JP6182273B2

JP6182273B2 - ハンドコントロール装置

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Publication number: JP6182273B2
Application number: JP2016549604A
Authority: JP
Inventors: 春生朱
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Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2017-08-16
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Description

本発明は、端末装置の周辺機器の技術分野に関し、具体的にはハンドコントロール装置に関するものである。

コンピュータは、誕生して以来、多くの技術革新がなされてきた。例えば、コンピュータ操作及び制御インターフェースは、コマンドインターフェースからグラフィカルインターフェースへ、さらに目前大変人気のある３Ｄインターフェースへ発展してきて、日進月歩の勢いで変化している。３Ｄインターフェースは、ユーザーの必要なものをできるだけ直感的に呈することで、ユーザーに良い体験効果を与えることができる。

一方、周辺機器の操作方式やユーザーの体験に対する改善はずっと行われていたが、例えばマウスなどのコンピュータ入力装置の発展は、コンピュータインターフェース操作のニーズに応えられない。長年にわたり、機械式マウスや光学式マウスか、或いは人間工学に基づいて設計したマウスまたはその他のリモコン装置かを問わず、その発生する信号は、マウスの平面での変位の変化しか反映することができない。つまり、その発生する信号は、ベクトル量ではなく、スカラー量である。また、その操作方式は点式制御のままで、入力装置の移動でしか操作できず、単調かつ機能が単一である。

３Ｄゲームや３Ｄモデリング操作などの場合では、インターフェース空間にある制御対象に対して平面・立体的に全方位的な制御を行う必要があるが、従来のような垂直および水平の変位のみの制御は、そのニーズに応えられないことは明らかである。

本発明は、上記の事情に鑑み、如何に端末装置のインターフェース空間にある制御対象のｚ軸方向における移動を制御するかを課題としている。

前述の課題を解決するために、本発明の実施例は、筐体を含み、前記筐体内に端末装置と通信するためのインターフェースチップが取り付けられているハンドコントロール装置であって、前記筐体内には、さらに、第１の作用力を測るための第１のｚ軸信号収集器であって、前記第１の作用力の大きさを表す第１の圧力値と前記第１のｚ軸信号収集器を識別するための第１の識別子を含む第１のｚ軸信号を生成する第１のｚ軸信号収集器と、第２の作用力を測るための第２のｚ軸信号収集器であって、前記第２の作用力の大きさを表す第２の圧力値と前記第２のｚ軸信号収集器を識別するための第２の識別子を含む第２のｚ軸信号を生成する第２のｚ軸信号収集器と、前記第１のｚ軸信号収集器と前記第２のｚ軸信号収集器と前記インターフェースチップに接続され、受信した前記第１のｚ軸信号から前記第１の圧力値を抽出し、受信した前記第２のｚ軸信号から前記第２の圧力値を抽出し、前記第１の圧力値と前記第２の圧力値とサンプリング周期に基づいて、端末装置のインターフェース空間にある制御対象の、ｚ軸方向における変位変化を制御するためのｚ軸変位変化値を算出し、前記ｚ軸変位変化値を前記インターフェースチップを介して前記端末装置に送信するｚ軸信号処理部と、が取り付けられ、前記ｚ軸方向は、前記制御対象のインターフェース空間における垂直方向であるハンドコントロール装置を提供している。

本発明のハンドコントロール装置は、従来のような平面的な操作及び制御機能だけではなく、制御対象に対する立体的な操作及び制御も実現することができる。特に３Ｄ制御対象に対して、３Ｄ制御対象のインターフェース空間のｚ軸方向における制御を実現することで、制御対象に対して平面・立体的に全方位的な制御を行うことができる。

本発明の他の特徴や側面は、以下に図面を参照して例示的な実施例を詳細に説明することにより明らかになる。

明細書に含まれ、かつ明細書の一部を構成する図面は、明細書とともに本発明の例示的な実施例、特徴および側面を示すとともに、本発明の原理を解釈するものである。
図１は、本発明の実施例１のハンドコントロール装置の構造模式図である。図２は、本発明の実施例２のハンドコントロール装置の構造模式図である。図３は、本発明の実施例３のハンドコントロール装置の構造模式図である。図４は、本発明の実施例３の算出原理図である。図５は、本発明の実施例５のハンドコントロール装置の構造模式図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の各種の例示的な実施例、特徴および側面を詳細に説明する。図面において、同一の図面符号は同一または類似する機能を有する素子を示す。図面には実施例の各種の側面が示されているが、特に明記しない限り、その比例に従い図面を描画する必要はない。

ここでの「例示的」という専用語は、「例、実施例として用いられるか、または説明性のものである」ことを意味する。ここで「例示的」に説明した実施例はいずれも他の実施例よりも優れる、または良いと解釈する必要はない。

