(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリップ形状の設計システムであって、
ユーザの握る動作の時系列データである、指及び掌の関節の座標値と曲がり角度を入力する動作入力手段と、
前記動作入力手段からのデータにより、得られる手の折れ線の集合データに、予め測定した指の太さ及び手のひらの厚みのデータを付加して、手の３次元モデルのデータを作成する３次元モデル作成手段と、
前記３次元モデルから、握った状態の手のひら内部の空間のポリゴン面を得る空間ポリゴン面作成手段と、
前記空間ポリゴン面を曲面により近似する曲面近似手段と
を備えることを特徴とするグリップ形状の設計システム。
【請求項２】
請求項１に記載のグリップ形状の設計システムにおいて、
さらに、得られたグリップ形状を雌面とする、金型の雄面を得る金型作成手段を備えることを特徴とするグリップ形状の設計システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のグリップ形状の設計システムの各機能をコンピュータ・システムに構築させるプログラムを格納した記録媒体。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のグリップ形状の設計システムの各機能をコンピュータ・システムに構築させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリップ形状の設計システムに関する。特に、老人や身障者それぞれの使用状況に応じたグリップ形状を設計するのに適したシステムに関する。
【０００２】
【技術的背景】
人間が手で握るグリップ（握り）は、ステッキや傘などの量産品では、あてがいぶちであり、個人ごとの合わせて作成することはできない。個人ごとに合わせて職人が手作業で作成すると、高価になるために、カスタム・メイドのグリップは用いられていない。
老人や手などに傷害がある人では、その人の運動能力に合わせた握りが必要であるが、高価であることや、手作業で作成する人が少ない等のために、必要なグリップ形状を得ることができないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、個人の使用状況に合わせたグリップ形状を簡単に得ることができるグリップ形状の設計システムの提供である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、グリップ形状の設計システムであって、ユーザの握る動作の時系列データである、指及び掌の関節の座標値と曲がり角度を入力する動作入力手段と、前記動作入力手段からのデータにより、得られる手の折れ線の集合データに、予め測定した指の太さ及び手のひらの厚みのデータを付加して、手の３次元モデルのデータを作成する３次元モデル作成手段と、前記３次元モデルから、握った状態の手のひら内部の空間のポリゴン面を得る空間ポリゴン面作成手段と、前記空間ポリゴン面を曲面により近似する曲面近似手段とを備えることを特徴とする。
さらに、得られたグリップ形状を雌面とする、金型の雄面を得る金型作成手段を備えることもできる。
これらのグリップ形状の設計システムの各機能をコンピュータ・システムに構築させるプログラムやそのプログラムを格納した記録媒体も本発明である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態であるグリップ形状設計システム１００の構成例を示す図である。図１に示すように、このシステムは、手の位置や指などの関節の角度を検出できるグローブ１４０と、グローブの位置を検出するための磁界発生器１３０と、磁界発生器１３０とグローブ１４０を制御して、グローブ１４０から位置情報を受け取るコントローラ１２０と、グローブ１４０からの角度情報を受け取るためのインターフェース１５０とで構成されている。
本システムにおいて、手の動きを検出するためのグローブ１４０として用いている（株）ソリッドレイ研究所から販売されているサイバーグローブ（Ｔ）の仕様を図２の表に示す。サイバーグローブと同等に手の動きを検出できるものであれば、何を用いてもよい。
【０００６】
図２に示されているように、サイバーグローブでは位置の測定として、３次元の位置が測定でき、Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれに０．０８ｃｍの精度で、磁界発生器１３０から半径７６ｃｍの範囲の位置を検出できる。磁気による位置センサは、４個までグローブに付けることができる。
サイバーグローブでは、角度は、光ファイバにより歪み率を電圧に変換することで検出しており、１８カ所以上の角度をリニアでリアルタイムで検出することができる。その１８カ所の検出角度例として、
１．親指の付け根の曲げ角度
２．親指の手のひらへの曲げ角度
３．親指の関節の曲げ角度
４．親指と人差し指の開閉
５．人差し指の手のひらへの曲げ角度
６．人差し指の関節の曲げ角度
７．中指の手のひらへの曲げ角度
８．中指の関節の曲げ角度
９．人差し指と中指の開閉
１０．薬指の手のひらへの曲げ角度
１１．薬指の関節の曲げ角度
１２．中指と薬指の開閉
１３．小指の手のひらへの曲げ角度
１４．小指の関節の曲げ角度
１５．薬指と小指の開閉
１６．向かい合った小指と親指の開閉
１７．手首の上下の動き
１８．手首の左右回転の動き
を検出することができる。検出した角度のデータは、インターフェース１５０を介してコンピュータ・システム１１０に例えば直列で送ることができる。
【０００７】
図１，図２に示すようなシステム構成において、どの様にして、グリップ形状を得ることができるのかを図３のフローチャートを用いて説明する。
このシステムでグリップ形状を得るために、まず、例えば、柔らかなゼリー状の物質が入ったゴム袋を用意する。このゴム袋は、ユーザ（被験者）の掴む動作に応じて形を変えるようなものであれば、他のものでも使用可能である。また、ユーザ（被験者）の手の指や手のひらの長さや厚み等の計測を行い、予めコンピュータ・システムに入力をしておく。
このゴム袋を机の上に載せて、ユーザ（被験者）に手を伸ばして掴んでもらう。ユーザは、その後に、その掴んだゴム袋を力を入れて握ってから、机の上に戻すという一連の動作を行う。
