(57)【要約】      （修正有）【課題】電動車椅子の手動操作に使用されるジョイスティック式コントローラに最小の部品を提供する。【解決手段】ベクトル信号を発生するための手動操作式コントローラは、ハンドル１３の軸上にある枢動点の回りのユニバーサル回転のためハウジングに枢動式に取り付けられた、細長い軸を有するハンドル１３を備える。被画像化表面は、枢動点で交差する２つの垂直軸の回りのハンドル１３の回転と共に２つの方向に移動する。カメラ２３及びＬＥＤ２６は被画像化表面上に焦点を合わせられる。マイクロプロセッサ２５に基づくコントローラは、被画像化表面の２次元内での運動を検出し、定量化し、該運動を示すベクトル信号を発生するようにカメラ２３から連続的に入力された画像を入力し処理する。【選択図】図１
2006192264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベクトル信号を発生するための手動操作式コントローラであって、
ハウジングと、
前記ハンドルの軸上にある枢動点の回りのユニバーサル回転のため前記ハウジングに枢動式に取り付けられた、細長い軸を有するハンドルと、
前記枢動点で交差する２つの垂直軸の回りの前記ハンドルの回転と共に２つの方向に移動する被画像化表面を支持する構造部と、
前記ハウジングの内部に固定された回路基板と、
前記回路基板に固定され、前記被画像化表面上に合焦される、カメラ及びＬＥＤと、
前記被画像化表面の２次元内での運動を検出し、定量化し、該運動を示すベクトル信号を発生するため、前記カメラから連続的に入力された画像を入力し処理するように前記回路基板上に取り付けられ、接続された、マイクロプロセッサに基づくコントローラと、
を備える、手動操作式コントローラ。
【請求項２】
前記ハンドルの前記ユニバーサル回転は、ボール及びソケットの接続により提供され、該ボールは前記ハンドルに接続され、前記ソケットは前記ハウジング内に少なくとも部分的に形成される、請求項１に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記ハンドルが通過するための開口部を備えたカバーと、球状ソケットの下側半分を有するベース部と、前記ベース部及び前記カバーの間に配置され且つ球状ソケットの上側半分とスライダー支持表面とを有するスライダー支持構造部と、から構成される、請求項２に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項４】
前記被画像化表面を支持する前記構造部はプレートであり、該プレートは、前記ハウジング内に摺動可能に取り付けられると共に、案内開口部の近傍で、前記枢動点と前記ハンドルの末端部との間で前記ハンドルに接続される、請求項３に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項５】
前記ハウジングは、カバー及びベース部から構成され、該カバーは、前記ハンドルが通過するための開口部と、該ハンドルのための該開口部に接続されて内部に形成された球状ソケットの上側半分とを有し、前記ベース部は、内部に形成された球状ソケットの下側半分を有し、該球状ソケットの下側半分内には前記カバー内の前記開口部と整列した開口部が設けられ、前記被画像化表面を支持する前記構造部は、前記球状ソケットの下側半分の前記開口部を通してさらされた前記ボールの一部分である、請求項２に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項６】
前記ハウジングは、射出成形プラスチックから構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項７】
前記ベクトル信号は、ホームポジション信号からの２つの変位量から構成されている、請求項１に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項８】
前記ベクトル信号は、方位角方向の信号と、ホームポジション信号からの変位量とから構成されている、請求項１に記載の手動操作式コントローラ。
【請求項９】
前記ハンドルを前記ハウジングに対してホームポジションへと戻らせるため、前記ハウジングと前記ハンドルとの間に設けられた偏倚手段を更に備える、請求項１に記載の手動操作式コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１２月２２日に出願された米国仮出願シリアル番号６０／６３８，７４２号の利益を請求する。その内容は、ここで参照することによりその全体が本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電動車椅子の操作で有用なジョイスティック式の手動制御に関する。その手動制御は、ビデオゲームの操作等、他の多数の用途を持っている。
【背景技術】
【０００３】
電動車椅子のため方向及び速度の信号を提供するため安価ではあるが正確な手動制御が必要とされている。この種の制御は、しばしば、ジョイスティック制御と称されている。典型的には、それらは、その軸に沿ったある点の回りにユニバーサル回転するように枢動式に取り付けられたハンドルを備えている。回転の前記点を通過する垂直軸に沿った傾斜角度を検出するようにセンサーが設けられている。ジョイスティックの傾斜に対応して動くブラシと接触するポテンショメータ等、多数の検出の枠組みが使用された。米国特許番号４，８５６，７８号及び６．２５９，４３３号を参照せよ。別の検出の枠組みには、誘導コイルとの相互作用が含まれている。米国特許番号４，８７９，５５６号及び５，９１１，６２７号を参照せよ。ホール効果及び他の磁気センサーが、傾斜を検出するために使用された。米国特許番号５，１６０，９１８号及び５，８３１，５９６号を参照せよ。
