収容する。輪郭を生成するのに加えて、２つフラ
ップは、一方の表面が他方の表面から滑り落ちないよう
に、一致したグローブのような一致した表面も有する。
指に部分の固定を保持するために、部分は、図5jに示
すように指の回りにはめるように予め作られた硬いが弾
性を有する材料（プラスチックやバネ材のような）より
作られる。しっかりとした弾性を有する帯530はクリッ
プの２つの端部531を保持するのを助ける。弾性帯の一
端は永久的にクリップの片側に固定され、帯の他端532
はVelcroTM533によりクリップ反対側に固定される。ク
リップの弾力性は、弾性帯と共に、部分を指先にしっか
りと固定するが、クリップと帯は弾性を有するため、指
が曲げられた時に指の径を広げさせる。
いくつかの例としては、その部分に取り付けられた図
51に示されたようなリンケージを有することが望まし
い。例えば、角度計（例えば、ポテンショメータ、光学
エンコーダ、又は回転ホール効果センサ）がそのリンケ
ージの二つのリンク535及び536の間の関節534に取り付
けられまていた場合、その角度計の値は指間接の関接角
度に関連する。リンケージが使用されるとき、図5jの力
フィードバック組立体がなお使用されるが、図51に示さ
れる如く、リンケージに直接腱が又取り付けられる。第
１の筐体537はリンク535に取と付けられ腱538はリンク5
36に取り付けられる。同時に、第２の筐体539はリンク5
35に取り付けられ腱540はリンク536に取り付けられる。
腱538がテンション状態の時、リンク536は指をして伸ば
しめながら時計方向に回転するように引かれる。腱540
がテンション状態の時、リンク536は指をして曲げしめ
ながら時計方向に回転するように引かれる。
図51では、図5jで使用されたものと同様の支持部が示
され、略補強されている場合、図5iに示されたような他
の支持部を使用することに注意する。又、図5j〜51で、
力印加台が印加された力を指の個々の部位に集束するた
めに使用されることに注意する。加えて明快にするため
に、手の掌側の力フィードバック腱が図5j〜51に示され
るが、それらは明快な方法で使用される。
図6a〜6cはグローブの掌側に取り付けられた腱から力
フィードバックを形成する力フィードバックアプリケー
タの実施例を示す。この構成は指間接が伸びることを抑
制し又それらをして曲げしめる力を供給する。図6a及び
6bは側面図を示し、図6cは平面図を示す。明快にするた
めに、掌側腱に特に必要とされる装置のみ示すが、力ア
プリケータ図5a〜5cに示す装置を加えて含む。腱力は図
１及び２に示す如く作用部と伝達部とによって力フィー
ドバックプリケータに対して生成される。図5aに示す如
く、腱600は力フィードバック印加台601（例えば貫通
孔）を通り過ぎるように案内され、力感知台602に取り
付けられる。力感知台はハーフブリッジ構成に差動的に
接続された二つの歪み計を再び有する。力印加台は又前
の如く指に対向する側に応力集中熱的絶縁支柱を有す
る。その絶縁支柱は指から力感知台上の計器への熱の伝
導を防止する。力印加台はバネによって指爪の上を変位
され（図6a）腱に力が印加された時にのみ指爪に接触す
る（図6b）。ここに示された実施例ではバネは板バネ60
3とされる。印加された腱力は力感知台を力印加台に押
圧し、そこで力印加台は指爪を押圧する。力感知台が力
印加台を押圧することによって、台は支柱の回りに曲げ
られ指爪に印加された力を示す計器に歪みを形成する。
図7a及び7bは指先テクスチャーシミュレータの実施例
を示す。図7aは平面図を示し図7bはテクスチャーシミュ
レータを指先から見た図を示す。この個別的な実施例は
３×３のテクスチャーアレイ700を示し、テクスチャー
要素は3mm中心離隔され、活動時1mm伸びる。様々な個数
のテクスチャー要素が使用されたテクスチャーアレーが
構成され得る。テクスチャー要素は変更された力印加台
701内に含まれ支持構造519によって指先に平行に支持さ
れる。示される如く、このテクスチャーシミュレータ組
立体は図５及び６に述べられたものと同じ力感知台70
2、支柱703及び歪み計704を含むことによって力フィー
ドバックを供給してもよい。図7a及び7bでは、テクスチ
ャー要素の作動機構は示されていない。
変位は、電線又は空気力又は水力手段によって、腱ケ
ーブル／筐体又は管組立体を介し、先に図３に述べられ
た対応するアクチュエータから指先テクスチャーシミュ
レータへ送られる。図8aは腱800が指先テクスチャーシ
