(57)【要約】      （修正有）【課題】回転して角度が検出される可動領域を従来と比べて大きくすること。【解決手段】軸支持部１０２ａと軸支持部１０２ａに直交する方向に延びる軸受部材１０２ｂ,１０２ｃとを有する枠体１０１と軸支持部１０２ａに支持され且つ軸支持部１０２ａの面に対して凸上に延びる回転軸１１１と軸支持部１０２ｂ,１０２ｃに支持され且つ軸支持部１０２ｂ,１０２ｃの面に対して凸上に延びる回転軸１２２と回転軸１１１回りの回転角度を検出する回転角度検出部材１１３と回転軸１２１回りの回転角度を検出する回転角度検出部材１２２と回転角度検出部材１１３および回転角度検出部材１２２に電気的に接続され且つ枠体１０１に支持された基板１１４とを備えたことを特徴とする回転角度検出装置。【選択図】図３
2011183509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸支持部と、前記第１の軸支持部に対して直交する方向に延びる第２の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第１の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延びる第１の回転軸と、
前記第２の軸支持部に支持され、且つ、第２の軸支持部の面に対して凸状に延びる第２の回転軸と、
前記第１の回転軸回りの回転角度を検出する第１の回転角度検出部材と、
前記第２の回転軸回りの回転角度を検出する第２の回転角度検出部材と、
前記第１の回転角度検出部材、および、前記第２の回転角度検出部材に電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された基板と、
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記基板に支持され且つ前記第１の回転角度検出部材および前記第２の回転角度検出部材から送信された信号に基づいて前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記回転角度検出装置の外部に電気的に接続された計算装置に送信する信号送信部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
構造体を構成する複数の連結体と、
前記連結体どうしが連結される連結部分に配置された請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置であって、前記連結部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される前記第１の回転軸と、前記連結部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される前記第２の回転軸と、を有する前記回転角度検出装置と、
を備えたことを特徴とする有関節構造体。
【請求項４】
構造体を構成する複数の連結体と、前記連結体どうしが連結される連結部分に配置された回転角度検出装置と、を有する有関節構造体と、
前記回転角度検出装置に電気的に接続された計算装置と、
を備え、
前記回転角度検出装置は、
第１の軸支持部と、前記第１の軸支持部に対して直交する方向に延びる第２の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第１の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延び、且つ、前記連結部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される第１の回転軸と、
前記第２の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延び、且つ、前記連結部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸に支持されて、前記第１の回転軸回りの回転角度を検出する第１の回転角度検出部材と、
前記第２の回転軸に支持されて、前記第２の回転軸回りの回転角度を検出する第２の回転角度検出部材と、
前記第１の回転角度検出部材、および、前記第２の回転角度検出部材に電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された基板と、
前記基板に支持され且つ前記第１の回転角度検出部材および前記第２の回転角度検出部材から送信された信号に基づいて前記第１の回転軸回りおよび前記第２の回転軸回りの回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記回転角度検出装置の外部に電気的に接続された前記計算装置に送信する信号送信部と、
を有し、
前記計算装置は、
前記信号送信部から送信された回転角度に基づいて予め設定された仮想空間における前記回転角度検出装置の位置を演算する位置演算部と、
前記位置演算部で演算された位置に基づいて前記仮想空間における前記有関節構造体の画像を作成する画像処理部と、
前記計算装置に電気的に接続された表示器に作成された前記有関節構造体の画像を表示する画像表示部と、
を有し、
前記各回転軸の前記回転角度に応じた前記有関節構造体の態様を前記仮想空間における画像として取り込む
ことを特徴とする態様取込装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、有関節構造体および態様取込装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３次元データ入力システムとして、多関節ロボットを使用する技術に関して、下記の特許文献１，２に記載の技術が知られている。
特許文献１としての特開２００５−７１１８２号公報には、長さの属性を持つリンク（Ｌ）と、一対のリンク（Ｌ）間を結合する関節（Ｊ）と、関節によって結合された一対のリンク（Ｌ）間の角度変位を検出する角度センサ（２ａ）と、を有する多関節ロボット（２）の構成が記載されている。
特許文献１には、多関節ロボット（２）の関節が回転すると、角度センサ（２ａ）によって関節（Ｊ）の角度変位が検出され、検出された角度変位に応じて、ディスプレイ装置（３）の画面に表示されるキャラクタに回転動作を付与する技術が記載されている。しかし、関節（Ｊ）に対して角度センサ（２ａ）がどのように配置されて、関節（Ｊ）の角度変位を検出するかについて具体的に記載されていない。
【０００３】
特許文献２としての特開平０８−３０５４７３号公報には、３次元データ入力システム用の人形型の入力デバイス（６００）を構成する関節において、一対のリンクを結合する関節であって、第１の回転中心として回転可能な第１のポテンショメータ軸と、第１のポテンショメータ軸に設置されたポテンショメータ（７１３）と、第１のポテンショメータ軸に対して直交する第２の回転中心として回転可能な直交回転軸（７０６，７２０）と、直交回転軸（７０６，７２０）からかさ歯車（７１７，７２１）を介して回転が伝達され且つ第１のポテンショメータ軸と同軸方向に延びて直交回転軸（７０６，７２０）を挟んで第１のポテンショメータ軸の反対側に設置された第２のポテンショメータ軸と、第２のポテンショメータ軸に設置されたポテンショメータ（７０２）と、が配置された関節が記載されている。
特許文献２記載の技術では、第１のポテンショメータ軸を回転中心として関節が回転すると、第１のポテンショメータ軸が回転し、ポテンショメータ（７１３）で第１のポテンショメータ軸の角度変位が検出される。また、直交回転軸（７０６，７２０）を回転中心として関節が回転すると、かさ歯車（７１７，７２１）を介して第２のポテンショメータ軸が回転し、ポテンショメータ（７０２）で直交回転軸（７０６，７２０）の角度変位が検出される。
【０００４】
また、特許文献１，２の３次元データ入力システムとは異なるが、ロボットの操作等に使用されるスティック型の操作部を有する入力装置において、直交する回転２軸の回転角度を検出する構成に関して、下記の特許文献３に記載の技術が知られている。
特許文献３としての特開平０８−６６８８２号公報には、固定の大型フレーム（８２）の開口部に回転軸（７６，７８）を中心として回転可能に支持された小型フレーム（４８）と、回転軸（７８）の端部に設置されたポテンショメータ（８８）と、回転軸（７６，７８）と直交する一対の左右回転軸（４４，４６）を中心として小型フレーム（４８）の開口部に回転可能に支持されたＺ軸センサユニット（２６）と、左右回転軸（４４）の端部に設置されたポテンショメータ（５４）と、を有する入力装置としてのスティック（６）の構成が記載されている。
特許文献３記載の技術では、スティック（６）が操作されてＺ軸センサユニット（２６）が移動すると、Ｚ軸センサユニット（２６）の回転軸（７６，７８）を中心とした回転が、ポテンショメータ（８８）で検出され、Ｚ軸センサユニット（２６）の回転軸（４４，４６）を中心とした回転が、ポテンショメータ（５４）で検出される。
【０００５】
また、特許文献１，２の３次元データ入力システムとは異なるが、ロボット用関節の動作の制御に使用される関節のモータユニットにおいて、直交する２軸の回転角度を検出する構成に関して、下記の特許文献４に記載の技術が知られている。
