(57)【要約】【課題】  張力型駆動による力覚提示装置において、卓上で入力操作が可能な力覚提示装置を提供する。【解決手段】  三次元位置を指示するための指示手段と、前記指示手段を三次元方向に移動自在に、かつ、任意の軸回りに回動自在に支持するために、その指示手段の輪郭の少なくも７箇所に配設された糸６の支持点１ｃと、その糸６の支持点１ｃから支持部９に臨んで繰出され、糸６の末端がそれぞれ計測手段に接続され、各支持点から各計測手段までの各糸６の糸長を前記計測手段により計測し、その計測手段の計測値に基づいて各糸の張力を制御する糸張力制御手段と、を備えた張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置１０であって、前記指示手段は、グリップ型の球殻１aの中に凝縮したグリップ１とすることを特徴とする張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置１０である。【選択図】      図１
2006024041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元位置を指示するための指示手段と、
前記指示手段を三次元方向に移動自在に、かつ、任意の軸回りに回動自在に支持するために、その指示手段の輪郭の少なくも７箇所に配設された糸（６）の支持点（１ｃ）と、その糸（６）の支持点（１ｃ）から支持部（９）に臨んで繰出され、糸（６）の末端がそれぞれ計測手段に接続され、各支持点から各計測手段までの各糸（６）の糸長を前記計測手段により計測し、その計測手段の計測値に基づいて各糸の張力を制御する糸張力制御手段と、を備えた張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）であって、
前記指示手段は、グリップ型の球殻（１a）の中に凝縮したグリップ（１）とすることを特徴とする張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）。
【請求項２】
下ベース（２）と、
前記下ベース（２）の上に支持部（５）が立設され、その上に支持された中ベース（７）と、前記中ベース（７）から支持部（９）が立設され、その上に支持された上ベース（８）とが構成され、
前記中ベース（７）と前記支持部（９）と上ベース（８）とが前記球殻（１a）に内蔵されており、
前記球殻（１a）内の上部の支持点（１ｃ）には、少なくとも３本の糸（６）が接続され、それぞれの糸は上ベース（８）を挿通し、中ベース（７）の下方に設けられた下ベース（２）を挿通し、下ベース（２）の下面に設置したそれぞれのエンコーダ付モータ（４）のプーリ（４ａ）に巻回され、
球殻（１a）内の下部の支持点（１ｃ）には、４本の糸（６）が接続され、それぞれの糸は中ベース（７）を挿通し、下ベース（２）の上面に設置したそれぞれのエンコーダ付モータ（４）のプーリ（４ａ）に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）。
【請求項３】
グリップ（１）が前記グリップ型力覚提示装置（１０）の中心付近を移動しているときは位置入力を行い、グリップ（１）が前記グリップ型力覚提示装置（１０）の中心から遠ざかったときは速度入力を行って、位置入力と速度入力とを組み合わせることを特徴とする請求項２に記載の張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）を用いた入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糸の張力駆動によるグリップ型力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンピュータの中で作られた仮想現実の中の「物体」に人間の感覚器官が触れたときに、この触感がフィードバックされる装置として、いわゆる「力覚提示装置」がある。そして、この力覚提示装置の１つに、糸の張力駆動による力覚提示装置がある。
張力駆動による力覚提示装置は、直動機構で構成するシリアルメカニズムやリンク機構で構成するパラレルメカニズムに比べて、構造は簡単であり、機構が軽量であることから操作者の肉体的な負荷が小さく、糸の長さを大きくとることで可動域を簡単に大きくすることができることから経済的にも有利であるという利点がある。また、一般に、糸（ケプラー、釣糸、ワイヤ等）の材料は引っ張りに対して強いため、これらの糸を利用すると、機構を軽量にすることができ、加速と減速が伴う力覚制御には都合がよい。
