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JP3075546B2 - 6 DOF pointing device using tactile sensor - Google Patents

6 DOF pointing device using tactile sensor

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Publication number
JP3075546B2
JP3075546B2 JP04117716A JP11771692A JP3075546B2 JP 3075546 B2 JP3075546 B2 JP 3075546B2 JP 04117716 A JP04117716 A JP 04117716A JP 11771692 A JP11771692 A JP 11771692A JP 3075546 B2 JP3075546 B2 JP 3075546B2
Authority
JP
Japan
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tactile sensor
spherical
contact
points
touching
Prior art date
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JP04117716A
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Japanese (ja)
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JPH05313810A (en
Inventor
友一 高橋
秀一 大原
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えばコンピュータ、制
御装置への入力機器等として用いる触覚センサをもちい
た6自由度ポインティング装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a six-degree-of-freedom pointing device using a tactile sensor used as, for example, a computer or an input device to a control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、コンピュータ、制御装置のポイン
ティング装置としては以下のような機器がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are the following devices as pointing devices of computers and control devices.

【0003】(1) 回転の方向を利用したマウス、ト
ラックボール等の2軸の指示データデバイス。
(1) A two-axis instruction data device such as a mouse and a trackball using the direction of rotation.

【0004】(2) 歪を利用した2軸のジョイスティ
ック、及びスティック軸回り回転軸を加えた3軸のジョ
イスティック。
(2) A two-axis joystick utilizing distortion and a three-axis joystick with a rotation axis around the stick axis.

【0005】(3) ボタンの回転量を変化量とし、必
要な自由度数分のボタンを用意したデバイス。
(3) A device in which the number of rotations of a button is set as a variation and buttons for a required number of degrees of freedom are prepared.

【0006】(4) 磁気を利用したセンサ。(4) A sensor using magnetism.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】3次元CADシステム
など3次元のデータを処理するシステムでは、6自由度
の指示が必要である。現在ある磁気を利用した6自由度
ポインティング装置には、電磁場の変動するディスプレ
イの近くでは、不安定である欠点があった。
In a system for processing three-dimensional data such as a three-dimensional CAD system, an instruction having six degrees of freedom is required. The existing six-degree-of-freedom pointing device using magnetism has a disadvantage that it is unstable near a display in which an electromagnetic field fluctuates.

【0008】また、2ないし3自由度のポインティング
装置を組み合わせた装置は、自由度毎に指示する必要が
あり、操作性が悪い。
[0008] Further, in a device in which a pointing device having two or three degrees of freedom is combined, it is necessary to give an instruction for each degree of freedom, and the operability is poor.

【0009】本発明は上記の問題点を解決し、場所をと
らず簡単な操作により、3次元空間における並進と移動
の6軸の指示を可能とする触覚センサをもちいた6自由
度ポインティング装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a six-degree-of-freedom pointing device using a tactile sensor capable of instructing six axes of translation and movement in a three-dimensional space by a simple operation without taking up space. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、球状に取り付けられた触覚センサを利用
し、触覚センサの取り付けられた球面に対する接触位置
を検出する球面位置検出装置と、接触データを球に固定
された座標軸に対する角度に変換し、その角度情報から
3次元の並進運動、回転運動の6軸の方向指示情報に変
化させる変換装置とを具備したことを特徴とするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention utilizes a spherically mounted tactile sensor, and detects a contact position of the tactile sensor with respect to a spherical surface on which the tactile sensor is mounted. A conversion device for converting the contact data into an angle with respect to a coordinate axis fixed to the sphere, and converting the angle information into six-axis direction indication information of three-dimensional translational motion and rotational motion. is there.

【0011】[0011]

【作用】本発明は、接触した事を感知する触覚センサ
を、球状に装着することにより、3次元世界における並
進運動、回転運動の情報を検出できる。従って、電磁場
の変化する環境、設置スペースの限られた所で、6自由
度の位置と姿勢の制御が可能になる。
According to the present invention, a tactile sensor for sensing contact can be mounted in a spherical shape to detect translational and rotational information in a three-dimensional world. Therefore, it is possible to control the position and orientation with six degrees of freedom in an environment where the electromagnetic field changes and where the installation space is limited.

【0012】[0012]

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】即ち、図2に示すように、触覚センサが取
り付けてある球面を接触することで、接触点の位置がロ
ール角(θ)とピッチ角(ψ)の形でわかる。
That is, as shown in FIG. 2, by contacting the spherical surface on which the tactile sensor is attached, the position of the contact point can be determined in the form of a roll angle (θ) and a pitch angle (ψ).

【0014】また、並進移動方向の指示は、図3に示す
ように、進ませたい方向の球面上の点を1点接触する。
接触点p0の(θ,ψ)から計算される(ux ,uy ,u
z )の方向が並進移動方向である。
As shown in FIG. 3, the translational movement direction is brought into contact with one point on the spherical surface in the direction to be moved.
Contact points p0 (θ, ψ) are calculated from (u x, u y, u
The direction of z ) is the translation direction.

