JP2008065860A - Operation input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータやマルチメディア、TVゲーム機等で用いられる操作入力装置に係り、特に、操作性の良いマン・マシンインタフェース環境を提供するための空間操作マウス等のような3次元(3D)入力装置に適用される操作入力装置に関する。 The present invention relates to an operation input device used in computers, multimedia, TV game machines, and the like, and in particular, a three-dimensional (3D) such as a space operation mouse for providing a man-machine interface environment with good operability. The present invention relates to an operation input device applied to an input device.
更に、本発明は、操作者の操作パターンや動作パターンによる拡張された入力機能を実現するジェスチャ(空間動作パターン)入力システムに適用される操作入力装置に関するものである。 Furthermore, the present invention relates to an operation input device applied to a gesture (spatial motion pattern) input system that realizes an extended input function based on an operator's operation pattern or motion pattern.
従来、この種の操作入力装置が適用されるコンピュータ入力装置として、従来の2次元マウスに対して、3Dマウス、空間操作マウス等のように内部に加速度センサなどを加えることにより、従来の2次元マウスの機能を拡張して3次元入力デバイスとして利用できるようにした操作システムが、例えば、特開平7−28591号公報などに開示されている。 Conventionally, as a computer input device to which this type of operation input device is applied, an acceleration sensor or the like is added to a conventional two-dimensional mouse, such as a 3D mouse, a spatial operation mouse, etc. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-28591 discloses an operation system in which the function of a mouse is extended so that it can be used as a three-dimensional input device.
また、グローブに装着した光ファイバや抵抗体によって、各指や手掌の曲げ具合を測定する方式として、データグローブ等が商品として市販されている(VPL Reserch社のData Glove)と共に、下記の特許文献1、2に開示されている。
In addition, as a method of measuring the bending degree of each finger or palm by using an optical fiber or a resistor attached to the globe, a data glove is commercially available as a product (Data Grove of VPL Research) and the following
その他、手の形状や動きなどの検出を画像処理方式により行うものとしては、下記の特許文献3などに開示されている。
しかしながら、上述した3Dマウスのような操作システムにおいては、2次元マウスの操作を拡張しているために、操作者がその操作コマンドのための特有の操作方法を新たに学習しなければならず、操作者に新たな負担を強いることになる。 However, in the operation system such as the 3D mouse described above, since the operation of the two-dimensional mouse is expanded, the operator has to newly learn a specific operation method for the operation command, This places a new burden on the operator.
また、上述したデータグローブのようなデバイスの場合には、指関節に光ファイバや感圧抵抗素子を装着して光量の変化や抵抗値の変化で指関節の変化を見るために、多くの指関節を測定する必要があるため、装置や、その制御システムが複雑なものとなる。 In addition, in the case of a device such as the above-mentioned data glove, many fingers are attached to an optical fiber or a pressure-sensitive resistance element attached to the finger joint and the change in the light joint or the resistance value is observed. Since it is necessary to measure the joint, the device and its control system become complicated.
さらに、データグローブのようなデバイスの場合には、個人個人の手の形状に対応させるため、装着時のキャリブレーション操作や初期化動作が必要であり、誰に対してでもすぐに利用させることができるというものではないと共に、グローブの大きさと手の大きさがあまりにも違うと利用することもできなくなってしまう。 Furthermore, in the case of a device such as a data glove, a calibration operation or initialization operation is required at the time of wearing in order to correspond to the shape of an individual hand, and it can be used immediately by anyone. It is not something that can be done, and if the size of the glove is different from the size of the hand, it cannot be used.
また、このようなデバイスの場合には、グローブ状のために着用時の拘束感があると共に、指先などが被われているために、指先を使つた繊細な作業や操作が阻害されることによって、常に、指先に装着して使うことができない等の問題がある。 In addition, in the case of such a device, because of the glove shape, there is a sense of restraint at the time of wearing, and since the fingertips are covered, delicate operations and operations using the fingertips are hindered. However, there is a problem that it cannot always be worn on the fingertip.
また、上述した画像処理による手の形状や動きなどの検出方式においては、その画像を取り込むためのカメラ位置の問題と、その位置による取り込み画像の制限等があるために、移動性や携帯性に難があると共に、画像処理のための処理装置や処理システムも複雑であるという問題がある。 In addition, in the detection method of the shape and movement of the hand by the above-described image processing, there is a problem of the camera position for capturing the image and restriction of the captured image depending on the position. In addition to difficulties, there are problems that the processing apparatus and processing system for image processing are also complicated.
以上のように従来の各操作システムでは、それぞれ多様な問題があった。 As described above, each conventional operation system has various problems.
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、誰に対してもすぐに利用させることができると共に、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、簡易なシステム構成で操作者の手の動作を検出し、その検出結果を利用して解析を行えば操作者の意図した操作入力を的確に把握することを可能となす操作入力装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and can be used immediately by anyone, and a simple system without obstructing delicate work or operation using a fingertip. An object of the present invention is to provide an operation input device capable of accurately grasping an operation input intended by the operator by detecting the motion of the operator's hand in the configuration and performing analysis using the detection result. To do.
本発明によると、上記課題を解決するために、
(1) 指先のない手袋の甲部分に取り付けられ当該手袋を装着することによって操作者の手の甲位置に装着されて前記操作者の手の甲の動き及び姿勢を検出する手甲検出手段と、
前記操作者の指の第1関節より先の指先に指貫または指輪リング状、あるいは指先の爪に接着可能なように取り付けられ前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
を有し、
前記手甲検出手段によって手の甲の相対位置と姿勢を検出すると共に前記指姿勢検出手段によって前記手の甲に対する指先の相対位置を決定することにより手のジェスチャを解析し、操作入力コマンド情報データへの変換を可能となしたことを特徴とする操作入力装置が提供される。
According to the present invention, in order to solve the above problems,
(1) A back detection means that is attached to a back portion of a glove without a fingertip and is attached to the position of the back of the operator's hand by wearing the glove and detects the movement and posture of the back of the operator's hand;
Finger posture detecting means for detecting the posture of the operator's finger attached to the fingertip ahead of the first joint of the operator's finger so as to be glued to the fingertip or ring ring, or to the fingernail;
Have
By detecting the relative position and posture of the back of the hand by the back detection means and determining the relative position of the fingertip with respect to the back of the hand by the finger posture detection means, the hand gesture can be analyzed and converted into operation input command information data An operation input device characterized by the above is provided.
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
(2) 手の把握操作における少なくとも人差し指に関する人差し指の操作点と手の甲がなす角度に基づいて人差し指の第1、第2、第3関節における各相対角度を定義できるテーブルをさらに有し、
前記手甲検出手段から得られる手甲姿勢情報と前記指姿勢検出手段から得られる指姿勢情報とに基づいて手甲に対する指先の相対角度位置を決定すると共に指の各関節の相対角度を前記テーブルに基づいて推定して指の形状を推定し、
この指の形状に基づいて手の姿勢及び形状を推定することを特徴とする(1)記載の操作入力装置が提供される。
Further, according to the present invention, in order to solve the above problems,
(2) It further has a table that can define each relative angle in the first, second, and third joints of the index finger based on an angle formed by an operation point of the index finger and at least the back of the hand in the grasp operation of the hand,
Based on the back posture information obtained from the back detection means and the finger posture information obtained from the finger posture detection means, the relative angular position of the fingertip with respect to the back is determined and the relative angle of each joint of the finger is based on the table. To estimate the finger shape,
The operation input device according to (1) is provided, wherein the posture and shape of the hand are estimated based on the shape of the finger.
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
(3) 前記指姿勢検出手段は、操作者の親指を含む複数の指の第1関節より先の指先に装着される前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段であって、親指の第1関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第1指姿勢検出手段と、親指の第3関節による手の甲から掌側への曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第2指姿勢検出手段と、親指ではない他の指の第1関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第3指姿勢検出手段とを含む
ことを特徴とする(1)記載の操作入力装置が提供される。
Further, according to the present invention, in order to solve the above problems,
(3) The finger posture detection means is a finger posture detection means for detecting the posture of the operator's finger that is attached to a fingertip ahead of the first joint of a plurality of fingers including the thumb of the operator. A first finger posture detecting means comprising an angular velocity sensor for detecting the bending operation and posture of the first joint in the bending direction, and an angular velocity sensor for detecting a bending operation and posture from the back of the hand to the palm side by the third joint of the thumb. (2) including second finger posture detecting means and third finger posture detecting means comprising an angular velocity sensor for detecting a bending action and posture of the first joint of a finger other than the thumb. The described operation input device is provided.
従って、以上説明したように、本発明によれば、誰に対してもすぐに利用させることができると共に、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、簡易なシステム構成で操作者の手の動作を検出し、その検出結果を利用して解析を行えば操作者の意図した操作入力を的確に把握することを可能となす操作入力装置を提供することができる。 Therefore, as described above, according to the present invention, it can be used immediately by anyone and can be operated with a simple system configuration without obstructing delicate work and operation using the fingertip. It is possible to provide an operation input device that makes it possible to accurately grasp the operation input intended by the operator by detecting the motion of the user's hand and performing analysis using the detection result.
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
「操作入力装置の要部構成」
図1は、本発明の一実施の形態による操作入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
"Main configuration of operation input device"
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of an operation input device according to an embodiment of the present invention.
すなわち、本発明に係わる操作入力装置は、図1に示すように、指姿勢検出手段1と、この指姿勢検出手段1に接続された指形状推定手段2と、この指形状推定手段2に接続された手形状推定手段3と有している。 That is, the operation input device according to the present invention is connected to the finger posture detecting means 1, the finger shape estimating means 2 connected to the finger posture detecting means 1, and the finger shape estimating means 2 as shown in FIG. The hand shape estimating means 3 is provided.
また、本発明に係わる操作入力装置は、図1に示すように、手甲検出手段5と、この手甲検出手段5および前記指形状推定手段2に接続された空間座標演算手段6と、この空間座標演算手段6および前記手形状推定手段3に接続された操作入力解析手段4とを有して構成されている。 Further, as shown in FIG. 1, the operation input device according to the present invention comprises a back detection means 5, a spatial coordinate calculation means 6 connected to the back detection means 5 and the finger shape estimation means 2, and the spatial coordinates. A calculation means 6 and an operation input analysis means 4 connected to the hand shape estimation means 3 are provided.
なお、この操作入力装置において、前記指形状推定手段2、手形状推定手段3、操作入力解析手段4、空間座標演算手段6とは、マイクロコンピュータおよびその周辺回路を含むCPU11によって構成されているものとする。
In this operation input device, the finger shape estimation means 2, the hand shape estimation means 3, the operation input analysis means 4, and the spatial coordinate calculation means 6 are constituted by a
「モデル説明」
図2は、右手を前方に広げた状態の手の甲から見た場合における各指と関節等に座標系等を定義付けしたものを示す。
"Model Description"
FIG. 2 shows a coordinate system and the like defined for each finger and joint when viewed from the back of the hand with the right hand extended forward.
図2中、OXYZは、この測定空間における固定空間座標を示し、Z軸方向が重力方向となる。 In FIG. 2, OXYZ indicates fixed space coordinates in this measurement space, and the Z-axis direction is the direction of gravity.
通常はシステムが起動したときに初期化された位置が原点となる。 Normally, the position that was initialized when the system was started is the origin.
また、BXYZは手の甲を原点とする手甲座標系を示し、初期化時は固定空間座標OXYZと一致している。 BXYZ represents a hand coordinate system with the back of the hand as the origin, and coincides with the fixed space coordinates OXYZ at the time of initialization.
