JP2005056187A - Multi-way input operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操作端の中立位置からの変位量を検出して操作入力とすると共に、前記操作端にかかる操作反力を動的に制御する多方向入力操作装置に関する。 The present invention relates to a multidirectional input operation device that detects an amount of displacement from a neutral position of an operation end as an operation input and dynamically controls an operation reaction force applied to the operation end.
従来より、誤操作防止対策を備えた車載機器操作用スイッチとしては、例えば下記の特許文献1に記載された技術が知られている。
Conventionally, for example, a technique described in
この特許文献1には、車両が急加速や急減速を行っている状態を各種センサ情報より判定し、このような状態であると判定した場合には、スイッチ操作が行われても、スイッチ信号を車載機器側に出力しないように制御する車載機器操作装置が開示されている。これにより、この車載機器操作装置は、搭乗者の姿勢が不安定になりがちな状況における車載機器のスイッチ誤操作を防止することができるとしている。
しかしながら、従来の車載機器操作装置においては、誤操作防止対策として、誤操作が発生しやすい状況におけるスイッチ入力を無視するようにしているものの、スイッチ操作自体は可能であるため、操作者によっては、スイッチを操作したにもかかわらず車載機器が作動しないことを当該車載機器の異常と誤認する可能性があった。そして、従来の車載機器操作装置においては、このような操作者の誤認が発生するのに起因して、例えばディスプレイの注視やスイッチの再操作といった行動に発展し、操作者にさらなる操作負荷を与える可能性があるという問題があった。 However, in conventional in-vehicle equipment operation devices, switch input in situations where erroneous operation is likely to occur is ignored as a countermeasure for erroneous operation, but switch operation itself is possible. There is a possibility that the in-vehicle device does not operate despite being operated, and is mistaken as an abnormality of the in-vehicle device. And in the conventional on-vehicle equipment operation device, due to the occurrence of such a misidentification of the operator, for example, it develops into an action such as gazing at the display or re-operation of the switch, and gives a further operation load to the operator. There was a problem that there was a possibility.
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて提案されたものであり、指示操作を確実に行わせて誤操作を防止することができると共に、操作負荷の上昇や操作効率の悪化を招来することなく、誤操作防止と良好な操作性の確保とを両立させることができる多方向入力操作装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and can prevent an erroneous operation by reliably performing an instruction operation, without causing an increase in operation load and a deterioration in operation efficiency. An object of the present invention is to provide a multidirectional input operation device capable of achieving both the prevention of erroneous operation and the securing of good operability.
本発明に係る多方向入力操作装置では、変位量検出手段によって操作端の変位量を検出し、変位量検出手段によって検出された操作端の操作開始直後における変位量に基づいて、操作意図推定手段によって操作者の操作意図を推定し、操作意図推定手段によって推定された操作者が意図する操作に応じて、操作反力変更手段によって操作反力を変更することにより、上述の課題を解決する。 In the multidirectional input operation device according to the present invention, the displacement amount of the operation end is detected by the displacement amount detection means, and the operation intention estimation means is based on the displacement amount immediately after the operation end of the operation end detected by the displacement amount detection means. The above-described problem is solved by estimating the operation intention of the operator by changing the operation reaction force by the operation reaction force changing means in accordance with the operation intended by the operator estimated by the operation intention estimation means.
本発明に係る多方向入力操作装置によれば、操作端の操作開始直後における変位量に基づいて、操作者の意図を推定し、推定される操作意図に応じて、操作反力を変更するので、操作者の意図する操作をサポートするように操作反力を調整することができる。したがって、本発明に係る多方向入力操作装置によれば、指示操作を確実に行わせて誤操作を防止することができると共に、操作負荷の上昇や操作効率の悪化を招来することなく、誤操作防止と良好な操作性の確保とを両立させることができる。 According to the multidirectional input operation device according to the present invention, the operator's intention is estimated based on the amount of displacement immediately after the operation start of the operation end, and the operation reaction force is changed according to the estimated operation intention. The operation reaction force can be adjusted to support the operation intended by the operator. Therefore, according to the multi-directional input operation device according to the present invention, it is possible to prevent the erroneous operation without causing the increase of the operation load and the deterioration of the operation efficiency, while being able to prevent the erroneous operation by surely performing the instruction operation. Ensuring good operability can be achieved at the same time.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態は、操作端の中立位置からの変位量を検出して操作入力とすると共に、操作端にかかる操作反力を動的に制御する多方向入力操作装置である。 This embodiment is a multi-directional input operation device that detects the amount of displacement from the neutral position of the operation end as an operation input and dynamically controls the operation reaction force applied to the operation end.
本発明は、以下に説明する第1実施形態及び第2実施形態に係る多方向入力操作装置に適用される。 The present invention is applied to the multidirectional input operation device according to the first and second embodiments described below.
[第1実施形態]
まず、第1実施形態に係る多方向入力操作装置について説明する。
[First Embodiment]
First, the multidirectional input operation device according to the first embodiment will be described.
第1実施形態に係る多方向入力操作装置は、操作方向が1軸であるレバー型のものに適用される。この多方向入力操作装置は、レバー部の操作開始直後における変位量(以下、「初期変位量」という。)に基づいて、操作者が選択しようとしている表示画面上のメニュー位置又はメニューの頁切替の意図を推定し、選択しようとしているメニュー位置又は頁切替を意図していると推定した場合には、当該選択しようとしているメニュー位置又は頁切替後の所定の初期メニュー位置でレバー部が中立位置に戻りやすくなるように、当該レバー部の操作反力パターンを変更し、誤操作の防止と良好な操作性との両立を図るものである。ここで、操作反力パターンとは、レバー部の変位位置に応じた操作反力の変化を示すパターンである。 The multi-directional input operation device according to the first embodiment is applied to a lever-type device having an operation direction of one axis. This multidirectional input operation device switches the menu position on the display screen or the menu page to be selected by the operator based on the displacement amount (hereinafter referred to as “initial displacement amount”) immediately after the operation of the lever portion is started. When it is estimated that the menu position or page switching to be selected is intended, the lever portion is in the neutral position at the menu position to be selected or the predetermined initial menu position after page switching. Thus, the operation reaction force pattern of the lever portion is changed so as to make it easier to return to step (b), and both the prevention of erroneous operation and good operability are achieved. Here, the operation reaction force pattern is a pattern indicating a change in the operation reaction force according to the displacement position of the lever portion.
多方向入力操作装置におけるレバー部は、図1に外観構成を示すように、操作面から突設され矢印aで示す1次元方向への傾倒操作、及び矢印bで示す方向への押し込み操作が可能とされるレバー部11が操作端として設けられている。
As shown in FIG. 1, the lever portion of the multi-directional input operation device can be tilted in the one-dimensional direction indicated by arrow a and pushed in the direction indicated by arrow b, protruding from the operation surface. A
この多方向入力操作装置は、操作者から視認可能な表示画面上に表示される例えば図2に示すような複数のメニュー項目が羅列されてなる選択メニューリストを操作対象としている。そして、この多方向入力操作装置では、レバー部11が傾倒操作されることによってカーソルCRを移動させてメニュー項目を順次選択表示させ、所望のメニュー項目をカーソルCRによって選択表示させている状態でレバー部11が押し込まれることによって、メニュー項目の決定操作がなされる。
This multi-directional input operation device has, as an operation target, a selection menu list in which a plurality of menu items as shown in FIG. 2, for example, are displayed on a display screen that can be viewed by an operator. In this multidirectional input operation device, the
ここで、レバー部11の傾倒操作とカーソルCRの移動との関係は、レバー部11の中立位置からの変位量に比例した速度でカーソルCRが移動する操作系であるいわゆる「レート・コントロール」に基づくものである。したがって、多方向入力操作装置においては、レバー部11が傾倒する変位量が大きくされるほど、カーソルCRの移動表示を高速で行うので、選択項目の多い選択メニューリストにおいても効率よく操作させることができるようになっている。
Here, the relationship between the tilting operation of the
その反面、「レート・コントロール」に基づく多方向入力操作装置は、いわゆるジョグダイヤルのような、操作量がカーソル移動量に比例する操作系であるいわゆる「ポジション・コントロール」とは異なり、レバー部11の動きとカーソルCRの動きとに直接的な対応関係がない。したがって、この多方向入力操作装置では、カーソルCRを操作者の意図に従って表示制御させるには、操作者による表示画面の注視の必要があり、また、所望のメニュー項目にカーソルCRを停止させるのが比較的難しいという欠点がある。特に、この種の多方向入力操作装置は、車両に搭載する場合には、走行中の操作はもちろんのこと、停車時の操作においても、表示画面を注視しにくい環境であるため、上述した欠点が顕在化する。 On the other hand, the multi-directional input operation device based on “rate control” is different from the so-called “position control” in which the operation amount is proportional to the cursor movement amount, such as a so-called jog dial. There is no direct correspondence between the movement and the movement of the cursor CR. Therefore, in this multi-directional input operation device, in order to control the display of the cursor CR according to the operator's intention, it is necessary for the operator to watch the display screen, and the cursor CR is stopped at a desired menu item. There is a disadvantage that it is relatively difficult. In particular, when this type of multi-directional input operation device is mounted on a vehicle, it is an environment in which it is difficult to watch the display screen not only during operation but also during operation when the vehicle is stopped. Becomes apparent.