特許文献４としての特開２００６−４３８４８号公報には、貫通孔（５１ａ）と貫通孔（５１ａ）に直交する直交貫通孔（５１ｂ）とが形成された十字結合体（５０）と、貫通孔（５１ａ）に端部が固定された第１の回転軸（４１ｂ）を有するモータユニットとしての第１の筐体（４１）と、直交貫通孔（５１ｂ）に端部が固定された第２の回転軸（４２ｂ）を有する第２の筐体（４２）と、を有するロボット用関節サーボユニットの構成が記載されており、各筐体（４１，４２）は、回転軸（４１ｂ，４２ｂ）に駆動を伝達するモータ（２１，２１）と、モータ（２１，２１）による回転角度を検出するポテンショメータ（２６，２６）と、を有する。
特許文献４記載の技術は、モータ（２１，２１）を駆動させてロボット用関節を曲げ伸ばす際に、各ポテンショメータ（２６，２６）によって検出されるモータ（２１，２１）の回転角度が予め設定された回転角度に到達すると、モータ（２１，２１）の駆動を停止させる、いわゆるサーボに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７１１８２号公報（「００２９」〜「００３１」、「００３６」〜「００３８」、図１、図２）
【特許文献２】特開平０８−３０５４７３号公報（「０００９」、「００１０」、「００１５」、図１、図７）
【特許文献３】特開平０８−６６８８２号公報（「００１７」〜「００１９」、「００２１」、「００２２」、図１〜図３）
【特許文献４】特開２００６−４３８４８号公報（「００１３」〜「００２１」、図１〜図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、回転して角度が検出される可動領域を、従来に比べて大きくすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の回転角度検出装置は、
第１の軸支持部と、前記第１の軸支持部に対して直交する方向に延びる第２の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第１の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延びる第１の回転軸と、
前記第２の軸支持部に支持され、且つ、第２の軸支持部の面に対して凸状に延びる第２の回転軸と、
前記第１の回転軸回りの回転角度を検出する第１の回転角度検出部材と、
前記第２の回転軸回りの回転角度を検出する第２の回転角度検出部材と、
前記第１の回転角度検出部材、および、前記第２の回転角度検出部材に電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された基板と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記基板に支持され且つ前記第１の回転角度検出部材および前記第２の回転角度検出部材から送信された信号に基づいて前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記回転角度検出装置の外部に電気的に接続された計算装置に送信する信号送信部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の有関節構造体は、
構造体を構成する複数の連結体と、
前記連結体どうしが連結される連結部分に配置された請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置であって、前記連結部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される前記第１の回転軸と、前記連結部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される前記第２の回転軸と、を有する前記回転角度検出装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記技術的課題を解決するために、請求項４に記載の態様取込装置は、
構造体を構成する複数の連結体と、前記連結体どうしが連結される連結部分に配置された回転角度検出装置と、を有する有関節構造体と、
前記回転角度検出装置に電気的に接続された計算装置と、
を備え、
前記回転角度検出装置は、
第１の軸支持部と、前記第１の軸支持部に対して直交する方向に延びる第２の軸支持部と、を有する枠体と、
前記第１の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延び、且つ、前記連結部分で連結される一方の前記連結体の一端が着脱可能に支持される第１の回転軸と、
前記第２の軸支持部に支持され、且つ、第１の軸支持部の面に対して凸状に延び、且つ、前記連結部分で連結される他方の前記連結体の他端が着脱可能に支持される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸に支持されて、前記第１の回転軸回りの回転角度を検出する第１の回転角度検出部材と、
前記第２の回転軸に支持されて、前記第２の回転軸回りの回転角度を検出する第２の回転角度検出部材と、
前記第１の回転角度検出部材、および、前記第２の回転角度検出部材に電気的に接続され、且つ、前記枠体に支持された基板と、
前記基板に支持され且つ前記第１の回転角度検出部材および前記第２の回転角度検出部材から送信された信号に基づいて前記第１の回転軸回りおよび前記第２の回転軸回りの回転角度を演算する演算部と、
前記基板に支持され且つ前記演算部で演算された回転角度を前記回転角度検出装置の外部に電気的に接続された前記計算装置に送信する信号送信部と、
を有し、
前記計算装置は、
前記信号送信部から送信された回転角度に基づいて予め設定された仮想空間における前記回転角度検出装置の位置を演算する位置演算部と、
前記位置演算部で演算された位置に基づいて前記仮想空間における前記有関節構造体の画像を作成する画像処理部と、
前記計算装置に電気的に接続された表示器に作成された前記有関節構造体の画像を表示する画像表示部と、
を有し、
前記各回転軸の前記回転角度に応じた前記有関節構造体の態様を前記仮想空間における画像として取り込む
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、直交２軸が回転可能に支持される第１の軸支持部と第２の軸支持部とが直交する枠体を備えているため、従来の直交２軸の回転角度を検出する回転角度検出装置と比べて、回転軸回りの回転時に、枠体に接触して可動領域が規制されることが低減されて、角度が検出される可動領域を、大きくすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、回転角度検出装置に演算部を備えているため、演算部を有しない場合に比べて、計算装置にかかる演算の負荷が低減できる。特に、計算装置に複数の回転角度検出装置が接続されている場合には、計算装置の１箇所だけで回転角度を演算する場合と比べて、回転角度の演算を各回転角度検出装置の演算部で分散させて行うことができ、計算装置にかかる演算の負荷がさらに低減できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、直交２軸が回転可能に支持される第１の軸支持部と第２の軸支持部とが直交する枠体を有する回転角度検出装置を備えているため、従来の直交２軸の回転角度を検出する回転角度検出装置を有する有関節構造体と比べて、連結体の間の関節に相当する部分の可動領域を大きくすることができる。
請求項４に記載の発明によれば、直交２軸が回転可能に支持される第１の軸支持部と第２の軸支持部とが直交する枠体を有し、連結体の間の関節に相当する部分の可動領域が大きな有関節構造体を備えているため、従来の有関節構造体の態様を取り込む態様取込装置と比べて、仮想空間に取り込める有関節構造体の態様に応じた画像のバリエーションを増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１の態様取込装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の態様取込装置から装飾部を取り外した状態の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施例１の回転角度検出装置の全体説明図である。
【図４】図４は本発明の実施例１の回転角度検出装置の分解説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例１の検出装置本体の要部説明図である。
【図６】図６は実施例１の計算装置の制御部分が備えている各機能を機能ブロック図で示した図である。
【図７】図７は本発明の実施例１の人形Ｕ１の骨格パーツの長さや、各関節パーツの各回転軸と各連結部分との距離を示す要部説明図である。
【図８】図８は実施例１の有関節構造体の構成態様の一例を簡略的に示した説明図であり、図８Ａは「ヘビ型」の構成態様を示した説明図、図８Ｂは「犬型」の構成態様を示した説明図である。
【図９】図９は本発明の実施例１の３次元仮想空間における骨格部に装飾部を被せた状態の説明図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例１の計算装置の制御部の３次元データ作成処理のフローチャートである。
