JP3773943B2

JP3773943B2 - 把持状態判定システム及び方法

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Publication number: JP3773943B2
Application number: JP2004278516A
Authority: JP
Inventors: 祐平山内; 信崇飛弾; 啓桑野; 真依寄▲高▼
Original assignee: University of Tokyo NUC; Benesse Corp
Current assignee: University of Tokyo NUC; Benesse Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: WO2006033415A1; US20070288104A1; CN101019091A; JP2006092376A; US7805214B2

Description

本発明は把持状態判定システム及び方法に関し、特に把持手段による把持対象の把持状態を判定する技術に関する。

下記特許文献１には、携帯電話機等の機器本体（把持対象）をユーザの手（把持手段）がどのような状態で把持しているかを判断し、それにより機器の機能を適当な環境に設定する技術が開示されている。この技術では、機器本体の両側部にタッチセンサを取り付けておき、その検出結果に基づいて機器本体の把持状態を判定している。
特開２０００−３３０９４６号公報

しかしながら、上記従来技術では機器本体のどこが触れられているかだけで把持状態を判定しているため、把持状態を詳細に判定することができないという問題があった。例えば、機器本体を上下逆にして把持しても上記従来技術ではそれを検知することができないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、把持手段により把持対象の把持状態を詳細に判定することのできる把持状態判定システム及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る把持状態判定システムは、把持対象又は把持手段のうち一方に取り付けられ、それぞれ位置識別情報を送信する複数の送信手段と、前記把持対象又は前記把持手段のうち他方に取り付けられ、前記位置識別情報を受信する複数の受信手段と、前記把持手段による前記把持対象の把持状態毎に、前記各受信手段により受信される前記位置識別情報の条件を記憶する条件記憶手段と、前記複数の受信手段により受信される前記位置識別情報と、前記条件記憶手段に記憶される前記条件と、に基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する判定手段と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る把持状態判定方法は、把持対象又は把持手段のうち一方に、それぞれ位置識別情報を送信する複数の送信手段を取り付け、前記把持対象又は前記把持手段のうち他方に、前記位置識別情報を受信する複数の受信手段を取り付け、前記把持手段による前記把持対象の把持状態毎に、前記各受信手段により受信される前記位置識別情報の条件を記憶しておき、前記複数の受信手段により受信される前記位置識別情報と、前記条件記憶手段に記憶される前記条件と、に基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、把持対象又は把持手段のうち一方に複数の送信手段が取り付けられ、他方には複数の受信手段が取り付けられる。そして、送信手段から受信手段に位置識別情報が送信される。位置識別情報は送信手段の取り付け位置を識別する情報である。本発明では、把持状態毎に、各受信手段により受信される位置識別情報の条件を記憶しておき、複数の受信手段により実際に受信される位置識別情報と、前記条件記憶手段に記憶される条件と、に基づいて把持状態を判定するので、詳細な把持状態判定を実現できる。なお、把持対象は把持する対象である物体であり、把持手段は例えば手自体や手袋等である。

また、本発明の一態様では、前記把持対象又は前記把持手段には、前記把持手段により前記把持対象を把持する場合の圧力の大きさ又は有無を検知する感圧センサがさらに取り付けられ、前記判定手段は、前記感圧センサにより検知される圧力の大きさ又は有無にさらに基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する。こうすれば、把持手段により把持対象を把持する場合の圧力の大きさ又は有無を考慮して把持状態を判定することができる。

また、本発明の一態様では、前記把持対象又は前記把持手段には、前記把持手段により前記把持対象を把持しているときの振動の大きさ又は有無を検知する振動センサがさらに取り付けられ、前記判定手段は、前記振動センサにより検知される振動の大きさ又は有無にさらに基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する。こうすれば、把持手段により把持対象を把持しているときの振動の大きさ又は有無を考慮して把持状態を判定することができる。