第1実施形態に係る多方向入力操作装置は、このようなレバー部11の操作にともなう本質的な欠点を克服することにより、誤操作の防止と良好な操作性との両立を図るものである。なお、レバー型の多方向入力操作装置は、小型であるので設置場所の自由度が高く、車両に搭載する場合には、少なくともレバー部11を例えばステアリング上といった車両乗員から操作可能な位置に設置することも可能であり、操作性の良好な運転者用入力操作装置を構成することができる。
The multidirectional input operation device according to the first embodiment achieves both prevention of erroneous operation and good operability by overcoming the essential drawbacks associated with the operation of the
[第1実施形態に係る多方向入力操作装置の構成]
第1実施形態に係る多方向入力操作装置1は、図3にその機能的な構成を示すように、上述した操作端であるレバー部11に加え、このレバー部11の傾倒方向にトルクを発生させるレバー駆動部12と、レバー部11の変位量及び押し込み操作を検出するレバー位置検出部13と、操作者の操作意図を推定して操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンの時系列変化(以下、「スケジュール」という。)を決定するレバー制御演算部14と、外部の操作・表示処理演算部2との間で情報の授受を行う通信部15とを備える。
[Configuration of Multidirectional Input Operation Device According to First Embodiment]
As shown in FIG. 3, the multidirectional
また、この多方向入力操作装置1には、操作者の操作内容に応じて表示内容を制御するための操作・表示処理演算部2及び情報処理演算部3、操作・表示処理演算部2からの表示データに従って各種情報を表示する表示部4が接続される。
The multi-directional
レバー駆動部12は、レバー制御演算部14から供給されるトルク制御信号に基づいて、レバー部11の傾倒方向にトルクを発生し、当該レバー部11を駆動し、操作者に操作反力を与える。
Based on the torque control signal supplied from the lever
レバー位置検出部13は、レバー部11の変位量及び押し込み操作を検出し、検出した位置検出信号をレバー制御演算部14に供給する。
The lever
レバー制御演算部14は、レバー位置検出部13から供給される位置検出信号をディジタル化してレバー位置情報に変換し、多方向入力装置1が接続する外部の操作・表示処理演算部2から入力されるメニュー状態情報とレバー位置情報とに基づいて、現在のカーソル位置を算出し、カーソル位置情報とレバー押し込み操作情報とを通信部15を介して操作・表示処理演算部2に出力する。
The lever
また、レバー制御演算部14は、レバー部11の変位量に基づいて、後に詳述する各種処理を実行することによって、操作者の操作意図として、選択位置又は頁切替意図を推定する。そして、レバー制御演算部14は、推定結果とメニュー状態情報とに基づいて、操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンのスケジュールを決定し、決定した操作反力パターンのスケジュールとレバー位置情報とに基づいて、現在のレバー部11における発生トルク量を算出し、この発生トルク量を示すトルク制御信号をレバー駆動部12に供給する。
Further, the lever
通信部15は、レバー制御演算部14から供給されるカーソル位置情報とレバー押し込み操作情報とを操作・表示処理演算部2に出力すると共に、操作・表示処理演算部2から入力されるメニュー状態情報をレバー制御演算部14に供給する。
The
このような多方向入力操作装置は、例えば車両におけるインストルメントパネル内等に設けられる操作・表示処理演算部2に接続される。この操作・表示処理演算部2は、通信部15の通信方式と同じ通信方式に基づく図示しない通信部を内部に有し、通信部15から入力されるカーソル位置情報に基づいて、現在選択されているメニュー項目を特定する。また、操作・表示処理演算部2は、レバー押し込み操作情報を入力すると、選択されているメニュー項目の決定を認識し、この選択及び決定されたメニュー項目を、インストルメントパネル内等に設けられる情報処理演算部3に出力する。
Such a multidirectional input operation device is connected to an operation / display
これに応じて、情報処理演算部3は、操作・表示処理演算部2からの情報に基づいて、選択及び決定されたメニュー項目に対応する所定の情報処理を行い、必要に応じて、次の選択メニューリストを操作・表示処理演算部2に出力する。また、操作・表示処理演算部2は、新しい選択メニューリストが情報処理演算部3から入力された場合には、多方向入力操作装置1に出力するメニュー状態情報を更新する。さらに、操作・表示処理演算部2は、現在の選択メニューリスト及びカーソル位置に基づいて表示データを読み出し、車両乗員から目視可能な位置に設けられる表示部4の表示画面上に、例えば図2に示すような選択メニュー画像を表示させる。
In response to this, the information
なお、ここでは、操作・表示処理演算部2と情報処理演算部3は、別個の機能であるものとして説明したが、これらの機能を1つの装置を用いて実現してもよい。
Here, the operation / display
また、レバー制御演算部14と操作・表示処理演算部2との機能分担は、必ずしも上述した通りである必要はなく、レバー制御演算部14で行うものとした操作反力パターンのスケジュールを操作・表示処理演算部2によって決定し、レバー制御演算部14に現在の操作反力パターンを出力し、レバー制御演算部14によって現在の操作反力パターンとレバー位置情報とに基づいて、現在の発生トルク量を算出するような構成としてもよい。
Further, the function sharing between the lever
さらには、操作・表示処理演算部2によって現在の発生トルク量の算出までを行うような構成としてもよい。ただし、この場合には、発生トルク量をリアルタイムで操作・表示処理演算部2から多方向入力操作装置1に出力する必要があるので、操作・表示処理演算部2と通信部15との間で行われる通信を、非常に高速に行う必要がある。
Furthermore, it is good also as a structure which performs until calculation of the present generation | occurrence | production torque amount by the operation / display
なお、以下では、説明の便宜上、上述したように、レバー制御演算部14により、操作者の操作意図を推定し、操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンのスケジュールを決定し、現在の発生トルク量を算出するものとして説明する。
In the following, for convenience of explanation, as described above, the lever
「多方向入力操作装置1の具体的な構成例」
このような多方向入力操作装置1の具体的な構成例としては、図4に示すものが挙げられる。
"Specific configuration example of multi-directional
As a specific configuration example of such a multidirectional
すなわち、レバー位置検出部13は、レバー部11の傾倒動作を光学的に検知するフォトエンコーダ21aと、レバー部11の押し込みを機械的に検知するタクトスイッチ21bとを用いて構成することができる。
That is, the lever
また、レバー制御演算部14は、A/D(Analog to Digital)変換回路、D/A(Digital to Analog)変換回路、上述した処理を実行するための制御プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、CPUのワークエリアとして機能するRAM(Random Access Memory)等から構成され、レバー位置検出部13を構成するフォトエンコーダ21a及びタクトスイッチ21bからの信号を入力して処理を行う制御回路42を用いて構成することができる。
The lever
さらに、レバー駆動部12は、レバー制御演算部14を構成する制御回路22からの信号を入力して操作反力を発生させるために、シャフト23aを介してレバー部11に接続されている電動モータ23bを用いて構成することができる。電動モータ23bは、レバー部11における操作端部11aに接続して当該レバー部11を傾倒自在とする機構を有する台座11bに対して、シャフト23aを介して直交して取り付けられている。このようなレバー駆動部12は、電動モータ23bの駆動力に応じて回転し、操作端部11aに操作反力を与える。
Furthermore, the
さらにまた、通信部15は、レバー制御演算部14を構成する制御回路22に組み込まれている所定のシリアルインターフェース回路24を用いて構成することができる。
Furthermore, the
なお、多方向入力操作装置は、この図4に示す構成以外であっても、同一機能を有する他の装置を用いて構成してもよい。 Note that the multi-directional input operation device may be configured using other devices having the same function other than the configuration shown in FIG.
[操作者意図の推定処理、操作反力パターンのスケジュールの決定処理]
つぎに、レバー制御演算部14による操作者の意図の推定処理、及び操作者が意図する操作をサポートする操作反力パターンのスケジュール決定処理について説明する。
[Estimated operator intent processing, operation reaction force pattern schedule determination processing]
Next, an estimation process of an operator's intention by the lever
ここでは、操作対象として、先に図2(a)と図2(b)とに示したような2頁にわたる選択メニューリストを例として採用する。なお、図2(a)には、1頁目の表示画面例を示しており、図2(b)には、2頁目の表示画面例を示している。すなわち、この選択メニューリストは、1頁が4項目のメニューからなり、2頁で合計8項目のメニューからなり、操作・表示処理演算部2から表示部4への表示データにより、表示内容が変化される。
Here, as an operation target, a selection menu list spanning two pages as shown in FIGS. 2A and 2B is used as an example. FIG. 2A shows an example of the display screen for the first page, and FIG. 2B shows an example of the display screen for the second page. That is, in this selection menu list, one page consists of a menu of four items, and two pages consist of a total of eight menus, and the display contents change depending on the display data from the operation / display
また、この選択メニューリストは、操作・表示処理演算部2により、メニュー項目の表示位置が固定して表示され、レバー部11の傾倒操作によってカーソルCRの表示位置が移動される。このような選択メニューリストにおいては、カーソルCRが図2(a)に示す1頁目の最下端のメニュー項目を選択表示した状態で、レバー部11が正方向に傾倒された場合には、図2(b)に示す2頁目に表示内容が切り替えられ、カーソルCRの表示位置が2頁目の最上端のメニュー項目を選択するように移動される。逆に、この選択メニューリストにおいては、カーソルCRの表示位置が2頁目の最上端のメニュー項目を選択した状態で、レバー部11が負方向に傾倒された場合には、1頁目に表示内容が切り替えられ、カーソルCRの表示位置が1頁目の最下端のメニュー項目を選択した状態とされる。
The selection menu list is displayed by the operation / display
[操作者意図の推定処理]
まず、レバー制御演算部14による操作者の意図の推定処理について説明する。
[Operator intention estimation processing]
First, the process of estimating the operator's intention by the lever
ここで、カーソル表示をメニュー項目表示に重畳させて表示させたり、ポインタ表示をアイコン表示に重畳させて表示するような処理をポインティング処理というが、このポインティング処理に操作者が要する時間は、“Card, et al. 1983”に記載されているように、いわゆるフィッツ(Fitts)の法則にしたがうことが知られている。 Here, the process of displaying the cursor display superimposed on the menu item display or displaying the pointer display superimposed on the icon display is called a pointing process. The time required for the pointing process by the operator is “Card , et al. 1983 ”, it is known to follow the so-called Fitts law.
[フィッツの法則の概要]
このフィッツの法則の概要について図5を用いて説明する。図5に示すように、カーソルCRによってターゲットTGを指示しようとする場合、フィッツの法則によれば、操作者によるポインティング作業に要する時間TPOSは、初期状態におけるカーソルCRとターゲットTGとの距離Dと、ターゲットTGの幅Sとを用いて、次式(1)で表すことができる。
[Overview of Fitz's Law]
The outline of Fitz's law will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, when the target TG is to be indicated by the cursor CR, according to Fitz's law, the time T POS required for the pointing operation by the operator is the distance D between the cursor CR and the target TG in the initial state. And the width S of the target TG can be expressed by the following equation (1).
TPOS=IM・log2(2D/S) ・・・(1)
なお、この上式(1)におけるIMは、カーソルCRをターゲットTGに位置させる1サイクル動作あたりの知覚時間τp、1サイクル動作あたりの認知時間τc、1サイクル動作あたりの運動時間τm、及び1サイクルの動作によるターゲットTGへの接近精度εを用いて、次式(2)で表されるパラメータである。
T POS = I M · log 2 (2D / S) (1)
Incidentally, I M in the above formula (1) is, the recognition time τp per cycle operation to position the cursor CR to the target TG, cognitive time per cycle operation .tau.c, exercise time per cycle operation .tau.m, and 1 This is a parameter expressed by the following equation (2) using the approach accuracy ε to the target TG by the operation of the cycle.
IM=−(τp+τc+τm)/log2ε ・・・(2)
このようなフィッツの法則の導出過程は、以下のようになる。
I M = − (τp + τc + τm) / log 2 ε (2)
The process of deriving such Fitz's law is as follows.
まず、1サイクルのポインティング動作におけるターゲットTGへの接近精度εは、一定であるものとする。したがって、iサイクル目におけるカーソルCRとターゲットTGとの距離をXiとすると、次式(3)が成立する。なお、0サイクル目におけるカーソルCRとターゲットTGとの距離X0は、X0=Dであることはいうまでもない。 First, it is assumed that the approaching accuracy ε to the target TG in the one-cycle pointing operation is constant. Therefore, when the distance between the cursor CR and the target TG in the i-th cycle is X i , the following expression (3) is established. Needless to say, the distance X 0 between the cursor CR and the target TG in the 0th cycle is X 0 = D.
ε=Xi/Xi−1 ・・・(3)
そして、nサイクル目でカーソルCRがターゲットTGに到達したものとすると、次式(4)が成立する。
ε = X i / X i−1 (3)
Then, assuming that the cursor CR has reached the target TG in the nth cycle, the following expression (4) is established.
Xn=εnD=S/2 ・・・(4)
この上式(4)をnについて解くと、次式(5)となる。
X n = ε n D = S / 2 (4)
When the above equation (4) is solved for n, the following equation (5) is obtained.
n=−log2(2D/S)/log2ε ・・・(5)
したがって、ポインティング作業に要する時間TPOSは、次式(6)で表されることになる。
n = −log 2 (2D / S) / log 2 ε (5)
Therefore, the time TPOS required for the pointing work is expressed by the following equation (6).
TPOS=n(τp+τc+τm)
=−{(τp+τc+τm)/log2ε}log2(2D/S)
=式(1) ・・・(6)
ここで、このようなフィッツの法則の導出過程に注目し、上式(3)を用いると、カーソルCRの初期速度V1は、ポインティング動作1サイクルの周期をΔとすると、次式(7)で表されることになる。
T POS = n (τp + τc + τm)
= − {(Τp + τc + τm) / log 2 ε} log 2 (2D / S)
= Equation (1) (6)
Here, paying attention to the process of deriving such Fitz's law, using the above equation (3), the initial velocity V 1 of the cursor CR is expressed by the following equation (7), where Δ is the period of one cycle of the pointing operation. It will be represented by
V1=(X0−X1)/Δ=X0(1−ε)/Δ∝X0(=D) ・・・(7)
すなわち、カーソルCRの初期速度V1は、指示しようとしているターゲットTGまでの距離Dに比例する、ということが導出される。これは、感覚的には、遠くにあるターゲットTGを指示しようとするほど、ポインティング作業を行うための最初の操作を勢いよく行う傾向にある、ということである。
V 1 = (X 0 −X 1 ) / Δ = X 0 (1-ε) / Δ) X 0 (= D) (7)
That is, the initial velocity V 1 of the cursor CR is proportional to the distance D to the target TG trying to instruction, is derived that. This means that the sensuous tendency to perform the first operation for performing the pointing operation more vigorously as the target TG located farther is intended.
ここで、カーソルCRの移動速度とレバー部11の変位量との関係は、上述したように、比例関係にある。したがって、レバー部11の初期変位量は、操作者が指示しようとしているターゲットTGまでの距離に比例することになる。
Here, the relationship between the moving speed of the cursor CR and the amount of displacement of the
そこで、レバー制御演算部14では、この関係に基づいて、操作者が画面上のメニュー位置を選択しようとしている意図と、表示画面範囲外へのカーソル移動、すなわち、メニューの頁切替の意図とを推定する。
Therefore, in the lever
具体的には、操作者の意図を推定するにあたっては、レバー制御演算部14は、レバー部11の初期変位量と、その操作における最終的なカーソル移動量との分布に基づいて、後述の単回帰分析処理又は一変量判別分析処理を行うことにより、レバー部11の初期変位量からカーソル移動量を予測する予測式を算出する。
Specifically, in estimating the operator's intention, the lever
[単回帰分析処理によるカーソル移動量予測式の算出処理]
まず、単回帰分析処理によるカーソル移動量予測式の算出処理について説明する。
[Calculation of cursor movement amount prediction formula by simple regression analysis]
First, calculation processing of a cursor movement amount prediction formula by single regression analysis processing will be described.
単回帰分析処理におけるレバー初期変位量(横軸)と、カーソル移動量(縦軸)との関係を図6に示す。図6によれば、レバー部11の初期変位量と、最終的なカーソル移動量との関係は、レバー初期変位量のX方向に多少のばらつきが出るものの、直線状の分布が形成される。したがって、このようなレバー部11の初期変位量とカーソル移動量との関係について、単回帰分析処理によって回帰直線を求める。なお、Y方向のばらつきがないのは、カーソル移動量は整数値でカウントするためである。
FIG. 6 shows the relationship between the lever initial displacement amount (horizontal axis) and the cursor movement amount (vertical axis) in the single regression analysis process. According to FIG. 6, the relationship between the initial displacement amount of the
このとき、上述したフィッツの法則として表されるポインティング作業における操作時間に関する理論によれば、回帰直線の切片が“0”となるはずであるが、実際には、レバー部11の中立位置のアソビや操作者の操作分解能に起因して、切片が“0”となることはない。また、レバー部11と操作者との位置関係により、レバー部11の正方向と負方向とでは操作条件が異なるので、回帰直線は、これら正方向と負方向とでは異なるものとなる。さらに、個人によってレバー部11の操作の仕方が異なるので、回帰直線の傾き及び切片は、個人によって異なるものとなる。
At this time, according to the theory relating to the operation time in the pointing operation expressed as Fitz's law described above, the intercept of the regression line should be “0”. And the intercept never becomes “0” due to the operation resolution of the operator. In addition, because the operation condition differs between the positive direction and the negative direction of the
以上のことから、レバー制御演算部14により回帰直線を求めるためには、個人の操作履歴を使用し、レバー部11の操作方向が正の場合と負の場合とで、独立して単回帰分析処理を実施する必要がある。
From the above, in order to obtain the regression line by the lever
[単回帰分析処理の処理手順]
つぎに、単回帰分析処理の処理手順について説明する。
[Single Regression Analysis Processing Procedure]
Next, the processing procedure of the single regression analysis process will be described.
単回帰分析処理においては、レバー部11の操作が発生する度に、当該レバー部11の初期変位量(X)と、その操作における最終的なカーソル移動量(Y)とから、図7に示すような形式からなる操作履歴テーブルをレバー制御演算部14により更新する。この操作履歴テーブルは、レバー部11の操作方向の正方向(+)及び負方向(−)のそれぞれに対応した値がレバー制御演算部14により作成される。そして、レバー制御演算部14は、レバー部11の操作方向に応じて、操作履歴テーブルにおける値を更新する。なお、初期状態の操作履歴テーブルは、全ての欄が“0”となっている。
In the single regression analysis process, each time the
レバー制御演算部14は、操作履歴テーブルを更新するにあたって、レバー部11の操作が発生して初期変位量(X)を検出すると、操作履歴テーブルにおける第1行(n:操作発生回数)の欄の値に“1”を加算し、第2行(ΣiXi)の欄の値にレバー部11の初期変位量(X)を加算し、第3行(ΣiXi 2)の欄の値に初期変位量を加算した値(Xi)を2乗した値(Xi 2)を加算する。
When updating the operation history table, the lever
続いて、レバー制御演算部14は、操作履歴テーブルにおける第4行(ΣiYi)の欄の値にカーソル移動量(Y)を加算し、第5行(ΣiYi 2)の欄の値に(Y2)を加算する。ただし、レバー制御演算部14は、操作にともなって頁切替が発生した場合、カーソル移動量(Y)を、操作方向が正方向の場合には頁切替に至るまでのカーソル移動量に“1”を加算した値とし、操作方向が負方向の場合には頁切替に至るまでのカーソル移動量から“1”を減算した値とする補正を行って第4行(ΣiYi)及び第5行(ΣiYi 2)を補正する。
Subsequently, the lever
例えば、先に図2(a)に示した状態から正方向に操作を開始し、2頁目に切り替わった場合には、2頁目における最終的なカーソル位置にかかわらず、“2+1=3”をカーソル移動量とする。また、図2(b)に示した状態から負方向に操作を開始し、1頁目に切り替わった場合には、1頁目における最終的なカーソル位置にかかわらず、“3−1=2”をカーソル移動量とする。これは、頁切替が発生する場合には、操作者は、操作開始時に頁切替後の選択位置をねらうことはなく、差し当たってカーソルを表示画面範囲外に移動させることを意識するので、実質的なカーソル移動量は、頁切替に至るまでのカーソル移動量の“±1”とするのが合理的であるためである。 For example, when the operation is started in the forward direction from the state shown in FIG. 2A and the page is switched to the second page, “2 + 1 = 3” regardless of the final cursor position on the second page. Is the amount of cursor movement. When the operation is started in the negative direction from the state shown in FIG. 2B and the page is switched to the first page, “3-1 = 2” regardless of the final cursor position on the first page. Is the amount of cursor movement. This means that when page switching occurs, the operator does not aim at the selected position after page switching at the start of operation, but is aware that the cursor is moved outside the display screen range. This is because it is reasonable to set the typical cursor movement amount to “± 1” of the cursor movement amount until page switching.
最後に、レバー制御演算部14は、操作履歴テーブルにおける第6行(ΣiXiYi)の欄の値に、レバー部11の初期変位量(X)とカーソル移動量(Y)との積を加算する。なお、このときのカーソル移動量(Y)についても、上述した頁切替に関する補正を行った値である。
Finally, the lever
そして、レバー制御演算部14は、以上のように操作が発生するごとに逐次更新した操作履歴テーブルに基づいて、回帰直線の傾き(a+,a−)と、切片(b+,b−)とを求める単回帰分析処理を行う。
The lever
レバー制御演算部14は、レバー部11が正方向に操作された場合の回帰直線を求める場合には、操作履歴テーブルにおける正方向に対応した値から、次式(8)乃至次式(12)なる演算をすることにより<X>及び<Y>を求め、当該<X>及び<Y>を用いて、傾きa+と切片b+とを、それぞれ次式(13)及び次式(14)なる演算をして求める。さらに、レバー制御演算部14は、これらから寄与率R+ 2を次式(15)なる演算をして求める。
When the lever
<X>=ΣiXi/n ・・・(8)
<Y>=ΣiYi/n ・・・(9)
Sxx=ΣiXi 2/n−(ΣiXi)2 ・・・(10)
Syy=ΣiYi 2/n−(ΣiYi)2 ・・・(11)
Sxy=(ΣiXiYi)/n−<X><Y> ・・・(12)
a+=Sxy/Sxx ・・・(13)
b+=<Y>−Sxy/Sxx<X> ・・・(14)
R+ 2=Sxy2/Sxx/Syy ・・・(15)
一方、レバー制御演算部14は、負方向の回帰直線を求める場合には、操作履歴テーブルにおける負方向に対応した値から、上式(8)〜上式(15)に示した正方向の場合と同様の演算を行うことにより、傾きa−と切片b−と寄与率R− 2とを求める。
<X> = Σ i X i / n (8)
<Y> = Σ i Y i / n (9)
Sxx = Σ i X i 2 / n− (Σ i X i ) 2 (10)
Syy = Σ i Y i 2 / n− (Σ i Y i ) 2 (11)
Sxy = (Σ i X i Y i) / n- <X><Y> ··· (12)
a + = Sxy / Sxx (13)
b + = <Y> −Sxy / Sxx <X> (14)
R + 2 = Sxy 2 / Sxx / Syy (15)
On the other hand, when calculating the regression line in the negative direction, the lever
なお、寄与率(R+ 2,R− 2)は、回帰直線による予測の精度を表す数値であり、後述する操作反力パターン変更可否の判定処理に用いる数値である。 Note that the contribution rate (R + 2, R - 2 ) is a numerical value representing the accuracy of the prediction by the regression line is a numerical value used for the determination processing of the operation reaction force pattern Changeable to be described later.
単回帰分析処理においては、このようにして正方向及び負方向についての回帰式(予測式)Y=a+X+b+、及びY=a−X+b−を求める。そして、レバー制御演算部14では、実際にレバー部11の初期変位量(X)を得た場合には、該当する操作方向の回帰式に初期変位量(X)を代入して実数(Y)を求め、この値の小数点第一位を四捨五入して得られる整数値を、そのときのカーソル移動量(Y)の推定値とすることができる。
In the single regression analysis process, the regression equations (predictive equations) Y = a + X + b + and Y = a − X + b − for the positive direction and the negative direction are obtained in this way. In the lever
このように、多方向入力操作装置1においては、単回帰分析処理を行って操作者の意図を推定することができる。この単回帰分析処理は、比較的簡略な操作履歴テーブルと演算式とを用いて求めることができるので、レバー制御演算部14の演算負荷の低減に効果がある。しかしながら、単回帰分析処理は、レバー部11の初期変位量とカーソル移動量との間に理想的な線形関係が成立することを前提としているので、実環境に適用した場合には、推定精度に限界が生じる可能性がある。これに対し、レバー制御演算部14では、推定精度をさらに向上させるために、以下に説明する一変量判別分析処理を行う。
Thus, in the multidirectional
[一変量判別分析処理による予測式の算出処理]
つぎに、一変量判別分析による予測式の算出処理について説明する。
[Calculation of prediction formula by univariate discriminant analysis processing]
Next, calculation processing of a prediction formula by univariate discriminant analysis will be described.
図8は、最終的なカーソル移動量(整数値)を群とみなし、各群におけるレバー部11の初期変位量の発生頻度を確率分布で表現したものである。一変量判別分析処理は、あるレバー部11の初期変位量(X)がいずれの群に属するかを、いわゆるマハラノビス汎距離の比較から求める処理である。
FIG. 8 represents the final cursor movement amount (integer value) as a group, and represents the occurrence frequency of the initial displacement amount of the
具体的には、レバー制御演算部14は、各群の確率分布を正規分布と仮定して、全ての群(j)の境界を判別値(Cj−1,Cj)として求め、レバー部11の初期変位量(X)がいずれの群の範囲に属するかにより、対応する群(=カーソル移動量)を予測する。このとき、レバー制御演算部14は、各群について、隣接する群に誤って予測してしまう確率である誤判別率(Pj−1,Pj)を統計的に算出し、各群の推定精度(Aj=1−(Pj−1+Pj))を求める。なお、この各群の推定精度(Aj)は、後述する操作反力パターン変更可否の判定に用いるものである。
Specifically, the lever
[一変量判別分析処理の処理手順]
つぎに、一変量判別分析の処理手順について説明する。
[Univariate discriminant analysis processing procedure]
Next, a processing procedure for univariate discriminant analysis will be described.
