JP2005202545A - Contact type information input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パソコン等の種々の機器に対して利用者が位置制御信号や画面制御信号等の各種の情報信号を、手指や掌等による接触動作によって入力することができるようにした接触型情報入力装置に関する。 The present invention is a contact-type information that allows a user to input various information signals such as a position control signal and a screen control signal to various devices such as a personal computer by a contact operation with a finger or a palm. It relates to an input device.
例えばパソコンにおいては図４に示すように、演算機能を含め種々の機能を備えたパソコン本体２１に対して、利用者への情報出力のためにディスプレイ２２を備え、利用者はこのディスプレイ２２に表示された情報に基づき、必要に応じて要求する処理をキーボード２３或いはマウス２４を指で操作することによってパソコン本体２１に対して入力し、パソコン本体２１ではさらにその要求に応じて処理した出力をディスプレイ２２に表示する、グラフィックインターフェースの利用がなされている。 For example, as shown in FIG. 4, a personal computer is provided with a display 22 for outputting information to a user with respect to a personal computer main body 21 having various functions including a calculation function. Based on the received information, the requested processing is input to the personal computer main body 21 by operating the keyboard 23 or the mouse 24 with a finger, and the personal computer main body 21 further displays the output processed according to the request. The graphic interface displayed on the screen 22 is used.
このような処理はパソコンに限らず、各種機器の操作においても機器とその操作を行う利用者との間で常に行われており、電気機器の操作のように複雑な操作を行う際には機器本体、或いはリモコン等の操作部に液晶等の表示部を設けて、前記パソコンの操作と同様に利用者はその表示部に表示された情報に基づきに順に希望する処理を選択し、操作部を指で操作しながら指示していくことが行われている。 Such processing is not limited to a personal computer, and is always performed between the device and the user who operates the device even when operating various devices. When performing complex operations such as the operation of electrical devices, the device A display unit such as a liquid crystal is provided on the operation unit such as the main body or a remote controller, and the user selects a desired process in order based on the information displayed on the display unit in the same manner as the operation of the personal computer. Instructions are given while operating with a finger.
上記のような各種機器の操作のために利用者が機器に対して各種情報を入力する際には、パソコンの場合にはキーボードによってキー入力し、またキー操作やマウスによってカーソルを移動して種々の指示を行うことができるものであるが、比較的操作が単純であるマウスの操作においても、マウスを平面上で移動させてカーソルやポインターを移動する必要があり、少なくとも手首の細かな移動操作を必要とする。また、そのような移動操作に引き続いて確定入力の指先操作を必要とし、時にはマウスの右クリックと左クリックを使い分け、ドラッグ操作を別途行うこともあり、マウス操作に慣れない人にとっては煩わしい操作を行わざるを得なくなる。 When a user inputs various information to the device for the operation of the various devices as described above, in the case of a personal computer, the user inputs keys using the keyboard, and the cursor is moved by the key operation or the mouse. Even in mouse operations that are relatively simple to operate, it is necessary to move the cursor and pointer by moving the mouse on a flat surface, and at least fine wrist movement operations Need. In addition, it is necessary to perform a fingertip operation for confirmation input following such a movement operation, sometimes using a right click and left click of the mouse separately, and performing a drag operation separately, which is troublesome for those who are not familiar with mouse operations. It must be done.
一方、上記のように各種機器の操作のために利用者が指示を行い、また機器が利用者に情報を提示するには、通常の利用者に対しては情報を視覚で感知することができる表示部を備え、利用者はその表示部を視認して情報を得ることができ、更に次の操作を行うことができるようにしている。しかしながら、視覚に障害のある人にとっては前記ディスプレイ等の表示部に表示された情報を見ることができないので、パソコン等の機器の操作を行うことができず、晴眼者すなわち一般の人と比較して大きなハンディーを負わざるを得なかった。 On the other hand, when a user gives an instruction to operate various devices as described above and the device presents information to the user, the information can be sensed visually for a normal user. A display unit is provided so that the user can obtain information by visually recognizing the display unit and can perform the following operations. However, since a person with visual impairment cannot see the information displayed on the display unit such as the display, it is impossible to operate a device such as a personal computer, and compared with a sighted person, that is, a general person. I had to bear a big handicap.
