JP2019536189A - 手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ユーザが外部デバイスを操作するために手指を動かすとき、そのユーザの操作をセンシングする技術に関する。さらに詳しくは、本発明は、手指の関節と関節との間に指輪タイプに形成されたユーザ操作センシング装置を着用した状態で、外部デバイスへの入力信号を生成するためにユーザの手指を動かすと、そのユーザ操作センシング装置が当該ユーザ操作を識別して外部デバイスに知らせる技術である。特に、本発明は、ユーザ操作センシング装置を手指に嵌めた状態でユーザの手指先側に向かう制御ボードの先端部において、１つ以上のセンサ棒を制御ボードの上面に対して鉛直上方に立てて配設することで、ユーザの動きが微小であってもセンシング領域が大きく形成されるように構成し、これにより、手足の動きが不自由なユーザが利用しても動きを正確にセンシングすることができるようにする技術である。
Description
本発明は、ユーザが外部デバイスを操作するために手指を動かすとき、そのユーザの操作をセンシングする技術に関する。さらに詳しくは、本発明は、手指の関節と関節との間に指輪タイプに形成されたユーザ操作センシング装置を着用した状態で、外部デバイスへの入力信号を生成するためにユーザの手指を動かすと、そのユーザ操作センシング装置が当該ユーザ操作を識別して外部デバイスに知らせる技術である。特に、本発明は、ユーザ操作センシング装置を手指に嵌めた状態でユーザの手指先側に向かう制御ボードの先端部において、１つ以上のセンサ棒を制御ボードの上面に対して鉛直上方に立てて配設することで、ユーザの動きが微小であってもセンシング領域が大きく形成されるように構成し、これにより、手足の動きが不自由なユーザが利用しても動きを正確にセンシングすることができるようにする技術である。
一般に、ユーザがデバイスに対して操作信号を入力するためには、様々なユーザーインターフェース（例えば、タッチパッド、ジョイスティック、マウス）が必要である。そして、デバイスとは独立して備えられるユーザーインターフェースとしては、マウス、ジョイスティックなどが挙げられる。
ここで、マウスを例に挙げると、ユーザがマウスに手を乗せて操作することで入力信号がデバイスに伝達されるようにする方式である。
ところで、外傷、脳損傷による障害などが原因で腕を動かし難い患者や筋力が劣っている高齢者は、腕を動かす動作が不自由であるため、従来のマウスのような装置を操作することが非常に難しい。
ところで、外傷、脳損傷による障害などが原因で腕を動かし難い患者や筋力が劣っている高齢者は、腕を動かす動作が不自由であるため、従来のマウスのような装置を操作することが非常に難しい。
このような不便を解消するために、ユーザの手指に指輪状にして嵌めて用いるようなユーザーインターフェース装置が複数開示されたが、ユーザの手指の微小な動きを正確にセンシングする技術に限界があったり、体の不自由なユーザに対してはその使い勝手が劣ったりする短所があった。
上記点を解決するために、体の不自由なユーザの使い勝手が良好であり、そのようなユーザの手指の微小な動きを正確にセンシングすることができる指輪タイプのユーザ操作センシング装置の具現が求められている。
本発明は、上記点に鑑みて提案されたものであって、本発明は、手足の動きが不自由なユーザでも容易に用いることができる、手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ユーザの手指の微小な動きを正確にセンシングできるようにモーションセンシングに関する構造を改善した、手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、指輪状に形成され、ユーザの手指の関節間に着用された状態でユーザの手指の動きからユーザ操作をセンシングするための手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置であって、手指に嵌められるように伸縮性素材の環状に形成されるリングバンド部１００と、リングバンド部の膨張及び収縮のとき、リングバンド部の縁方向に沿って電気抵抗線の長さが変形されることで異なる抵抗値を示すように、リングバンド部に装着されるストレインゲージ部２００と、リングバンド部の上面に結合され、リングバンド部の幅方向に対応する自身の前後方向の長さがリングバンド部の幅よりも２倍以上大きく形成され、リングバンド部を着用した状態でユーザの手指先側に向かって自身の前方部分がリングバンド部から突出するように配置される制御ボード３００と、ユーザ操作センシング装置の動きを検知し、その検知に応じて方向キー操作を識別するためのモーションデータを生成するモーションセンサ部であって、リングバンド部が着用された状態でユーザの手指先側に向かう制御ボードの先端部において、制御ボードの上面に対して鉛直上方に立てて配設される１つ以上のセンサ棒を備えることを特徴とするモーションセンサ部３２０と、リングバンド部の縁方向に対する収縮及び膨張によるストレインゲージ部の抵抗値を分析して抵抗値に応じてマウスクリック操作及び方向キー操作を識別し、方向キー操作が識別された場合、モーションセンサ部が生成したモーションデータに基づいて方向キー操作の内容を識別するメインコントロール部３１０と、を含んで構成される。
本発明において、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部の示す抵抗値が予め設定した閾値を超えた場合はマウスクリック操作と識別し、ストレインゲージ部の示す抵抗値が閾値未満の場合は方向キー操作と識別し、方向キー操作が識別された場合、モーションセンサ部が生成したモーションデータに基づいて方向キー操作の内容を識別するように構成されることが好ましい。
本発明において、ストレインゲージ部２００は、制御ボードと対向するリングバンド部に設けられてもよい。
また、本発明において、ストレインゲージ部２００は、ユーザがリングバンド部を着用するときにユーザの中指側に向かうリングバンド部の側部に設けられてもよい。
また、本発明において、ストレインゲージ部２００は、ユーザがリングバンド部を着用するときにユーザの中指側に向かうリングバンド部の側部に設けられてもよい。
本発明は、手足の動きが不自由なユーザに対しても、その使い勝手を著しく向上させることができるという利点を示す。
また、本発明は、リングバンド部の動きに基づいてマウスクリック操作を識別するように構成し、ユーザの手指の先端から鉛直上方にセンサ棒を配置して方向キー操作を識別するように構成することで、ユーザの手指の微小な動きを正確にセンシングできるという利点を示す。
また、本発明は、リングバンド部の動きに基づいてマウスクリック操作を識別するように構成し、ユーザの手指の先端から鉛直上方にセンサ棒を配置して方向キー操作を識別するように構成することで、ユーザの手指の微小な動きを正確にセンシングできるという利点を示す。
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明に係る指輪タイプのユーザ操作センシング装置をユーザの手指の関節間に着用した例示図である。図１を参照すると、本発明は、指輪状に形成され、ユーザの手指の関節間に着用された状態でユーザの手指の動きからユーザ操作をセンシングするための手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置であって、リングバンド部１００、ストレインゲージ部２００、メインコントロール部３１０、及びモーションセンサ部３２０を含んで構成される。
図１は、本発明に係る指輪タイプのユーザ操作センシング装置をユーザの手指の関節間に着用した例示図である。図１を参照すると、本発明は、指輪状に形成され、ユーザの手指の関節間に着用された状態でユーザの手指の動きからユーザ操作をセンシングするための手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置であって、リングバンド部１００、ストレインゲージ部２００、メインコントロール部３１０、及びモーションセンサ部３２０を含んで構成される。
リングバンド部１００は、ユーザの手指に嵌められるように伸縮性素材の環状に形成される。すなわち、リングバンド部１００は、様々なユーザの手指の太さにあまねく適用できるように、外力に対して収縮と膨張の自在なテンションを有する合成樹脂材からなることが好ましい。
ストレインゲージ部２００は、リングバンド部１００に装着され、リングバンド部１００の膨張及び収縮のとき、これと連動してリングバンド部１００の縁方向に沿って電気抵抗線の長さが変形されることで、異なる抵抗値を示すように構成される。
メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００の抵抗値を分析してリングバンド部１００の縁方向に対する収縮及び膨張によるマウスクリック操作を識別するように構成される。