また、本発明をより良く説明するために、以下の具体的な実施形態において具体的な細部を多く記載した。本発明は、何らかの具体的な細部が無くとも同様に実施できることは、当業者が理解すべきものである。本発明の主旨を際立たせるために、一部の実例では、当業者に良く知られている方法、手段、素子、および回路については詳細に記述しない。

図１に示すように、本発明の一つの実施例が提供するハンドコントロール装置は、第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２とｚ軸信号処理部４３とインターフェースチップ１と筐体８とを含む。

ここで、筐体８は、ハンドコントロール装置全体の外殻であり、このハンドコントロール装置のうちの他の部品を収容している。本実施例において筐体８は半球形であるが、身体力学に基づいて人の掌による操作に適する形状に設計してもよいことは当然である。インターフェースチップ１は、端末装置と通信するものである。第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２はそれぞれｚ軸信号処理部４３に電気的に接続され、ｚ軸信号処理部４３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。本実施例の第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２は圧力センサーであることが好ましい。

第１のｚ軸信号収集器４１は、多様な形態で筐体８内に取り付けられることができる。例えば、コネクティングロッド４５によって筐体８内に取り付けられ、ユーザーの二つの指で反対する方向へ押したり、触れたりしやすいように、コネクティングロッド４５の両端がそれぞれ筐体８の対向する両端に当接される。コネクティングロッド４５の両端は、ユーザーの使用習慣に合わせて筐体８のその他の任意の両端に当接されてもよい。第１のｚ軸信号収集器４１は、コネクティングロッド４５の任意の位置に取り付けられてもよく、図１のようにコネクティングロッド４５の中間位置に取り付けられるのが好ましい。第１のｚ軸信号収集器４１は、他の形態で筐体８内の任意の位置に取り付けられてもよく、筐体８の一つの端のみに接続されてもよい。第１のｚ軸信号収集器４１は、コネクティングロッド４５の両端への作用力を測り、この作用力を含む圧力値Ｆ₁と第１のｚ軸信号収集器４１の識別子＋１を含む圧力信号を生成し、この圧力信号をｚ軸信号処理部４３に送信するものである。

第２のｚ軸信号収集器４２も、多様な形態で筐体８内に取り付けられることができる。例えば、筐体８内の頂部に取り付けられ、ユーザーによる筐体８への下向きの作用力を測り、この作用力を含む圧力値Ｆ₂と第２のｚ軸信号収集器４２の識別子−１を含む圧力信号を生成し、この圧力信号をｚ軸信号処理部４３に送信するものである。

第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２は、いずれも筐体８の任意の位置に取り付けられることができ、測ったユーザーからの作用力によって制御対象のインターフェース空間中のｚ軸方向における変位変化を反映する役割を果たす。

本実施例において、第１のｚ軸信号収集器４１が測った圧力値を用いて端末装置のインターフェース空間にある制御対象のｚ軸正方向における変位変化を制御し、第２のｚ軸信号収集器４２が測った圧力値を用いて端末装置のインターフェース空間にある制御対象のｚ軸負方向における変位変化を制御する。識別子は、圧力値がどの信号収集器からのものかを区別するためのものである。本実施例において、制御対象の空間での垂直方向をｚ軸の方向とし、制御対象の上方を向くｚ軸方向をｚ軸正方向とし、ｚ軸正方向と反対するもう一つの方向をｚ軸負方向とする。

ｚ軸信号処理部４３は、算出モジュールを含む。この算出モジュールは、受信した圧力信号から圧力値Ｆ₁及び識別子＋１、圧力値Ｆ₂及び識別子−１を抽出し、圧力値Ｆ₁とＦ₂、及び公式（１）に基づいて、ｚ軸の変位変化値を算出する。

ここで、Δｚはｚ軸の変位変化値であり、端末装置のインターフェース空間にある制御対象のｚ軸における変位変化を制御するためのものである。Δｚがプラスであれば、制御対象はインターフェース空間でｚ軸正方向へ移動し、Δｚがマイナスであれば、制御対象はインターフェース空間でｚ軸負方向へ移動する。

Ｆ₁は第１のｚ軸信号収集器４１が測った圧力値であり、制御対象のｚ軸正方向における変位変化に対応する。Ｆ₂は第２のｚ軸信号収集器４２が測った圧力値であり、制御対象のｚ軸負方向における変位変化に対応する。