ミュレータ801に入るところの断面図を示し、活動した
時、対応するバネ付勢テクスチャー疑似要素802の台上
にそれを持ち上げるように引く。持ち上げられた時、テ
クスチャー要素はそのエンクロージャから伸び指先を押
圧する。腱力が減ぜられた時、バネ803はその要素をし
て指先テクスチャーシミュレータのエンクロージャの中
へ引っ込ましめる。全ての図8a〜8m中、左の図は非活動
状態を示し、右の図は活動状態を示す。
図8bは腱がＬ形ブラケット804を引張りそれをして時
計方向に回動せしめることろの指先テクスチャーシミュ
レータの断面図である。それが回動することによってブ
ラケットはテクスチャー要素を押圧しそこでテクスチャ
ー要素は指先テクスチャーシミュレータのエンクロージ
ャから伸びそして指先を押圧する。腱テンションが除去
された時、バネ805はテクスチャー要素をその元の、伸
びていない位置に戻す。
図8cは空気力又は水力が使用された指先テクスチャー
シミュレータ断面図である。正の空気圧又は水圧がテク
スチャー要素を伸ばし負圧がそれを引っ込ませる。
図8dは他の空気力式アクチュエータが使用された指先
テクスチャーシミュレータ断面図である。作動した時、
空気はノズル806を介して装置の中に入りそして出る。
この集束空気流によって指先上の触感が形成される。
図8eは腱807がバー808を引張りそれを回動させるとこ
ろの指先テクスチャーシミュレータの断面図である。こ
の回動軸は戻しバネを有するヒンジ又は活ヒンジ809
（示されるが如く）であればよい。バーが回動した時テ
クスチャー要素810はバーに取り付けられエンクロージ
ャから突出し指先を押圧する。
図8fは腱811が楔812を押圧しそれをしてテクスチャー
要素813の下に滑り込ましめそして持ち上げるところの
指先テクスチャーシミュレータの断面図である。腱力が
解放された時、バネ814は楔をその初期位置に戻す 図8gは腱815が示される如くリンケージ817の中間ヒン
ジ816を引張り、テクスチャー要素818を持ち上げるとこ
ろの指先テクスチャーシミュレータの断面図である。腱
力が解放された時、バネ819はヒンジをその初期位置に
戻す。
図8hは図8gと同様に作動するが、ヒンジとバネはフレ
キシブルビーム820によって置き換えられる。ビームは
示される如く最初は湾曲されている。腱力が印加された
時、ビームは真っ直ぐにされ、テクスチャー要素をして
上動せしめる。
図8iはテクスチャー要素が、蒸気、液体又は二つの組
み合わせ821を熱することによって生成される圧力によ
って持ち上げられるところの指先テクスチャーシミュレ
ータの断面図である。電流が抵抗的加熱コイル822に通
過され、蒸気（又は液体）をして加熱せしめ膨張せしめ
テクスチャー要素を持ち上げしめる。
図8jはテクスチャー要素が圧電素子によって持ち上げ
られるところの指先テクスチャーシミュレータの断面図
である。圧電素子に印加される電圧はその電圧の極性に
よってそれを膨張せしめ又は収縮せしめる。図中、接続
されて「バイモルフ」を形成する二つの分離された圧電
素子がある。二つの圧電素子は単一の電圧が印加されて
いる間に一方の圧電素子823が膨張し他方の素子824が収
縮するように相対する極性に電線によって接続される。
一方が膨張し他方が収縮する時、バイモルフは収縮した
要素の方向に曲がる。テクスチャー要素825はバイモル
フの自由端に取り付けられバイモルフが曲がった時にエ
ンクロージャから突出する。
図8kはテクスチャー要素826が電機機械式ソレノイド
のプランジャとして作動するところの指先テクスチャー
シミュレータの断面図である。コイル826に電流が印加
されるとテクスチャー要素は持ち上げられる。バネ828
は電流が除去された時にテクスチャー要素を初期位置に
戻す。
図81はフレキシブルな、相対的に圧縮不可の繊維829
（繊維光学ワイヤと同様）が使用されたところの指先テ
クスチャーシミュレータの断面図である。その繊維はフ
レキシブルではあるが圧縮不可な外部筐体830（腱／筐
体組立体と同様）に存する。その繊維は第１の位置で
（多分大きい又は重い変位アクチュエータによって）生
成された変位を第２の位置（例えば指先）に外部筐体に
対して相対的に摺動することによって転送する。動作の
原理はカテーテル管と同様である。繊維の端は指先に対
して突出し押圧する事実上のテクスチャー要素である。
この「繊維」方法と腱方法との違いは腱が引張において
「活動的」であるのに対しその繊維は圧縮において「活