詳しくは、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００が示す抵抗値を分析したところ、その分析した抵抗値が予め設定した閾値を超えた場合は、マウスクリック操作がなされたと判断するように構成される。
そして、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００が示す抵抗値を分析したところ、その分析した抵抗値が予め設定した閾値未満の場合は、ユーザが方向キー操作を行ったと判断し、モーションセンサ部３２０からのモーションデータに基づいて具体的な方向キー操作の内容を識別するように構成される。
すなわち、ユーザが手指を動かし、リングバンド部１００が動きながらストレインゲージ部２００が変化する抵抗値を示すとき、これと同時に、モーションセンサ部３２０もその動きを検知するようになる。
そのため、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００の抵抗値に応じたプロセッシングを優先的に処理し、ストレインゲージ部２００の検知した抵抗値が予め設定した閾値未満の場合、モーションセンサ部３２０が生成したモーションデータに基づいてプロセッシングを行うように構成することができる。これにより、メインコントロール部３１０の演算量の負担を軽減して低消費電力を具現できるようになる。
このために、モーションセンサ部３２０は、ユーザ操作センシング装置の動きを検知し、それによるモーションデータを生成する。そのとき、メインコントロール部３１０は、モーションセンサ部３２０が生成したモーションデータに基づいて方向キー操作を識別する。
そして、モーションセンサ部３２０は、図１、図７、図８、及び図９に示したように、棒タイプのセンサ、すなわちセンサ棒３２１を１つ以上備えてもよい。モーションセンサ部３２０は、１つ以上のセンサ棒３２１及びそれに関する回路を含む構成である。
ここで、各センサ棒３２１は、リングバンド部１００を着用したユーザの手指先側に向かう制御ボード３００の先端部において、図１、図７、図８、及び図９のように、制御ボード３００の上面に対して鉛直上方に立てて配設される。センサ棒３２１の配置については、図４を参照して詳しく後述する。
図２は、本発明に係るストレインゲージ部２００が伸びた状態を拡大して示した図であり、図３は、本発明に係るストレインゲージ部２００が縮んだ状態を拡大して示した図である。
まず、図２を参照すると、ユーザが手指を曲げると手指の直径が大きくなるため、それによって手指に嵌められたリングバンド部１００の直径が伸びている状態が示されている。このときには、リングバンド部１００の直径が大きくなるにつれてリングバンド部１００が縁方向に沿って膨張するようになり、これと連動して、リングバンド部１００に装着されたストレインゲージ部２００もリングバンド部１００の縁方向に伸びる。
そのとき、ストレインゲージ部２００の抵抗線２１０も自身の長手方向に沿って伸びることで、抵抗線２１０そのものの抵抗値が増加するようになる。メインコントロール部３１０は、抵抗線２１０の両端に備えられたターミナル２２０と通電されるように結合され、その抵抗線２１０の抵抗値が増加する状態を検知することができ、それに基づいてユーザが手指を曲げたという事実を識別できるようになる。
また、図３を参照すると、ユーザが手指を伸ばすと手指の直径が小さくなるため、それによって手指に嵌められたリングバンド部１００の直径も縮んでいる状態が示されている。このときには、リングバンド部１００の直径が小さくなるにつれてリングバンド部１００が縁方向に沿って収縮するようになり、これと連動して、リングバンド部１００に装着されたストレインゲージ部２００もリングバンド部１００の縁方向に沿って縮む。
そのとき、ストレインゲージ部２００の抵抗線２１０も自身の長手方向に沿って収縮することで、抵抗線２１０そのものの抵抗値が減少するようになる。メインコントロール部３１０は、抵抗線２１０の両端に備えられたターミナル２２０と通電されるように結合され、その抵抗線２１０の抵抗値が減少する状態を検知することができ、それに基づいてユーザが手指を伸ばしたという事実を識別できるようになる。
このように、ストレインゲージ部２００の抵抗線２１０は、自身の長手方向がリングバンド部１００の縁方向を向くように構成することが好ましい。これにより、メインコントロール部３１０は、手指の動きに連動して直径が増減するリングバンド部１００からストレインゲージ部２００の微細な抵抗値の変化を検知することができる。
