JP2014081716A - フォースフィードバック装置およびユーザインターフェースシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザの身体の一部が実際になにかに押されるような触覚をより忠実に再現することが可能なフォースフィードバック装置等を提供する。
【解決手段】装置構成は、ユーザの指および手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28と、接触面27に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材21と、このワイヤ部材21に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材22と、外部装置から指令信号を入力するとコイル部材22を通電させる制御回路とを備える。そして、複数のコイル部材22には、対象部位OPの両側に各々配置されてなる一対のコイル部材22が含まれており、制御回路は、ワイヤ部材21が対象部位OPに向かって変位するように各々異なる電流方向に一対のコイル部材22を通電させる。よって、ワイヤ部材21の形状が対象部位OPにおいて凸状となり、接触面27をユーザの指や手のひらの方向に押し上げることが可能となる。
【選択図】図4
【解決手段】装置構成は、ユーザの指および手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28と、接触面27に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材21と、このワイヤ部材21に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材22と、外部装置から指令信号を入力するとコイル部材22を通電させる制御回路とを備える。そして、複数のコイル部材22には、対象部位OPの両側に各々配置されてなる一対のコイル部材22が含まれており、制御回路は、ワイヤ部材21が対象部位OPに向かって変位するように各々異なる電流方向に一対のコイル部材22を通電させる。よって、ワイヤ部材21の形状が対象部位OPにおいて凸状となり、接触面27をユーザの指や手のひらの方向に押し上げることが可能となる。
【選択図】図4
Description
本発明は、コンピュータとユーザとの間での情報をやりとりするために用いられるフォースフィードバック装置およびユーザインターフェースシステムに関する。
従来、いわゆるユーザインターフェース(UI)においては、コンピュータ側の処理によって例えばユーザによる入力操作を認識したり画面上で表示物を移動させたりしたときに入力される指令信号に呼応して、ユーザの身体の一部に例えば振動や衝撃といった圧力を付与するフォースフィードバックと呼ばれる機能を有するものが知られている。
この種の機能を有するUI(以下「フォースフィードバック装置」という)としては、グローブ型に形成された装置本体に、ユーザの手首から指に沿うようにワイヤを設けるとともに、指側におけるワイヤの先端を所定位置に固定する固定部材と、手首側におけるワイヤの他端に接続されたコイルばねとを備え、コイルばねを駆動制御することで、ユーザの指に張力を付与するグローブ型装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、フォースフィードバック装置では、例えばユーザがボタン等の表示物を押すような操作や画面上の表示物を触るような操作を行うと、その表示物から反作用としての圧力、つまり表示物に押されるような触覚をユーザに感じさせることが例えばバーチャルリアリティ等における操作性の観点から望ましい。
しかしながら、従来のグローブ型装置では、手首方向に引っ張られる力を指に付与するように構成されているため、実際に指がなにかに押されるわけではないことから、フォースフィードバックに対する違和感をユーザに与え、ひいてはユーザインターフェースとしての操作性を低下させてしまい兼ねないという問題があった。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、ユーザの身体の一部が実際になにかに押されるような触覚をより忠実に再現することが可能なフォースフィードバック装置およびユーザインターフェースシステムの提供を目的とする。
上記目的を達成するためになされた装置発明は、外部装置から特定の処理が行われたことをユーザに報知させるために入力される指令信号に呼応して、そのユーザの身体の一部に圧力を付与するフォースフィードバック装置である。
その構成は、ユーザの身体の一部に接触する接触面を有するベース部材と、このベース部材の接触面に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材と、このワイヤ部材に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材と、外部装置から指令信号を入力するとコイル部材を通電させる制御手段とを備える。
このような構成において、当該フォースフィードバック装置のユーザへの装着状態において、ユーザの身体の一部のうち圧力が付与される箇所に対応するワイヤ部材の部位を対象部位とし、複数のコイル部材には、この対象部位の両側に各々配置されてなる一対のコイル部材が含まれている。そして、制御手段については、ワイヤ部材が対象部位に向かって変位するように各々異なる電流方向に一対のコイル部材を通電させる構成とした。