また、本発明の一態様では、前記各送信手段はＲＦＩＤタグであり、前記各受信手段はＲＦＩＤアンテナである。こうすれば、送信手段を容易に小型化したり、無電源化することができる。このため、特に各送信手段を把持対象に取り付ける場合には、把持対象に大きな加工等を施さずに済む。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る把持状態判定システムに用いられるグローブ（把持手段）の正面図である。また、図２は、同グローブの裏面図である。さらに、図３は、図２におけるIII−III断面図である。これらの図に示すように、本把持状態判定システムに用いられるグローブ１０は、例えば合成皮革等の適宜の材料により手袋状に形成された基材１８上において、その裏面側（グローブ１０を手に嵌めた状態において掌側）全体にシート状の感圧センサ１６が貼付されており、さらにその上にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）アンテナ１４−１〜１４−６が貼付されている。ＲＦＩＤアンテナ１４−１は小指を包む部位上に貼付され、ＲＦＩＤアンテナ１４−２は薬指を包む部位上に貼付され、ＲＦＩＤアンテナ１４−３は中指を包む部位上に貼付され、ＲＦＩＤアンテナ１４−４は人差し指を包む部位上に貼付され、ＲＦＩＤアンテナ１４−５は親指を包む部位上に貼付され、ＲＦＩＤアンテナ１４−６は掌を覆う部位上に貼付されている。グローブ１０の正面側（グローブ１０を手に嵌めた状態において甲側）の手首位置には制御ボックス１２が取り付けられている。ＲＦＩＤアンテナ１４−１〜１４−６のラインは、いずれも制御ボックス１２に導入されており、内部の制御ユニット１２ａ（図６参照）に接続されている。また、感圧センサ１６のラインも、制御ボックス１２に導入されており、内部の制御ユニット１２ａに接続されている。さらに、制御ボックス１２内には振動センサ１２ｂ（図６参照）も内蔵されており、該振動センサ１２ｂも制御ユニット１２ａに接続されている。制御ユニット１２ａには通信ケーブルの一端が接続されており、その他端は図示しないコンピュータ（後述する第１コンピュータ３０）に接続されている。こうして、各ＲＦＩＤアンテナ１４−１〜１４−６で検知されるデータ、振動センサ１２ｂにより検知される振動の有無、感圧センサ１６により検出される圧力値がデジタルデータとしてコンピュータに入力されるようになっている。なお、ここでは有線でグローブ１０からコンピュータに各種データを送信するようにしたが、無線送信するようにしてもよい。

図４は、本把持状態判定システムで用いられる把持対象を示す外観斜視図である。同図に示す把持対象２０はグローブ１０を手に嵌めたユーザにより該グローブ１０を介して把持されるものである。この把持対象２０は立方体状に形成されており、該立方体の表面である６面上にＲＦＩＤタグ２２Ａ〜２２Ｆ（２２Ｄ〜２２Ｆは図示せず）がそれぞれ貼付されている。なお、ここではＲＦＩＤタグ２２を把持対象２０の表面に貼付するようにしたが、内部に埋設してもよい。また、ここでは把持対象２０を立方体状に形成したが、他のどのような形状であってもよい。また、取り付けられるＲＦＩＤタグ２２の個数及び各位置は任意である。各ＲＦＩＤタグ２２は、該ＲＦＩＤタグ２２が取り付けられている把持対象２０の種類を示すオブジェクトＩＤ及びその把持対象２０における当該ＲＦＩＤタグ２２の取り付け位置を識別する位置ＩＤのペアをＲＦＩＤアンテナ１４に送信するようになっている。なお、制御ボックス１２に内蔵される制御ユニット１２ａにはＣＰＵが含まれており、該ＣＰＵと各ＲＦＩＤアンテナ１４によりＲＦＩＤリーダが構成されるようになっている。そして、各ＲＦＩＤアンテナ１４からＲＦＩＤタグ２２にマイクロ波方式（電波エネルギーを電力エネルギーに変換するもの）、電磁結合方式、電磁誘導方式等により給電され、そこから送信される上記オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアを該ＲＦＩＤアンテナ１４で受信するようになっている。