【図１１】図１１は実施例１の図２〜４に対応する本発明の実施例２の説明図であり、図１１Ａは実施例２の左腕部の要部説明図であり、図１１Ｂは実施例２の回転角度検出装置の分解説明図であり、図１１Ｃは実施例２の回転角度検出装置の全体説明図である。
【図１２】図１２は変更例の回転角度検出装置の概略説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１６】
（実施例１の態様取込装置の説明）
図１は本発明の実施例１の態様取込装置の全体説明図である。
図１において、実施例１の態様取込装置の一例としてのモーションキャプチャーシステムＵは、計算装置の一例としてのクライアントパソコンＰＣを有する。
（実施例１の計算装置の説明）
クライアントパソコンＰＣは、いわゆる、コンピュータ装置により構成されており、計算装置本体の一例としてのコンピュータ本体Ｈ１と、表示器の一例としてのディスプレイＨ２と、情報入力装置の一例としてのキーボードＨ３やマウスＨ４等とを有し、コンピュータ本体Ｈ１には、ＯＳ（ＯＳ：Operating System）やプログラム等を記憶する図示しない記憶媒体の一例としてのＨＤＤ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）等が内蔵されている。
クライアントパソコンＰＣは、有関節構造体の一例としての人形Ｕ１と、接続線の一例としてのケーブルＫにより接続されている。なお、実施例１では、ケーブルＫは、一例として、ＵＳＢケーブル（ＵＳＢ：Universal Serial Bus）によって構成されているが、ＵＳＢケーブルに限定されず、設計等に応じて、任意の形式のケーブルを使用可能である。また、有線方式に限定されず、無線方式で情報の送受信が可能な構成とすることも可能である。また、実施例１の人形Ｕ１は、一例として、熊のぬいぐるみによって構成されている。
【００１７】
（実施例１の有関節構造体の説明）
図２は本発明の実施例１の態様取込装置から装飾部を取り外した状態の説明図である。
図１、図２において、実施例１の人形Ｕ１は、構造体の一例として、人型の骨格部１と、骨格部１を被覆する装飾部の一例としての装飾カバーＣａとを有する。
図２において、骨格部１は、胸部材の一例として、人形Ｕ１の胸に対応する位置に配置された胸部パーツ２を有する。胸部パーツ２には、主基板の一例として、前記クライアントパソコンＰＣと前記ケーブルＫを介して、電気的に接続可能なメイン基板３が支持されている。
【００１８】
胸部パーツ２の上下両端の左右方向中央部には、連結部分の一例および被連結部の一例として、螺子孔状の首関節支持部４と、上腹関節支持部６とが形成されている。また、胸部パーツ２の左右両端の上下方向中央部には、連結部分の一例および被連結部の一例として、螺子孔状の左肩関節支持部７と、右肩関節支持部８とが形成されている。
前記左肩関節支持部７には、多軸回転角度検出装置の一例および関節パーツの一例としての左肩関節パーツＫ１を介して、左上腕パーツ１１が回転可能に支持されている。
実施例１の左肩関節パーツＫ１は、左右方向に延びる第１の回転軸と、上下方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、左上腕パーツ１１を回転可能に支持している。なお、左肩関節パーツＫ１の詳細な構成については後述する。
【００１９】
左上腕パーツ１１は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左上腕パーツ１１の上端部の右端には、連結部分の一例として、左肩関節パーツＫ１が連結、支持される凸状の左肩被支持部１１ａが形成されており、左肩被支持部１１ａの外周面には、螺子溝が形成されている。左上腕パーツ１１の下端には、連結部分の一例として、左肩関節支持部７と同様に、螺子孔状の左肘支持部１１ｂが形成されている。左肘支持部１１ｂには、左肩関節パーツＫ１と同様に構成された左肘関節パーツＫ２を介して、左下腕パーツ１２が回転可能に支持されている。
実施例１の左肘関節パーツＫ２は、上下方向に延びる第１の回転軸と、左右方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、左下腕パーツ１２を回転可能に支持している。
【００２０】
左下腕パーツ１２は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左下腕パーツ１２の上端には、連結部分の一例として、左肘関節パーツＫ２が連結、支持される凸状の左肘被支持部１２ａが形成されており、左肘被支持部１２ａの外周面には、螺子溝が形成されている。左下腕パーツ１２の下端には、連結部分の一例として、左肘支持部１１ｂと同様に、螺子孔状の左手首支持部１２ｂが形成されている。左手首支持部１２ｂには、前記人形Ｕ１の左手首に対応する左手首パーツＪｏ１が支持されている。
【００２１】
なお、実施例１の左手首パーツＪｏ１は、いわゆるジョイスティック型の回転角度検出装置が使用されており、上下方向に延びる棒状の１本の左手支持軸１３の上部が前後左右方向に回転可能に支持され、回転した左手支持軸１３の回転角度が検出可能に構成されている。このような、１本の回転軸の回転角度を検出する構成のジョイスィテック型の回転角度検出装置は、例えば、特許文献３、特開２００７−４７０３号公報、および、特開２００２−２１７００９号公報等に記載されており、従来公知の任意の構成を採用可能であるため、詳細な説明は省略する。
前記左手支持軸１３の下端には、前記人形Ｕ１の左手に対応する左手パーツ１４が支持されている。
前記符号１１，１２，１４，Ｊｏ１，Ｋ１，Ｋ２を付したパーツ等によって、実施例１の左腕パーツ１６が構成されている。
【００２２】
また、前記右肩関節支持部８には、前記左腕パーツ１６と左右対称に構成された右腕パーツ２６が支持されている。すなわち、右腕パーツ２６は、左腕パーツ１６の左上腕パーツ１１、左下腕パーツ１２、左手首パーツＪｏ１、左手パーツ１４、左肩関節パーツＫ１、および、左肘関節パーツＫ２と左右対称に構成された右上腕パーツ２１、右下腕パーツ２２、右手首パーツＪｏ２、右手パーツ２４、右肩関節パーツＫ３、および、右肘関節パーツＫ４を有する。
【００２３】
前記上腹関節支持部６には、左肩関節パーツＫ１と同様に構成された上腹関節パーツＫ５と、上腹関節パーツＫ５の下端に回転可能に連結、支持され且つ左肩関節パーツＫ１と同様に構成された下腹関節パーツＫ６とを介して、前記人形Ｕ１の腰に対応する腰部パーツ３１が回転可能に支持されている。
実施例１の上腹関節パーツＫ５は、上下方向に延びる第１の回転軸と、左右方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、下腹関節パーツＫ６を回転可能に連結、支持している。また、実施例１の下腹関節パーツＫ６は、上下方向に延びる第１の回転軸と、前後方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、腰部パーツ３１を回転可能に連結、支持している。
よって、腰部パーツ３１は、上腹関節パーツＫ５と、下腹関節パーツＫ６とにより、前後左右、および、上下方向の３軸を回転中心として回転可能に支持されている。
【００２４】
腰部パーツ３１の上端の左右方向中央部には、下腹関節パーツＫ６が連結、支持される凸状の下腹関節支持部３２が支持されている。
また、腰部パーツ３１の下端の左右両部には、被連結部の一例として、前記左肩関節支持部７と同様に構成された螺子孔状の左股間節支持部３３と、右股間節支持部３４とが形成されている。
【００２５】
前記左股間節支持部３３には、前記左肩関節パーツＫ１と同様に構成された左股関節パーツＫ７を介して、左腿パーツ５１が回転可能に支持されている。
実施例１の左股関節パーツＫ７は、上下方向に延びる第１の回転軸と、左右方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、左腿パーツ５１を回転可能に支持している。
左腿パーツ５１は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左腿パーツ５１の上端部には、連結部分の一例として、左股関節パーツＫ７が連結、支持される凸状の左股間被支持部５１ａが形成されており、左股間被支持部５１ａの外周面には、螺子溝が形成されている。左腿パーツ５１の下端には、連結部分の一例として、前記左肘支持部１１ｂと同様に、螺子孔状の左膝支持部５１ｂが形成されている。
【００２６】
左膝支持部５１ｂには、前記左肩関節パーツＫ１と同様に構成された左膝関節パーツＫ８を介して、左脛パーツ５２が回転可能に支持されている。
実施例１の左膝関節パーツＫ８は、上下方向に延びる第１の回転軸と、左右方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、左脛パーツ５２を回転可能に連結、支持している。
左脛パーツ５２は、上下方向に延びる角棒状に形成されている。左脛パーツ５２の上端には、連結部分の一例として、左膝関節パーツＫ８が連結、支持される凸状の左膝被支持部５２ａが形成されており、左膝被支持部５２ａの外周面には、螺子溝が形成されている。左脛パーツ５２の下端には、連結部分の一例として、左膝支持部５１ｂと同様に、螺子孔状の左足首支持部５２ｂが形成されている。