このように構成されたフォースフィードバック装置では、外部装置から指令信号が入力されると、対象部位の両側に巻回された一対のコイル部材において各々異なる方向に電流が流れ、これにより発生する磁界によってワイヤ部材が対象部位に向かって変位し、その結果、ワイヤ部材の形状が対象部位において凸状となるように変化し、対象部位を介してユーザの身体の一部に圧力を付与することが可能となる。
したがって、本発明のフォースフィードバック装置によれば、ユーザの身体の一部が実際になにかに押されるような触覚をより忠実に再現することができる。このため、例えばユーザがボタン等の表示物を押すような操作や画面上の表示物を触るような操作を行うと、その表示物から反作用としての圧力を好適にユーザに体感させることができ、ユーザインターフェースとしての操作性を高めることに繋がる。
なお、ワイヤ部材は、ベース部材におけるユーザの身体の一部との接触面上に配設されてもよいが、当該フォースフィードバック装置を直接ユーザの肌に接触するように装着する場合、ワイヤ部材およびコイル部材が直接ユーザの肌に触るため、ユーザの装着感を損なう可能性がある。
これに対して、ベース部材は、当該フォースフィードバック装置のユーザへの装着状態において、外側に露出する第1ベース部材と、ユーザの身体の一部に接触する第2ベース部材とによって構成され、ワイヤ部材は、第1ベース部材と第2ベース部材との間に配設されるとよいといえる。
また、このような構成においては、第2ベース部材が、第1ベース部材よりも剛性が低くなるように形成されている必要がある。つまり、ワイヤ部材の形状が剛性の低い方に凸状となるように変化することになるため、第2ベース部材を介してユーザの身体の一部に好適に圧力を付与することができる。
また、ワイヤ部材において、ユーザの身体の一部のうち圧力が付与される箇所に対応する部位(即ち、対象部位)は、1箇所だけでもよいが、複数設定されていてもよい。
後者の場合、一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、指令信号には、対象部位を特定するための識別情報が含まれているとよい。そして、制御手段は、外部装置から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する一対のコイル部材を通電させればよい。
後者の場合、一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、指令信号には、対象部位を特定するための識別情報が含まれているとよい。そして、制御手段は、外部装置から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する一対のコイル部材を通電させればよい。
このような構成によれば、外部装置が行う処理の結果に応じて異なるユーザの身体の部位に圧力を付与することが可能となり、身体の部位(圧力付与位置)に応じたメッセージをユーザに報知することができる。
また、指令信号には、ユーザの身体の一部に付与する圧力の強度および圧力の付与時間の少なくとも一方に関連する詳細情報が含まれていてもよい。そして、制御手段は、外部装置から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている詳細情報に基づいて、一対のコイル部材を通電させる際の電流値および電流印加時間(電流を流すための電圧を印加する時間)の少なくとも一方を可変設定するとよい。
このような構成では、外部装置が行う処理の結果に応じて圧力の大きさ又は/及び圧力付与時間を変更することにより、圧力の大きさ又は/及び圧力付与時間に応じたメッセージをユーザに報知することができる。
以上を勘案すると、外部装置が行う処理の結果に応じて圧力付与位置、圧力の大きさ、圧力付与時間を変更することにより、例えばバーチャルリアリティ等においても、ユーザの身体の一部が実際になにかに押されるような触覚をより忠実に再現することができる。
次に、本発明は、上記指令信号を出力する外部装置と、上記フォースフィードバック装置とを備えるシステム発明として捉えることもできる。
例えば、上記フォースフィードバック装置では、前述のとおり、一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、指令信号には、対象部位を特定するための識別情報が含まれているとよい。そして、制御手段は、外部装置から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する一対のコイル部材を通電させればよい。さらに言うと、上記フォースフィードバック装置は、ユーザの手に装着されるグローブ型に形成されてもよい。
例えば、上記フォースフィードバック装置では、前述のとおり、一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、指令信号には、対象部位を特定するための識別情報が含まれているとよい。そして、制御手段は、外部装置から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する一対のコイル部材を通電させればよい。さらに言うと、上記フォースフィードバック装置は、ユーザの手に装着されるグローブ型に形成されてもよい。