本把持状態判定システムでは、グローブ１０を手に嵌めたユーザにより、把持対象２０が該グローブ１０を介して把持されると、各ＲＦＩＤアンテナ１４により（該ＲＦＩＤアンテナ１４の通信エリア内にあれば）、把持対象２０に取り付けられたＲＦＩＤタグ２２から送信されるオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが受信されるようになっている。図５は、制御ユニット１２ａから通信ケーブルを介して図示しないコンピュータに定期的に送信されるデータ（検出データ）の内容を示す模式図である。このデータのうち、同図（ａ）は、各ＲＦＩＤアンテナ１４により受信されるデータを示しており、同図（ｂ）は、振動センサ１２ｂにより検知されるデータを示しており、同図（ｃ）は、感圧センサ１６により検知されるデータを示している。制御ユニット１２ａには、上述したように各ＲＦＩＤアンテナ１４、振動センサ１２ｂ及び感圧センサ１６が接続されており、それらにおいて受信又は検知されたデータを同図に模式的に示す形式でコンピュータに送信（転送）するようになっている。すなわち、ＲＦＩＤアンテナ１４で受信されるデータについては、各ＲＦＩＤアンテナにおいて所定時間内に受信されたオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアを送信するようになっている。また、感圧センサ１６により検知されるデータについては、その圧力値を示すデジタルデータを送信するようになっている。また、振動センサ１２ｂにより検知されるデータについては、振動の有無を示すデジタルデータを送信するようになっている。

図６は、本把持状態判定システムの全体構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、本把持状態判定システムはグローブ１０、第１コンピュータ３０及び第２コンピュータ３１を含んで構成されている。グローブ１０と第１コンピュータ３０とは、本実施形態では有線接続されているものとするが、無線接続されてもよい。また、第１コンピュータ３０と第２コンピュータ３１とは有線接続されてもよいし、無線接続されてもよい。また、インターネット等の広域のデータ通信ネットワークを介して接続されてもよい。さらに、第１コンピュータ３０と第２コンピュータ３１とを一体化してもよい。すなわち、第１コンピュータ３０に第２コンピュータ３１の機能を担わせるようにしてもよい。この場合、第２コンピュータ３１は不要である。

第１コンピュータ３０は、制御ユニット１２ａから定期的に送信されるデータを受信し、把持対象２０を識別するオブジェクトＩＤ、グローブ１０による把持対象２０の把持状態を示す把持パターンＩＤ並びに把持状態ＩＤのペアを出力する。具体的には、第１コンピュータ３０は、加算部４２、重み付け部４０、状態記憶部３８、フィルタ部４６、把持状態判定部４４、把持パターン記憶部４８及び接触状態記憶部５４を含んで構成されている。把持状態判定部４４は、把持パターン決定部５０及び接触状態決定部５２を含んで構成されている。これらの要素は第１コンピュータ３０において所定のプログラムが実行されることにより実現される。プログラムはＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体に格納され、該情報記憶媒体により第１コンピュータ３０に供給されてもよいし、インターネット等のデータ通信ネットワークを介して第１コンピュータ３０に供給されてもよい。

制御ユニット１２ａから送信されるデータのうち、各ＲＦＩＤアンテナ１４にて受信されたオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアは加算部４２に供給される。状態記憶部３８には、把持状態判定部４４に過去送信された各ＲＦＩＤアンテナ１４にて受信されたオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペア（フィルタ部４６によるフィルタ済み）が記憶されている。重み付け部４０では、ＲＦＩＤアンテナ１４毎に、あるオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアがフィルタ部４６に前回供給されていれば、所定の重み係数（例えば０．５）を該オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアに対応づけて供給し、さらに同オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアがフィルタ部４６に前々回供給されていれば、別の値の重み係数（例えば０．３）を該オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアに対応づけて供給し、さらに同オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが３回前にフィルタ部４６に供給されていれば、さらに別の値の重み係数（例えば０．１）を該オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアに対応づけて供給している。加算部４２では、ＲＦＩＤアンテナ１４毎及び該ＲＦＩＤアンテナ１４で受信されるオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペア毎に、それらの重み係数を加算する。また、制御ユニット１２ａから、同ＲＦＩＤアンテナ１４により同じオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが送信されていることを示すデータが送られてきていれば、１をさらに加算する。以上の処理をＲＦＩＤアンテナ１４毎、及びオブジェクトＩＤ並びに位置ＩＤのペア毎に行う。すなわち、加算部４２では、ＲＦＩＤアンテナ１４毎に、オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤの各ペアについて、α（ｔ）＋α（ｔ−１）＋α（ｔ−２）＋α（ｔ−３）を計算する。α（ｔ）は今回制御ユニット１２ａから送信されたデータに同オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが含まれていれば１の値をとり、含まれていなければ零の値をとる。α（ｔ−ｍ）はｍ回前にフィルタ部４６から把持状態判定部４４に供給されたデータに同オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが含まれていればｍの値に応じた大きさの所定の重み係数の値をとり、含まれていなければ零の値をとる（ｍ＝１〜３）。加算部４２では、加算結果をフィルタ部４６に供給する。フィルタ部４６では、加算値が所定値（例えば１．３）以上となる、オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアが存在すれば、そのペアについては当該オブジェクトＩＤ及び位置ＩＤが受信されたＲＦＩＤアンテナ１４により確かに受信されたものと評価する。一方、加算部４２から供給される加算値が上記所定値未満であれば、その加算値に対応するオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤはＲＦＩＤアンテナ１４により受信されなかったものと評価する。そして、その評価結果を反映させて各ＲＦＩＤアンテナ１４にて受信されたオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペア（フィルタ後）を生成し、そのデータを把持状態判定部４４に供給するとともに、状態記憶部３８に記憶させている。