【００２７】
左足首支持部５２ｂには、前記人形Ｕ１の左足首に対応する左足首パーツＪｏ３が支持されている。なお、実施例１の左足首パーツＪｏ３は、前記左手首パーツＪｏ１と同様に、ジョイスティック型の回転角度検出装置が使用されており、上下方向に延びる左足支持軸５３の上部が前後左右に回転支持され、回転した左足支持軸５３の回転角度を検出可能に構成されている。左足首パーツＪｏ３の構成は、左手首パーツＪｏ１の構成と同様に、従来公知の構成を採用可能であるため、詳細な説明は省略する。
前記左足支持軸５３の下端には、前記人形Ｕ１の左足に対応する左足パーツ５４が支持されている。
前記符号５１，５２，５４，Ｊｏ３，Ｋ７，Ｋ８を付したパーツ等によって、実施例１の左脚パーツ５６が構成されている。
【００２８】
また、前記右股間節支持部３４には、前記左脚パーツ５６と左右対称に構成された右脚パーツ６６が支持されている。すなわち、右脚パーツ６６は、左脚パーツ５６の左腿パーツ５１、左脛パーツ５２、左足首パーツＪｏ３、左足パーツ５４、左股関節パーツＫ７、および、左膝関節パーツＫ８と左右対称に構成された右腿パーツ６１、右脛パーツ６２、右足首パーツＪｏ４、右足パーツ６４、右股関節パーツＫ９、および、右膝関節パーツＫ１０を有する。
【００２９】
前記首関節支持部４には、左肩関節パーツＫ１と同様に構成された第１の首関節パーツＫ１１と、第１の首関節パーツＫ１１の上端に回転可能に連結、支持され且つ左肩関節パーツＫ１と同様に構成された第２の首関節パーツＫ１２とを介して、前記人形Ｕ１の頭に対応する頭部本体パーツ７１が回転可能に支持されている。
実施例１の第１の首関節パーツＫ１１は、上下方向に延びる第１の回転軸と、左右方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、第２の首関節パーツＫ１２を回転可能に連結、支持している。また、実施例１の第２の首関節パーツＫ１２は、上下方向に延びる第１の回転軸と、前後方向に延びる第２の回転軸とを回転中心として、頭部本体パーツ７１を回転可能に連結、支持している。
よって、頭部本体パーツ７１は、第１の首関節パーツＫ１１と、第２の首関節パーツＫ１２とにより、前後左右、および、上下方向の３軸を回転中心として回転可能に支持されている。
頭部本体パーツ７１の下端には、第２の首関節パーツＫ１２に対応して連結、支持される凸状の頭支持部７２が形成されており、頭支持部７２の外周面には、螺子溝が形成されている。
前記符号７１〜７２，Ｋ１１〜Ｋ１２を付したパーツ等によって、実施例１の頭部パーツ７３が構成されている。
また、符合２，１１，１２，１４，２１，２２，２４，５１，５２，５４,６１，６２，６４および７１を付した人形Ｕ１の骨格を形成する各パーツは、理解の容易のために、連結体の一例としての骨格形成パーツＫｏとして、同一の符号で表す。
【００３０】
（実施例１の関節パーツの説明）
図３は本発明の実施例１の回転角度検出装置の全体説明図である。
図４は本発明の実施例１の回転角度検出装置の分解説明図である。
図５は本発明の実施例１の検出装置本体の要部説明図である。
図３〜５において、実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２は、枠体の一例としてのフレーム１０１を有する。フレーム１０１は、主枠体の一例としてのメインフレーム１０２と、副枠体の一例としてのサブフレーム１０３とを有する。メインフレーム１０２は、第１の軸支持部の一例として、平板状のメインプレート１０２ａと、第２の軸支持部の一例として、メインプレート１０２ａの両端からメインプレート１０２ａと直交する方向に延びる平板状の一対の第１のサイドプレート１０２ｂおよび第２のサイドプレート１０２ｃと、を有する。
【００３１】
前記メインプレート１０２ａには、メインプレート１０２ａを貫通する第１の軸貫通孔１０２ｄが形成されている。前記第１のサイドプレート１０２ｂ、および、第２のサイドプレート１０２ｃには、各サイドプレート１０２ｂ，１０２ｃを貫通する第２の軸貫通孔１０２ｅ，１０２ｆが形成されている。
また、第２のサイドプレート１０２ｃには、検出部材収容部の一例として、メインプレート１０２ａ側から延びる溝により構成された第２のポテンショメータ収容部１０２ｇが形成されている。
【００３２】
サブフレーム１０３は、第１の軸支持部の一例として、メインプレート１０２ａに対向する板状のサブプレート１０３ａを有する。サブプレート１０３ａの両端には、メインプレート１０２ａ側に延びる一対の壁部１０３ｂが形成されている。メインプレート１０２ａ、サブプレート１０３ａ、および、壁部１０３ｂで囲まれた空間により、検出部材収容部の一例として、第１のポテンショメータ収容部１０６が構成されている。
実施例１の第１のポテンショメータ収容部１０６は、第２のポテンショメータ収容部１０２ｇの端部と接続されており、第１のポテンショメータ収容部１０６と、前記第２のポテンショメータ収容部１０２ｇとにより、検出部材収容空間の一例としての略Ｌ字状の空間である検出基板収容部１０７が構成されている。
【００３３】
前記サブプレート１０３ａには、前記第１の軸貫通孔１０２ｄに対応してサブプレート１０３ａを貫通する第１の軸貫通孔１０３ｃが形成されている。
前記メインプレート１０２ａおよびサブプレート１０３ａには、第１の軸貫通孔１０２ｄ、第１の軸貫通孔１０３ｃを貫通する第１の回転軸の一例としての第１のシャフト１１１が回転可能に支持されている。
第１のシャフト１１１の外端には、前記左肩被支持部１１ａと同様に構成された凸状の連結部１１２が支持されており、連結部１１２の外周面には、螺子溝が形成されている。
第１のシャフト１１１には、第１の回転角度検出部材の一例として、前記第１のポテンショメータ収容部１０６に収容され且つ第１のシャフト１１１の回転角度を検出する第１のポテンショメータ１１３が支持されている。第１のポテンショメータ１１３は、第１のポテンショメータ収容部１０６内に収容された関節パーツ基板１１４に電気的に接続されている。
【００３４】
また、前記第１のサイドプレート１０２ｂおよび前記第２のサイドプレート１０２ｃには、前記第２の軸貫通孔１０２ｅ，１０２ｆを貫通する第２の回転軸の一例としての第２のシャフト１２１が回転可能に支持されている。
第２のシャフト１２１には、第２の回転角度検出部材の一例として、前記第２のポテンショメータ収容部１０２ｇに収容され且つ第２のシャフト１２１の回転角度を検出する第２のポテンショメータ１２２が支持されている。
【００３５】
第２のポテンショメータ１２２は、前記関節パーツ基板１１４に電気的に接続されている。関節パーツ基板１１４には、演算部の一例として、関節パーツ基板１１４に電気的に接続されたＣＰＵ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、すなわち、中央演算装置１１６が支持されている。
実施例１の中央演算装置１１６は、前記第１のシャフト１１１や、前記第２のシャフト１２１が回転した際に、前記第１のポテンショメータ１１３や、前記第２のポテンショメータ１２２から送信された信号に基づいて、第１のシャフト１１１や、第２のシャフト１２１の回転角度情報を演算する。
【００３６】
また、関節パーツ基板１１４には、演算部の一例および接続端子の一例として、関節パーツ基板１１４と電気的に接続されたコネクタ１１７が支持されている。コネクタ１１７は、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４に対して、前記胸部パーツ２側に直接連結されて隣接する各関節パーツＫ１〜Ｋ１２または各骨格形成パーツＫｏを介して間接的に連結されて隣接する関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４にケーブルを介して接続されている。よって、コネクタ１１７には、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２に対して、胸部パーツ２よりも離れる側に隣接する関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４からのケーブルが接続されると共に、胸部パーツ２に近づく側に隣接する関節パーツＫ１〜Ｋ１２へのケーブルも接続されている。
【００３７】
したがって、実施例１では、前記中央演算装置１１６によって演算された回転角度情報が、隣接する関節パーツＫ１〜Ｋ１２のコネクタを経由または直接メイン基板３に送信することが可能である。また、胸部パーツ２よりも離れる側に隣接する他の各コネクタ１１７等から送信された回転角度情報は中継されて、メイン基板３に向けて送信される。
なお実施例１では、メイン基板３に向けて送信されるデータには、各回転角度情報に加え、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４を特定する情報や、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２の前記各第１のポテンショメータ１１３や、前記各第２のポテンショメータ１２２を特定する情報等も含まれている。
【００３８】