指先方向を+X軸、親指方向を+Y軸、手の甲のXY平面内に対して直交し上に向かう方向を+Z軸方向とする。 The fingertip direction is defined as + X axis, the thumb direction is defined as + Y axis, and the direction perpendicular to the XY plane of the back of the hand and directed upward is defined as + Z axis direction.
XYZ軸の各座標軸の進行方向(+軸方向)に対して右回りの回転方向をそれぞれ+ (ロール)Ro11、+(ピッチ)Pitch、+(ヨー)Yaw方向と定義する。 The clockwise rotation directions with respect to the traveling directions (+ axis directions) of the coordinate axes of the XYZ axes are defined as + (roll) Ro11, + (pitch) Pitch, and + (yaw) Yaw directions, respectively.
更に、各指先にもそれぞれ同様に独立の座標系が定義されている。 Furthermore, an independent coordinate system is similarly defined for each fingertip.
指先方向を+X軸、爪から垂直に上に向かう方向を+Z軸方向、XZ面に対して左方向を+Y軸とする。 The fingertip direction is the + X axis, the direction vertically upward from the nail is the + Z axis direction, and the left direction with respect to the XZ plane is the + Y axis.
親指座標系TXYZ、人差し指座標系IXYZ、中指座標系MXYZ、薬指座標系DXYZ、小指座標系LXYZ(但し、各指先座標系は、手甲座標系PXYZに対しての相対座標系)となるよう設定される。 Thumb coordinate system TXYZ, index finger coordinate system IXYZ, middle finger coordinate system MXYZ, ring finger coordinate system DXYZ, little finger coordinate system LXYZ (however, each fingertip coordinate system is set to be a relative coordinate system with respect to the back coordinate system PXYZ) The
図3は、本発明で想定した手の骨格モデルを示す。 FIG. 3 shows a skeleton model of a hand assumed in the present invention.
各関節に相当するジョイント部は1軸方向にしか回転しない1自由度のジョイントを示している。 A joint portion corresponding to each joint is a one-degree-of-freedom joint that rotates only in one axial direction.
また、指先先端リンクの操作点は、それぞれ親指Tp、人差し指Ip、中指Mp、薬指Dp、小指Lpとし、図2と同じ座標系が定義付けされると共に、各関節等の記号も対応したものであり、添字のjl.j2、j3は第1、第2、第3関節(ジョイント)を意味する。 The operation points of the fingertip tip link are the thumb Tp, the index finger Ip, the middle finger Mp, the ring finger Dp, and the little finger Lp, respectively, and the same coordinate system as that in FIG. Yes, subscript jl. j2 and j3 mean the first, second and third joints (joints).
このモデルでは、親指以外の各指の関節はBXYZ座標系におけるY軸周りの回転であるPitch方向にのみ回転する1自由度を持ち、親指は2自由度、手首は3自由度となっている。 In this model, each finger joint other than the thumb has one degree of freedom that rotates only in the Pitch direction, which is rotation about the Y axis in the BXYZ coordinate system, the thumb has two degrees of freedom, and the wrist has three degrees of freedom. .
また、図4は、本実施形態における3本指型の操作入力装置の場合の手形状のモデルを示す。 FIG. 4 shows a hand-shaped model in the case of the three-finger type operation input device according to this embodiment.
このモデルにおける手の甲の位置と姿勢、及び手の甲に対する各関節の角度を検出するための検出座標を記号で示す。 The detection coordinates for detecting the position and posture of the back of the hand and the angle of each joint with respect to the back of the hand in this model are indicated by symbols.
指先先端角度は、手の甲に対して親指Y軸回転角度(θTy)、親指X軸回転角度(θTx)、人差し指Y軸回転角度(θI)、中指Y軸回転角度(θM)とし、各関節情報は手を横から見たときの図5に示すように隣り合う関節間の相対角度情報で定義付けされる。 The fingertip tip angle is the thumb Y-axis rotation angle (θTy), the thumb X-axis rotation angle (θTx), the index finger Y-axis rotation angle (θI), and the middle finger Y-axis rotation angle (θM) with respect to the back of the hand. As shown in FIG. 5 when the hand is seen from the side, it is defined by relative angle information between adjacent joints.
このときの関節角度は下記の式(1)で対応される。 The joint angle at this time corresponds to the following equation (1).
θTy=Tj1+Tj2、θTx=Tj3、
θM=Mj1+Mj2+Mj3、
θI=Ij1+Ij2+Ij3 …(1)
このように指先端の操作点の姿勢情報は第1、第2、第3関節情報の合成値を示している。
θTy = Tj1 + Tj2, θTx = Tj3,
θM = Mj1 + Mj2 + Mj3,
θI = Ij1 + Ij2 + Ij3 (1)
As described above, the posture information of the operation point at the finger tip indicates a composite value of the first, second, and third joint information.
また、図6は、指先の姿勢情報である角度情報を角速度センサにより指先座標系XYZのY軸周り(Pitch方向)を検出するように配置し、更に手の甲の位置(Xb,Yb,Zb)と傾き(Pitch,Roll)を加速度センサ12と、角速度センサ14により検出するように配置しているイメージを示す。
Further, FIG. 6 shows that the angle information which is the posture information of the fingertip is arranged so that the angular velocity sensor detects the circumference of the fingertip coordinate system XYZ around the Y axis (Pitch direction), and further the position of the back of the hand (Xb, Yb, Zb) An image in which the inclination (Pitch, Roll) is arranged to be detected by the
この場合、各センサ12,14については、具体的には、角速度センサ14は1軸の回転方向の角速度運動量を検知する振動ジャイロ型のセンサを利用し、図6では長軸方向の軸周りの回転を検出する振動ジャイロ型のセンサを利用した場合の取り付け方向の様子を示すものでぁる。
In this case, as for the
また、手甲検出手段5としての加速度センサ12は半導体型加速度センサを3軸組み合わせて設置する。
The
図6では、2軸型の加速度センサ12x,12yと1軸型の加速度センサ12zとを組み合わせて配置した様子を示す。
FIG. 6 shows a state in which the
「詳細な回路構成」
図8は、図1の指姿勢検出手段1と、手甲検出手段5との詳細な回路構成を示すブロック図である。
"Detailed circuit configuration"
FIG. 8 is a block diagram showing detailed circuit configurations of the finger
まず、指姿勢検出手段1は操作者の指の先端の姿勢を検出するために、角速度センサ7とアナログ演算回路8と、アナログ/デジタル(A/D)変換部9とから構成されている。
First, the finger posture detection means 1 includes an
ここで、角速度センサ7は操作者の指先先端に取り付けられ、指先の曲げ伸ばし状態による回転運動により発生する角速度を検知するセンサ素子として機能するものである。
Here, the
そして、この角速度センサ7で検知された角速度信号は、アナログ演算回路8に加えられる。
The angular velocity signal detected by the
このアナログ演算回路8では、角速度センサ7から加えられた角速度信号が、A/D変換部9の変換レンジに適合するように、角速度センサ7から加えられた角速度信号を増幅してA/D変換部9に送出する。
In this analog
このA/D変換部9では、アナログ演算回路8からのアナログ信号が、デジタル信号に変換される。
In the A /
このA/D変換部9による変換後の角速度信号はCPU11に加えられる。
The angular velocity signal converted by the A /
なお、同時に、アナログ演算回路8では、角速度信号の低周波域と高周波域の不要な信号をカットするためのバンドパスフィルタ機能も有している。
At the same time, the analog
また、指姿勢検出手段1(I,M,Tx,Ty)は親指の2軸とその他の指の数分だけ並列に設置される。 Further, the finger posture detecting means 1 (I, M, Tx, Ty) are installed in parallel by the number of the two axes of the thumb and the other fingers.
次に、手甲検出手段5は、操作者の手の甲の位置と姿勢を検出するために、直交する3軸上に配置された3つの加速度センサ12と、カウンタ回路13と、さらに前記加速度センサ12と同じ軸上に配置された3つの角速度センサ14とアナログ演算回路15と、A/D変換部16とにより構成されている。
Next, in order to detect the position and posture of the back of the operator's hand, the back detection means 5 includes three
加速度センサ12は操作者の手の甲に取り付けられ、一つは手の甲の移動方向に対する運動加速度に比例した信号を検知する。
The
更に、加速度センサ12は操作者の手の甲の傾きにより変化する重力加速度(1G)の検知を行う傾きセンサとして機能するものである。
Furthermore, the
この加速度センサ12で検知された信号は、PWD(パルス幅)変調されて出力されるので、これをカウンタ回路13によりデューティ比(パルス幅のH/Lの比率)をカウントすることで、その検知された加速度情報を変換することができる。
Since the signal detected by the
このカウンタ回路13で変換後の加速度信号はCPU11に加えられる。
The acceleration signal converted by the
また、角速度センサ14からアナログ演算回路15、A/D変換部16までの機能は前記指姿勢検出手段1とほぼ同じ回路構成及び動作である。
The functions from the
しかし、角速度センサ14は操作者の手の甲に取り付けられ、操作者の手の甲の傾きよる回転運動により発生する角速度を検知するセンサ素子として機能するものである。
However, the
そして、この角速度情報の一つは、前記加速度センサ12から得られる傾斜情報と運動加速度情報を分離するために利用される。
One of the angular velocity information is used to separate the inclination information obtained from the
手甲検出手段5は、内部回路構成としては、前述したように、3次元空間の加速度信号と角速度信号を検知するために直交する3軸を検知する3つの加速度センサ12x、12y、12zと、3つのカウンタ13x、13y、13zと、3つの角速度センサ14x、14y、14zと、3つのアナログ演算回路15x、15y、15zと、3つのA/D変換部16x、16y、16zにより構成されている。
As described above, the back detection means 5 includes three
但し、A/D変換部16x、16y、16zなどはマルチプレクス機能により一つの変換器の入力を切り換えながら変換する構成としても良いし、前記指姿勢検出手段1で使用されているA/D変換部16と共用して利用することも可能である。
However, the A /
なお、CPU11には、メモリ10と、インタフェース部17とが接続されている。
The
「手甲姿勢検出」
次に、CPU11内部では、空間座標演算手段6が前記手甲検出手段5からの情報であるそれぞれ3つの加速度信号と角速度信号とに基づいて、操作者の手の甲の位置・姿勢を求めるための演算処理が行われる。
`` Back posture detection ''
Next, in the
この加速度信号は、運動加速度成分と重力加速度成分とが合成されている情報である。 This acceleration signal is information in which a motion acceleration component and a gravitational acceleration component are combined.
操作者の手の甲に取り付けられたX軸方向検出用の加速度センサ12xが、図9に示すような傾きθ、運動加速度(e)でX軸の方向へ進行した状態のとき、地球の重力加速度(g)による加速度成分はa=g−sinθ(図9の(a))となり、更に運動加速度成分はb=e−cosθ(図9の(b))となり、加速度センサ12xではa+bの加速度信号が合成される。
When the
よって、加速度センサ12の傾き成分である重力加速度成分を分離する演算のために、角速度センサ14により得られる角速度情報を時間積分することで得られる角度変位情報を利用する。
Therefore, angular displacement information obtained by time-integrating angular velocity information obtained by the
X軸方向の傾きに対しては、Y軸周りの回転運動を計測する角速度センサ14yの角速度信号を時間積分することにより、回転角度の変位を得る。
For the inclination in the X-axis direction, the angular velocity signal of the
一般に、角速度センサ14は、温度や振動などによる影響で、出力信号にオフセット値によるドリフトが発生する。
In general, the
よって、この信号を時間積分することで得られる角度情報には、誤差が蓄積されてしまうことになる。 Therefore, an error is accumulated in the angle information obtained by time integration of this signal.
