(57)【要約】  車両又は機構用の制御デバイスは、専門外のユーザが、あまり学習しなくても、携帯用変位コントローラを直観的に移動させることにより、車両又は機構の効果的な制御を実現することを可能にする携帯用変位コントローラを含む。変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイスが、ユーザの制御動作を検出する。制御されている対象に取り付けられた第２の検出デバイスが、対象の運動を検出する。インターフェース・デバイスが、検出デバイスから信号を受け取り、それらの信号を処理して制御動作と対象の運動との相対運動を求め、処理された信号に従って制御信号を出力する。検出デバイスのそれぞれが、６自由度の運動を検出し、３軸加速度計、３軸ジャイロスコープ、及び３軸磁力計を含む。特定の実施例では、加速度計、ジャイロスコープ、及び磁力計は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のデバイスを含む。
2013521571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を制御するためのデバイス（１）であって、
前記デバイスのユーザによって操作可能な変位コントローラ（１３）と、
前記ユーザによって遂行される制御動作を検出するように構成されて前記変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）と、
前記対象物の運動を検出するように構成されて前記対象物に取り付けられた第２の検出デバイス（１２）と、
前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスに動作可能に接続されたインターフェース・デバイス（１３１、６１）であって、
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）から信号（１４０１、１４０２）を受け取り、
前記信号を処理して、前記制御動作と前記対象物の運動との相対運動を求め、
前記処理された信号に従って前記対象物を制御するための制御信号を出力するように構成されたインターフェース・デバイスとを備えるデバイス。
【請求項２】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、多自由度の動作を検出するように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸加速度計（１５）及び３軸ジャイロスコープ（１６）を備える請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸磁力計（１７）をさらに備え、
前記第１の検出デバイス（１１）が、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によって第１の基準座標系に対する前記制御動作を検出し、前記第２の検出デバイス（１２）が、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって第２の基準座標系に対する前記対象物の前記運動を検出する請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記加速度計、前記ジャイロスコープ及び前記磁力計（１５、１６、１７）が、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のデバイスを含む請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記対象物が、受け台部分（５０）を有する取付けベース（６０）を含み、前記変位コントローラが、前記受け台部分に対して機械的に接続するように構成されたアダプタ部分（３６）を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の検出デバイス（１１）が前記インターフェース・デバイス（１３１、６１）と無線通信するように、前記変位コントローラ（１３、２０）が無線通信デバイスをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３４）をさらに備え、前記スイッチが活性化している間のみ前記第１の検出デバイスからの信号が処理されるように前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３９）をさらに備え、前記スイッチが活性化されている間は、前記対象物の現在の変位や方向を変更することなく前記変位コントローラが移動され得るように、前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３３）をさらに備え、前記スイッチを活性化することが、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの少なくとも１つの基準座標系を回復するのに効果的であるように、前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記変位コントローラ（１３、２０）が、少なくとも１つのスイッチ（３２）をさらに備え、前記第１の検出デバイス（１１）が、前記スイッチの活性化によって、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場及び地球重力場に対する較正プロシージャ（３８１〜３８７）を遂行するように構成される請求項４に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記較正プロシージャが、前記対象物の動的性質に従って前記ユーザの動作の倍率を変更するステップを含む請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスが、前記ユーザによって遂行されて前記第１の検出デバイス（１１）、前記第２の検出デバイス（１２）、及び前記対象物のうち少なくとも１つによって検出された動作に従って動的較正プロシージャを遂行するように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第２の検出デバイス（１２