把持パターン決定部５０では、フィルタ部４６から供給されるＲＦＩＤアンテナ１４毎の、そこで受信されたオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペアを示すデータを、把持パターン記憶部４８の記憶内容に照査し、それによりグローブ１０による把持対象２０の把持パターンを判定し、そのパターンを示すＩＤ（把持パターンＩＤ）を接触状態決定部５２に供給するようにしている。具体的には、把持パターン記憶部４８は、図７に示すようにオブジェクトＩＤ毎に、把持パターンＩＤと、該把持パターンＩＤにより識別される把持パターンである場合にフィルタ部４６からの出力が満たすべき条件と、を対応づけて記憶している。そして、フィルタ部４６からＲＦＩＤアンテナ１４毎のオブジェクトＩＤ及び位置ＩＤのペア群が供給されると、その供給されるオブジェクトＩＤに対応するテーブルを把持パターン記憶部４８から読み出す。そして、該テーブルに記憶された各条件に、フィルタ部４６から供給されたデータを当てはめ、それらが満足されているか否かを判断する。そして、いずれかの条件を満足していれば、その条件に対応づけて記憶されている把持パターンＩＤを後段の接触状態判定部５２に供給する。接触状態判定部５２では、接触状態記憶部５４の記憶内容を参照して、把持パターン決定部５０から供給される把持パターンＩＤ、制御ユニット１２ａから供給される振動センサ１２ｂの検知結果並びに感圧センサ１６の検知結果に基づき、グローブ１０の把持対象２０への接触状態を判定する。接触状態記憶部５４では、図８に示すようにオブジェクトＩＤ及び把持パターンＩＤのペア毎に、各把持状態ＩＤと、該把持状態ＩＤに対応した、振動センサ１２ｂ及び感圧センサ１６の検知結果の満たすべき条件を記憶している。接触状態判定部５２では、まず把持パターン決定部５０から把持パターンＩＤ及びオブジェクトＩＤを受信すると、それに対応するテーブルを接触状態記憶部５４から読み出す。そして、該テーブルに記憶された各条件を、制御ユニット１２ａから供給される振動センサ１２ｂの検知結果並びに感圧センサ１６の検知結果が満足するかを順に調べる。そして、いずれか満足される条件があれば、その条件に対応する接触状態ＩＤを、把持パターン決定部５０から供給されるオブジェクトＩＤ及び把持パターンＩＤのペアとともにコンテンツ決定部３２に送信する。

第２コンピュータ３１は、コンテンツ決定部３２、ユーザＤＢ３６及び出力部３４を含んで構成されている。これらの要素は第２コンピュータ３１において所定のプログラムが実行されることにより実現される。プログラムはＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体に格納され、該情報記憶媒体により第２コンピュータ３１に供給されてもよいし、インターネット等のデータ通信ネットワークを介して第２コンピュータ３１に供給されてもよい。

まず、ユーザＤＢ３６には、各ユーザに対して過去に提示したコンテンツ、各ユーザの学習レベル等の属性が記憶されている。コンテンツ決定部３２では、接触状態決定部５２から供給される接触状態ＩＤ、オブジェクトＩＤ及び把持パターンＩＤに対応するコンテンツのうち、ユーザＤＢ３６の記憶内容に従って選択される１又は複数を出力部３４に供給する。出力部３４は、コンテンツ決定部３２から供給されるコンテンツを、送信、表示、印刷その他の方法により出力し、ユーザにコンテンツ内容を知らせる。