これに対して、加速度センサ12の加速度情報はDC成分である傾き情報とAC成分である運動加速度情報との合成値であるため、前述したように、加速度センサ12の信号の低域周波数をローパスすることで得られる傾斜角度情報には、誤差が蓄積されることはない。
On the other hand, since the acceleration information of the
この加速度センサ12の傾斜角度情報と角速度センサ14の角度変位情報とを比較参照することにより、精度良く傾斜角度を求めることが可能となる。
By comparing and referring to the tilt angle information of the
また、上述したように、加速度センサ12の傾斜角度情報である重力加速度成分を分離することができることにより、運動加速度情報も分離することが可能となる。
Further, as described above, since the gravitational acceleration component that is the tilt angle information of the
よって、この運動加速度情報は、それを時間積分することで3軸上での変位を表す速度情報として利用でき、更に、時間積分することで並進位置情報に変換することができる。 Therefore, this motion acceleration information can be used as velocity information representing displacement on three axes by time integration, and can be converted to translational position information by time integration.
「指姿勢角」
次に、指形状推定手段2では、前記指姿勢検出手段1からの情報である角速度信号を時間積分して角度情報に変換する。
"Finger posture angle"
Next, the finger shape estimation means 2 integrates the angular velocity signal, which is information from the finger posture detection means 1, with time, and converts it into angle information.
しかし、このときに操作者の指先に取り付けた角速度センサ14の角速度情報には、取り付け回転検出方向と同じ方向に動作する操作者の手首の回転運動による情報も合成される場合もある。
However, information on the rotational motion of the wrist of the operator operating in the same direction as the attachment rotation detection direction may be combined with the angular velocity information of the
従って、指形状推定手段2では、空間座標演算手段6から求められる傾き情報を、この角度情報より減算することにより、操作者の指先先端の手の甲に対する角度情報のみを求めることができる。 Therefore, the finger shape estimation means 2 can obtain only the angle information for the back of the hand at the tip of the fingertip of the operator by subtracting the inclination information obtained from the spatial coordinate calculation means 6 from this angle information.
これによって、指形状推定手段2では、操作者の各指の手の甲に対する姿勢角度を求めることが可能となる。 As a result, the finger shape estimation means 2 can determine the posture angle of the operator with respect to the back of each hand.
但し、これは操作者の手の甲を上か下に向けた状態での指の動きであり、手の甲を外に向けた状態や親指の状態でもう少し処理が必要になるが、このことについては後で述べる。 However, this is a finger movement with the back of the operator's hand facing up or down, and a little more processing is required with the back of the hand facing out or the thumb. State.
次に、手形状推定手段3では、指形状推定手段2から得られるそれぞれの指の角度情報と手の甲の位置関係とにより、操作者の手形状を推定する。 Next, the hand shape estimating means 3 estimates the hand shape of the operator based on the angle information of each finger obtained from the finger shape estimating means 2 and the positional relationship of the back of the hand.
更に、操作入力解析手段4では、この手形状推定手段3から得られる手形状情報と空間座標演算手段6からの手の空間姿勢や動き情報をもとに、操作者の手のジェスチャなどを解析して操作入力コマンド情報データを図8に示すインタフェース部17へ転送する。
Further, the operation
「親指モデル」
前記指姿勢検出手段1が操作者の親指に適用される場合、他の指と取り付け方法が変わる。
"Thumb model"
When the finger posture detection means 1 is applied to the thumb of the operator, the attachment method changes with other fingers.
それは親指に関しては第1、第2関節による指の折り曲げ機能の他に、第3関節による掌に対する対向動作機能があるために、前記指姿勢検出手段1において、それぞれの動作を検出するために2つの姿勢検出手段が設けられる。 As for the thumb, in addition to the function of bending the finger by the first and second joints, there is a function of opposing the palm by the third joint. Two posture detection means are provided.
すなわち、第1、第2関節の姿勢検出(θTy)は親指第1姿勢検出手段で検知し、第3関節の姿勢検出(θTx)は親指第2姿勢検出手段により検知する構成がなされている。 That is, the posture detection (θTy) of the first and second joints is detected by the first thumb posture detection means, and the posture detection (θTx) of the third joint is detected by the thumb second posture detection means.
この場合、角速度センサの取り付け位置と方向が多少違うだけで、内部的な構成や機能は指姿勢検出手段1と全く同じである。
In this case, the internal configuration and functions are exactly the same as those of the finger
図7は、手の先から手首側に見た場合の、指先の位置関係を図示している。 FIG. 7 illustrates the positional relationship between the fingertips when viewed from the tip of the hand toward the wrist.
この図7では、特に、親指の座標系TXYZとその他の指との位置関係を示している。 FIG. 7 particularly shows the positional relationship between the thumb coordinate system TXYZ and other fingers.
Tpは親指と他の指が同じ向きの状態(これを同向状態と定義する)つまり掌を開いている状態で、Tp´は親指と他の指が対向した状態(これを対向状態と定義する)つまり物を掴むときの状態を示している。 Tp is a state in which the thumb and other fingers are in the same direction (this is defined as the same direction state), that is, a state in which the palm is open, and Tp ′ is a state in which the thumb and other fingers face each other (this is defined as an opposite state) That is, it shows the state when grasping an object.
よって、親指が親指座標系TXYZのX軸周りの回転(θTx)をした場合の最小値と最大値の様子を示している。 Therefore, the state of the minimum value and the maximum value when the thumb rotates around the X axis (θTx) of the thumb coordinate system TXYZ is shown.
このときの親指の座標系TXYZのY軸方向は、図7に示すように、Tpのときには手甲座標系BXYZの−Z軸方向とほぼ一致し、Tp´のときには手甲座標系BXYZの−Y軸方向とほぼ一致するように配置されている。 As shown in FIG. 7, the Y-axis direction of the thumb coordinate system TXYZ at this time substantially coincides with the −Z-axis direction of the back coordinate system BXYZ at Tp, and the −Y-axis of the back coordinate system BXYZ at Tp ′. It is arranged so as to almost coincide with the direction.
つまり、この親指座標系TXYZのY軸周りの回転を検知するように角速度センサを配置している。 That is, the angular velocity sensor is arranged so as to detect rotation about the Y axis of the thumb coordinate system TXYZ.
これは親指が対向状態(Tp´)になったとき、他の指の角速度信号との比較がし易い配置としている。 This arrangement is easy to compare with the angular velocity signals of other fingers when the thumb is in the facing state (Tp ′).
しかし、逆に、この第1、第2関節による親指の曲げ方向に対して、指姿勢検出手段1の角速度センサ7の検出軸と軸ずれしてしまう。
However, conversely, with respect to the bending direction of the thumb by the first and second joints, the axis is shifted from the detection axis of the
これについては、そのずれ分の角度を補正演算することで処理している。 This is processed by correcting the angle of the deviation.
「手形状推定」
前記でも述べたが、手形状推定手段3では手の姿勢と親指の状態とによりCPU11内部の演算処理方法が異なる。
"Hand shape estimation"
As described above, in the hand
手甲検出手段5より検知された加速度情報と角速度情報をもとに空間座標演算手段6では手の甲の位置と姿勢が求められるが、加速度センサ12からの傾き情報は、固定空間座標系OXYZに対するRollとPitchとしか検知することができない。
Based on the acceleration information and angular velocity information detected by the back detection means 5, the spatial coordinate calculation means 6 obtains the position and orientation of the back of the hand, but the inclination information from the
すなわち、Yaw方向に関しては、角速度センサ14による角速度情報しか検出することができないために、完全に誤差を取り除いたYaw方向の回転角度を求めることができない。
That is, with respect to the Yaw direction, only the angular velocity information from the
従って、手甲座標系BXYZにおけるその手の姿勢により、加速度センサでは検知することができない回転軸が変わることになる。 Therefore, the rotation axis that cannot be detected by the acceleration sensor changes depending on the posture of the hand in the back coordinate system BXYZ.
図10は手形状処理における手甲状態と親指状態、そしてそのときの手首の動きと指の動きにより、取り扱うセンサの組み合わせとそのフローを示す。 FIG. 10 shows a combination of sensors to be handled and a flow according to the back state and the thumb state in the hand shape processing, and the wrist movement and finger movement at that time.
手首の動作がなく指先端のみが動作するときには、角速度センサ7の角速度情報の時間積分処理により算出される角度情報による処理(S29、S30)となる。 When there is no wrist movement and only the finger tip moves, the processing is based on the angle information calculated by the time integration processing of the angular velocity information of the angular velocity sensor 7 (S29, S30).
但し、このとき親指が対向状態の場合(S21、S27)には、親指の親指第1姿勢検出手段の角速度センサ7(Ty)と指先の角速度センサ7(I,M)との比較処理(S30)が可能である。 However, in this case, when the thumb is in an opposing state (S21, S27), the comparison processing (S30) between the angular velocity sensor 7 (Ty) of the thumb first posture detecting means and the angular velocity sensor 7 (I, M) of the fingertip (S30). Is possible.
次に、手首の左右に動かすYaw軸の動作で、
手の甲を上に向けた状態あるいは掌を上に向けた状態(これを水平状態と定義する) (Sll)では、手甲座標系BXYZのZ軸周りがこのYaw軸の動き(S19、S22)になり、
また、手の甲を外に向けた状態(これを垂直状態と定義する)(S12)では、手甲座標系BXYZのY軸周りがこのYaw方向の動き(S25、S28)になる。
Next, with the movement of the Yaw axis that moves to the left and right of the wrist,
In the state where the back of the hand is facing upward or the palm is facing upward (this is defined as the horizontal state) (Sll), the movement around the Z axis of the back coordinate system BXYZ is the movement of the Yaw axis (S19, S22). ,
In a state where the back of the hand is directed outward (this is defined as a vertical state) (S12), the movement around the Y axis of the back coordinate system BXYZ is the movement in the Yaw direction (S25, S28).
このYaw軸の動作は加速度センサ12では感知することができないため、空間座標演算手段6からのYaw角度情報は誤差を含む可能性がある。
Since the operation of the Yaw axis cannot be detected by the
従って、このとき指先の角速度センサ7(Tx)と手甲検出手段5のYaw軸回転を検出する角速度センサ(14y、14z)の情報を方向を考慮して比較することで精度をあげることができる(S31)。
Therefore, the accuracy can be improved by comparing the information of the angular velocity sensor 7 (Tx) of the fingertip and the angular velocity sensors (14y, 14z) for detecting the Yaw axis rotation of the
例えば、水平状態で親指が同向状態(S13)では、この場合、手首の左右の動き(S19)により親指の親指第1姿勢検出手段が手甲座標系BXYZ軸のZ軸と一致しているため、角速度センサ7(Ty)の角速度情報の変化が発生し、よって親指の第1、第2関節の姿勢変化を検出したことになる。 For example, in the horizontal state where the thumb is directed (S13), in this case, the first thumb posture detection means of the thumb coincides with the Z axis of the back coordinate system BXYZ axis due to the left / right movement of the wrist (S19). Thus, a change in the angular velocity information of the angular velocity sensor 7 (Ty) occurs, so that the posture change of the first and second joints of the thumb is detected.
つまり、手首を動かしたのか、親指を曲げたのか、どちらであるのかを区別することができなくなる。 In other words, it is impossible to distinguish whether the wrist is moved or the thumb is bent.