レバー制御演算部14は、レバー部11の操作が発生して、レバー部11の初期変位量(X)を入力し、最終的なカーソル移動量(j)とから、図9に示すような形式からなる操作履歴テーブルを更新する。本実施形態では、図2に示したように、8個のメニュー項目からなる選択メニューリストを想定しているため、カーソル移動量が、“±7”の範囲の整数値となる。そのため、この操作履歴テーブルは、これに対応して8列から構成される。なお、初期状態の操作履歴テーブルは、全ての欄が“0”とされる。
The lever
レバー制御演算部14は、操作履歴テーブルを更新するにあたっては、レバー部11の操作が発生する度に、カーソル移動量(j)に対応する値の更新を行う。ただし、レバー制御演算部14では、カーソル移動量(j)を、単回帰分析処理の場合と同様に、レバー操作にともなって頁切替が発生した場合、操作方向が正方向の場合には、頁切替に至るまでのカーソル移動量に“1”を加算した値とし、操作方向が負方向の場合には、頁切替に至るまでのカーソル移動量から“1”を減算した値とする補正を行う。
When updating the operation history table, the lever
そして、レバー制御演算部14では、求めたカーソル移動量(j)に対応する値について、第1行(nj)の欄の値に“1”を加算し、第2行(ΣiXij)の欄の値にレバー部11の初期変位量(X)を加算し、第3行(ΣiXij 2)の欄の値にX2を加算する。
Then, the lever
これにより、レバー制御演算部14では、レバー部11の操作が発生する度に操作履歴テーブルを更新し、当該操作履歴テーブルに基づいて、各操作における最終的なカーソル移動量(j)の境界(Cj−1,Cj)と、誤判別率(Pj−1,Pj)と、当該群と両隣の群との推定精度(Aj−1,Aj,Aj+1)とを算出する。
Thereby, the lever
ここで、最終的なカーソル移動量が(j)であった場合には、レバー制御演算部14は、更新した操作履歴テーブルの値から、次式(16)に示す演算を行うことにより<Xj>を求め、当該<Xj>を用いて次式(17)に示す演算を行うことによりσjを求める。
Here, when the final cursor movement amount is (j), the lever
<Xj>=ΣiXij/nj ・・・(16)
σj=(nj/(nj−1)(ΣiXij 2/nj−<Xj>2))1/2 ・・・(17)
そして、レバー制御演算部14では、<Xj>及びσjを用いて、カーソル移動量ごとに次式(18)乃至次式(24)に示す演算を行うことにより、カーソル移動量の境界値C、誤判別率P及び推定精度Aを算出して、図10(a)に示すような負方向にレバー部11を操作した場合の分析結果テーブル及び図10(b)に示すような正方向にレバー部11を操作した場合の分析結果テーブルに各算出結果を保持する。なお、次式(20)及び次式(21)におけるPr{}は、標準正規分布において{}内の条件が成立する累積確率である。
<X j > = Σ i X ij / n j (16)
σ j = (n j / (n j −1) (Σ i X ij 2 / n j − <X j > 2 )) 1/2 (17)
Then, the lever
Cj−1=(<Xj−1>σj+<Xj>σj−1)/(σj−1+σj) ・・・(18)
Cj=(<Xj>σj+1+<Xj+1>σj)/(σj+σj+1) ・・・(19)
Pj−1=Pr{z>(Cj−1−<Xj−1>)/σj−1} ・・・(20)
Pj=Pr{z>(Cj−<Xj>)/σj} ・・・(21)
Aj−1=1−(Pj−2+Pj−1) ・・・(22)
Aj=1−(Pj−1+Pj) ・・・(23)
Aj+1=1−(Pj+Pj+1) ・・・(24)
また、レバー制御演算部14は、カーソル移動量が上下限値であった場合、すなわち、j=−7又は+7であった場合、及びj=−1又は+1であった場合には、片側方向に対応する操作が存在しないため、片側についてのみの境界値C、誤判別率P及び推定精度Aを算出すればよい。
C j−1 = (<X j−1 > σ j + <X j > σ j−1 ) / (σ j−1 + σ j ) (18)
C j = (<X j > σ j + 1 + <X j + 1 > σ j ) / (σ j + σ j + 1 ) (19)
P j−1 = Pr {z> (C j−1 − <X j−1 >) / σ j−1 } (20)
P j = Pr {z> ( C j - <Xj>) / σ j} ··· (21)
A j−1 = 1− (P j−2 + P j−1 ) (22)
A j = 1− (P j−1 + P j ) (23)
A j + 1 = 1− (P j + P j + 1 ) (24)
Further, the lever
レバー制御演算部14は、上述の一変量判別分析処理を行うことにより、図10に示すような分析結果テーブルを更新すると、あるレバー部11の初期変位量(X)が分析結果テーブルの境界値Cに対して属する群を、カーソル移動量(j)の推定値とする。
When the lever
このように、多方向入力操作装置1においては、一変量判別分析処理を行うことにより操作者の意図を推定することができる。このような一変量判別分析処理では、隣接するカーソル移動量に関する群の間の分布に基づいて、カーソル移動量の推定を行い、単回帰分析処理のようなレバー部11の初期変位量とカーソル移動量との間の線形関係を前提としないので、さらに精度の高い推定が可能となるメリットがある。ただし、一変量判別分析処理は、分析結果テーブルの計算を行って記憶する必要があり、単回帰分析処理と比較してより多くの記憶領域や演算量が必要となるので、演算回路の負荷が上昇するというデメリットがある。
Thus, in the multidirectional
以上のことから、多方向入力操作装置1においては、操作者の意図を推定するにあたって、単回帰分析処理を適用するか、一変量判別分析処理を適用するかについて、推定精度とコストとのトレードオフによって選択することが可能となる。
From the above, in the multi-directional
[操作反力パターンのスケジュールの決定処理]
つぎに、操作者が意図する操作をサポートする操作反力パターンのスケジュールの決定処理について説明する。
[Operation reaction pattern schedule decision processing]
Next, an operation reaction force pattern schedule determination process for supporting an operation intended by the operator will be described.
レバー制御演算部14では、上述したレバー部11の初期変位量による最終的なカーソル移動量の推定処理により、操作者の選択位置又は頁切替の意図の推定を行う。すなわち、レバー制御演算部14は、現在のカーソル位置に対して、カーソル移動量の推定値を加算した位置が同一頁内のメニュー項目の選択位置である場合には、当該位置を操作者の意図するメニュー項目をカーソルCRによる選択位置とする。また、レバー制御演算部14は、現在のカーソル位置に対して、カーソル移動量の推定値を加算した位置が次頁又は前頁のメニュー項目の選択位置である場合には、レバー部11の操作が頁切替の意図したものであると判定する。
The lever
そして、レバー制御演算部14は、操作意図が同一頁内のメニュー項目を選択する位置であると推定した場合には、当該推定したメニュー項目の位置でレバー部11が中立位置に戻りやすくなるように操作反力を制御する。一方、レバー制御演算部14は、操作意図が頁切替であると推定した場合には、頁切替後の初期のメニュー項目の選択位置においてレバー部11が中立位置に戻りやすくなるように操作反力を制御する。すなわち、本実施形態においては、1頁目から2頁目に切り替わった際には、2頁目の最上端位置においてレバー部11が中立位置に戻りやすくなるように操作反力を制御し、2頁目から1頁目に切り替わった際には、1頁目の最下端位置においてレバー部11が中立位置に戻りやすくなるように操作反力を制御する。
When the lever
まず、レバー部11には、基本操作反力パターンとして、図11に示すようなレバー変位量に対する操作反力が予めレバー制御演算部14に設定されている。図11に示すように、基本操作反力パターンは、レバー部11の変位量に対して操作反力がいわばすり鉢の縦断面状に設定されたものであり、レバー部11の変位量が増加するほど、レバー制御演算部14により、レバー部11の操作反力が大きくなるようにレバー駆動部12を制御するように設定されている。これにより、レバー制御演算部14は、操作者が、レバー部11の変位量に比例するカーソル移動速度を、当該レバー部11の操作反力により認識させる。また、レバー制御演算部14は、操作者がレバー部11から手を離した場合には、基本操作反力パターンに従ってレバー駆動部12を駆動させていることにより、レバー部11を中立位置に戻し、表示部4上でのカーソルの移動表示を停止させる。
First, an operation reaction force with respect to a lever displacement amount as shown in FIG. 11 is preset in the lever
また、レバー制御演算部14には、基本操作反力パターンとして、図12に示すようなレバー部11の操作速度に対する減衰力が全ての変位量にわたって予め設定されている。この減衰力は、ダンパーとも称され、レバー部11の変位速度に比例する操作反力である。これにより、レバー制御演算部14は、レバー部11の動作に滑らかな感触を発生させるようにレバー駆動部12を制御することにより、操作品質を高める効果を与える。
Further, in the lever
更にまた、レバー制御演算部14は、レバー部11の初期変位量に基づいて、同一頁内の選択位置を選択しようとしている意図が推定できた場合には、カーソルが推定される選択位置に到達した時点で、基本操作反力パターンに基づいて、中立位置に戻る力(以下、「センタリング力」という。)を増加させ、さらにレバー部11を加振させる。具体的には、レバー制御演算部14は、センタリング力を増加させるために、図13に示すように、変位量に対する操作反力の傾きを増加させる。また、レバー制御演算部14は、レバー部11を加振するために、カーソルが推定されるメニュー項目の選択位置に到達した時点から当該レバー部11が中立位置に戻るまでの間、図14に示すような時間的に正弦波状に変化する操作反力を、図13に示す静的操作反力に合成させて、レバー駆動部12を制御する。
Furthermore, if the intention to select a selection position within the same page can be estimated based on the initial displacement amount of the
このとき、レバー制御演算部14は、図13に示すように、中立位置付近における減衰力も増加させる。レバー制御演算部14は、減衰力を増加させるために、図15に示すように、基本の減衰力の傾きを負方向に増大させ、変位速度に対して大きな操作反力が発生するようにレバー駆動部12を制御する。これは、センタリング力の増加により、レバー部11が中立位置に急激に戻され、中立位置を通り越して反対側に振れることによって発生する、意図しないレバー部11の発振を防止するためである。
At this time, the lever
このように、レバー制御演算部14は、カーソルが推定されるメニュー項目の選択位置に到達した時点で、レバー部11のセンタリング力を増加させることにより、カーソルが推定されるメニュー項目の選択位置に到達した際に、レバー部11を中立位置に戻りやすくし、結果として、推定されるメニュー項目の選択位置でカーソルを停止しやすくする。
Thus, the lever
また、レバー制御演算部14は、カーソルが推定されるメニュー項目の選択位置に到達した場合に、操作者が操作端を強く把持しているために、センタリング力を増加させても操作者の操作力が上回って操作端が中立位置に戻らない場合であっても、レバー部11を加振することによる操作端の振動を発生させることにより操作端の把持力を弱めさせ、操作者の操作力を弱めさせることができるので、センタリング力の増加を有効に作用させ、操作端が中立位置に戻りやすくする。
Further, the lever
一方、レバー制御演算部14は、レバー部11の初期変位量に基づいて、頁切替の意図を推定した場合には、カーソルが頁切替後の初期位置に到達した時点で、上述した処理と同様の処理によってセンタリング力の増加と加振とを行い、レバー部11を中立位置に戻す。
On the other hand, when the lever
本実施形態のように、メニュー画面が頁単位で切り替わる場合には、頁切替後の初期位置にカーソルの表示位置が確実に停止させることにより、メニュー項目の探索が容易になることが、実験からわかっている。これは、カーソルは、通常、選択位置が明確となるように、誘目性が高い表示を行うので、操作者は、頁切替の直後には、まずカーソルに視線が誘導される。したがって、頁切替後のカーソル位置が頁の上下端にある場合等、初期位置にない場合には、メニュー探索のために視線の往復が発生し、探索に時間がかかることになる。これに対して、多方向入力操作装置1では、頁切替後のカーソル位置が、頁の上下端等の所定の初期位置に停止させるので、メニュー探索のための視線移動を一方向に統制しやすく、メニュー探索を容易とさせる。
From the experiment, when the menu screen is switched in units of pages as in the present embodiment, it is easy to search for menu items by surely stopping the display position of the cursor at the initial position after page switching. know. This is because the cursor is normally displayed with high attractiveness so that the selected position is clear, and therefore, the operator first induces a line of sight to the cursor immediately after the page switching. Therefore, when the cursor position after page switching is not at the initial position, such as when the cursor position is at the upper or lower end of the page, the line of sight is reciprocated for menu search, and the search takes time. On the other hand, in the multi-directional
[レバー制御演算部による処理内容]
つぎに、上述した処理を行うレバー制御演算部14による処理手順について、図16に示すフローチャートを参照して説明する。
[Processing content of lever control calculation unit]