なお、実施例１では、コネクタ１１７と、メイン基板３および隣接する他のコネクタ１１７との間を接続する図示しないケーブルは、任意の着脱可能な形式のケーブルを使用可能であるが、着脱不能なケーブルも使用可能である。また、ケーブルを介して、前記第１のポテンショメータ１１３や、前記関節パーツ基板１１４、前記第２のポテンショメータ１２２に給電しつつ情報の送受信が可能な構成が望ましい。また、有線方式に限定されず、無線方式で情報の送受信が可能な構成とすることも可能である。さらに、隣接する関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４どうしを連結して、ケーブルが長くなりすぎない構成とすることが望ましいが、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４と胸部パーツ２とを直接ケーブルで接続する構成とすることも可能である。
【００３９】
また、前記第２のシャフト１２１の両端部には、連結腕部の一例としての連結アーム１２３が固定支持されている。連結アーム１２３は、第２のシャフト１２１の両端に支持され且つ前記メインプレート１０２ａから離れる側に延びる板状の一対のシャフト連結部１２３ａと、シャフト連結部１２３ａの外端どうしを連結する板状の連結プレート１２３ｂと、を有する。被連結部材支持部１２３ｂには、第１のシャフト１１１の延長線上に延びる被連結部１２３ｃが形成されており、被連結部１２３ｃには、左肩関節支持部７と同様に構成された螺子孔状の被連結孔１２３ｄが形成されている。
【００４０】
（クライアントパソコンＰＣのコンピュータ本体Ｈ１の制御部の機能）
図６は実施例１の計算装置の制御部分が備えている各機能を機能ブロック図で示した図である。
図１、図６において、前記コンピュータ本体Ｈ１は制御部Ｃを有する。制御部Ｃは、構成設定手段Ｃ１、原点位置設定手段Ｃ２、回転角度情報受信記憶手段Ｃ３、パーツ位置演算手段Ｃ４、画像作成手段Ｃ５、および、画像表示手段Ｃ６を有する。
【００４１】
Ｃ１：構成設定手段
構成設定手段Ｃ１は、パーツ情報記憶手段Ｃ１Ａと、構成パターン判別手段Ｃ１Ｂと、パーツ設定値設定手段Ｃ１Ｃとを有する。実施例１の構成設定手段Ｃ１は、メイン基板３から人形Ｕ１の態様特定情報の一例としてのパターン特定情報を取得して、人形Ｕ１の構成態様の一例としての構成パターンに対応したパーツ設定値を設定する。
【００４２】
図７は本発明の実施例１の人形Ｕ１の骨格パーツの長さや、各関節パーツの各回転軸と各連結部分との距離を示す要部説明図である。
Ｃ１Ａ：パーツ情報記憶手段
パーツ情報記憶手段Ｃ１Ａは、人形Ｕ１の各構成パターンに応じたパーツ情報を記憶する。実施例１のパーツ情報記憶手段Ｃ１Ａは、人形Ｕ１の構成パターンに対応するパーツ情報を構成パターン毎に記憶する。実施例１では、構成パターンに対応するパーツ情報として、各構成パターンにおける関節パーツと骨格形成パーツの繋がり方や、胸部パーツ２等の基準パーツの支持部の個数ａ、関節パーツの総数ｂ、ジョイスティック型の関節パーツの総数ｂ′、および、隣接する関節パーツどうしの距離等を記憶する。
【００４３】
具体的には、実施例１の構成パターンの一例として、図２に示す「人型」の人形Ｕ１には、「人型」という構成パターンを特定するパターン特定情報が関連付けられると共に、「人型」のパターン特定情報に関連付けられたパーツ情報として、図２に示す各パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４，Ｋｏの繋がり方、胸部パーツ２に形成された支持部の個数ａをａ＝４個、関節パーツの総数ｂを、ｂ＝１２個、ジョイスティック型の関節パーツの総数ｂ′を、ｂ′＝４個、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４、各骨格形成パーツＫｏの長さ、および、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４の各回転軸と各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４の支持部との距離Ｌ０〜Ｌ４７が記憶されている。
【００４４】
すなわち、実施例１では、一例として、図７に示すように胸部パーツ２の重心位置Ａ０と左肩関節支持部７との距離としての距離Ｌ０、左肩関節支持部７と左肩関節パーツＫ１の第２のシャフト１２１との距離としての距離Ｌ１、左肩関節パーツＫ１の第２のシャフト１２１と左肩被支持部１１ａとの距離としての距離Ｌ２、左肩被支持部１１ａと左肘支持部１１ｂとの距離としての距離Ｌ３、左肘支持部１１ｂと左肘関節パーツＫ２の第２のシャフト１２１との距離としての距離Ｌ４、左肘関節パーツＫ２の第２のシャフト１２１と左肘被支持部１２ａとの距離としての距離Ｌ５、および、距離Ｌ１〜Ｌ５と同様に各関節パーツＫ３〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４の各回転軸と各関節パーツＫ３〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４の支持部との各距離Ｌ６〜Ｌ４７等が記憶されている。
【００４５】
図８は実施例１の有関節構造体の構成態様の一例を簡略的に示した説明図であり、図８Ａは「ヘビ型」の構成態様を示した説明図、図８Ｂは「犬型」の構成態様を示した説明図である。
なお、図８に示す各構成パターンは、説明を容易とするために簡略化しており、関節パーツＫ′，Ｋ″を丸で、ジョイスティック型の関節パーツＪｏ′，Ｊｏ″を三角で、、骨格形成パーツＫｏ′，Ｋｏ″を棒線等で示す。
【００４６】
図８において、パーツ情報記憶手段Ｃ１Ａは、「人型」の構成パターンの他に、左肩関節パーツＫ１と同様に構成された関節パーツＫ′，Ｋ″と、骨格形成パーツＫｏと同様の骨格形成パーツＫｏ′，Ｋｏ″とが組み合わされた構成パターン、例えば、図８Ａに示す「ヘビ型」や図８Ｂに示す「犬型」等の構成パターンのパーツ情報も記憶する。
「ヘビ型」のパターン特定情報のパーツ情報として、図８Ａに示すように関節パーツＫ′と骨格形成パーツＫｏ′が交互に直線状に直列された各パーツの繋がり方、基準パーツ２′の支持部の個数ａ＝２個、関節パーツの総数ｂ＝８個、ジョイスティック型の関節パーツの総数ｂ′＝０個、および、各関節パーツＫ１′〜Ｋ８′，Ｊｏ′１〜Ｊｏ′４および各骨格形成パーツＫｏ′の長さや、各関節パーツＫ１′〜Ｋ８′，Ｊｏ′１〜Ｊｏ′４の各回転軸と各関節パーツＫ１′〜Ｋ８′，Ｊｏ′１〜Ｊｏ′４の支持部との距離Ｌ０′〜Ｌ２４′が記憶される。
【００４７】
また、「犬型」のパターン特定情報のパーツ情報として、図８Ｂに示すように関節パーツＫ″と骨格形成パーツＫｏ″が犬の骨格および関節に対応する位置に配置された各パーツの繋がり方、基準パーツ２″の支持部の個数ａ＝４個、関節パーツの総数ｂ＝１４個、ジョイスティック型の関節パーツの総数ｂ′＝４個、および、各関節パーツＫ１″〜Ｋ１４″，Ｊｏ″１〜Ｊｏ″４、および、各骨格形成パーツＫｏ″の長さや、各関節パーツＫ１″〜Ｋ１４″，Ｊｏ″１〜Ｊｏ″４の各回転軸と各関節パーツＫ１″〜Ｋ１４″，Ｊｏ″１〜Ｊｏ″４の支持部との距離Ｌ０″〜Ｌ５３″が記憶される。
なお、実施例１では、構成パターンの一例として、「人型」「ヘビ型」、および、「犬型」を示したが、これらに限定されず、人形Ｕ１の構成に応じて、「蜘蛛型」等任意の構成パターンを採用可能である。
【００４８】
Ｃ１Ｂ：構成パターン判別手段
構成態様判別手段の一例としての構成パターン判別手段Ｃ１Ｂは、予めメイン基板３に記憶されたパターン特定情報をメイン基板３から取得し、取得したパターン特定情報に基づいて、人形Ｕ１の構成パターンを判別する。実施例１の構成パターン判別手段Ｃ１Ｂは、図１、図２に示す人形Ｕ１がクライアントパソコンＰＣに接続されている場合には、人形Ｕ１のメイン基板３から「人型」とのパターン特定情報が取得され、人形Ｕ１の構成パターンを「人型」として判別する。
Ｃ１Ｃ：パーツ設定値設定手段
パーツ設定値記憶手段Ｃ１Ｃは、構成パターン判別手段Ｃ１Ｂによって判別された人形Ｕ１の構成パターンに対応するパーツ情報をパーツ情報記憶手段Ｃ１Ａから読み出し、クライアントパソコンＰＣに接続された人形Ｕ１のパーツ設定値として設定する。
Ｃ２：原点位置設定手段
原点位置設定手段Ｃ２は、３次元仮想空間における原点に人形Ｕ１の予め設定された特定の位置を設定する。実施例１の原点位置設定手段Ｃ２は、パーツ情報記憶手段Ｃ１Ａから読み出された基準パーツとして予め設定されたパーツ２において、３次元仮想空間における胸部パーツ２の重心位置Ａ０を座標軸の原点（０，０，０）として設定する。なお、実施例１では、３次元空間における原点は、一例として、胸部パーツ２の重心位置Ａ０に設定されているが、胸部パーツ２の重心位置Ａ０に限定されず、設計等に応じて、頭部本体パーツ７１の上端や左足パーツ５４の足のつま先等、人形Ｕ１を構成する任意の位置に対して原点を設定可能である。
【００４９】
Ｃ３：回転角度情報受信記憶手段
回転角度情報受信記憶手段Ｃ３は、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２や、各手足首関節パーツＪｏ１〜Ｊｏ４から送信された回転角度情報を受信し、記憶する。実施例１の回転角度情報受信記憶手段Ｃ３は、胸部パーツ２のメイン基板３から送信された各関節パーツＫ１〜Ｋ１２や、各手足首関節パーツＪｏ１〜Ｊｏ４の各回転角度情報を受信し、記憶する。