この場合には、手甲検出手段5のZ軸回転を検出する角速度センサ14zの情報と比較することにより、手首の動きならば逆相の角速度が発生するために、その角速度を差し引くことができる。
In this case, by comparing with the information of the
次に、手首が上下の動作をするとき、水平状態(S17、S20)、垂直状態(S23、S26)に係わらず、手甲検出手段5からの情報を空間姿勢演算手段6で正しく演算された傾斜角度情報により、指先姿勢を正しく演算することが可能である(S32)。
Next, when the wrist moves up and down, regardless of the horizontal state (S17, S20) and the vertical state (S23, S26), the inclination obtained by correctly calculating the information from the
例えば、水平状態で親指が対向状態(S14)では、親指第1姿勢検出手段と指姿勢検出手段1のそれぞれの角速度センサ7に手首の回転運動による角速度情報が逆相の角速度信号として検出されることになる(S20)。
For example, when the thumb is in the horizontal state (S14), the angular velocity information by the rotational motion of the wrist is detected as the opposite-phase angular velocity signals by the
また、人差し指と中指の指姿勢検出手段1の角速度センサ7では、手首の回転運動による角速度情報が同相の角速度信号として検出されることになる。
Further, the
それぞれの指姿勢角度を相対的にとらえることにより、各指の関係が変わらないことになり、手首の動きに係わらず手形状を認識することができるので、より精度を上げることが可能となる(S32)。 By grasping each finger posture angle relatively, the relationship between the fingers is not changed, and the hand shape can be recognized regardless of the movement of the wrist, so that the accuracy can be further increased ( S32).
「操作入力解析」
次に、操作入力解析手段3では操作入力処理モードがいくつかあり、その動作モードに応じて、この中での処理動作とそのときの転送データ情報とが選択される。
`` Operation input analysis ''
Next, the operation
通常、本発明の操作入力装置は、コンピュータ等の操作のために、そのホストとなるパーソナルコンピュータ(ホストPC)の入力デバイスとして接続される形態で利用される。 Usually, the operation input device of the present invention is used in a form of being connected as an input device of a personal computer (host PC) as a host for operation of a computer or the like.
また、ある操作入力処理モードでの処理動作の途中でもモード変更が可能である。 Further, the mode can be changed even during the processing operation in a certain operation input processing mode.
以下のデータ処理モード毎の転送データフォーマットを図15に示す。 The transfer data format for each of the following data processing modes is shown in FIG.
まず、一つ目は(1)手形状生データ処理モードがある。 First, there is a (1) hand shape raw data processing mode.
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報(Vbx.Vby.Vbz)と姿勢情報(θbx、θby、θbz)と、手の甲に対する各指先端の姿勢角度情報(θTx、θTy、θI、θM)である。 The transfer data includes velocity information (Vbx.Vby.Vbz) and posture information (θbx, θby, θbz) that are the spatial posture of the back of the hand, and posture angle information (θTx, θTy, θI, θM) of each finger tip with respect to the back of the hand. is there.
操作入力解析手段4では、単に手形状推定手段3からの情報と空間座標演算手段6の情報を転送データフォーマットに変換し、転送する。 The operation input analysis means 4 simply converts the information from the hand shape estimation means 3 and the information from the spatial coordinate calculation means 6 into a transfer data format and transfers it.
ホストPC側では、この操作入力装置からの情報を受信し、内部で手形状を推定したりバーチャルリアリティ(VR)的な手の3Dモデルコンピュータグラフィックス(CG)表示を行ったりすることが可能となる。 On the host PC side, it is possible to receive information from this operation input device and estimate the hand shape internally or perform 3D model computer graphics (CG) display of virtual reality (VR) hand. Become.
手のCG処理においては、手の多関節3Dモデルをインバースキネマティックス処理などを利用することで、手の甲と手先の角度情報を知ることだけで表示することが可能となる。 In hand CG processing, it is possible to display a multi-joint 3D model of a hand only by knowing the angle information of the back of the hand and the tip of the hand by using inverse kinematics processing or the like.
次は、(2)手形状予測データ処理モードがある。 Next, there is (2) hand shape prediction data processing mode.
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報(Vbx.Vby.Vbz)と姿勢情報(θbx、θby、θbz)と、手の甲から各指関節の相対角度情報(親指:θT3、θT2、θT1.人差し指:θI3、θI2、θI1.中指:θM3、θM2、θM1)である。
The transfer data includes velocity information (Vbx.Vby.Vbz) and posture information (θbx, θby, θbz), which is the spatial posture of the back of the hand, and relative angle information (thumb: θT3, θT2, θT1) of the finger joints from the back of the hand. : ΘI3, θI2,
操作入力解析手段4では、単に手形状推定手段3からの情報よりそれぞれの指の関節の相対角度を推定する。
The operation
この推定に関しては、操作入力解析手段4により内部の指角度変換テーブルによりそれぞれの指毎の指姿勢情報に対して各関節毎の角度情報が選択され、この情報を転送する。 Regarding this estimation, the angle information for each joint is selected by the operation input analysis means 4 for the finger posture information for each finger by the internal finger angle conversion table, and this information is transferred.
図11は、手の把握操作における人差し指と親指の操作点(IP、Tp)に対するそれぞれの関節点の軌跡を示す。 FIG. 11 shows the locus of each joint point with respect to the operation points (IP, Tp) of the index finger and thumb in the grasping operation of the hand.
この人差し指の操作点(Ip)と手の甲がなす角度(指姿勢角度情報:θI)に対する人差し指の第1、第2、第3関節のそれそれの相対角度(θI1.θI2、θI3)を表にしたものが図12である。 The relative angles (θI1.θI2, θI3) of the first, second, and third joints of the index finger with respect to the angle between the operation point (Ip) of the index finger and the back of the hand (finger posture angle information: θI) are tabulated. The thing is FIG.
よって、この図12の表をもとに、前記指角度変換テーブル処理が行われている。 Therefore, the finger angle conversion table process is performed based on the table of FIG.
また、求められた指姿勢角度情報が、このデータ値の間のときには、補間処理により中間データを求め、指関節の角度情報を推定する。 When the obtained finger posture angle information is between these data values, intermediate data is obtained by interpolation processing, and the angle information of the finger joint is estimated.
また、変換の手法はこの限りではなく、前記CG処理で行っているインバースキネマティックスの手法を用いることも可能である。 Further, the conversion method is not limited to this, and the inverse kinematics method performed in the CG process can also be used.
また、前記角度データと指姿勢角度情報との関係をn次元関数化し、その関数に代入して推定することも可能である。 Further, the relationship between the angle data and the finger posture angle information can be converted into an n-dimensional function and estimated by substituting it into the function.
ホストPC側で、この操作入力装置からの情報を受信し、PC内部で手形状を推定することなく、VR的な手法の3DモデルCG表示を行ったりすることが可能となる。 On the host PC side, it is possible to receive information from this operation input device and perform 3D model CG display in a VR manner without estimating the hand shape inside the PC.
CG処理の際、多関節3Dモデルのインバースキネマディックス処理などを利用することができないPCシステムでも、操作者の指1本毎の角度情報を知ることができるので、それをCG表示することが可能となる。 Even in a PC system that cannot use inverse kinematics processing of an articulated 3D model at the time of CG processing, it is possible to know angle information for each finger of the operator, so that it can be displayed in CG It becomes.
前記2つのモードはVR的なCG表示などに利用したり、更に、手のジェスチャーなどをホスト側で解析したい場合等に利用することができる。 The two modes can be used for VR-type CG display or the like, and can be used for analyzing hand gestures on the host side.
しかし、PCへのコマンド操作入力装置としては、このような手形状情報を知る必要はなく、より抽象化されたデータにより、処理を行いたい場合がある。 However, a command operation input device to a PC does not need to know such hand shape information, and may wish to perform processing using more abstract data.
次は、(3)3指関連情報データモードがある。 Next is (3) 3-finger related information data mode.
転送データの手の甲の空間姿勢である速度情報(Vbx.Vby.VbZ)と姿勢情報(θbx、θby、θbz)とは、前記モードと同じであるが、各指の姿勢角度情報ではなく各指毎のステータス情報(Tstat、Istat、Mstat)が添付される。 The speed information (Vbx.Vby.VbZ) and posture information (θbx, θby, θbz), which are the spatial posture of the back of the hand of the transfer data, are the same as in the mode, but not the posture angle information of each finger. Status information (Tstat, Istat, Mstat) is attached.
これは、各指がどの指に対してどの点に接触しているか、あるいは何処にも接触していない等の情報である。 This is information such as which point each finger is in contact with which finger, or where no finger is touching.
各指毎のコード情報は図3のリンク記号を用いる。 The code information for each finger uses the link symbol of FIG.
また、そのときの手形状と転送ステータスの例を図13に示す。 An example of the hand shape and transfer status at that time is shown in FIG.
図13の(a)では親指と中指の先端リンク部が接触している状態を示す。 FIG. 13 (a) shows a state in which the tip link portion of the thumb and the middle finger is in contact.
このとき、ステータス情報は(T−M1,I−O,M−T1)となる。 At this time, the status information is (T-M1, IO, M-T1).
図13の(b)は親指と人差し指の先端リンク部が接触していて、中指は親指の第3リンク部に接触している状態を示す。 FIG. 13 (b) shows a state where the thumb and the tip link portion of the index finger are in contact, and the middle finger is in contact with the third link portion of the thumb.
よって、このときのステータス情報は(T−I1、I−T1.M−T3)となる。 Therefore, the status information at this time is (T-I1, I-T1.M-T3).
ホストPC側では、この操作入力装置からの情報を受信する場合、各指毎のステータス情報の組み合わせに対する作業コマンドを予めテーブル化しておき、その組み合わせ情報が入力されたときに内部処理を実行することができる。 When receiving information from the operation input device on the host PC side, work commands for combinations of status information for each finger are tabulated in advance, and internal processing is executed when the combination information is input. Can do.
また、更には、その情報が入力されたとき、ある位置でのある姿勢で行われた等の情報を組み合わせることも可能となる。 Further, when the information is input, it is possible to combine information such as that performed in a certain posture at a certain position.
これにより、ホストPC側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側も簡単な手形状やジェスチャによりPCを操作することが可能となる。 Thereby, the processing load on the host PC side becomes very light, and the operating side can also operate the PC with a simple hand shape or gesture.
次は、(4)手形状コード化転送モードがある。 Next, there is (4) hand shape coded transfer mode.
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報(Vbx.Vby.Vbz)と、姿勢情報(θbx、θby、θbz)とは、前記モードと同じであるが、その他は手形状コード番号(Hcode)が添付される。 In the transfer data, the velocity information (Vbx.Vby.Vbz), which is the spatial posture of the back of the hand, and the posture information (θbx, θby, θbz) are the same as those in the above mode, but the rest is the hand shape code number (Hcode). Is attached.
これは予め登録されている手形状に対し、その中で最も近いと判断した手形状コード番号を転送する。 This transfers the hand shape code number determined to be the closest to the hand shapes registered in advance.
更に、手形状を操作者自身で登録することも可能である。 Furthermore, the hand shape can be registered by the operator himself.
例えば、じゃんけんのグーは1、チョキは2、パーは3等とコード化しておくことができる。 For example, Janken Goo can be coded as 1, Choki is 2, Par is 3, and so on.