この場合、外部装置は、ユーザの手のジェスチャーを検出するための撮像手段を有し、この撮像手段にて検出したジェスチャーに基づいてそのユーザによる入力操作を認識する操作認識処理を上記特定の処理として行い、そのジェスチャーに応じて上記識別情報が示す対象部位を設定するとよい。
このような構成では、外部装置が行う操作認識処理の結果に応じて圧力付与位置を変更することにより、ユーザの手のジェスチャーに応じたメッセージをユーザに報知することができる。また、同様に、外部装置が行う操作認識処理の結果に応じて圧力の大きさや圧力付与時間も変更することにより、例えばバーチャルリアリティ等においても、ユーザの身体の一部が実際になにかに押されるような触覚をさらに忠実に再現することができる。
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<全体構成>
本実施形態のユーザインターフェースシステム1は、図1に示すように、車両に設置されるナビゲーション装置10と、車両の乗員に装着されるフォースフィードバック装置20とを備え、ナビゲーション装置10に搭載されたコンピュータと車両の乗員を想定したユーザとの間での情報をやりとりするために用いられるシステムである。
<全体構成>
本実施形態のユーザインターフェースシステム1は、図1に示すように、車両に設置されるナビゲーション装置10と、車両の乗員に装着されるフォースフィードバック装置20とを備え、ナビゲーション装置10に搭載されたコンピュータと車両の乗員を想定したユーザとの間での情報をやりとりするために用いられるシステムである。
ナビゲーション装置10内のコンピュータは、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、I/O等を有する周知のマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)を中心に構成されており、CPUが、例えばROMに記憶されたプログラムに基づいて、RAMを作業エリアとして用い、ユーザによる入力操作を認識するための処理(以下「操作認識処理」という)や、ナビゲーション機能を実現するための処理(以下「ナビゲーション処理」という)を実行する。
例えば、ナビゲーション装置10のCPUは、ナビゲーション処理において、ハードディスク等のメディアに格納された地図データのうち現在位置周辺の地図データをディスプレイ11に表示したり、自車両の現在位置や施設情報(例えば施設の位置)を地図データに重畳表示したり、現在位置から目的地までの最適経路を計算するとともにその経路案内をディスプレイ11への表示およびスピーカ出力によって行ったりする。
また、ナビゲーション装置10は、ディスプレイ11の表示画面の上方に配置された撮像手段としてのカメラ12と、フォースフィードバック装置20との間で無線通信を行うためのワイヤレス通信機14とを備える。なお、ディスプレイ11は、その表示画面上においてユーザによる押下操作(押下位置)を検出可能な周知のタッチパネルを構成するものである。
そして、ナビゲーション装置10のCPUは、操作認識処理において、ディスプレイ11を介して検出した表示画面上の押下位置や、カメラ12によって検出したユーザの手のジェスチャー等に基づいて、ユーザによる入力操作を認識し、ナビゲーション処理における各種処理のうちその入力操作に対応する処理(以下「ユーザ指定処理」という)を行う。
また、ナビゲーション装置10のCPUは、例えば操作認識処理が適切に行われたこと(つまり、ユーザによる入力操作を正常に認識できたこと)や、ナビゲーション処理においてユーザにより予め設定された処理が行われたことといった特定の処理が行われたことをユーザに報知するための指令信号を、ワイヤレス通信機14を介してフォースフィードバック装置20に送信する指令送信処理を行う。
なお、ナビゲーション装置10のフラッシュメモリには、カメラ12によって検出したユーザの手のジェスチャー毎に、予め設定されたユーザ指定処理や指令信号の種別が対応づけられた後述するデータテーブル15(図6参照)が記憶されている。ちなみに、ユーザの手のジェスチャーとは、ユーザの各指の折り曲げ等によって規定される手の形状であったり、ユーザの手や指の動き(動作)を含んだりする概念である。
<フォースフィードバック装置の構成>
フォースフィードバック装置20は、外部装置としてのナビゲーション装置10から入力される指令信号に呼応して、ユーザの身体の一部に例えば振動や衝撃といった圧力を付与する、つまりナビゲーション装置10が特定の処理を行ったことを報知するための圧力(以下「報知圧力」という)をユーザの身体の一部に付与するフォースフィードバックと呼ばれる機能を有する装置である。
フォースフィードバック装置20は、外部装置としてのナビゲーション装置10から入力される指令信号に呼応して、ユーザの身体の一部に例えば振動や衝撃といった圧力を付与する、つまりナビゲーション装置10が特定の処理を行ったことを報知するための圧力(以下「報知圧力」という)をユーザの身体の一部に付与するフォースフィードバックと呼ばれる機能を有する装置である。
具体的には、本実施形態のフォースフィードバック装置20は、図1に示すように、ユーザの手に装着されるグローブ型に形成されており、フォースフィードバック装置20のユーザの手への装着状態において、構造的には、ユーザの手や指にフィットするグローブ本体部20aと、ユーザの手首にフィットするリスト部20bとによって構成される。