なお、力覚とは、物にふれたときにおこる感覚で、触覚ともいい、皮膚の触点および各種の受容器により感受される。
【０００３】
従来、ＣＡＤ・ＣＡＭ（computer aided design・computer aided manufacturing）などの利用者は、３ＤＣＯＮＮＥＸＩＯＮ社の「Magellan」を利用してきたが、力覚提示機能がないため、すなわち、手ごたえがないため、操作が難しいという問題があった（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
図８は、従来の力覚提示装置である三次元入力装置の斜視図であり、フレームと、グリップと、糸とモータとの配置を示す斜視図である。図８に示すように、従来の三次元入力装置１１は、フレーム１２があらゆる方向に均一で安定な力覚を提示するため、立方格子状に形成されていて、フレーム１２の各頂点上に一台づつ、全体として８個のモータ（ＤＣモータ）１３ａ，１３ｂ，…１３ｈを設置している。また、フレーム１２とフレーム１２との頂点に８本の糸１４ａ，１４ｂ，…１４ｈが配線されて一つのグリップ１５を支持している。そのグリップ１５は、親指とそれ以外の指で把持し得るようにほぼ球状に形成されており、グリップ１５の右半分の上部と下部、および左半分の上部と下部とに、それぞれ上下および左右対象に前記８本の糸１４ａ，１４ｂ，…１４ｈの一端部を接続し、他端部を、各モータ１３ａ，１３ｂ，…１３ｈのモータ軸と一体となって回転するプーリ１６ａ，１６ｂ…１６ｈに巻回されている。そして、各モータ１３ａ，１３ｂ，…１３ｈには、糸長計測手段の一部としてロータリーエンコーダ１７ａ，１７ｂ，…１７ｈが取り付けられ、各ロータリーエンコーダ１７ａ，１７ｂ，…１７ｈが出力するパルス数の積算により、各プーリ１６ａ，１６ｂ，…１６ｈと各糸１４ａ，１４ｂ，…１４ｈとの支持点から前記グリップ１５との接続点までの糸長がそれぞれ計測されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
支持点および糸数を少なくとも７とすると、三次元の位置（３自由度）、姿勢（３自由度）の６自由度に対応することができる。このため、指示に対応する触覚、すなわち、力覚が操作者（入力者）にフィードバックされ、操作者は、このフィードバックによって操作の程度を力覚の変化として知り得ることになる。
支持点および糸数を８とすると、三次元位置（３自由度）、姿勢（３自由度）、および、把持（１自由度）の７自由度に対応することができる。
糸長計測手段は、指示手段（グリップ１５）の指示に対応して、各支持点から指示手段（グリップ１５）との接続点までの糸の長さを計測し、糸張力制御手段は、糸長計測手段の計測値に基づいて各糸の張力を制御する。このため、指示に対応する触覚、すなわち、力覚が入力者にフィードバックされる。
このような三次元入力装置において、前記支持点が、前記指示手段を中心とする立方格子状または直方格子状に配設されると、あらゆる方向に均一で安定な力覚の提示が実現できる。
【非特許文献１】Gerd Hirzinger:Intuitive Robot Motion Control-The SPACE MOUSE Story,日本ロボット学会誌  Vol17.No.2,pp.175-179,1999
【特許文献１】特開２０００−０９３９０４号（段落番号００２５〜００３０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の三次元入力装置のサイズは、６ｍ（Ｗ）×２ｍ（Ｌ）×４ｍ（Ｈ）と大きく、小さくしても１ｍ（Ｗ）×１ｍ（Ｌ）×１ｍ（Ｈ）が限界で、つながっている糸が干渉しやすくなるという新たな問題が発生し、これ以上小さくできないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、糸が干渉することなく手のひらサイズに小さくして、卓上に置いて片手操作ができる張力駆動による力覚提示装置と、それを使用した入力方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、三次元位置を指示するための指示手段と、前記指示手段を三次元方向に移動自在に、かつ、任意の軸回りに回動自在に支持するために、その指示手段の輪郭の少なくも７箇所に配設された糸（６）の支持点（１ｃ）と、その糸（６）の支持点（１ｃ）から支持部（９）に臨んで繰出され、糸（６）の末端がそれぞれ計測手段に接続され、各支持点から各計測手段までの各糸（６）の糸長を前記計測手段により計測し、その計測手段の計測値に基づいて各糸の張力を制御する糸張力制御手段と、を備えた張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）であって、前記指示手段は、グリップ型の球殻（１a）の中に凝縮したグリップ（１）とすることを特徴とする