ホストPC側では、この操作入力装置からの情報を受信し、PCの内部処理で必要な手形状コード番号が入力されたとき、更にはそれがある位置でのある姿勢で行われたとき等を判断するだけで内部処理を行うことができるようになる。 The host PC receives information from this operation input device, and when a hand shape code number necessary for internal processing of the PC is input, or when it is performed in a certain posture at a certain position, etc. Internal processing can be performed simply by making a determination.
これにより、ホストPC側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側でも簡単な手形状やジェスチャーによりPCを操作することが可能となる。 Thereby, the processing load on the host PC side becomes very light, and the operation side can operate the PC with a simple hand shape and gesture.
次は、(5)疑似2Dマウスモードがある。 Next, there is (5) pseudo 2D mouse mode.
転送データは、手の甲の並進移動情報である速度情報を内部で時間積分したXY軸の位置情報(Pbx.Pby)と、マウスのボタンに相当するスイッチ情報(B1、B2)とが添付される。 The transfer data is attached with XY-axis position information (Pbx.Pby) obtained by time-integrating speed information, which is translational movement information on the back of the hand, and switch information (B1, B2) corresponding to mouse buttons.
但し、位置情報ではなく、速度情報(Vbx.Vby)を転送することもできる。 However, speed information (Vbx.Vby) can be transferred instead of position information.
これは手の甲の位置情報と指の操作により、マウスのポインタとボタンとを操作する機能を疑似的に行う疑似2Dマウスモードである。 This is a pseudo 2D mouse mode in which the function of operating the mouse pointer and buttons is simulated by the position information of the back of the hand and the operation of the finger.
ポインタ操作は、手を固定座標空間OXYZの中で、実行時に登録されたある一定の高さ(Pbz)の2次元平面内(XY平面)を移動操作することで、その2次元平面内での移動情報を位置情報(Pbx、Pby)として演算し、転送する。 Pointer operation is performed by moving a hand within a fixed coordinate space OXYZ within a two-dimensional plane (XY plane) of a certain height (Pbz) registered at the time of execution. The movement information is calculated as position information (Pbx, Pby) and transferred.
このときに、手をその平面内からZ軸方向へ移動して、そこでの同様のXY移動操作では、この位置情報(Pbx、Pby)は更新されない。 At this time, the position information (Pbx, Pby) is not updated by moving the hand from the plane in the Z-axis direction and performing the same XY movement operation there.
つまり、これは2Dマウスでポインタの移動を行わずマウスの位置を変えたいときに行う操作に相当し、マウスを浮かせながら移動を行う場合の操作と同じになる。 In other words, this corresponds to an operation performed when the 2D mouse does not move the pointer and the position of the mouse is changed, and is the same as the operation performed when the mouse is moved while floating.
この操作モードでは、空間内で仮想的な平面を想定しそこで操作を行うこともできるが、実際の机や膝などを利用して、そこに手を置いてマウスと同様の操作方法によりポインタを動かすこともできる。 In this operation mode, a virtual plane can be assumed in the space, and the operation can be performed there. However, using an actual desk or knee, place your hand on it and move the pointer using the same operation method as a mouse. It can also be moved.
「ボタン動作」
ボタン操作に関してはマウスの左ボタン(B1)が親指と人差し指、右ボタン(B2)が親指と中指の接触状態を検知することにより行われる。
"Button action"
Regarding the button operation, the left button (B1) of the mouse detects the contact state between the thumb and the index finger, and the right button (B2) detects the contact state between the thumb and the middle finger.
また、机や膝などを利用している場合には、人差し指あるいは中指によるそれらへの衝突動作により同様にボタン操作として認識される。 Further, when a desk or knee is used, it is recognized as a button operation in the same manner by a collision operation with the index finger or the middle finger.
これらのボタン操作の検知に関しては後で述べる。 The detection of these button operations will be described later.
つまり、親指に対して各指が接触している状態、あるいは各指が机などに接触している状態のときに、スイッチ情報(B1、B2)は「1」となり、それ以外のときには「0」となる。 That is, the switch information (B1, B2) is “1” when each finger is in contact with the thumb or each finger is in contact with a desk or the like, and “0” otherwise. "
以上のように、ホストPC側では、この操作入力装置からの情報を受信し、それを2Dマウスデータとして処理することで、2Dマウスにより操作していた従来からあるアプリケーションなどそのまま利用することができる。 As described above, the host PC side receives information from the operation input device and processes it as 2D mouse data, so that a conventional application operated by the 2D mouse can be used as it is. .
そのようなアプリケーションを操作するときも、新たに2Dマウスに持ち換える必要もなく利用することが可能となる。 Even when such an application is operated, it is possible to use the application without having to switch to a new 2D mouse.
更に、従来のマウスのように常に机の上などでの操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。 Furthermore, it is not always limited to operations on a desk or the like as in a conventional mouse, and can be used without selecting an operation environment.
次は、(6)疑似ジョイスティックモードがある。 Next, there is (6) pseudo joystick mode.
転送データは、手の甲の空間姿勢である傾き情報を内部でフルスケール調整された位置情報(Pitch.Roll.Yaw)とボタンに相当するスイッチ情報(B1)とが添付される。 The transfer data is attached with position information (Pitch. Roll. Yaw) obtained by full-scale adjustment of the tilt information, which is the spatial posture of the back of the hand, and switch information (B1) corresponding to the button.
これは、手の甲の傾き情報と指の操作により、ジョイスティックのスティック操作とボタンを操作を擬似的に行う疑似ジョイスティックモードである。 This is a pseudo joystick mode in which a joystick stick operation and a button operation are simulated by the tilt information of the back of the hand and the operation of a finger.
この操作時の手形状とその操作の様子を図14に示す。 FIG. 14 shows the hand shape and the state of the operation during this operation.
これは、手甲姿勢を垂直状態(固定座標系OXYZのZ軸と手甲座標系BXYZのY軸が同じ方向)で行っている様子である。 This is a state in which the back posture is performed in a vertical state (the Z axis of the fixed coordinate system OXYZ and the Y axis of the back coordinate system BXYZ are in the same direction).
手首による左右の傾き(手甲座標系BXYZのX軸回転)あるいはその傾き量に応じた情報がジョイスティックの左右操作情報とし、また手首による前後の傾き(手甲座標系BXYZのZ軸回転)或いはその傾き量に応じた情報がジョイスティックの前後操作情報とし、また手首による左右の回転(手甲座標系BXYZのY軸回転)あるいはその回転量に応じた情報がジョイスティックの回転操作情報として検出される。 Left / right tilt by the wrist (X-axis rotation of the back coordinate system BXYZ) or information according to the tilt amount is the left / right operation information of the joystick, and forward / backward tilt by the wrist (Z-axis rotation of the back coordinate system BXYZ) or its tilt Information corresponding to the amount is used as joystick front / rear operation information, and left / right rotation by the wrist (Y-axis rotation of the back coordinate system BXYZ) or information corresponding to the rotation amount is detected as joystick rotation operation information.
また、親指を立てた状態と前に倒した状態で、ボタン操作を擬似的に発生するようにしている。 In addition, the button operation is generated in a pseudo manner with the thumb standing and tilted forward.
つまり、親指が人差し指の第3リンク部(I3)に接触しているか否かの状態で、スイッチ情報(B1)が「1」または「O」となる。 That is, the switch information (B1) is “1” or “O” in a state where the thumb is in contact with the third link portion (I3) of the index finger.
以上のように、ホストPC側では、この操作入力装置からの情報を受信し、それをジョイスティックデータとして処理することで、ジョイスティックにより操作していた従来からあるアプリケーションなどを、そのまま利用することができる。 As described above, on the host PC side, by receiving information from the operation input device and processing it as joystick data, a conventional application or the like that has been operated with the joystick can be used as it is. .
そのようなアプリケーションを操作するときも、新たにジョイスティックに持ち換える必要もなく利用することが可能となる。 Even when such an application is operated, it is possible to use the application without having to switch to a new joystick.
更に、従来のジョイスティックのように、常に、机などの上での操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。 Furthermore, it is not always limited to operations on a desk or the like as in a conventional joystick, and can be used without selecting an operation environment.
尚、以上(1)から(4)の処理モードにおける転送データの速度情報(Vbx.Vby.Vbz)は、内部で時間積分した位置情報(Pbx、Pby、Pbz)として転送することも可能である。 It should be noted that the speed information (Vbx.Vby.Vbz) of the transfer data in the processing modes (1) to (4) can be transferred as position information (Pbx, Pby, Pbz) integrated with time. .
「角度センサ衝突検出」
前記疑似2Dマウスモードにおいて、ボタン操作の処理における指姿勢検出手段1の角度センサの「衝突検出手段」について述べる。
"Angle sensor collision detection"
The “collision detection means” of the angle sensor of the finger posture detection means 1 in the button operation process in the pseudo 2D mouse mode will be described.
指先先端を何かに衝突させるとき、あるいは衝突させるような動作をしたとき、角速度センサ7からの角速度信号は、特徴的な動き信号として検出することができる。
The angular velocity signal from the
一つは指を持ち上げて直ぐに打ち下ろす動作、そしてこの打ち下ろすときには、通常の角速度に比べて速い角速度の後、次の瞬間、角速度がゼロとなる。 One is the action of lifting a finger and then dropping it down, and when this is dropped, the angular velocity becomes zero at the next moment after the angular velocity that is higher than the normal angular velocity.
図17は、このときの角速度信号(ω)と角加速度信号(ω´)とのグラフを示す。 FIG. 17 shows a graph of the angular velocity signal (ω) and the angular acceleration signal (ω ′) at this time.
この図17に示すグラフは連続した2度のボタン操作が入力された様子を示している。 The graph shown in FIG. 17 shows a state where two consecutive button operations are input.
また、この衝突検出手段の処理のフローを図16に示す。 FIG. 16 shows the flow of processing of this collision detection means.
指形状推定手段2では、角速度センサ7の角速度情報(ω)を微分して角加速度情報 (ω´)を求め、この値がある閾値(Th1)を越えるのを常に監視している。
The finger shape estimation means 2 obtains angular acceleration information (ω ′) by differentiating the angular velocity information (ω) of the
そして、この指形状推定手段2では、閾値を越えるのを検出する(S1)と、t1秒待ち(S2)、次に角速度(ω)がある閾値(±Th0)の範囲内にあることを確認(S3)する。 The finger shape estimation means 2 detects that the threshold value is exceeded (S1), waits for t1 seconds (S2), and then confirms that the angular velocity (ω) is within a certain threshold value (± Th0). (S3).
更に、この指形状推定手段2では、確認できたらその状態がt2秒間続くのを待ち(S4)、再度確認できたら、そのときに、その角速度センサ7での衝突を検知したこと(S5)を知らせる。
Further, the finger shape estimation means 2 waits for t2 seconds if it can be confirmed (S4), and if it can be confirmed again, at that time, it detects that a collision with the
操作入力解析手段4では、この指の振り上げ振り下ろし動作のジェスチャ解析と同時に衝突検知情報によりボタン入力操作の判定を行うことができる。 The operation input analyzing means 4 can determine the button input operation based on the collision detection information simultaneously with the gesture analysis of the finger swinging up and down operation.
これらの現象を各指毎に捕らえることで、指を何かに衝突させたときのような動作パターンを検出することが可能となる。 By capturing these phenomena for each finger, it is possible to detect an operation pattern as if the finger collided with something.
また、更に、各指との関連で捕らえておけば、親指と中指とか親指と人差し指などの接触関係も知ることができる。 Furthermore, if it is captured in relation to each finger, the contact relationship between the thumb and middle finger or the thumb and forefinger can be known.