その対策としてキーボードやファンクションキー等に帯状のタッチセンサーを設け画面をスクロールするもの、画面部分をタッチセンサー機能にしてこれを操作するもの、或いはジョイスティック等により操作するものは、画面をほとんど見ることができない人にとっては無意味である。また、マギール大学のPANTOGRAPHや、ロジクール社のＷＩＮＧＭＡＮのような、マウス機能と力・振動覚フィードバック機能を備えた力覚デバイスも提案されているが、前記のような操作性の悪さは改善されていない。またこれらの技術においては、パソコン等の機器から図形情報を含む情報を触覚で出力する装置との組み合わせについては全く考慮されていない。 As a countermeasure, the one that scrolls the screen with a band-shaped touch sensor on the keyboard or function key, the one that operates with the screen part as a touch sensor function, or the one that operates with a joystick etc. can almost see the screen. It is meaningless for those who cannot. Also, haptic devices with mouse functions and force / vibration feedback functions such as PANTOGRAPH at Magir University and WINGMAN from Logitech have been proposed, but the above-mentioned poor operability has been improved. Absent. In these techniques, no consideration is given to a combination with a device that outputs tactile information including graphic information from a device such as a personal computer.
また、ディスプレイ等の表示を全く見ることができない人のために、例えば図５に示すような表面に多数の突出自在のピンを備えた接触表示部２５を設け、このドット状に突出するピンを任意に制御することによりその突出部によって図形や文字等を表示し、これを指で触る利用者に対して触覚により図形や文字等の情報を出力するピンディスプレイ装置が提案されている。 Further, for those who cannot see the display or the like at all, a contact display unit 25 having a number of freely projecting pins is provided on the surface as shown in FIG. 5, for example. A pin display device has been proposed in which a figure, a character, or the like is displayed by the protruding portion by arbitrarily controlling, and information such as a figure, a character, etc. is output by touch to a user who touches it with a finger.
この装置は例えば図６に示すように、外枠２６の上面２７に多数のドット形成部２８を縦横等間隔に多数設け、これに例えば同図（ｂ）に示すような「Ａ」という文字を表示する際には、その一部を拡大して示す同図（ｃ）における４つのドット形成部２８について、同図（ｄ）にその断面図を示すように、枠体上面２７に等間隔に多数形成した摺動孔３０にピン３１を摺動自在に収納し、これをその下方から別途設けた駆動装置によって個々に上下動可能としている。この各駆動装置をパソコン本体２１等により制御することにより、図６（ｂ）及び（ｃ）の黒色で示す部分について同図（ｄ）に示すようにピン３１を枠体の上面２７から突出させるようにし、接触表示装置３３を構成している。 In this apparatus, for example, as shown in FIG. 6, a large number of dot forming portions 28 are provided on the upper surface 27 of the outer frame 26 at equal intervals in the vertical and horizontal directions. For example, the letter “A” as shown in FIG. When displaying, the four dot forming portions 28 in FIG. 4C, which are enlarged in part, are equally spaced on the frame upper surface 27 as shown in the sectional view of FIG. Pins 31 are slidably accommodated in a large number of formed slide holes 30 and can be individually moved up and down by a drive device provided separately from below. By controlling each driving device by the personal computer main body 21 or the like, the pin 31 is protruded from the upper surface 27 of the frame body as shown in FIG. 6 (d) in the black portions of FIGS. 6 (b) and 6 (c). Thus, the contact display device 33 is configured.
上記のような装置を用いることにより、図６に示す機構によって「Ａ」のような文字を図形として表示し、これを目の不自由な利用者が指先、或いは掌で触り、あらかじめ記憶していた知識によって「Ａ」という情報を知ることができる。この接触表示部２５には同様にして他の文字のほか種々の図形も表示することができ、利用者は指先等でこれらの情報を知ることができる。 By using the device as described above, a character such as “A” is displayed as a figure by the mechanism shown in FIG. 6, and this is stored in advance by a visually impaired user touching it with a fingertip or palm. The information “A” can be known by the knowledge obtained. In the same manner, other characters as well as various figures can be displayed on the contact display unit 25, and the user can know the information with a fingertip or the like.
また図５に示す装置においては、接触表示部２５の手前側に押しボタン３４等を配置し、これを指先等で操作することにより確認の意思の入力、次の情報表示の指示、さらには大きな図面のスクロール表示も可能としている。それにより、指先等で接触表示部３３を触った感覚により情報を理解し、更に利用者の意志を押しボタンの操作によってパソコン等の機器に入力することにより、利用者は多くの情報を取り込み、また各種機器に対して操作指示等の情報を入力することができるようになる。 Further, in the apparatus shown in FIG. 5, a push button 34 or the like is arranged on the front side of the contact display unit 25 and is operated with a fingertip or the like to input an intention of confirmation, an instruction to display the next information, or even a large It is also possible to scroll the drawing. As a result, the user understands the information by touching the contact display unit 33 with a fingertip or the like, and further inputs the user's will to a device such as a personal computer by operating a push button. In addition, information such as operation instructions can be input to various devices.
