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仮想体の動作制御システム、人体拘束治具、及び仮想体の動作制御方法 UPDATE

国内特許コード P200017290
整理番号 HU2019011
掲載日 2020年11月5日
出願番号 特願2019-163861
公開番号 特開2020-077374
出願日 令和元年9月9日(2019.9.9)
公開日 令和2年5月21日(2020.5.21)
優先権データ
  • 特願2018-209515 (2018.11.7) JP
発明者
  • 中村 壮亮
  • 望月 典樹
出願人
  • 学校法人法政大学
発明の名称 仮想体の動作制御システム、人体拘束治具、及び仮想体の動作制御方法 UPDATE
発明の概要 【課題】人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作することができる仮想体を、狭い実空間に人体があっても問題なく動作させる。
【解決手段】仮想体の動作制御システムは、人体の少なくとも1つの関節部位を間に挟む2つの非関節部位それぞれの動作を拘束する非関節部位拘束治具と、前記非関節部位拘束治具それぞれの場所において、関節部位を動作させようとするときに前記非関節部位が前記非関節部位拘束治具に作用する力の検出結果を処理して、前記仮想体の動作を制御するデータ処理装置と、を備える。前記データ処理装置は、前記センサーによる検出結果を用いて、前記関節部位に働くトルクを算出するトルク変換処理ユニットと、算出した前記トルクを用いて、前記関節部位に対応する前記仮想体の対応関節部位の動きを表す回転動作データを算出する動作変換処理ユニットと、算出した前記回転動作データに応じて、前記対応関節部位に回転動作を与える回転動作付与ユニットと、を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

従来より、人体と同一、もしくは人体の少なくとも一部を模擬した仮想体が、人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作するためのインタフェースとして、実際の空間で人体の各部位の位置の変化を計測するモーションセンサが広く用いられている。モーションセンサには、光学式、加速度・ジャイロ式、あるいは磁気式が広く用いられる。

例えば、物体に配置された複数のモーションセンサタグから動作データを収集する方法であって、少なくとも一つの無線周波数信号で、前記動作データを送信し、送信した前記動作データを受信し、3次元空間における前記物体の位置、向き、加速、及び/又は、速度を含む3次元データを取得する方法が知られている(特許文献1)。

産業上の利用分野

本発明は、人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作することができる仮想体の動作制御システム、仮想体の動作制御方法、及び仮想体の動作制御システムに用いる人体拘束治具に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作することができる仮想体の動作制御システムであって、
人体の少なくとも1つの関節部位を間に挟む2つの非関節部位それぞれの動作を拘束する非関節部位拘束治具と、
前記非関節部位拘束治具それぞれの場所に設けられ、前記関節部位を動作させようとするときに前記非関節部位それぞれが前記非関節部位拘束治具に作用する力、圧力、又は前記関節部位周りに作用するトルクに関する情報、あるいは、拘束された前記非関節部位それぞれの筋電情報を検出するセンサーと、
前記センサーによる検出結果を処理して、前記仮想体の動作を制御するデータ処理装置と、を備え、
前記データ処理装置は、
前記センサーによる検出結果を用いて、前記関節部位に働くトルクを算出するトルク変換処理ユニットと、
算出した前記トルクを用いて、前記関節部位に対応する前記仮想体の対応関節部位の動きを表す回転動作データを算出する動作変換処理ユニットと、
算出した前記回転動作データに応じて、前記仮想体の前記対応関節部位に回転動作を与える回転動作付与ユニットと、を備える、ことを特徴とする仮想体の動作制御システム。