以上説明した本実施形態によれば、グローブ１０に備えられた複数のＲＦＩＤアンテナ１４により、把持対象２０に備えられたＲＦＩＤタグ２２から発信される位置ＩＤを受信し、そのパターンにより把持状態を判断するので、より詳細に把持状態を判定することができる。また、グローブ１０で把持対象２０を把持すると、その把持状態に応じたコンテンツを出力させることができ、例えば教材や玩具として利用することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の説明ではＲＦＩＤタグ２２を把持対象２０に設け、ＲＦＩＤアンテナ１４をグローブ１０に設けるようにしたが、逆であってもよい。また、ＲＦＩＤアンテナ１４をグローブ１０に設ける代わりに、例えば指輪状の取り付け部材により各ＲＦＩＤアンテナ１４を別々にユーザの手に取り付けてもよい。

本発明の実施形態に係る把持状態判定システムに用いられるグローブの正面図である。本発明の実施形態に係る把持状態判定システムに用いられるグローブの裏面図である。図２におけるIII−III断面図である。本発明の実施形態に係る把持状態判定システムに用いられる把持対象の外観を示す斜視図である。グローブからコンピュータに送信されるデータを模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る把持状態判定システムの全体構成図である。把持パターン記憶部の記憶内容を示す図である。接触状態記憶部の記憶内容を示す図である。

符号の説明

１０グローブ、１２制御ボックス、１２ａ制御ユニット、１２ｂ振動センサ、１４ＲＦＩＤアンテナ、１６感圧センサ、１８基材、２０把持対象、２２ＲＦＩＤタグ、３０第１コンピュータ、３１第２コンピュータ、３２コンテンツ決定部、３４出力部、３６ユーザデータベース、３８状態記憶部、４０重み付け部、４２加算部、４４把持状態判定部、４６フィルタ部、４８把持パターン記憶部、５０把持パターン決定部、５２接触状態決定部、５４接触状態記憶部。

Claims

把持対象又は把持手段のうち一方に取り付けられ、それぞれ位置識別情報を送信する複数の送信手段と、
前記把持対象又は前記把持手段のうち他方に取り付けられ、前記位置識別情報を受信する複数の受信手段と、
前記把持手段による前記把持対象の把持状態毎に、前記各受信手段により受信される前記位置識別情報の条件を記憶する条件記憶手段と、
前記複数の受信手段により受信される前記位置識別情報と、前記条件記憶手段に記憶される前記条件と、に基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する判定手段と、
を含むことを特徴とする把持状態判定システム。
請求項１に記載の把持状態判定システムにおいて、
前記把持手段は手袋である、
ことを特徴とする把持状態判定システム。
請求項１又は２に記載の把持状態判定システムにおいて、
前記把持対象又は前記把持手段には、前記把持手段により前記把持対象を把持する場合の圧力の大きさ又は有無を検知する感圧センサがさらに取り付けられ、
前記判定手段は、前記感圧センサにより検知される圧力の大きさ又は有無にさらに基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する、
ことを特徴とする把持状態判定システム。
請求項１乃至３のいずれかに記載の把持状態判定システムにおいて、
前記把持対象又は前記把持手段には、前記把持手段により前記把持対象を把持しているときの振動の大きさ又は有無を検知する振動センサがさらに取り付けられ、
前記判定手段は、前記振動センサにより検知される振動の大きさ又は有無にさらに基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する、
ことを特徴とする把持状態判定システム。
請求項１乃至４のいずれかに記載の把持状態判定システムにおいて、
前記各送信手段はＲＦＩＤタグであり、
前記各受信手段はＲＦＩＤアンテナである、
ことを特徴とする把持状態判定システム。
把持対象又は把持手段のうち一方に、それぞれ位置識別情報を送信する複数の送信手段を取り付け、
前記把持対象又は前記把持手段のうち他方に、前記位置識別情報を受信する複数の受信手段を取り付け、
前記把持手段による前記把持対象の把持状態毎に、前記各受信手段により受信される前記位置識別情報の条件を記憶しておき、
前記複数の受信手段により受信される前記位置識別情報と、前記条件記憶手段に記憶される前記条件と、に基づいて、前記把持手段による前記把持対象の把持状態を判定する、
ことを特徴とする把持状態判定方法。