ｌ₁はｚ軸正方向の公式係数であり、ｌ₂はｚ軸負方向の公式係数であり、ｌ₁とｌ₂はいずれもｚ軸信号処理部４３により設定される。

Ｖ₁は制御対象のインターフェース空間中のｚ軸正方向における移動速度であり、Ｖ₂は制御対象のインターフェース空間中のｚ軸負方向における移動速度である。本実施例において、Ｆ₁とＦ₂をそれぞれｚ軸正方向とｚ軸負方向における移動加速度に対応させて移動速度を算出する。Ｖ₁とＶ₁のデフォルトの初期速度は０であり、Ｖ₁とＶ₁の速度値はｚ軸信号処理部４３の記憶モジュールに記憶される。圧力値Ｆ₁とＦ₂を収集する都度に、Ｖ₁＝Ｖ₁´＋Ｆ_1*ｌ_1*Ｔ₁とＶ₂＝Ｖ₂´＋Ｆ_2*ｌ_2*Ｔ₂に基づいて、今回の移動速度を算出し、記憶された速度値を更新する。Ｖ₁´は前回算出された制御対象のｚ軸正方向における移動速度であり、Ｖ₂´は前回算出された制御対象のｚ軸負方向における移動速度である。

Ｔ₁はｚ軸正方向の圧力信号のサンプリング周期であり、Ｔ₂はｚ軸負方向の圧力信号のサンプリング周期である。Ｔ₁とＴ₂はともにｚ軸信号処理部４３によって設定され、Ｔ₁とＴ₂は同じであってもよい。

ｚ軸信号処理部４３は算出したΔｚをインターフェースチップ１に送信し、インターフェースチップ１は受信したΔｚを端末装置に送信し、端末装置はこのΔｚに基づいて、制御対象のインターフェース空間中のｚ軸方向における変位変化を制御する。

例えば、第１のｚ軸信号収集器４１が測った圧力値が５Ｎで、第２のｚ軸信号収集器４２が測った圧力値が１Ｎで、加速度値に等価変換される。単位はｍ/ｓ２である。ｌ₁とｌ₂の値をともに１とし、Ｔ₁とＴ₂の値をともに０.１ｓとすれば、公式（１）によって、

になり、ｚ軸の変位変化値を１.０２ｍと算出する。したがって、端末装置は、そのインターフェース空間にある制御対象をｚ軸正方向に沿って１.０２ｍの距離を移動するよう制御する。

第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２として、ピエゾ抵抗式圧力センサー、インダクタンス式圧力センサー、容量式圧力センサーなどを用いてよい。本実施例では、ピエゾ抵抗式圧力センサーが好ましい。

もう一つの実施例において、算出モジュールは、測った圧力値Ｆ₁とＦ₂をそれぞれ速度に直接に対応する変数とし、公式（２）によってΔｚを算出する。

ここで、ｌ₁とｌ₂は実際の状況に応じて設定される。

公式（１）によって算出されるΔｚと比べて、公式（１）は、第１のｚ軸信号収集器４１と第２のｚ軸信号収集器４２が測った圧力値を加速度に対応させて移動速度を算出するので、公式（１）によって算出されるΔｚは作用力による変位変化への影響をより高い感度で反映することができ、つまり、作用力Ｆ₁とＦ₂の変化によるｚ軸変位変化値Δｚへの影響がさらに顕著になる。

好ましくは、ｚ軸信号処理部４３の記憶モジュールはさらに圧力閾値Ｆ_Ψを記憶し、ｚ軸信号処理部４３は、圧力値Ｆ₁と圧力値Ｆ₂がそれぞれ圧力閾値Ｆ_Ψより小さくないかを判断するための判断モジュールをさらに含む。そして、圧力値Ｆ₁と圧力値Ｆ₂が圧力閾値Ｆ_Ψより小さくないと判断した場合に、ｚ軸信号処理部４３の算出モジュールはｚ軸の変位変化値を算出する。判断モジュールにより圧力値Ｆ₁と圧力値Ｆ₂が圧力閾値Ｆ_Ψより小さいと判断した場合には、この作用力が誤操作によるものとみなされるので、算出モジュールはｚ軸の変位変化値を算出しない。これにより、誤操作による制御対象への不必要な制御を避ける。

本実施例が提供するハンドコントロール装置のハンドコントロール方法は以下のステップを含む。

ステップＳ１１において、第１のｚ軸圧力センサー４１は、測った作用力に基づいて、この作用力の圧力値と第１のｚ軸圧力センサー４１の識別子を含む圧力信号を生成し、この圧力信号をｚ軸信号処理部４３に送信する。

第２のｚ軸圧力センサー４２は、測った作用力に基づいて、この作用力の圧力値と第２のｚ軸圧力センサー４２の識別子を含む圧力信号を生成し、この圧力信号をｚ軸信号処理部４３に送信する。

ステップＳ１２において、ｚ軸信号処理部４３は、受信した圧力信号から各圧力値と識別子を抽出し、各圧力値とサンプリング周期に基づいてｚ軸の変位変化値を算出してインターフェースチップ１に送信する。

ステップＳ１３において、インターフェースチップ１は受信したｚ軸の変位変化値を端末装置に送信し、端末装置は、ｚ軸の変位変化値に基づいて、端末装置のインターフェースにある制御対象のｚ軸方向における移動を制御する。