動的」であることである。
図8mはこの実質的の場合電磁石834によって生成され
る磁気吸引力が金属バー832を引張りそれをして回動せ
しめるところの指先テクスチャーシミュレータの断面図
である。その回動軸は戻しバネを有するヒンジ又は活ヒ
ンジ831（示される如く）でよい。テクスチャー要素833
はバーに取付けられバーが回動した時にエンクロージャ
から突出し指先を押圧する。このテクスチャー要素シミ
ュレータはマイクロモータ／マイクロアクチュエータ技
術によって実現される。
図8i、ｊ、ｋ及びｍに示された実施例中、テクスチャ
ーシミュレータの作動変位は指先力アプリケータエンク
ロージャそれ自体内で生成される。これらの同じアクチ
ュエータ技術のいずれをも使用することができるが、代
わりの位置（例えば、リストバンド又は力アクチュエー
タと同じ位置）に配置してもよい。この変位はそこで腱
によって又は空気力／水力管によって指先に対して転送
されそしていかなる適切なテクスチャーシミュレータに
よっても使用される。
図8i,j,k及びｍに示されたアクチュエータ技術に加え
て、他の、電気機械式モータ及び空気力（水圧）圧縮機
（ポンプ）等の、より標準的な力及び変位アクチュエー
タを使用することができる。形状記憶合金（SMA,例え
ば、ニッケル／チタニウム合金）を又張力又は腱の変位
を生成するために使用してもよく、SMAワイヤは加熱さ
れた時に収縮する性質を有する。そのワイヤはそこに電
流が流されることによって簡易に加熱され得る。
図９は電気的及び機械的信号がどのようにして力／テ
クスチャーフィードバック制御システムを伝播するかを
示す。図10は力及びテクスチャーフィードバック制御シ
ステムの標準的制御理論ブロック図形式の図である。示
された実施例では力作動のためのDCサーボモータ900と
テクスチャー疑似要素902のための変位を生成するため
の電気機械式ソレノイド901とが使用されている。コン
ピュータは所望の力を表現するディジタル値をDCサーボ
モータ制御システムに送る。図９にら示される実施例
中、所望の力はディジタル／アナログ変換器（DAC）903
に入力される。DACのアナログ出力はそこで可変利得増
幅器904によって増幅される。この増幅力設定点電圧は
そこで電力作動増幅器905の一般的な電圧から電流への
構成によって電流に変換される。この電流はサーボモー
タを所望のトルクで駆動する。サーボ制御ループの速度
ダンピングはタコメータフィードバック906によって実
行される。
モータによって発生されるトルクはモータ軸上のプー
リ907によって張力に変換される。このプーリの径は与
えられたモータに対して所望の力と応答速度を実現する
ように選定される。望ましい実施例では、1/4インチの
プーリ径が採用されている。発生された張力は力アプリ
ケータから腱ケーブル／筐体組立体908を介して指先力
アプリケータへ伝達される。指先に印加された力は歪み
感知台に差動的に取りつけられハーフブリッジ構成に接
続された二つの歪み計909によって感知される。フルホ
イートストーンブリッジが検出された力を増幅するめた
に使用される。増幅された信号はアナログ／ディジタル
変換器910によってディジタル化され、コンピュータ911
によって読み込まれる。
コンピュータはディジタル制御の分野から良く理解さ
れた技術を使用した力制御法則912（例えば、比例積分
導関数又は状態フィードバック）を実行する。この制御
法則はフィードバック力情報912を含み、そして指先上
の所望の力を生成するためにモータをサーボする。アナ
ログ関節角感知器からディジタル化された値914はコン
ピュータが力設定点915を決定するために必要とする情
報を供給する。望ましい実施例では、コンピュータは指
関節角を実際の指位置に変換する。指の一つが実質上の
物体を横切っていることが検知された場合、コンピュー
タはその実質上の物体の形と追従との知識を使用してそ
の指に印加された力を計算する。望ましい実施例では、
クラマ他の特許出願で開示された、差動歪み計角度感知
器917が関節角の決定のために使用される。
図９に示される如く、コンピュータは又テクスチャー
疑似アレーの変位アクチュエータに命令を出力する。こ
の示された実施例中、コンピュータはソレノイド駆動ト
ランジスタ918を制御するディジタル値を出力する。例
えば、論理値“1"はトランジスタを“オン”に切換え、
論理“0"はトランジスタを“オフ”に切換える。トラン
ジスタがオンの時、ソレノイドコイルは励磁され、そし
