(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、対で互い直交しておりかつｘ，ｙおよびｚ軸方向で互いにスライドする３つのガイドレールからなり、デカルト座標系を規定する、曲げ抵抗性のおよび捩り剛性のｘ，ｙ，ｚ方向のリニアガイドに、取り付けられているハンドレシーバに関する。経路信号発信器は、複数のガイドレールのｘ，ｙおよびｚ軸方向でのレシーバの並進運動成分を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対で互い直交しておりかつｘ，ｙおよびｚ軸方向で互いにスライドする３つのガイドレール（２０，２４，２８）を有し、デカルト座標系を規定する、曲げ抵抗および捩り剛性を有するｘ，ｙ，ｚ方向のリニアガイドに、取り付けられているハンドレシーバ（１２）と、前記ガイドレール（２０，２４，２８）のｘ，ｙおよびｚ軸方向での前記レシーバ（１２）の並進運動成分を検出するための経路信号発信器とを具備し、手を３つの全空間方向に動かすことによってデータを集めるための装置。
【請求項２】
前記装置は、複数のガイドレール（２０，２４，２８）および複数のスライダ（２２，２６）の位置を検出するための複数の発信器を有し、前記スライダは、各々のガイドレール（２０，２４，２８）に沿ってスライド可能に案内され、それ自体、各々のガイドレール（２４，２８）を担持しおよび／またはスライド可能に案内することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第1のガイドレール（２０）は、固設されること、この第1のガイドレール（２０）に沿って第1のスライダ（２２）がスライド可能に案内され、このスライダは、前記第1のガイドレール（２０）に直交する第２のガイドレール（２４）を担持すること、この第２のガイドレール（２４）に沿って第２のスライダ（２６）がスライド可能に案内され、このスライダには、第１のおよび第２のガイドレール（２０，２４）に直交する第３のガイドレール（２８）がスライド可能に案内されること、および前記ハンドレシーバ（１２）は前記第３のガイドレール（２８）に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第1のガイドレール（２０）は固設されていること、この第1のガイドレール（２０）に沿って第1のスライダ（２２）がスライド可能に案内され、このスライダは、前記第1のガイドレール（２０）に直交する第２のガイドレール（２４）を担持すること、この第２のガイドレール（２４）に沿って第２のスライダ（２６）がスライド可能に案内され、このスライダは、前記第１のおよび第２のガイドレール（２０，２４）に直交する第３のガイドレール（２８）を把持すること、および前記ハンドレシーバ（１２）は前記第３のガイドレール（２８）に沿ってスライド可能に案内されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第３のガイドレール（２８）は、自動心出しトルクに抗して、軸を中心として回転可能であり、角度信号発信器を有することを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のスライダ（２２，２６）は、前記ガイドレール（２０，２４，２８）に沿ってモータ駆動され、あるいは逆も可能であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか1に記載の装置。
【請求項７】
前記複数のスライダ（２２，２６）は、前記ガイドレール（２０，２４，２８）に制動され、あるいは逆も可能であることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか1に記載の装置。
【請求項８】
制動力は調整可能であり、好ましくは前記複数のガイドレール（２０，２４，２８）および複数のスライダ（２２，２６）の相対位置に従って調整可能であることを特徴とする請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記ガイドレール（２０，２４，２８）の少なくとも１つは、丸棒であることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか1に記載の装置。
【請求項１０】
前記レシーバ（１２）は、手のひらおよび手の甲のための接触区域（３０ないし３３）と、これらの接触区域の間にあり２本の指の間に位置しているクロスバー（３４）とからなるダブルＴ形材を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか1に記載の装置。
【請求項１１】
前記レシーバ（１２）は、このレシーバ（１２）にある手の親指および人差し指の挟み操作によって操作可能でありかつ切換信号を供するスイッチを有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか1に記載の装置。
【請求項１２】
前記レシーバ（１２）は、前記レシーバ（１２）にある手の親指および中指の挟み操作によって操作可能でありかつ切換信号を供するスイッチを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか1に記載の装置。
【請求項１３】
前記レシーバ（１２）は、回転自在であり、角度信号発生器を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか1に記載の装置。
【請求項１４】
空間での視覚的な観察下にある物体（１０）の動きを制御するための、請求項１ないし１３のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項１５】
前記レシーバ（１２）の並進運動成分を検出するための経路信号発信器からの信号が、同一の軸および同一方向における前記物体（１０）の、同期的な、視覚的に少なくとも仮想的にほぼ平行な並進的な動きを制御するために、用いられることを特徴とする請求項１４に記載の使用。
【請求項１６】
前記物体の動きの区間は、前記レシーバ（１２）の区間に比例することを特徴とする請求項１４または１５に記載の使用。
【請求項１７】
前記物体（１０）は、直接的な視覚的な観察下にあることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項１８】
前記物体（１０）は、顕微鏡的な観察下にあることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項１９】
前記物体（１０）は、内視鏡的な観察下にあることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項２０】
空間軌道を芸術的に形成するための、請求項１ないし１３のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項２１】
筆跡学的な研究のための、請求項１ないし１３のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項２２】
運動生理学的な研究のための、請求項１ないし１３のいずれか1に記載の装置の使用。
【請求項２３】
特に、コンピュータのモニタへ及ぼすカーソルの影響によって、コンピュータを制御するための、請求項１ないし１３のいずれか1に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手の動きによってデータを集めるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、コンピュータのマウスとして周知である。マウスは手で操作される。マウスの、平らな下敷き上での移動運動は、２次元で検出され、モニタの画面を介してカーソルの動きを制御するために用いられるデータに変換される。マウスは、マウスの左側のクリックおよび右側のクリックのための複数のボタンを有する。このクリックは、夫々、人差し指および中指で実行される。いわゆるスクロールマウスでは、データ入力のために、更に、複数のボタンの間に、回転ボタン式調整部材が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、人間と、その人間によって制御される装置またはシステムとの間に、人間の手の動きの器用さを最適に活用する汎用のインタフェースを形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決する装置は、データを集めるべく、人間の手の動きを、３つの全空間方向に変換する。この装置は、ハンドレシーバを有する。このハンドレシーバは、デカルト座標系を規定しかつ３つのガイドレールからなる曲げ抵抗性のおよび捩り剛性のｘ，ｙ，ｚ方向のリニアガイドに取り付けられており、これらのガイドレールは、対で互い直交しておりかつｘ，ｙおよびｚ軸方向で互いにスライドする。複数のガイドレールは、スライド方向に出来る限り僅かな摩擦、高い曲げ抵抗性および高い捩り剛性を有するほうがよい。装置は、複数のガイドレールのｘ，ｙおよびｚ軸方向でのレシーバの並進運動成分を検出するための経路信号発信器を有する。
【０００５】
各々のリニアガイドレールは、一般的に、５つの自由度、すなわち、２つの並進自由度および３つの回転自由度を非活動化し、ただ1つの並進自由度を残すという特徴を有する。このことがリニアガイドレールのどの内部構造によって達成されるのかは、本発明にとって重要ではない。例えば、２つの平行なガイド棒と、スライドガイドまたはローラガイドを有しかつこれらのガイド棒に設けられているスライダとを考えてみよ。
【０００６】
デカルト座標系を規定するｘ，ｙ，ｚ方向のリニアガイドによる運動成分の検出は、人間の手の器用さを最適に変換し、特に容易に更に処理されるデータを供する。複数の軌道が、空間において、他の３Ｄ座標で、例えば、非直交の３重ベクトルをベースにする座標、シリンダ座標、球座標で表わされることもよく注意してもらいたい。しかしながら、これらの座標の、３Ｄガイドへの変換は、一部は、非常にコストがかかり、一部は、異方性の摩擦特性の故に、良い触覚的な感覚を供しない。９０°とは少し異なる中間角度を有する３重ベクトルは、本発明の意味するデカルト座標系を規定する。
【０００７】