）と前記インターフェース・デバイス（１３１）が１つのモジュールに組み合わせられる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記変位コントローラに対する前記ユーザの動作を検出するように構成されて前記ユーザに取り付けられた追加の検出デバイスをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記インターフェース・デバイスが、前記ユーザに取り付けられた前記追加の検出デバイスと組み合わせられる請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記対象物が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって扱われるように構成されたシングル・ハンドル・コントローラ（２０）又はデュアル・ハンドル・コントローラ（７０）である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
機構を制御するためのシステムであって、
前記機構を操作するように構成されて前記機構に接続された操作デバイスと、
前記システムのユーザによって操作可能な変位コントローラ（１３）と、
前記ユーザによって遂行される制御動作を検出するように構成されて前記変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）と、
前記機構の運動を検出するように構成されて前記機構に取り付けられた第２の検出デバイス（１２）と、
前記第１の検出デバイス、前記第２の検出デバイス及び前記操作デバイスに動作可能に接続されたインターフェース・デバイス（１３１）であって、
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）から信号（１４０１、１４０２）を受け取り、
前記信号を処理して前記制御動作と前記機構の前記運動との相対運動を求め、
前記処理された信号に従って、前記機構を制御するように前記操作デバイスに対する制御信号を出力するように構成されたインターフェース・デバイスとを備えるシステム。
【請求項２２】
前記操作デバイスが、前記機構に含まれているホスト・コンピュータ・デバイス（１３５）である請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記操作デバイスと前記インターフェース・デバイスのうち少なくとも１つが、不揮発性メモリ（１３４）及びディスプレイ・デバイスを含み、
前記不揮発性メモリが、前記ユーザの較正動作に関する情報を記憶するように構成され、
前記システムが、前記ユーザの、較正動作、前記システムへのログオン、又は前記ディスプレイ・デバイス上に表示されたユーザリストから前記ユーザの名前を選択する行為に従って、前記機構を制御するように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ユーザが、較正された動作の範囲を超える動作を実行したとき、前記ユーザに対して信号伝達するためのデバイスをさらに備える請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記不揮発性メモリ（１３４）が、前記ユーザのセキュリティ状態に関する情報を記憶するように構成され、
前記システムが、前記ユーザによって遂行された動作の効果を前記セキュリティ状態に従って変更するように構成される請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記機構が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の検出デバイスが前記インターフェース・デバイスと無線通信するように、前記変位コントローラが無線通信デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、加速度計（１５）、ジャイロスコープ（１６）、及び磁力計（１７）のうち少なくとも１つを備えることにより、多自由度の運動を検出するように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、加速度計（１５）、ジャイロスコープ（１６）、及び磁力計（１７）を備えることにより、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの多自由度の運動を検出するように構成され、
前記第１の検出デバイスが、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によって第１の基準座標系（１４）に対する前記制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって、第２の基準座標系に対する前記機構の前記運動を検出する請求項２１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸加速度計（１５）、３軸ジャイロスコープ（１６）、及び３軸磁力計（１７）を備えることにより、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの６自由度の運動を検出するように構成され、
前記第１の検出デバイスが、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によって第１の基準座標系（１４）に対する制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって第２の基準座標系に対する前記機構の前記運動を検出する請求項２１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記機構が車両であり、
前記第２の検出デバイス（１２）、前記インターフェース・デバイス（１３１）、及び前記操作デバイス（１３５）が前記車両上に配置され、