この一連の動作は、データグローブをユーザが手にはめているので、指や掌を動かすと、瞬間瞬間の指掌の関節の座標値と関節の曲がり角度についての情報が、シリアルなデータとして、コンピュータ・システム内のファイルに順次書き込まれている（Ｓ２０２）。
【０００８】
このデータは、例えば、ある瞬間ｔにおける人差し指の第１関節の座標値ｘ，ｙ，ｚデータおよび曲がり空間角度ａ，ｂ，ｃが、位置センサが設置されている手首中央の座標（０，０，０）、角度（０，０，０）からの相対的な変位として与えられる。他の１７関節についても、同様である。
このため、時刻ｔにおいては、
関節１について：標（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ａ１，ｂ１，ｃ１）
．．．．．．
関節ｎについて：座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ），角度（ａｎ，ｂｎ，ｃｎ）
．．．．．．
関節１８について：標（ｘ１８，ｙ１８，ｚ１８），角度（ａ１８，ｂ１８，ｃ１８）
である。異なる時刻ｔにおいても、同じように記録される。
このような１８関節の各時刻における相対的な位置と角度の変位は、アスキー・データでファイルに書き込まれる。ユーザは目でファイルの内容を読める。
この得られる時系列データは、手の指を折れ線の集合と仮定して、折れ線の接点部分の座標や角度の時系列変化を記録していることになる（Ｓ２０２参照）。
【０００９】
次に、個別ユーザの、コンピュータに入力済みのデータである指の太さ，手のひらの厚みデータを手を表している折れ線の集合に付加する（Ｓ２０４）。これにより、ユーザの指や手のひらの状態を正確に再現することができる。この段階の指のみを３次元画像として示したのが図４である。図４（ａ）は正面図，図４（ｂ）は側面図，図４（ｃ）は平面図である。このように、手の動きを３次元モデルとして再現できる。
【００１０】
得られた手の３次元モデルから、完全に握りこんでしまった状態の手のひらの内部の空間を、折れ線を端点とするポリゴン面の集合として定義することができる（Ｓ２０６）。この段階を３次元画像として示したものが図５である。図５には指の内部にポリゴン面の集合が生成されていることを示している。図５（ａ）は正面図，図５（ｂ）は側面図，図５（ｃ）は平面図である。また、図６は、定義されたポリゴン面のみを示している。図６（ａ）は正面図，図６（ｂ）は側面図，図６（ｃ）は平面図である。
このようにして定義されたポリゴン面の集合を曲面群として近似する（Ｓ２０８）。握り面としては、図６に示すような角があるものは不適当であり、グリップ（握り）の面として適切である滑らかな曲面を得るためである。
【００１１】
このようにして、完全に握りこんでしまった状態におけるユーザの手のひらの内側が形成する曲面に適合する「握り」の形状を得ることができる。この「握り」の形状を、既存のＣＡＤ／ＣＡＭ技術を用いて、例えばＮＣ加工で、木やプラスチック等の材料により形成できる。図７に、この様にして作成された２つのグリップ（握り）の例を示す。
これで、ユーザに最適な形状を有するグリップを得ることができる。
【００１２】
握りの制作上、金型が必要な場合は、この握りの曲面を雌面とする凸の雄面を作成し、グリップの金型を得ることができる（Ｓ２１０）。この金型を利用して、プラスチック等で握りを作成することができる。
この様にして作成されたグリップを杖等に取り付けることで、ユーザが握りやすい杖等を作成する。
【００１３】
＜得られる時系列データの有用性＞
例えば、脳溢血などで右手の人差し指が不自由になったユーザに、データグローブを装着してもらい、杖の握りや、カップの握りを右手で握る動作をしてもらう場合で説明する。このユーザでは、人差し指が不自由なので、自由に動く他の指（例えば中指）を動かして、「握り」（即ち、ゴム袋）に触れる。そして、他の指が順次「握り」に触れてゆき、不自由な人差し指は、最後に「握り」に触れるかまたは触れないままである。
本システムでは、時系列データを記録しているために、この様なユーザにおいては、
項目１：指掌が「握り」から完全に離れている状態
項目２：自由な指が「握り」に順次触れていく状態の推移
項目３：「握り」を完全に握りこんでしまった状態
というような時系列の指掌の動作データが得られる。
この動作データを用いることにより、どの指が不自由であるか、またその不自由のレベルが分かるので、上記項目２の中で、最初に「握り」に触れる指先が確実に「握り」を確保するように、例えば滑り止めの小さなゴム板などを「握り」のその個所に張り付けるようにすることにより、確実に「握り」を確保することを援助できる。既存の手法では、上記項目３に関するデータしか得られなかった。
【００１４】
【発明の効果】
上述したような本発明の構成を用いることにより、ユーザ個々の運動能力に応じた、最適な握りの形状を得て、その形状を有する握りをＣＡＤ／ＣＡＭを利用して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成を示す図である。
【図２】実施形態で用いたサイバーグローブの仕様を示す表である。
【図３】握りの形状を得るための処理フローを示すフローチャートである。
【図４】検出された手の動きの３次元画像を示す図である。
【図５】手の動きから、手のひら内部をポリゴン面の集合として定義している様子を示す図である。
【図６】定義されたポリゴン面の集合を示す図である。
【図７】得られた握りの形状によりＣＡＤ／ＣＡＭにより作成された握りを示す図である。
【符号の説明】
１００            グリップ形状設計システム
１１０            コンピュータ・システム
１２０            コントローラ
１３０            磁界発生器
１４０            グローブ
１５０            インターフェース
【図１】
0004071511.tif 000002
【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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