なお、利用者がパソコン等に入力するに際して、操作部材表面に圧力センサを設け、更に操作部材の操作を６軸センサによって検出したものは下記の特許文献１に記載されている。
前記のような、パソコンの操作におけるキーボードやマウスの操作の煩わしさを解消するためには、例えばディスプレイをタッチパネル式にし、ディスプレイの所定位置を触ることにより操作指示入力を行うことも行われている。しかしながら、カーソルやポインターの操作には不向きであり、連続して長時間画面にタッチすることは多くの労力を必要とする。したがって、手や指の操作をできる限り行わずに、各種機器に対して所望の情報を入力することができる手段が望まれている。 In order to eliminate the troublesome operation of the keyboard and the mouse in the operation of the personal computer as described above, for example, the display is made into a touch panel type, and an operation instruction is input by touching a predetermined position of the display. . However, it is not suitable for cursor and pointer operations, and it requires a lot of labor to continuously touch the screen for a long time. Therefore, there is a demand for means capable of inputting desired information to various devices without performing hand and finger operations as much as possible.
また、前記のようなピン３１を枠体の上面２７から任意に突出させ、図形を含む各種情報を接触表示部２５に出力し、利用者がこれを指先や掌で触ることによりその情報を知り、更に押しボタン等を操作して機器に情報を入力するようにしたものにおいては、従来から提案されている各種の装置に比較して利用者が多くの情報を指先等で知ることができる特徴をもつものであるが、前記のように利用者が情報を機器に入力する際に指先等で情報を入力した後、この接触表示部３５から指等を離して押しボタン等の操作を行う必要があり、その操作は煩わしいものとならざるを得ない。 Further, the pin 31 as described above is arbitrarily projected from the upper surface 27 of the frame body, and various information including figures is output to the contact display unit 25, and the user knows the information by touching it with the fingertip or palm. Furthermore, in the case where information is input to the device by operating a push button or the like, the user can know a lot of information with a fingertip or the like as compared with various conventionally proposed devices. However, when the user inputs information to the device as described above, the user needs to operate the push button etc. after releasing the finger from the contact display unit 35. Therefore, the operation must be troublesome.
例えば、視覚障害者が視覚を介さずに画面上の特定の図形を選択するような場合、何らかの方法でマウスポインターを制御して図形に重ねてクリックする必要があるが、そこでは図形の認識、マウスポインターの認識と制御が多数必要となる。例えば上記の装置において、接触表示部３５を指先等で注意深く触ってその情報を知った後、指先等をその接触表示部３５から離して別の部分を操作し、再び接触表示部３５に触ったとき、特に図形のスクロール等によって僅かしか相違していないときには、先に触った図形とどのように変化したかを知ることは実質的にできない。 For example, when a visually impaired person selects a specific figure on the screen without using sight, it is necessary to control the mouse pointer in some way and click on the figure. A lot of mouse pointer recognition and control is required. For example, in the above apparatus, after touching the contact display unit 35 with a fingertip or the like to know the information, the fingertip or the like is moved away from the contact display unit 35 to operate another part, and the contact display unit 35 is touched again. In particular, when there is only a slight difference due to the scrolling of the figure, it is practically impossible to know how it has changed from the figure touched earlier.
したがって本発明は、各種機器に対して情報を入力するに際し、手や指の操作をできる限り行わないようにすることを主たる目的とし、また、各種機器から出力された情報をドット状に配置したピンを備えた接触式出力装置に表示出力し、利用者がこれを指先等で接触してその情報を得る装置において、利用者がこの接触面を触ったまま、機器に対して利用者の意志を入力し、機器の操作指示等の情報入力を容易に行うことができるようにした接触型情報入力装置を提供することを本発明の課題としている。 Accordingly, the main object of the present invention is to minimize the operation of hands and fingers when inputting information to various devices, and information output from various devices is arranged in a dot shape. In a device that displays information on a contact-type output device equipped with a pin and the user touches it with a fingertip etc. to obtain the information, the user's will to the device while touching the contact surface It is an object of the present invention to provide a contact-type information input device that can easily input information such as operation instructions for devices.