前記第１の検出デバイスが、前記変位コントローラの中に前記車両から離れて配置されている請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記機構の中に、前記第２の検出デバイス（１２）、前記インターフェース・デバイス（６１）、及び前記ホスト・コンピュータ・デバイスが配置されており、前記機構が、前記変位コントローラを機械的に接続する取付けベース（６０）をさらに含む請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
前記機構が、受け台部分（５０）を有する取付けベース（６０）を含み、前記変位コントローラ（２０）が、前記受け台部分に対して機械的に接続するように構成されたアダプタ部分（３６）を含むことによって前記取付けベースに対して着脱可能である請求項２２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記変位コントローラに対する前記ユーザの動作を検出するように構成されて前記ユーザに取り付けられた追加の検出デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記機構の制御に関する環境条件を観測するための観測デバイス、及び前記ユーザに対して制御性能のレベルを示すための表示デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記観測デバイスが、磁気擾乱を検出するように構成され、前記表示デバイスが、前記磁気擾乱に関連した性能低下を表示するように構成される請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
変位コントローラ（１３）のユーザによって遂行される制御動作を、前記コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）によって検出するステップと、
対象物の運動を、前記対象物に取り付けられた第２の検出デバイス（１２）によって検出するステップと、
前記第１の検出デバイス（１１）からの信号（１４０１）及び前記第２の検出デバイス（１２）からの信号（１４０２）をインターフェース・デバイス（１３１）で受け取るステップと、
前記インターフェース・デバイス（１３１）で前記信号を処理して、前記制御動作と前記対象物の前記運動との相対運動を求めるステップと、
前記インターフェース・デバイスから制御信号を出力して、前記対象物を前記処理された信号によって制御するステップとを含む方法。
【請求項４０】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが３軸磁力計（１７）を含み、
前記第１の検出デバイス（１１）が、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によって第１の基準座標系（１４）に対する６自由度の制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって第２の基準座標系に対する前記対象物の６自由度の運動を検出する請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
変位コントローラがスイッチ（３４）を含み、前記処理ステップが、前記スイッチが活性化されている間のみ前記第１の検出デバイスからの信号を処理するステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記変位コントローラが少なくとも１つのスイッチ（３２）を含み、前記スイッチの活性化によって、前記第１の検出デバイス（１１）の局所的地球磁場及び地球重力場に対する較正プロシージャ（３８１〜３８７）を遂行するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記較正プロシージャが、前記対象物の動的性質に従って前記ユーザの動作の倍率を変更するステップを含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記対象物の運動を観測するステップと、
前記ユーザによって遂行される動作を観測するステップと、
前記対象物の前記運動及び前記ユーザによって遂行される前記動作に従って動的較正プロシージャを遂行するステップとをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記対象物が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記制御動作が、シングル・ハンドル・コントローラ又はデュアル・ハンドルのコントローラを扱う前記ユーザによって遂行される請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記機構の制御に関する環境条件を観測して、前記ユーザに対して制御性能のレベルを示すステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
前記観測するステップが磁気擾乱を検出するステップを含み、前記示すステップが前記磁気擾乱に対する性能低下を示すステップを含む請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月３日出願の米国特許仮出願第６１／３０９，８８６号の優先権の利益を主張するものであり、この開示の全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、制御デバイスに関し、より具体的には多自由度で運動することができる他のデバイス（車両を含むが、これに限定されない）を制御するための携帯デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ジョイスティック及びヨークなど、従来型の等張式又は変位式の手動コントローラは、オペレータの３次元の運動を限られた空間に制限するのに、扱いにくい運動学的機構に頼るものである。オペレータからの運動を、機構に取り付けられた電子式センサへ伝達するのに、必要に応じて、軸、歯車、軸受け及びばねなどの機械的リンクが使用される。ポテンショメータ、変圧器、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ、光エンコーダ及び磁気エンコーダなどの広く使用されているセンサが測定することができるのは、単一軸に沿った運動のみである。これらのセンサを使用する制御デバイスは、オペレータの運動を間接的に測定し、ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）の設計に対する制約を課する。２ＤＯＦ（自由度）を超える性能を有するコントローラを提供するために、従来型の手法は、いくつかの単軸又は２軸の機構を互いに接続する、又は積み重ねる。この手法によって構成されたコントローラは、実施するのが複雑で使いにくい。また、このようなコントローラを使用するのは、ユーザにとって直観的でなく、ユーザの学習曲線が長くなる。
