JP2001510601A - 触覚センサーを有するコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の触覚センサを備えているコントロー-ラ（２００）が、温度、体積、速度、コンピュータ表示画面上におけるカーソルの方向と位置等のパラメータの手動ユーザ制御を必要とするアプリケーションにおいて１つ、２つ、または、３つのパラメータの制御のために用いられる。該コントローラは、２つ以上の接触力センサ（１００）と演算装置（８００）を有する。触覚センサの中心は、共通中心点の周りの複数の角度の位置に配置されている。演算手段は、各触覚センサに印加されている力と、各触覚センサの中心が共通中心点の周りに向いている角度を用いて総ての触覚センサの出力から、合力の大きさと方向を決定する。この構成によって、共通中心点の周りの角度によって指定される２つ以上の方向において印加された力を検知することができる。他のパラメータは、コントローラの総ての触覚センサに印加された全力に基づいて制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 触覚センサーを有するコントローラ 本発明は、全般的には、温度、体積、速度、方向およびコンピュータ表示画面 上のカーソル運動等のパラメータを制御するための、手動ユーザ入力を受信する 装置に関する。本発明は、ポインティングデバイスとして、ジョイスティック、 マウス、トラックボールが一般的に慣用されているコンピュータ入力装置の分野 に関する。本発明は、アナログ制御に基づく触覚装置であってその装置に加えら れる力によって変化する出力抵抗を備えている。更に特定するならば、本発明は 、複数の個別触覚センサーを用いた電子的な位置制御および方向制御のための改 良された装置に関する。 ユーザが１つまたは２つのパラメータを制御することができるようにした種々 の電子的位置制御装置または方向制御装置を使用することができる。１パラメー タ制御の例は、ワードプロセッサコンピュータプログラムを使用するときに、テ キストを、コンピュータ画面上で、上または下方向にスクロールするために、上 方向カーソル移動キー、および下方向カーソル移動キーを使用することである。 タッチパッドもまた、例えば、容器中の液体の高さや、音声スピーカーシステム からの音量等の手動制御を必要とするアプリケーションにおける１パラメータ制 御のために用いられている。 触覚センサーを備えた制御装置は、比較的簡単で信頼性が高いこと、制御装置 が、指の置き換え、または、頻繁な清掃および保守を必要としないこと、制御装 置が、動く部分がなく、かつ、予め機械的な荷重（予備荷重）をかける必要がな いこと、制御装置が１パラメータ制御、２パラメータ制御または３パラメータ制 御を提供する機能をもっていることが望ましい。 図面の簡単な説明 本発明のこれらの特徴、および他の特徴、態様、並びに利点は、以下の記述、 および後尾に付加されている請求項、並びに添付の図面に関連してさらに理解さ れるであろう。添付の図面において、 図１は、２つの触覚センシング装置を覆うフレキシブルな円形パッドをもつ、触 覚センサを有する２つのデバイスコントローラの分解図である。 図２は、４つの触覚センシング装置を覆うフレキシブルな半球形のパッドをもつ 、触覚センサを有する４つのデバイスコントローラの分解図である。 図３は、触覚センサを備えた２つのデバイスコントローラの、部分的に重なって いる２つの触覚センシング装置を示す図である。 図４は、触覚センサを備えた３つのデバイスコントローラの、部分的に重なって いる３つの触覚センシング装置を示す図である。 図５は、触覚センサを備えた４つのデバイスコントローラの、部分的に重なって いる４つの触覚センシング装置を示す図である。 図６は、触覚センサを備えた２つのデバイスコントローラの、２つのインターデ ィジテイティッド構造の触覚センシング装置を示す図である。 発明の詳細な説明 さて、図１を参照して、本発明の技術思想による、触覚センサを有する２つの デバイスコントローラ２００が図示されている。触覚センサを有する２つのデバ イスコントローラ２００は、２つの接触力センサ１００を備え、各接触力センサ １００は、円形の触覚センシング装置１５０を備えていて、それらの触覚センシ ング装置１５０は、合力演算手段８００に電気的に接続されている。合力演算手 段８００は、規格化された入力に対する合力（以下、規格化された合力と記す） の大きさと、その合力の＋Ｘ方向７１０または−Ｘ方向７２０の極性とを含む第 １の制御パラメータ、および、入力された全力を演算する。その全力によって、 第２の制御パラメータが生成される。