本発明は上記課題を解決するため、剛体に設えられた接触面を手指や掌等で押すことにより剛体に加わる力および力のモーメントの３次元要素を固定点で測定し、接触位置である加重中心位置を算出する。更に、押力の方向や大きさ、操作の持続等により変化する測定値をパタン分類し、ＰＣ等情報機器における位置制御や画面制御を接触動作により行うことができる各種機器のための情報入力機構としたものである。 In order to solve the above problems, the present invention measures a three-dimensional element of a force and a moment of force applied to a rigid body by pressing a contact surface provided on the rigid body with a finger, a palm, or the like at a fixed point, and is a load that is a contact position. The center position is calculated. Furthermore, the information input mechanism for various devices that can classify the measured values that change according to the direction and magnitude of the pressing force, the duration of operation, etc., and perform position control and screen control on information devices such as PCs by contact operation. It is what.
即ち、本発明による接触型情報入力装置は前記課題を解決するため、操作入力治具を支持台に片持梁式に支持すると共に、該操作入力治具の自由端部側を利用者による接触操作部とし、前記操作入力治具の支持台への支持部に６軸センサーを設け、前記操作入力治具の接触操作部に作用する利用者による操作力の６軸の方向と各力の大きさを前記６軸センサーにより検出し、前記６軸センサーによる前記検出値を利用者による機器への入力情報としたものである。 That is, in order to solve the above problems, the contact type information input device according to the present invention supports the operation input jig in a cantilever manner on the support base and contacts the free end portion of the operation input jig by the user. A 6-axis sensor is provided on the support portion of the operation input jig to the support base, and the direction of the six axes of the operation force applied by the user acting on the contact operation portion of the operation input jig and the magnitude of each force. This is detected by the 6-axis sensor, and the detected value by the 6-axis sensor is used as input information to the device by the user.
また、本発明による他の接触型情報入力装置は、前記操作入力治具の接触操作部には、利用者の接触により利用者に情報を出力する接触式出力装置を備え、前記６軸センサーは前記接触式出力装置の接触面に作用する利用者による操作力を検出するようにしたものである。 In another contact type information input device according to the present invention, the contact operation unit of the operation input jig includes a contact type output device that outputs information to the user by contact of the user, and the six-axis sensor includes: The operation force by the user acting on the contact surface of the contact-type output device is detected.
また、本発明による他の接触型情報入力装置は、前記接触式出力装置を、接触面にドット状に突出する複数のピンでとしたものである。 In another contact-type information input device according to the present invention, the contact-type output device is a plurality of pins protruding in a dot shape on the contact surface.
また、本発明による他の接触型情報入力装置は、前記接触型情報入力装置を、パソコンの入力装置として用いたものである。 In another contact information input device according to the present invention, the contact information input device is used as an input device of a personal computer.
また、本発明による他の接触型情報入力装置は、前記接触操作部に熱を与える手段を設け、利用者による接触操作部の熱の知覚により利用者に情報を出力するようにしたものである。 According to another contact-type information input device of the present invention, means for applying heat to the contact operation unit is provided, and information is output to the user by the user's perception of heat of the contact operation unit. .
本発明は各種機器に対して情報を入力するに際し、操作部に指先等を接触させたままで所定の方向に力を加えることにより、ポイティング、クリック、ダブルクリック、スクロール等を行うことができる。特に接触式表示装置と組み合わせることにより、重度の視覚障害者でも触覚による図形の認識と、その認識に基づいた利用者による情報の入力を容易に行うことができるようになる。 When inputting information to various devices, the present invention can perform pointing, clicking, double-clicking, scrolling, and the like by applying a force in a predetermined direction while keeping a fingertip or the like in contact with the operation unit. In particular, by combining with a contact-type display device, even a severely visually handicapped person can easily recognize a figure by touch and input information by the user based on the recognition.
各種機器に対して情報を入力するに際し、操作部に指先等を接触させたまま種々の情報を入力することができるようにするため、操作入力治具を支持台に片持梁式に支持すると共に、該操作入力治具の自由端部側を利用者による接触操作部とし、前記操作入力治具の支持台への支持部に６軸センサーを設け、前記操作入力治具の接触操作部に作用する利用者による操作力の６軸の方向と各力の大きさを前記６軸センサーにより検出し、前記６軸センサーによる前記検出値を利用者による機器への入力情報とした。 When inputting information to various devices, the operation input jig is supported in a cantilever manner on the support base so that various information can be input with the fingertips etc. in contact with the operation unit. At the same time, a free operation side of the operation input jig is used as a contact operation part by a user, a 6-axis sensor is provided on a support part of the operation input jig to the support base, and a contact operation part of the operation input jig is provided. The 6-axis direction and the magnitude of each force of the operating force by the user who acts are detected by the 6-axis sensor, and the detected value by the 6-axis sensor is used as input information to the device by the user.