図４は、本発明に係るユーザ操作センシング装置を着用した状態で手指を上下方向に動かす過程を示した使用状態図であり、図５は、本発明に係るユーザ操作センシング装置を着用した状態で手指を左右方向に動かす過程を示した使用状態図である。
図４及び図５を参照すると、モーションセンサ部３２０は、メインコントロール部３１０が搭載される制御ボード３００に設けられ、ユーザがリングバンド部１００を着用した状態でユーザの手指先側に向かう制御ボード３００の先端部に設けられることが好ましい。特に、図４に示したように、制御ボード３００の先端部において、鉛直上方に制御棒３２１を１つ以上設けることで、特に上下方向になされる手指の繊細な動きを検知するように構成することが好ましい。
後述する図６を参照すると、上下方向に手指を大きく曲げると、マウスクリック操作と識別される。よって、方向キー操作のためになされる図４のような上下方向の動きは、相対的に小さい範囲でなされるべきであり、マウスクリック操作と区分するために繊細なセンシングが要望される。特に、体の不自由なユーザが手指を操作する場合でも、これを繊細に検知する必要がある。このような点を鑑みて、本発明においては、モーションセンサ部３２０の構成及び配置について後述するように２つの点を考慮した。
第１に、手の平に最も隣接する手指の関節部分を手指の回転基準点Ｓとした場合、その回転基準点Ｓから最も遠い距離に位置する制御ボード３００の先端部にモーションセンサ部３２０を配置した。これにより、回転基準点Ｓに対して小さい角度の動きでもモーションセンサ部３２０が大幅に移動するようになり、それによって、モーションセンサ部３２０はその動きを確実に検知することができる。
第２に、制御ボード３００の先端部から鉛直上方に立てて１つ以上のセンサ棒３２１を設けた。センサ棒３２１が図４のように立てて配設されることにより、回転基準点Ｓに対して手指が極めて小さい角度で動く場合でも、モーションセンサ部３２０がさらに大幅に移動するようになり、それによって、モーションセンサ部３２０は、その動きをより正確に検知することができる。
一方、センサ棒３２１を制御ボード３２０の先端部において鉛直上方に立てて配設する代わりに、制御ボード３００を非常に長く延長しても上下方向の動きに対して類似した水準のセンシング感度を得ることができる。しかしながら、このような構成にすると、ユーザ操作センシング装置を手指に嵌めた状態で生活することが非常に不便になる。本発明は、手足の動きが不自由なユーザが日常生活で活用するための装置であるため、手指に嵌めて生活するのに適しているべきである。ここで、本発明では、制御ボード３００を長く延長することが好ましくないと判断し、その代わりに、センサ棒３２１を制御ボード３２０の先端部において鉛直上方に立てて配設する構成を採択した。
以上のような構成により、図４及び図５のように、ユーザが手指を上下左右に動かすと、メインコントロール部３１０は、モーションセンサ部３２０が生成したモーションデータに基づいて方向キー操作を識別するようになる。
好ましくは、まず、ストレインゲージ部２００が示す抵抗値を分析し、その抵抗値が予め設定した閾値以上の場合は、後述する図６によるマウスクリック操作と判断し、その抵抗値が閾値以下の場合は、方向キー操作のための上下左右の動きであると判断する。方向キー操作のための上下左右の動きであると判断した場合、その具体的な動きの方向は、モーションセンサ部３２０が生成したモーションデータに基づいて識別するようになる。
図６は、本発明に係るユーザ操作センシング装置を着用した状態でマウスクリック操作を行う過程を示した使用状態図である。
図６のように、ユーザが手指の関節を下方に十分に曲げる行動、本発明において定義した、いわゆる「マウスクリック」の動作を行うと、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００が示す抵抗値を分析し、その抵抗値が予め設定した閾値を超えたことを識別するようになる。
図６のように、ユーザが手指の関節を下方に十分に曲げる行動、本発明において定義した、いわゆる「マウスクリック」の動作を行うと、メインコントロール部３１０は、ストレインゲージ部２００が示す抵抗値を分析し、その抵抗値が予め設定した閾値を超えたことを識別するようになる。
