(57)【要約】  本発明は、オブジェクト（８、１４）の位置を空間内で制御するための３Ｄ入力装置（１）であって、制御パラメータを３つの空間座標に対して入力できる手動操作可能な３Ｄ入力素子（３）を備えるとともに、回転を操作した際に回転角度に応じて出力信号を生成する回転コントローラ（４）を備える、３Ｄ入力装置に関する。本発明によれば、３Ｄ入力装置（１）は、回転コントローラ（４）において実行される回転運動に応じてオブジェクト（８、１４）を空間内で動かす制御ユニット（２１）を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクト（８、１４）の位置を空間内で制御するための３Ｄ入力装置（１）であって、並進及び／又は回転する制御パラメータを６自由度で、すなわち３つの空間座標上あるいは空間座標周りに設定できる手動操作可能な３Ｄ入力素子（３）を備えるとともに、回転を操作した際に回転角度に応じて出力信号を生成する補足的な回転コントローラ（４）を備える、３Ｄ入力装置（１）において、前記回転コントローラ（４）によって生成された前記出力信号を処理し、前記回転コントローラ（４）において実行される回転運動に応じて前記オブジェクト（８、１４）を空間内で並進移動させる、制御ユニット（２１）を特徴とする、３Ｄ入力装置（１）。
【請求項２】
前記制御ユニット（２１）は、前記回転コントローラ（４）において実行される回転運動に応じて前記オブジェクト（８、１４）の位置制御を実行し、前記オブジェクト（８、１４）によって進められる行程は、前記回転コントローラ（４）に対して設定された回転角度に応じることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項３】
前記制御ユニット（２１）は、それまでの移動行程（１８）に関するデータを算出し、前記回転コントローラ（４）を回転操作する際に、前記それまでの移動行程（１８）に応じてオブジェクト（８）を動かすことを特徴とする、請求項１又は２に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項４】
特定の移動方向に設定するための１つ又は複数のその他の手動操作可能な入力素子（６）が設けられることと、前記制御ユニット（２１）は、１つ又は複数の前記入力素子（６）の操作に応じて、かつ前記回転コントローラ（４）で実行される回転運動に応じて、前記オブジェクト（８）を特定の方向に動かすこととを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項５】
前記制御ユニット（２１）は、前記３Ｄ入力素子（３）に対して実行された前記制御パラメータに応じて前記オブジェクト（８）の速度制御を実行することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項６】
前記制御ユニット（２１）は、被制御オブジェクト（８）が、前記回転コントローラ（４）を第１の回転方向に操作した際に第１の移動方向に動き、前記回転コントローラ（４）を第２の回転方向に操作した際は逆の移動方向に動くように形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項７】
前記３Ｄ入力素子（３）及び／又は前記回転コントローラ（４）を操作した際に実行する前記制御装置の技術及び／又は感度は、被制御オブジェクト（８）の位置に対応することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項８】
前記制御ユニット（２１）は、設定した局所領域（１６）の内部では、例えば位置制御のような第１の制御技術を実行し、設定領域（１６）の外部では、例えば速度制御のような別の第２の制御技術を実行することを特徴とする、請求項７に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項９】
前記３Ｄ入力素子（３）及び／又は前記回転コントローラ（４）の感度は、前記被制御オブジェクト（８）が設定した局所領域（１６）の内部にあるときは、被制御オブジェクト（８）が前記領域（１６）の外部にあるときよりも低いことを特徴とする、請求項７に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項１０】
前記領域（１６）は、前記回転コントローラ（４）を特定の回転角度に回した際に前記オブジェクト（８）が前記領域（１６）の端から前記領域（１６）の中央点（Ｂ）まで移動できるように規定されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項１１】