てプランジャ919は引っ込む。この引っ込みが変位を発
生し、その変位は腱ケーブル／筐体組立体920を介して
テクスチャーシミュレータ902に伝達される。テクスチ
ャーシミュレータはその変位をテクスチャー要素をして
指先力アプリケータ台を越して指先を押圧せしめるのに
使用する。トランジスタがオフになるとソレノイドプア
ンジャは戻しバネによって伸ばされケーブルのテンショ
ンが解放される。テンションが解放された時、テクスチ
ャー要素はその自己の戻し機構によってテクスチャーア
レイ台筐体内に引き戻される。図11a〜11dは図5a〜5eと
それらが全て力印加手段と力感知手段とを示しているこ
とで機能的に同様である。相違は力感知手段にある。図
５中、力感知手段は力感知台として示されている。図11
中、力感知手段はロードセルを含むように示されてい
る。このロードセル1100には、歪み計、容量的又は抵抗
的感知技術等の如くの広く様々な技術を使用し得る。よ
り一般的な歪み計ロードセルのほかにも、容量的感知技
術を使用した力検出器パッドがフィアリングの文献で述
べられそして抵抗的力検出パッドがインタリンク及びテ
クスキャンによって商業的に得ることができる。図11
中、力感知手段は力印加手段の部分よりなる。力検出／
印加構造はサポート1102に取り付けられた台1101よりな
る。サポート1102は指先クリップ1103にバネ1104により
接続されている。力伝達腱1105が台1101に取り付けられ
ている。ロードセル1100が台1101の指側に取り付けられ
ている。ロードセル表面がざらざらとしていないとき、
又はロードセルが温度感応である場合の如く様々な理由
のために、保護／温度絶縁台1106がロードセルの指側に
取り付けられている。腱1105のテンションが増加（図11
c）した時、台1101はロードセル1100を押圧しロードセ
ルは次に台1106を指先に押し付ける。ロードセルは指先
における腱1105のテンションを測定する。
図12a及び12bは回動可能で台と指先との間の接触圧力
をして可能な限り一定にせしめる力印加台の側面及び平
面図である。この実施例中、台1200はサポートによって
バネ1203に接続されているヒンジ1201上を回動し、その
バネは次に指先クリップ1204に取り付けられている。テ
ンションが腱1205に印加された時、台1200が指先に接触
しそしてヒンジ1201上を回転しその接触圧力をして一定
にせしめる。
図13は図12の延長の側面図であり、台1300と指先との
間の接触圧力分配を腱1301及び1302のテンションの調節
によって変更し得る追加を有する。腱1301のテンション
が腱1302のより大きい場合、そこで指先は指先の底部よ
り指爪により近いところでより大きい接触圧力を検出す
る。
図14a及び14bは指先によって感知された圧力分配を変
更するために使用される更にもう一つの実施例の側面及
び平面図である。この実施例中、台1400はボールジョイ
ント1402を介するサポート1401への接続によって如何な
る方向にも回動可能である。腱1403及び1404のテンショ
ンの変化によって圧力の重心が垂直に移動し得るが、腱
1405及び1406のテンションの変化、圧力の重心は横方向
に移動し得る。全ての腱において一定にテンションが変
化することによって、圧力分配の振幅は従って重心の移
動無しに変化し得る。本実施例は対称パターンの４つの
腱のみを備えるが、この概念はより多数の腱及びより複
雑なパターンを含むように拡張し得る。
図15は腱のテンションがいかにして台が指先に接触す
る前に測定し得るがを示す実施例の側面図である。台15
00はフレキシブル弾性部材1503を介して指先クリップ15
02に取り付けられたサポート1501に取り付けられてい
る。1503の屈曲の範囲は台が指先に接触するまで腱1506
により台1500に印加される力の測定である。この容量と
ともに、それは腱がゆるんでいる時に他の物の中から感
知され得る。示された実施例中、屈曲は差動歪み計1504
及び1505を介して測定される。
図16a及び16bぱ腱のテンションを測定するための更に
二つの方法の側面図であり、よって力は胴体部に印加さ
れる。提供された実施例中、テンションは力発生アクチ
ュエータの近くで測定される。同じ測定原理は、例え
ば、フィードバックグローブにおける、力感知胴体部に
おける腱のテンションを感知するために使用し得る。図
16a中、腱1600は力発生アクチュエータ1602の軸にある