【０００４】
このようなデバイスの中のセンサの取付け位置及び位置合わせは、固有の運動学的要件により、例えば旋回軸又はその近くに制限されることが多い。したがって、設計の融通性及び設定可能性が制限される。
【０００５】
従来型の制御デバイスは、運動学的機構のサイズ及び重量のために、固定されたプラットフォームに恒久的に設置されることが多い。このような装置を除去するのは厄介なことである。また、移動する車両に従来型の制御デバイスが取り付けられると、その中の運動センサが慣性力の影響を受けることがある。さらに、これらのデバイスは、一般に、摩擦、ガタ、こう着、並びに時間が経つにつれての劣化及び環境条件の変化による劣化を免れない可動構成要素を含んでおり、したがって、これらのデバイスの長期信頼性が影響を受ける。このようなデバイスは、そのサイズ及び重量により、携帯用途又は着用可能な用途には適切でないことが多々ある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、車両又は機構用の制御デバイスが提供される。この制御デバイスは、専門外のユーザが、あまり学習しなくても、携帯用変位コントローラを直観的に移動させることにより、車両又は機構の効果的な制御を実現することを可能にする携帯用変位コントローラを含む。
【０００７】
本開示の第１の態様によれば、この制御デバイスは、デバイスのユーザによる操作が可能な変位コントローラを含む。変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイスは、ユーザによって遂行される制御動作を検出するように構成されている。制御される対象物に取り付けられた第２の検出デバイスは、対象物の運動を検出するように構成されている。インターフェース・デバイスが、第１の検出デバイス及び第２の検出デバイスに（ケーブル又は無線によって）動作可能に接続される。インターフェース・デバイスは、第１の検出デバイス及び第２の検出デバイスから信号を受け取り、それらの信号を処理して、制御動作の相対運動及び制御されている対象物の運動を求め、処理された信号に従って、対象物を制御するための制御信号を出力するように構成される。本開示の実施例では、第１の検出デバイス及び第２の検出デバイスのそれぞれが、６自由度の運動を検出するように構成されており、３軸加速度計、３軸ジャイロスコープ、及び３軸磁力計を含んでいる。これらの実施例では、加速度計、ジャイロスコープ、及び磁力計は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のデバイスである。第１の検出デバイスが、第１の検出デバイスの局所的地球磁場によって第１の基準座標系に対する制御動作を検出し、第２の検出デバイスが、第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって第２の基準座標系に対する対象物の運動を検出する。他の実施例では、変位コントローラは、ユーザによって着用可能であり、制御運動を遂行するように、ユーザの腕、手又は指に固定されてよい。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、機構を制御するためのシステムは、前述の特徴を含み、機構に接続されて機構を動作させるように構成された操縦デバイス（例えばホスト・コンピュータ・デバイス）も含む。インターフェース・デバイスは、処理された信号に従って機構を制御するように、操縦デバイスに対して制御信号を出力する。一実施例では、機構は車両であって、第２の検出デバイス、インターフェース・デバイス、及び操縦デバイスが車両上に配置され、変位コントローラの中に、第１の検出デバイスが、車両から離れて配置されている。他の実施例では、変位コントローラは、車両内の取付けベースに対して着脱可能でよく、或いは同取付けベースに固定されてもよい。
【０００９】
上記は、当業者が、次に続く開示の詳細な説明をよりよく理解し得るように、本開示の好ましい特徴を、かなり広義に概説したものである。本開示の特許請求の範囲の主題を形成する、本開示のさらなる特徴が、以下で説明されることになる。本開示の同じ目的を実行するために、開示された概念及び特定の実施例を、他の構造体を設計したり、又は変更するための基礎として容易に用いることができ、また、このような他の構造体は、本開示の最も広範な形態の趣旨及び範囲から逸脱するものではないことを、当業者なら理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施例で使用される１次検出モジュール（ＰＳＭ）及び２次検出モジュール（ＳＳＭ）を示す概略図である。
【図２】本開示の実施例による、それ自体の本体座標系で加速度及び角速度を測定する検出モジュールを示す概略図である。
【図３Ａ】本開示の実施例によるシングル・ハンドル制御デバイスを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの制御デバイスに関する較正方法のステップを示す図である。
【図４Ａ】図３Ａのシングル・ハンドル制御デバイスの側面図である。
【図４Ｂ】図３Ａのシングル・ハンドル制御デバイスの底面図である。
【図５】図３Ａのシングル・ハンドル制御デバイスを取り付けるための取付けベースの上面図である。
【図６】車両プラットフォームに取り付けるのに適切な図５の取付けベースの側面図である。
【図７】本開示の別の実施例によるデュアル・ハンドル制御デバイスを示す図である。
【図８】図７のデュアル・ハンドル制御デバイスの側面図である。
【図９】本開示のさらなる実施例による別のデュアル・ハンドル制御デバイスを示す図である。
【図１０】図９のデュアル・ハンドル制御デバイスの側面図である。
