JP3200622B2 - つかみ動作を用いた入力操作装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＵＩ（グラフィ
ク・ユーザ・インタフェース）を持つコンピュータやテ
レオペレーションの操作を、自然な手の動作で行うよう
にするためのつかみ動作を用いた入力操作装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＵＩを持つコンピュータの操作で、画
面上でオブジェクトの位置を移動させる最も一般的な方
法は、ポインティングデバイスとしてのマウスを用いる
ことである。このとき用いるマウスには、幾つかのマウ
スボタンがあり、このボタンを押すことにより入力を行
うことができる。マウスボタンの数は、一つから三つま
でのものが多い。マウスによる入力操作で、マウスボタ
ンを押して離す動作、いわゆるクリック動作には、一定
時間内にカチッと１回押して離すシングルクリック動
作、２回押し離すダブルクリック動作がある。また、マ
ウスボタンを押したままマウスを動かすドラッグ動作と
呼ばれる操作がある。そして、このようなマウスボタン
の操作とコンピュータソフトウェアの組み合わせで、さ
まざまな指示を実現することができる。

【０００３】例えば、画面上でオブジェクトの位置を移
動させるときは、掌をマウス上にのせ、画面上でマウス
カーソルをオブジェクトの上にもってきて、ドラッグ動
作を行っている。また、画面上のオブジェクトとしての
ファイルの中味を見るためには、画面上のファイルの上
にマウスカーソルをもってきて、ダブルクリック動作を
している。更に、画面上のオブジェクトとしてのアプリ
ケーションソフトを起動するためには、画面上のアプリ
ケーションソフトの上にマウスカーソルをもってきて、
ダブルクリック動作をしている。

【０００４】このようなマウス操作は、画面上のオブジ
ェクトがテーブル上の物体を模擬し、マウスカーソルは
指先を模擬したもので、日常的な作業環境空間を構成し
ている。しかし、ドラッグ動作やダブルクリック動作
は、日常にはない動作であるため、これらの操作と操作
の結果との関連性が欠けている。そのため、これらの操
作の意味がわかりにくく、コンピュータの操作者間で無
視できないテクノストレスの一因にもなっている。

【０００５】一方、医療機器のなかにも、類似の問題を
有するものがある。例えば、観察光学系を有する観察部
とともに生検具を備えた内視鏡を用い、拡大観察下で体
内の組織を採取する作業がある。この生検具は、先端が
ハンド状になった一種のテレマニピュレータ構造などで
あり、操作者は内視鏡などを見ながらハンドを動かす操
作部を操作し、胃・関節などの器官の内部から組織を採
取する。しかし、このような操作は、組織を採取する作
業等が拡大観察下でなされることや、採取部位と操作部
との間に距離があることなどに起因して、非常に微妙な
操作を含み、しかも、上述したマウス操作の場合と同様
に、操作と操作の結果との間にずれがあるために、必ず
しも容易ではなく、操作者の疲労をまねくものである。

【０００６】また、こようなの操作を困難にするのは、
操作者がハンドを動かす操作部を操作して、ハンドが組
織を切除・採取するとき、その手応えがないのが一因と
なっている。これは、上述したマウス操作についても同
様である。即ち、上記マウス操作やテレマニピュレータ
操作では、操作者において、コンピュータ画面でマウス
カーソルが指すオブジェクト、テレマニピュレータ先端
のハンドで採取する組織について、「つかんだ」、「に
ぎった」という感覚が得られず、日常的な動作とはずれ
があるので、テクノストレスを誘発したり、作業を難し
いものにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、このような現状に鑑み、日常的な動作に近い対象物
に対するつかみ動作によって、コンピュータやテレマニ
ピュレータへの入力を行えるようにした入力操作装置を
提供することにある。本発明の他の技術的課題は、対象
物をつかんだときの手応えを提示して、一層「つかん
だ」、「にぎった」という感覚が得られるようにした入
力操作装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するため
に、本発明のつかみ動作を用いた入力装置は、軸に一定
の範囲で回動自在に支持されることで開閉運動可能に構
成した、それぞれ平板状をなす親指部片と示指部片とか
らなるつかみ操作部と、二次元平面上の移動により座標
を検出する座標検出部とを備えている入力操作装置にお
いて、上記ブレーキ装置は、コンピュータ画面上のカー
ソルがオブジェクトに接触したとき、またはテレマニピ
ュレータのハンドが組織に接触したときに、それらの接
触情報に係る信号をコンピュータまたはテレマニピュレ
ータから受け、上記信号に基づいて、示指部片の動きに
上記抵抗を付与するものであり、上記親指部片と上記示
指部片を開閉運動させる軸に、その回転に対して抵抗を
与え、物をつかんだときの手応えを提示するブレーキ装
置を付設し、上記親指部片における親指の外転運動によ
って操作できるように上記親指部片の外側面の上部の位
置にマウスボタンの機能を有する押しスイッチを設けた
ことを特徴とするものである。