前記領域（１６）の前記中央点は、目的点（Ｂ）に相当することを特徴とする、請求項１０に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項１２】
３Ｄ入力装置（１）を用いてオブジェクト（８）を空間内で制御する方法であって、前記３Ｄ入力装置は、並進かつ回転する制御パラメータを６自由度で、すなわち３つの空間座標上あるいは空間座標周りに設定できる手動操作可能な３Ｄ入力装置（３）と、回転コントローラ（４）とを備え、該方法は、
−前記３Ｄ入力素子（３）の操作に応答し、前記制御パラメータに応じて前記オブジェクト（８、１４）を空間内で動かすステップ、及び
−前記回転コントローラ（４）の操作に応答し、前記回転コントローラにおいて実行される回転運動に応じて前記オブジェクト（８、１４）の並進移動を実行するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記オブジェクト（８、１４）は、前記回転コントローラ（４）を回転操作した際に、前記３Ｄ入力素子（３）を介して実行されたそれまでの移動行程（１８）に応じてさらに動くことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記オブジェクト（８、１４）は、前記回転コントローラ（４）を操作した際に位置を制御され、前記３Ｄ入力素子（３）を操作した際に速度を制御されることを特徴とする、請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記オブジェクト（８、１４）は、前記回転コントローラ（４）を操作した際は、前記３Ｄ入力素子（３）を操作した際よりも低い感度で動くことを特徴とする、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載のオブジェクトの位置を空間内で制御するための３Ｄ入力装置に関する。
【０００２】
以下に記載する手動操作可能な入力装置は、ＣＡＤプログラムなどのソフトウェアアプリケーショの制御、又は携帯型装置もしくはロボット、工具、輸送手段などの機械の制御、あるいはその他の装置の制御に使用される。典型的な入力装置は、例えば、仮想又は現実のオブジェクトを空間内で制御するためのマウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール又は３Ｄ入力装置などである。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１から例えば３Ｄ入力装置が公知であり、同装置は３Ｄ制御素子及び補足的な回転コントローラを備えている。３Ｄ制御素子に関してユーザは、並進及び回転の制御パラメータを例えば３つの空間軸上又は空間軸周りで（つまり６自由度で）入力できる。回転コントローラを操作することによってこれ以外の機能を実行できる。そのため、回転コントローラを回転させることによって、例えば３Ｄ制御の感度を変化させたり、画面の明るさを調整したり、画面のズーム範囲を規定したりでき、図示した素子では回転方向に応じて拡大又は縮小できる。
【０００４】
特許文献２には、並進及び回転の制御パラメータを合計６自由度で設定できる３Ｄ入力装置が記載されている。そのためにこの３Ｄ入力装置は、３つの別々の入力素子、すなわちトラックボール、回転コントローラ及びボールを備え、このそれぞれに対して制御パラメータを１つ又は複数の自由度で設定できる。１つのオブジェクトを合計６自由度で動かすことができる。
【０００５】
その他の３Ｄ入力装置が例えば特許文献３で知られている。
【０００６】
公知の３Ｄ入力装置は通常、速度制御を実行する。つまり、３Ｄ入力素子の特定の偏位が、オブジェクトが空間内を移動する特定の速度に変換される。その際、３Ｄ入力素子の特定の位置がオブジェクトの特定の速度に相当する。ユーザがオブジェクトを停止したいときは、３Ｄ入力素子をニュートラル位置に戻さなければならない。そのようなシステムでは、当然ながらオブジェクトを比較的大まかにしか制御できない。ロボットのようなオブジェクトを正確に制御するために速度を制御する方法は不適切である。なぜなら、ピンポイントで位置決めするほど正確ではなく、極めて高度なスキルが必要だからである。その理由はとりわけ、ユーザが３Ｄ入力素子をまだニュートラル位置に戻している間にロボットがさらに動くことにある。ロボットを的確に制御するためにユーザは、あらゆる操作状態でのロボットの挙動を把握して手動で調整しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許第１０  ２００８  ０１９  １４４  明細書