好ましい実施の形態では、装置は、複数のガイドレールおよび複数のスライダの位置を検出するための複数の発信器を有する。これらのスライダは、各々のガイドレールに沿ってスライド可能に案内され、それ自体、各々のガイドレールを担持しおよび／またはスライド可能に案内する。ガイドレールおよびスライダは、運動的に交換される。
【０００８】
好ましい実施の形態では、第1のガイドレールは固設されている。この第1のガイドレールに沿って第1のスライダがスライド可能に案内され、このスライダは、第1のガイドレールに直交する第２のガイドレールを担持する。この第２のガイドレールに沿って第２のスライダがスライド可能に案内され、このスライダに沿って、第１のおよび第２のガイドレールに直交する第３のガイドレールがスライド可能に案内される。ハンドレシーバは第３のガイドレールに取り付けられている。
【０００９】
代替の好ましい実施の形態では、第1のガイドレールは固設されている。この第1のガイドレールに沿って第1のスライダがスライド可能に案内され、このスライダは、第1のガイドレールに直交する第２のガイドレールを担持する。この第２のガイドレールに沿って第２のスライダがスライド可能に案内され、このスライダは、第１のおよび第２のガイドレールに直交する第３のガイドレールを担持する。ハンドレシーバは第３のガイドレールに沿ってスライド可能に案内される。
【００１０】
好ましい実施の形態では、第３のガイドレールは、自動心出しトルクに抗して、軸を中心として回転可能であり、角度信号発信器を有する。
【００１１】
好ましい実施の形態では、複数のスライダは、複数のガイドレールにモータ駆動され、あるいは逆も可能である。駆動モータによって、アクティブな、位置依存の力を、例えば、力のフィードバックのため、校正のため等に加えることができる。
【００１２】
好ましい実施の形態では、複数のスライダは、複数のガイドレールに制動され、あるいは逆も可能である。制動力が、特に、複数のガイドレールおよび複数のスライダの相対位置に従って、調整可能であることは好ましい。このことによって、良好な制御感覚および高い位置正確性が達成される。
【００１３】
好ましい実施の形態では、複数のガイドレールのうちの少なくとも１は丸棒である。
【００１４】
好ましい実施の形態では、レシーバは、手のひらおよび手の甲のための複数の接触区域と、これらの接触区域の間にありかつ２本の指の間に位置しているクロスバーとからなるダブルＴ形材を有する。
【００１５】
好ましい実施の形態では、レシーバは、レシーバにある手の親指および人差し指の挟み操作によって操作されかつ切換信号を供するスイッチを有する。このような信号によって、マウスの左側のクリックがなされる。
【００１６】
好ましい実施の形態では、レシーバは、レシーバにある手の親指および中指の挟み操作によって操作されかつ切換信号を供するスイッチを有する。このような信号によって、マウスの右側のクリックがなされる。
【００１７】
好ましい実施の形態では、レシーバは、回転自在であり、角度信号発生器を有する。従って、装置は、手の回転をデータに変換する。前腕関節の軸を中心としたおよび手関節の２つの互いに直角な軸を中心とした回転自由度がある。
【００１８】
経路信号発生器、スイッチおよび角度信号発生器によって供される信号は、アナログ的、ディジタル的、電気的、電子的、オプト電子的または光学的であってもよい。ディジタル電子式の制御技術およびデータ処理のための信号が、最重要である。
【００１９】
装置は、空間での視覚的な観察下にある物体の動きを制御するための好ましい使用を有する。レシーバの並進運動成分を検出するための経路信号発信器からの信号が、同一の軸および同一方向における物体の、同期的な、視覚的に少なくとも仮想的にほぼ平行な並進的な動きを制御するために、用いられる。
【００２０】
好ましい実施の形態では、物体の動きの区間は、レシーバの区間に比例する。物体が進む区間は、レシーバにある手が進む区間より大きいか、その区間と同じか、その区間より小さいかである。
【００２１】
好ましい実施の形態では、物体は、直接的な視覚的な観察下にある。この変形例は、操作技術および加工技術における使用を有する。
【００２２】
代替の好ましい実施の形態では、物体は、顕微鏡的な観察下にある。この変形例は、微小外科および神経外科での適用を有する。
【００２３】
代替の好ましい実施の形態では、物体は、内視鏡的な観察下にある。この変形例は、最小侵襲外科での適用を有する。
【００２４】
装置の他の可能な使用は、芸術的な空間軌道形成ならびに筆跡学的なおよび運動生理学的な研究にある。当然、特に、コンピュータのモニタへ及ぼすカーソルの影響によって、コンピュータを制御するための装置が用いられることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面に示した複数の実施の形態を参照して本発明を詳述する。図1の絵では、物体１０の動きを制御する人は、右利きの人である。この人は右腕を曲げており、右手を浮かしている。腕の位置は、ピアノ演奏者の腕の位置にほぼ対応する。
【００２６】
人は、この人が観察している物体１０の動きを、手の並進運動により制御する。人は、手を、左右、上下および前後に動かす。これらの動きは、同一の軸でおよび同一方向で、物体１０の動きに変換される。親指と人差し指との挟み操作によって、人は、マウスの左側のクリックを行ない、親指と中指のと挟み操作によってマウスの右側のクリックを行なう。更に、手の回転が検出され、物体１０の動きを制御するために用いられる。