Next, a processing procedure by the lever
まず、レバー制御演算部14は、多方向入力操作装置1が起動されてレバー部11が操作されると、ステップS1において、レバー部11の変位量の算出を行う。具体的には、レバー制御演算部14は、レバー位置検出部13からのレバー位置情報を一定周期でサンプリングし、ディジタル化した値をレバー部11の変位量として算出する。また、レバー制御演算部14は、減衰力制御を行うために、レバー部11の変位量の差分をサンプリング周期で除すことによってレバー部11の変位速度を算出する。
First, when the multi-directional
続いて、レバー制御演算部14は、操作者の操作状況の判定を行う。具体的には、レバー制御演算部14は、前サイクルでレバー部11の変位量が所定の操作検出閾値未満であり、且つ、今サイクルで操作検出閾値以上となった場合には、「操作開始」と判定する。また、レバー制御演算部14は、前サイクルでレバー部11の変位量が操作検出閾値以上であり、且つ、今サイクルで操作検出閾値未満となった場合には、「操作終了」と判定する。
Subsequently, the lever
ここで、レバー制御演算部14は、ステップS2において、「操作開始」であると判定した場合には、ステップS4へと処理を移行する。一方、レバー制御演算部14は、「操作開始」でないと判定し、且つ、ステップS3において、「操作終了」であると判定した場合には、ステップS8へと処理を移行する。さらに、レバー制御演算部14は、「操作終了」でないと判定したその他の操作状況である場合、すなわち、レバー部11の変位量が、前サイクル及び今サイクル共に操作検出閾値以上である場合(操作継続中の場合)、又は前サイクル及び今サイクル共に操作検出閾値以下である場合(操作なしの場合)には、今サイクルの処理を終了する。
Here, if the lever
レバー制御演算部14は、ステップS2にて「操作開始」であると判定してステップS4へと処理を移行すると、操作開始時におけるレバー部11の初期変位量として、ステップS2における判定で使用したレバー部11の変位量を所定のバッファに一時記憶する。また、レバー制御演算部14は、操作開始時点でのカーソル位置もあわせてバッファに一時記憶する。
When it is determined that the operation is started in step S2 and the process proceeds to step S4, the lever
続いて、レバー制御演算部14は、ステップS5において、現状の推定精度で、操作意図の推定が可能か否かを判定する。ここで、操作意図の推定精度としては、上述した単回帰分析処理を行う場合には、レバー制御演算部14は、寄与率(R+ 2,R− 2)を算出して、今サイクルの傾倒方向が正方向の場合には、寄与率R+ 2が推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分であると判定する一方で、傾倒方向が負方向の場合には、寄与率R− 2が推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分であると判定する。
Subsequently, in step S5, the lever
一方、上述した一変量判別分析処理を行う場合には、レバー制御演算部14は、操作意図の推定精度として、上述した各カーソル移動量の推定精度Ajを算出し、この推定精度Ajのうち、最小値min(Aj)が推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分であると判定する。
On the other hand, when performing the above-described univariate discriminant analysis processing, the lever
なお、推定精度閾値は、誤判別をどのくらい許容するかという設計要件にかかわるが、快適な操作を実現するためには、例えば0.9以上の設定が必要と考えられる。 Note that the estimated accuracy threshold is related to the design requirement of how much misclassification is allowed, but it is considered necessary to set a value of, for example, 0.9 or more in order to realize a comfortable operation.
ここで、レバー制御演算部14は、推定精度が不十分であると判定した場合には、今サイクルの処理を終了する一方で、推定精度が十分であると判定した場合には、ステップS6へと処理を移行する。
Here, if the lever
レバー制御演算部14は、ステップS6において、レバー部11の初期変位量に基づく意図推定を行う。具体的には、レバー制御演算部14は、単回帰分析処理を行った場合には、上述した回帰式Y=a+X+b+,Y=a−X+b−に対して、レバー部11の初期変位量(X)を、該当する傾倒方向の回帰式に代入して実数(Y)を求め、この値の小数点第一位を四捨五入して得られる整数値を、カーソル移動量の推定値とする。
In step S <b> 6, the lever
一方、レバー制御演算部14は、一変量判別分析処理を行った場合には、図10に示した分析結果テーブルを作成し、レバー部11の初期変位量(X)が分析結果テーブルの境界値Cに対して属する群を、カーソル移動量の推定値とする。
On the other hand, when the univariate discriminant analysis process is performed, the lever
そして、レバー制御演算部14は、カーソル移動量の推定値を求めると、上述したように、現在のカーソル位置に対して、カーソル移動量の推定値を加算した位置が、同一頁内のメニュー項目の選択位置である場合には、当該位置が操作者の意図するメニュー項目の選択位置であると判定し、次頁又は前頁のメニュー項目の選択位置である場合には、頁切替のメニュー項目を選択する意図であると判定する。
Then, when the lever
そして、レバー制御演算部14は、ステップS7において、先に図11乃至図15を用いて説明した処理により、推定意図による操作反力パターンの変更スケジュールを設定し、今サイクルの処理を終了する。
Then, in step S7, the lever
また、レバー制御演算部14は、ステップS3にて「操作終了」であると判定してステップS8へと処理を移行すると、操作反力パターンの変更スケジュールをリセットする。すなわち、レバー制御演算部14は、操作反力パターンを、先に図11及び図12に示した基本操作反力パターンのまま保持する設定とし、次の操作に備える。
In addition, when the lever
続いて、レバー制御演算部14は、ステップS9において、ステップS4にてバッファに一時記憶した操作開始時点でのカーソル位置と、操作終了時点でのカーソル位置との差分に基づいて、今サイクルで終了した操作におけるカーソル移動量を算出し、ステップS4にてバッファに一時記憶したレバー部11の初期変位量とあわせて、操作履歴テーブルを更新する。なお、この操作履歴テーブルは、単回帰分析処理を行う場合には、先に図7に示したものであり、一変量判別分析処理を適用する場合には、先に図9に示したものである。
Subsequently, in step S9, the lever
そして、レバー制御演算部14は、ステップS10において、予測式を更新し、今サイクルの処理を終了する。すなわち、レバー制御演算部14は、単回帰分析処理を行う場合には、回帰式Y=a+X+b+,Y=a−X+b−を求めて更新し、一変量判別分析処理を行う場合には、分析結果テーブルの値を更新する。
Then, in step S10, the lever
レバー制御演算部14は、このような一連の処理を経ることにより、操作者の操作意図を推定して操作者が意図する操作をサポートするような操作反力パターンのスケジュールを決定することができ、これら操作反力パターンのスケジュールとレバー位置情報とに基づいて、現在の発生トルク量を算出することになる。
The lever
[第1実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、第1実施形態に係る多方向入力操作装置1によれば、メニューの指示操作の際に、操作開始直後におけるレバー部11の初期変位量に基づいて、操作者の操作意図を推定し、推定した操作者が意図する操作に応じて、操作反力を変更するので、操作者の意図する操作をサポートするように操作反力を調整することができる。したがって、この多方向入力操作装置1によれば、操作者が意図した操作を確実に行わせることができる。
[Effect of the first embodiment]
As described above in detail, according to the multi-directional
また、この多方向入力操作装置1によれば、操作反力の調整を逐次行うので、常に操作者の意図する操作に応じたサポートを実施することができ、良好な操作性を確保することができる。
Further, according to the multidirectional
更に、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11の操作開始直後における変位量に基づいて、操作者の意図を推定するので、操作反力を変更するための時間的余裕を確保することができ、確実に操作反力の変更を行うことができる。
Furthermore, according to this multidirectional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、操作者が意図するメニュー項目の位置でカーソルの移動を停止しやすくなるので、操作中から操作終了までの間の操作が大雑把になっても誤操作が起こりにくく、操作者に画面を注視させることなく、所望の位置にカーソルを停止させることが比較的容易とさせることができる。これにより、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11の操作量に応じてカーソルの移動速度を高くするという基本操作の長所である操作の効率性を活かすことができ、操作負荷の上昇や操作効率の低下を招来することなく、誤操作の防止と良好な操作性の確保とを両立させることができる。
Furthermore, according to the multi-directional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11の操作開始直後における中立位置からの変位量に基づいて、レバー制御演算部14によって操作者が選択しようとしている表示画面上の選択対象であるメニュー項目の位置を推定し、当該メニュー項目を指示した時点でレバー部11が中立位置に戻りやすくするように操作反力を変更するので、操作者が指示しようとしているメニュー項目を確実に選択させることが可能となる。このとき、この多方向入力操作装置1によれば、メニュー項目を指示した時点でレバー部11が中立位置に戻りやすくなるので、指示操作において最も時間と注意とを要する指示位置の微調整が容易となり、操作時間の短縮と操作性の向上を図ることができる。
Furthermore, according to the multidirectional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11の操作開始直後における中立位置からの変位量に基づいて、レバー制御演算部14によって操作者が表示画面範囲外の選択対象を選択しようとしていることを推定し、表示画面切替後の所定のメニュー項目を指示した時点でレバー部11が中立位置に戻りやすくするように操作反力を変更するので、複数頁にまたがるメニュー項目を指示する場合等において、頁切替によって表示画面が刷新された際に、予め所定の初期位置に指示位置を停止させることができる。したがって、この多方向入力操作装置1によれば、メニュー探索のための視線移動を一方向に統制しやすく、メニュー探索を容易とすることができる。
Furthermore, according to this multidirectional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、メニュー項目を指示した時点で、レバー制御演算部14によってセンタリング力を増加させる。すなわち、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11が中立位置に戻りやすくする操作反力の変化として、センタリング力の増加を用いる。したがって、この多方向入力操作装置1によれば、所望のメニュー項目位置を指示した時点で、レバー部11を確実に中立位置に戻すことができ、効率的に上述した効果を得ることができる。
Furthermore, according to the multi-directional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、メニュー項目を指示した時点で、レバー制御演算部14によってレバー部11を加振することもできる。すなわち、この多方向入力操作装置1によれば、レバー部11が中立位置に戻りやすくする操作反力の変化として、レバー部11の加振を用いることもできる。特に、この多方向入力操作装置1によれば、センタリング力の増加とレバー部11の加振とを併用することにより、操作者が操作端を強く把持しているために、センタリング力を増加させても操作者の操作力が上回り、操作端が中立位置に戻らない場合であっても、レバー部11を加振することによる操作端の振動で操作端の把持力を弱めさせ、操作者の操作力を弱めさせることができるので、センタリング力の増加を有効に作用させ、操作端が中立位置に戻りやすくなる。
Furthermore, according to the multi-directional
更に、この多方向入力操作装置1によれば、レバー制御演算部14によってレバー部11の中立位置からの変位量に基づいて操作の終了を判定し、操作反力の変更スケジュールをリセットするので、操作者が操作を中断した場合には、当該操作の意図に対応した操作反力の変更をリセットし、次の操作の意図推定に対応することができるようになり、常に最新の操作意図に対応して効率よく上述した効果を得ることができる。
Furthermore, according to the multidirectional
更にまた、この多方向入力操作装置1によれば、レバー制御演算部14が、レバー部11の操作開始直後における中立位置からの変位量と操作結果とを記録する操作履歴テーブルを作成し、レバー部11の操作開始直後における中立位置からの変位量と操作結果との分布に基づいて、操作意図を推定するので、操作開始直後における変位量と操作結果(選択位置)との相関関係を操作者個人のデータによって構築することが可能となる。ここで、操作開始直後における変位量と操作位置との間には、正の相関関係が存在し、回帰分析処理や判別分析処理を行って操作者の意図推定が可能となるが、この相関関係は、個人によって傾向が異なることがわかっている。したがって、この多方向入力操作装置1によれば、操作者個人についての操作履歴テーブルを作成して、相関関係を求めることにより、より高精度に操作意図の推定を行うことが可能となり、確実に上述した効果を得ることができる。