【特許文献２】米国特許第５  ５６１  ４４５Ａ  明細書
【特許文献３】国際公開第０２／０６５２６９号  パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、オブジェクトの位置を空間内で制御するための３Ｄ入力装置であって、手動操作が可能で、オブジェクトを容易かつ正確に空間内で制御できる装置を達成することである。
【０００９】
この課題は、独立請求項に記載の特徴を通して本発明によって解決される。本発明のその他の形態は、従属請求項から明らかになる。
【００１０】
本発明によれば、オブジェクトの位置を空間内で制御するための３Ｄ入力装置であって、並進及び／又は回転の制御パラメータを少なくとも３つの（デカルト）空間座標上あるいは空間座標周りに設定でき、手動操作可能な３Ｄ入力素子を備えるとともに、回転を操作した際に回転角度に応じて出力信号を生成する補足的な回転コントローラをさらに備える、３Ｄ入力装置が提供される。本発明によれば、制御ユニットは、回転コントローラによって実行される回転運動に応じてオブジェクトを空間内で並進移動させるように想定されている。つまり、被制御オブジェクトは、回転コントローラを操作した際に、開始点から目的点まで直線的な、具体的には一直線の動きをする。したがって、本発明による入力装置は、３Ｄ入力素子だけでなく回転コントローラも用いてオブジェクトを制御又は位置決めする可能性を提供する。回転コントローラの感度が３Ｄ入力装置よりも低い場合、回転コントローラを用いる方が３Ｄ入力素子を用いるよりも正確にオブジェクトを制御できる。感度に応じてオブジェクトは、特定の制御パラメータを受けた際に、様々な速度で、あるいは様々な範囲を動き、より高い感度を用いた場合に、オブジェクトは比較的速く又は大きく動く。
【００１１】
「オブジェクト」とは、本明細書の枠組みではあらゆる機械又は装置を指し、このオブジェクトは、例えば電動モータなどのアクチュエータを１つ以上用いて動かせるものである。このほか、本発明の場合、「オブジェクト」は仮想のオブジェクトのことでもあり、これは、例えば画面に表示され、ユーザがソフトウェアアプリケーションを用いて制御できるものである。
【００１２】
本発明による３Ｄ入力装置は、原則として、３Ｄ入力素子又は回転コントローラを操作した際に、それぞれが位置制御か速度制御かのいずれかを実行するように構成されてよい。本発明の好適な実施形態によれば、回転コントローラを操作した際に位置制御が実行され、この位置制御によってオブジェクトは、回転コントローラの回転運動に対応して空間内を動く。位置制御を利用することによって、ユーザは通常、速度制御したときよりも遙かに速く正確に所望の目的点を制御でき、そのため長期にわたって練習する必要はない。
【００１３】
「位置制御」とは、ユーザが回転コントローラで実行する制御パラメータを、被制御オブジェクトの適切な位置変更に変換するという制御又は調節のことである。回転運動の範囲によって、被制御オブジェクトが開始点から終了点まで進む距離が決まり、その場合にユーザの制御パラメータは、所定のスケールファクタによって被制御オブジェクトの適切な運動に変換される。
【００１４】
本発明の特定の実施形態によれば、３Ｄ入力装置は、ユーザが３Ｄ入力素子で実行する制御パラメータにより、被制御オブジェクトが適切な速度に変わるように構成される。回転コントローラを回転操作した際に位置制御を実現することが好ましい。このようにする代わりに、３Ｄ入力素子で実行される制御パラメータで、例えば位置制御を起こすこともできる。この場合、３Ｄ入力素子の感度が回転コントローラの感度よりも高いことが好ましい。
【００１５】
本発明の一実施形態では、両方の入力手段（３Ｄ入力素子と回転コントローラ）で速度制御を実行した場合にも同じことが当てはまる。
【００１６】
本発明によれば、オブジェクトは、回転コントローラを回転運動させた際に、オブジェクトのそれまでの移動行程に応じてさらに動くようになっている。それまでの移動行程が例えば直線に沿って伸びていれば、オブジェクトは直線に沿ってさらに動くことが好ましい。一方、湾曲している場合、オブジェクトは、曲率半径がほぼ同じである曲線に沿ってさらに動くことが好ましい。特定の実施形態によれば、それまでの移動行程の一点、特に終了点では、例えば漸近線も算出でき、オブジェクトはこの漸近線に沿ってさらに動くことができる。
【００１７】
