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THREE-DIMENSIONAL DESIGN SUPPORT APPARATUS AND METHOD

Patent code P09A015042
File No. P2004-308-JP01
Posted date Feb 19, 2010
Application number P2005-105262
Publication number P2006-285685A
Patent number P4669941
Date of filing Mar 31, 2005
Date of publication of application Oct 19, 2006
Date of registration Jan 28, 2011
Inventor
  • (In Japanese)金井 理
  • (In Japanese)岸浪 建史
  • (In Japanese)遠藤 維
  • (In Japanese)持丸 正明
  • (In Japanese)河内 まき子
  • (In Japanese)宮田 なつき
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
  • (In Japanese)国立研究開発法人産業技術総合研究所
Title THREE-DIMENSIONAL DESIGN SUPPORT APPARATUS AND METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional design support system that can generate a basic holding attitude of a user's hand to a product model as a three-dimensional model representing a state of holding the product model.
SOLUTION: The three-dimensional design support apparatus for creating a basic holding attitude to a product model as a three-dimensional virtual model creates a digital hand model (SQ1), creates a product shape model (SQ2), specifies contact point candidates on a hand holding the product shape model (SQ3) and generates a three-dimensional model in a basic holding attitude (SQ4).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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.

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005105262thum.jpg
State of application right Registered
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