JP2011153847A - 操作感触測定装置及び操作感触測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記の課題を解決するために、本発明に係る操作感触測定装置は、入力デバイスを搭載して回転する回転ステージと、回転ステージに搭載された入力デバイスの回転盤上面を押圧する接触子と、接触子の位置を制御する接触子制御機構と、を有し、接触子の端部には、接触子が入力デバイスの回転盤上面を押圧する際に、その上面から受ける垂直方向の応力を検出する垂直方向荷重センサが具備され、接触子とその保持部との間には、接触子に作用する回転ステージの円運動接線方向の応力を検出する回転方向荷重センサが具備されること、を特徴とする。
【選択図】図1
Description
特許文献1を利用することにより、プッシュ形式などの単純な操作スイッチについて一定の現象解析は行えるが、回転操作型入力デバイスにこの技術を適用してその回転の操作感触を測定することはできない。操作感触測定装置の可動部(接触子)に回転操作をさせる駆動、及びその回転トルクの反力の測定が、特許文献1記載の技術によっては実行不可能だからである。
図1は操作感触測定装置100の側面図を、図2は操作感触測定装置100のシステム構成例を、図3は操作感触測定装置100の処理フロー例を示す。図1から3を用いて実施例1に係る操作感触測定装置100を説明する。
操作感触測定装置100は、回転ステージ20、接触子40及び接触子制御機構60を有する。操作感触測定装置100は、回転盤の上面を押圧して回転操作する回転操作型入力デバイス11の操作感触を測定する。以下に処理の概略を説明する。
まず、測定者は回転ステージ20に入力デバイス11を搭載する(s30)。次にPC30を操作して、ステージ制御プログラム33を起動し、回転ステージ20の制御条件を入力する(s31)。例えば、回転ステージ20が任意の速度(例えば、1〜10rpm)で正・逆方向に回転するように制御条件を入力する。
PC30内のデータ取得・解析プログラム31は、各センサのサンプリングで取得したデータを保存する(s37)。
回転ステージ20は、入力デバイス11を搭載し、回転する。例えば、回転ステージ20は円形板状である。図4は回転ステージ20上に入力デバイス11を搭載する方法を説明するための図である。図5は入力デバイス11の回転盤の中心と回転ステージ20の回転中心線とが一致した状態を示す図である。
<接触子制御機構60による接触子40の制御方法>
図1を用いて、接触子制御機構60による接触子40の制御方法について説明する。接触子制御機構60は、例えばX方向粗動ネジ61、X方向粗動部63、X−Y方向微調部65、Y方向微調ネジ67、X方向微調ネジ69、保持部70、Z方向自動微調部71、Z方向粗動ネジ73、Z方向粗動部75、姿勢調節ネジ77、姿勢調節部79を備える。
<接触子40及び接触子制御機構60>
図6は接触子40が入力デバイス11の回転盤上面を押圧している状態を示す。接触子40の端部には、接触子40が入力デバイス11の回転盤上面を押圧する際に、その上面から受ける垂直方向の応力を検出する垂直方向荷重センサ41が具備される。
参考文献1:V.G.Chouvardas, A.N.Milioua and M.K.Hatalis,"Tactile displays: Overview and recent advances", Displays, July 2008, Volume 29, Issue 3, p.185-19
参考文献1によると、神経が発火するような振動数帯域は4つあり、それらの帯域に属する振動を触覚に入力すると、それぞれの様相すなわち「擦り」(stroking)、「圧覚」(pressure)、「振動」(vibration)、及び「皮膚の引張」(skin stretch)の感触として感じられる。この振動数帯域に属さない振動は、神経の発火を誘起しない。これらの感触の様相は、それぞれ特定の触覚の受容器が関わっていると考えられるため、アレイセンサを用いた操作感触測定装置100による測定結果を用いることで、何れかの受容器で発火しやすい(感受性の高い)振動数を抽出し、生理現象に基づいた現象解析を行うことができる(参考文献1参照)。
このような構成として、回転モータ23を駆動することで、ユーザーが入力デバイス11を操作する際に指先下で検知する変動と同等の動作挙動が取得できる。
図10(A)は回転方向荷重センサ43の出力と回転角度との関係例を、(B)は垂直方向荷重センサ41の出力と回転角度との関係例を示す図である。