【０００４】
最近では、小型カメラの発展が、表面に亘るコンピュータマウス制御の運動の検出に適用された。米国特許番号６，１７２，３５４号及び６，６６４，９４８号を参照せよ。これらの内容は、ここで参照したことにより本願に組み込まれる。しかし、この技術は、ジョイスティック式制御に、特にバッテリー作動式ジョイスティック制御車椅子に、まだうまく適用できたとはいえなかった。コンピュータマウス制御は、コンピュータモニターディスプレイ上でのマウスポインターの相対運動を単に指令することしか必要とはせず、ホームポジションからの絶対的な変位を提供する必要はなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る利点は、ジョイスティック式コントローラを備えた手動コントローラに最小数の部品を提供することである。ＣＣＤセンサー及びＣＭＯＳセンサー等の２次元アレイ画像センサー技術のジョイスティック検出技術への独自の応用は、従来のジョイスティック式コントローラと比べて、遙かに少ない部品で複雑さを遙かに減少させることを可能にする。
【０００６】
要約すると、本発明によれば、ユニバーサルジョイントのためのソケットを形成するハウジングを備える、ベクトル信号を発生するための手動操作式コントローラが提供される。細長い軸を有するハンドルは、ハンドルの軸上にある枢動点の回りのユニバーサル回転のため前記ハウジングに枢動式に取り付けられている。ハウジングは、枢動点で交差する２つの垂直軸の回りのハンドルの回転と共に２つの方向に移動する被画像化表面を支持する構造部を有する。単一の回路基板が、被画像化表面上に焦点を合わせたアレイ画像センサーカメラ及びＬＥＤを支持するため、ハウジングの内部に固定されている。マイクロプロセッサに基づくコントローラが、被画像化表面の２次元内での運動を検出し、定量化し、該運動を示すベクトル信号を発生するため前記カメラから連続的に入力された画像を入力し処理するように回路基板上に取り付けられ、接続されている。更に好ましくは、ハンドルのユニバーサル回転は、ボール及びソケットの接続により提供され、該ボールはハンドルに接続され、ソケットはハウジング内に少なくとも部分的に形成される。更に好ましくは、本コントローラは、ハンドルをハウジングに対してホームポジションへと戻らせるため、ハウジングとハンドルとの間に設けられた偏倚スプリング又は偏倚構造を更に備える。ハウジングは、ハンドルと回路基板とを覆って一緒にスナップ式に結合する最小の射出成形体から作ることができる。
【０００７】
ベクトル信号は、ホームポジション信号からの互いに垂直方向に沿った変位量を各々表す２つの信号から構成されている。代替例として、ベクトル信号は、方位角方向の変位を示す信号と、ホームポジション信号からの直接的な変位量とを示す信号から構成されてもよい。
【０００８】
本発明の好ましい一実施例によれば、ハウジングは、カバー及びベース部を備える。カバーは、ハンドルが通過するための開口部を有する。ベース部は、内部に形成された球状ソケットの下側半分を有する。スライダー支持構造部は、ベース部及びカバーの間に固定されており、球状ソケットの上側半分が内部に形成されている。ハンドルに接続されたボールは、ソケット内に捕捉される。スライダー支持表面は、カバーの下方でスライダープレートを捕捉し、開口部の近傍で枢動点とハンドルの末端部との間でハンドルに接続されている。スライダープレートは、被画像化表面として機能する。  
【０００９】
本発明の別の好ましい実施例によれば、ハウジングは、カバー及びベース部を備える。カバーは、ハンドルが通過するための開口部を有し、球状ソケットの上側半分が内部に形成されている。ハンドルに接続されたボールは、ソケット内に捕捉される。ベース部は、球状ソケットの下側半分を内部に形成させている。球状ソケットの下側半分には、カバー内の開口部と整列された開口部が設けられている。被画像化表面を支持する構造部は、球状ソケットの下側半分の開口部を通してさらされたボールの一部分である。
【００１０】
本発明の更なる特徴、他の目的及び利点は、図面を参照して次の詳細な説明から明らかとなろう。
【実施例】
【００１１】
図１を参照すると、上側ハウジング、即ちカバー１０と、下側ハウジング、即ちベース部１１とから構成されたハウジングが示されており、これらの上側及び下側ハウジングを、スナップ式接続によって一緒に連結するか又はファスナーにより一緒に保持することができる。一緒にスナップ式接続されるか又は最小のねじ形成ファスナーで一緒に固定する射出成形部品の設計は、共通している。カバー１０は、開口部を有しており、該開口部を通って、ハンドル１３が通過される。該ハンドルは、ボール１４内で終わっており、該ボールの中心は、ハンドルの軸上にある。ベース部１１内には、負荷耐性表面（ボール１４として示されている）と摺動する関係で接触した状態で収容するための球状ソケット１５の下側半分が形成されている。スライダー支持構造部１６は、カバー及びベースの間に固定されている。スライダー支持構造部には、球状ソケットの上側半分１７が内部に形成されている。スライダープレートの支持構造部内の球状ソケットから上方に開口している開口部は、ハンドルがハンドルの軸に垂直である１方又は両方の垂直軸の回りで回転するとき、ハンドルの運動を制限するための円錐状凹部である。スライダープレートの支持構造部は、カバーの下側の平坦表面に隣接している平坦表面１８を有する。スライダープレート１９は、平坦表面１８と、カバー１０の下側との間の空間内に捕捉されている。スライダープレートは、ハンドル１３の外側寸法より僅かに大きい開口部を有しており、それによって、ハンドル１３が円錐状凹部の拘束内で動き回るとき、スライダープレートが、拘束無しで且つ運動損失が最小の状態で、ハンドル１３により押しやられる２つの方向に自在に摺動することができる。弾性スカート部２０は、ハンドルを取り囲んでハウジングを支持し、該ハンドルを直立したホームポジションへと変位させる。