【０００９】従来のコンピュータの操作では、マウスボ
タンを押しながらマウスを移動させるドラッグ動作によ
り画面上のオブジェクトを移動させていたが、このよう
な入力操作装置によれば、手で物をつかむ動作でオブジ
ェクトを移動が可能となり、自然な手の動作でコンピュ
ータ操作を行うことが可能になる。テレマニピュレータ
などを用いて組織の切除を行う場合も同様である。ま
た、操作者がこの入力操作装置によって画面上のオブジ
ェクトを移動させたり、ハンドを動かして組織を切除し
つつあるときには、操作の手応えがあり、触覚系を介し
て操作の確認を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明にかか
る入力操作装置の操作の態様を示し、図２ないし図４
は、それぞれ本発明にかかる入力操作装置の構成を示す
ものである。図示した本発明の入力操作装置は、開閉運
動可能に構成した親指部片１１と示指部片１２とからな
るつかみ操作部１と、二次元平面上を移動可能でポイン
ティングデバイスとしてのマウスの機能を有する座標検
出部２と、上記つかみ操作部１の操作の操作角度を検出
する角度検出部３とを含む入力系、並びに、ブレーキ装
置４によりつかみ操作部１の開閉運動の抵抗を制御し、
対象物をつかんだときの手応えを提示する力フィードバ
ック系を備えている。

【００１１】親指部片１１、示指部片１２からなる上記
つかみ操作部１は、ケース５の上面に設けられ、この上
面に回転自在に立設した軸１３上に、それぞれ平板状を
なす親指部片１１及び示指部片１２を該ケース５の上面
に垂直な一側辺において取り付けているが、親指部片１
１はケース５に対して固定され、示指部片１２だけが軸
１３により一定の範囲で回転自在に支持され、つかみ部
リターン用ばね１４によりそれに復帰力が付与されてい
る。なお、親指部片１１及び示指部片１２の両者を回転
自在に支持させることもできる。

【００１２】上記つかみ操作部１は、軸１３に掌を当
て、親指ｆ₁ を親指部片１１の外面側に当てると共に、
示指ｆ₂ を含む他の４指を示指部片１２の外面側に当て
て使用するもので、上述したように示指部片１２のみが
回転運動するので、示指ｆ₂ をはじめとする他の４指の
屈曲運動により、つかみ動作に類似の把握開閉運動を行
い、入力操作を行うものである。また、上記親指部片１
１の外側面の上部には、親指の外転運動により動作する
押しスイッチ１５を取り付けている。

【００１３】上記つかみ操作部１の把握開閉運動による
つかみ操作の角度を検出するため、示指部片１２を連結
した軸１３には、ケース５の内部において、そのつかみ
操作部１の操作角度を検出する角度検出部３を連結して
いる。この角度検出部３は、軸１３に歯車等の伝動機構
部３１を介してポテンショメータ方式の角度エンコーダ
３２を連結することにより構成したものである。