【0015】なお、並進移動量の指示は、接触時間に比
例して行われる。
The instruction of the amount of translation is performed in proportion to the contact time.

【0016】また、回転方向の指示は、図4に示すよう
に、回転軸の方向を決定する2点を接触する。接触点p1
( u1x,u1y,u1z),p2( u2x,u2y,u2z)から計算される
(vx = u1x− u2x,vy = u1y− u2y,vz = u1z
u2z)の方向が回転軸の方向である。先に接触した点を
p1、後に接触した点をp2とする。回転方向は、回転軸に
対して、右廻りまたは左廻りに予め設定しておく。
As shown in FIG. 4, the instruction of the rotation direction comes in contact with two points that determine the direction of the rotation axis. Contact point p1
(U 1x , u 1y , u 1z ) and p2 (u 2x , u 2y , u 2z ) (v x = u 1x −u 2x , v y = u 1y −u 2y , v z = u 1z
The direction of u 2z ) is the direction of the rotation axis. The point of first contact
Let p1 be the point contacted later, and p2 be the point contacted later. The rotation direction is set in advance to the right or left with respect to the rotation axis.

【0017】なお、回転量の指示は、接触時間に比例し
て行われる。
The instruction of the amount of rotation is performed in proportion to the contact time.

【0018】また、モード切り替えの指示は、同時に複
数の点が接触された時(即ち、握られた時)に行われ
る。
The mode switching instruction is issued when a plurality of points are simultaneously touched (that is, when the points are grasped).

【0019】図1は本発明の一実施例を示す構成説明図
であり、図5はそのイメージを示す概略斜視図である。
即ち、球面位置検出装置1は球形の形状面及び球面上の
点と1対1対応可能な点を含む形状面に触覚センサを装
着し、触る事により球面上の位置を検知する。変換装置
2は球面位置検出装置1から出力される指定されている
座標軸に対するロール角(θ)とピッチ角(ψ)をもと
に、球面上の一点に触れる事で指定座標軸に対する並進
移動方向と移動量、球面上の二点に触れる事で回転運動
量に変換する。変換装置2の出力は、例えば、RS232Cイ
ンターフェイスのような汎用の形式でコンピュータ3に
出力する。
FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic perspective view showing an image thereof.
That is, the spherical position detecting device 1 attaches a tactile sensor to a spherical shape surface and a shape surface including points that can correspond one-to-one with points on the spherical surface, and detects a position on the spherical surface by touching the tactile sensor. Based on the roll angle (θ) and the pitch angle (ψ) with respect to the designated coordinate axis output from the spherical position detection device 1, the conversion device 2 touches a point on the spherical surface to determine the translation direction with respect to the designated coordinate axis. Touching two points on the sphere and the amount of movement converts it into rotational momentum. The output of the conversion device 2 is output to the computer 3 in a general-purpose format such as an RS232C interface.

【0020】図6はアレイ状触覚センサを用いた球面位
置検出装置101の一例である。即ち、球面上に、地球
の緯度・経度と同じようにアレイ状触覚センサを装着す
る。接触による電圧の変化からアレイの位置、即ち、接
触点のロール角(θ)とピッチ角(ψ)が算出できる。
FIG. 6 shows an example of a spherical position detecting device 101 using an array tactile sensor. That is, an array-like tactile sensor is mounted on a spherical surface in the same manner as the latitude and longitude of the earth. The position of the array, that is, the roll angle (θ) and the pitch angle (ψ) of the contact point can be calculated from the change in voltage due to the contact.

【0021】図7は圧覚センサを用いた球面位置検出装
置102の一例である。即ち、球面上に、圧覚センサを
一様に装着する。圧覚センサと装着された球面上の位置
(θ,ψ)とは、1対1に対応している。触覚によりあ
るセンサがオン状態になる事で、接触点のロール角
(θ)とピッチ角(ψ)が算出できる。
FIG. 7 shows an example of a spherical position detecting device 102 using a pressure sensor. That is, the pressure sensor is uniformly mounted on the spherical surface. The pressure sensor and the mounted position (θ, ψ) on the spherical surface have a one-to-one correspondence. When a certain sensor is turned on by touch, a roll angle (θ) and a pitch angle (ψ) of a contact point can be calculated.

【0022】図8は変換装置2の処理例を示すフローチ
ャートである。ここでは、球面位置検出装置1から、毎
秒h回の周期で送られる接触点情報データ(pi= (θ
i,ψi),i=1,……,n)を元に、並進移動方
向、並進移動量、回転方向、回転量、モード切り替えの
指示データを作成する。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing example of the conversion device 2. Here, contact point information data (pi = (θ) sent from the spherical position detection device 1 at a cycle of h times per second
Based on i, ψi), i = 1,..., n), instruction data for the translation direction, translation amount, rotation direction, rotation amount, and mode switching is created.