フレキシブルな円形パッド９１０は、印加 された接触力を触覚センシング装置１５０に分配させるために設けられている。 ２つの触覚センシング装置１５０は、図３に示されているように、それぞれの一 部が相互に重なっている。 接触力センサ１００は、当該技術分野においては周知の幾つかの異なる検知技 術の任意の技術を使用することができる。この検知技術には、圧電気デバイス、 容量デバイス、半導体デバイス、および導電インクデバイスがあるけれど、しか し、それらに限定されることはない。接触力センサ１００の望ましい実施例には 、 力感知インクが使用されている。その実施例は、 Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｐａｔｅｎｔ ５，５４１，５ ７０，１９９６年６月３０日発行、Ｄｏｎａｌｄ Ｊ．ＭｃＤｏｗｅｌｌ「Ｆｏ ｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｎｋ，Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍ ｅ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ」 に記載されている。記述を簡単にするために、この引用文献に含まれている開示 内容は、ここでは、繰り返さない。各々の円形の触覚センシング装置１５０は、 直径が通常、約１センチメートルである。接触力センサは、例えば、力感知イン クのような、力感知抵抗材料の薄い層を２枚の裏あてシートの間に置き、当該感 知手段に印加された力によって生じたその抵抗材料の抵抗変化を測定する手段を 設けることによって構成することができる。 次に、図２に戻って、本発明の技術思想による触覚センサを備えた４つのデバ イスコントローラ４００が示されている。触覚センサを備えた４つのデバイスコ ントローラ４００は、４つの接触力センサ１００を有し、各接触力センサ１００ は、合力演算手段８００に電気的に接続された円形の触覚センシング装置１５０ を備えている。合力演算手段８００は、第１の規格化された合力の大きさと＋Ｘ 方向７１０または−Ｘ方向７２０の極性とを含む第１の制御パラメータ、および 第２の規格化された合力の大きさ、および＋Ｙ方向７３０または−Ｙ方向７４０ の極性を含む第２の制御パラメータ、および第３の制御パラメータを生成する全 力を演算する。合力演算手段８００は、また、第１，第２の規格化された合力の 大きさと方向を用いてＸおよびＹ軸の平面内における第３の規格化された合力の 大きさおよび方向を演算することができる。フレキシブルな半球形パッド９２０ は、印加された接触力を触覚センシング装置１５０に分布させるために設けられ ている。４つの触覚センシング装置１５０は、図５に示されているように、それ ぞれの一部が相互に重なっている。 図３は、２つの部分的に重なっている円形の触覚センシング装置１５０を有す る触覚センサ２１０を備えたコントローラの触覚センシング領域９３０の典型的 な形状を表している。各々の触覚センシング装置１５０の直径は約１センチメー トルである。触覚センシング装置１５０は直径が約１．５センチメートルの触覚 センシング領域９３０内に制限されている。各々の触覚センシング装置１５０の 中心は、円形の触覚センシング領域の中心の周りに、等しい角度を置いて位置し ている。 図４は、触覚センサ３１０を有するコントローラの触覚センシング領域９３０ の他の典型的な形状を描いている。この触覚センサ３１０には、３つの部分的に 重なっている円形の触覚センシング装置１５０がある。各々の触覚センシング装 置１５０の直径は約１センチメートルである。触覚センシング装置１５０は直径 が約１.５センチメートルの触覚センシング領域９３０内に制限されている。各 々の触覚センシング装置１５０の中心は、円形の触覚センシング領域の中心の周 りに、等しい角度を置いて位置している。 図５は、触覚センサ４１０を有するコントローラの触覚センシング領域９３０ の他の典型的な形状を描いている。この触覚センサ４１０には、４つの部分的に 重なっている円形の触覚センシング装置１５０がある。各々の触覚センシング装 置１５０の直径は約１センチメートルである。触覚センシング装置１５０は直径 が約１.５センチメートルの触覚センシング領域９３０内に制限されている。各 々の触覚センシング装置１５０の中心は、円形の触覚センシング領域の中心の周 りに、等しい角度を置いて位置している。 図６は、触覚センサ２２０を有するコントローラの触覚センシング領域９３０ の他の典型的な形状を描いている。