プーリ1601に巻かれ、その力発生アクチュエータはその
提供された実施例ではモータである。そのテンションは
プーリ1603、下側固定プーリ1604を通り過ぎ、筐体1605
に入る。プーリ1605は片持ち梁1606の自由端に取り付け
られ、他方片持ち梁の他端はしっかりと据え付けられ
る。腱テンションが増加した時、プーリ1603は下方に変
位され、片持ち梁をして又下方に変位せしめる。提供さ
れた実施例中、この片持ち梁変位は差動歪み計1607及び
1608を介して測定される。他の変位感知技術で代用し得
る。
図16bはいかにして腱テンションが腱筐体の応力の感
知によって測定され得るかを示す。腱1609は力発生アク
チュエータ1610から離れ腱筐体応力感知スリーブ1611に
入る。このスリーブは筐体サポート1612の一端に取り付
けられ、他端のいかなるものにも接続されない。自由端
では、スリーブはスペーサ1613を押圧し、そこでスペー
サは腱をその行き先に案内する腱筐体1614の主部を押圧
する。そのスペーサはいかなるものとも接続されない
が、腱上で休ませることは可能である。筐体1614は構造
1615によって案内され支持される。応力感知スリーブ16
11によって体験される応力は、この提供された実施例で
は、差動応力計1616及び1617によって感知される。スペ
ーサ1613及びサポート1615の使用はさもなければ横方向
の筐体1614の動作が感知された応力上に及ぼす影響を減
ずる。
図17a及び17bは曲げ感知器（例えばクラマ他の応力曲
げ感知器）と力伝達腱との双方を支持する二つの構造の
実施例の側面図である。図17は曲げ感知器1700が支持構
造1702の案内ポケット1701にあるところの実施例の断面
を示す。PIP関節とされる図17a及び17bに示される支持
構造は、その角度が測定される関節の付近に取り付けら
れている。力伝達腱1703は又構造1702によって胴体部の
上に支持されている。テンションは構造1702内に樋に存
するか又は孔を通過している。構造1702は屈曲の間に胴
体部に関連して移動すべきであり、プラスチック、RTV
シリコンラバー等を含む様々な材料によって作られ得
る。
図17bは図17a同様ではあるが容易な曲がりを許容する
ように構造1705から材料が除去された部分1704を有する
腱／曲げ感知器支持構造の側面図を示す。破線は曲げ感
知器1706が支持構造内に位置することができる位置を略
示す。図17a及び17bの双方中、曲げ感知器は腱1707及び
胴体部との間の支持構造に位置するように示されている
が、曲げ感知器と胴体部との間の腱の如くの他のトポロ
ギーを使用し得る。
図18a及び18bは力フィードバックグローブと筐体支持
リストバンドとの間のプリテンションを供給するところ
の実施例の斜視図及び平面図である。この提供された実
施例は概要を表示し、機能部を支持するために様々な詳
細が追加し得る。この実施例中、一つは上部1801に、一
つは下部1802に、二つのプーリがリストバンド1800に取
り付けられている。プーリは前膊の軸の双方向に沿っ
て、随意に溝が形成されたガイド内を、移すことが可能
であるが、弾性部材1803及び1804によってグローブから
離れる方向に引かれる。プーリは又、平行ではないが、
前膊の軸に沿った要素を有する方向に摺動されることが
許容されてもよい。グローブは上部1805及び下部1806
（上部の補強と同様であるが、示されない）の双方で補
強されている。この補強は、プーリ1801上、腕（随意に
一連のローラ軸受の如くの軸受上）の回り、及びプーリ
1802上を通るプリテンション腱1807を介して互いに接続
されている。補強されたグローブ部は手上にプリテンシ
ョン負荷を分配する役割を行う。この補強はナイロン、
プラスチック又はRTVシリコンラバーの如くの特別な材
料とすればよい。リストバンドは弾性部材がテンション
状態である位置で腕の回りに縛られる。このテンション
は、リストバンドが肌に相対的に摺動することを許容す
ることなく、リストバンドをグローブに向かって引く役
割を行い、よって前膊肌の弛みを巻取り、力伝達腱がテ
ンション状態にあった時の後のリストバンドの移動はほ
とんど無い。
図19は３ループ力制御システムのブロック図である。
この図は図10と非常に似ており力アクチュエータの出力
で感知された力を制御する内部サーボループの追加を有
する。この内部サーボループは力アクチュエータそれ自
体に近い出力の力の感知を基に力アクチュエータによっ
