JPH06131114A

JPH06131114A - ３次元データ入力装置

Info

Publication number: JPH06131114A
Application number: JP4279999A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Iwata; 洋夫岩田
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】人が日常生活の中で知的作業を行うとき、最
も慣れ親しんでいる状態で、物体の位置、姿勢情報を入
力できる３次元データ入力装置を提供。【構成】操作部を構成する物体１１と、該物体の両端
を支持し角度を検出する角度センサＳＡ１〜ＳＡ３，Ｓ
Ｂ１〜ＳＢ３と反力を発生するアクチャエータＭＡ１〜
ＭＡ３を設けた複数の関節ＪＡ１〜ＪＡ６からなる３自
由度を有する腕と、前記角度センサの検出信号で前期物
体１１の位置と姿勢を認識、反力を計算しアクチュエー
タの発生トルクを制御する制御手段１４とを備える。角
度センサとアクチュエータにより、６自由度の反力を発
生させることができ、空間の中で物体を押す、削る、切
る、握る等の操作を行ったとき、現実と等しい動作を得
ることができる。従って抵抗感覚、重量感覚などの表現
が可能なより現実に近い動作を得ることができ、精度の
高い３次元のデータ入力が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、仮想空間の中で造形作
業を行う際に反力を提示することが可能なペン型フォー
スディスプレイによる３次元データ入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機の作りだした合成情報を人間の感
覚器官に直接提示することにより、仮想の世界における
疑似体験を可能にする人工現実感の技術は、人間とコン
ピュータとのコミュニケーションを飛躍的に改善するも
のと期待されている。現在、仮想世界に対して操作を加
えるためのツールとしては、データグローブのような指
の動きを測定しジェスチャを認識する装置がよく用いら
れている。しかし、人間が物体を操作する際には硬さや
重さといった力の感覚が不可欠である。そこで、仮想世
界からの力のフィードバックの重要性が認識されるよう
になった。フォースディスプレイとは、このような力の
感覚を表現するための装置を意味する。

【０００３】現在の情報メディアは、人間の感覚という
面から見ると、視覚と聴覚に関するものがほとんどであ
る。視覚と聴覚は、光や音といった非接触の媒体で情報
が伝達されるため、比較的表示デバイスが実現しやすか
った。しかし、触覚の情報は、機械的な相互作用が必要
なため、よいディスプレイが存在しなかった。ロボット
工学の分野では、遠隔操作に力覚が提示できるマスター
マニピュレータが用いられていたが、これらは装置が大
掛かりになり、計算機との一般的なインタフェースとし
て使うには適さない。

【０００４】人工現実感の生成技術をハードウエア面か
ら見た場合、大きく分けて２つの方向性がある。１つ
は、ＨＭＤ（Ｈead Ｍounted Ｄisplay) のようなディ
スプレイデバイスを身につけることにより仮想世界の合
成情報以外の感覚情報を遮断する「没入型」である。も
う１つは、特殊なデバイスを身につけることをせず、日
常生活において違和感のないことを目指す「開放型」で
ある。没入型は、多くのデバイスを装着することによ
り、帯域の広い感覚情報を提示することができる。開放
型は、表現力では当然没入型より劣るが実用面での利点
がある。

【０００５】立体映像の表示方式を例にこの２つの型を
比較すると、没入型の典型例がＨＭＤであり、開放型の
典型はレンティキュラレンズを用いたいわゆる「眼鏡な
し」立体映像である。使う側からすると、何も身につけ
ずに立体映像が享受できるほうが望ましいが、表示図形
を手で直接操作するということをする場合、自分の手よ
り近くになるはずのものが手で隠されて見えないという
不都合が生じる。

【０００６】つまり、開放型では、仮想世界と実世界が
共存することによって生じる矛盾が原理的に払拭できな
い。両者の間には、相反する長所と短所があり、一概に
どちらがよいと決めることはできない。そのため目的に
応じて最適なところでバランスさせる必要がある。

【０００７】人工現実感を生成するデバイスの側から見
た場合の没入型と開放型の最大の違いは、ディスプレイ
が人間の体に接触するか否かという点にある。視覚と聴
覚、あるいは嗅覚に関していえば、これらの情報は元来
空気中を伝播してくるものであるから、非接触で表示す
ることが可能である。