Furthermore, according to this multidirectional
また、この多方向入力操作装置1によれば、レバー制御演算部14によって単回帰分析処理又は一変量判別分析処理を行って操作意図を推定する。したがって、多方向入力操作装置1によれば、単回帰分析処理を行って操作意図を推定することにより、比較的簡略な操作履歴テーブルと算出式とを用いてカーソルの停止位置を推定することができ、演算負荷の低減を図ることができる。また、多方向入力操作装置1によれば、一変量判別分析処理を行って操作意図を推定することにより、単回帰分析処理のようなレバー部11の初期変位量とカーソル移動量との間の線形関係を前提とすることがなく、更に精度の高い推定を行うことが可能となる。
Further, according to the multidirectional
[第2実施形態]
つぎに、第2実施形態に係る多方向入力操作装置1’について説明する。なお、この第2実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。
[Second Embodiment]
Next, a multidirectional
[多方向入力操作装置1’の構成]
第2実施形態に係る多方向入力操作装置1’は、操作方向が2軸であるジョイスティック型のものに適用される。
[Configuration of Multidirectional Input Operation Device 1 ']
The multi-directional
多方向入力操作装置1’は、例えば車両のインストルメントパネル内のセンター・クラスタに設置され、運転席及び助手席の双方から操作が可能とされる。この多方向入力操作装置1’は、図17に外観構成を示すように、回転可能な所定の操作面の円周端に向かって、中立位置から円周方向への傾倒操作及び押し込み操作が可能とされるスティック部101が操作端として設けられている。この多方向入力操作装置1’は、上述した表示部4の表示画面上に表示されるGUI(Graphical User Interface)のアイコン選択等の操作を行う。
The multidirectional
また、この多方向入力操作装置1’において、スティック部101の手前左右には、現在の操作者が運転席に座っている人物であるのか、助手席に座っている人物であるのかを識別するための赤外線センサ102L,102Rが設置されている。これら赤外線センサ102L,102Rは、それぞれ、図示しない発光部と受光部との組み合わせとして構成されているので、同図に示すように、これら発光部と受光部とに対応する2つの開口部を有している。
Further, in this multidirectional
これら赤外線センサ102L,102Rの設置位置は、車室内のレイアウト設計に依存するが、運転席又は助手席に着座している操作者が自然にスティック部101を操作した際に、操作者側の赤外線センサのみが感知し、もう一方の赤外線センサは感知しないようにする必要がある。したがって、図18に示すように、着座位置から操作者が自然に手HDを伸ばしてスティック部101を操作した際に、親指の付け根付近の掌低部分が来る位置に一方の赤外線センサを設置することが望ましい。なお、図18においては、着座位置から操作者が右手を伸ばしてスティック部101を操作している様子を示しているので、親指の付け根付近の掌低部分に存在する位置に赤外線センサ102Rを設置することが望ましい。
The installation positions of these infrared sensors 102 L and 102 R depend on the layout design in the passenger compartment, but when the operator sitting in the driver seat or the passenger seat naturally operates the
このとき、操作時の手HDの位置は、操作者の体格に応じて変化することが考えられるが、設計時の標準着座位置及び標準体格を想定して左右の赤外線センサ102L,102Rの位置決めを行ってもよく、また、人体寸法の統計データに基づいて、左右の赤外線センサ赤外線センサ102L,102Rにおける操作者の分離が厳しくなる方向の代表体格を用いて位置決めを行うことが望ましく、これにより更に確実な操作者着座位置の識別を可能とする。具体的には、多方向入力操作装置1’においては、本実施形態のようにセンター・クラスタに設置された場合には、体格の大きい操作者の方がより後方から手HDを伸ばし、インストルメントパネルのセンター・ライン103に対してより平行に手HDが入るように構成されているので、小指側がもう一方の赤外線センサ102Lに接近し、感知される危険性が高くなる。したがって、本実施形態では、95パーセンタイルの体格を代表体格として、赤外線センサ102L,102Rの位置決めを行うことにより、確実に操作者着座位置の識別を行う。
At this time, the position of the hand HD at the time of operation may be changed according to the physique of the operator, but the left and right infrared sensors 102 L and 102 R are assumed assuming the standard seating position and the standard physique at the time of design. Positioning may be performed, and it is desirable to perform positioning using a representative physique in a direction in which separation of operators in the left and right infrared sensors 102 L and 102 R becomes severe based on statistical data of human body dimensions. This makes it possible to more reliably identify the operator seating position. Specifically, in the multi-directional
なお、本実施形態では、操作者識別手段として非接触で感知可能な赤外線センサ102L,102Rを例として挙げたが、操作者識別手段としては、後述するように、赤外線センサに代えて、センサへの接触が前提となる静電容量センサや感圧センサを用いても良い。この場合、これらのセンサの配置は、赤外線センサと同様の位置で良い。すなわち、図18に示すようなセンター・クラスタに多方向入力操作装置1’を配置する場合には、親指の付け根付近の掌底部分が、操作時のサポートとしてインストルメントパネル面に接触するので、赤外線センサと同様の位置に静電容量センサや感圧センサを設置することにより、同様に操作者着座位置を識別することが可能となる。
In the present embodiment, the infrared sensors 102 L and 102 R that can be sensed in a non-contact manner as an operator identification unit are given as examples. However, as will be described later, the operator identification unit is replaced with an infrared sensor. You may use the electrostatic capacitance sensor and pressure sensor which presuppose the contact to a sensor. In this case, the arrangement of these sensors may be the same position as the infrared sensor. That is, when the multidirectional
このような多方向入力操作装置1’は、表示部4の表示画面上に表示される例えば図19に示すような地図上のアイコン選択を操作対象として想定する。図19に示す地図画面は、いわゆるナビゲーション画面を想定したものであり、自車位置111を基準として、自車周辺の地図が表示されるものである。更に、この地図画面には、周囲の施設等を示す複数のアイコン112a,112b,112c,112dが表示される。多方向入力操作装置1’は、スティック部101が傾倒操作されることによって地図画面をスクロールさせ、表示画面中央のセンター・クロス113に、所望のアイコンを重畳させる処理をする(以下、「ポインティング処理」という。)。これにより、多方向入力操作装置1’は、アイコン112a,112b,112c,112dを選択状態とし、この状態でスティック部101が押し込まれることによって当該アイコンの決定操作が行われる。
Such a multidirectional
ここで、スティック部101の傾倒操作と画面スクロールとの関係は、第1実施形態と同様に、スティック部101の変位量に比例した速度で、当該スティック部101の傾倒方向と反対方向に画面がスクロールする。
Here, the relationship between the tilting operation of the
なお、以下では、スティック部101の操作に応じて画面がスクロールする方式について説明するが、多方向入力操作装置1’は、スティック部101の操作に応じてカーソルを移動させ、所望のアイコン上にカーソルを重畳させて決定する方式であっても同様に適用可能であることは勿論である。
In the following, a method of scrolling the screen according to the operation of the
多方向入力操作装置1’は、図20にその機能的な構成を示すように、上述した操作端であるスティック部101に加え、スティック部101の横方向(X軸)にトルクを発生するスティックX軸駆動部121Xと、スティック部101の縦方向(Y軸)にトルクを発生するスティックY軸駆動部121Yと、スティック部101のX軸方向の変位量を検出するスティックX軸位置検出部122Xと、スティック部101のY軸方向の変位量を検出するスティックY軸位置検出部122Yと、現在の操作者の着座位置を識別するために操作者の手の存在を検知する左右の操作者検知部123L,123Rと、スティック部101によって選択された操作を決定する操作決定部124と、操作者の操作意図を推定して操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンのスケジュールを決定するスティック制御演算部125と、操作・表示処理演算部2との間で情報の授受を行う通信部126とを備える。
As shown in FIG. 20, the multidirectional
スティックX軸駆動部121Xは、スティック制御演算部125から供給されるトルク制御信号に基づいて、スティック部101の横方向(X軸)にトルクを発生し、当該スティック部101を駆動する。スティックY軸駆動部121Yは、スティック制御演算部125から供給されるトルク制御信号に基づいて、スティック部101の縦方向(Y軸)にトルクを発生し、当該スティック部101を駆動する。
The stick
スティックX軸位置検出部122Xは、スティック部101のX軸方向の変位量を検出し、検出した位置検出信号をスティック制御演算部125に供給する。スティックY軸位置検出部122Yは、スティック部101のY軸方向の変位量を検出し、検出した位置検出信号をスティック制御演算部125に供給する。
The stick X-axis
操作者検知部123L,123Rは、それぞれ、上述した赤外線センサ102L,102Rに対応するものであり、現在の操作者の着座位置を識別するために操作者の手の存在を検知し、検知した検知信号をスティック制御演算部125に供給する。
The
操作決定部124は、スティック部101によって選択された操作を決定するための当該スティック部101の押し込みを検出し、検出した決定操作有無信号をスティック制御演算部125に供給する。
The
スティック制御演算部125は、スティックX軸位置検出部122X及びスティックY軸位置検出部122Yのそれぞれから供給される位置検出信号をディジタル化してスティック位置情報に変換すると共に、操作決定部124から供給される決定操作有無信号をディジタル化して決定操作情報に変換する。また、スティック制御演算部125は、操作・表示処理演算部2から入力されるGUI状態情報とスティック位置情報とに基づいて、現在のポインティング位置を算出し、ポインティング位置情報と決定操作情報とを通信部126を介して操作・表示処理演算部2に出力する。
The stick
また、スティック制御演算部125は、スティック部101のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの変位量と、操作者検知部123L,123Rのそれぞれによる検知結果に基づいて、現在の操作者に対応した操作意図(選択しようとしているアイコン)を推定する。そして、スティック制御演算部125は、後に詳述するが、その推定結果とGUI状態情報とに基づいて、操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンのスケジュールを決定する。そして、スティック制御演算部125は、決定した操作反力パターンのスケジュールとスティック位置情報とに基づいて、現在のスティック部101のX軸方向及びY軸方向のそれぞれにおける発生トルク量を算出し、この発生トルク量を示すトルク制御信号を、それぞれ、スティックX軸駆動部121X及びスティックY軸駆動部121Yに供給する。
Further, the stick
通信部126は、スティック制御演算部125から供給されるポインティング位置情報と決定操作情報とを操作・表示処理演算部2に出力すると共に、操作・表示処理演算部2から入力されるGUI状態情報をスティック制御演算部125に供給する。
The communication unit 126 outputs the pointing position information and the determination operation information supplied from the stick
なお、スティック制御演算部125と操作・表示処理演算部2との機能分担は、必ずしも上述した通りである必要はなく、スティック制御演算部125で行うものとした操作反力パターンのスケジュールを操作・表示処理演算部2によって決定し、スティック制御演算部125に現在の操作反力パターンを出力し、スティック制御演算部125によって現在の操作反力パターンとスティック位置情報とに基づいて、現在の発生トルク量を算出するような構成としてもよい。更には、操作・表示処理演算部2によって現在の発生トルク量の算出までを行うような構成としてもよいが、この場合には、上述したように、操作・表示処理演算部2と通信部15との間で行われる通信を、非常に高速に行う必要がある。
It should be noted that the function sharing between the stick