【００１４】ケース５の内部には、ポインティングデバ
イスとしてのマウスと同様な機構を有する座標検出部２
のほか、力フィードバック系を構成するブレーキ装置４
等の各種機構を設けている。上記座標検出部２は、ボー
ルの回転を利用した方式や光学的な方式により移動を検
出するエンコーダを内蔵し、机上などでケース５を二次
元的に移動させたときの移動方向、移動距離を検出する
もので、ケース５の底部に固定されている。したがっ
て、つかみ操作部１を操作する手を水平面上で動かす
と、座標検出部２はそれに伴って移動し、座標の変化が
検出される。

【００１５】また、上記力フィードバック系を構成する
ブレーキ装置４は、つかみ操作部１の開閉運動の抵抗を
制御し、対象物をつかんだときの手応えを提示するもの
で、前記軸１３に歯車等の伝動機構部４１を介して電磁
クラッチ４２を利用したつかみ部負荷用ばね４３を含む
ブレーキ装置４に連結している。このブレーキ装置４
は、電磁気的あるいは機械的摩擦を利用した任意のブレ
ーキ機能を有するものとすることができ、コンピュータ
本体またはテレマニピュレータ装置からの信号にもとづ
いて、磁石に通電したり、ブレーキ機構を働かせること
により、つかみ操作部１の示指部片１２の動きの抵抗が
制御される。

【００１６】図示は省略しているが、座標検出部２、角
度検出部３、ブレーキ装置４などとコンピュータまたは
テレマニピュレータとは、必要に応じて二方向性をもっ
て電気的に接続されている。また、上述の押しスイッチ
１５は、マウスにおけるマウスボタンと同一機能を有
し、これもコンピュータやテレマニピュレータに電気的
に接続される。

【００１７】したがって、この入力操作装置を机上等に
おいて二次元的に移動させたときの移動方向、移動距
離、及び角度エンコーダ３２によって検出されたつかみ
動作の角度は、コンピュータまたはテレマニピュレータ
に送られ、コンピュータにおいては、送られた移動方
向、移動距離及びつかみ動作の角度信号に基づいて、画
面上のカーソルの位置及び鋏様のカーソルの開き角度を
変化させ、また、テレマニピュレータでは、マニピュレ
ータのハンド部の位置及びハンド部の開き角度を変化さ
せる。

【００１８】次に、上述した入力操作装置の動作につい
て説明する。図１に示すように、つかみ操作部１の操作
は、そのつかみ操作部１に対して、軸１３を巡らすよう
に掌を当て、親指ｆ₁ を親指部片１１の外面側に当てる
と共に、示指ｆ₂ を含む他の４指を示指部片１２の外面
側に当てた状態で行い、つかみ動作では、示指ｆ₂ を含
む他の４指の屈曲運動により、示指部片１２を回転運動
させ、つかみ操作部１を把握開閉運動させる。このつか
み操作部１の開閉運動によるつかみ動作の角度が、角度
エンコーダ３２により検出される。また、その状態で親
指部片１１に置いた親指ｆ₁ を外転運動させることによ
り、押しスイッチ１５を押すことができる。

【００１９】マウスと同様に機能する座標検出部２は、
つかみ操作部１を操作する手によってこの入力操作装置
を所望の方向に水平面内で二次元的に移動させると、そ
の移動方向、移動距離を検出し、それが上記角度エンコ
ーダ３２によって検出されたつかみ動作の角度等と共
に、電気信号に変換されてコンピュータまたはテレマニ
ピュレータに送られる。コンピュータまたはテレマニピ
ュレータにおいては、送られてきた移動方向、移動距離
及びつかみ動作の角度等の電気信号に基づいて、コンピ
ュータ画面上のカーソルの位置及び鋏様のカーソルの開
き角度、またはマニピュレータのハンドの位置及びハン
ドの開き角度を変化させる。

【００２０】したがって、この入力操作装置を平面上で
動かし、コンピュータ画面上のカーソルがオブジェクト
に近づいたとき、操作者がつかみ操作部１に当てた手で
つかむ動作をすると、カーソルの開き角度が狭まり、画
面上のカーソルがオブジェクトをつかんだようになる。
また、テレマニピュレータの場合は、ハンドが対象とす
る採取部位の組織に近づいたとき、操作者が手でつかむ
操作をすると、ハンドの開き角度が狭まり組織をつかむ
ように動作する。