図１は本発明の第１実施例を模式的に示したものであり、本発明を接触型情報入力装置を接触式入出力装置１０に適用した例を示している。図１に示す接触式入出力装置１０は、前記図５に示す従来の装置の接触表示部をそのまま適用した接触表示装置１１を備えており、目の不自由な利用者はその表面である接触面１２を、図中模式的に小さく示す手１３の指先等でなぞり、例えば図１（ｂ）に示すような「Ａ」の図形としての文字を知ることができるようにしている。 FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the present invention, and shows an example in which the present invention is applied to a contact type input / output device 10. A contact type input / output device 10 shown in FIG. 1 includes a contact display device 11 in which the contact display unit of the conventional device shown in FIG. 5 is applied as it is. The surface 12 is traced with the fingertip of a hand 13 schematically shown in the drawing so that, for example, a character as a figure “A” as shown in FIG. 1B can be known.
図１に示す接触式入出力装置１０においても同図（ｃ）及び（ｄ）に示すように、前記図５（ｃ）及び（ｄ）と同様の機構からなる接触式出力装置としての接触表示装置１１によって作動するものであり、この装置においても枠体表面１４に等間隔に多数形成した摺動孔１５にピン１６を摺動自在に収納し、これをその下方から別途設けた駆動装置によって個々に上下動可能としている。この各駆動装置をパソコン本体等の機器によって制御することにより、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すような黒色で示す部分を同図（ｄ）に示すように、ピン１６を枠体表面１４から突出させるようにし、接触表示装置１１を構成している。 Also in the contact type input / output device 10 shown in FIG. 1, as shown in FIGS. 5C and 5D, the contact display as a contact type output device having the same mechanism as in FIGS. 5C and 5D. The device 11 is operated by this device, and also in this device, pins 16 are slidably accommodated in sliding holes 15 formed in a large number at equal intervals on the surface 14 of the frame, and this is provided by a drive device provided separately from below. It can be moved up and down individually. By controlling each driving device by a device such as a personal computer main body, the pin 16 is attached to the surface of the frame body as shown in FIG. 1 (d) in black as shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c). 14, the contact display device 11 is configured.
上記のような接触表示装置１１を図１（ａ）に示す実施例においては、片持梁式の支持治具１７に固定し、支持治具１７の支持端部を支持台１８の側壁１９に回動自在に支持している。この支持端部には６軸センサー１５を設けており、６軸センサー１５のセンサー中心Ｏを中心として支持治具１７が回動するようにしている。６軸センサー１５はロボット等の各種の分野で広く用いられている、通称６軸センサーと呼ばれているセンサーを用いており、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の力であるＦＸ，ＦＹ，ＦＺ、及び各軸に対する回転方向の力であるＮＸ，ＮＹ，ＮＺのモーメントを検出するセンサー素子が利用され、それにより接触型情報入力装置を構成している。なお、支持治具１７は周知の機構により図示する所定位置に対して復帰するように支持され、接触面１２に対する利用者による指等の力を、その方向と力の大きさを６軸センサー１５で検出するようにしているため、支持治具１７は必ずしも回動する必要はない。 In the embodiment shown in FIG. 1A, the contact display device 11 as described above is fixed to a cantilever type support jig 17, and the support end of the support jig 17 is attached to the side wall 19 of the support base 18. It is pivotably supported. A six-axis sensor 15 is provided at the support end, and the support jig 17 rotates about the sensor center O of the six-axis sensor 15. The 6-axis sensor 15 uses a sensor commonly called a 6-axis sensor widely used in various fields such as robots, and includes F X , F Y , which are forces in the X, Y, and Z axis directions. Sensor elements for detecting F Z and moments of N X , N Y , and NZ which are forces in the rotational direction with respect to the respective axes are used, thereby constituting a contact type information input device. The support jig 17 is supported by a well-known mechanism so as to return to a predetermined position shown in the figure, and the force of the finger or the like by the user on the contact surface 12 is determined according to the direction and magnitude of the 6-axis sensor 15. Therefore, the support jig 17 does not necessarily need to rotate.