本発明の好適な実施形態によれば、３Ｄ入力装置は、１つ又は複数のその他の入力素子を備え、例えばそれは、回転コントローラを回転させた際にオブジェクトが従うはずの特定の移動方向を設定するためのボタンなどである。その他の入力素子を用いて、例えばｘ方向、ｙ方向又はｚ方向への移動、あるいは該軸のうちの１つの軸周りの回転を設定できる。これらの補足的な入力素子の１つを操作し、回転コントローラを手動で回転させると、オブジェクトは所望の方向に動く。そのため、補足的な入力素子及び回転コントローラを用いると、オブジェクトを所望の各空間方向に動かし、及び／又はオブジェクトをそれぞれの空間軸周りに回転させることが可能である。任意選択で、移動方向をソフトウェアに基づいて構成することもできる。
【００１８】
被制御オブジェクトによって実行される動きは、回転コントローラの回転方向に対応することが好ましい。好適な実施形態によれば、３Ｄ入力装置は、オブジェクトが、回転コントローラを第１の回転方向に操作した際に第１の移動方向に動き、回転コントローラをもう一方の回転方向に操作した際は逆方向に動くように形成される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、制御方法（つまり位置制御又は速度制御）及び／又はそれぞれの入力装置（３Ｄ入力素子又は回転コントローラ）の感度は、被制御オブジェクトが存在する位置に応じてよい。そのため、例えば、回転コントローラを操作する際に、被制御オブジェクトが設定された領域の内部にあれば第１の感度で位置制御を実行し、オブジェクトが領域の外部にあれば第２の感度で位置制御を実行するように想定できる。領域内部の感度は、領域外部よりも低いことが好ましい。任意選択で、同じことが３Ｄ入力素子を操作する場合にも当てはまる。
【００２０】
このようにする代わりに、本発明による３Ｄ入力装置は、回転コントローラを操作する際に、被制御オブジェクトが設定した空間領域の内部にあれば位置制御を実行し、オブジェクトが１つ又は複数の別の空間領域の外部にあれば速度制御を実行するように設計されてもよい。任意選択で、同じことが３Ｄ入力素子を操作する場合にも当てはまる。
【００２１】
前述の領域は、回転コントローラが完全に一回転した際に、制御すべきオブジェクトが空間領域の端からその領域の中間点まで動けるように規定されることが好ましい。領域は、例えば球体形状をした空間領域であることが好ましい。このようにする代わりに、前述したように、より細かい又は粗い変換を選択することもできる。
【００２２】
空間領域の大きさ及び／又は場所、制御技術及び／又は感度を、空間領域の内部又は外部で、例えば適切なソフトウェアメニューを用いてユーザが希望に応じて設定できることが好ましい。したがって、経験の浅いユーザは、熟練のユーザよりも、例えば大きめの領域及び／又は低めの感度を選択できる。
【００２３】
本発明は、３Ｄ入力装置を用いてオブジェクトを空間内で制御する方法でもあって、３Ｄ入力装置が、３つの（デカルト）空間座標上又は空間座標周りに制御パラメータを入力できる手動操作可能な３Ｄ入力素子と、回転コントローラとを備え、回転コントローラが、回転操作の際に回転角度に応じた出力信号を生成し、以下のステップからなる方法である。すなわち、３Ｄ入力素子を操作に応答して、３Ｄ入力素子で実行される制御パラメータに応じて、かつ、回転コントローラの操作に対する応答で、被制御オブジェクトを動かすステップ、及び回転コントローラで実行される回転運動に応じて制御対象のオブジェクトを動かすステップ。
【００２４】
このようにするために、３Ｄ入力素子及び回転コントローラの出力信号は制御装置によって処理され、その際に制御装置は、被制御オブジェクトの１つ又は複数のアクチュエータ、又はソフトウェアアプリケーションを適切に制御する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下に本発明を添付の図面に基づいて具体例を挙げてさらに詳細に説明していく。
【００２６】
【図１】補足的な回転コントローラを有する先行技術による公知の３Ｄ入力装置の斜視図である。
【図２】図１の３Ｄ入力装置を用いて制御されるロボットを有するロボットシステムの図である。
【図３】器具のエンドエフェクタによって進んだ様々な移動行程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、図２に具体的に示したようなロボット（８）を制御するための３Ｄ入力装置（１）の実施例を示している。３Ｄ入力装置は、他の任意の機械又はＣＡＤソフトウェアなどのソフトウェアアプリケーションを制御するために使用することもできる。入力装置（１）は、全３つのデカルト空間軸上あるいは空間軸周りで、並進及び／又は回転の制御パラメータを適切な電気制御信号に変換できる。