【図１１】本開示の一実施例による、ＳＳＭを有するプラットフォームと、単一ＰＳＭを有するコントローラと、ホスト・システムとに接続するホスト・インターフェース・モジュール（ＨＩＭ）を含むヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）システムを示す概略図である。
【図１２Ａ】本開示の別の実施例による、ＳＳＭを有するプラットフォームと、複数のＰＳＭを有するコントローラと、ホスト・システムとに接続するホスト・インターフェース・モジュール（ＨＩＭ）を含むヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）システムを示す概略図である。
【図１２Ｂ】本開示の別の実施例による、複数の相互接続されたＰＳＭのネットワークと通信する移動中のプラットフォームを示す概略図である。
【図１３】ＨＩＭの構成要素を示す概略図である。
【図１４】ＨＩＭによって実行されるソフトウェアを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示による制御デバイスは、人の片手又は両手で、或いは人の手が使用できないときには体節で操作される変位式制御デバイスである。このデバイスは、従来型の動作センサがなく、運動学的機構を必要としない。以下で詳述されるように、モジュールの中に構成されたＭＥＭＳ（微小電子機械システム）センサの組合せを使用することにより、直接的運動測定が実現される。
【００１２】
各ＭＥＭＳ検出モジュールが、３．２８ｃｍ３（０．２立方インチ）未満の体積を有するコンパクトなパッケージの中に、３軸ＭＥＭＳ加速度計、３軸ＭＥＭＳジャイロスコープ及び３軸ＭＥＭＳ磁力計を含む。したがって、各モジュールは、加速度、角速度及び地球に対する検出モジュールの本体座標系の地球磁場を測定することができる。この能力は、従来型の電子検出器に対してフォームファクタの点からかなりの利点となる、総計６自由度（ＤＯＦ）をもたらす。
【００１３】
また、ＭＥＭＳ検出モジュールは可動構成要素を含まず、したがって、摩擦、摩耗、実装上の制約などの関連する諸問題を解消する。したがって、本開示を実施する変位コントローラは、携帯用（又は着用可能）で、複数のＤＯＦに対応して、運動学的機構を含む従来型デバイスにも適合可能と言える、ＭＥＭＳ検出技術の利益を提供する。
【００１４】
図１に概略的に示されるように、本開示による制御デバイス１は、１次検出モジュール（ＰＳＭ）１１及び２次検出モジュール（ＳＳＭ）１２を含む。ＰＳＭは、デバイスのユーザによって操作されたハンドル１３のプラットフォーム１４に対する運動を検出する。ＭＥＭＳ慣性センサが、基準座標系として地球の重力場に依存するので、制御ハンドル１３の運動からプラットフォームの運動の影響を分離する必要があり、このことは、ＳＳＭ  １２を使用してプラットフォームの運動を測定することにより行なわれる。プラットフォーム１４が、ハンドル１３の運動に対する基準座標系として働き、ＳＳＭが、周囲に対するプラットフォームの運動を検出する。例えば、プラットフォーム１４が走行中の車両に設置され得て、ＳＳＭ  １２が車両の運動を検出する一方で、運転者によって握られたハンドル１３の運動をＰＳＭ  １１が測定する。ハンドル１３が、プラットフォーム１４に対して物理的に接続される必要性はない。
【００１５】
この実施例では、ＰＳＭ  １１は、体積が３．２８ｃｍ３（０．２立方インチ）未満のコンパクトなパッケージの中に、３軸ＭＥＭＳ加速度計１５、３軸ＭＥＭＳジャイロスコープ１６、３軸ＭＥＭＳ磁力計１７、温度センサ１８、及び信号調節回路１９を含む。ＰＳＭ  １１は、任意の好都合な位置でハンドル１３に取り付けられる。ＳＳＭ  １２は、同様に、体積が３．２８ｃｍ３（０．２立方インチ）未満のコンパクトなパッケージの中に、３軸ＭＥＭＳ加速度計１５、３軸ＭＥＭＳジャイロスコープ１６、３軸ＭＥＭＳ磁力計１７、温度センサ１８、及び信号調節回路１９を含む。一般に、プラットフォーム１４は、制御デバイスが使用される場所に配置され、これは、（例えば）自動車、船、又は人体でよい。
【００１６】
ＰＳＭ  １１は電力入力５及び信号出力７を有し、ＳＳＭ  １２は電力入力６及び信号出力８を有する。ＰＳＭ  １１は、「Ｍｏｄｅ」とラベル付けされた入力２、「Ｒｅｓｅｔ」とラベル付けされた入力３、及び「Ｅｎａｂｌｅ」とラベル付けされた入力４も有し、これらは以下で詳細に論じられる。図１１〜図１３に概略的に示されるように、ＰＳＭ  １１及びＳＳＭ  １２は、ホスト・インターフェース・モジュール（ＨＩＭ）経由でホスト・システムに接続される。
【００１７】
各検出モジュール１１、１２は、それ自体の本体座標系で加速度及び角速度を測定する。例えば、図２を参照すると、ＰＳＭ  １１（破線で示されるように、ハンドル１３の下部に配置されている）は、ハンドル１３のｘ、ｙ、及びｚの直線方向並びにピッチ、ロール、及びヨーの角度方向の加速度を測定する。ピッチ、ロール及びヨーの方向を含む位置データは、図１４を参照しながら以下で論じられる航法アルゴリズムを用いて最初に予測される。
【００１８】
図３Ａは、本開示の実施例による携帯用単一ハンドル・デバイス２０のいくつかの詳細を示す。ハンドル１３は、一端に人間工学的な設計の取手部分３１を有し、他端で取付け板３５に取り付けられている。取付け板３５の反対側には、ＰＳＭ  １１が取り付けられて、アダプタ３６によって密封されている。さらなる実施例では、アダプタ３６は、ボール移動止め３７を使用して、取付けベースに対して機械的に接続するように構成されており、取付けベースに対する接続が無線でない場合には、アダプタ３６はインターフェース・コネクタ３８も含む。
【００１９】
ハンドル１３は、好ましくは起伏があり、人の片手若しくは両手、又は体節による操作向けに経済的に成形される。この実施例では、取手部分３１は、「Ｍｏｄｅ」スイッチ３２及び「Ｒｅｓｅｔ」スイッチ３３を含んでおり、その操作は以下で説明される。取手部分３１は、スイッチ、ミニジョイスティック、サムホイールなどの任意選択のコントローラ２８を含むための空間も有する。ハンドルのこの部分のコントローラ及びスイッチ２８、３２、３３は、好都合にはユーザの親指による操作用に配置される。
【００２０】