図２に示す接触式入出力装置２０おいては、上記実施例と同様の接触表示装置２１を片持梁式の指示治具２２に固定し、指示治具２２の支持端部を支持台の底壁２３に支持した例を示しており、その支持部に６軸センサー２４を設けている。 In the contact type input / output device 20 shown in FIG. 2, a contact display device 21 similar to the above embodiment is fixed to a cantilever type indicating jig 22, and the supporting end of the indicating jig 22 is attached to a support base. An example of support on the bottom wall 23 is shown, and a six-axis sensor 24 is provided on the support portion.
上記第１実施例及び第２実施例に示すような６軸センサー１５、２４による６軸の力の計測値から、接触面１２上に加えられた荷重中心位置と荷重量等を演算するものであるが、その演算原理を以下に説明する。センサー位置は、実施例１においては支持台の側面１９、実施例２においては支持台の底面２２であるが、 計算式が位置には依存しないため、実施例１により説明する。なお、支持機構および被支持機構自体が有する 重量や力 のモーメントについては、線形性から消去可能であり、本説明からは除外する。 The load center position and load amount applied on the contact surface 12 are calculated from the measurement values of the six-axis forces by the six-axis sensors 15 and 24 as shown in the first and second embodiments. However, the calculation principle will be described below. The sensor position is the side surface 19 of the support base in the first embodiment and the bottom surface 22 of the support base in the second embodiment, but the calculation formula does not depend on the position, and will be described in the first embodiment. Note that the moment of weight and force of the supporting mechanism and the supported mechanism itself can be eliminated from the linearity, and is excluded from this description.
＜記号の説明＞
F：情報表示面に接した際の力のベクトル。N：同時に生じる力のモーメントのベクトル。
R：センサー中心を基準とした接触位置のベクトル。H：表示面の方程式を定義するための ベクトル。
＜接触（加重平均）位置の算出＞
方程式系：
力のモーメント（RとFの外積）： N = R × F
接触面の方程式： ( H , R - H ) = 0 ただし、( , )は内積。
FとNとは互いに直行： ( F , N ) = 0
以上の方程式系を解くことにより、
R = { H × N + ( H , H )F} / ( H , F )
が得られ、NとFに測定値を代入すれば、接触（加重平均）位置Rを算出することができる。
＜スクロール機能の導出例＞
前提条件： 接触面をある程度の力で、かつ接触面に沿った力の成分が相対的に大きいような押し方をする。すなわち、力のベクトルを面に水平および垂直なベクトルに分解すると、後者の大きさが相対的に小さい。
これを数式表現すると、分解された垂直方向ベクトルが
( F , H ) H / ( H , H )
であることから、
( F , H )2 / { ( H , H ) ( F , F )} < T0
となる。また、接触面を押す力がある程度以上であることは、
( F , F ) > T1
と表現できる。ここで、T0およびT1は適当なしきい値である。
それらの条件を満たしたベクトルに対し、接触面に平行なベクトル
F - ( F , H ) H / ( H , H )
と逆の方向を持ち、かつその大きさを反映した被表示対象の移動を行うことにより、スクロール機能が実現される。
<Explanation of symbols>
F: Vector of force when touching the information display surface. N: Vector of moments of force that occur simultaneously.
R: Contact position vector with reference to the sensor center. H: Vector for defining the equation of the display surface.
<Calculation of contact (weighted average) position>
Equation system:
Force moment (outer product of R and F): N = R × F
Contact surface equation: (H, R-H) = 0 where (,) is the inner product.
F and N are orthogonal to each other: (F, N) = 0
By solving the above equation system,
R = {H × N + (H, H) F} / (H, F)
If the measured values are substituted into N and F, the contact (weighted average) position R can be calculated.
<Example of derivation of scroll function>
Precondition: The contact surface is pushed with a certain amount of force and the force component along the contact surface is relatively large. That is, when the force vector is decomposed into a vector horizontal and perpendicular to the surface, the magnitude of the latter is relatively small.
When this is expressed in mathematical formulas, the decomposed vertical vector is
(F, H) H / (H, H)
Because
(F, H) 2 / {(H, H) (F, F)} <T 0
It becomes. Also, that the force pushing the contact surface is more than a certain level,
(F, F)> T 1
Can be expressed as Here, T 0 and T 1 are appropriate threshold values.
A vector parallel to the contact surface for a vector that satisfies these conditions
F-(F, H) H / (H, H)
The scroll function is realized by moving the display target having the opposite direction and reflecting the size.