て力の出力を素早く調節するために高利得を有する「速
いループ」である。例えば、環境、物体の形状、位置及
び追従の知識を有する計算装置1900は、クラマ他の歪み
計曲げ感知器1902又は適当な代替品によって感知されれ
ばよい追加の指先位置の知識を基に制御システムのため
の力設定点1901を決定する。この力設定点は、力感知台
又は適当なロードセルの如くの適当な感知器1903によっ
て指先で感知された実際の力と比較される。力信号の誤
差は標準的な制御法則で動作すればよい「遅いループ」
コントローラ1904に入力される。これは、ケーブル力伝
達システム1905が使用された場合、いくらかの非直線的
な力が含まれているため利得を高く過ぎるべきでないた
め遅いループと称される。
遅いループコントローラの出力は「速いループ」制御
システムに対する力設定点1906である。この速いループ
設定点は（例えば、図16で先に述べた歪み計片持ち梁19
07によって）感知された力と又標準的な制御法則で動作
すればよい速いループコントローラ1909のための誤差入
力信号を生成する力アクチュエータ1908の出力で比較さ
れる。速いループの利得は良い品質のサーボモータを使
用した場合にこのループの力がかなり直線的であり相対
的に速いため遅いループコントローラの利得に比較して
大きくてよい。従って、モータのテンション出力は所望
の値に非常に速く制御され得るが、指先で感知された力
は非直線的伝達システムによる振動の可能性の増加無し
には素早く所望の値にサーボすることはできない。
テスクチャーアレイと力アプリケータとへの命令の適
当な組合わせによって、指先に数え切れない感覚を印加
することができる。例えば、単一の列に沿う３個のテス
クチャー要素を伸ばしそこで力台をして指先を押圧せし
めるように差動することによって、指先に実質上の物体
の直線の縁に接触が疑似される。その列の３個の伸ばさ
れたテスクチャー要素が隣接する列の３個の要素が持ち
上げられるのと同時に引っ込まされた場合、物体の縁が
指先に沿って移動する感覚が生成される。この感覚は物
体の縁が移動し指先が静止したまま残されている時、或
いは物体の位置が固定され指先がその縁を横切って移動
している時に使用され得る。適当な変更によって、力及
びテスクチャーが図2cに示される如くの指先の他の胴体
の他の部分で疑似され得る。
本発明が特定の実施例を参考としながら述べられた
が、記述は発明の例証となり本発明の限定を構成するも
のではない。よって、様々な変更と敷衍が添付された請
求の範囲に規定された発明の真の精神と範囲から逸脱す
ること無く当業者によって考えられ得る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−44827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−28719（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−178720（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−81142（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4414984（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 3/033 310 G01L 5/00

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】使用者からの手動的入力を検出し、使用者
    の手に触覚的フィードバックを与え、使用者が仮想的な
    環境で相互作用実体を操作できるようにするコンピュー
    タ周辺装置であって、 位置信号をホストコンピュータへ通知する少なくとも一
    つのセンサと、 ホストコンピュータからの信号に応じて使用者側へ触覚
    的感覚を加える少なくとも一つのアクチュエータと、 低摩擦かつ低圧縮性のチューブ状筐体の中を通るケーブ
    ルであり、アクチュエータによって発生させられた触覚
    的感覚を使用者側へ伝達する柔軟性ケーブルと、 アクチュエータ、センサ及びチューブ状筐体を支えるサ
    ポート構造体と、 を有するコンピュータ周辺装置。
  2. 【請求項２】使用者の皮膚上でテクスチャー感覚を擬似
    する少なくとも一つのピンを更に含む、請求項１記載の