よって、指先端にスイッチなどのデバイスを装着することもなく、机や膝などを利用したスイッチ入力や、親指を利用した仮想的なスイッチ操作等を行うことができる。 Therefore, it is possible to perform switch input using a desk or knee, virtual switch operation using the thumb, and the like without attaching a device such as a switch to the tip of the finger.
「全衝突検出」
また、指だけでなく、手甲検出手段5に使われている角速度センサ14についても前記同様の信号処理による「全衝突検出手段」を説明する。
"All collision detection"
In addition to the finger, the “all-collision detection means” based on the same signal processing will be described for the
手首の回転により角速度信号を発生する手甲検出手段5および指姿勢検出手段1の全ての角速度センサが同時に前記衝突検知手段と同様の処理で、この衝突動作パターンを検知すると、その情報が送られる。
When all the angular velocity sensors of the
つまり、これによると、手を全開に開いた(パー)状態と手を握った(グー)状態とで手を打つ動作などを検出することが可能となる。 That is, according to this, it is possible to detect a motion of hitting a hand in a state where the hand is fully opened (par) and a state where the hand is held (goo).
よって、指だけでなく、手全体の衝突検出を利用することで、そのときの手形状との組み合わせによる仮想的なスイッチを利用することが可能となる。 Therefore, by using not only the finger but also the collision detection of the entire hand, a virtual switch based on the combination with the hand shape at that time can be used.
「初期リセット動作」
次に、「初期リセット手段」について述べる。
"Initial reset operation"
Next, “initial reset means” will be described.
前記でも述べたが角速度センサによる角度測定では、ドリフト等による誤差が蓄積される。 As described above, in the angle measurement using the angular velocity sensor, errors due to drift or the like are accumulated.
従って、通常では、何らかのドリフト対策をしておかなければ長い間使うことができない。 Therefore, normally, it cannot be used for a long time unless some countermeasure against drift is taken.
また、振動型ジャイロにおいては衝撃などの振動により誤差が発生し易いため、「衝突検知手段」による動作で誤差が発生する可能性が高くなる。 Further, in the vibration type gyro, an error is likely to occur due to vibration such as an impact, and therefore, the possibility that the error is generated by the operation of the “collision detection unit” increases.
手を全開に開いた(パー)状態と手を握った(グー)状態との初期手形状である手形状情報を予め記憶しておく。 Hand shape information, which is an initial hand shape in a state where the hand is fully opened (par) and a state where the hand is held (goo), is stored in advance.
一つ目の方式では、グーあるいはパーなどの手形状のまま衝突動作を行うと、前記「全衝突検出手段」の検知情報により手形状データを現在の手形状に近い方の初期手形状に強制的に角度情報を変更する手段である。 In the first method, when a collision operation is performed with a hand shape such as goo or par, the hand shape data is forced to the initial hand shape closer to the current hand shape based on the detection information of the “all collision detection means”. This is a means for changing the angle information.
更に、もうーつの方法は、前記手形状の組み合わせを、手形状椎定手段3が連続して検知した場合、現在の手形状に近い方の初期手形状に強制的に角度情報を変更する手法である。
Furthermore, the other method is a method of forcibly changing the angle information to the initial hand shape closer to the current hand shape when the
つまりグー・パーと連続に手形状を入力すると、「初期リセット手段」の検知により、手形状データがパーの角度情報に変更される。 That is, when the hand shape is input continuously with Goo Par, the hand shape data is changed to the angle information of the par by the detection of the “initial reset means”.
よって、ドリフト等による手形状の誤差データを簡単に補正することができ、角速度センサのドリフトを補正するための特別なセンサなどのデバイスを設置することなく利用することが可能となる。 Therefore, the error data of the hand shape due to drift or the like can be easily corrected, and can be used without installing a device such as a special sensor for correcting the drift of the angular velocity sensor.
更に、個人個人の手の形状に対応させるための装着時のキャリブレーション操作や初期化動作などする必要がなく、誰でもすぐに初期化をし、利用を開始することができる。 Furthermore, it is not necessary to perform a calibration operation or an initialization operation at the time of wearing in order to correspond to the shape of an individual person's hand, and anyone can immediately initialize and start using.
また、予め記憶しておくリセット手形状はこのパターンに限ったものではなく、他の通常操作に影響を及ぼし難い形状で対応することができる。 In addition, the reset hand shape stored in advance is not limited to this pattern, and can be handled with a shape that does not easily affect other normal operations.
「内部手形状適応リセット手段」
次に内部手形状の「適応リセット手段」について説明する。
"Internal hand shape adaptive reset means"
Next, the “adaptive resetting means” of the internal hand shape will be described.
この機能は、前記「初期リセット手段」をより発展させた機能である。 This function is a function obtained by further developing the “initial reset means”.
前記「初期リセット手段」では初期状態の手形状に対し、「全衝突検出手段」による信号を検知したときのみ、その機能により動作するが、本機能は初期手形状の他に、各想定されるボタン操作の手形状も予め記憶されている。 The "initial reset means" operates according to its function only when a signal from the "all collision detection means" is detected with respect to the initial hand shape, but this function is assumed in addition to the initial hand shape. The hand shape of the button operation is also stored in advance.
例えば、人差し指で机を叩いた瞬間の手形状や、親指と人差し指を打ち合わせた瞬間の手形状等、想定されるボタン操作やリセット操作の瞬間の手形状が記憶されている。 For example, a hand shape at the moment of an assumed button operation or reset operation, such as a hand shape at the moment of hitting the desk with the index finger or a hand shape at the time of hitting the thumb and index finger, is stored.
次に、ボタン操作やリセット操作がなされたとき、現在の手形状に最も近い内部記憶手形状値に強制的に角度情報を設定する。 Next, when a button operation or a reset operation is performed, angle information is forcibly set to the internal memory hand shape value closest to the current hand shape.
よって、操作者の意識あるいは無意識の行為により内部情報のリセット操作を行うことが可能であるため、前記角速度センサのドリフト等の問題に対してより多くのタイミングで補正操作を行うことが可能となる。 Therefore, the internal information can be reset by the operator's conscious or unconscious action, so that the correction operation can be performed at more timings for problems such as drift of the angular velocity sensor. .
また、この操作は、前記データ処理モード(3)〜(6)に対しては、本操作入力装置内部での閉じた処理であるため、その操作により外部のホストPC等への影響もなく動作させ続けることが可能である。 In addition, since this operation is a closed process inside the operation input device for the data processing modes (3) to (6), the operation does not affect the external host PC or the like. It is possible to continue.
「角速度センサの取付」
図18は、指姿勢検出手段1の角速度センサ7をそれぞれの指の先端に取り付けた様子を示す。
“Attaching the angular velocity sensor”
FIG. 18 shows a state in which the
図18の(a)は親指以外の指に取り付けた状態の表側から見た様子を示し、図18の(b)は裏側から見た様子を示している。 FIG. 18A shows a state viewed from the front side when attached to a finger other than the thumb, and FIG. 18B shows a state viewed from the back side.
図18のようにリングの一部が切れた指輪(指貫形状)の上面に角速度センサが固定されており、これを指先にはめることができる。 As shown in FIG. 18, an angular velocity sensor is fixed to the upper surface of a ring (a thimble shape) with a part of the ring cut, and this can be put on the fingertip.
また、親指においては、図18の(c)と図18の(d)とに示す2種類の取付状態を示している。 Further, the thumb shows two types of attachment states shown in FIGS. 18C and 18D.
親指については、親指第1姿勢検出手段の角速度センサ7(Ty)と親指第2姿勢検出手段の角速度センサ7(Tx)とが、やはり前記の指貫上面に2個固定されたものを装着することができる。 As for the thumb, two angular velocity sensors 7 (Ty) of the first thumb posture detecting means and two angular velocity sensors 7 (Tx) of the second thumb posture detecting means are fixed on the finger-penetrating upper surface. Can do.
よって、指先の姿勢情報を検出するためのセンサを指先先端に装着するだけでよいため、個人個人の手の大きさが違っていても利用することもできる。 Therefore, since it is only necessary to attach a sensor for detecting posture information of the fingertip to the tip of the fingertip, it can be used even if the size of an individual hand is different.
また、グロープ状のように、指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、常に、装着した状態で使うことも可能である。 In addition, since the fingertips are not covered as in the shape of a grope, it is possible to always use them while wearing them without hindering delicate operations and operations using the fingertips.
また、この指輪や指貫のように装着する方法に対して、指先の爪に直接接着することも可能である。 Moreover, it is also possible to adhere | attach directly on the nail | claw of a fingertip with respect to the method of mounting | wearing like this ring or a thimble.
その場合には、更に指先を被う物がなくなり、指先を使ったより繊細な作業や操作ができ、常に、装着した状態で使うことも可能である。 In that case, there are no more objects covering the fingertips, and more delicate operations and operations using the fingertips can be performed, and it is possible to always use the devices while wearing them.
「手甲検出手段の取付」
図19は本操作入力装置を取り付けた全体の様子を示す。
"Attaching the back detection means"
FIG. 19 shows the overall state of the operation input device attached.
また、図19は、特に、手甲検出手段5の各種センサの固定具と前記角速度センサをそれぞれの指の先端に取り付けた状態を示す。
FIG. 19 particularly shows a state in which the fixtures of the various sensors of the
図19の(a)では、指なし手袋20の手の甲に手甲検出手段5の各種センサ21とその他の制御手段22とが固定されている。
In FIG. 19A,
この指なし手袋20は、これらを手の甲に固定するために利用されているため、手の数カ所で固定すればよく、そのための固定具や調整機能を付けることもでき、フリーサイズとすることが可能である。
Since the
また、図19の(b)では別の方式の固定具を示している。 Further, FIG. 19B shows another type of fixture.
手甲固定部23の手の甲に手甲検出手段5の各種センサ21が固定されており、更にその手甲固定部23よりつながったリストバンド部24にはその他の制御手段22が固定されており、手首にも固定されている。
前記リストバンド部24から手甲固定部23までの間は、弾性変形体による部材25で連結されている。
The
この弾性変形体による部材25は、通常手首内側へ曲がるように造られており、手首が動いても、常に手の甲に密着した方向に変形しようとする。
The
更に、手甲固定部23は手の両側まで延びて掌側に密着しているので、手首の左右の動きに対しても常に固定された状態を保つことができる。
Furthermore, since the
また、指姿勢検出手段1の角速度センサ7とこれらの制御手段22を固定している固定具とは図示のように信号線28で接続されている。
Further, the
よつて、指先の姿勢情報を検出するためのセンサと手甲検出手段5の各種センサとを分離して装着することができるため、個人個人の手の大きさが違っても利用することができる。 Therefore, since the sensor for detecting the posture information of the fingertip and the various sensors of the back detection means 5 can be separately mounted, it can be used even if the size of an individual hand is different.
また、グローブ状のように指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、常に装着して使うことも可能である。 Further, since the fingertip is not covered like a glove, it is possible to always wear and use it without obstructing delicate work and operation using the fingertip.
「その他の検出センサの組み合わせ」
本実施の形態では、手甲検出手段5による手の甲の位置と3本指による操作入力装置の説明をしたが、本実施の形態に限らず、例えば、手の甲の位置と人差し指による1本指型の操作入力装置、または手の甲の位置と人差し指と親指の2本指による操作入力装置、または手の甲の位置と5本の指の全てを利用した操作入力装置、更には、これらの組み合わせによる左右両手を利用した操作入力装置などが考えられる。
"Other detection sensor combinations"
In the present embodiment, the position of the back of the hand by the back detection means 5 and the operation input device by three fingers have been described. However, the present invention is not limited to this embodiment. An input device, or an operation input device using two fingers, the position of the back of the hand and the index finger and the thumb, or an operation input device using all of the position of the back of the hand and the five fingers, and also using both left and right hands by a combination thereof An operation input device can be considered.