【０００８】しかし、体性感覚（皮膚や筋肉で受容する
感覚）や前庭感覚（平衡感覚）は、地面と体との間に何
らかの機械的相互作用をもたなければ表示することがで
きない。したがって、これらの感覚情報をフィードバッ
クするためには、いきおい没入型をとることになる。も
し、開放型でこれらの情報を表示しようとするならば、
日常生活で頻繁に体に触れるものを媒介にするという方
法が考えられる。

【０００９】例えばテーマパーク等で人気を呼んでいる
体感マシンでは、椅子を動かすことによって前庭感覚情
報を表現している。椅子に座ること自体に違和感を覚え
る人はいないであろう。その他にも人が日常的に触れる
ものは様々なものがあるから、それらにアクチュエータ
を付けて計算機で制御すれば、体性感覚情報を開放型で
表現することは可能である。

【００１０】今日まで、人間の関節の動きを計測する装
置は、数多くのものが開発され市販されてきた。しか
し、力覚をフィードバックする機能を持つ装置で市販さ
れたものはほとんどない。関節の動きを計測する装置
は、ヒューマンファクタの解析というニーズに支えられ
て小規模ではあるがマーケットを形成してきた。しか
し、力覚帰還装置は、ロボット工学の実験室において実
現されていたものの、市販されるに至らなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】フォースディスプレイ
を実現するためには、機械的な相互作用を外界から与え
る必要がある。大脳皮質への直接刺激を与えれば外に付
けるデバイス類は一切いらないという議論もあるが、こ
の方式は、電極を埋め込むことから種々の問題が生じ
る。フォースディスプレイの設計上の重要なパラメータ
となるのが自由度数と可動範囲である。フォースディス
プレイの自由度と可動範囲は、それを構成する機構の形
式によって大きく異なる。フォースディスプレイを実現
するための機構には、複数のリンクとジョイントを用い
てマニピュレータを構成する多関節型、糸の張力によっ
てフォースフィードバックを実現する糸型、ジョイステ
ィックにアクチュエータを付けてフォースフィードバッ
クを与えるジョイスティック型がある。これらの３方式
を比べると、汎用性のあるフォースディスプレイを構成
するためには、多関節型の長所が不可欠になる。この場
合、設計上の主たる課題は、機構を如何にエレガントに
作るかと糸型との併用の２点に帰着できる。

【００１２】まず、機構を大きくしないための工夫とし
ては、パラレルメカニズムが有力な解決法を与える。通
常のマニピュレータは、人間の腕のように関節が直接的
につながっている。この場合、先の方の関節の重量を全
て根元側の関節が支えなければならない。そのため、自
由度が増えると大型のアクチュエータを用いなければな
らなくなる。一方、パラレルメカニズムとは関節が並列
的につながったマニピュレータを意味し、複数のアクチ
ュエータの発生する力が合成される。したがって、各関
節のアクチュエータが小さいものでも大きな力を手先部
に与えることができる。

【００１３】図９はデスクトップフォースディスプレイ
の構成例を示す図、図１０は空気圧を用いたフォースデ
ィスプレイの構成例を示す図である。パラレルメカニズ
ムを用いたデスクトップでの使い方を想定したフォース
ディスプレイを提案したのが図１０である（第５回ヒュ
ーマンインタフェースシンポジウム論文集（１９８９−
１０）ｐ１〜ｐ４「力感覚に対応した人工現実感−仮
想空間の構築」）。また、アクチュエータ自体の重量を
軽くする工夫としては、空気圧シリンダを用いる方法が
ある。ラトガース大学のバーテアは、データグローブの
内側に小型の空気シリンダを取り付け、手の平を始点に
して指先に力を与える装置を提案している。しかし、こ
れらはいずれも着脱が面倒であり、可動範囲が制限され
るという問題がある。