センサー中心を原点とした荷重中心位置を、力のモーメント、荷重量、との関係式及び接触面とセンサー中心を原点とした荷重中心位置を、力のモーメント、荷重量、との関係式及び接触面とセンサー中心との関係式から算出する。また、６個の測定値のプロファイルをパタン分類することにより、ポイティング、クリック、ダブルクリック、スクロール等の意図的命令を推定するようにすることもできる。 The relation between the load center position with the sensor center as the origin, the relationship between the moment of force and the load amount, and the relation between the contact surface and the load center position with the sensor center as the origin in the relationship between the moment of force and the load amount, and the contact It is calculated from the relational expression between the surface and the sensor center. In addition, intentional commands such as pointing, clicking, double-clicking, and scrolling can be estimated by pattern classification of the profiles of six measurement values.
前記実施例１及び実施例２に示したような構造をなす、接触式出力装置と接触型情報入力装置とを組み合わせた装置は、パソコンへの情報入力装置として有効に利用することができるが、より具体的には特に本発明のスクロール機能を利用し、図３に示すような地図情報及びナビゲーション機能を、重度の視覚障害者が利用するために利用することもできる。すなわち図３に示す装置の例においては、同図（ａ）に示すような地図における自宅「自」から駅「Ｓ」迄及びその周囲の地図と誘導経路を利用者に提示する例を示している。ここでは最初に、同図（ｂ）のような自宅付近の地図を前記と同様のピンディスプレイ式の接触式出力装置によって、図形情報として出力し、利用者はこの接触面に触ることにより自宅とその近辺の平行線で示された道路、及びその平行線間を埋めて表示した誘導経路を知ることができるようにしている。 A device combining the contact-type output device and the contact-type information input device having the structure as shown in the first and second embodiments can be effectively used as an information input device to a personal computer. More specifically, the scroll function of the present invention can be used, and the map information and the navigation function as shown in FIG. 3 can be used for a severely visually impaired person. That is, in the example of the apparatus shown in FIG. 3, an example is shown in which a map from the home “self” to the station “S” in the map as shown in FIG. Yes. Here, first, a map of the vicinity of the home as shown in FIG. 5B is output as graphic information by the same pin display type contact output device as described above, and the user touches the contact surface to display the home and the home. It is possible to know the road indicated by the parallel lines in the vicinity and the guide route displayed by filling the space between the parallel lines.
操作に際しては、例えば利用者がこの誘導経路の始端部を指で触って所定以上の力で押下することによりその位置が次第に表示部の中心に移動し、利用者はその移動とともに指先を移動させ、その後誘導経路の方向に所定以上の力を加えることにより表示地図がスクロールされ、その過程で交差点の位置、形状、及び進むべき道路を知ることができる。また、その付近の主要な施設も知ることができ、更に必要に応じて接触面を軽く触ることにより地図をスクロールすることなく指示地点周囲の道路状況や施設も知ることができ、また誘導経路周辺の地図を表示させることもできる。このような操作により現在地の自宅から駅までのルートと道路状況、施設等を容易に知ることができる。なお、この案内に際しては音声によって補助することもできる。また、上記のようなナビゲーション機能は携帯式の小型軽量の装置とし、携帯しながら上記ナビゲーション機能を従来の車両用ナビゲーション装置と同様に利用することができるようにもなる。 In operation, for example, when the user touches the start end of the guide path with a finger and presses it with a force of a predetermined level or more, the position gradually moves to the center of the display unit, and the user moves the fingertip along with the movement. Then, the display map is scrolled by applying a predetermined force or more in the direction of the guidance route, and in the process, the position and shape of the intersection and the road to be traveled can be known. In addition, you can know the major facilities in the vicinity, and if necessary, you can also know the road conditions and facilities around the indicated point without scrolling the map by lightly touching the contact surface, and around the guidance route It is also possible to display the map. By such an operation, it is possible to easily know the route from the current home to the station, road conditions, facilities, and the like. Note that this guidance can be assisted by voice. In addition, the navigation function as described above is a portable small and light device, and the navigation function can be used in the same manner as a conventional vehicle navigation device while being carried.
このように、接触式出力装置と接触型情報入力装置を組み合わせることにより、連続的に図形情報を利用者に提示しながら、利用者が接触面から指を離すことなく連続的に利用者の指示等の情報の入力を行うことができるようになる。 In this way, by combining the contact-type output device and the contact-type information input device, while continuously presenting graphic information to the user, the user can continuously instruct the user without releasing his / her finger from the contact surface. Etc. can be input.