【００２８】
図１に示した３Ｄ入力装置（１）は、３Ｄ入力素子（３）を有する基体（２）を備え、この入力素子は、ここでは基体（２）と可動式に連結しているキャップの形態に形成されている。３Ｄ入力素子（３）は、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に動かせるとともに、前記軸周りに旋回あるいは回転でき、３Ｄセンサの一部を形成し、このセンサの本来のセンサ素子は基体（２）の内部に配置されている。３Ｄセンサは、例えば独国特許第１０  ２００６  ０５８  ８０５号に記載されている３Ｄ測定システムであってよい。
【００２９】
３Ｄ入力素子（３）の領域には、リング形態の回転コントローラ（４）がさらに設けられ、このコントローラには他の制御パラメータを入力できる。回転コントローラ（４）は、ここでは３Ｄ入力素子（３）と同じくｚ軸周りに回転できる。基体（２）には、その上さらに、例えばボタン（６）及び／又はディスプレイ（７）のようなその他の操作部材を配置できる。
【００３０】
３Ｄ入力装置（１）は、例えば図２に示したロボット（８）のような被制御オブジェクトが、３Ｄ入力素子（３）を用いても回転コントローラ（４）を用いても空間内で移動できるように構成される。本発明の好適な実施形態によれば、３Ｄ入力装置（１）は、回転コントローラ（４）が操作されたときにオブジェクトの位置が制御されるように形成される。つまり、被制御オブジェクトの位置は、回転コントローラ（４）にかけられた回転角度による。
【００３１】
３Ｄ入力素子（３）の操作も回転コントローラ（４）の操作も、原則的には被制御オブジェクト（８）又は（１４）の速度制御か位置制御のいずれかに変換できる。本発明の好適な実施形態によれば、３Ｄ入力素子（３）を操作する際は速度制御を実行し、回転コントローラ（４）を操作する際は位置制御を実行することが好ましい。その際、３Ｄ入力素子（３）又は回転コントローラ（４）に入力された制御パラメータは、特定の変速比又はスケールファクタによって適切な速度あるいは位置に変換される。
【００３２】
入力素子（３、４）が両方とも位置制御を実行する場合、又は入力素子（３、４）が両方とも速度制御を実行する場合、回転コントローラ（４）の感度は３Ｄ入力素子（３）の感度よりも低いことが好ましい。したがって、ユーザはオブジェクトを、３Ｄ入力素子（３）を用いて大まかに制御でき、回転コントローラ（４）を用いてきめ細やかに制御できる。
【００３３】
制御の技術（つまり位置制御又は速度制御）及び／又は感度は、後にさらに説明するように、被制御オブジェクトの実際の位置に応じてもよい。
【００３４】
３Ｄ入力素子（３）及び／又は回転コントローラ（４）のセンサは、例えば光学センサ素子、磁気センサ素子、圧電センサ素子又はその他の任意の公知のセンサ素子を備えることができる。本発明の一実施形態によれば、回転コントローラ（４）は、例えば回転運動する際に一連のインパルスを生成し、その際このインパルスから回転角度などの様々な運動量を算出できる。３Ｄ入力素子（３）及び／又は回転コントローラ（４）のセンサの出力信号は、評価用電子機器（２１）によってさらに処理され、被制御オブジェクト（８）の１つ又は複数のアクチュエータを制御するのに適した制御信号に変換される。評価用電子機器（２１）は、本明細書の範囲内では「制御装置」又は「制御ユニット」（２１）とも呼び、通常はハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素とで構成される。制御ユニット（２１）は、外部装置のように例えば基体（２）の内部又は基体（２）の外部に配置されてよい。
【００３５】
図２は、ロボット（８）を有するロボットシステムを示し、このロボットは、例えば低侵襲手術用に使用できるものである。ロボット（８）は２つのアーム部材（１１ａ、１１ｂ）を備え、このアーム部材はジョイント（１２ａ）を介して互いに連結している。下側のアーム部材（１１ａ）は、ジョイント（１２ｃ）を介してベース（９）と連結している。個々のジョイント（１２ａ、１２ｃ）は、それぞれ電動モータ（図示せず）で駆動され、仕様に応じてアーム部材（１１ａ、１１ｂ）が旋回する動き及び／又は回転する動きをもたらすことができる。
【００３６】
ロボット（８）は、１つの自由端を有し、この自由端はロボットヘッドとも呼ばれ、この自由端にはもう１つのジョイント（１２ｂ）が設けられている。最後に、ロボットヘッドには器具（１３）が固定されている。手術にロボットを使用する場合、そのロボットは、例えば内視鏡、腹腔鏡、切断器具、把持器具、保持器具、接続器具、縫合器具又はその他の低侵襲手術用の手術器具であってよい。例えば外科用メス、ハサミ、針、スクレーパ、やすり、グリッパのような器具（１３）の実際のエンドエフェクタは、符号（１４）で示している。同じく、手術以外に使用する工具も可能である。