グローブ本体部20aは、図2に示すように、ユーザの指や手のひらにおいて予め規定された複数の特定箇所(A−1,A−2,A−3,B−1,…,C−1,…,D−1,…,E−1,E−2,E−3)に報知圧力を付与するために、ユーザの手のひらからユーザの各指に沿ってそれぞれ複数のワイヤ部材21が配設されている。
本実施形態のグローブ本体部20aでは、ユーザの各指に対して複数のワイヤ部材21が配設されており、これら各ワイヤ部材21が互いに略平行となるようにリスト部20bから延設されている。なお、本実施形態のワイヤ部材21は、外部からの磁界の影響により弾性変形する薄膜状の磁性体ワイヤであり、例えば1.0μm厚のFeSiBといった正磁歪材料によって構成される。磁性体ワイヤについては、例えば、東北大学電気通信研究所の研究による、横田周子その他著「自歪駆動型片持ち梁アクチュエータの特性に及ぼす基板の影響」[A]基礎・材料・共通部門 マグネティックス研究会,2006−12−19,論文No.: MAG06183に記載の公知技術を用いることができる。
また、グローブ本体部20aでは、図3に示すように、ワイヤ部材21のうち、フォースフィードバック装置20のユーザの手への装着状態において上記の特定箇所(A−1,A−2,A−3,B−1,…,C−1,…,D−1,…,E−1,E−2,E−3)に対応する部位を対象部位OPとし、これら対象部位OP毎に磁界を変化させるための一対のコイル部材22が対象部位OPを挟むように互いに離間してそれぞれワイヤ部材21に巻回されている。なお、本実施形態のコイル部材22には、導電性材料として薄膜状の銅コイルが採用されている。
一方、リスト部20bには、コイル部材22の通電制御を行う制御回路23が搭載されている。
制御回路23は、ナビゲーション装置10から無線によって送信されてくる指令信号を受信するためのワイヤレス通信受信回路24と、複数のコイル部材22の各々に割り当てられて個々のコイル部材22を通電させることが可能な複数の電流制御回路25と、ワイヤレス通信受信回路24および電流制御回路25に接続された制御用マイコン26とを備え、その接続線が銅等の導電性材料によって薄膜形成されている。
制御回路23は、ナビゲーション装置10から無線によって送信されてくる指令信号を受信するためのワイヤレス通信受信回路24と、複数のコイル部材22の各々に割り当てられて個々のコイル部材22を通電させることが可能な複数の電流制御回路25と、ワイヤレス通信受信回路24および電流制御回路25に接続された制御用マイコン26とを備え、その接続線が銅等の導電性材料によって薄膜形成されている。
電流制御回路25は、コイル部材22の両端に接続されて、制御用マイコン26からの制御指令に従い、コイル部材22に電流が流れるようにコイル部材22の両端に電圧を印加するように構成されている。
また、対象部位OPの両側に配置されてなる一対のコイル部材22に対し、各々のコイル部材22に接続される一組の電流制御回路25は、ワイヤ部材21がその対象部位OPに向かって変位するように各々異なる電流方向にその一対のコイル部材22を通電させるように電圧を印加するようになっている。
ここで、対象部位OPにおける報知圧力の発生メカニズムについて説明する。
グローブ本体部20aは、図4に示すように、ユーザの指や手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28として、ユーザの指や手との密着性が高いゴム等の弾性材料が使用されている。
グローブ本体部20aは、図4に示すように、ユーザの指や手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28として、ユーザの指や手との密着性が高いゴム等の弾性材料が使用されている。
ベース部材28は、フォースフィードバック装置20のユーザの手への装着状態において、外側に露出する第1ベース部材28aと、ユーザの指や手のひらに接触する第2ベース部材28bとによって構成される。
グローブ本体部20aは、周知のスパッタ装置を用いて、コイル部材22がワイヤ部材21に巻回されるように第1ベース部材28a上にコイル部材22およびワイヤ部材21を成膜し、コイル部材22およびワイヤ部材21を挟むように第1ベース部材28aと第2ベース部材28bとを接着することで形成される。このようにして、コイル部材22およびワイヤ部材21は、接触面27に沿って配設される。
また、本実施形態のグローブ本体部20aでは、第2ベース部材28bの厚みが、第1ベース部材28aの厚みよりも小さく、また隣り合うワイヤ部材21の間隔よりも小さくなるように設定されている。つまり、第2ベース部材28bは、第1ベース部材28aよりも剛性が低く、またワイヤ部材21の配列方向におけるベース部材28の接着部よりも剛性が低くなるように形成されている。
このため、上記の一組の電流制御回路25(図3参照)によって対象部位OPを挟む一対のコイル部材22に対し、ワイヤ部材21がその対象部位OPに向かって変位するように各々異なる電流方向にその一対のコイル部材22を通電させると、ワイヤ部材21の形状が対象部位OPにおいて剛性の低い第2ベース部材28b側に凸状となるように変化し、接触面27をユーザの指や手のひらの方向に押し上げることになる。このようにして、対象部位OPに対応する特定箇所に報知圧力を付与することが可能となる。
<指令送信処理>
次に、ナビゲーション装置10のマイコン(CPU)が実行する指令送信処理の内容について、図5のフローチャートに沿って説明する。なお、指令送信処理は、前述のナビゲーション処理が起動すると開始される。