この場合、メインコントロール部３１０は、ユーザがマウスクリック操作を行ったと識別するようになる。
図７ないし図９は、本発明の３つの実施形態によるストレインゲージ部の配置状態図を示す。
図７ないし図９は、本発明の３つの実施形態によるストレインゲージ部の配置状態図を示す。
まず、図７及び図８を参照すると、ストレインゲージ部２００は、ユーザがリングバンド部１００を着用した状態でユーザの中指側に向かうリングバンド部１００の側部に設けられることが好ましい。これにより、体の不自由なユーザが手指に本発明に係る指輪タイプのユーザ操作センシング装置を着用した状態でストレインゲージ部２００が手の外側に露出しないようにすることで、その損傷を防止することができる。
そのとき、図７は、ユーザの左手の親指に着用するためのものであり、左利きが使用するのに適しており、図８は、ユーザの右手の親指に着用するためのものであり、右利きが使用するのに適している。
次に、図９を参照すると、ストレインゲージ部２００は、制御ボード３００と対向するリングバンド部１００に設けられてもよい。リングバンド部１００がユーザの手指に着用された状態で手指を曲げたり伸ばしたりするとき、最も大きく膨張したり収縮したりする部分が制御ボード３００と対向する位置であるためである。
ユーザの手指が所定の範囲で動くとき、リングバンド部１００が相対的に大きく膨張したり収縮したりすると、その分、体の不自由なユーザが手指を微小に動かしても、その動きによるユーザ操作を正確にセンシングできるようになる。
Claims (4)
- 指輪状に形成され、ユーザの手指の関節間に着用された状態でユーザの手指の動きからユーザ操作をセンシングするための手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置であって、
手指に嵌められるように伸縮性素材の環状に形成されるリングバンド部１００と、
前記リングバンド部の膨張及び収縮のとき、前記リングバンド部の縁方向に沿って電気抵抗線の長さが変形されることで異なる抵抗値を示すように、前記リングバンド部に装着されるストレインゲージ部２００と、
前記リングバンド部の上面に結合され、前記リングバンド部の幅方向に対応する自身の前後方向の長さが前記リングバンド部の幅よりも２倍以上大きく形成され、前記リングバンド部を着用した状態でユーザの手指先側に向かって自身の前方部分が前記リングバンド部から突出するように配置される制御ボード３００と、
前記ユーザ操作センシング装置の動きを検知し、その検知に応じて方向キー操作を識別するためのモーションデータを生成するモーションセンサ部であって、前記リングバンド部が着用された状態でユーザの手指先側に向かう前記制御ボードの先端部において、前記制御ボードの上面に対して鉛直上方に立てて配設される１つ以上のセンサ棒を備えることを特徴とするモーションセンサ部３２０と、
前記リングバンド部の縁方向に対する収縮及び膨張による前記ストレインゲージ部の抵抗値を分析して前記抵抗値に応じてマウスクリック操作及び方向キー操作を識別し、前記方向キー操作が識別された場合、前記モーションセンサ部が生成したモーションデータに基づいて前記方向キー操作の内容を識別するメインコントロール部３１０と、
を含んで構成される、手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置。 - 前記メインコントロール部３１０は、前記ストレインゲージ部の示す抵抗値が予め設定した閾値を超えた場合はマウスクリック操作と識別し、前記ストレインゲージ部の示す抵抗値が前記閾値未満の場合は方向キー操作と識別し、前記方向キー操作が識別された場合、前記モーションセンサ部が生成したモーションデータに基づいて前記方向キー操作の内容を識別するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置。
- 前記ストレインゲージ部２００は、前記制御ボードと対向する前記リングバンド部に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置。
- 前記ストレインゲージ部２００は、ユーザが前記リングバンド部を着用するときにユーザの中指側に向かう前記リングバンド部の側部に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置。
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