【００５０】
Ｃ４：パーツ位置演算手段
パーツ位置演算手段Ｃ４は、回転角度情報と、予め記憶されたパーツ設定値に基づいて、３次元仮想空間上における人形Ｕ１の各パーツの位置を演算する。実施例１のパーツ位置演算手段Ｃ４は、回転角度情報受信記憶手段Ｃ３で記憶された各回転角度情報と、パーツ設定値記憶手段Ｃ１Ｃによって記憶されたパーツ設定値に基づいて、３次元仮想空間における各関節パーツＫ１〜Ｋ１２、各骨格形成パーツＫｏ、各手足首関節パーツＪｏ１〜Ｊｏ４の原点に対する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。具体的には、図７において、胸部パーツ２の重心位置Ａ０を原点とすると、左肩関節支持部７が配置された位置の座標としての位置座標Ａ１は、前記距離Ｌ０に基づいて演算される。すなわち、Ａ１＝Ａ１（Ｌ０）である。そして、左肩関節パーツＫ１の第２のシャフト１２１の回転角度を回転角度θ１２とした場合に、左肩被支持部１１ａの位置座標Ａ２は、回転角度θ１２と位置座標Ａ１とに基づいて演算される。すなわち、Ａ２＝Ａ２（Ｌ１，Ｌ２，θ１２，Ａ１）である。次に、左肩関節パーツＫ１の第１のシャフト１１１の回転角度を回転角度θ１１とした場合に、左肘支持部１１ｂの位置座標Ａ３は、回転角度θ１１と位置座標Ａ２とに基づいて演算される。すなわち、Ａ３＝Ａ３（Ｌ３，θ１１，Ａ２）である。また、左肘関節パーツＫ２の第２のシャフト１２１の回転角度を回転角度θ２２とした場合に、左肘被支持部１２ａの位置座標Ａ４は、回転角度θ２２と位置座標Ａ３とに基づいて演算される。すなわち、Ａ４＝Ａ４（Ｌ４，Ｌ５，θ２２，Ａ３）である。そして、他の関節パーツＫ３〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４や他の各骨格形成パーツＫｏについても演算される。
【００５１】
Ｃ５：画像作成手段
画像作成手段Ｃ５は、３次元情報作成手段Ｃ５Ａと、表示方向判別手段Ｃ５Ｂと、表示画像作成手段Ｃ５Ｃとを有し、前記パーツ位置演算手段Ｃ４で演算された各パーツの位置座標から、人形Ｕ１の姿勢や動作等の態様のうち、姿勢に対応する３次元仮想空間における人形Ｕ１の３次元情報の一例としての３次元データを作成し、人形Ｕ１を表示したい方向に応じて、３次元データを２次元に投影、射影した表示画像を作成する。
【００５２】
図９は本発明の実施例１の３次元仮想空間における骨格部に装飾部を被せた状態の説明図である。
Ｃ５Ａ：３次元情報作成手段
３次元情報作成手段Ｃ５Ａは、パーツ位置演算手段Ｃ４で演算された各パーツの位置座標を示す位置座標情報に基づいて、３次元仮想空間における人形Ｕ１の姿勢を示す情報としての３次元データを作成する。実施例１の３次元情報作成手段Ｃ５Ａは、一例として、図９に示すように人形Ｕ１の骨格部１に対応する３次元骨格データから、予め各パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４，Ｋｏに設定された装飾カバーＣａのデータを参照して、３次元仮想空間における骨格部１に装飾カバーＣａを被せた状態、いわば、骨格に肉付けがされた状態の３次元データを作成する。
【００５３】
Ｃ５Ｂ：表示方向判別手段
表示方向判別手段Ｃ５Ｂは、人形Ｕ１をディスプレイＨ２でユーザが閲覧する際に、人形Ｕ１を見る方向としての表示方向を判別する。なお、実施例１の表示方向判別手段Ｃ５Ｂでは、３次元仮想空間における原点に向かう方向ベクトルを表示方向情報として記憶、判別しており、キーボードＨ３やマウスＨ４等からの入力に応じて設定、変更される方向ベクトルに基づいて、表示方向を判別する。
【００５４】
Ｃ５Ｃ：表示画像作成手段
表示画像作成手段Ｃ５Ｃは、３次元情報作成手段Ｃ５Ａによって作成された３次元データと、表示方向判別手段Ｃ５Ｂによって判別された表示方向とに基づいて、ディスプレイＨ２に表示する３次元仮想空間における人形Ｕ１の画像としての表示画像を作成する。実施例１の表示画像作成手段Ｃ５Ｃは、３次元データや表示方向情報に基づいて、人形Ｕ１の３次元データを、方向ベクトルに垂直な平面に投影、射影して、２次元のディスプレイＨ２に表示する人形Ｕ１を描写する２次元画像を作成する。
また、表示画像作成手段Ｃ５Ｃでは、例えば、キーボードＨ３やマウスＨ４等からの入力に応じて、人形Ｕ１の表示画像に対して陰影を追加したり、人形Ｕ１を拡大または縮小して表示する等の画像に任意の画像効果を加えることが可能である。なお、このような、表示画像に画像効果を加える技術としてのレンダリングの技術は、従来公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
Ｃ６：画像表示手段
画像表示手段Ｃ６は、表示画像作成手段Ｃ５Ｃで作成された２次元画像をディスプレイＨ２に表示する。
【００５６】
（実施例１のフローチャートの説明）
（３次元データ作成処理）
次に、実施例１のクライアントパソコンＰＣの３次元データ作成処理の流れを流れ図、いわゆるフローチャートを使用して説明する。
なお、以下のフローチャートの説明において、理解の容易のために本願実施例の説明に関連する必要な箇所以外の説明は適宜省略されている。
図１０は本発明の実施例１の計算装置の制御部の３次元データ作成処理のフローチャートである。
【００５７】
図１０のフローチャートの各段階処理、いわゆる、ステップＳＴの処理は、前記制御部のＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理はクライアントパソコンＰＣの２次元画像作成処理や画像表示処理等と並行して実行される。
図１０に示すフローチャートは、クライアントパソコンＰＣの３次元データ作成プログラムが起動された場合に開始される。
図１０のＳＴ１において、クライアントパソコンＰＣに接続された人形Ｕ１からパターン特定情報を取得する。そして、ＳＴ２に進む。
【００５８】
ＳＴ２において、人形Ｕ１から取得したパターン特定情報からクライアントパソコンＰＣに接続された人形Ｕ１の構成パターンを判別する。そして、ＳＴ３に進む。
ＳＴ３において、判別された人形Ｕ１の構成パターンに応じたパーツ情報を読み出して、人形Ｕ１のパーツ設定値として設定する。そして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、基準パーツとして予め設定された胸部パーツ２の重心位置Ａ０を３次元仮想空間の原点として設定する。そして、ＳＴ５に進む。
【００５９】
ＳＴ５において、人形Ｕ１から回転角度情報を取得したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ６に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ５を繰り返す。
ＳＴ６において、人形Ｕ１から取得した回転角度情報を記憶する。そして、ＳＴ７に進む。
ＳＴ７において、以下の（１）、（２）の処理を実行し、ＳＴ８に進む。
（１）記憶された回転角度情報と、設定されたパーツ設定値に基づいて、原点に対する各パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４，Ｋｏの位置座標を演算する。
（２）各パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４，Ｋｏの位置座標を位置座標情報として記憶する。
【００６０】
ＳＴ８において、記憶された位置座標情報に基づいて、３次元データを作成、または、更新する。そして、ＳＴ９に進む。
ＳＴ９において、キーボードＨ３やマウスＨ４等から「終了」の入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合は３次元データ作成処理を終了し、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ５に戻る。
【００６１】
（２次元画像作成処理）
前記３次元データ作成処理と並行して、実施例１の２次元画像作成処理が実行されるが、２次元画像作成処理は、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力に応じて更新される表示方向情報と、３次元データ作成処理によって作成、更新される３次元データとに基づいて、２次元画像を作成、更新するだけであるため、フローチャートの図示および詳細な説明は省略する。
（画像表示処理）
また、前記３次元データ作成処理や前記２次元画像作成処理と並行して、実施例１の画像表示処理が実行されるが、画像表示処理は、２次元画像作成処理によって作成、更新される２次元画像をディスプレイＨ２に表示するだけであるため、フローチャートの図示および詳細な説明は省略する。
【００６２】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の人形Ｕ１では、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２を介して、隣接する各骨格形成パーツＫｏと連結されており、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２の第１のシャフト１１１や、第１のシャフト１１１に直交する第２のシャフト１２１を回転中心として、各骨格形成パーツＫｏを回転させ、人形Ｕ１に任意の姿勢をとらせることが可能である。