なお、以下では、説明の便宜上、上述したように、スティック制御演算部125により、操作者の操作意図を推定し、操作者が意図する操作をサポートするように操作反力パターンのスケジュールを決定し、現在の発生トルク量を算出するものとして説明する。
In the following, for convenience of explanation, as described above, the stick
「多方向入力操作装置1’の具体的な構成例」
このような多方向入力操作装置1’の具体的な構成例としては、図21に示すものが挙げられる。
"Specific configuration example of multi-directional input operation device 1 '"
As a specific configuration example of such a multidirectional
すなわち、スティックX軸駆動部121X及びスティックY軸駆動部121Yは、それぞれ、シャフト131aX,131aYを介してスティック部101に接続されている電動モータ131bX,131bYを用いて構成することができる。シャフト131aX,131aYは、それぞれ、スティック部101における操作端部101aに接続して当該スティック部101をX軸とY軸とで独立に傾倒自在とする台座101bに対して、シャフト131aX,131aYを介して直交して取り付けられている。このようなスティックX軸駆動部121X及びスティックY軸駆動部121Yは、それぞれ、電動モータ131bX,131bYの駆動力に応じて回転し、操作反力を与える。
That is, the stick
また、スティックX軸位置検出部122X及びスティックY軸位置検出部122Yは、それぞれ、スティック部101における台座101bの傾倒をX軸とY軸とで独立して光学的に検知するフォトエンコーダ132X,132Yを用いて構成することができる。
The stick X-axis
更に、操作者検知部123L,123Rは、それぞれ、発光部である赤外発光ダイオード133aL,133aRと、受光部であるフォト・トランジスタ133bL,133bRとの組み合わせとして構成される赤外線センサ102L,102Rを用いて構成することができる。これら赤外線センサ102L,102Rは、それぞれ、手で遮られると、赤外発光ダイオード133aL,133aRのそれぞれから発せられた赤外光を、フォト・トランジスタ133bL,133bRのそれぞれによって受光し、検知信号として出力する。
Furthermore, the
更にまた、操作決定部124は、スティック部101の押し込みを機械的に検知するタクトスイッチ134を用いて構成することができる。
Furthermore, the
また、スティック制御演算部125は、第1実施形態として示したレバー制御演算部14と同様に、A/D変換回路、D/A変換回路、CPU、ROM、RAM等から構成される制御回路135を用いて構成することができる。
In addition, the stick
更に、通信部126は、第1実施形態として示した通信部15と同様に、スティック制御演算部125を構成する制御回路135に組み込まれている所定のシリアルインターフェース回路136を用いて構成することができる。
Further, the communication unit 126 may be configured by using a predetermined
なお、この図21に示す構成は、多方向入力操作装置1’は、同一機能を有する他の装置を用いて構成してもよい。特に、赤外線センサ102L,102Rは、それぞれ、必ずしも赤外光である必要はなく、使用環境に適合する限り、他の波長帯の光センサで代用してもよい。また、本実施例のように、操作時に操作者の手が操作面に接触することが想定される場合には、上述したように、非接触方式である光センサの代わりに、手の接触による接触面の静電容量変化を検知する静電容量センサや、抵抗膜や感圧素子を用いた感圧センサを用いることも可能である。
In the configuration shown in FIG. 21, the multidirectional
[操作者意図の推定処理、及び操作反力パターンのスケジュールの決定処理]
さて、以下では、スティック制御演算部125における、操作者の意図の推定処理、及び操作者が意図する操作をサポートする操作反力パターンのスケジュールの決定処理について説明する。
[Estimation processing of operator intention and determination processing of operation reaction force pattern]
In the following, a process for estimating the operator's intention and a process for determining an operation reaction force pattern schedule that supports the operation intended by the operator in the stick
[操作者意図の推定処理]
まず、操作者の意図の推定処理について説明する。
[Operator intention estimation processing]
First, the process of estimating the operator's intention will be described.
この操作者の意図の推定処理についての基本的な原理は、第1実施形態として示したものと同様であり、操作方向が2軸であるジョイスティック型の多方向入力操作装置1’においても、操作開始直後におけるスティック部101の初期変位量と、その操作におけるスクロール量との間には比例関係が成立する。したがって、スティック制御演算部125では、第1実施形態と同様の処理で、スティック部101の初期変位量から最終的なスクロール量を推定する。
The basic principle of the estimation process of the operator's intention is the same as that shown in the first embodiment, and the joystick-type multi-directional
ただし、第1実施形態は、操作対象が先に図2に示したようなリスト形式のメニューであり、操作方向が1次元であり、且つ、カーソル移動量が離散的とされるものであった。そのため、第1実施形態においては、最終的なカーソル移動量を、メニュー項目毎の群として考えることができたので、判別分析を適用することが可能であった。しかしながら、本実施例では、操作対象が、先に図19に示したような地図上の任意の位置に配置されるアイコンであり、スクロール量も連続的な分布となるので、単回帰分析処理はそのまま適用可能であるが、一変量判別分析処理の手法をそのまま適用することはできない。また、本実施例では、単回帰分析処理の適用の仕方についても、当該本実施例の特徴である2次元且つ連続的なスクロール量の分布に適合するように、第1実施形態における処理とは異なることになる。 However, in the first embodiment, the operation target is a list-type menu as shown in FIG. 2, the operation direction is one-dimensional, and the cursor movement amount is discrete. . Therefore, in the first embodiment, since the final cursor movement amount can be considered as a group for each menu item, it is possible to apply discriminant analysis. However, in this embodiment, the operation target is an icon placed at an arbitrary position on the map as shown in FIG. 19, and the scroll amount is also continuously distributed. Although it can be applied as it is, the method of univariate discriminant analysis processing cannot be applied as it is. In the present embodiment, the processing in the first embodiment is also applied to the method of applying the single regression analysis process so as to conform to the two-dimensional and continuous scroll amount distribution that is the feature of the present embodiment. Will be different.
単回帰分析処理において、スティック部101の初期変位量とそのときの最終的なスクロール量との関係は、図22に示すような直線上の分布となる。したがって、スティック制御演算部125は、スティック部101の初期変位量とスクロール量との関係について、単回帰分析処理によって回帰直線を求める。
In the single regression analysis process, the relationship between the initial displacement amount of the
ここで、スティック部101の初期変位量及びスクロール量は、操作方向とは関係なく、速さ及び距離のスカラー量である。この回帰直線は、個人によってスティック部101の操作の仕方が異なるので、その傾き及び切片が個人によって異なるものとなる。
Here, the initial displacement amount and scroll amount of the
したがって、本実施例のように、運転席及び助手席の双方から操作される可能性のある多方向入力操作装置1’の場合には、操作者を識別し、操作者毎に回帰直線を求めることが重要となる。
Therefore, in the case of the multi-directional
[単回帰分析処理の手順]
つぎに、スティック制御演算部125による単回帰分析処理の手順について説明する。
[Single Regression Analysis Procedure]
Next, a procedure of single regression analysis processing by the stick
単回帰分析処理においては、スティック制御演算部125は、スティック部101の操作を検出する度に、当該スティック部101の初期変位量(X)と、その操作における最終的なスクロール量(Y)とから、図23に示すような形式からなる操作履歴テーブルを更新する。この操作履歴テーブルは、運転席用と助手席用との2種類から構成され、単回帰分析処理においては、スティック制御演算部125により、現在の操作者に対応する操作履歴テーブルを更新する。なお、初期状態の操作履歴テーブルは、全ての欄が“0”とされる。
In the single regression analysis process, each time the stick
スティック制御演算部125は、操作履歴テーブルを更新するにあたっては、スティック部101の操作を検出する度に、当該操作履歴テーブルにおける第1行(n)の欄の値に“1”を加算し、第2行(ΣiXi)の欄の値にスティック部101の初期変位量(X)を加算し、第3行(ΣiXi 2)の欄の値に(X2)を加算する。続いて、スティック制御演算部125は、当該操作履歴テーブルにおける第4行(ΣiYi)の欄の値にスクロール量(Y)を加算し、第5行(ΣiYi 2)の欄の値に(Y2)を加算する。最後に、スティック制御演算部125は、当該操作履歴テーブルにおける第6行(ΣiXiYi)の欄の値に、スティック部101の初期変位量(X)とスクロール量(Y)との積を加算する。
When updating the operation history table, the stick
単回帰分析処理においては、スティック制御演算部125は、以上のように操作を検出する度に逐次更新する操作履歴テーブルに基づいて、回帰直線の傾きaと、切片bとを求める。
In the single regression analysis process, the stick
回帰直線を求める場合には、スティック制御演算部125は、操作履歴テーブルの値から、上式(8)乃至次式(12)に示す演算を行い、回帰直線の傾きaと切片bとを、次式(25)及び次式(26)に示す演算をして求める。更に、スティック制御演算部125は、寄与率R2を次式(27)に示す演算をして求める。なお、寄与率R2は、上述したように、回帰直線による予測の精度を表すものであり、操作反力パターン変更可否の判定に用いるものである。
When calculating the regression line, the stick
a=Sxy/Sxx ・・・(25)
b=<Y>−Sxy/Sxx<X> ・・・(26)
R2=Sxy2/Sxx/Syy ・・・(27)
スティック制御演算部125は、回帰式Y=aX+bを求めると、次回にスティック部101の操作を検出した場合に、当該スティック部101の初期変位量(X)を回帰式に代入してスクロール量推定値(Y)を求め、スティック部101の操作開始時におけるポインティング位置から、当該スティック部101の操作方向に対応する地図スクロール方向の距離(Y)だけ離れた位置を、仮のポインティング推定位置とする。そして、スティック制御演算部125は、仮のポインティング推定位置から距離最小のアイコンを、操作者がポインティングを意図するアイコンとして推定する。図24に示す例において、スティック制御演算部125は、スティック部101の操作開始時におけるポインティング位置141から、スティック部101の操作方向に対応する地図スクロール方向の距離(Y)だけ離れた位置を、仮のポインティング推定位置142として求める。これにより、スティック制御演算部125は、仮のポインティング推定位置142から距離最小のアイコン143が、操作者がポインティングを意図するアイコンと認識する。
a = Sxy / Sxx (25)
b = <Y> -Sxy / Sxx <X> (26)
R2 = Sxy2 / Sxx / Syy (27)
When the stick
このように、多方向入力操作装置1’においては、単回帰分析処理を適用して操作者の意図を推定することができる。
Thus, in the multidirectional
[操作反力パターンのスケジュールの決定処理]
つぎに、操作者が意図する操作をサポートする操作反力パターンのスケジュールの決定処理について説明する。
[Operation reaction pattern schedule decision processing]
Next, an operation reaction force pattern schedule determination process for supporting an operation intended by the operator will be described.