この触覚センサ２２０には、１対の、円形の インターディジテイティッド構造（相互に櫛形に噛み合っている構造）の触覚セ ンシング装置１６０がある。インターディジテイティッド構造の触覚センシング 装置１６０の各々の直径は約１センチメートルである。触覚センシング装置１６ ０は直径が約１センチメートルおよび１．５センチメートルの触覚センシング領 域９３０内に制限されている。各々の触覚センシング装置１６０の中心は、円形 の触覚センシング領域の中心の周りに、等しい角度を置いて位置している。 本明細書の開示範囲を超えないで、本発明の技術思想に適用することができる 種々の幾何学的形状の変更がある。例えば、触覚センシング装置の形状は、円形 に限定されないで、楕円、３角形、正方形、長方形、または、６角形または８角 形のような任意の多角形であることができる。また、触覚センシング装置の数も 、 上記の２、３、または４に制限されない。２つまたはそれより多くの触覚センシ ング装置を必要とするということ以外に、その数をほとんど際限なく増加させて 、角度方向成分の分解能を大きくすることができる。もう１つの可能な変更は、 触覚センサーを有するコントローラの動作上の変更であって、接触力を触覚セン シング装置に分配するためのパッドを介在させないで指から直接入力することが できる。 コントローラの感度は、円形の触覚センシング領域の中心から触覚センシング 装置の中心までの距離を調整することによって最良に調整することができる。各 触覚センシング装置の中心と円形の触覚センシング領域の中心とを結ぶ線に沿う 角度によって指定される方向において印加された力に対する感度は、各触覚セン シング装置の中心を円形の触覚センシング領域の中心に近づけることによって増 加する。各触覚センシング装置の中心と円形の触覚センシング領域の中心とを結 ぶ線の間の角度によって指定される方向において印加された力に対する感度は、 各触覚センシング装置の中心を円形の触覚センシング領域の中心から遠ざけるこ とによって増加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（a）共通中心点の周りの角度で指定される２つ以上の方向において、印加 された力を感知するための、該共通中心点のまわりの角度によって位置決めされ る中心をそれぞれ有する２つ以上の接触力センサ（１００）と、 （ｂ）各接触力センサー印加される力、および、前記共通中心点の周りの各触 覚センシング手段への角度方向に基づいて、合力の大きさと合力の方向とを演算 する演算手段（８００）と を有する、触覚センサを有するコントローラ(２００)。 ２．前記２つ以上の接触力センサ（１００）は、それらの一部が相互に重なって いる、請求項１に記載の触覚センサを有するコントローラ(２００)。 ３．接触力センサ（１００）の形状は、円、楕円、三角形、正方形、長方形、６ 角形、および８角形から成るグループから選択される、請求項１に記載の触覚セ ンサを有するコントローラ(２００)。 ４．接触力センサ（１００）は、各々の対向する触覚センシング手段と共に、イ ンターディジテイティッド構造に形成されている、請求項１に記載の触覚センサ を有するコントローラ(２００)。 ５．前記接触力センサ（１００）は、２枚の薄い裏あてシートの間に力感知抵抗 材料の薄い層を置き、該感知手段に印加された力によって生じる前記抵抗材料の 抵抗変化を測定する手段を設けることによって形成される、請求項１に記載の触 覚センサを有するコントローラ(２００)。 ６．前記圧力感知抵抗材料が力感知インクである、請求項５に記載の触覚センサ を有するコントローラ(２００)。 ７．印加された力を前記２つ以上の触覚センシング手段に分配するための、接触 力センサ（１００）を覆って配置されている半球形のフレキシブルなパッドを更 に有する、請求項１に記載の触覚センサを有するコントローラ(２００)。 ８．印加された力を前記２つ以上の接触力センサに分配するための、接触力セン サ（１００）を覆って配置されている円形のフレキシブルなパッドを更に有する 、請求項１に記載の触覚センサを有するコントローラ(２００)。 ９．前記演算手段（８００）は、各々の接触力センサ（１００）に印加された力 の大きさの和を演算し、その演算によって生成された前記合力の大きさと前記合 力の方向に加えて、全力の制御パラメータを生成する手段を有する、請求項１に 記載の触覚センサを有するコントローラ(２００)。 １０．各々の触覚センシング手段の中心と前記共通中心点とを結ぶ線に沿う、角 度によって指定される方向における力に対する感度は、各々の接触力センサ（１ ００）の中心を、前記共通中心点に近づけることによって増加する、請求項１に 記載の触覚センサを有するコントローラ(２００)。