【００６３】
ここで、特許文献３のような従来のジョイスティックの構成を人形Ｕ１の関節にしようとした場合、骨格形成パーツＫｏに接続される筒体（３０）に対して、直交する面内で交差する２軸を中心に回転可能な２つのフレーム（４８，８２）を有しているため、筒体（３０）をいずれか一方の軸を中心に傾斜させていくと、他方の軸を有するフレームに必ず干渉する。したがって、特許文献３の構成を人形Ｕ１の関節パーツとして使用した場合、関節パーツの直交２軸の回転可能領域が最大でも−９０°から＋９０°まで、実際には−６０°から＋６０°程度までの範囲となってしまい、可動領域に限界があった。
【００６４】
一方、図３に示す実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２では、第１のシャフト１１１がフレーム１０１を貫通して回転可能に支持されており、第１のシャフト１１１と共に回転するフレーム等が設けられていない。よって、第１のシャフト１１１を回転中心として、骨格形成パーツＫｏを回転させる場合、第１のシャフト１１１回りの回転が干渉されることなく、骨格形成パーツＫｏは３６０°以上回転可能である。
【００６５】
また、第２のシャフト１２１を回転中心として、骨格形成パーツＫｏを回転させる場合、第２のシャフト１２１を支持する連結アーム１２３がフレーム１０１や第１のシャフト１１１に干渉するが、フレーム１０１や第１のシャフト１１１が、第２のシャフト１２１回りの回転に対して、１ヶ所に配置されている。よって、連結アーム１２３は、フレーム１０１等によって回転が干渉されるまでの領域、すなわち、−９０°から＋９０°までの範囲以上、実際には−１５０°から＋１５０°程度までの範囲の可動領域で回転可能である。
したがって、実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２では、特許文献３のような従来のジョイスティックの構成を人形Ｕ１の関節にしようとした場合と比べ、直交２軸としての第１のシャフト１１１、および、第２のシャフト１２１の可動領域を大きくすることが可能である。
【００６６】
また、実施例１では、２つのシャフト１１１，１２１が直交しており、直交しない場合や回転軸を１つしか有しない場合に比べて、３次元空間において、ユーザが実現したい人形Ｕ１の姿勢を実現し易くなっている。
よって、実施例１の人形Ｕ１では、従来の動物等、例えば、人の形を模した人形、いわゆる、フィギュアの構成と比べて、関節の可動領域を大きくすることが可能であり、従来のフィギュアの関節の構成では可動領域を超えてしまい実現不可能であった姿勢を実施例１の人形Ｕ１にとらせることが可能である。
そして、可動領域の大きな実施例１の人形Ｕ１の姿勢をクライアントパソコンＰＣに取り込んで、データ化することが可能であり、ディスプレイＨ２に表示することが可能である。
【００６７】
また、特許文献２の従来の構成では、第１のポテンショメータ軸と直交する直交回転軸（７０６，７２０）の回転が複数のかさ歯車（７１７，７２１）を介して伝達されて、第１のポテンショメータ（７１３）に対して、直交回転軸（７０６，７２０）を挟んで反対側に配置された第２のポテンショメータ（７０２）で角度が検出される。すなわち、従来技術では、かさ歯車（７１７，７２１）が必要となって部品点数やコストが増加すると共に、全体として大型化していた。
これに対して、実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２におけるシャフト１１１，１２１には、ポテンショメータ１１３，１２２がそれぞれ直接支持されている。
したがって、実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２では、特許文献２の従来の構成と比べて、部品点数やコストを低減できると共に、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２を小型化することが可能である。
【００６８】
さらに、従来のサーボ系のロボット、すなわち、関節を駆動させるサーボモータ、サーボモータの回転角度を検出するセンサ、モータを制御する基板等を有する構成に比べて、実施例１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２では、サーボモータ等が省略されており、部品点数や生産コストが低減可能であり、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２を小型化、軽量化することが可能である。
【００６９】
また、実施例１では、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２に中央演算装置１１６が設けられて、回転角度情報が演算され、クライアントパソコンＰＣでは演算が行われない。よって、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２に中央演算装置１１６が設けられず、クライアントパソコンＰＣの１箇所で演算する場合に比べて、分散処理によりクライアントパソコンＰＣでの負荷が低減されると共に、特に、構成パターンの変更で中央演算装置１１６の数が増大しても、クライアントパソコンＰＣにかかる負荷は、それほど増大しなくて済む。
【００７０】
さらに、実施例１の人形Ｕ１の各関節パーツＫ１〜Ｋ１２では、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２自体が共通化されると共に、外周面に螺子溝が形成された凸状の連結部１１２、および、螺子孔状の被連結孔１２３ｄが全て共通化されている。また、各骨格形成パーツＫｏでは、外周面に螺子溝が形成された被支持部、および、螺子孔状の支持部も全て共通化されている。
よって、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４や各骨格形成パーツＫｏは、螺子による連結をしたり外したりすることで、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４や各骨格形成パーツＫｏの交換が可能であり、故障時のパーツ交換や、人形Ｕ１の構成パターンを変更させる際のパーツの取り外しや追加等に容易に対応することが可能である。また、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２の共通化により、量産化による低コスト化も可能である。
【００７１】
また、実施例１では、人形Ｕ１の任意の姿勢に応じて３次元データが作成され、ディスプレイＨ２に表示される。よって、ディスプレイＨ２に表示された画像をソフトウェア上で、トレース、模写することで、人形Ｕ１にとらせた姿勢の画を作成することが可能である。よって、画家や漫画家等が、頭の中だけでは細部がイメージしにくい姿勢を作画、製図したい場合に、人形Ｕ１に姿勢をとらせ、クライアントパソコンＰＣに取り込むことで、作画の手間を減らすことが可能である。
【００７２】
また、実施例１の人形Ｕ１の姿勢を連続的に変えながら３次元データを取り込む技術は、現実の人や、物体の動きをデジタル的に記録する技術、いわゆる、モーションキャプチャで利用可能である。
ここで、従来のモーションキャプチャ技術では、目印の一例としてのマーカーを人、または、物体等の３次元データ作成の対象物に取り付けて、複数台のビデオカメラによって対象物の動きを撮影し、計算装置の一例としての３次元データ編集装置によって、撮影された映像からマーカーの動きを追跡して３次元位置座表の計測を行う等の演算を経て、対象物の３次元データが作成されていた。
【００７３】
したがって、従来のモーションキャプチャ技術では、撮影用のスタジオを備えたり、マーカーを付けて動作を演じてもらう演者を雇ったりする費用がかかると共に、機材の設置や、演者に演じてもらう動作の説明や練習が必要となって、時間がかかってしまう問題があった。
また、３ＤＣＧ（３ＤＣＧ：3 Dimensional Computer Graphics）ソフトウェアを使用して、モーションを作成することも不可能ではないが、高度で専門的な知識や熟練が必要であり、やはり、費用と時間がかかっていた。
【００７４】
これに対して、実施例１の構成を利用したモーションキャプチャ技術では、動作を演じる演者、ビデオカメラ等の機材やビデオカメラの撮影者等、および、撮影スタジオ等を使用することなく、人形Ｕ１の姿勢を連続的に変えながら３次元データを取り込むことで、モーションキャプチャが可能である。したがって、実施例１の構成を利用したモーションキャプチャ技術では、従来の技術と比べて、モーションキャプチャにかかる費用が低減可能である。
また、実施例１の構成を利用したモーションキャプチャ技術では、ビデオカメラ等の機材の設置や、演者に対する動作の説明や、動作の練習等に費やす時間を省くことが可能であり、従来の技術と比べて、モーションキャプチャにかかる時間が短縮され、モーションキャプチャにかかる費用が低減可能である。
【実施例２】
【００７５】
図１１は実施例１の図２〜４に対応する本発明の実施例２の説明図であり、図１１Ａは実施例２の左腕部の要部説明図であり、図１１Ｂは実施例２の回転角度検出装置の分解説明図であり、図１１Ｃは実施例２の回転角度検出装置の全体説明図である。