慣性の運動センサは、給電されていれば常に活きているので、意図しないハンドルの運動が出力エラーをもたらす可能性がある。この実施例では、このようなエラーは、「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ３４が活性化されているときしかＰＳＭからのセンサ信号を認識しないことによって防止される。「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ３４は、好都合には、ユーザの手のひらからの圧力による操作向けに配置され、押し込まれたときのみ活性化し、解放されたとき不活性となる。デバイスに接続されたホスト・システムは、例えばユーザがデバイスを放置しているとき、又はユーザが誤ってハンドルを落したときには、「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチが不活性となったことを通知される。ホスト・システムは、好ましくないＰＳＭ出力（すなわちスイッチ３４が不活性となっている間の出力）を無視するように構成される。
【００２１】
或いは、１つ又は複数のＳＳＭをユーザに取り付けてもよく（例えばユーザの手、腕又は指に固定する、或いはユーザの衣類に取り付けるか組み込む）、変位コントローラ（この実施例では単一ハンドル・デバイス２０）に対する意図したものでないユーザの動作を検出して解除する。
【００２２】
「Ｒｅｓｅｔ」押しボタンスイッチ３３は、押し込まれたときだけ活性化し、解放されたとき不活性となる。スイッチ３３は、図３Ａに示されるように、シングル・ハンドルの取手用に、簡単にアクセスできるように配置される（デュアル・ハンドルの取手用は図７を参照されたい）。ホスト・システムは、デジタル出力を、以前の較正中に設定されたデフォルトのヌル値にリセットし、デバイスの出力位置を再センタリングすることにより、「Ｒｅｓｅｔ」信号（スイッチ３３が押し込まれたとき生じる）に応答する。これは、従来型の位置決めデバイスを中心位置に戻すために機械的ばねを使用するのと類似している。携帯機器２０では、中心位置に戻すに機械的力は存在せず、代わりに、デバイス２０は、不揮発性メモリ及び「Ｒｅｓｅｔ」スイッチ３３を含む。メモリは、以前の中心位置のデータを維持し、「Ｒｅｓｅｔ」スイッチが押し込まれたり解放されたりするまでリフレッシュされる。「Ｒｅｓｅｔ」ボタンは、ＰＳＭとＳＳＭの一方又は両方の基準座標系を回復するのに使用されてもよい。「Ｒｅｓｅｔ」スイッチは、「Ｍｏｄｅ」スイッチ３２と組み合わせたとき、以下で説明されるようにさらなる機能を有する。
【００２３】
さらなる実施例では、取手部分３１が「Ｈｏｌｄ」押しボタンスイッチ３９を含み、「Ｈｏｌｄ」スイッチを押し込むと、ユーザは、制御下のデバイス（ＤＵＣ）の現在の変位や方向を変更することなく、変位コントローラを中立位置へ戻すことができる。例えば、ロボット・アームは、変位コントローラを前方へ３０．４８ｃｍ（１２インチ）移動させ、「Ｈｏｌｄ」スイッチを押し込み、変位コントローラを以前の位置に戻し、再び前方へ３０．４８ｃｍ（１２インチ）移動させることにより、前方へ６０．９６ｃｍ（２４インチ）移動させることができるはずである。（この実例では、ユーザの制御動作とＤＵＣの運動は１：１の倍率であるが、以下で論じられるように、他の比が用いられてもよい。）
【００２４】
「Ｍｏｄｅ」押しボタンスイッチ３２が活性化されるのは、おおよそ５〜０秒間にわたって押し込まれてから、解放されたときだけである。スイッチ３２を活性化すると、デバイスが較正モードに入る。活性化に必要な期間を長くすると、ユーザによって意図されたときしか較正モードに入らないことが保証される。
【００２５】
一実施例による、変位コントローラ・デバイス用の較正プロシージャの諸ステップが、図３Ｂの流れ図に示されている。ユーザは、「Ｍｏｄｅ」スイッチ３２を、おおよそ５〜１０秒にわたって押し込んでから次いで解放して活性化させる（ステップ３８１）。次いで、ユーザは、使用するつもりの方向の全範囲でデバイスを移動させ、デバイスは、その周囲の地球磁場及び地球の重力場に対する角度を学習する（ステップ３８２）。次いで、ユーザは「Ｒｅｓｅｔ」スイッチ３３を押し込んでから解放する（ステップ３８３）。次いで、デバイスは較正モードに入ることになる。較正中に、ユーザは、制御の目的で使用される方向にのみ、変位コントローラ・デバイスを移動させる（ステップ３８４）。デフォルトで、デバイスは、６ＤＯＦがすべて用いられるものと想定する。しかし、ユーザは、従来型の制御デバイスの機械的ゲーティングに類似して、（６４又は２６の可能性の総数から）３つの直進移動と３つの回転の特定の組合せだけを選択してよい。デバイスは、ユーザのジェスチャーから、その組合せを学習する（ステップ３８５）。ユーザが、誤りがあったと考える場合（ステップ３８６）、ユーザは、「Ｒｅｓｅｔ」ボタンを押してから解放して、較正を再起動する。ユーザは、再び「Ｍｏｄｅ」スイッチを押してから解放し（ステップ３８７）、較正を完了してプロシージャを出る。
【００２６】
所与のユーザの動作とジェスチャーの組は、様々な制御下のデバイス（ＤＵＣ）に適用されてよいことが理解されよう。反対に、所与のＤＵＣは、複数のユーザのうちの誰でも、別のタイプの動作及び範囲を用いて制御することができるはずである。したがって、ユーザの較正動作及びジェスチャーは、そのユーザによって制御される特定のＤＵＣのダイナミクスを表すように倍率変更されてよい。例えば、玩具を制御している子供は、３０．４８ｃｍ（１２インチ）の動作に応じて玩具を１５．２４ｃｍ（６インチ）移動させてよく（１：２の縮小）、大型車両を制御している身体障害者は、２．５４ｃｍ（１インチ）の動作に応じて車両を１．５２４ｍ（５フィート）移動させてもよい（６０：１の拡大）。
【００２７】
さらに、このシステム（一般に変位コントローラ、ＨＩＭ、ＳＳＭ、及びホスト・システムを含んでいる）は、不揮発性メモリ及びディスプレイ・デバイスを含んでよく、各自が運動とジェスチャーの固有の組を有する複数のユーザによる所与のＤＵＣの制御に対応してよい。特定の実施例では、不揮発性メモリは、変位コントローラ、ＨＩＭの一方又は両方に配置される。各ユーザに関する較正動作及びジェスチャーは、不揮発性メモリに記憶されてよく、ユーザが、システムにログオンする、又はシステムがディスプレイ・デバイスに表示するユーザのリストから自分の名前を選択することにより、システムで用いるために検索される。一実施例では、このシステムは、ユーザが、較正された動作の範囲外の動作又はジェスチャーを実行したとき、ユーザに対して信号伝達するためのデバイスを含んでもよい。
