Top > Search of Japanese Patents > TACTILE INTERFACE AND ITS CONTROL METHOD

TACTILE INTERFACE AND ITS CONTROL METHOD foreign

Patent code P04A004296
File No. GI-H13-18
Posted date Jul 16, 2004
Application number P2003-030023
Publication number P2003-300188A
Patent number P3843319
Date of filing Feb 6, 2003
Date of publication of application Oct 21, 2003
Date of registration Aug 25, 2006
Priority data
  • P2002-030831 (Feb 7, 2002) JP
Inventor
  • (In Japanese)川▼崎▲ 晴久
  • (In Japanese)毛利 哲也
  • (In Japanese)伊藤 聡
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title TACTILE INTERFACE AND ITS CONTROL METHOD foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile interface having a wide operation space, capable of presenting a heavy feeling of a virtual object, and making an operator feel no sense of oppression and heavy feeling of a device.
SOLUTION: A multi-finger tactile interface 10 is provided with an arm mechanism composed of an arm part 12, a first arm joint 16, a second arm joint 17, and a wrist joint. A tactile finger base 20 is provided with a plurality of tactile fingers 21 to 25, and a finger fixing member 30 is arranged on the tip for connecting a fingertip of the operator. A control device 40 is provided for opposing the tactile finger base 20 to a hand Ha of the operator H by controlling the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint on the basis of detection of a position of the hand Ha of a three-dimensional position attitude sensor 42 and its attitude. A triaxial force sensor is arranged on the tactile fingers 21 to 25 for detecting a movement of a fingertip of the operator H. The control device 40 controls the tactile fingers 21 to 25 by interlocking with the movement of the fingertip on the basis of detection of the movement of the fingertip of the triaxial force sensor.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来、触覚インターフェイスとして、仮想空間における物体にぶつかるときの抵抗感覚や重量感覚を手若しくは指先1点に表現するものとしては、非特許文献1(従来技術1)のシリアルリンク型のPHANToMがある。又、他に、日商エレクトロニクス社のパラレルリンク型のHa ptic Masterがある(従来技術2)。



又、シリアルリンク型の触覚インターフェイスを2台設置して、2本の指先に力提示する研究(非特許文献2)もある(従来技術3)。
他の触覚インターフェイスとして、多点の力の提示を可能とするために、人間の手の甲や腕にフォースフィードバック機構を装着するものがある。代表例としては、非特許文献3(従来技術4)や、非特許文献4がある(従来技術5)。



さらに、仮想物体の重量感覚を提示するために、こうしたフォースフィードバック機構とアーム機構を装着し、アーム機構を手に固定するシステムとして、米国Virtual Technology社の3D Interraction(従来技術6)及び非特許文献5(従来技術7)がある。



【非特許文献1】
米国 SensAble Technology社[平成15年2月6日検索](インターネット<URL:http://www.Sensable.com/>)
【非特許文献2】
吉川恒夫、名倉彰宏:3次元空間用無負荷時非接触型力感覚提示装置,日本バーチャルリアリティ学会論文誌,Vol.3,No.3,pp.75-82,1998
【非特許文献3】
Force Feedback Glove(H.Kawasaki,and T.Hayashi:"Force Feedback Glove for Manipulation of Virtual Objects,Journal of Robotics and Mechatronics",Vol.5,No.1,pp.79-84 1993
【非特許文献4】
米国Virtual Technology社、[平成15年2月6日検索](インターネット<URL:http://www.virtex.com/>)のCyberGrasp
【非特許文献5】
Force Feedback装置(鈴木直樹、服部麻木 他5名:触覚を伴った手術作業が可能なバーチャル手術システムの開発,日本バーチャルリアリティ学会論文誌Vol.3,No.4,pp.237-24,1998

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、触覚インターフェイス及びその制御方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
操作者の指先の運動に追従可能な複数の触覚指を触覚指ベースに配置し、前記触覚指ベースをアーム機構で空間運動を可能とする触覚インターフェイスにおいて、
前記触覚指ベースを操作者の手に対向させ、手の位置及び姿勢に連動させて前記触覚指ベースを駆動制御し、操作者の指先の動きに連動させて前記触覚指を駆動制御する制御手段を備え
前記制御手段は、各触覚指に作用している力(Fi)と、指先での目標力(Fdi)との力誤差を用いて、前記触覚指ベースを駆動するアーム機構と前記触覚指を制御すること
たことを特徴とする触覚インターフェイス

【請求項2】
 
前記アーム機構に設けられた能動関節のアーム関節角度を検出するアーム関節角度検出手段と、前記触覚指に設けられた能動関節の触覚指関節角度を検出する触覚指関節角度検出手段と、前記触覚指の動きを検出する動き検出手段とを備え、
前記制御手段は、
前記各触覚指の先端から前記アーム機構のベースまでの運動学的ヤコビ行列を、前記アーム関節角度、前記触覚指関節角度に基づいて、演算する第1演算手段と、前記動き検出手段の検出に基づいて得られた各触覚指の先端に作用している力(Fi)と指先での目標力(Fdi)との力誤差の力フィードバック制御のために、前記アーム関節角度、前記触覚指関節角度、前記運動学的ヤコビ行列、及び前記力誤差に基づいて、前記触覚指の能動関節及び前記アーム機構の能動関節への制御入力を演算する第2演算手段と、を備え、前記制御入力に基づいて前記触覚指の能動関節及び前記アーム機構の能動関節を制御することを特徴とする請求項1に記載の触覚インターフェイス。