測定サンプルの入力デバイス11は、回転盤に結合していて外周に山形状の凹凸を設けた環状のローターと、それに摺接する固定した板バネとでなる機構を具備している。そのため、回転方向荷重センサ43の出力は山形状の凹凸の影響を受け、周期的な波形となっていることがわかる。垂直方向荷重センサ41はアレイセンサであり、(B)は複数の感圧センサが検出した荷重の合計を表す。なお、アレイセンサを用いることにより、他に接触面積、ピーク荷重、荷重中心の変化等を測定することもできる。
接触子40は、入力デバイス11を操作する人の手指を模擬する作用を果し、回転ステージ20は、回転によってその手指による回転操作に代替する同等の入力操作を再現する作用を果す。垂直方向荷重センサ41は、接触子40による入力デバイス11の回転盤上面の押圧ないしその感触に係る力を測定し、回転方向荷重センサ43、44は、接触子による回転盤の回転操作の反力を測定する。このような構成とすることによって、従来技術や従来技術を組合せることによっては、測定することができなかった回転操作型入力デバイスの操作感触を定量的に測定することができる。
回転ステージ20に入力デバイスを固定する方法としては、固定プレート21を用いず、入力デバイス11を直接回転ステージ20に固定する構成としてもよい。また、他の方法を用いて、入力デバイス11の回転盤の中心と、回転ステージ20の回転中心線を一致させてもよい。
さらに、接触子40は実施例1で示した形状以外の形状であってもよい。図11の(A)は接触子40の形状例1、(B)は接触子40の形状例2、(C)は接触子40の形状例3を示す。接触子40の姿勢を考慮しない場合には、(A)の形状としてもよい。(C)の接触子は、人の手指の形状をしており、より人の手指に近い押圧条件で、操作感触データを取得することができる。また、垂直方向荷重センサ41は、分布型の感圧センサ(アレイセンサ)以外のセンサ(分布型ではない感圧センサ等)であってもよく、また、複数のセンサで構成してもよい。また、回転方向荷重センサ43、44もロードセル以外の荷重センサであってもよく、また変位センサ等であってもよい。
実施例1と異なる部分についてのみ説明する。図13は変形例1に係る接触子40’が入力デバイス11の回転盤上面を押圧している状態を示す。
変形例1に係る接触子40’の端部は低弾性の材料で構成されており、垂直方向荷重センサ41は、低弾性体40’aの外側に設けられ、直接、入力デバイス11の回転盤上面から受ける垂直方向の応力を検出する。例えば、接触子40’は、低弾性体40’aと剛体40’bからなり、その大きさは平均的なユーザーの手指の大きさ等とする。低弾性体40’aは柔軟性の高い素材やゲル等であり、アスカーC15前後(10〜20)とする。
図2を用いて実施例2に係る操作感触測定装置200を説明する。なお、図2中において、実施例2の操作感触測定装置200で新たに加わった構成については破線で表す。
操作感触測定装置200は、操作感触測定装置100の構成に加え、初期条件測定手段110を有する。図15は初期条件測定手段110の側面図を示す。初期条件測定手段110は、固定ステージ120と力覚センサ130を備える。
固定ステージ120は、入力デバイス11を搭載して固定する。例えば、固定ステージ120は回転ステージ20と同様に円形板状であり、入力デバイス11の回転盤の中心と固定ステージ120の中心とが一致するように入力デバイス11を搭載する。実施例1で説明した回転ステージ20上に入力デバイス11を搭載する方法と同様の方法により、中心が一致するように搭載することができる。なお、その際、位置決めバー28の中心は、固定ステージ120の中心を通る垂線と一致する。
力覚センサ130は、固定ステージ120に搭載された入力デバイス11の回転盤上面を、人の手指13が押圧して回転操作するときに固定ステージ120に作用する力を検出する。力覚センサには、多軸のセンサ、特に6軸力覚センサを用いるのが好適であり、回転盤上面の手指13による押圧の過程で垂直方向の応力の大きさとともにその手指の上面に対する角度(姿勢)をも直ちに検出できる。
図16は実施例2に係る操作感触測定装置200の処理フロー例を示す。測定者はPC30の初期条件抽出プログラム135を起動し、初期条件測定手段110を用いて接触状態を測定する(s1)。任意のユーザーが手指13で入力デバイス11を操作し、力覚センサ130が、接触状態を測定する。接触状態とは、接触時の回転盤上面に係るZ方向の荷重値や、力の方向等である。なお、力の方向が手指13の方向と同じであると仮定し、力の方向を回転盤上面に対する手指の角度、姿勢とする。このような構成とすることにより、実際の使用状況に即した押圧条件を求めることができる。
力覚センサ130が、人の手指13が回転盤上面を押圧する垂直方向の応力と、手指と回転盤上面とがなす角度とを検出或いは算出し、出力する。初期条件測定手段110は、人の手指13の操作を接触子40によって再現し、回転操作を再現する際の初期条件としての接触子制御機構60の駆動の条件を決定することができる。このような構成により、ユーザーの操作に近づけることができ、より適切な測定が可能となる。また、測定者の経験等により生じるバラつきをなくすことができる。つまり、実施例1の場合には、測定者により初期条件の設定が異なり、測定結果にバラつきが生じる可能性があるが、本実施例であれば、ユーザーの操作を再現するため、測定者に関係なく適切な初期条件を設定することができる。