図２に示すように、本実施例のハンドコントロール装置は、上述した実施例１に回転信号処理部３２及び幾つかの回転信号収集器３１を追加したものである。本実施例において、回転信号収集器３１は８個を用いるのが好ましく、当然のことながら、８個より多くても少なくてもよい。

ここで、８個の回転信号収集器３１は、筐体８内の、底面に平行するある平面に配置される。これら８個の回転信号収集器３１は、この平面で等角度間隔で配置されるのが好ましい。各回転信号収集器３１はいずれも回転信号処理部３２に電気的に接続され、回転信号処理部３２はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。

各回転信号収集器３１はいずれも筐体８内での位置が固定されているので、各回転信号収集器３１はいずれも方位値を有し、その方位値を圧力信号のうちの角度値としている。例えば、ある回転信号収集器３１の角度値を０度と定義すれば、時計回り方向に順次に隣接する各回転信号収集器３１の角度値はそれぞれ４５度、９０度、１３５度…２７０度、３１５度となる。

回転信号収集器３１は、ハンドコントロール装置に対する操作の圧力を測るものであり、筐体８に作用する機械的エレルギーを圧力値に変換して、圧力情報と各回転信号収集器３１それぞれの角度値を含む圧力信号を生成し、この圧力信号を回転信号処理部３２に送信する。回転信号処理部３２は、受信した幾つかの圧力信号から最大圧力値及びそれに対応する角度値を抽出し、抽出した圧力値と角度値をインターフェースチップ１に送信する。インターフェースチップ１は、受信した圧力値と角度値を端末装置に送信する。例えば、角度値が０度である回転信号収集器３１からフィードバックした圧力値が最大の５Ｎであれば、回転信号処理部３２が抽出した情報は、圧力が５Ｎ、角度値が０度となる。

本実施例の回転信号収集器３１は圧力センサーであるのが好ましい。

例えば、制御対象が３Ｄ制御対象である場合に、端末装置は、角度値に基づいて制御対象の回転方位を特定し、圧力値に基づいて制御対象の回転速度を特定し、さらに圧力の持続時間＝ω×Ｔ（ωは角速度値であり、Ｔは回転信号収集器３１のサンプリング周期であり、固定なパラメーターである）に基づいて回転角速度の大きさを特定することができる。例を挙げて説明すると、圧力値が最大である回転信号収集器３１の角度値が４５度であれば、端末装置のインターフェース空間にある制御対象は４５度の方向に向かって回転する。圧力値が５Ｎである場合、制御対象が４５度方位で下に向かって回転する角速度を毎秒５度（°／ｓ）と設定し、ユーザーが押す時間が長ければ長いほど、制御対象の回転幅が大きくなる。この実施例のハンドコントロール装置は、３Ｄ制御対象に対する制御が極めて便利であり、人の感覚器官習慣に合うものである。当然のことながら、この実施例のハンドコントロール装置は、平面の制御対象に対する制御にも適用することができ、この場合、受けた圧力が最も大きい圧力センサーによって制御対象の水平移動方向が決められ、圧力の大きさによって制御対象の水平移動速度が決められ、圧力の持続時間によって水平移動の距離が決められる。

本実施例のハンドコントロール装置のハンドコントロール方法は以下のステップを含む。

ステップＳ２１において、各回転信号収集器３１は、測った作用力に基づいて圧力信号を生成し、この作用力の圧力値および対応する角度値を含む圧力信号を回転信号処理部３２に送信する。

ステップＳ２２において、回転信号処理部３２は、受信した幾つかの圧力信号から最大の圧力値に対応する圧力信号を選択し、この圧力信号の圧力値と角度値を抽出してインターフェースチップ１に送信する。

ステップＳ２３において、インターフェースチップ１は、受信した圧力値と角度値を端末装置に送信し、圧力値は端末装置のインターフェース空間にある制御対象の回転速度の制御に用いられ、角度値は制御対象の回転方位の制御に用いられる。

図３に示すように、本実施例のハンドコントロール装置は、上述した実施例２に主軌跡装置２１、補助軌跡装置２２、軌跡信号処理部２３を追加したものである。主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２はそれぞれ軌跡信号処理部２３に電気的に接続され、軌跡信号処理部２３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２はいずれも筐体８内に固定的に取り付けられている。好ましくは、主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２は、ハンドコントロール装置の底面に平行する同一の水平面或いはハンドコントロール装置に垂直する同一の鉛直面に位置する。