次に、ナビゲーション装置10のマイコン(CPU)が実行する指令送信処理の内容について、図5のフローチャートに沿って説明する。なお、指令送信処理は、前述のナビゲーション処理が起動すると開始される。
なお、ナビゲーション装置10のフラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15には、ユーザの手のジェスチャーに対応する前述のユーザ指定処理や、図6に示すように、予め登録されたユーザの手のジェスチャー毎にフォースフィードバックデータが記述されている。
このフォースフィードバックデータは、前述の特定箇所(A−1,A−2,A−3,B−1,…,C−1,…,D−1,…,E−1,E−2,E−3)のうち少なくとも一つ(換言すれば、前述の複数の対象部位OPのうち少なくとも一つ)を示す識別情報と、ユーザの指または手のひらに付与する報知圧力の強度としての電流値、およびその報知圧力の付与時間としての電流印加時間を示す詳細情報とからなる。
また、フォースフィードバックデータには、予め登録されていないユーザの手のジェスチャーをカメラ12によって検出することで操作認識処理が適切に行われなかった不照合時に対応する識別情報と詳細情報とが別途用意されている。例えば、このときの識別情報は、全ての特定箇所(A−1,A−2,A−3,B−1,…,C−1,…,D−1,…,E−1,E−2,E−3)、換言すれば、全ての対象部位OPを示し、このときの詳細情報は、報知圧力が3回付与されるように電流印加時間として0.5秒間隔で電流を流すための電圧印加のオン・オフを繰り返し行うことを示す。
さらに、本実施形態のフォースフィードバックデータには、ユーザへの注意喚起用として予め設定された識別情報および詳細情報も別途用意されている。
そして、指令送信処理では、以上のようなフォースフィードバックデータを含む指令信号をフォースフィードバック装置20に送信するように構成されている。
そして、指令送信処理では、以上のようなフォースフィードバックデータを含む指令信号をフォースフィードバック装置20に送信するように構成されている。
具体的には、図5に示すように、指令送信処理が開始されると、S110では、ナビゲーション装置10のマイコン(CPU)が、操作認識処理が行われたか否かを判断し、ここで肯定判断した場合にはS120に移行し、否定判断した場合にはS170に移行する。
S120では、操作認識処理が行われたときのカメラ12によって検出したユーザの手のジェスチャーを、フラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15と照合する。
続くS130では、S120においてユーザの手のジェスチャーを照合できたか否か、換言すれば、カメラ12によって検出したユーザの手のジェスチャーが、予め登録されたユーザの手のジェスチャーであったか否かを判断し、ここで肯定判断した場合にはS140に移行し、否定判断した場合にはS160に移行する。
続くS130では、S120においてユーザの手のジェスチャーを照合できたか否か、換言すれば、カメラ12によって検出したユーザの手のジェスチャーが、予め登録されたユーザの手のジェスチャーであったか否かを判断し、ここで肯定判断した場合にはS140に移行し、否定判断した場合にはS160に移行する。
S140では、S130において照合できたユーザの手のジェスチャーに対応するフォースフィードバックデータを、フラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15から読み出し、読み出したフォースフィードバックデータを含む指令信号を、ワイヤレス通信機14を介してフォースフィードバック装置20に送信し、S150に移行する。
S150では、S130において照合できたユーザの手のジェスチャーに対応するユーザ指定処理を、フラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15から読み出し、読み出したユーザ指定処理を実行することにより、ディスプレイ11への画面表示を変更し、S170に移行する。
一方、S130においてユーザの手のジェスチャーが照合できなかった場合に移行するS160では、不照合時に対応するフォースフィードバックデータを、フラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15から読み出し、読み出したフォースフィードバックデータを含む指令信号を、ワイヤレス通信機14を介してフォースフィードバック装置20に送信し、S170に移行する。
S170では、ナビゲーション処理においてユーザにより予め設定された処理(例えば車両が一時停止の標識に近付いたときにユーザに注意喚起を行う処理等。以下「注意喚起処理」という)が行われたか否かを判断し、ここで肯定判断した場合にはS180に移行し、否定判断した場合にはS110に戻る。
S180では、注意喚起用のフォースフィードバックデータを、フラッシュメモリに記憶されているデータテーブル15から読み出し、読み出したフォースフィードバックデータを含む指令信号を、ワイヤレス通信機14を介してフォースフィードバック装置20に送信し、S110に戻る。
このように、ナビゲーション装置10は、指令送信処理を行うことにより、ナビゲーション処理において、操作認識処理や注意喚起処理といった特定の処理が行われた場合に、そのことをユーザに報知させるために指令信号を、フォースフィードバック装置20に出力(送信)するように構成されている。