【請求項2】
前記トルク変換処理ユニットは、前記非関節部位拘束治具に作用する力又は圧力の情報、前記非関節部位拘束治具により拘束された前記非関節部位が前記非関節部位拘束治具に前記力又は前記圧力を付与する位置と前記関節部位との間の距離情報、前記非関節部位の長さの情報、及び前記非関節部位拘束治具が前記非関節部位を拘束したときの前記関節部位の関節角度の情報を用いて、前記トルクを算出する、請求項1に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項3】
前記動作変換処理ユニットは、前記トルクと、前記関節部位の動作を模擬するようにトルクにおける弾性係数が非線形に変化する非線形弾性要素、及びトルクにおける粘性抵抗係数が非線形に変化する非線形粘性要素を含む前記対応関節部位に対応した前記仮想体の運動力学モデルと、を用いて、前記仮想体の運動力学モデルにおける運動結果を算出し、算出した前記運動結果を前記回転動作データとする、請求項1又は2に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項4】
前記回転動作の付与に応じて、前記非関節部位あるいは前記関節部位に前記回転動作を実感させるための刺激信号を生成する刺激制御ユニットと、
前記刺激制御ユニットと接続され、生成した前記刺激信号により、前記非関節部位あるいは前記関節部位に刺激を付与する刺激付与素子と、を備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項5】
前記回転動作の付与に応じて、前記対応関節部位に回転動作を与えて動作する前記仮想体の画像を表示させるディスプレイを備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項6】
前記仮想体の、前記非関節部位に対応する対応非関節部位が予め定めた目標回転動作を行うために、前記非関節部位が力を発したときの前記仮想体の前記対応非関節部位の回転動作と、前記目標回転動作との間の誤差を算出し、前記誤差が小さくなるように、前記誤差に基づいて、前記トルク変換処理ユニットあるいは前記動作変換処理ユニットが前記トルクあるいは前記回転動作データを算出する際に用いるパラメータを調整するキャリブレーションユニットを、備える、請求項1~5のいずれか1項に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項7】
前記関節部位は、手あるいは腕の関節部位を複数含み、前記対応関節部位における回転動作は、前記仮想体の対応する指または腕の曲げ伸ばし動作を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項8】
前記関節部位は、脚及び腰の関節部位を複数含み、前記対応関節部位における回転動作は、前記仮想体の対応する脚による歩行動作を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の仮想体の動作制御システム。

【請求項9】
人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作することができる仮想体の動作制御を行うめに、人体の少なくとも1つの関節部位を挟む2つの非関節部位それぞれの動作を拘束する人体拘束治具であって、
人体の少なくとも1つの関節部位を間に挟む2つの非関節部位それぞれの動作を拘束する非関節部位拘束治具と、
前記非関節部位拘束治具それぞれの場所に設けられ、前記関節部位を動作させようとするときに前記非関節部位それぞれが前記非関節部位拘束治具に作用する力、圧力、又は前記関節部位周りのトルクに関する情報を検出し、前記力、前記圧力、又は前記トルクに関する情報を外部のデータ処理装置に出力するセンサーと、
を備え、
前記センサーは、前記関節部位の動作により前記非関節部位が動こうとする方向の、前記非関節部位を挟んだ前記非関節部位拘束治具の両側の部分それぞれに設けられている、ことを特徴とする人体拘束治具。

【請求項10】
前記非関節部位拘束治具は、前記非関節部位の寸法に応じて寸法が調整可能に構成され、
前記非関節部位拘束治具により拘束された前記非関節部位が前記非関節部位拘束治具に前記力又は前記圧力を付与する位置と前記関節部位との間の距離情報、前記非関節部位の長さの情報、及び前記非関節部位拘束治具が前記非関節部位を拘束したときの前記関節部位の関節角度の情報の少なくとも1つを計測し、計測結果を前記データ処理装置に出力する計測装置を備える、請求項9に記載の人体拘束治具。

【請求項11】
人体の少なくとも一部の動作を模擬して動作することができる仮想体の動作制御方法であって、
人体の少なくとも1つの関節部位を挟む2つの非関節部位それぞれの動作を拘束した状態で、前記関節部位を動作させようとするときに前記非関節部位それぞれが前記非関節部位拘束治具に作用する力、圧力、又は前記関節部位周りのトルクに関する情報、あるいは、拘束された前記非関節部位それぞれの筋電情報を検出するステップと、
前記検出するステップの検出結果を用いて、前記関節部位に働くトルクを算出するステップと、
算出した前記トルクを用いて、前記関節部位に対応する前記仮想体の対応関節部位の動きを表す回転動作データを算出するステップと、
算出した回転動作データに応じて、前記仮想体の前記対応関節部位に回転動作を与えるステップと、を備える、ことを特徴とする仮想体の動作制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019163861thum.jpg
出願権利状態 公開


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