スティック制御演算部125は、単回帰分析処理を行って操作者がポインティングを意図するアイコンを決定すると、そのアイコン位置をポインティングした時点でスティック部101が中立位置に戻りやすくなるように操作反力を制御する。
When the operator performs a single regression analysis process and determines an icon intended for pointing, the stick
まず、スティック部101には、基本操作反力パターンとして、図25に示すような操作反力が予めスティック制御演算部125に設定されている。なお、図25においては、横軸にスティック部101の変位量を示し、縦軸に操作反力を示している。図25に示すように、基本操作反力パターンは、スティック部101の中立位置を中心としてすり鉢状に設定されている。
First, an operation reaction force as shown in FIG. 25 is preset in the stick
したがって、スティック制御演算部125では、スティック部101の変位量が増加するほど、操作反力が大きくなるようにスティックY軸駆動部121Y及びスティックX軸駆動部121Xを制御する。これにより、多方向入力操作装置1’においては、操作者が、スティック部101の変位量に比例するスクロール速度を、当該スティック部101の操作反力でも認識することができるように構成されている。
Therefore, the stick
また、スティック制御演算部125は、操作者がスティック部101から手を離した場合には、基本操作反力パターンにより、当該スティック部101を中立位置に戻し、スクロールを停止させる。更に、スティック制御演算部125は、第1実施形態と同様に、基本操作反力パターンとして、先に図12に示したような減衰力を全ての変位量にわたって制御する。
In addition, when the operator releases his / her hand from the
スティック制御演算部125は、スティック部101の初期変位量に基づいて、ポインティング意図するアイコンを決定した場合には、地図表示をスクロールさせ、推定したアイコンをポインティングした時点で、基本操作反力パターンに基づいて、センタリング力を増加させ、更にスティック部101を加振する。具体的には、スティック制御演算部125は、センタリング力を増加させるために、図26の実線に示すように、変位量に対する操作反力の勾配を増加させる。
When the icon intended to be pointed is determined based on the initial displacement amount of the
また、スティック制御演算部125は、スティック部101を加振するために、推定されるアイコンをポインティングした時点から当該スティック部101が中立位置に戻るまでの間、第1実施形態と同様に、先に図14に示したような時間的に正弦波状に変化する操作反力を、先に図12に示した静的操作反力に合成する。このとき、スティック制御演算部125は、図26に示すように、中立位置付近における減衰力も増加させる。スティック制御演算部125は、減衰力を増加させるために、第1実施形態と同様に、先に図15に示したように、基本の減衰力の勾配を負方向に増大させ、変位速度に対して大きな操作反力が発生するように制御する。
In addition, in order to vibrate the
このように、スティック制御演算部125は、推定したアイコンをポインティングした時点で、スティック部101のセンタリング力を増加させることにより、推定したアイコンをポインティングした際に、スティック部101が中立位置に戻りやすくなり、結果として、推定されるアイコンを確実にポインティングする。
As described above, when the estimated icon is pointed, the stick
また、スティック制御演算部125は、これと同時に、操作者が操作端を強く把持しているために、センタリング力を増加させても操作者の操作力が上回り、操作端が中立位置に戻らない場合であっても、スティック部101を加振することによる操作端の振動で操作端の把持力を弱めさせ、操作者の操作力を弱めさせることができるので、センタリング力の増加を有効に作用させ、操作端が中立位置に戻りやすくなる。なお、加振にあたっては、先に図14に示した操作反力変化を、操作者の操作力と直交するスティック部101の円周方向に合成する。
At the same time, since the operator strongly holds the operation end, the stick
[スティック制御演算部による処理内容]
つぎに、スティック制御演算部125による処理手順について、図27に示すフローチャートを用いて説明する。
[Processing content of stick control calculation unit]
Next, a processing procedure by the stick
スティック制御演算部125は、スティック部101の操作を検出すると、先ず、操作者の識別を行う。具体的には、スティック制御演算部125は、ステップS21において、スティック部101の左右に配置された操作者検知部123L,123Rとしての左右の赤外線センサ102L,102Rのうち、右の赤外線センサ102Rによって操作者が検知されたか否かを判定する。
When the stick
ここで、スティック制御演算部125は、赤外線センサ102Rによって操作者が検知されたと判定した場合には、ステップS22において、左右の赤外線センサ102L,102Rのうち、左の赤外線センサ102Lによって操作者が検知されたか否かを判定する。
Here, the stick
スティック制御演算部125は、赤外線センサ102Lによって操作者が検知されなかったと判定した場合、すなわち、右の赤外線センサ102Rのみによって操作者が検知された状況である場合には、操作者の手は右側から伸びていると推定し、ステップS23において、現在の操作者の着座位置は右席であると判定する。
Stick
一方、スティック制御演算部125は、赤外線センサ102Lによって操作者が検知されたと判定した場合、すなわち、左右双方の赤外線センサ102L,102Rによって操作者が検知された状況である場合には、ステップS24において、現在の操作者の着座位置は運転席であると判定する。すなわち、スティック制御演算部125は、現在の操作者の着座位置が、右ハンドル車の場合には右席であり、左ハンドル車の場合には左席であると判定する。
On the other hand, if the stick
また、スティック制御演算部125は、ステップS21にて赤外線センサ102Rによって操作者が検知されなかったと判定した場合には、ステップS25において、左右の赤外線センサ102L,102Rのうち、左の赤外線センサ102Lによって操作者が検知されたか否かを判定する。
Also, the stick
ここで、スティック制御演算部125は、赤外線センサ102Lによって操作者が検知されたと判定した場合、すなわち、左の赤外線センサ102Lのみによって操作者が検知された状況である場合には、操作者の手は左側から伸びていると推定し、ステップS26において、現在の操作者の着座位置は左席であると判定する。
Here, the stick
一方、スティック制御演算部125は、赤外線センサ102Lによって操作者が検知されなかったと判定した場合、すなわち、左右双方の赤外線センサ102L,102Rによって操作者が検知されなかった状況である場合には、ステップS27において、現在の操作者の着座位置は運転席であると判定する。すなわち、スティック制御演算部125は、現在の操作者の着座位置が、右ハンドル車の場合には右席であり、左ハンドル車の場合には左席であると判定する。
On the other hand, the stick
ここで、左右双方の赤外線センサ102L,102Rによって操作者が検知された場合、又は左右双方の赤外線センサ102L,102Rによって操作者が検知されなかった場合には、左右の席から同時に操作している状況や、想定外の方向から手を伸ばして操作を行っている場合等が考えられるが、いずれにしても、車両においては運転者の操作が優先であり、運転者の操作と判定するのが合理的である。 Here, if the operator by an infrared sensor 102 L, 102 R of the right and left both is detected, or when both left and right infrared sensor 102 of the L, 102 operator by R is not detected, at the same time from the left and right seats The situation where the driver is operating or when the operator is reaching out from an unexpected direction may be considered, but in any case, in the vehicle, the driver's operation has priority. It is reasonable to judge.
このように、スティック制御演算部125は、左右の赤外線センサ102L,102Rを用いて、操作者の識別を行うことができる。スティック制御演算部125は、現在の操作者の着座位置を判定すると、各着座位置毎に、先に図16に示した一連の処理を経ることにより、操作者の操作意図を推定すると共に、操作者が意図する操作をサポートするような操作反力パターンのスケジュールを決定し、これら操作反力パターンのスケジュールとレバー位置情報とに基づいて、現在の発生トルク量を算出することになる。
As described above, the stick
[第2実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、第2実施形態に係る多方向入力操作装置1’によれば、アイコン選択操作の際に、スティック部101のX軸方向及びY軸方向の変位量を検出し、操作開始直後におけるスティック部101の初期変位量に基づいて、操作者の操作意図を推定し、推定した操作者が意図する操作に応じて、操作反力を変更するので、第1実施形態と同様に、操作者の意図する操作をサポートするように操作反力を調整することができる。
[Effects of Second Embodiment]
As described above in detail, according to the multidirectional
したがって、この多方向入力操作装置1’によれば、操作者が意図した操作を確実に行わせることができる。また、この多方向入力操作装置1’によれば、操作反力の調整を逐次行うので、常に操作者の意図する操作に応じたサポートを実施することができ、良好な操作性を確保することができる。
Therefore, according to the multidirectional
また、この多方向入力操作装置1’によれば、現在の操作者の着座位置を識別する赤外線センサ102L,102Rを備え、これら赤外線センサ102L,102Rによって識別した着座位置の操作者毎に、スティック制御演算部125によって操作意図を推定するので、車両のセンター・クラスタに設置した場合のように、複数の操作者が使用する可能性がある場合であっても、操作に関する個人差に対応し、各操作者に対して、高精度の意図推定を実施することができる。
Further, according to the multi-directional input operation device 1 ', an infrared sensor 102 L, 102 R to identify the seating position of the current operator, the operator of the seating position identified by these infrared sensors 102 L, 102 R Every time the stick
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1,1’ 多方向入力操作装置
11 レバー部
11a,101a 操作端部
11b,101b 台座
12 レバー駆動部
13 レバー位置検出部
14 レバー制御演算部
15,126 通信部
31 操作・表示処理演算部
32 情報処理演算部
33 表示部
41a,132X,132Y フォトエンコーダ
41b,134 タクトスイッチ
42,135 制御回路
43a,131aX,131aY シャフト
43b,131bX,131bY 電動モータ
44,136 シリアルインターフェース回路
101 スティック部
102L,102R 赤外線センサ
103 センター・ライン
111 自車位置
112a,112b,112c,112d,143 アイコン
113 センター・クロス
121X スティックX軸駆動部
121Y スティックY軸駆動部
122X スティックX軸位置検出部
122Y スティックY軸位置検出部
123L,123R 操作者検知部
124 操作決定部
125 スティック制御演算部
133aL,133aR 赤外発光ダイオード
133bL,133bR フォト・トランジスタ
141 ポインティング位置
142 仮のポインティング推定位置
CR カーソル
HD 手
TG ターゲット
1, 1 'Multi-directional
Claims (9)
前記操作端の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段によって検出された前記操作端の操作開始直後における変位量に基づいて、操作者の操作意図を推定する操作意図推定手段と、
前記操作意図推定手段によって推定された前記操作者が意図する操作に応じて、操作反力を変更する操作反力変更手段と
を備えることを特徴とする多方向入力操作装置。 In the multidirectional input operation device that detects the amount of displacement from the neutral position of the operation end and makes an operation input, and dynamically controls the operation reaction force applied to the operation end,
A displacement amount detecting means for detecting a displacement amount of the operation end;
Operation intention estimation means for estimating the operator's operation intention based on the displacement amount immediately after the operation start of the operation end detected by the displacement amount detection means;
A multidirectional input operation device comprising: an operation reaction force changing unit that changes an operation reaction force according to an operation intended by the operator estimated by the operation intention estimation unit.
前記操作反力変更手段は、前記選択対象を指示した時点で前記操作端が中立位置に戻る操作反力を変更することを特徴とする請求項1に記載の多方向入力操作装置。 The operation intention estimation unit is configured to select a position of a selection target on the display screen that the operator intends to select based on a displacement amount from a neutral position immediately after the operation start of the operation end detected by the displacement amount detection unit. Estimate
2. The multidirectional input operation device according to claim 1, wherein the operation reaction force changing unit changes an operation reaction force at which the operation end returns to a neutral position when the selection target is instructed. 3.
前記操作反力変更手段は、表示画面切替後の所定の選択対象を指示した時点で前記操作端が中立位置に戻る操作反力を変更することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の多方向入力操作装置。 The operation intention estimation means estimates that the operator is trying to select a selection target outside the display screen range based on a displacement amount from a neutral position immediately after the operation start of the operation end,
The operation reaction force changing means changes an operation reaction force at which the operation end returns to the neutral position when a predetermined selection target after switching the display screen is instructed. Multi-directional input operation device.
前記操作意図推定手段は、前記操作者識別手段によって識別した着座位置の操作者毎に、操作意図を推定することを特徴とする請求項7に記載の多方向入力操作装置。 Comprising operator identification means for identifying the current operator's seating position;
The multi-directional input operation device according to claim 7, wherein the operation intention estimation unit estimates the operation intention for each operator at the sitting position identified by the operator identification unit.
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