【００３７】
図２に示したロボットシステムは、３Ｄ入力装置（１）を用いて制御される。その際、３Ｄ入力装置（１）の出力信号は、ベース（９）に組み込まれた制御ユニット（２１）に伝達され、制御ユニットは、入力装置（１）が受信した制御信号を、ロボット（８）の個々のアクチュエータに対して適切な制御信号に変換し、それによってロボット（８）あるいは器具（１３）は、ユーザに指定された方法で動く。図示した実施例では、点（Ａ）を制御するための基準点は、器具（１３）の自由端にある。任意選択で、別の基準点を指定してもよい。
【００３８】
ロボットアーム８又は器具（１３）の動きは、固定（例えばデカルト）座標系（１７）に関連付けて正確に描写できる。その場合、座標系（１７）は、典型的には工具（１３）の遠位端、いわゆるエンドエフェクタ（１４）に示され、エンドエフェクタは、ロボットアーム８の最も外側に示すことができる点（Ａ）を表している。点（Ａ）の位置は、座標系１７では、３次元ベクトルによって一義的に定義できる。
【００３９】
３Ｄ入力素子（３）を垂直に押すことで、例えばエンドエフェクタ（１４）がｚ軸に沿って下方に動くようにできる。３Ｄ入力素子（３）を傾けることで、例えばエンドエフェクタ（１４）が例えばｙ軸などの軸周りに旋回するようにできる。
【００４０】
エンドエフェクタ（１４）を用いて空間内で任意の運動曲線がくまなく動くように、制御パラメータとロボット（８）の動きとを合わせることができる。例えば、エンドエフェクタの最も外側の点（Ａ）が点（Ｂ）の方へ動くようにエンドエフェクタ（１４）を操ることができる。点（Ａ）から点（Ｂ）への動きは、例えば３次元ベクトル（１５）によって描くことができる。
【００４１】
図示した実施例では、個々のジョイント（１２ａ）〜（１２ｃ）は、それぞれが回転運動と同様に、旋回運動もできるように形成される。したがって、ロボット（８）は合計で６自由度を有するため、器具（１３）は、ロボットアームの到達範囲内で空間内を自由に動くことができる。
【００４２】
図３は、様々な移動行程（１８）、（１９）、（２２）〜（２４）の概略図を示しており、この移動行程に沿って器具（１３）又は器具のエンドエフェクタ（１４）は目的点（Ｂ）まで動く。動作の開始時、エンドエフェクタ（１４）は図示した領域（１６）の外部にある。第１の事例（矢印（１８）及び（２４）を参照）では、エンドエフェクタ（１４）は、３Ｄ入力素子（３）によってまず移動行程（１８）に沿って点Ｃまで動く。その際３Ｄ入力装置１は、速度制御か位置制御のいずれかを実行できる。点Ｃでは、３Ｄ入力素子は再びニュートラル位置にある状態である。その際、制御装置（２１）は、それまでの移動行程（１８）に関するデータを算出でき、それによって、３Ｄ入力素子（３）が作動していたオブジェクトのそれまでの移動行程（１８）が保存される。このときにオブジェクト（８）又はエンドエフェクタ（１４）を目的点（Ｂ）までさらに動かすためには、回転コントローラ（４）を操作する。それによってエンドエフェクタ（１４）は、それまでの運動方向（１８）に沿って目的点（Ｂ）までさらに動く。これに関連する移動行程をここでは破線矢印（２４）で示している。その際にエンドエフェクタ（１４）によって後方に移った道程は、回転コントローラ（４）に設定された回転角度に対応し、その際この道程は回転角度に比例することが好ましい。
【００４３】
有利には、回転コントローラ（４）の回転方向によって、エンドエフェクタ（１４）の運動方向を移動行程（１８）に沿って決定することができる。例えばエンドエフェクタ（１４）は、回転コントローラ（４）を正の回転方向にすれば矢印方向（１８）に動くが、負の回転方向にすれば矢印方向（１８）とは逆に動く。
【００４４】
別の事例では、エンドエフェクタ（１４）は、３Ｄ入力素子（３）の適切な操作によって、まず外部の場所（図示せず）から直線の移動行程（１９）に沿って点Ｄまで動く。図３からわかるように、オブジェクトの動きは、移動行程（１９）に沿って目的点（Ｂ）を通り過ぎて進む。そのため、それまでの移動行程（１９）を単純に外挿することで目的点（Ｂ）に到達することは不可能である。目的点（Ｂ）に到達するためには、この場合、運動方向を変更しなければならない。そのようにするためにユーザは、回転コントローラ（４）を回転させた際に、制御すべきオブジェクト（８）又はエンドエフェクタ（１４）を動かす様々な運動方向を自由に設定できるボタンのようないくつかの補足的な入力素子（６）を利用できる。第１のボタン（６）を操作することによって、ユーザは、例えばエンドエフェクタ（１４）がｚ方向に動くように決定できる。別のボタン（６）を操作することによって、例えばｘ方向又はｙ方向、あるいは該軸のうちの１つの軸周りの回転運動を選択できる。図示した例では、ユーザはまずｚ方向を選択し、その結果、回転コントローラ（４）を操作した際にエンドエフェクタ（１４）は移動行程（２２）に沿ってｚ方向に動き、それに続いてｙ方向に動き、その結果、エンドエフェクタ（１４）は移動行程（２３）に沿って目的点（Ｂ）まで動く。