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、指示手段をグリップ型のグリップ（１）の球殻（１ａ）にしたことにより、片手で握ることができるため、操作性が向上できる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の張力駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）であって、下ベース（２）と、前記下ベース（２）の上に支持部（５）が立設され、その上に支持された中ベース（７）と、前記中ベース（７）から支持部（９）が立設され、その上に支持された上ベース（８）とが構成され、前記中ベース（７）と前記支持部（９）と上ベース（８）とが前記球殻（１a）に内蔵されており、前記球殻（１a）内の上部の支持点（１ｃ）には、少なくとも３本の糸（６）が接続され、それぞれの糸は上ベース（８）を挿通し、中ベース（７）の下方に設けられた下ベース（２）を挿通し、下ベース（２）の下面に設置したそれぞれのエンコーダ付モータ（４）のプーリ（４ａ）に巻回され、球殻（１a）内の下部の支持点（１ｃ）には、４本の糸（６）が接続され、それぞれの糸は中ベース（７）を挿通し、下ベース（２）の上面に設置したそれぞれのエンコーダ付モータ（４）のプーリ（４ａ）に巻回されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、下ベースと、中ベースと、上ベースを縦に形成させたことにより、卓上に置いたＰＣ（Personal Computer）の隣に置くことができるため、装置をコンパクトにすることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の張力型駆動によるグリップ型力覚提示装置（１０）を用いた入力方法であって、グリップ（１）が前記グリップ型力覚提示装置（１０）の中心付近を移動しているときは位置入力を行い、グリップ（１）が前記グリップ型力覚提示装置（１０）の中心から遠ざかったときは速度入力を行って、位置入力と速度入力とを組み合わせることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、位置入力と速度入力との組み合わせによる入力方法を行うことにより、速度入力と位置入力との切り替えがわかりやすくなり、違和感がなくなる。また、この入力を利用すると、移動できる範囲に制限がないため、広い領域を操作することが可能である。また、速度入力と比べて使用者が感じる違和感が大幅に少なく、移動の煩雑さもない。そのため、力覚提示の正確さが必要ない作業においては、この位置入力と速度入力とを組み合わせることにより、それぞれの問題が解決できる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、従来のフレームをボール状の球殻（輪郭）に置き換え、指示手段を球殻のグリップ型にしてコンパクトにしたことから、糸が干渉することなく手のひらサイズにした張力駆動によるグリップ型力覚提示装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、指示手段を球殻のグリップ型にしてコンパクトにしたことから、卓上に置いて片手操作が可能な張力駆動によるグリップ型力覚提示装置を提供することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、位置入力と速度入力との組み合わせによる入力方法を行うことにより、どちらも問題点を克服した最適な入力方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の張力駆動によるグリップ型力覚提示装置の全体を示す斜視図である。
図１に示すように、グリップ１は、三次元位置を指示するための指示手段であり、球状の肉の薄いプラスチック製の球殻１ａによって形成されている。従来のフレームはここにはなく、従来のフレームの機能は、球殻１ａが有している。下部に開口部１ｂを有し、サイズはマウスの縦の大きさとほぼ同じ大きさで、約直径１０ｃｍであり、ソフトボール（９．７ｃｍ）程の大きさである。グリップ１の内部側には、上ベース８の上側に３本の糸６が１２０度ごとに配置した支持点１ｃに結び付けられており、その支持点１ｃからグリップ１内に臨んで繰出され、球殻１ａに内蔵された支持部９の上ベース８を挿通した糸６，６，６がそのまま支持部９の中ベース７を通り、支持部５を通り、下ベース２の挿通穴を通って下面に設けられたエンコーダ付モータ４のプーリ４ａに巻回されている。