【0023】即ち、変換装置2は、サンプリング時間
(1/h)内に、球面位置検出装置1から接触点情報デ
ータ(pi,i=1,……,n)が送られると、操作モ
ードと計測された接触点の数に応じた処理をする。操作
モードが1の時は、並進移動方向、回転方向、モード切
り替えを行う。いくつかのサンプリング時間にわたっ
て、接触し続けると、接触時間に応じた移動量になる。
操作モードは、応用に応じた設定ができる。
That is, when the contact point information data (pi, i = 1,..., N) is sent from the spherical position detecting device 1 within the sampling time (1 / h), the converting device 2 Perform processing according to the number of measured contact points. When the operation mode is 1, the translation direction, the rotation direction, and the mode are switched. If the contact is continued for several sampling times, the amount of movement will depend on the contact time.
The operation mode can be set according to the application.

【0024】しかして、サンプリング時間(1/h)内
に接触点情報データ(pi,i=1,……,n)があ
り、操作モードが1の時は、1点接触でΔdだけ ̄u=
(ux,uy ,uz )方向に動し、2点接触でΔdだけ
 ̄v=(vx ,vy ,vz )を回転軸とする方向に回転
させ、多点接触で操作モードを変更する。
Thus, the contact point information data (pi, i = 1,..., N) exists within the sampling time (1 / h). =
And moving the (u x, u y, u z) direction, only Δd in two-point contact ¯v = (v x, v y , v z) is rotated in a direction to the rotation axis, the operation mode in multipoint contact To change.

【0025】操作モードが2〜nの時は、応用に応じて
規定された処理をする。
When the operation mode is 2 to n, processing specified according to the application is performed.

【0026】この実施例の応用分野としてはコンピュー
タの入力装置のほかに、遠隔ロボットや装置の制御用の
装置などが考えられる。
As an application field of this embodiment, in addition to the input device of the computer, a remote robot and a device for controlling the device can be considered.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、接触
した事を感知する触覚センサを、球状に装着したことに
より3次元世界における並進運動、回転運動の情報を検
出できる。従って、電磁場の変化する環境、設置スペー
スの限られた所で、6自由度の位置と姿勢の制御が可能
になる。
As described above, according to the present invention, the tactile sensor for sensing the contact is mounted in a spherical shape, so that the information of the translational motion and the rotational motion in the three-dimensional world can be detected. Therefore, it is possible to control the position and orientation with six degrees of freedom in an environment where the electromagnetic field changes and where the installation space is limited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す構成説明図である。FIG. 1 is a configuration explanatory view showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係る球面位置検出装置のロール角とピ
ッチ角を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a roll angle and a pitch angle of the spherical position detecting device according to the present invention.

【図3】本発明に係る球面位置検出装置の一点接触を示
す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing one point contact of the spherical position detecting device according to the present invention.

【図4】本発明に係る球面位置検出装置の二点接触を示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing two-point contact of the spherical position detecting device according to the present invention.

【図5】本発明の一実施例を示す概略的構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係るアレイ状触覚センサを用いた球面
位置検出装置の一例をを示す概略的構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a spherical position detection device using an array-shaped tactile sensor according to the present invention.

【図7】本発明に係る圧覚センサを用いた球面位置検出
装置の一例をを示す概略的構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a spherical position detecting device using a pressure sensor according to the present invention.

【図8】本発明に係る変換装置の一例をを示すフローチ
ャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a conversion device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101,102…球面位置検出装置、2…変換装
置、3…コンピュータ。
1, 101, 102: spherical position detecting device, 2: converting device, 3: computer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G05D 3/12 G05D 3/12 M (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 3/03 315 G06F 3/03 380 B25J 13/02 B25J 19/02 G05D 3/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI G05D 3/12 G05D 3/12 M (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G06F 3/03 315 G06F 3 / 03 380 B25J 13/02 B25J 19/02 G05D 3/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 球形の形状面及び球面上の点と1対1対
応可能な点を含む形状面に触覚センサを装着し、触る事
により球面上の位置を検知する球面位置検出装置と、 この球面位置検出装置から出力される指定されている座
標軸に対するロール角とピッチ角をもとに、球面上の一
点に触れる事で指定座標軸に対する並進移動方向と移動
量、球面上の二点に触れる事で回転運動量に変換する変
換装置とを具備したことを特徴とする触覚センサをもち
いた6自由度ポインティング装置。
1. A spherical position detecting device for mounting a tactile sensor on a spherical shape surface and a shape surface including points that can correspond one-to-one with points on a spherical surface, and detecting a position on the spherical surface by touching the tactile sensor. Touching a point on the sphere based on the roll angle and pitch angle with respect to the specified coordinate axis output from the spherical position detecting device, touching the translation direction and amount of movement with respect to the specified coordinate axis, and touching two points on the sphere And a conversion device for converting into a rotary momentum by using the tactile sensor.
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WO2010106942A1 (en) 2009-03-17 2010-09-23 ダイキン工業株式会社 Method for producing hexafluoropropylene oxide

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