本実施例において上述した部品を追加した目的は、ハンドコントロール装置の平面的な操作および制御性能を向上させることにある。

主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２はいずれも自身の変位情報を収集することができる。この変位情報は主軌跡装置２１の移動平面のＸ方向の変位値Δxaとこの移動平面のＹ方向の変位値Δyaを含み、主軌跡装置２１の変位値（Δxa，Δya）はハンドコントロール装置の変位信号として軌跡信号処理部２３に送信される。ハンドコントロール装置の回転操作を体現するためには、さらに補助軌跡装置２２がその自身の変位情報を収集する必要がある。その変位情報と主軌跡装置２１の変位情報とを比べることで、ハンドコントロール装置の回転角度情報（この回転角度は主軌跡装置２１の所在する点を回転中心としたものである）が得られる。主軌跡装置２１は、筐体８のある水平面或いは鉛直面の中心に位置するのが好ましい。補助軌跡装置２２の変位情報を（Δxb，Δyb）とすると、回転角度は

である。ここで、Rは主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２との間の距離である。算出原理について図４を参照すると、A点は主軌跡装置２１の移動後の位置であり（説明しやすくするために、ここでは主軌跡装置２１が平面の移動を行わず、移動前後にA点にあると仮定する）、B点は補助軌跡装置２２の移動前の位置であり、C点は補助軌跡装置２２の移動後の位置である。二等辺三角形ABCの頂角は求める角度変化値である。CD=Δy_b−Δy_a、BD=Δx_b−Δx_aに基づいて、BC＝√（(Δx_b−Δx_a)²＋(Δy_b−Δy_a)²)を算出することができる。三角関数の公式に基づいて二等辺三角形の三つの辺の長さが得られ、以下の式が得られる。

以上のように、主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２の変位情報を収集することで、ハンドコントロール装置の変位信号と回転角度信号が得られ、この二つの信号値は軌跡信号処理部２３を介してインターフェースチップ１に転送され、これにより平面の操作及び制御対象に対する回転と変位の操作を実現し、すなわち平面的な操作及び制御の機能を実現する。

上述した主軌跡装置２１と補助軌跡装置２２は、赤外線送信機、レーザー送信機、およびボールラスターポジショナーなどでよい。

本実施例のハンドコントロール装置のハンドコントロール方法は、上述した実施例１の方法と比べて、さらに以下のステップを含む。

ステップＳ３１において、主軌跡装置２１は、自身の１サンプリング周期内の座標の変化量を検出し、主軌跡装置２１の変位信号を生成する。変位信号は、主軌跡装置２１の変位値（△xa，△ya）と識別子を含む。そして、主軌跡装置２１は、主軌跡装置２１の変位信号を軌跡信号処理部２３に送信する。

補助軌跡装置２２は、自身の１サンプリング周期内の座標の変化量を検出し、補助軌跡装置２２の変位信号を生成する。補助軌跡装置２２の変位信号は、補助軌跡装置２２の変位値（△xb，△yb）と識別子を含む。そして、補助軌跡装置２２は、補助軌跡装置２２の軌跡信号を軌跡信号処理部２３に送信する。

ステップＳ３２において、軌跡信号処理部２３は、受信した軌跡信号及び公式

に基づいて、ハンドコントロール装置の回転角度値を算出し、主軌跡装置２１の変位値をハンドコントロール装置の変位値とし、そしてこの変位変化値に対応する識別子を記憶する。

ステップＳ３３において、軌跡信号処理部２３は、算出した回転角度値と変位値をインターフェースチップ１を介して端末装置に送信する。変位値は、制御対象のインターフェース空間中のＸ軸とＹ軸における移動値の制御に用いられ、回転角度は、インターフェース空間にある制御対象の回転角度の制御に用いられる。

本実施例は、実施例３と比べ、補助軌跡装置２２の代わりに角度検出器を用いて、ハンドコントロール装置の回転角度値を収集するという相違点がある。

この角度検出器は、筐体８内に固定された回転軸と、回転軸に嵌め込まれた発条式ポインタを含む。筐体８が回転しないと、回転軸も回転せず、発条式ポインタが初期位置に存在し、角度はゼロで、弾力値もゼロである。筐体８が回転すると、回転軸は筐体８と共に回転するが、発条式ポインタは動かないままであるので、発条式ポインタと回転軸とは一定の角度をなし、弾力値を発生することになる。弾力の方向を規定することができる。例えば、回転軸が時計回りに回転する場合に発条式ポインタが発生する弾力の方向がプラスであり、回転軸が反時計回りに回転する場合に発条式ポインタが発生する弾力の方向がマイナスであると規定することができる。軌跡信号処理部２３は、ある時間帯の時間の長さ及びその時間帯内の発条式ポインタの弾力値を計測し、その弾力値を角速度ω（単位：ラジアン／秒）に換算し、そして、角度変化率と時間値を積分演算して、この時間帯内の回転角度値Δ∠βが得られる。公式は以下の通りである。

そして、軌跡信号処理部２３はこの回転角度値をインターフェースチップ１に送信し、インターフェースチップ１は、受信した回転角度信号と主軌跡装置２１が送信した変位信号を併せて端末装置に送信する。