【請求項3】
 
前記触覚指及び前記アーム機構に設けられた能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値から限界方向に位置している場合、前記制御手段は、前記能動関節を現在位置に保持する位置制御を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の触覚インターフェイス。

【請求項4】
 
前記触覚指及び前記アーム機構に設けられた能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値から限界方向に位置している場合、前記制御手段は、前記能動関節を現在位置に保持する位置制御を行い、
前記能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値の範囲内に位置している場合、前記制御手段は、各触覚指に作用している力(Fi)と、指先での目標力(Fdi)との力誤差を用いて制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の触覚インターフェイス。

【請求項5】
 
前記触覚指に設けられた全ての能動関節が可動範囲にあるときは、前記制御手段は、前記触覚指を前記触覚指に作用する力(Fi)と指先での目標力(Fdi)との力誤差を用いて制御するとともに、前記アーム機構を現在位置に保持する位置制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の触覚インターフェイス。

【請求項6】
 
前記制御手段は、前記触覚指を、前記触覚指に作用する力(Fi)と指先での目標力(Fdi)との力誤差を用いて制御し、前記触覚指ベースを位置制御し、前記触覚指ベースと前記触覚指とを含むハンドの可操作性を最大とするように前記触覚指ベースの目標位置姿勢を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の触覚インターフェイス。

【請求項7】
 
アーム用能動関節を備えたアーム機構と、
前記アーム機構に設けられた触覚指ベースと、
前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指先を連結する指先連結部を備えるとともに、指用能動関節を備えた複数の触覚指と、
前記操作者の手の位置及びその姿勢を検出する第1検出手段と、
前記第1検出手段の手の位置及びその姿勢の検出に基づいて前記アーム用能動関節を制御して触覚指ベースを操作者の手に対向させる第1制御手段と、
操作者の指先の動きを検出する第2検出手段と、
第2検出手段の指先の動き検出に基づいて、同指先の動きに連動して指用能動関節を制御する第2制御手段を備えた触覚インターフェイス。

【請求項8】
 
前記第2検出手段は、触覚指に設けた多軸の力センサであり、第2制御手段は、力フィードバック制御により、操作者の指先に与える力を制御することを特徴とする請求項7に記載の触覚インターフェイス。

【請求項9】
 
前記第2制御手段は、操作者の指先に与える力がゼロとなるように力フィードバック制御することを特徴とする請求項8に記載の触覚インターフェイス。

【請求項10】
 
前記アーム機構は、アーム用能動関節により、6自由度以上の運動の自由度を有していることを特徴とする請求項7乃至請求項9のうちいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。

【請求項11】
 
前記触覚指は指用能動関節により3自由度以上の運動の自由度を有することを特徴とする請求項7乃至請求項10のうちいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。

【請求項12】
 
前記指先連結部は、触覚指の先端側に設けたことを特徴とする請求項7乃至請求項11のうちいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。

【請求項13】
 
前記指先連結部には、触覚指の先端側に転動自在に設けた受動球関節と、同受動球関節に設けた操作者の指先を連結する指取付部を備えることを特徴とする請求項12に記載の触覚インターフェイス。

【請求項14】
 
前記指先連結部には、前記受動球関節を吸着保持する吸着手段を備えたことを特徴とする請求項13に記載の触覚インターフェイス。

【請求項15】
 
前記吸着手段は、受動球関節を磁力により吸着保持する磁力発生手段であることを特徴とする請求項14に記載の触覚インターフェイス。

【請求項16】
 
前記磁力発生手段は、永久磁石であることを特徴とする請求項15に記載の触覚インターフェイス。

【請求項17】
 
前記磁力発生手段は、電磁石であり、さらに、外部信号により、前記電磁石の磁力を可変する磁力制御手段を備えたことを特徴とする請求項15に記載の触覚インターフェイス。

【請求項18】
 
第1検出手段には、前記触覚指ベースに設けられた操作者の手の位置を計測するセンサを含むことを特徴とする請求項7乃至請求項15のうちいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。

【請求項19】
 
アーム用能動関節を備えたアーム機構と、
前記アーム機構に設けられた触覚指ベースと、
前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指先を連結する指先連結部を備えるとともに、指用能動関節を備えた複数の触覚指とを備えた触覚インターフェイスの制御方法において、
操作者の手の位置及びその姿勢の検出結果に基づき、操作者の指先が構成する仮想平面に対して操作者の手の位置と面対称となる位置に触覚指ベースを位置させるように前記アーム用能動関節を制御して、同触覚指ベースを操作者の手に対向させることを特徴とする触覚インターフェイスの制御方法。

【請求項20】
 
触覚インターフェイスは、さらに操作者の手の位置及びその姿勢を検出する第1検出手段を備え、第1検出手段による手の位置及びその姿勢の検出結果を用いて触覚指ベースの位置を制御することを特徴とする請求項19に記載の触覚インターフェイスの制御方法。

【請求項21】
 
触覚インターフェイスは、さらに操作者の指先の動きを検出する第2検出手段を備え、第2検出手段の指先の動き検出に基づいて、同指先の動きに連動して指用能動関節を制御することを特徴とする請求項20に記載の触覚インターフェイスの制御方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2003030023thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close