<制御用マイコン処理>
次に、フォースフィードバック装置20の制御用マイコン26が行う処理(以下「制御用マイコン処理」という)の内容について、図7のフローチャートに沿って説明する。なお、制御用マイコン26は、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、I/O等を有する周知のマイクロコンピュータであり、CPUが、例えばROMに記憶されたプログラムに基づいて、RAMを作業エリアとして用い、制御用マイコン処理を実行する。また、制御用マイコン処理は、フォースフィードバック装置20本体の電源(不図示)がオンになると開始される。
次に、フォースフィードバック装置20の制御用マイコン26が行う処理(以下「制御用マイコン処理」という)の内容について、図7のフローチャートに沿って説明する。なお、制御用マイコン26は、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、I/O等を有する周知のマイクロコンピュータであり、CPUが、例えばROMに記憶されたプログラムに基づいて、RAMを作業エリアとして用い、制御用マイコン処理を実行する。また、制御用マイコン処理は、フォースフィードバック装置20本体の電源(不図示)がオンになると開始される。
制御用マイコン処理が開始されると、まず、S210では、制御用マイコン26のCPUが、ワイヤレス通信受信回路24を介してナビゲーション装置10からの指令信号を受信(入力)したか否かを判断し、ここで肯定判断した場合にはS220に移行し、否定判断した場合には指令信号を受信するまで待機する。
S220では、S210において受信した指令信号に含まれているフォースフィードバックデータを解析する。具体的には、このフォースフィードバックデータにおける識別情報が示す対象部位OPと、詳細情報が示す電流値および電流印加時間とを特定する。
続くS230では、S220において特定した対象部位OPに対応する一組の電流制御回路25に対して、各々接続されたコイル部材22に予め決められた互いに逆向きとなる電流を流すための制御指令を出力することにより、フォースフィードバックデータが示す該当部位に電圧を印加させる。
これにより、前述の発生メカニズムのとおり、S220において特定した対象部位OPを挟む一対のコイル部材22が通電することで、ワイヤ部材21の形状がこの対象部位OPにおいて接触面27側に凸状となるように変化し、接触面27をユーザの指や手のひらの方向に押し上げる(つまり、特定箇所に報知圧力を付与する)ことになる。
なお、制御指令には、この特定箇所に付与する報知圧力の強度に対応する電流値と、その報知圧力の付与時間に対応する電流印加時間とが含まれている。
そして、続くS240では、S230における電流印加時間が経過したか否かをタイマ(不図示)等により判断し、ここで肯定判断した場合にはS250に移行し、否定判断した場合には電流印加時間が経過するまで待機する。
そして、続くS240では、S230における電流印加時間が経過したか否かをタイマ(不図示)等により判断し、ここで肯定判断した場合にはS250に移行し、否定判断した場合には電流印加時間が経過するまで待機する。
S250では、S230における一組の電流制御回路25に対して、コイル部材22への電流印加を終了するための制御指令を出力し、S210に戻る。
このように、フォースフィードバック装置20は、制御用マイコン処理を行うことにより、ナビゲーション装置10から入力される指令信号に呼応して、ユーザの指または手のひらにおける特定箇所に報知圧力を付与するように構成されている。
このように、フォースフィードバック装置20は、制御用マイコン処理を行うことにより、ナビゲーション装置10から入力される指令信号に呼応して、ユーザの指または手のひらにおける特定箇所に報知圧力を付与するように構成されている。
<効果>
以上説明したように、本実施形態のフォースフィードバック装置20は、ユーザの指および手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28と、接触面27に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材21と、このワイヤ部材21に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材22と、ナビゲーション装置10から指令信号を入力するとコイル部材22を通電させる制御回路23とを備える。
以上説明したように、本実施形態のフォースフィードバック装置20は、ユーザの指および手のひらに接触する接触面27を有するベース部材28と、接触面27に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材21と、このワイヤ部材21に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材22と、ナビゲーション装置10から指令信号を入力するとコイル部材22を通電させる制御回路23とを備える。
このような構成において、複数のコイル部材22には、対象部位OPの両側に各々配置されてなる一対のコイル部材22が含まれており、制御回路23は、ワイヤ部材21が対象部位OPに向かって変位するように各々異なる電流方向に一対のコイル部材22を通電させる。