次に、本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００７６】
図１１において、実施例２の関節パーツ１５１では、実施例１のメインフレーム１０２と、サブフレーム１０３とを有するフレーム１０１に替えて、基板支持部の一例として、上下方向に延びる第１軸受プレート１５３と、第１軸受プレート１５３の端から直交する方向に延びる第２軸受プレート１５２とを有するＬ字状のフレーム１０１′を有する。
第１の軸受プレート１５２には、孔状の第１の軸受部１５２ａが形成されている。第１の軸受部１５２ａには、連結部１１２と同様に構成された円柱状の第１の連結アーム１５４が回転可能に支持されている。第１の連結アーム１５４の内側には、第１の回転軸の一例としての第１のシャフト１１１′が支持されている。
【００７７】
また、第２軸受プレート１５３には、孔状の第２軸受部１５３ａが形成されている。第２の軸受部１５３ａには、第２の連結腕部の一例として、実施例１の連結アーム１２３に対応する第２の連結アーム１５６が回転可能に支持されている。第２の連結アーム１５６は、第２の軸受部１５３ａを貫通して左方に延びる円柱状の第２の回転軸支持部１５６ａを有する。第２の回転軸支持部１５６ａの左端には、上方に延びる上下連絡腕部１５６ｂが形成されており、上下連絡腕部１５６ｂの上端には、右方に延びる被連結部材支持部１５６ｃが形成されている。被連結部材支持部１５６ｃには、第１のシャフト１１１′の延長線上に延びる被連結部１５６ｄが形成されており、被連結部１５６ｄには、被連結孔１２３ｄと同様に構成された螺子孔状の被連結孔１５６ｅが形成されている。
また、第２の回転軸支持部１５６ａの内端部には、第２の回転軸の一例としての第２のシャフト１２１′が支持されている。
【００７８】
第１のシャフト１１１′には、第１の回転角度検出部材の一例としての第１のポテンショメータ１１３′が連結され、第２のシャフト１２１′には、第２の回転角度検出部材の一例としての第２のポテンショメータ１２２′が連結されている。第１のポテンショメータ１１３′と、第２のポテンショメータ１２２′とは、第２軸受プレート１５３と対向する平板状の関節パーツ基板１１４に支持されている。
なお、実施例２の関節パーツ１５１では、関節パーツ基板１１４に実施例１と同様に中央演算装置１１６と、コネクタ１１７とが支持されているため図示は省略する。
したがって、図１１Ａに示すように関節パーツ１５１の第１の連結アーム１５４、第２の連結アーム１５６には、それぞれ骨格形成パーツＫｏが連結され、各骨格形成パーツＫｏは、関節パーツ１５１を介して、回転可能に連結、支持される。
【００７９】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２の人形Ｕ１では、実施例１と同様に、各関節パーツ１５１の第１のシャフト１１１′や、第１のシャフト１１１′に直交する第２のシャフト１２１′を回転中心として、各骨格形成パーツＫｏを回転させることが可能であり、実施例１の人形Ｕ１と同様に人形Ｕ１に任意の姿勢をとらせることが可能である。
【００８０】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ08）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記各実施例において、人形Ｕ１の肘や膝等に対応する関節の部位は、１つの関節パーツＫ１〜Ｋ４，Ｋ７〜Ｋ１０によって連結させる構成を例示したが、これに限定されず、各関節の部位に上腹関節パーツＫ５や、下腹関節パーツＫ６のように２つ以上の関節パーツを配置することも可能であり、いわゆる、２重関節や、３重関節とすることも可能である。これにより、１つの関節では実現が困難な腕を組む姿勢や、あぐらをかく姿勢等の任意の姿勢をとらせることも可能になる。
【００８１】
（Ｈ02）前記各実施例において、手足首関節パーツＪｏ１〜Ｊｏ４にジョイスティック型の回転角度検出装置を使用した構成を例示したが、これに限定されず、左手首支持部１２ｂや左足首支持部５２ｂ等にも、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２を使用可能である。
（Ｈ03）前記各実施例において、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２や、骨格形成パーツＫｏを螺子によって連結する構成を例示したが、これに限定されず、例えば、磁石や、留め鉤の一例としてのフック、嵌め込み結合部材の一例としてのスナップフィット、あるいは、子供用のブロック（玩具）のように嵌め合いで連結する構成等によって連結可能である。
【００８２】
（Ｈ04）前記各実施例において、上腹関節パーツＫ５や下腹関節パーツＫ６、および、第１の首関節パーツＫ１１や第２の首関節パーツＫ１２では、２軸を有する関節パーツが２つ使用され、合計４軸を有する構成を例示したが、これに限定されず、例えば、重複する軸である２つの第１のシャフト１１１のいずれか一方を回転不能として、結果として、３つの軸回りに回転可能な構成とすることも可能である。
また、３軸や４軸に限定されず、２軸を有する関節パーツを３つ以上組み合わせて、合計５つ以上の軸回りに回転可能な構成とすることも可能である。
（Ｈ05）前記各実施例において、第１のシャフト１１１の延長線上に延びる被連結部１２３ｃの構成を例示したが、これに限定されず、第１のシャフト１１１の軸方向に対して、被連結部１２３ｃが傾斜した方向に延びる構成としたり、フレーム１０１に対して、連結アーム１２３を斜めにすることで、第１のシャフト１１１と第２のシャフト１２３とを連結された骨格パーツＫｏに対して傾斜する傾斜軸として配置することも可能である。
【００８３】
（Ｈ06）前記各実施例において、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４から送信された回転角度情報等を１つのメイン基板３に収束させて、クライアントパソコンＰＣに送信する構成を例示したが、これに限定されず、人形Ｕ１に２つ以上の複数のメイン基板を配置し、回転角度情報等を複数のメイン基板に分散させて、各メイン基板からクライアントパソコンＰＣに送信する構成も可能である。例えば、人形Ｕ１の上半身側から送信された回転角度情報等はメイン基板３に収束させ、下半身側から送信された回転角度情報等は第２のメイン基板３′に収束させて、各メイン基板３，３′からクライアントパソコンＰＣに送信する構成も可能である。
また、各関節パーツＫ１〜Ｋ１２，Ｊｏ１〜Ｊｏ４と、クライアントパソコンＰＣとを直接ケーブルで接続する構成も可能である。また、情報の送受信は、有線方式に限定されず、無線方式で送受信する構成も可能である。
【００８４】
図１２は変更例の回転角度検出装置の概略説明図である。
（Ｈ07）前記各実施例において、図２〜図４に示すように第２のシャフト１２１を回転可能に支持するサイドプレート１０２ｂ，１０２ｃや、第２のシャフト１２１の両端部に支持される連結アーム１２３を有する構成を例示したが、サイドプレート１０２ｂ，１０２ｃのいずれか一方を省略したり、連結アーム１２３を省略したりする構成も可能である。例えば、図１２において、フレーム１０１′がメインフレーム１０２ａの右端からメインプレート１０２ａと直交する方向に延びる第１のサイドプレート１０２ｃ′を有し、第１のシャフト１１１′の下端部に左上腕パーツ１１′を連結、支持し、第１のサイドプレート１０２ｃ′に回転可能に支持された第２のシャフト１２１′に胸部パーツ２の左肩関節支持部７が連結、支持される関節パーツとすることも可能である。図１２の構成では、第１のシャフト１１１′と第２のシャフト１２１′の両方において、３６０°以上回転可能である。
【００８５】
（Ｈ08）前記各実施例において、関節パーツＫ１〜Ｋ１２によって、人形Ｕ１の各骨格パーツＫｏを連結する構成を例示したが、これに限定されず、例えば、第１のシャフト１１１、または、第２のシャフト１２１に駆動源を取り付けた関節パーツＫ１〜Ｋ１２によって、ロボットの骨格パーツを連結する構成も可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１…構造体、４〜８，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ…連結部分、１０１…枠体、１０２ａ…第１の軸支持部、１０２ｂ，１０２ｃ…第２の軸支持部、１１１…第１の回転軸、１１３…第１の回転角度検出部材、１１４…基板、１１６…演算部、１１７…信号送信部、１２１…第２の回転軸、１２２…第２の回転角度検出部材、Ｃ４…位置演算部、Ｃ５…画像処理部、Ｃ６…画像表示部、Ｈ２…表示器、Ｋ１〜Ｋ１２…回転角度検出装置、Ｋｏ…連結体、ＰＣ…計算装置、Ｕ…態様取込装置、Ｕ１…有関節構造体。
【図１】
2011183509.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011183509.tif 000011
【図１０】
2011183509.tif 000012
【図１１】
2011183509.tif 000013
【図１２】
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