    コンピュータ周辺装置。
  3. 【請求項３】上記アクチュエータはサーボモータであ
    る、請求項１記載のコンピュータ周辺装置。
  4. 【請求項４】上記アクチュエータはソレノイドである、
    請求項１記載のコンピュータ周辺装置。
  5. 【請求項５】上記アクチュエータはリニアアクチュエー
    タである、請求項１記載のコンピュータ周辺装置。
  6. 【請求項６】使用者からの手動的入力を検出し、使用者
    の手に触覚的フィードバックを与え、使用者が仮想的な
    環境で相互作用実体を操作できるようにするコンピュー
    タ周辺装置であって、 ホストコンピュータへ通知される位置信号を与える検出
    手段と、 ホストコンピュータからの信号に応じて使用者側へ力を
    加えるアクチュエータ手段と、 低摩擦かつ低圧縮性のチューブ状筐体の中を通るケーブ
    ルであり、アクチュエータ手段によって発生された触覚
    的な感覚を使用者側へ伝達する柔軟性ケーブルと、 アクチュエータ手段、検出手段及びチューブ状筐体を支
    えるサポート構造体と、 を有するコンピュータ周辺装置。
  7. 【請求項７】使用者の皮膚上でテクスチャー感覚を擬似
    する少なくとも一つのピンを更に含む、請求項６記載の
    コンピュータ周辺装置。
  8. 【請求項８】上記アクチュエータはサーボモータであ
    る、請求項６記載のコンピュータ周辺装置。
  9. 【請求項９】上記アクチュエータはソレノイドである、
    請求項６記載のコンピュータ周辺装置。
  10. 【請求項１０】上記アクチュエータはリニアアクチュエ
    ータである、請求項６記載のコンピュータ周辺装置。
  11. 【請求項１１】押しボタンスイッチの力感覚をシミュレ
    ーションする方法であって、 使用者側からの位置データを検出する少なくとも一つの
    センサ、及び、使用者側へフィードバック力を与える少
    なくとも一つのアクチュエータを具備したコンピュータ
    周辺装置を準備し、 使用者側で擬似的なボタンが押下されるのに伴ってボタ
    ンがトグル点に到達するまで徐々に増加し、トグル点へ
    の到達後、アクチュエータによってクリック感覚が使用
    者側へ与えられるように、使用者側からの位置データに
    応じて変化する力を使用者側へ加えるためアクチュエー
    タを制御することにより押しボタンスイッチの感触をシ
    ミュレーションする、 方法。
  12. 【請求項１２】上記アクチュエータはサーボモータであ
    る、請求項11記載の方法。
  13. 【請求項１３】上記アクチュエータはリニアモータであ
    る、請求項11記載の方法。
  14. 【請求項１４】検出本体部分を有し、検出本体部分に検
    出信号を生成する身体装着用の装置であって、 力を発生する手段と、 関節の向こう側へ身体の表面に沿って柔軟性チューブ状
    筐体によって案内された少なくとも一つの伸長ケーブル
    を介して、発生された力を、検出本体部分へ加える手段
    と、 を有し、 上記関節は上記発生された力が上記伸長ケーブルに印加
    された結果として作動される、 装置。
  15. 【請求項１５】（ａ）上記検出本体部分は指部分である
    こと、 （ｂ）上記検出本体部分は、非検出部分として作用する
    第２の本体部分と連結されること、 （ｃ）上記装置は、手首部である第２の本体部分、又
    は、手首及び前腕の近くにある第２の本体部分を含むこ
    と、 （ｄ）上記装置は、（ｉ）上記発生された力を印加する
    手段を支持するグローブ支持構造を更に有するか、若し
    くは、（ii）制御本体部分の位置を検出し、上記制御本
    体部分の上記位置に関係付けられた制御信号を生成する
    手段と、上記制御信号を受信し、上記制御信号と関係し
    た力を生成するように上記力を発生する手段を作動させ
    る信号収集及び生成手段と、を更に有し、制御本体部分
    と共に動作すること、及び、 （ｅ）上記検出信号及び上記力を発生する手段が相互作
    用実体と仮想対象又は実対象との間の相互作用をシミュ
    レートすること、 の（ａ）から（ｅ）のうちの少なくとも一つを特徴とす
    る請求項14記載の装置。
  16. 【請求項１６】（ｄ）（ii）制御本体部分の位置を検出
    し、上記制御本体部分の上記位置に関係付けられた制御