【００２８】
或いは、このシステムは、システムのダイナミクスを観測して学習することにより、ユーザの動作（意図した動作と意図的でない動作の両方）の動的較正、すなわち、ユーザによって遂行され、変位コントローラ、ＳＳＭ、及びＤＵＣによって検出された動作の、タイプ、ＤＯＦ及び範囲の学習を遂行するように構成されてもよい。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、図３Ａのシングル・ハンドル・デバイスの側面図及び底面図である。「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ３４が、図４Ａのプロファイルに示されている。通常動作では、ユーザは、「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ３４が自分の手のひらに近接するようにハンドル１３を握る。ハンドルの同じ側にトリガ・タイプのスイッチ２９が配置されてよく、ユーザが人さし指で操作するのに好都合である。図４Ｂの底面図は、ＰＳＭ  １１の筺体用の締結具４２、並びに取付けベースに対してアダプタ３６を確実に取り付けるためのボール移動止め３７及び位置合わせキー４１を示す。
【００３０】
図５及び図６は、それぞれ取付けベース６０の上面図及び側面図であり、一実施例により、取付けベース６０の上に携帯用シングル・ハンドル・デバイス２０（図３Ａ及び図４に示されたものなど）が取り付けられている。図５に示されるように、取付けベース６０は、アダプタ３６に接続するための受け台５０を含む。受け台５０は、位置合わせキー４１とはめ合わせるためのキー溝５１、及びボール移動止め３７とはめ合わせるためのボール・プランジャ５７を含む。ハンドル１３がインターフェース・ケーブルを介してベース６０に接続する特定の機構では、受け台５０はケーブル用の開口５８を有する。
【００３１】
したがって、携帯デバイス２０は、取付けベース６０に対して迅速に着脱され得る。デバイスの可搬性が、クロスゲート又は速度シフト・ゲートなどの機械的ゲーティングの特徴に対する類似性を取り除くことが理解されよう。アダプタ３６が、ユーザに対して、携帯デバイスとベース６０に固定されたデバイスとの間をユーザの選好によって切り換える融通性を提供する。
【００３２】
図６は、取付けベース６０のさらなる詳細を示す。受け台５０は、可撓性ベローズ又はカラー６２を介して取付けベースの下部に接続する。この実施例では、取付けベース６０は、ＳＳＭ  １２及びＨＩＭ  ６１、並びにホスト・システムに接続するためのインターフェース・コネクタ６７、及びＰＳＭに接続するためのインターフェース・コネクタ６８を含む。取付けベース６０は、プラットフォーム１４に取り付けるように構成される。プラットフォームが走行中の車両であるとき、ＳＳＭ  １２は、車両の運動を測定して、制御ハンドルの運動に対する基準系をもたらす。
【００３３】
本開示の別の実施例によるデュアル・ハンドル・コントローラ７０が、図７及び図８に示されている。コントローラ７０は、２つの人間工学的な設計のグリップ・ハンドル７５１、７５２を有し、ユーザは、片方の手を使用して「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ７４を活性化してよい。この実施例では、ＰＳＭ  １１は、コントローラの中央部分に取り付けられる。コントロール・パネル７７は、特に「Ｍｏｄｅ」スイッチ３２及び「Ｒｅｓｅｔ」スイッチ７３を含む様々な親指作動スイッチのための空間を有する。コネクタ７８及び７９は、必要に応じてインターフェース・ケーブルの取付けを可能にする。図８は、コントローラ７０の側面図であり、右手グリップ・ハンドル７５２を示す。ＰＳＭ  １１は、コントローラ内の取付け板８５に取り付けられる。「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ７４は、ハンドル７５２の外面から突出しており、ユーザが手のひらで操作するのに好都合である。通常動作では、コントロール・パネル７７は、ユーザが親指で操作するのに好都合であり、トリガ・タイプ・スイッチ８７は、ハンドルの反対側に配置され、ユーザが人さし指で操作するのに好都合である。
【００３４】
さらなる実施例によるデュアル・ハンドル・コントローラの別の機構が、図９及び図１０に示されている。図９及び図１０に示されるように、コントローラ９０は、方位角回転（ヨー）９５及び仰角回転（ピッチ）１０５を測定する２軸コントローラである。コントローラ９０は、それぞれが親指作動スイッチのための空間を伴う領域９７を有する２つの人間工学的設計のグリップ・ハンドル９３１、９３２を有する。コントローラの中央部分９４では、取付けブラケット９２上にＰＳＭ  １１が取り付けられる。取付けブラケット９２は、グリップ・ハンドル間に及ぶ仰角シャフト９１に接続される。図１０は、コントローラ９０の側面図であり、右手グリップ・ハンドル９３２を示す。図１０に示される実施例では、コントローラ９０と取付けベース１０８が方位角シャフト１０６によって接続されるように、取付けベース１０８の上にコントローラ９０の中央部分９４が取り付けられる。図６の機構に類似して、取付けベース１０８は、ＳＳＭ  １２を含み、プラットフォーム１４に取り付けるための取付け部分１０２を有する。プラットフォームが走行中の車両であるとき、ＳＳＭ  １２は、車両の運動を測定して、コントローラのハンドルの運動に対する基準系をもたらす。
【００３５】
コントローラ９０の中のＰＳＭ  １１は、方位角シャフト１０６のまわりの方位角回転及び仰角シャフト９１のまわりの仰角回転の両方を測定する（これも図２を参照されたい）。従来型の機構のように、方位角回転用及び仰角回転用に個別のセンサを必要とすることはない。これは、ＭＥＭＳ検出技術を用いるコントローラの簡易さを説明するのに役立つ。
【００３６】
