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3次元デザイン支援装置及びプログラム

国内特許コード P09A015042
整理番号 P2004-308-JP01
掲載日 2010年2月19日
出願番号 特願2005-105262
公開番号 特開2006-285685
登録番号 特許第4669941号
出願日 平成17年3月31日(2005.3.31)
公開日 平成18年10月19日(2006.10.19)
登録日 平成23年1月28日(2011.1.28)
発明者
  • 金井 理
  • 岸浪 建史
  • 遠藤 維
  • 持丸 正明
  • 河内 まき子
  • 宮田 なつき
出願人
  • 学校法人北海道大学
  • 独立行政法人産業技術総合研究所
発明の名称 3次元デザイン支援装置及びプログラム
発明の概要

【課題】 製品モデルに対するユーザの手の基本把持姿勢をその製品モデルを把持した状態を表現する3次元モデルとして生成できる3次元デザイン支援システムを提供する。
【解決手段】 ある製品モデルの基本把持姿勢を3次元仮想モデルとして作成する3次元デザイン支援装置であって、デジタルハンドモデルを作成し(ステップSQ1)、製品形状モデルを作成し(ステップSQ2)、当該製品形状モデルを把持する手の接触点候補を指定し(ステップSQ3)、基本把持姿勢の3次元モデルを生成をする(ステップSQ4)ものである。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


近年のCADシステムの普及に伴い、デジタルモックアップによるスタイルデザインが本格化しているが、製品に対するエルゴノミクス評価は未だに物理モックアップに頼っているのが現状であり、これをデジタル化することで、開発コストや時間の削減を行いたいという要求が高まっている。工業製品のうち、パームトップで用いるIT機器に対して仮想エルゴノミクス評価を行うには、豊富なサイズバリエーションや高精度な幾何形状・運動生成機能をもつ手のモデルや、製品形状やユーザインタフェース(UI)操作仕様と手のモデルを連携させたシミュレーション機能などが求められる。



これまでに、Jack、RAMSIS、Safeworkといったデジタル・ヒューマンを用いたシミュレーションソフトウェア(非特許文献1)が市販され、自動車・航空機などの設計に活用されているが、これらは、スタイルデザインにおけるエルゴノミクス評価において要求される手のモデルの再現精度やシミュレーション機能を、必ずしも満たすものではない。また特開2002-245484号公報(特許文献1)に記載のようにコンピュータマネキンに関連する技術は知られているが、人の手による製品モデルの把持姿勢を仮想的に作成し提示する技術は知られていない。



また、操作対象の物体の支持位置を指定して人間モデル側の動作を自動決定する研究が、次の論文「Onosato, M., Kawano, T., Iwata, K.; "Virtual Affordance Protocol: Communication between Digital Human and Virtual Working Environment for Task Motion Planning". Digital Human Modeling Conference VDI-berichite NR. 1675, 2002 (The Proc. Digital Human Modeling Conference 2002), pp. 329-342, 2002.6.(非特許文献2)」に記載されている。しかしながら、この技術は、人間の全身の動作生成を対象としており、手の動作生成そのものは取り扱っていない。



さらに、人の手指型のロボットマニプレータの動作生成において、与えられた物体モデルの形状から、安定に把持できるロボットハンドと物体との接触点群の配置を多数の候補点群の中から探索で見つけ出す研究が次の論文「Ch. Borst, M. Fischer and G. Hirzinger; "Grasping the Dice by Dicing the Gap". Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Int. conf. on Intelligent Robots and Systems, (Las Vegas) Oct. 2003, pp3692-3697.(非特許文献3)」に記載されている。しかしながら、この技術は、ロボットハンド・フィンガーの動作生成が目的であり、安定に把持できる点がもともと少ない特殊な物体形状に対して適用すると、多くの探索時間が必要となる問題点があり、また、候補点群をランダムに発生し評価するので必ずしも最適な把持を発見できるとは限らない問題点があった。

【特許文献1】特開2002-245484号公報

【非特許文献1】http://www.ugs.jp/product/efactory/jack.html

【非特許文献2】Onosato, M., Kawano, T., Iwata, K.; "Virtual Affordance Protocol: Communication between Digital Human and Virtual Working Environment for Task Motion Planning". Digital Human Modeling Conference VDI-berichite NR. 1675, 2002 (The Proc. Digital Human Modeling Conference 2002), pp. 329-342, 2002.6.