また、各種センサ素子についても本実施の形態に限らず、種々のセンサ素子を用いることができる。 Also, various sensor elements are not limited to the present embodiment, and various sensor elements can be used.
また、インタフェース部17については、詳細には述べていないが、種々の形態で構成することが可能である。
The
すなわち、インタフェース部17については、一般的なRS232C規格の通信ポートとしたり、あるいはUSBのようなより高速インタフェース規格で構成し、ホストPCとの通信を行うことが可能である。
That is, the
また、インタフェース部17については、無線やIrDA等の光によるワイヤレス方式にすることも可能である。
The
このように、インタフェース部17をワイヤレス方式にした場合、転送手段側では指姿勢検出手段1と手甲検出手段5の情報のみを転送し、ホスト側の受信手段の中でCPU11の中の各種演算・推定手段による演算・推定を行ったりすることで、手に装着する側の構成をより小さく、少なくすることも可能となる。
As described above, when the
そして、上述したような実施の形態で示した本発明には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至3以外に、以下の付記(1)乃至(20)として示すような発明が含まれている。
The present invention shown in the embodiment as described above includes the inventions as shown in the following supplementary notes (1) to (20) in addition to the
付記(1)
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲に対する指先先端部の姿勢を検出することで、指全体の(第1、第2、第3関節による)曲げ状態である形状を推定する指形状入力手段を備えたことを特徴とする操作入力装置。
Appendix (1)
In an operation input device that performs input according to the shape, spatial position, posture, and movement of the operator's hand,
A finger shape input means for estimating the shape of the entire finger in a bent state (by the first, second, and third joints) by detecting the posture of the tip of the fingertip with respect to the back of the operator's hand is provided. Operation input device.
付記(2)
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲に対するそれそれの指先先端部の姿勢を検出することで、指の曲げ状態を推定し、それぞれの推定された指形状の相対関係より手形状を推定する手形状入力手段を備えたことを特徴とする操作入力装置。
Appendix (2)
In an operation input device that performs input according to the shape, spatial position, posture, and movement of the operator's hand,
By detecting the posture of the tip of each fingertip with respect to the back of the operator's hand, it is provided with hand shape input means for estimating the finger bending state and estimating the hand shape from the relative relationship of the respective estimated finger shapes. An operation input device characterized by that.
そして、このような付記(1),(2)の発明によれば、人が手と指を使って行う動作は指先先端を作用点として動作していることより、手の甲に対する指先先端の姿勢を検出することで、手による多くの操作形状を検知することが可能となるので、非常に少ない測定点で指形状、更には手形状を推定することができると共に、その装置の構成も簡単化することが可能となる。 Further, according to the inventions of the supplementary notes (1) and (2), since the movement performed by the person using the hand and the finger is operated with the fingertip tip as an action point, the posture of the fingertip tip with respect to the back of the hand is changed. By detecting, it becomes possible to detect many operation shapes by hand, so that it is possible to estimate the finger shape and further the hand shape with very few measurement points, and the configuration of the device is also simplified. It becomes possible.
付記(3)
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲の空間的な動きや姿勢を検出する手甲検出手段と、
前記手甲検出手段の情報より3次元空間での位置や姿勢を求める空間座標演算手段と、
それぞれの指の第1関節の先の先端部の曲げ動作や姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
前記空間座標演算手段と前記指姿勢検出手段とにより検出された情報より、手の甲に対する指先端部の曲がり角度を推定することにより、その指全体の形状を推定する指形状推定手段と、
前記指形状推定手段からのそれぞれの指全体の形状の情報により手の形状を推定する手形状推定手段と、
前記空間座標演算手段と前記手形状推定手段との情報より操作入力情報を解析し、入力のためのコマンドを決定する操作入力解析手段とにより構成されたことを特徴とする操作入力装置。
Appendix (3)
In an operation input device that performs input according to the shape, spatial position, posture, and movement of the operator's hand,
Back detection means for detecting the spatial movement and posture of the back of the operator's hand;
Spatial coordinate calculation means for obtaining a position and orientation in a three-dimensional space from information on the back detection means;
Finger posture detection means for detecting the bending action and posture of the tip of the first joint of each finger;
From the information detected by the spatial coordinate calculation means and the finger posture detection means, a finger shape estimation means for estimating the shape of the entire finger by estimating the bending angle of the finger tip with respect to the back of the hand;
Hand shape estimating means for estimating the shape of the hand based on the information of the shape of each finger as a whole from the finger shape estimating means;
An operation input device comprising operation input analysis means for analyzing operation input information from information of the space coordinate calculation means and the hand shape estimation means and determining a command for input.
そして、このような付記(3)の発明によれば、手の形や空間位置・姿勢及び動作による入力を行う操作入力装置を提供することが可能となるので、操作者に新たに操作方法を学習したりする負担を強いることなく、手や指による日常の操作行動や振る舞いをそのまま操作コマンドとして利用することができる。 According to the invention of the supplementary note (3), it is possible to provide an operation input device that performs input based on the shape of the hand, the spatial position / posture, and the movement. Without forcing the burden of learning, daily operation actions and behaviors with hands and fingers can be used as operation commands as they are.
付記(4)
前記指姿勢検出手段は、
親指の第1、第2関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する親指第1姿勢検出手段と、
親指の第3間接による手の甲から掌側への曲げ動作や姿勢を検出する親指第2姿勢検出手段とにより構成されていることを特徴とする付記(3)の操作入力装置。
Appendix (4)
The finger posture detection means includes
A thumb first posture detecting means for detecting a bending action or posture of the first and second joints of the thumb in the bending direction;
The operation input device according to appendix (3), characterized in that the operation input device comprises a second thumb posture detecting means for detecting a bending action or posture of the thumb from the back of the hand to the palm side by third indirect.
そして、このような付記(4)の発明によれば、親指の動きを前記指姿勢検出手段の構成と同じものを2個装着することで、新たな手段を追加することなく簡単な構成で検知することが可能となる。 Further, according to the invention of the above supplementary note (4), it is possible to detect the movement of the thumb with a simple configuration without adding any new means by mounting two same movements as the configuration of the finger posture detecting means. It becomes possible to do.
付記(5)
前記指姿勢検出手段における検出手段として角速度センサにより構成したことを特徴とする付記(3)の操作入力装置。
Appendix (5)
The operation input device according to appendix (3), wherein the finger posture detecting means is constituted by an angular velocity sensor as the detecting means.
付記(6)
前記手甲検出手段における検出手段として直交する3軸上にそれぞれ配置された3つの加速度センサと、3つの角速度センサとにより、手の甲の空間的な並進運動と回転姿勢を検出することを特徴とする付記(3)の操作入力装置。
Appendix (6)
Note that spatial translational motion and rotational posture of the back of the hand are detected by three acceleration sensors respectively arranged on three orthogonal axes and three angular velocity sensors as detection means in the back detection means. (3) The operation input device.
そして、このような付記(5),(6)の発明によれば、角速度センサおよび加速度センサ等の小型の素子を利用することで装置の小型化が図れる。 And according to invention of such additional remarks (5) and (6), size reduction of an apparatus can be achieved by utilizing small elements, such as an angular velocity sensor and an acceleration sensor.
付記(7)
前記指姿勢検出手段を
親指以外の1本指のみ、親指と他の1本指、親指と他の2本指、親指と他の複数本の指のいずれかに装着したことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (7)
Note that the finger posture detecting means is attached to only one finger other than the thumb, the thumb and the other one finger, the thumb and the other two fingers, or the thumb and the other plural fingers. (3) The operation input device of (4).
そして、このような付記(7)の発明によれば、使用する指に応じていくつもの組み合わせが可能であり、その取り付け位置を変更したり、取り付け構成数を変えたりするだけで、操作入力装置としての構成を簡単に変更することが可能である。 And according to invention of such additional remark (7), many combinations are possible according to the finger to be used, and operation input device can be changed only by changing the mounting position or changing the number of mounting configurations. It is possible to easily change the configuration.
付記(8)
手の甲に対する指先端部の曲がり角度の検出のみにより、その指の第1、第2、第3関節のそれぞれの相対的な関節の曲がり角度状態を推定する関節角度推定手段を備えたことを特徴とする付記(4)の操作入力装置。
Appendix (8)
It is characterized by comprising joint angle estimating means for estimating the relative bending angle state of each of the first, second, and third joints of the finger only by detecting the bending angle of the finger tip with respect to the back of the hand. The operation input device according to appendix (4).
そして、このような付記(8)の発明によれば、各指関節角度を変換する変換テーブルとテーブル補間を用いた簡単な処理により、指先先端角度に対する各指関節を推定することができる。 And according to invention of such additional remark (8), each finger joint with respect to a finger-tip tip angle can be estimated by a simple process using a conversion table for converting each finger joint angle and table interpolation.
付記(9)
前記指姿勢検出手段を第1関節より先の指先に装着した指貫状または指輪状リングの上面に取り付けたことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (9)
The operation input device according to appendices (3) and (4), wherein the finger posture detecting means is attached to an upper surface of a finger-like or ring-like ring attached to a fingertip ahead of the first joint.
付記(10)
前記指姿勢検出手段を指先の爪に接着可能なように取り付けることを特徴とする付記 (3),(4)の操作入力装置。
Appendix (10)
The operation input device according to any one of appendices (3) and (4), wherein the finger posture detection means is attached to a fingernail so that it can be adhered.
付記(11)
前記手甲検出手段を指先のない手袋の甲に取り付けたことを特徴とする付記(3), (4)の操作入力装置。
Appendix (11)
The operation input device according to appendices (3) and (4), wherein the back detection means is attached to the back of a glove without a fingertip.
そして、このような付記(9),(10),(11)の発明によれば、指先の姿勢情報を検出するためのセンサと手甲検出手段の各種センサを分離して装着することができるため、個人個人の手の大きさが違っていても利用することもできると共に、グローブ状のように指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作を行うことが阻害されないので、常に、装着して使うことも可能である。 And according to invention of such additional notes (9), (10), (11), since the sensor for detecting the posture information of a fingertip and the various sensors of the back detection means can be separately mounted. In addition, it can be used even if the individual's hand size is different, and since it does not cover the fingertip etc. like a glove, it does not hinder delicate work and operation using the fingertip So you can always wear it.
付記(12)
前記操作入力解析手段は、
前記指姿勢検出手段を装着した指に机や膝あるいは指同士などに対する衝突操作パターンを解析し判定する衝突検出手段を備えたことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (12)
The operation input analysis means includes
The operation input device according to appendices (3) and (4), further comprising: a collision detection unit that analyzes and determines a collision operation pattern with respect to a desk, knee, fingers, or the like on a finger equipped with the finger posture detection unit.
付記(13)
前記操作入力解析手段は、
指および手の全てが同時に机や床あるいは膝などに対する衝突操作パターンを解析し判定する全衝突検出手段を備えたことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (13)
The operation input analysis means includes
The operation input device according to additional notes (3) and (4), further comprising all collision detection means for analyzing and determining a collision operation pattern for a finger, a hand, and the like at the same time against a desk, floor, or knee.