【００１４】本発明は、上記の考察に基づくものであっ
て、人が日常生活の中で知的作業を行うときに最も慣れ
親しんでいる状態で物体の位置、姿勢の情報を入力する
ことができる３次元データ入力装置を提供することを目
的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、操
作部を構成する物体と、該物体の両端を支持し角度を検
出する角度センサと反力を発生させるアクチャエータを
設けた複数の関節からなり３自由度を有する腕と、前記
角度センサの検出信号で前記物体の位置と姿勢を認識し
前記腕に発生させる反力を計算して前記アクチュエータ
の発生トルクを制御する制御手段とを備え、仮想空間の
中で物体を操作したときに反力を発生させ３次元データ
を入力することを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明の３次元データ入力装置では、操作部を
構成する物体と、該物体の両端を支持し角度を検出する
角度センサと反力を発生させるアクチャエータを設けた
複数の関節からなり３自由度を有する腕と、前記角度セ
ンサの検出信号で前記物体の位置と姿勢を認識し前記腕
に発生させる反力を計算して前記アクチュエータの発生
トルクを制御する制御手段とを備えるので、角度センサ
とアクチュエータにより物体の位置や姿勢を認識し、腕
に６自由度の反力を発生させることができ、仮想空間の
中で物体を押す、削る、切る、握る等の操作を行ったと
き、現実と等しい動作を得ることができる。したがっ
て、抵抗感覚、重量感覚などの表現が可能なより現実に
近い動作を得ることができ、精度の高い３次元のデータ
入力が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の３次元データ入力装置の１実施
例を示す図、図２は本発明の３次元データ入力装置で行
う信号処理の流れを説明するための図、図３は本発明の
マニピュレータの基本的な構成と把持部にかかる力とト
ルクを示す図、図４はマニピレータの可動範囲を示す図
である。図中、１１はペン軸、１２は並進と回転の変換
機構、１３はグラフィックディスプレイ、１４はコンピ
ュータ、１５はＡＤコンバータ、ＪＡ１〜ＪＡ６、ＪＢ
１〜ＪＢ５は関節、ＭＡ１〜ＭＡ３、ＭＢ１〜ＭＢ３は
モータアクチュエータ、ＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ
３は角度センサ、ＰＡ１〜ＰＡ６、ＰＢ１〜ＰＢ５はパ
ワーアンプ、ＷＡ１〜ＷＡ６、ＷＢ１〜ＷＢ５はパルス
幅変調回路を示す。

【００１８】本発明の３次元データ入力装置を構成する
ペン型フォースディスプレイの構成例を示したのが図１
（Ａ）であり、ペン軸１１の先端に関節ＪＡ１〜ＪＡ６
を連結し、反対側に並進と回転の変換機構１２を介して
関節ＪＢ１〜ＪＢ５を連結したものである。これらの関
節のうち、関節ＪＡ２、ＪＡ３、ＪＡ５、ＪＢ２、ＪＢ
３、ＪＢ５は旋回関節であり、関節ＪＡ１、ＪＡ４、Ｊ
Ａ６、ＪＢ１、ＪＢ４は回転関節である。そして、関節
ＪＡ１〜ＪＡ３、ＪＢ１〜ＪＢ３にそれぞれ反力を発生
させるためのモータアクチュエータＭＡ１〜ＭＡ３、Ｍ
Ｂ１〜ＭＢ３、旋回角、回転角を検出するための角度セ
ンサＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３を設けている。

【００１９】すなわち、本発明のペン型フォースディス
プレイは、ペン軸１１の先端と固定点との間を３つの旋
回関節ＪＡ２、ＪＡ３、ＪＡ５で連結すると共に、手前
の旋回関節ＪＡ５の両側に回転関節ＪＡ４、ＪＡ６を挿
入し、固定点と旋回関節ＪＡ２との間に回転関節ＪＡ１
を挿入している。そして、固定点側の３つの関節ＪＡ１
〜ＪＡ３に対して角度センサＳＡ１〜ＳＡ３で角度検出
しながら、モータアクチュエータＭＡ１〜ＭＡ３で反力
を与えるようにしている。また、ペン軸１１の先端と反
対側では、並進と回転の変換機構１２を介して固定点と
の間を３つの旋回関節ＪＢ２、ＪＢ３、ＪＢ５で連結す
ると共に、手前の旋回関節ＪＢ５とＪＢ３との間に回転
関節ＪＢ４を挿入し、固定点と旋回関節ＪＢ２との間に
回転関節ＪＢ１を挿入している。そして、固定点側の３
つの関節ＪＢ１〜ＪＢ３に対して角度センサＳＢ１〜Ｓ
Ｂ３で角度検出しながら、モータアクチュエータＭＢ１
〜ＭＢ３で反力を与えるようにしている。