初期条件測定手段110は、固定ステージ120に搭載される入力デバイス11の回転盤上面上に設置される分布型の感圧センサ140をさらに含んで構成される。図19(A)は入力デバイス11の回転盤上面上に分布型の感圧センサ140を設置した場合の初期条件測定手段110の側面図を、(B)は上面図を示す。
20 回転ステージ
40、40’ 接触子
60 接触子制御機構
110 初期条件測定手段
120 固定ステージ
130 力覚センサ
Claims (8)
- 回転盤の上面を押圧して回転操作する回転操作型入力デバイスの操作感触を測定する操作感触測定装置であって、
前記入力デバイスを搭載して回転する回転ステージと、
前記回転ステージに搭載された前記入力デバイスの回転盤上面を押圧する接触子と、
前記接触子の位置を制御する接触子制御機構と、を有し、
前記接触子の端部には、接触子が前記入力デバイスの回転盤上面を押圧する際に、その上面から受ける垂直方向の応力を検出する垂直方向荷重センサが具備され、
前記接触子とその保持部との間には、接触子に作用する回転ステージの円運動接線方向の応力を検出する回転方向荷重センサが具備されること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 請求項1記載の操作感触測定装置であって、
前記接触子制御機構は、前記入力デバイスの回転盤上面に対する前記接触子の位置と姿勢を制御すること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 請求項1または2記載の操作感触測定装置であって、
前記接触子に具備される前記垂直方向荷重センサは、分布型の感圧センサであること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 請求項1から3の何れかに記載の操作感触測定装置であって、
前記接触子の端部は低弾性の材料で構成されており、
前記垂直方向荷重センサは直接、または、低弾性体を介して、前記入力デバイスの回転盤上面から受ける垂直方向の応力を検出すること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 請求項1から4の何れかに記載の操作感触測定装置であって、
前記入力デバイスを搭載して固定する固定ステージと、
前記固定ステージに搭載された前記入力デバイスの回転盤上面を、人の手指が押圧して回転操作するときに固定ステージに作用する力を検出する力覚センサと、を備える初期条件測定手段を有し、
前記接触子が前記接触子制御機構に制御されて前記回転ステージに搭載される前記入力デバイスの回転盤上面を押圧し、前記回転ステージの回転を開始するときの押圧条件は、その初期条件測定手段で取得されるデータに基づいて決定されること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 請求項5記載の操作感触測定装置であって、
前記初期条件測定手段は、前記固定ステージに搭載される入力デバイスの回転盤上面上に設置される分布型の感圧センサをさらに含んで構成されること、
を特徴とする操作感触測定装置。 - 回転盤の上面を押圧して回転操作する回転操作型入力デバイスの操作感触を測定する操作感触測定方法であって、
前記入力デバイスを回転ステージに搭載し、前記接触子が前記入力デバイスの回転盤上面を押圧するように、接触子制御機構によって位置を制御され、
その状態で前記回転ステージの回転を開始し、前記接触子の端部に設けられた垂直方向荷重センサで前記入力デバイスの回転盤上面から受ける垂直方向の応力を検知し、前記接触子とその保持部との間に設けられた回転方向荷重センサで前記接触子に作用する回転ステージの円運動接線方向の応力を検知すること、
を特徴とする操作感触測定方法。 - 請求項7記載の操作感触測定方法であって、
入力デバイスの操作感触を測定する前に、前記入力デバイスを固定ステージに固定して搭載し、力覚センサを用いて、人の手指が前記入力デバイスの回転盤上面を押圧して回転操作するときに固定ステージに作用する力を検出し、
前記入力デバイスを回転ステージに搭載し、前記接触子が上記力覚センサで検出したデータに基づいて決定される押圧条件で、前記入力デバイスの回転盤上面を押圧するように、前記接触子制御機構によって制御されること、
を特徴とする操作感触測定方法。
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