【非特許文献3】Ch. Borst, M. Fischer and G. Hirzinger; "Grasping the Dice by Dicing the Gap". Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Int. conf. on Intelligent Robots and Systems, (Las Vegas) Oct. 2003, pp3692-3697.

産業上の利用分野


本発明は、製品をユーザの手で把持する際の把持姿勢を提示する製品モデルの把持姿勢を模擬する3次元デザイン支援装置及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
デジタルハンドモデルのデータを保持するデジタルハンドモデルデータベースと、
製品形状データを入力する製品形状データ入力部と、
入力手段による外部からの「大きい」-「小さい」及び「ごつい」-「華奢」の2軸で与えられるハンドサイズの決定指標の入力に基づき、ハンドサイズを決定するハンドサイズ設定部と、
前記デジタルハンドモデルデータベースのデータを呼び出し、前記ハンドサイズ設定部の決定したハンドサイズを反映させた3次元デジタルハンドモデルを作成するデジタルハンドモデル作成部と、
前記製品形状データ入力部から入力された製品形状データに基づき仮想的な製品形状モデルを作成する製品形状モデル作成部と、
入力手段による外部からの前記製品形状モデル作成部の作成した製品形状モデルとデジタルハンドモデル作成部の作成したデジタルハンドモデルとの接触点候補を指定する入力を受け付け、前記製品形状モデルとデジタルハンドモデルとに接触点候補を設定する接触点候補設定部と、
前記接触点候補設定部による接触点候補の指定に基づき、前記製品形状モデルに対する複数のデジタルハンドモデルの基本把持姿勢候補を生成し、かつ、当該複数の基本把持姿勢候補の中から前記デジタルハンドモデルの指の前記製品形状モデルに対する接触点の最も多い基本把持姿勢候補を最適な基本把持姿勢と決定する基本把持姿勢生成部と、
前記基本把持姿勢生成部の決定したデジタルモデルハンドの前記製品形状モデルに対する基本把持姿勢の3次元モデルを表示する表示装置とを備えたことを特徴とする3次元デザイン支援装置。

【請求項2】
把持の種類を「PowerGrasp」とするか「PrecisionGrasp」とするかの入力設定のためのグラスプ設定部を備え、
前記基本把持姿勢生成部は、前記グラスプ設定部により設定された把持の種類に応じた基本把持姿勢を算定することを特徴とする請求項1に記載の3次元デザイン支援装置。

【請求項3】
入力手段による製品形状データの入力を受け付ける製品形状入力ステップと、
入力手段による外部からの「大きい」-「小さい」及び「ごつい」-「華奢」の2軸で与えられるハンドサイズの決定指標の入力に基づき、ハンドサイズを決定するハンドサイズ設定ステップと、
デジタルハンドモデルデータベースの保持するデジタルハンドモデルのデータを呼び出し、前記ハンドサイズ設定ステップにて決定したハンドサイズを反映させた3次元デジタルハンドモデルを作成するデジタルハンドモデル作成ステップと、
前記入力された製品形状データに基づき仮想的な製品形状モデルを作成する製品形状モデル生成ステップと、
入力手段による外部からの前記製品形状モデル作成ステップにて作成した製品形状モデルとデジタルハンドモデル作成ステップにて作成したデジタルハンドモデルとの接触点候補を指定する入力を受け付け、前記製品形状モデルとデジタルハンドモデルとに接触点候補を設定する接触点候補設定ステップと、
前記接触点候補設定ステップにおける接触点候補の指定に基づき、前記製品形状モデルに対する複数のデジタルハンドモデルの基本把持姿勢候補を生成し、かつ、当該複数の基本把持姿勢候補の中から前記デジタルハンドモデルの指の前記製品形状モデルに対する接触点の最も多い基本把持姿勢候補を最適な基本把持姿勢と決定する基本把持姿勢生成ステップと、
前記基本把持姿勢生成ステップにて決定したデジタルモデルハンドの前記製品形状モデルに対する基本把持姿勢の3次元モデルを表示する出力ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする3次元デザイン支援プログラム

【請求項4】
入力手段による「PowerGrasp」とするか「PrecisionGrasp」とするかの設定入力を受け付け、把持の種類を決定するグラスプ設定ステップを有し、
前記基本把持姿勢生成ステップにおいて、前記グラスプ設定ステップにて設定された把持の種類に応じた基本把持姿勢を算定することを特徴とする請求項3に記載の3次元デザイン支援プログラム
産業区分
  • 計算機応用
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005105262thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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