【００２０】角度センサＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ
３で角度検出を行い、モータアクチュエータＭＡ１〜Ｍ
Ａ３、ＭＢ１〜ＭＢ３に反力を発生させる信号処理系の
構成例を示したのが図１（ロ）である。図１（ロ）にお
いて、コンピュータ１４は、仮想物体の生成、ペンと仮
想物体との接触判定、ペンに返すべき反力生成、マニピ
ュレータの幾何計算、及び３次元グラフィックの描画を
行うものであり、角度センサＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜
ＳＢ３で検出した各関節ＪＡ１〜ＪＡ３、ＪＢ１〜ＪＢ
３の角度信号を入力して、ペン軸１１の姿勢を求め仮想
物体における反力を計算して各関節ＪＡ１〜ＪＡ３、Ｊ
Ｂ１〜ＪＢ３のモータアクチュエータＭＡ１〜ＭＡ３、
ＭＢ１〜ＭＢ３の駆動信号を生成すると共に、仮想物体
の操作環境の表示データを生成している。ＡＤコンバー
タ１５は、角度センサとコンピュータとの間のインタフ
ェース手段であり、角度センサＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１
〜ＳＢ３のアナログの検出角度信号をコンピュータ１４
で処理するためにデジタル信号に変換するものである。
パルス幅変調回路ＷＡ１〜ＷＡ６、ＷＢ１〜ＷＢ５は、
コンピュータ１４で生成した駆動信号をＤＣモータ駆動
用にパルス幅変調するものであり、パワーアンプＰＡ１
〜ＰＡ６、ＰＢ１〜ＰＢ５は、パルス幅変調した駆動信
号を増幅してモータアクチュエータＭＡ１〜ＭＡ３、Ｍ
Ｂ１〜ＭＢ３を駆動するものである。そして、グラフィ
ックディスプレイ１３は、ペン軸１１の操作に対応して
例えば仮想材料と仮想工具の映像を表示すことによっ
て、仮想世界における造形作業を実現するものである。

【００２１】コンピュータ１４による処理概要を説明す
ると、まず、角度センサＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ
３の信号を取り込んで（ステップＳ１）ペン軸１１の位
置と姿勢を求める（ステップＳ２）。次に、仮想材料と
ペンの位置関係を計算し（ステップＳ３）、もし、ペン
が接触しているようなら材料の性質に基づいてペンに与
える反力を求める（ステップＳ４〜Ｓ５）。反力のベク
トルから各関節ＪＡ１〜ＪＡ３、ＪＢ１〜ＪＢ３のモー
タアクチュエータＭＡ１〜ＭＡ３、ＭＢ１〜ＭＢ３が発
生すべきトルクを求めて出力する（ステップＳ６）。そ
して、ペンによって変形された仮想材料の形状データを
変更し（ステップＳ７）、仮想材料と仮想工具の映像を
グラフィックディスプレイ１３に表示する（ステップＳ
８）。

【００２２】人間の手には並進の動き方が３つと回転の
動き方が３つあり、合計６つの自由度を持っている。こ
れだけの自由度を関節が直接的につながった通常のマニ
ピュレータで実現すると、手先の方の関節の重量を根元
よりの関節が支えなければならない。そのため、全体と
して大掛かりなハードウエアになる。そこで、本発明で
は、パラレルメカニズムと呼ばれる、図１（Ａ）に示す
ように関節が並列的につながった機構を採用することに
より、マニピュレータ全体の大きさと重量を小さくして
いる。基本的には、図３に示すようなペン型の把持部の
両端をそれぞれ３自由度のマニピュレータで支えるとい
う機構を採用している。その結果、合計の自由度は６に
なるため、把持部に３軸の力Ｆと３軸のトルクＭを生成
することができる。

【００２３】したがって、図１（Ａ）に示す本発明の構
成では、ペン軸の両端のＡ点とＢ点を２つのマニピュレ
ータが支える形になっている。Ａ点はペン先の位置に対
応し、Ｂ点はペン軸の姿勢を決定する。ペン軸の軸方向
の回転運動に対応するため、この回転運動をＡＢ間の距
離の変化に変換する機構がつけられている。したがっ
て、３次元空間におけるＡＢ両点の位置がわかれば、ペ
ン軸の位置と姿勢を知ることができる。Ａ点の位置は、
関節ＪＡ１〜ＪＡ３の角度センサＳＡ１〜ＳＡ３によっ
て測定され、Ｂ点の位置は、関節ＪＢ１〜ＪＢ３の角度
センサＳＢ１〜ＳＢ３によって測定される。そして、関
節ＪＡ１〜ＪＡ３、ＪＢ１〜ＪＢ３のモータアクチュエ
ータＭＡ１〜ＭＡ３、ＭＢ１〜ＭＢ３によって発生され
るＡ点とＢ点における力ベクトルを適宜制御することに
より、ペン軸に６自由度の力とトルクを生成することが
できる。関節ＪＡ３とＪＢ３は、パンタグラフ機構を用
いることによりアクチュエータを根元に持ってくること
ができるため、マニピュレータ全体としては、アクチュ
エータの重量が一切操作者の手にかからないというメリ
ットを持つ。空中の運動部分の重量が軽いことはマスタ
ーマニピュレータの操作面において重要な意味を持つ。