上記実施例においては、接触式入出力装置１０の接触面には、ピンを突出し、突出したピンの列を指先等の接触による触覚によって情報を知るようにピンディスプレイ式の装置を用いた例を示したが、本発明は更に、平面上に突出し或いは所定の図形に突出するピンの任意の一部を加熱し、或いは冷却することにより、指先等の接触時に温感或いは冷感を与え、この感覚によって情報を利用者に出力することもできる。 In the above embodiment, an example in which a pin display type device is used on the contact surface of the contact type input / output device 10 so that information is obtained by tactile sense by touching a fingertip or the like by projecting pins on the contact surface of the projected pin. Although shown, the present invention further provides a feeling of warmth or coldness when touching a fingertip or the like by heating or cooling any part of a pin protruding on a plane or protruding into a predetermined figure. Information can also be output to the user by feeling.
上記各種実施例においては、情報を接触式入出力装置の接触面に提示し、これを指先等で触って情報を入力するものに本発明による接触式情報入力装置を適用した例を示したが、それ以外に従来のパソコンにおけるマウスの代わりに本発明による接触式情報入力装置を適用し、この装置の表面に指を載せ、指先で任意の操作方向に対して任意の力を付与し、その情報に基づいてパソコンのカーソル移動、ポインター移動等を行うようにすることもできる。その際には、従来のジョイスティックよりも、より操作のしやすい情報入力手段となる。 In the various embodiments described above, the contact information input device according to the present invention is applied to a device that presents information on the contact surface of the contact input / output device and inputs the information by touching it with a fingertip or the like. In addition, the contact type information input device according to the present invention is applied instead of a mouse in a conventional personal computer, a finger is placed on the surface of the device, and an arbitrary force is applied to an arbitrary operation direction with the fingertip. It is also possible to move the cursor of the personal computer, move the pointer, etc. based on the information. In that case, the information input means is easier to operate than the conventional joystick.
本発明は上記のように作動原理が単純であるので、触覚や温冷覚等の皮膚感覚を利用して情報を伝達する種々の出力機構と容易に一体化することができ、広範囲の技術分野で利用することができる。典型的な例として、前記のように重度視覚障害者用のピンディスプレイ式の触覚表示装置との組み合わせが有効であり、キー操作等による手の移動に煩わされることなく、触図等を触りながら表示範囲を動かしたり、図形を指で指定するなどの種々の操作が可能となる。また、医療手術やプラント操作等において、人が間接的に皮膚感覚を介して情報を獲得しながら遠隔操作を行う技術分野にも有効に利用できる。 Since the operation principle of the present invention is simple as described above, it can be easily integrated with various output mechanisms that transmit information using skin sensations such as tactile sensation and thermal sensation. Can be used. As a typical example, the combination with the pin display type tactile display device for the severely visually handicapped person as described above is effective, and without touching the movement of the hand by the key operation etc. Various operations such as moving the display range and designating a figure with a finger are possible. Further, it can be effectively used in a technical field where a person performs remote operation while acquiring information indirectly through a skin sensation in medical surgery or plant operation.
１０ 接触式入出力装置
１１ 接触表示装置
１２ 接触面
１３ 指
１４ 枠体表面
１５ 摺動孔
１６ ピン
１７ 支持治具
１８ 支持台
１９ 側壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Contact type input / output device 11 Contact display apparatus 12 Contact surface 13 Finger 14 Frame surface 15 Sliding hole 16 Pin 17 Support jig 18 Support stand 19 Side wall
Claims (5)
前記操作入力治具の支持台への支持部に６軸センサーを設け、
前記操作入力治具の接触操作部に作用する利用者による操作力の６軸の方向と各力の大きさを前記６軸センサーにより検出し、
前記６軸センサーによる前記検出値を利用者による機器への入力情報とすることを特徴とする接触型情報入力装置。 While supporting the operation input jig in a cantilever manner on the support base, the free end side of the operation input jig is a contact operation part by the user,
A 6-axis sensor is provided at the support portion of the operation input jig to the support base,
The 6-axis sensor detects the 6-axis direction of the operation force by the user acting on the contact operation part of the operation input jig and the magnitude of each force,
A contact-type information input device, wherein the detected value by the six-axis sensor is used as input information to a device by a user.
前記６軸センサーは前記接触式出力装置の接触面に作用する利用者による操作力を検出することを特徴とする請求項１記載の接触型情報入力装置。 The contact operation unit of the operation input jig includes a contact type output device that outputs information to the user by contact of the user,
The contact type information input device according to claim 1, wherein the six-axis sensor detects an operation force by a user acting on a contact surface of the contact type output device.
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