【００１８】
下ベース２は、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさであり、厚みが１０ｍｍ程のアルミ材で形成され、三脚２ａ，２ａ，２ａによって水平に支持されている。下ベース２の上面にも、Ｌ型のブラケット３を介してエンコーダ付モータ４が４個設けられている。また、エンコーダ付モータ４の各モータ軸先端部にはそれぞれプーリ４ａが装着され、各モータ軸先端部は、各糸６の張力によってモータ軸先端部のたわみを防止するため、ベアリングを介してＬ型のブラケット３ａに支持されている。
中ベース７の近傍に計４本の糸６が９０度ごとに同一円状に設けられた支持点１ｃに結び付けられており、中ベース７を挿通した糸６，６，６，６は、支持部５を通り、下ベース２の上面に設けられたエンコーダ付モータ４のプーリ４ａにそれぞれ巻回されている。
この下ベース２の上面と下面に設けられたエンコーダ付モータ４のエンコーダが出力するパルス数の積算によって、プーリ４ａの回転数が検出され、前記グリップ１（指示手段）の各支持点から接続点までの各糸の糸長が計測される（計測手段）。
【００１９】
図２は、本発明のグリップ型力覚提示装置の下面図である。図２に示すように、下ベース２の下面には、ブラケット３を介してエンコーダ付モータ４が３個配設されている。また、前記同様にエンコーダ付モータ４のモータ軸先端部のたわみを防止するため、ベアリングを介してＬ型のブラケット３ａに支持されている。
エンコーダ付モータ４は、たとえば、Maxon社製の型式２７１１０７であり、モータは場所をとらないように、直径に対して長さの短いタイプのモータ型式２２０４３２である。エンコーダは磁気式エンコーダ型式２０１９３７であり、微小な糸の長さの変化を計るための分解能は、５１２カウント／回転である。プーリ直径を７ｍｍとすれば、１カウント当たりの糸長の変化量Ｌは、Ｌ＝πｄ／ｐ＝（π×７）／５１２＝０．０４２９  となる。つまり、１カウント当たり、０．０４２９ｍｍの精度で糸長の変化量を計測することができる。
【００２０】
図１に示すように、下ベース２の中央部から４本のパイプ形状の支柱５ａで構成された支持部５が立設されて、その上に中ベース７が支持されている。また、中ベース７から４本のパイプ形状の支柱９ａで構成された支持部９が立設されて、その上に上ベース８が支持されている。中ベース７と、上ベース８とは、グリップ１の球殻１aによって包囲されている。グリップ１内の上部には、３本の糸６が結び付けられており、内部中央または下部の対向部には、各２本ずつ、計４本の糸６が結び付けられ、合計７本の糸６が結び付けられており、それぞれの糸６は、グリップ１を宙吊り状態に保持し、グリップ１内の支持部９を通って、グリップ１の下に設置してあるエンコーダ付モータ４のプーリ４ａに巻回されている。
また、糸６が挿通される上ベース８と、中ベース７との挿通部には、軸受けとして無給油タイプのブッシュが使用されており、摩擦係数が低く抑えられている。
【００２１】
図３は、従来の三次元入力装置と本発明のグリップ型力覚提示装置の大きさとを比較した模式図である。図３に示すように、従来の三次元入力装置は、１２本のフレーム１２によって、立方格子状に形成されている。このように、従来の三次元入力装置では、広い空間（スペース）を必要とし、中央部にグリップ１５が配設されている。この広い空間に手を差し入れて、グリップ１５を握る。しかし、図３の右図に示すように、本発明のグリップ型力覚提示装置の入力部には、フレームはなく、フレームがボール状の球殻１ａであり、従来の左図の大きさを一辺が１ｍの立方体とすると、一辺が１０ｃｍの立方体に入る球であることから、少なくとも１／１０００の大きさに縮小したサイズになっている。
【００２２】
図４は、システム全体の構成を示す構成図である。図４に示すように、PC（Personal
Computer）は、SPIDARアンプとUSB2.0で接続されている。SPIDARアンプがモータに与える電流を制御し、SPIDARアンプが受け取ったエンコーダの情報を得る。SPIDARアンプは、デバイスのモータと接続され、PCからの指示どおり、トルクが出るように、モータの電流を調整してエンコーダからの信号を受ける。