【００２４】ペン先の可動範囲を示したのが図４であ
り、ペン先はこのように一定の半球内で動かすことがで
きる。主にペンの両端の２点間の距離が短いほど、そし
て、マニピュレータのアーム部が長いほど、この可動範
囲は大きくなる。しかし、アームの長さはペン先に生成
できる反力と反比例の関係にあるため、ある程度の制限
を受ける。

【００２５】具体的な操作例によりさらに本発明を詳述
する、図５は反力生成方法を説明するための図、図６は
自由曲面の形状操作を説明するための図、図７はサーフ
ェイスモデルの例を示す図、図８は反力の大きさを示す
図である。

【００２６】図１（イ）に示すＡ、Ｂは、それぞれが独
立して動くことができるので、ペンに対する反力は、そ
れぞれのマニピュレータが定めるペンの両端部２点を作
用点とすることによって得られる。例えば図５に示すよ
うにペンを並進させるような反力は、この２点の方向ベ
クトルを等しくすることで、ペンの軸方向のトルクは両
端の２点をそれぞれ始点、終点とする互いに反対方向の
ベクトルを与えることで実現できる。

【００２７】図４より、ペンの端点ｈ１に作用する力ベ
クトルＦを発生させるために必要なモータのトルク
Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂（それぞれ、θ₀、θ₁、θ₂に対応
するトルク）は、以下の式によって与えられる。

【００２８】

【数１】

【００２９】すると、反力ベクトルの大きさは、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。これらを以下の式に代入すれば、
それぞれのトルクが求まる。

【００３２】

【数３】

【００３３】ペンの反対側の端点ｈ２についても同様で
ある。

【００３４】設計上、ペン先に返せる反力は、最大約６
００ｇ重であった（モータに流れる電流が約１．２Ａの
時）が、実際に得られたトルクは、重力の影響を受けな
い水平方向で最大約５００ｇ重であった。ペンの把持部
の自重が約２２０ｇであることを考えると、十分なトル
クが得られた。

【００３５】このようなシステムを用いて、自由曲面の
形状操作を行う基本的なアプリケーションを製作した。
これにより、図６に示すようにユーザが仮想のペンでサ
ーフェイスを押すことによって自由曲面を生成できる。

【００３６】サーフェイスモデルは、図７に示すように
固定点Ｓ１〜Ｓ４と直接変形可能な作用点Ａ〜Ｄの４
点、関節的に変形可能な点ａ〜ｈの８点からなる。それ
ぞれの作用点がある変形量を越えると、その点に隣接す
る４点、例えば作用点Ａの場合であれば点ａ，Ｂ，Ｄ，
ｈも変形量の１／２だけ変形を受ける。この隣接点は、
作用点との変位の差がある値を越えたときに変形が起こ
るものとしている。

【００３７】ペンが曲面を変形させたとき、その変形の
量に比例した反力が返るようになっている。反力の方向
は、サーフェイスに垂直（地面と水平）方向である。こ
の場合の反力の大きさは、図８に示すように曲面の変形
量に比例するように決めている。作用点とペンの接触判
定は、図７の各作用点の近傍でその点に接触したかどう
かによって行われ、変形の終了は、ペンがサーフェイス
から離れる動きをもって判定している。

【００３８】人が日常生活の中で知的作業を行うときに
最も慣れ親しんでいるのはペンであり、工作を行うよう
なときにはカッターナイフやヘラ等の道具を用いるのが
一般的である。これらのものはいずれも棒状の把持部を
持っており、作業時には、この把持部分を介して反力を
感じる。本発明は、上記のようにペン状の両端を複数の
関節からなる腕で支持し、関節に角度センサとアクチュ
エータを取り付けて、ペンの位置、姿勢を認識して地面
と手との間に作用する力を生成するので、非装着型のフ
ォースディスプレイを実現できる。