実際に、角度検出装置は、ハンドコントロール装置の移動中の回転角度値を検出できれば良く、多様なバリエーションを有することができる。

本実施例のハンドコントロール装置は、実施例２と同様に、平面コントロールに対する方向の制御や平行移動の操作などの操作及び制御に適用することができる。

図５に示すように、本実施例のハンドコントロール装置は、上述した実施例３に左接触圧信号収集器５１、右接触圧信号収集器５２、接触圧信号処理部５３を追加したものである。左接触圧信号収集器５１及び右接触圧信号収集器５２はそれぞれ接触圧信号処理部５３に電気的に接続され、接触圧信号処理部５３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。

実際に、接触圧信号収集器は一つまたは複数設置してもよい。

左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２は、作用力をセンシングすると、それぞれ接触圧情報を含む接触圧信号を生成し、この接触圧信号は圧力値及びこの接触圧信号収集器の識別子を含む。そして、左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２は、生成した接触圧信号をそれぞれ接触圧信号処理部５３に送信する。接触圧信号処理部５３は、受信した接触圧信号から接触圧情報を抽出し、それを２組の接触圧情報を含む情報組に合併し、情報組をインターフェースチップ１に送信する。インターフェースチップ１は、受信した情報組を端末装置に送信する。接触圧信号収集器を一つしか設けていない場合は、接触圧信号処理部５３は受信した接触圧信号をインターフェースチップ１に転送することしかしない。

本実施例において、接触圧情報は、端末装置のプログラムへ対応する動作を実行するよう指示するものである。例えば、左接触圧信号収集器５１によって端末装置のインターフェース空間にあるプレイヤーのプレイボタンを制御するとき、圧力値の大きさはプレイの速さに対応し、連続するＮ個のサンプリング周期の圧力は下位のメニューをポップアップ表示するか否かに対応するなどである。識別子は、この情報がどの接触圧信号収集器からのものかを表し、他の圧力センサーが送信した信号と混乱しないようにするためのものである。

接触圧信号収集器は、ピエゾ抵抗式圧力センサー、インダクタンス式圧力センサー、容量式圧力センサー、共振式圧力センサー、電気抵抗歪みゲージ式圧力センサー、半導体歪みゲージ式圧力センサー、容量式加速度センサー及びマイクロスイッチなどでよい。ピエゾ抵抗式圧力センサーは、価格が極めて低く、高精度及び優れた線形特性を有するので、本実施例ではピエゾ抵抗式圧力センサーを接触圧信号収集器として採用するのが好ましい。

筐体８における各圧力センサーに対応する位置は活動可能に設置され、これにより、押したとき接触圧信号収集器に接触して接触圧信号を発生することができるようになる。

本実施例のハンドコントロール装置のハンドコントロール方法は、上述した実施例２の方法と比べて、さらに以下のステップを含む。

ステップＳ４１において、各接触圧信号収集器は、作用力をセンシングし、この作用力の圧力値及びこの左接触圧信号収集器の識別子が含まれる接触圧情報を含む接触圧信号を生成し、接触圧信号を接触圧信号処理部５３に送信する。

ステップＳ４２において、接触圧信号処理部５３は、接触圧信号をインターフェースチップ１を介して端末装置に送信する。

本実施例は、上述した実施例１と比べ、左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２と接触圧信号処理部５３を追加したという相違点がある。左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２はそれぞれ接触圧信号処理部５３に電気的に接続され、接触圧信号処理部５３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。

追加した部分の機能および原理は実施例５と同じであるので、ここでは再び述べない。

本実施例は、実施例２と比べ、左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２と接触圧信号処理部５３を追加したという相違点がある。左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２はそれぞれ接触圧信号処理部５３に電気的に接続され、接触圧信号処理部５３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。

本実施例は、実施例３と比べ、左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２と接触圧信号処理部５３を追加したという相違点がある。左接触圧信号収集器５１と右接触圧信号収集器５２はそれぞれ接触圧信号処理部５３に電気的に接続され、接触圧信号処理部５３はインターフェースチップ１に電気的に接続されている。

追加した部分の機能と原理は実施例５と同じであるので、ここでは再び述べない。

本実施例が提供するハンドコントロール装置は、マウスの代わりに、例えばコンピューターの端末装置に適用することができる。ユーザーは、ハンドコントロール装置に圧力操作を行うことで、コンピューターのインターフェース空間にある制御対象に対する制御を実現することができる。本発明のハンドコントロール装置は、従来のような平面的な操作および制御機能だけではなく、制御対象に対する立体的な操作および制御も実現することができる。特に３Ｄ制御対象に対して、３Ｄ制御対象のインターフェース空間のｚ軸方向における制御を実現することで、制御対象に対して平面・立体的に全方位的な制御を行うことができる。