PCとSPIDARアンプとがUSB2.0によって接続されているのは、高周波数で制御を行うためである。力覚は非常に敏感な感覚であるため、使用者が違和感を覚えることのないようにモータの制御を高い頻度で行う。この場合の本デバイスは、２００〜５００Hｚの頻度で更新（Update）するとよい。
【００２３】
ここで、制御方法を説明する。本デバイスのように、グリップ１の内部に提示部を配置する構造にした場合でも、基本的には、SPIDARと同様の方法で制御することができる。本デバイスでは、７本の糸を利用したが、糸の本数を増やしても方法は同じである。ここでは、ｍ本の糸を利用するものとする。
【００２４】
力覚計算は、グリップ１から提示した力覚を、力覚ベクトルf  とする。また、ｍ本のそれぞれの糸の張力を成分としたベクトルτとする。力覚ベクトルf  は、それぞれの糸の方向を表わす単位張力ベクトルφを並べたワイヤ行列を用いて、
【００２５】
【数１】
2006024041.tif 000003
のように表わすことができる。
なお、糸の単位張力ベクトルφは、グリップからフレームの方向を正とする。
【００２６】
図５は、グリップとフレーム、糸の関係を示す模式図である。図５に示すように、デバイスは、ｍ本の糸を使用しており、ｐiは各糸のフレーム上の固定位置を表わす。ただし、従来のフレームは、ここにはない。また、提示する力の種類によってφの形式は異なるが、本デバイスでは次のようにする。並進力の３自由度を提示する場合は、力覚ベクトルf  の成分は、並進力の各軸方法成分となるので、
【００２７】
【数２】
2006024041.tif 000004
とする。
また、並進・回転力の６自由度を提示する場合は、各力覚ベクトルf  の成分は、並進力、回転力の軸方向成分となる。フレームの中心からｉ番目の糸の設置位置までのベクトルをｄiとして、
【００２８】
【数３】
2006024041.tif 000005
とする。
【００２９】
提示したい力覚ベクトルf  から出力すべき張力ベクトルτを求めるために、この問題を二次形式の最適化問題に置き換える。すなわち、二次形式の目的関数Ｊを決め、それを最小にする張力ベクトルτを求める。ただし、各々の糸には、糸の張りを維持するために最低でもτminの張力をかけなければならない。また、モータの最大出力が決まっているため、最大でもτmaxの張力しかかけられない。
本デバイスでは、目的関数を次のようにする。
【００３０】
【数４】
2006024041.tif 000006
式（４）のτiは張力ベクトルの各成分、すなわち各糸の張力であり、τmini、τmaxiは、各糸の最小張力、最大張力である。また、λsは正定数である。Jの第１項は、提示したい力覚ベクトルf  と張力による力の大きさをできるだけ小さくする目的の項であり、第２項は、張力値の一意性・連続性を実現する目的の項である。
【００３１】
姿勢計算は、求める姿勢ベクトルをr、ｍ本の糸の長さを成分にしたベクトルをｌ（エル）とする。微小時間における仮想仕事を考えると、グリップ１が外部に成し遂げた仕事と外部から受けた仕事が等しいので、
【００３２】
【数５】
2006024041.tif 000007
の関係が成り立つ。糸の長さの増加方向と、張力ベクトルの増加方向が逆であるので、式（５）のように、両辺の符合は逆になる。
さて、式（１）より、f  ＝Ｗτであるから、式（５）を変形すると、
【００３３】
【数６】
2006024041.tif 000008
となる。実現する自由度よりも糸の本数は多くなるため、この連立方程式は冗長である。ＷTの擬似逆行列［ＷT］+  を定義してΔγを求める。
【００３４】
【数７】
2006024041.tif 000009
以上により、微少時間における姿勢の変化量を求めることができるので、デバイスの使用開始時に初期姿勢でキャリブレーションを行うことで、逐次姿勢を求めることができる。
【００３５】
つぎに、張力駆動によるグリップ型力覚提示装置を使用した入力方法を説明する。
通常、ハプティックデバイスで仮想世界内のオブジェクトを操作する場合、ハプティックデバイスの提示部の姿勢と、仮想世界内のオブジェクトの姿勢比例関係とする位置入力で行う。そして、仮想世界内のオブジェクトが力を受けた場合は、受けた力と比例関係にある力をハプティックデバイス（図示せず）が提示する。
既存のハプティックデバイスを利用する場合は、位置入力では大きな問題は起こらない。しかし、本デバイスは可動域が狭いため、位置入力を行うと、広い仮想空間（Virtual world）に対して操作を行う場合に問題が生じる。