【００２１】つかみ操作部１の軸１３はブレーキ装置４
に連絡しているので、コンピュータまたはテレマニピュ
レータからの信号に基づいてブレーキ機構を働かせるこ
とにより、つかみ操作部１の示指部片１２の動きに抵抗
を付与することができる。コンピュータ画面上のカーソ
ルがオブジェクトに接触したとき、またはテレマニピュ
レータのハンドが組織に接触したときには、それらの接
触情報がコンピュータまたはテレマニピュレータからこ
の入力操作装置に信号として送られ、それに基づいてブ
レーキ装置４が作動し、つかみ操作部１の示指部片１２
の動きに抵抗が付与される。これは、つかみ動作を行っ
ている操作者の手にあたかも物をつかんだときと同様の
手応えとして感じられる。

【００２２】コンピュータ操作の場合、対象物をつかん
だ感じがしてから、この入力操作装置を二次元平面の上
で移動させると、コンピュータ画面上のオブジェクトが
カーソルと共に移動する。また、オブジェクトがアプリ
ケーションソフトの場合、対象物をつかんだ感じがして
から、つかみ操作部１の親指部片１１に設けられた押し
スイッチ１５を親指ｆ₁ の外転により押すと、アプリケ
ーションが起動する。更に、オブジェクトがファイルの
場合、対象物をつかんだ感じがしてから、親指ｆ₁ を外
転させて押しスイッチ１５を押すと、ファイルの中味が
見える。同様に、テレマニピュレータの場合には、対象
物をつかんだ感じがしてから、親指ｆ₁ を外転させて押
しスイッチ１５を押すと、テレマニピュレータのハンド
が組織を切除・採取する。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の入力操
作装置によれば、親指と他の４指の対向動作という日常
的な物をつかむ動作で入力し、コンピュータ画面上のオ
ブジェクトや、テレマニピュレータによる組織の切除・
採取を行うことができ、しかも対象物をつかんだときの
手応えを提示するので、物をつかんだという実感を得る
ことができる。また、コンピュータ操作の場合には、オ
ブジェクトであるアプリケーションソフトの起動やファ
イルの参照を、手首を返すことにより、あたかもビンや
箱の蓋をあける動作で処理することができる。一方、テ
レマニピュレータの場合は、組織の切除・採取を手首を
返す動きにより、あたかも、物を千切る動作で処理する
ことができる。このような自然で日常的な動作は、コン
ピュータ操作におけるテクノストレスの軽減、テレマニ
ピュレータの操作における心身の負担の軽減に極めて有
効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる入力操作装置の操作状態を示す
要部斜視図である。

【図２】上記入力操作装置におけるケースを透視した平
面図である。

【図３】同正面図である。

【図４】同側面図である。

【符号の説明】

１ つかみ操作部 ２ 座標検出部 ３ 角度検出部 ４ ブレーキ装置 ５ ケース １１ 親指部片 １２ 示指部片 １３ 軸 １５ 押しスイッチ ３２ 角度エンコーダ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸に一定の範囲で回動自在に支持さ
   れることで開閉運動可能に構成した、それぞれ平板状を
   なす親指部片と示指部片とからなるつかみ操作部と、二
   次元平面上の移動により座標を検出する座標検出部とを
   備えている入力操作装置において、 上記親指部片と上記示指部片を開閉運動させる軸に、そ
   の回転に対して抵抗を与え、物をつかんだときの手応え
   を提示するブレーキ装置を付設し、上記ブレーキ装置は、コンピュータ画面上のカーソルが
   オブジェクトに接触したとき、またはテレマニピュレー
   タのハンドが組織に接触したときに、それらの接触情報
   に係る信号をコンピュータまたはテレマニピュレータか
   ら受け、上記信号に基づいて、示指部片の動きに上記抵
   抗を付与するものであり、 上記親指部片における親指の外転運動によって操作でき
   るように上記親指部片の外側面の上部の位置にマウスボ
   タンの機能を有する押しスイッチを設けたことを特徴と
   するつかみ動作を用いた入力操作装置。