当業者であれば、上述した実施例の一部或いは全てのプロセスは、コンピュータプログラムによって関連するハードウェアを指示することにより実現でき、前記プログラムはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶でき、このプログラムの実行に、上述した各実施例のプロセスが含まれることができる。ここで、上述した記憶媒体は、磁気ディスク、光ディスク、リードオンリーメモリ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）或いはランダムアクセスメモリ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）などでよい。

以上に述べたのは、本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲は、これに限定されず、この技術分野に熟知する任意の業者が本発明に開示された技術的範囲内で容易に想到できる変更や置き換えにまで及ぶ。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲を基準とすべきである。

本発明の実施例が提供する空中ハンドコントロール装置は、コンピュータの周辺機器の分野に適用することができ、従来のような平面的な操作および制御機能を実現するだけではなく、特に３Ｄゲームや３Ｄモデリング操作などの場合にも適用可能で、制御対象に対する立体的な操作および制御を実現することができる。３Ｄ制御対象に対して、３Ｄ制御対象のインターフェース空間のｚ軸方向における制御を実現することで、制御対象に対して平面・立体的に全方位的な制御を行うことができる。

１インターフェースチップ
２１主軌跡装置
２２補助軌跡装置
２３軌跡信号処理部
３１回転信号収集器
３２回転信号処理部
４１第１のｚ軸信号収集器
４２第２のｚ軸信号収集器
４３ｚ軸信号処理部
４５コネクティングロッド
５１左接触圧信号収集器
５２右接触圧信号収集器
５３接触圧信号処理部
８筐体

Claims

筐体を含み、前記筐体内に端末装置と通信するためのインターフェースチップが取り付けられているハンドコントロール装置であって、
前記筐体内には、さらに、
第１の作用力を測るための第１のｚ軸信号収集器であって、前記第１の作用力の大きさを表す第１の圧力値と前記第１のｚ軸信号収集器を識別するための第１の識別子を含む第１のｚ軸信号を生成する第１のｚ軸信号収集器と、
第２の作用力を測るための第２のｚ軸信号収集器であって、前記第２の作用力の大きさを表す第２の圧力値と前記第２のｚ軸信号収集器を識別するための第２の識別子を含む第２のｚ軸信号を生成する第２のｚ軸信号収集器と、
前記第１のｚ軸信号収集器と前記第２のｚ軸信号収集器と前記インターフェースチップに接続され、受信した前記第１のｚ軸信号から前記第１の圧力値を抽出し、受信した前記第２のｚ軸信号から前記第２の圧力値を抽出し、前記第１の圧力値と前記第２の圧力値とサンプリング周期に基づいて、端末装置のインターフェース空間にある制御対象の、ｚ軸方向における変位変化を制御するためのｚ軸変位変化値を算出し、前記ｚ軸変位変化値を前記インターフェースチップを介して前記端末装置に送信するｚ軸信号処理部と、が取り付けられ、
前記ｚ軸方向は、前記制御対象のインターフェース空間での垂直方向であり、前記第１のｚ軸信号収集器は、コネクティングロッドによって前記筐体内に取り付けられ、前記コネクティングロッドの両端または一端への第１の作用力を測り、前記第１の作用力は前記制御対象のインターフェース空間中のｚ軸正方向における変位に対応することを特徴とするハンドコントロール装置。
前記ｚ軸信号処理部は算出モジュールを含み、前記算出モジュールは、以下の公式によって前記ｚ軸変位変化値を算出し、

ここで、Δｚは前記ｚ軸変位変化値であり、Ｆ_１は前記第１の圧力値であり、Ｆ_２は前記第２の圧力値であり、ｌ_１はｚ軸正方向の公式係数であり、ｌ_２はｚ軸負方向の公式係数であり、Ｔ_１は前記第１のｚ軸信号のサンプリング周期であり、Ｔ_２は前記第２のｚ軸信号のサンプリング周期であり、Ｔ_１とＴ_２はいずれも前記ｚ軸信号処理部により設定されることを特徴とする請求項１に記載のハンドコントロール装置。
前記ｚ軸信号処理部は算出モジュールを含み、前記算出モジュールは、以下の公式によって前記ｚ軸変位変化値を算出し、