    信号を生成する手段と、 上記制御信号を受信し、上記制御信号と関係した力を生
    成するように上記力を発生する手段を作動させる信号収
    集及び生成手段と、 を更に有し、 制御本体部分と共に動作し、 （ｅ）上記検出信号及び上記力を発生する手段が相互作
    用実体と仮想対象又は実対象との間の相互作用をシミュ
    レートし、 上記収集及び生成手段は、上記制御信号と関係して上記
    相互作用実体と上記仮想対象又は実対象との間の相互作
    用を制御する、 請求項15記載の装置。
  17. 【請求項１７】（ｅ）上記検出信号及び上記力を発生す
    る手段が相互作用実体と仮想対象又は実対象との間の相
    互作用をシミュレートし、 上記力を発生する手段は、上記仮想対象又は実対象と相
    互作用する上記相互作用実体の接触力をシミュレーショ
    ンする、 請求項15記載の装置。
  18. 【請求項１８】（ｅ）上記検出信号及び上記力を発生す
    る手段が相互作用実体と仮想対象又は実対象との間の相
    互作用をシミュレートし、 上記力を発生する手段は、上記仮想対象又は実対象の表
    面をシミュレートする表面パターンを生成する、 請求項15記載の装置。
  19. 【請求項１９】制御指部分と、第２の本体部部に接続さ
    れた検出指部分とを有し、検出指部分に検出信号を生成
    する身体装着用の装置であって、 上記指部分に取り付けるグローブと、 柔軟性のある伸長素子を含み、力を発生させる力発生手
    段と、 上記グロープに取り付けられ、上記伸長素子を案内する
    チューブ状筐体と、 上記グロープによって指示され、上記検出指部分と検出
    部分として作用しない上記第２の本体部分との間に上記
    発生された力を印加する手段と、 上記制御指部分の位置を検出し、上記制御指部分の位置
    と関係した制御信号を生成する手段と、 上記制御信号を受信し、上記制御信号と関係した上記力
    を発生させるように上記力発生手段を作動する信号収集
    及び生成手段と、 を有する装置。
  20. 【請求項２０】手首ストラップを更に有し、 上記チューブ状筐体は、一端が上記手首ストラップに取
    り付けられ、他端が上記力発生手段の近傍に取り付けら
    れている、 請求項19記載の装置。
  21. 【請求項２１】上記指部分は指の先端部であり、 上記力を印加する手段は、 第１の不活性位置から上記指の先端部と接触する第２の
    活性位置に移動可能な力印加プラットフォームと、 上記指の先端部と動作的に関係して上記力印加プラット
    フォームを保持する支持構造と、 上記力印加プラットフォームを上記第１の位置に保持す
    る可倒式手段と、 力検出プラットフォームと、 上記力印加プラットフォームに取り付けられ、上記力検
    出プラットフォームを支持する支点と、 上記力検出プラットフォームを、上記力発生手段に連結
    する機械的手段とにより構成され、 上記発生された力による上記力検出プラットフォームの
    作動は、上記検出指部分と接触するように上記力印加プ
    ラットフォームを移動させる、 請求項20記載の装置。
  22. 【請求項２２】身体の第１の部分と第２の部分との間に
    力を印加する装置であって、 上記第１の部分と関連した第１のリンク組立体、及び、
    上記第２の部分と関連した第２のリンク組立体と、 上記第２のリンク組立体のリンクに取り付けられケーシ
    ングの中を通り、上記第１のリンク組立体のリンクに取
    り付けられた緊張材と、 を有し、 第１及び第２の各リンク組立体は、 一方の部分上の位置に固定された支持リンクである支持
    部と、 関節を介して上記各支持リンクに取り付けられ、旋回自
    在関節を介して相互に取り付けられた関節結合形リンク
    と、 を含み、 上記緊張材は上記支持部の間に力を印加し、その結果と
    して身体の第１の部分と第２の部分との間に力を印加す
    る、 装置。
  23. 【請求項２３】関節と関数的に関係している角度計を更
    に有する、請求項22記載の装置。
  24. 【請求項２４】上記緊張材に取り付けられ、上記緊張材
    のリンク取り付け端と上記ケーシングとの間に力を発生
    する力発生手段を更に有する、請求項22記載の装置。
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