そして、このような付記(12),(13)の発明によれば、新たにスイッチなどの素子を取り付ける必要がなく、机や膝等を利用したどんな場所でも使える仮想スイッチを構成し、スイッチ入力操作を行うことが可能となる。 Further, according to the inventions of the supplementary notes (12) and (13), it is not necessary to newly attach an element such as a switch, and a virtual switch that can be used at any place using a desk, a knee or the like is configured, and a switch input The operation can be performed.
付記(14)
手を全開に開いた(パー)状態と手を握った(グー)状態との初期手形状情報を予め記憶しておき、前記全衝突検出手段による検知が行われたとき、
手形状データを現在の手形状に近い初期手形状に強制的に角度情報を変更する初期リセット手段を備えたことを特徴とする付記(13)の操作入力装置。
Appendix (14)
When initial hand shape information of a state where the hand is fully opened (par) and a state where the hand is held (goo) is stored in advance, and the detection by the full collision detection means is performed,
The operation input device according to appendix (13), further comprising initial reset means for forcibly changing the angle information to an initial hand shape close to the current hand shape.
付記(15)
いくつかの初期手形状情報を予め記憶し、前記衝突検出手段による検知が行われたとき、
最も近い手形状に現在の手形状情報を変更させる適応リセット手段を備えたことを特徴とする付記(14)の操作入力装置。
Appendix (15)
Some initial hand shape information is stored in advance, and when detection by the collision detection means is performed,
The operation input device according to appendix (14), further comprising adaptive reset means for changing the current hand shape information to the nearest hand shape.
付記(16)
手を全開に開いた(パー)状態と手を握った(グー)状態との初期手形状情報を予め記憶しておき、この2つの手形状データを連続して検知した場合、現在の手形状に近い初期手形状に強制的に角度情報を変更する初期リセット手段を備えたことを特徴とする付記 (13)の操作入力装置。
Appendix (16)
The initial hand shape information of the hand fully opened (par) state and the hand grasped (goo) state is stored in advance, and when these two hand shape data are detected in succession, the current hand shape (13) The operation input device according to (13), further comprising initial reset means for forcibly changing angle information to an initial hand shape close to.
そして、このような付記(14),(15),(16)の発明によれば、ドリフト等による手形状の誤差データを簡単に補正することができ、角速度センサのドリフトを補正するための特別なセンサなどのデバイスを設置することなく利用することが可能となると共に、個人個人の手の形状に対応させるための装着時のキャリブレーション操作や初期化動作などの特別な操作をする必要がなく、誰でもすぐに初期化をし、利用を開始することができ、操作者の意識あるいは無意識の行為により内部情報の補正操作を行うことが可能であるため、前記角速度センサのドリフト等の問題に対してより多くのタイミンダで補正操作を行うことが可能となる。 According to the inventions of the supplementary notes (14), (15), and (16), it is possible to easily correct the error data of the hand shape due to drift or the like, and special correction for correcting the drift of the angular velocity sensor. It is possible to use without installing a device such as a simple sensor, and there is no need to perform special operations such as calibration operation and initialization operation at the time of wearing to correspond to the shape of an individual hand. Anyone can immediately initialize and start using it, and it is possible to correct internal information by the operator's consciousness or unconscious action. On the other hand, the correction operation can be performed with a larger number of timeminders.
付記(17)
空間内での擬似的な2次元マウス操作の手の動きにおいて、
ある設定された高さとその範囲を設定することで、
この高さ範囲内での、
手の前後の移動速度、あるいは移動量に応じた情報を1軸のマウス移動情報とし更新し、
また、左右の移動速度、或いは移動量に応じた情報をもう1軸のマウス移動情報とし更新し、
前記高さ範囲外での、
手の動きにはマウス移動情報は更新しないことと、更に人差し指と中指の前記衝突検知手段による検知情報を2つのボタン情報とすることにより2次元マウス操作を擬似的に行える疑似2Dマウス操作手段を備えたことを特徴とする付記(1)乃至(4)の操作入力装置。
Appendix (17)
In the hand movement of pseudo two-dimensional mouse operation in space,
By setting a certain height and its range,
Within this height range,
Update the information according to the movement speed of the hand before and after, or the amount of movement as mouse movement information of one axis,
In addition, the information corresponding to the left and right movement speed or movement amount is updated as the mouse movement information of the other axis,
Outside the height range,
Pseudo 2D mouse operation means that does not update the mouse movement information for hand movements and that can perform two-dimensional mouse operation in a pseudo manner by using the detection information by the collision detection means of the index finger and middle finger as two button information. The operation input device according to any one of additions (1) to (4), comprising:
付記(18)
空間内での擬似的なジョイスティック操作の手の動きにおいて、
手首による左右の傾き、あるいはその傾き量に応じた情報をジョイスティック左右操作情報とし、
手首による前後の傾き、あるいはその傾き量に応じた情報をジョイスティック前後操作情報とし、
手首による左右の回転、あるいはその回転量に応じた情報をジョイスティック回転操作情報とし、
擬似的にジョイスティック操作を行う疑似ジョイスティック操作手段を備えたことを特徴とする付記(1)乃至(4)の操作入力装置。
Appendix (18)
In the hand movement of pseudo joystick operation in space,
Left and right tilt by the wrist, or information according to the tilt amount as joystick left and right operation information,
Information based on the wrist tilt forward or backward or the amount of tilt is used as the joystick forward / backward operation information.
Rotation information on the left and right by the wrist, or information according to the amount of rotation is joystick rotation operation information,
The operation input device according to any one of appendices (1) to (4), comprising pseudo joystick operation means for performing pseudo joystick operation.
そして、このような付記(17),(18)の発明によれば、2Dマウスやジョイスティック等のデバイスにより操作されていた従来からあるアプリケーションなどをそのまま利用することができるため、アプリケーションを操作するときも新たにデバイスを接続し直したり、持ち換える必要もなく利用することが可能となると共に、更に、従来のマウスやジョイスティック等のように、常に、机などの上での操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。 According to the inventions of the supplementary notes (17) and (18), since a conventional application operated by a device such as a 2D mouse or a joystick can be used as it is, when operating the application It can be used without having to reconnect or change the device, and it is always limited to operations on a desk, such as a conventional mouse or joystick. It can be used without selecting an operating environment.
付記(19)
前記操作入力解析手段において、いくつかの手形状情報とその手形状コードを予め記憶しておき、その記憶しておいた手形状情報と同じ手形状を検知したときに、
その手形状コード情報を転送する手形状コード処理手段を備えたことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (19)
In the operation input analysis means, some hand shape information and its hand shape code are stored in advance, and when the same hand shape as the stored hand shape information is detected,
The operation input device according to appendices (3) and (4), comprising hand shape code processing means for transferring the hand shape code information.
付記(20)
前記操作入力解祈手段において、各指が他の指の何処に接触しているか、またはいないかの各指同士の接触関連情報として指の識別コード情報とリンク部コード情報を転送する3指関連コード処理を備えたことを特徴とする付記(3),(4)の操作入力装置。
Appendix (20)
In the operation input praying means, the finger identification code information and the link part code information are transferred as contact-related information between each finger indicating whether or not each finger is in contact with the other finger. The operation input device according to appendices (3) and (4), characterized by comprising code processing.
そして、このような付記(19),(20)の発明によれば、操作入力装置としては手形状入力装置のような指関節などの角度情報は本来不要なデータであり、手や指による日常の操作行動や振る舞いを、より抽象化されたコードで処理できるためそのまま操作コマンドとして利用することが可能となると共に、ホストPC側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側も簡単な手形状やジェスチャによりPCを操作することが可能となる。 Further, according to the inventions of the supplementary notes (19) and (20), angle information such as a finger joint as in the hand shape input device is essentially unnecessary data as the operation input device, and the daily information by the hand or finger is used. Can be used as an operation command as it is, and the processing load on the host PC side is very light, and the operation side is also easy. It becomes possible to operate the PC with a simple hand shape and gesture.
1…指姿勢検出手段、
2…指形状推定手段、
3…手形状推定手段、
4…操作入力解析手段、
5…手甲検出手段、
6…空間座標演算手段、
7…角速度センサ、
8…アナログ演算回路、
9…アナログ/デジタル(A/D)変換部、
10…メモリ、
11…CPU、
12(12x、12y、12z)…加速度センサ、
13(13x、13y、13z)…カウンタ回路、
14(14x、14y、14z)…角速度センサ、
15(15x、15y、15z)…アナログ演算回路、
16(16x、16y、16z)…A/D変換部、
17…インタフェース部。
1 ... finger posture detection means,
2 ... finger shape estimation means,
3 ... hand shape estimation means,
4 ... operation input analysis means,
5 ... Back detection means,
6 ... spatial coordinate calculation means,
7 ... Angular velocity sensor,
8: Analog arithmetic circuit,
9: Analog / digital (A / D) converter,
10 ... Memory,
11 ... CPU,
12 (12x, 12y, 12z) ... acceleration sensor,
13 (13x, 13y, 13z) ... counter circuit,
14 (14x, 14y, 14z) ... angular velocity sensor,
15 (15x, 15y, 15z) ... analog arithmetic circuit,
16 (16x, 16y, 16z) ... A / D converter,
17: Interface section.
Claims (3)
前記操作者の指の第1関節より先の指先に指貫または指輪リング状、あるいは指先の爪に接着可能なように取り付けられ前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
を有し、
前記手甲検出手段によって手の甲の相対位置と姿勢を検出すると共に前記指姿勢検出手段によって前記手の甲に対する指先の相対位置を決定することにより手のジェスチャを解析し、操作入力コマンド情報データへの変換を可能となしたことを特徴とする操作入力装置。 A back detection means for detecting movement and posture of the back of the operator's hand that is attached to the back of the operator's hand by attaching the glove attached to the back of the glove without a fingertip;
Finger posture detecting means for detecting the posture of the operator's finger attached to the fingertip ahead of the first joint of the operator's finger so as to be glued to the fingertip or ring ring, or to the fingernail;
Have
By detecting the relative position and posture of the back of the hand by the back detection means and determining the relative position of the fingertip with respect to the back of the hand by the finger posture detection means, the hand gesture can be analyzed and converted into operation input command information data An operation input device characterized by that.
前記手甲検出手段から得られる手甲姿勢情報と前記指姿勢検出手段から得られる指姿勢情報とに基づいて手甲に対する指先の相対角度位置を決定すると共に指の各関節の相対角度を前記テーブルに基づいて推定して指の形状を推定し、
この指の形状に基づいて手の姿勢及び形状を推定することを特徴とする請求項1記載の操作入力装置。 A table that can define relative angles of the first, second, and third joints of the index finger based on an angle formed by an operation point of the index finger and at least the back of the hand in the grasp operation of the hand;
Based on the back posture information obtained from the back detection means and the finger posture information obtained from the finger posture detection means, the relative angular position of the fingertip with respect to the back is determined and the relative angle of each joint of the finger is based on the table. To estimate the finger shape,
The operation input device according to claim 1, wherein the posture and shape of the hand are estimated based on the shape of the finger.
ことを特徴とする請求項1記載の操作入力装置。 The finger posture detection means is a finger posture detection means for detecting the posture of the operator's finger that is attached to a fingertip ahead of the first joint of a plurality of fingers including the thumb of the operator, and the first posture of the thumb. First finger posture detecting means comprising an angular velocity sensor for detecting the bending motion and posture of the joint bending direction, and second finger comprising an angular velocity sensor for detecting the bending motion and posture from the back of the hand to the palm side by the third joint of the thumb. 2. The operation according to claim 1, further comprising posture detecting means and third finger posture detecting means comprising an angular velocity sensor for detecting a bending operation or posture of the first joint of a finger other than the thumb. Input device.
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