【００１２】
ハウジング内に取り付けられているものは、カメラ２３（２次元アレイ画像センサー）と、レンズ２４と、マイクロプロセッサ２５と、を有する、印刷回路基板２２である。ＬＥＤ２６も、回路基板上に取り付けられている。カメラ２３及びＬＥＤ２６は、スライダープレート１９の画像表面上に焦点を合わせられている。カメラ２３は、アレイ内の各々の画素の信号を発生する。カメラの出力は、画像を形成する画素信号のフレームである。カメラのデジタル化出力は、回路基板上に取り付けられた、マイクロプロセッサに基づくコントローラ２５に入力される。連続的な入力画像の比較によって、マイクロプロセッサに基づくコントローラ２５は、ハンドルがホームポジションから移動するときスライダープレートの運動を２次元内で決定することができる。運動を検出するための装置及び方法は、例えば、米国特許番号６，１７２，３５４号及び６，６６４，９４８号に開示されており、それらの内容は、ここで参照したことにより本願に組み込まれる。スライダープレートの運動を決定するため該スライダープレートの被画像化表面上には何らのパターンも必要とされないが、幾つかの種類のホームマーカーが、ハンドルがホームポジションにあるときカメラと整列した被画像化表面上に提供されるのが好ましい。
【００１３】
ハンドルの変位を検出するコンピュータ実行方法は、図３に示されている。ステップ３０では、カメラから入力された画像は、ハンドルがホームポジションにあるか否かを決定するためホーム画像と比較される。ハンドルがホームポジションにある場合、ステップ３１で位置レジスターがクリアされる。ホームポジションが事前に検出されない場合には、ステップ３２で、ホームポジションが検出されて位置レジスターがクリアされるまで、何もなされない。ホームポジションがより早期に見出されたならば、ステップ３３で、スライダーが動いたか否かを決定するためテストがなされる。スライダーが動いていなかった場合には、以前の旧位置値が位置レジスター内に残され、プログラムは、スライダープレートの運動を待機する。スライダープレートが動いた場合には、ステップ３４で以前の旧位置値がセーブされ、ステップ３５で変位の範囲が検出され、ステップ３６で検出値が位置レジスターの値に加算される。位置レジスター内の値は、ステップ３７で、例えばバッテリー駆動式電動車椅子のための制御システムへと連続的に出力される。短い待ち時間の後、当該プロセスは繰り返される。
【００１４】
図２を参照すると、上側ハウジング、即ちカバー４０と、下側ハウジング、即ちベース部４１とから構成されたハウジングが示されており、これらの上側及び下側ハウジングを、スナップ式接続によって一緒に連結するか又はファスナーにより一緒に保持することができる。カバー４０は、ハンドル４３が通過するところの開口部を有する。カバーには、球状ソケット４５の上側半分と、該ソケットから開口している円錐状凹部４８と、が内部に形成されている。ハンドル４３は、負荷支持表面、例えば、ボール４４で終わっている。該ボールの中心は、ハンドルの軸上にある。ベース部４１には、摺動接触のためボール４４を収容するための球状ソケット４５の下側半分が形成されている。円錐状凹部４８は、ハンドルが、ハンドルの軸に垂直でボール及びソケットにより形成されている垂直軸の１方又は両方の回りに回転されるとき、ハンドルの運動を制限する。弾性スカート２０は、直立位置若しくはホームポジションにハンドルを戻らせるように作用する。カバー４０内の開口部と整列されたソケットの下側半分内に開口部が存在している。
【００１５】
ハウジングのベース部に取り付けられているものは、印刷回路基板４２であり、該基板は、カメラ５３と、２次元アレイ検出器と、レンズ５４と、を有する。レンズ５４は、カメラ５３上に画像を投影する。ＬＥＤ５５も、回路基板４２上に取り付けられている。カメラ５３及びＬＥＤ５５は、ソケットの下側半分内の開口部を通してさらされた、ボールの表面上に焦点を合わせられている。ハンドルの回転に起因したボールの運動の検出は、スライダープレートの運動の検出に対して上述されたものと同じである。
【００１６】
以上のように、本願発明は、詳細に且つ特許法により特別に要求されたように説明されたが、特許により保護されるのが望まれているものは、添付した請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るジョイスティックコントローラの断面図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施例に係るジョイスティックコントローラの部分断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る、変位を検出するためのコンピュータ実行方法の概略図である。
【図１】
2006192264.tif 000003
【図２】
2006192264.tif 000004
【図３】
2006192264.tif 000005
【外国語明細書】
2006192264000001.pdf