【００４５】
エンドエフェクタ（１４）が負のｙ方向に動くようにするために、ユーザは、回転コントローラ（４）を例えば反時計回りに動かすことができる。個々のボタン（６）の機能性は、自由にプログラムできることが好ましい。そのため、例えばそれぞれの自由度に対して別々のボタン（６）を設けてもよいし、あるいはいくつかの自由度に対して単一のボタン（６）のみを設けてもよい。
【００４６】
前述したように、制御技術（つまり位置制御又は速度制御）及び／又は制御感度は、被制御オブジェクト（８）、（１４）の実際の場所に対応してよい。本発明によれば、例えば、３Ｄ入力装置（１）の様々な操作方法に対する一種の限度を表す空間領域（１６）を規定できる。この場合、３Ｄ入力素子（３）を操作する際に、領域（１６）の外側で第１の感度を用いて速度制御を実行し、領域（１６）の内側で第２の感度を用いて速度制御を実行するようにすることができ、このとき、第２の感度は第１の感度よりも低いことが好ましい。制御用のつまみ３をある程度ずらすと、それによって被制御オブジェクト（８）、（１４）の速度が領域（１６）の内側では領域（１６）の外側よりも低くなる。３Ｄ入力装置（１）は、３Ｄ入力素子（３）を操作した際に、領域（１６）の外側で速度制御を実行し、領域（１６）の内側で位置制御を実行するように構成することもできる。
【００４７】
任意に、そのつど様々な感度で位置制御を実行することもできる。同じ原理が回転コントローラ（４）の操作についても適用される。
【００４８】
領域（１６）は、目的点（Ｂ）が領域（１６）の中央点と一致するとともに、回転コントローラ（４）を完全に回転させた際に、被制御オブジェクト（８）、（１４）が領域（１６）の端から領域（１６）の中央点（Ｂ）まで移動できるように選択されることが好ましい。
【００４９】
ただし、このようにする代わりに、より細かい又は粗い変換要素を選択することもできる。そのためには、領域（１６）を自由にパラメータで表示できることが有利である。
【００５０】
例えば領域（１６）を、パラメータで表示できる半径を有する球体として規定でき、その結果、経験豊富なユーザは大きめの半径を選択し、経験の浅いユーザは小さめの半径を選択できる。パラメータは、制御装置（２１）に格納できる。
【００５１】
制御技術及び調節技術の点では、制御（＝開ループ）と調節（＝閉ループ）とは通常、概念上は分かれている。本明細書では、これとは別に、概念及びその文法上の派生語のいずれについても、特に明記しない限り、制御あるいは制御装置のみに関することである。つまり、制御及び調節という概念は、同義語として用いている。当業者には、その時々の制御設備が制御装置又は調節装置として機能できることは明らかである。
【図１】
2016519813.tif 000003
【図２】
2016519813.tif 000004
【図３】
2016519813.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月30日(2015.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクト（８、１４）の位置を移動行程（１８）に沿って空間内で制御するための３Ｄ入力装置（１）であって、並進及び／又は回転する制御パラメータを６自由度で、すなわち３つの空間座標上あるいは空間座標周りに設定できる、手動操作可能な３Ｄ入力素子（３）と、回転を操作した際に回転角度に応じて出力信号を生成する補足的な回転コントローラ（４）と、前記回転コントローラ（４）によって生成された出力信号を処理する制御ユニット（２１）とを備える３Ｄ入力装置（１）において、前記制御ユニット（２１）は、前記オブジェクト（８）のそれまでの移動行程（１８）に関するデータを算出し、前記回転コントローラ（４）を回転操作する際に、前記算出された前記行程（１８）に関するデータに応じて前記オブジェクト（８、１４）を空間内で動かすことを特徴とする、３Ｄ入力装置（１）。
【請求項２】