このため、フォースフィードバック装置20では、ナビゲーション装置10から指令信号が入力されると、対象部位OPの両側に巻回された一対のコイル部材22において各々異なる方向に電流が流れ、これにより発生する磁界によってワイヤ部材21が対象部位OPに向かって変位し、その結果、ワイヤ部材21の形状が対象部位OPにおいて凸状となるように変化し、対象部位OPを介してユーザの指または手のひらに報知圧力を付与することが可能となる。
したがって、フォースフィードバック装置20によれば、ユーザの指または手のひらが実際になにかに押されるような触覚をより忠実に再現することができる。このため、例えばユーザがボタン等の表示物を押すような操作や画面上の表示物を触るような操作を行うと、その表示物から反作用としての報知圧力を好適にユーザに体感させることができ、ユーザインターフェースとしての操作性を高めることに繋がる。
また、ベース部材28は、当該フォースフィードバック装置20のユーザへの装着状態において、外側に露出する第1ベース部材28aと、ユーザの指および手のひらに接触する第2ベース部材28bとによって構成され、ワイヤ部材21は、第1ベース部材28aと第2ベース部材28bとの間に配設される。
また、このような構成においては、第2ベース部材28bが、第1ベース部材28aよりも剛性が低くなるように形成されている。よって、ワイヤ部材21の形状が剛性の低い方に凸状となるように変化することになるため、第2ベース部材28bを介してユーザの指または手のひらに好適に報知圧力を付与することができる。
また、一対のコイル部材22は、複数の対象部位OP毎に配置されており、指令信号には、対象部位OPを特定するための識別情報が含まれている。そして、制御回路23は、ナビゲーション装置10から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位OPに対応する一対のコイル部材22を通電させる。
このため、ナビゲーション装置10が行う処理の結果に応じて異なるユーザの指または手のひらの部位に圧力を付与することが可能となり、圧力付与位置に応じたメッセージをユーザに報知することができる。よって、例えばナビゲーション装置10が行う操作認識処理の結果に応じて圧力付与位置を変更することにより、ユーザの手のジェスチャーに応じたメッセージをユーザに報知することができる。
また、指令信号には、ユーザの指または手のひらに付与する報知圧力の強度および報知圧力の付与時間に関連する詳細情報が含まれており、制御回路23は、ナビゲーション装置10から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている詳細情報に基づいて、一対のコイル部材22を通電させる際の電流値および電流印加時間を可変設定する。
このため、ナビゲーション装置10が行う処理の結果に応じて報知圧力の大きさ及び圧力付与時間を変更することにより、報知圧力の大きさ及び圧力付与時間に応じたメッセージをユーザに報知することができる。よって、例えばナビゲーション装置10が行う操作認識処理の結果に応じて圧力の大きさや圧力付与時間も変更することにより、ユーザの指や手のひらが実際になにかに押されるような触覚をさらに忠実に再現することができる。
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態のグローブ本体部20aでは、図8(a)に示すように、複数のワイヤ部材21がユーザの各指に対して縦方向に互いに略平行となるように直線状に配設されているが、これに限定されるものではなく、図8(b)に示すように、例えば1本のワイヤ部材21がユーザの各指に対して横方向に略等間隔となるように折り返す曲線状に配設されてもよい。
この場合、ユーザの各指において、図8(a)に示す構成では縦方向に強い報知圧力を付与することができるのに対し、図8(b)に示す構成では横方向に強い報知圧力を付与することができる。
また、上記実施形態のフォースフィードバック装置20では、制御回路23が、ナビゲーション装置10から指令信号を入力すると、その指令信号に含まれている詳細情報に基づいてコイル部材22を通電させる際の電流値および電流印加時間を可変設定しているが、いずれか一方だけを可変設定してもよい。これに伴い、詳細情報は、ユーザの指または手のひらに付与する報知圧力の強度および報知圧力の付与時間のいずれか一方に関連する情報であってもよい。
また、上記実施形態のフォースフィードバック装置20では、対象部位OPが複数設定されているが、これに限るものではなく、対象部位OPが例えば人差し指の指先等の1箇所だけに設定されていてもよい。これに伴い、フォースフィードバックデータには、必ずしも識別情報が含まれていなくてもよい。さらに言うと、指令信号には、フォースフィードバックデータ自体が含まれていなくてもよい。
また、上記実施形態のフォースフィードバック装置20は、ユーザの手に装着されるグローブ型に形成されているが、これに限るものではなく、例えばユーザの腕等の身体の一部に装着されるタイプのものであってもよい。
また、上記実施形態のユーザインターフェースシステム1では、外部装置としてナビゲーション装置10を例示したが、もちろんこれに限るものではなく、例えばバーチャルリアリティ等を実現するための各種処理を行う有線または無線によってフォースフィードバック装置20と通信可能なコンピュータを外部装置として適用することができる。