【００２７】
図２は、手の動きを検出しかつ物体１０の動きに変換する装置を示す。この装置は、物体１０を制御する手のための、複数の指穴を有するレシーバ１２を有する。  
このレシーバ１２は、複数の指に、マウスの前記クリックを生じさせる挟み操作のための遊び与える。
【００２８】
図３および４に示す実施の形態では、レシーバ１２は、手のひらおよび手の甲のための接触プレート３０，３１と、２つの接触プレートの間で延びており、中指と薬指との間に位置されるクロスバー３４とを有するダブルＴ形材を具備する。手の甲の上方で延びる関節棒３６には、人差し指および中指のための２つのコンタクト４０を有するＥ形材の形態のクリックボタン３８が、接続されている。これらコンタクトは、親指によって下方から把持される延長された中央脚部４２の上面に設けられている。
【００２９】
図５および図６に示す実施の形態では、レシーバ１２は、手のひらおよび手の甲のための複数の球形の接触体３２，３３を有する。
【００３０】
図２に戻れば、レシーバ１２は、直角座標のｘ，ｙ，ｚ方向ガイドに、回転自在に取着されている。このガイドは、曲げられたアーム１６によってテーブルプレート１８に取り付けられている。角度信号発生器は、手の回転に対応するレシーバ１２の回転を検出する。
【００３１】
アーム１６には、ｘ，ｙ，ｚ方向ガイドのｚ方向レール２０が動かないように据えられており、このｚ方向レールは、水平方向に前後に延びている。ｚ方向レール２０には、縦方向調整可能にスライダ２２が取着されており、このスライダは、ｘ、ｙ、ｚ方向ガイドのｘ方向レール２４を把持している。このｘ方向レール２４は、水平方向に左右に延びている。ｘ方向レール２４には、縦方向調整可能にスライダ２６が取着されている。このスライダに沿って、ｘ，ｙ，ｚ方向ガイドのｙ方向レール２８が縦方向調整可能に案内される。このｙ方向レール２８は、垂直方向に延びている。ｙ方向レールの下端には、レシーバ１２が取着されている。ｘ方向レール２４およびｚ方向レール２０はリニアガイドレールである。
【００３２】
図５に示した変形例では、ｚ方向レール２０は、テーブルプレート１８の上面に直に取着されている。ｘ方向レール２４上のスライダ２６は、垂直方向のｙ方向レール２８を把持している。レシーバ１２は、ｙ方向レール２８に沿って縦方向調整可能に案内される。
【００３３】
ｘ，ｙ，ｚ方向ガイドは、複数のレール２０，２４，２８および複数のスライダ２２，２６の位置を検出するための複数の信号発信器を有する。これらの信号発信器は、電位差計式発信器であってもよい。複数のレール２０，２４，２８および複数のスライダ２２，２６のローラガイドの場合、複数のローラに設けられた複数の角度回転発信器が可能であり、複数のラック歯車の場合、複数の歯車に設けられた複数の角度回転発信器が可能である。
【００３４】
複数のスライダ２２，２６は、複数のレール２０，２４，２８に、調整可能な制動力によって制動される。この目的のために、電磁石式のブレーキが用いられる。
【００３５】
図７のブロック線図が示すように、経路コーディング（Wegcodierungen）４４ｘ，ｙ，ｚ、回転角度コーディング４６および他のデータ４８、特に、マウスのクリックは、逐次的なコーディングとして、データプロトコル５０へ入力され、コンピュータ５２に送られる。このコンピュータは、複数の電力段５６を有する複数のアナログ出力端５４に、複数のブレーキ５８ｘ，ｙ，ｚ用の制御信号を供する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】人が観察している物体の、空間における動きを、手によって制御する人を示す。
【図２】ハンドレシーバを有しかつ制御のために用いられる装置の斜視図を示す。
【図３】変形したレシーバの斜視図を示す。
【図４】図３に示すレシーバの正面図を示す。
【図５】他のレシーバの斜視図を示す。
【図６】図５に示すレシーバの正面図を示す。
【図７】ブロック線図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１０  物体
１２  レシーバ
１４  指穴
１６  アーム
１８  テーブルプレート
２０  ｚ方向レール
２２  スライダ
２４  ｘ方向レール
２６  スライダ
２８  ｙ方向レール
３０  接触プレート
３１  接触プレート
３２  接触プレート
３３  接触プレート
３４  クロスバー
３６  関節棒
３８  クリックボタン
４０  コンタクト
４２  中央脚部
４４  経路コーディング
４６  回転角度コーディング
４８  マウスのクリック
５０  データプロトコル
５２  コンピュータ
５４  アナログ出力端
５６  電力段
５８  ブレーキ。
【図１】
2008516315.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】
2008516315.tif 000009
【国際調査報告】
2008516315.tif 000010
2008516315.tif 000011
2008516315.tif 000012
2008516315.tif 000013