【００３９】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、制御手段を１つのコンピュータで構成し
たがアプリケーションの種類や目的に応じて複数のコン
ピュータを使って分散処理するように構成してもよいこ
とはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、３次元空間において角度センサとアクチュエ
ータを備えた関節を並列的につないで３自由度をもつ腕
により棒状の物体の両端を支持しているので、各腕に対
する負担を軽くすることができ、関節部分のアクチュエ
ータの小型化を図ることができる。しかも、角度センサ
とアクチュエータにより物体の位置や姿勢を認識し、腕
に６自由度の反力を発生させるので、仮想空間の中で物
体を押す、削る、切る、握る等の操作を行ったとき、現
実と等しい動作を得ることができる。したがって、抵抗
感覚、重量感覚などの表現が可能なより現実に近い動作
を得ることができ、精度の高い３次元のデータ入力が可
能となる。さらには、簡単な操作で３次元のデータ入力
が可能になり、工業デザイン等において物体を切る、押
す等の動作を行うＣＡＤやＣＧ等の設計支援装置、ロボ
ットの遠隔操作装置等への応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元データ入力装置の１実施例を
示す図である。

【図２】本発明の３次元データ入力装置で行う信号処
理の流れを説明するための図である。

【図３】本発明のマニピュレータの基本的な構成と把
持部にかかる力とトルクを示す図である。

【図４】マニピレータの可動範囲を示す図である。

【図５】反力生成方法を説明するための図である。

【図６】自由曲面の形状操作を説明するための図であ
る。

【図７】サーフェイスモデルの例を示す図である。

【図８】反力の大きさを示す図である。

【図９】デスクトップフォースディスプレイの構成例
を示す図である。

【図１０】空気圧を用いたフォースディスプレイの構
成例を示す図である。

【符号の説明】

１１…ペン軸、１２…並進と回転の変換機構、１３…グ
ラフィックディスプレイ、１４…コンピュータ、１５…
ＡＤコンバータ、ＪＡ１〜ＪＡ６、ＪＢ１〜ＪＢ５…関
節、ＭＡ１〜ＭＡ３、ＭＢ１〜ＭＢ３…モータアクチュ
エータ、ＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３…角度セン
サ、ＰＡ１〜ＰＡ６、ＰＢ１〜ＰＢ５…パワーアンプ、
ＷＡ１〜ＷＡ６、ＷＢ１〜ＷＢ５…パルス幅変調回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作部を構成する物体と、該物体の両端
を支持し角度を検出する角度センサと反力を発生させる
アクチャエータを設けた複数の関節からなり３自由度を
有する腕と、前記角度センサの検出信号で前記物体の位
置と姿勢を認識し前記腕に発生させる反力を計算して前
記アクチュエータの発生トルクを制御する制御手段とを
備え、仮想空間の中で物体を操作したときに反力を発生
させ３次元データを入力することを特徴とする３次元デ
ータ入力装置。
【請求項２】請求項１記載の３次元データ入力装置に
おいて、前記物体の一端を支持する前記腕は、３つの旋
回関節と３つの回転関節からなることを特徴とする３次
元データ入力装置。
【請求項３】請求項１記載の３次元データ入力装置に
おいて、前記物体の他端を支持する前記腕は、変換機構
及び該変換機構を介して連結する３つの旋回関節と２つ
の回転関節からなることを特徴とする３次元データ入力
装置。
【請求項４】請求項２または３記載の３次元データ入
力装置において、前記角度センサと前記アクチュエータ
は、前記腕の固定端側に連結された１つの前記回転関節
と２つの前記旋回関節に設けたことを特徴とする３次元
データ入力装置。
【請求項５】請求項１記載の３次元データ入力装置に
おいて、前記制御手段は、グラフィックディスプレイを
有すると共に、前記物体の前記位置と前記姿勢から仮想
工具と仮想材料の相互の位置関係を計算して前記仮想工
具と前記仮想材料をグラフィックディスプレイに表示す
ることを特徴とする３次元データ入力装置。
【請求項６】請求項５記載の３次元データ入力装置に
おいて、前記仮想工具と前記仮想材料の相互の前記位置
関係から両者の接触判断を行い、前記仮想工具と前記仮
想材料の性質に基づいて前記腕に与える反力を計算する
ことを特徴とする３次元データ入力装置。