1…ユーザインターフェースシステム、10…ナビゲーション装置、11…ディスプレイ、12…カメラ、14…ワイヤレス通信機、15…データテーブル、20…フォースフィードバック装置、20a…グローブ本体部、20b…リスト部、21…ワイヤ部材、22…コイル部材、23…制御回路、24…ワイヤレス通信受信回路、25…電流制御回路、26…制御用マイコン、27…接触面、28…ベース部材、28a…第1ベース部材、28b…第2ベース部材、OP…対象部位。
Claims (7)
- 外部装置(10)から特定の処理が行われたことをユーザに報知させるために入力される指令信号に呼応して、該ユーザの身体の一部に圧力を付与するフォースフィードバック装置(20)であって、
前記ユーザの身体の一部に接触する接触面を有するベース部材(28)と、
前記ベース部材の接触面に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材(21)と、
前記ワイヤ部材に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材(22)と、
前記外部装置から前記指令信号を入力すると、前記コイル部材を通電させる制御手段(23)と、
を備え、
当該フォースフィードバック装置の前記ユーザへの装着状態において、前記ユーザの身体の一部のうち圧力が付与される箇所に対応する前記ワイヤ部材の部位を対象部位(OP)とし、
前記複数のコイル部材には、前記対象部位の両側に各々配置されてなる一対のコイル部材が含まれており、
前記制御手段は、前記ワイヤ部材が前記対象部位に向かって変位するように各々異なる電流方向に前記一対のコイル部材を通電させることを特徴とするフォースフィードバック装置。 - 前記ベース部材は、当該フォースフィードバック装置の前記ユーザへの装着状態において、外側に露出する第1ベース部材(28a)と、前記ユーザの身体の一部に接触する第2ベース部材(28b)とによって構成され、
前記ワイヤ部材は、前記第1ベース部材と前記第2ベース部材との間に配設され、
前記第2ベース部材は、前記第1ベース部材よりも剛性が低くなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のフォースフィードバック装置。 - 前記一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、
前記指令信号には、前記対象部位を特定するための識別情報が含まれており、
前記制御手段は、前記外部装置から前記指令信号を入力すると、該指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する前記一対のコイル部材を通電させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフォースフィードバック装置。 - 前記指令信号には、前記ユーザの身体の一部に付与する圧力の強度および該圧力の付与時間の少なくとも一方に関連する詳細情報が含まれており、
前記制御手段は、前記外部装置から前記指令信号を入力すると、該指令信号に含まれている詳細情報に基づいて、前記一対のコイル部材を通電させる際の電流値および電流印加時間の少なくとも一方を可変設定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のフォースフィードバック装置。 - 特定の処理が行われたことを該ユーザに報知させるための指令信号を出力する外部装置(10)と、
前記外部装置から入力される指令信号に呼応して、前記ユーザの身体の一部に圧力を付与するフォースフィードバック装置(20)と、
を備えるユーザインターフェースシステム(1)であって、
前記フォースフィードバック装置は、
前記ユーザの身体の一部に接触する接触面を有するベース部材(28)と、
前記ベース部材の接触面に沿って配設された磁歪材料からなるワイヤ部材(21)と、
前記ワイヤ部材に巻回された導電性材料からなる複数のコイル部材(22)と、
前記外部装置から前記指令信号を入力すると、前記コイル部材を通電させる制御手段(23)と、
を有し、
当該フォースフィードバック装置の前記ユーザへの装着状態において、前記ユーザの身体の一部のうち圧力が付与される箇所に対応する前記ワイヤ部材の部位を対象部位(OP)とし、
前記複数のコイル部材には、前記対象部位の両側に各々配置されてなる一対のコイル部材が含まれており、
前記制御手段は、前記ワイヤ部材が前記対象部位に向かって変位するように各々異なる電流方向に前記一対のコイル部材を通電させることを特徴とするユーザインターフェースシステム。 - 前記一対のコイル部材は、複数の対象部位毎に配置されており、
前記指令信号には、前記対象部位を特定するための識別情報が含まれており、
前記制御手段は、前記外部装置から前記指令信号を入力すると、該指令信号に含まれている識別情報が示す対象部位に対応する前記一対のコイル部材を通電させることを特徴とする請求項5に記載のユーザインターフェースシステム。 - 前記フォースフィードバック装置は、前記ユーザの手に装着されるグローブ型に形成されており、
前記外部装置は、前記ユーザの手のジェスチャーを検出するための撮像手段(12)を有し、前記撮像手段にて検出したジェスチャーに基づいて前記ユーザによる入力操作を認識する操作認識処理を前記特定の処理として行い、該ジェスチャーに応じて前記識別情報が示す対象部位を設定することを特徴とする請求項6に記載のユーザインターフェースシステム。
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