ここで、Δｚはｚ軸変位変化値であり、Ｆ_１は前記第１の圧力値であり、Ｆ_２は前記第２の圧力値であり、ｌ_１はｚ軸正方向の公式係数であり、ｌ_２はｚ軸負方向の公式係数であり、Ｖ_１は前記端末装置のインターフェース空間にある制御対象のｚ軸正方向における移動速度であり、Ｖ_２は前記制御対象のｚ軸負方向における移動速度であり、且つＶ_１＝Ｖ_１´＋Ｆ_１＊ｌ_１＊Ｔ_１、Ｖ_２＝Ｖ_２´＋Ｆ_２＊ｌ_２＊Ｔ_２であり、Ｖ_１´は前回算出した前記制御対象のｚ軸正方向における移動速度であり、Ｖ_２´は前回算出した前記制御対象のｚ軸負方向における移動速度であり、Ｔ_１は前記第１のｚ軸信号のサンプリング周期であり、Ｔ_２は前記第２のｚ軸信号のサンプリング周期であり、Ｔ_１とＴ_２はいずれも前記ｚ軸信号処理部により設定されることを特徴とする請求項１に記載のハンドコントロール装置。
前記ｚ軸信号処理部は、毎回算出した前記制御対象の前記ｚ軸正方向における移動速度及び前記ｚ軸負方向における移動速度を記憶するための記憶モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のハンドコントロール装置。
前記記憶モジュールは、さらに圧力閾値Ｆ_Ψを記憶し、
前記ｚ軸信号処理部は、前記第１の圧力値Ｆ_１と前記第２の圧力値Ｆ_２がそれぞれ前記圧力閾値Ｆ_Ψより小さくないかを判断するための判断モジュールをさらに含み、
前記算出モジュールは、前記判断モジュールにより前記第１の圧力値Ｆ_１と前記第２の圧力値Ｆ_２が前記圧力閾値Ｆ_Ψより小さくないと判断した場合に、前記ｚ軸変位変化値を算出することを特徴とする請求項４に記載のハンドコントロール装置。
前記第２のｚ軸信号収集器は、前記筐体内の頂部に取り付けられ、前記筐体の頂部への第２の作用力を測り、前記第２の作用力は前記制御対象のインターフェース空間中のｚ軸負方向における変位に対応することを特徴とする請求項１に記載のハンドコントロール装置。
前記筐体内には、さらに、
それぞれ第３の作用力を測り回転信号を生成するための幾つかの回転信号収集器であって、前記回転信号は、前記第３の作用力の大きさを表す第３の圧力値と各前記回転信号収集器の前記ハンドコントロール装置における位置の角度値とを含む回転信号収集器と、
各前記回転信号収集器と前記インターフェースチップに電気的に接続され、各前記回転信号から各第３の圧力値と角度値を抽出し、各前記第３の圧力値と角度値を前記インターフェースチップを介して前記端末装置に送信するための回転信号処理部と、
が取り付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハンドコントロール装置。
前記筐体内には、さらに、
前記ハンドコントロール装置の変位値を検出し、前記変位値を含む変位信号を送信するための主軌跡装置と、
前記ハンドコントロール装置の回転角度値を検出し、前記回転角度値を含む角度信号を送信するための角度検出器と、
前記主軌跡装置と前記角度検出器と前記インターフェースチップに電気的に接続され、受信した前記変位信号から前記変位値を抽出し、受信した前記角度信号から前記回転角度値を抽出し、前記変位値と前記回転角度値を前記インターフェースチップを介して前記端末装置に送信するための軌跡信号処理部と、が取り付けられ、
前記変位値と前記回転角度値は、それぞれ前記端末装置のインターフェース空間にある制御対象の平面での移動と回転に対する制御に用いられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハンドコントロール装置。
前記筐体内には、さらに、
自身の変位値を収集して前記ハンドコントロール装置の変位値とし、前記変位値を含む変位信号を送信するための主軌跡装置と、
自身の変位値を収集し、その変位値と前記主軌跡装置の変位値に基づいて、前記ハンドコントロール装置の回転角度値を算出するための補助軌跡装置と、が取り付けられ、
前記主軌跡装置の変位値と前記回転角度値は、それぞれ前記端末装置のインターフェース空間にある制御対象の平面での移動と回転に対する制御に用いられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハンドコントロール装置。
前記補助軌跡装置は、以下の公式に基づいて前記回転角度値を算出し、

ここで、Δ∠αは前記回転角度値であり、Δx_ａ、Δy_ａはそれぞれ前記主軌跡装置のその移動平面のＸ軸とＹ軸における変位値であり、Δx_b、Δy_bはそれぞれ前記補助軌跡装置のその移動平面のＸ軸とＹ軸における変位値であり、Rは前記主軌跡装置と前記補助軌跡装置との間の距離であることを特徴とする請求項９に記載のハンドコントロール装置。
前記筐体内には、さらに、
第４の作用力を測り接触圧信号を生成するための接触圧信号収集器であって、前記接触圧信号は前記第４の作用力の大きさを表す第４の圧力値と前記接触圧信号収集器を識別するための第４の識別子を含む接触圧信号収集器と、
前記接触圧信号収集器と前記インターフェースチップに電気的に接続され、受信した前記接触圧信号から第４の圧力値と第４の識別子を抽出し、前記第４の圧力値と前記第４の識別子をインターフェースチップを介して前記端末装置に送信するための接触圧信号処理部と、
が取り付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハンドコントロール装置。