そこで、位置入力による問題から説明する。
【００３６】
位置（姿勢）入力方法は、ハプティックデバイス（図示せず）の提示部の姿勢と、仮想世界内のオブジェクトの姿勢とが比例関係にあるとする方法である。力覚提示は、仮想世界内のオブジェクトにかかる力と比例関係にある力をハプティックデバイスが提示することで行う。この位置入力方法は、仮想世界内のオブジェクトが受けた力をそのまま返すため、力の提示を正確に行うことができる。そのため、心理実験などの正確さが求められる場合に適している。
しかし、可動域の狭い本デバイスでは、広い領域を操作できないという欠点がある。そこで、比例関係の比の値を大きくすることによって、操作する領域を広げることは可能であるが、細かい操作がしにくくなり、操作性は著しく低下する。さらに、１ステップの間に移動する量が大きくなるため、物理シミュレータの正確さが低下するという問題がある。この方法を式で表わすと、次のようになる。
【００３７】
【数８】
2006024041.tif 000010
rv：仮想世界内のオブジェクトの姿勢
rd：デバイスの姿勢
ｆv：仮想世界内のオブジェクトが受ける力
ｆd：デバイスが提示する力
a,b：比例定数
【００３８】
もう１つの入力方法である速度入力について説明する。速度入力は、ハプティックデバイスの移動量と、仮想世界内のオブジェクトの速度を比例する方法である。力覚提示は、仮想世界内のオブジェクトの速度変化に比例した力を、ハプティックデバイスが提示する。本デバイスでこの方法を行う場合は、操作感が向上するように、グリップが中心に戻るような力をさらに加えるようにしてもよい。
この方法を式で表わすと、次のようになる。
【００３９】
【数９】
2006024041.tif 000011
ｖv：仮想世界内のオブジェクトの速度
rd：デバイスの姿勢
ｖv：仮想世界内のオブジェクトの速度変化
ｖd：デバイスが提示する力
c,d,e：比例定数
この速度入力方法は、仮想世界内のオブジェクトが移動できる範囲の制限がないため、広い領域を操作することが可能である。しかし、独特の操作感があるため、その感覚を有効に利用できるゲームなどには適しているが、一般的な作業においては慣れが必要であり、違和感を覚えるという問題がある。
【００４０】
そこで、それぞれの問題点を補完し解消できる入力方法として、本願発明の位置入力と速度入力を組み合わせた入力方法について説明する。位置入力と速度入力を組み合わせた方法では、グリップが仮想入力空間の中心付近を移動しているときは、位置入力を行い、グリップが可動域の中心から遠ざかったときは、速度入力を行う。力覚提示は、それぞれ前記した同じ方法で行う。ただし、速度入力を行っているときに、グリップの中心に戻す力は大きめ（強め）にする。それは、式（９）の右辺のerdの値を大きくすることに対応する。
【００４１】
図６は、位置入力と速度入力とを組み合わせた方法について説明する概念図である。
図６に示すように、左右の領域は速度入力であり、その間の領域が位置入力である。この入力方法の概念を、ｘ方向での移動を例にして太い線で記載されている。このように、速度入力と位置入力との切り替えがわかりやすくなり、違和感がなくなる。
この入力を利用すると、移動できる範囲に制限がないため、広い領域を操作することが可能である。また、速度入力と比べて使用者が感じる違和感が大幅に少なく、移動の煩雑さもない。そのため、力覚提示の正確さが必要ない作業においては、この位置入力と速度入力とを組み合わせることにより、それぞれの問題が解決できる。
【００４２】
ここで、精度を検証した実施例を説明する。本デバイスは、小型化に主眼を置いたため、６自由度を実現するために、必要最小限の本数である７本としたため、姿勢計算の精度が懸念されたので、グリップ１を移動させたときの精度を検証した。
本デバイスを利用して糸の長さから計算された姿勢と、測定装置であるＯＰＴＯＴＲＯＫにより外部から測定された姿勢を比較する。ＯＰＴＯＴＲＯＫは測定対象物に取り付けら赤外線発光ダイオードを追跡し、リアルタイムに三次元座標を計測する装置である。検証するための実験は、本デバイスにＯＰＴＯＴＲＯＫ用のマーカーを取り付け、手でグリップを移動させることで行った。グリップをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿った並進方向の３軸と、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の軸回りの回転方向を合わせた計６自由度の方向に移動させたときに測定した。
【００４３】