前記制御ユニット（２１）は、前記回転コントローラ（４）において実行される回転運動に応じて前記オブジェクト（８、１４）の位置制御を実行し、前記オブジェクト（８、１４）によって進められる行程は、前記回転コントローラ（４）に対して設定された回転角度に対応することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項３】
特定の移動方向に設定するための１つ又は複数のその他の手動操作可能な入力素子（６）が設けられることと、前記制御ユニット（２１）は、１つ又は複数の前記入力素子（６）の操作に応じて、かつ前記回転コントローラ（４）で実行される回転運動に応じて、前記オブジェクト（８）を特定の方向に動かすこととを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項４】
前記制御ユニット（２１）は、３Ｄ入力素子（３）に対して実行された制御パラメータに応じて前記オブジェクト（８）の速度制御を実行することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項５】
前記制御ユニット（２１）は、被制御オブジェクト（８）が、前記回転コントローラ（４）を第１の回転方向に操作した際に第１の移動方向に動き、前記回転コントローラ（４）を第２の回転方向に操作した際は逆の移動方向に動くように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項６】
前記３Ｄ入力素子（３）及び／又は前記回転コントローラ（４）を操作した際に実行する制御装置の技術及び／又は感度は、前記被制御オブジェクト（８）の位置に対応することを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項７】
前記制御ユニット（２１）は、設定した局所領域（１６）の内部では、例えば位置制御のような第１の制御技術を実行し、設定領域（１６）の外部では、例えば速度制御のような別の第２の制御技術を実行することを特徴とする、請求項６に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項８】
前記３Ｄ入力素子（３）及び／又は前記回転コントローラ（４）の感度は、前記被制御オブジェクト（８）が設定した局所領域（１６）の内部にあるときは、前記被制御オブジェクト（８）が領域（１６）の外部にあるときよりも低いことを特徴とする、請求項６に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項９】
前記領域（１６）は、前記回転コントローラ（４）を特定の回転角度に回した際に前記オブジェクト（８）が前記領域（１６）の端から前記領域（１６）の中央点（Ｂ）まで移動できるように規定されることを特徴とする、請求項７に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項１０】
前記領域（１６）の前記中央点は、目的点（Ｂ）に相当することを特徴とする、請求項９に記載の３Ｄ入力装置（１）。
【請求項１１】
３Ｄ入力装置（１）を用いてオブジェクト（８）を空間内で制御する方法であって、前記３Ｄ入力装置は、並進かつ回転する制御パラメータを６自由度で、すなわち３つの空間座標上あるいは空間座標周りに設定できる手動操作可能な３Ｄ入力装置（３）と、回転コントローラ（４）とを備え、該方法は、
−前記３Ｄ入力素子（３）の操作に応答し、前記制御パラメータに応じて前記オブジェクト（８、１４）を空間内で動かすステップ、
−前記オブジェクト（８）の前記それまでの移動行程（１８）に関するデータを算出するステップ、及び、
−前記回転コントローラ（４）の操作に応答し、前記算出された前記移動行程（１８）に関するデータに応じて前記オブジェクト（８、１４）を空間内で動かすステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記オブジェクト（８、１４）は、前記回転コントローラ（４）を操作した際に位置を制御され、前記３Ｄ入力素子（３）を操作した際に速度を制御されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記オブジェクト（８、１４）は、前記回転コントローラ（４）を操作した際は、前記３Ｄ入力素子（３）を操作した際よりも低い感度で動くことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
2016519813.tif 000006
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