並進方向は、グリップ１の中心位置からそれぞれの方向に±１０ｍｍの方向に範囲を移動させ、回転方向は、ｘ軸、ｙ軸を中心とした回転については、グリップ１の中心位置からそれぞれの方向に±２５°の範囲で移動させ、ｚ軸を中心とした回転については、グリップ１の中心位置からそれぞれの方向に±４０°の範囲で移動させた。
なお、実験を利用した座標系は、図１に示すように、デバイスの正面から見て、左右をｘ軸、前後をｙ軸、上下をｚ軸としている。
【００４４】
図７は、測定結果を示すグラフであり、左側の上段、中段、下段の（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対し並進方向について測定した結果を示し、右側の上段、中段、下段の（ｄ）,（ｅ）,（ｆ）は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸回りの回転方向について測定した結果を示すグラフである。
各グラフはＯＰＴＯＴＲＯＫによる実測値を横軸、本デバイスにより計算された値を縦軸にしている。図７（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、並進方向に移動したときは、それぞれの軸方向に±１０ｍｍ移動したとき、約１ｍｍの誤差が出ている。しかし、本デバイスにより計算された値は、ＯＰＴＯＴＲＯＫにより実測された値と一致していることがわかる。また、回転方向については誤差が少なく、高い精度で姿勢の計算ができることが分かる。微小の誤差の原因は、糸を通す穴の位置精度からくる誤差であり、また、使用開始時にグリップを中心位置に置き、初期長さのキャリブレーション（校正）を行った際の、グリップの中心位置と真の中心位置との位置精度からくる誤差である。
本デバイスで１ｍｍ程度の誤差は、人間の手先の位置感覚からみれば、全く問題はなく、ヒューマンインターフェースとして使用するためには、充分な精度の範囲内である。
【００４５】
なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。例えば、上ベース、中ベース、下ベースの加工精度をもっと上げても構わない。また、糸は、芳香性ポリアミド繊維（商品名：ケブラー）、テグスのつり糸、ワイヤなどの軽量で伸びにくい糸材料である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の張力駆動によるグリップ型力覚提示装置の全体を示す斜視図である。
【図２】本発明のグリップ型力覚提示装置の下面図である。
【図３】従来の三次元入力装置とグリップ型力覚提示装置の大きさとを比較した模式図である。
【図４】システム全体の構成を示す構成図である。
【図５】グリップとフレーム、糸の関係を示す模式図である。
【図６】従来の振れ止め装置の拡大図であり、（ａ）は、加工前の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、加工終了時の状態を示す断面図である。
【図７】測定結果を示すグラフであり、左側の上段、中段、下段の（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の並進方向について測定した結果を示し、右側の上段、中段、下段の（ｄ）,（ｅ）,（ｆ）は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の回転方向について測定した結果を示すグラフである。
【図８】従来の力覚提示装置である三次元入力装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      グリップ
１ａ    球殻
１ｂ    開口部
１ｃ    支持点
２      下ベース
２ａ    三脚
３，３ａ  ブラケット
４      エンコーダ付モータ
４ａ    プーリ
５      支持部
５ａ    支柱
６      糸
７      中ベース
８      上ベース
９      支持部
９ａ    支柱
１０    グリップ型力覚提示装置
【図１】
2006024041.tif 000012
【図２】
2006024041.tif 000013
【図３】
2006024041.tif 000014
【図４】
2006024041.tif 000015
【図５】
2006024041.tif 000016
【図６】
2006024041.tif 000017
【図７】
2006024041.tif 000018
【図８】
2006024041.tif 000019