本開示を実施するコントローラは、様々なサイズ、形状、及び構成を有してよく、本明細書で説明された片手のコントローラ及び両手のコントローラの実例は、限定するものではないことが理解される。
【００３７】
別の実施例によれば、ユーザ１００とホスト・システム１３５の間のインターフェースとして働くヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）１１５が、図１１に概略的に示されている。ＨＭＩは、ＰＳＭ  １１を有する制御デバイス１１１、ＳＳＭ  １２を有するプラットフォーム又は移動性の基準系１４、並びに電子的ハードウェア及びソフトウェアを含んでいるホスト・インターフェース・モジュール（ＨＩＭ）１３１を含む。ハードウェアは、デジタル信号プロセッサ、ＣＰＵとしてのマイクロプロセッサ、不揮発性メモリ、及びホスト・システムとの通信用のデジタル・インターフェースを含む。この実施例では、制御デバイス、プラットフォーム、ＨＩＭ及びホスト・システムは、ケーブル１１０を使用して相互に接続される。（一般に、ケーブルが使用されるのは、構成要素間の無線通信が好ましくないときに限られる。）ＨＩＭ  １３１は、プラットフォーム１４上又は別の好都合な位置に取り付けられてよい。具体的には、ＨＩＭ  １３１とＳＳＭ  １２は、持ち運びやすさのために、１つのモジュールに組み合わせられてよい。
【００３８】
一実施例によるＨＭＩ  １１５の特定の構成では、ＰＳＭはユーザが着用可能であり、すなわち、ユーザ１００に取り付ける（例えばユーザの腕、手又は指に固定される）、又はユーザの衣類に取り付ける、若しくは組み込まれる。したがって、遠隔武器の制御用途では、兵士は、腕、手、又は指の動作によって武器を制御してよい。
【００３９】
ＰＳＭ、ＳＳＭとＨＩＭの間の関係が、１つのＰＳＭ／ＳＳＭ対を含んでいる簡単なＨＭＩシステムに関して図１１に示されている。ユーザ１００とホスト・システム１３５の間のインターフェースとして働く、より複雑なＨＭＩシステム１２５が、図１２Ａに概略的に示されている。ＨＭＩシステム１２５は、複数のＰＳＭ  １１−１、１１−２、１１−Ｎを有する制御デバイス１２１と、共通の基準系として使用される単一ＳＳＭ  １２を有するプラットフォーム１４とを含む。
【００４０】
さらなる実施例では、図１２Ａに示されたＰＳＭ／ＳＳＭの構成は、複数のＰＳＭ／ＳＳＭ対が、所与のＰＳＭを隣のＳＳＭとして同時に使用することによって形成されるように再構成され得て、それによって、複雑なシステムの自由度に対応するための強力な検出ネットワークを形成する。
【００４１】
さらなる実施例では、図１２Ｂに概略的に示されるように、複数のＰＳＭを互いに接続してネットワーク１５１を形成してもよい。ＰＳＭ  １５１１−１、１５１１−４が、ネットワーク１５１の中で互いに接続され、移動しているプラットフォーム１５１４上のＳＳＭ  １５１２にも接続されている。
【００４２】
変位コントローラに対するユーザの意図的でない動作を検出して解除するために、１つ若しくは複数のＳＳＭ又はＳＳＭ／ＨＩＭを組み合わせたモジュールを（例えばユーザの手、腕又は指に固定し、或いはユーザの衣類に取り付け、又は組み込んで）ユーザに取り付けて、ネットワークに接続してもよい。また、ホスト・システムは、性能低下をもたらす、有害な動作条件（例えば磁気擾乱）に関する環境を観測して、その指標をユーザに提供するように構成されてもよい。次いで、ユーザは、代替の動作又はジェスチャーを用いる、或いはＤＵＣを操作するのに従来型のデバイスを使用することにより、性能低下を補償してよい。
【００４３】
ＨＩＭ  １３１のいくつかの詳細が、図１３に概略的に示されている。ＨＩＭ  １３１は、ＣＰＵ  １３３、不揮発性メモリ１３４、及びホスト・コンピュータ１３７と通信するためのデジタル・インターフェース１３６を含む。ＨＩＭ  １３１に常駐するソフトウェアには、デジタル信号処理及び命令処理用のソフトウェア１３２が含まれる。ＨＩＭ  １３１に対する入力には、電力５、ＰＳＭ信号７、及びＳＳＭ信号８が含まれる。
【００４４】
ホスト・コンピュータ１３７又はＨＩＭ  １３１には、複数のユーザに関する情報が記憶されていてよい。一実施例では、記憶されたユーザ識別子が、そのユーザの制御動作及びジェスチャー並びにセキュリティ状態と関連づけられる。（ユーザのセキュリティ状態は、そのユーザに関する許可レベルと称されることがあり、ユーザがシステムの特定の特徴にアクセスする許可を有するかどうかを示す。）ユーザの動作又はジェスチャーの制御の効果は、そのユーザのセキュリティ状態に従って変更されてよい。
【００４５】
図１４は、ＨＩＭ  １３１用のソフトウェア体系１４０を示しており、ＣＰＵ  １３３によって実行されるソフトウェアを概略的に示す。リアルタイムの信号取得プロシージャ１４１が、ＰＳＭからの入力１４０１及びＳＳＭからの入力１４０２を受け入れる。ピッチ、ロール及びヨーの方向を含む位置データが、航法アルゴリズム１４１０を用いて角速度を長時間にわたって積分することにより、最初に予測される。この積分アルゴリズムは、慣性航法システムで一般的に用いられるストラップダウン・アルゴリズムに類似である。次いで、積分によって誘起されるドリフトを回避するために、方向データが加速度を用いて再度予測される。加速度は、慣性力と重力を区別することができないので、所与の軸に対するドリフト・エラーが、磁力計を用いることにより解消される。それぞれの地理的位置が別々の磁界成分及び局所的な歪みを有するので、ユーザは、デバイスを、最初に使用するとき、又は制御デバイスの周囲において磁界に影響を及ぼす可能性がある変化があったとき（「Ｍｏｄｅ」ボタンを使用して（図３Ｂを参照されたい））、較正する必要がある。予測される結果はノイズエラーの影響を受けやすいことであり、したがって、正規分布ノイズに対して効果があるカルマン・フィルタ１４０３によってさらに補正される。図２を参照しながら上記で示されたように、ＰＳＭ及びＳＳＭのそれぞれが、それぞれの本体座標系で加速度及び角速度を測定する。ソフトウェア・コンポーネント１４０４は、ＰＳＭの位置のデータをＳＳＭ本体座標系に変換することにより、ユーザの手の動作を、制御されているデバイス（例えば車両）の基準系に関連づける。ソフトウェア・コンポーネント１４０５、１４０６、１４０７は、それぞれ「Ｅｎａｂｌｅ」スイッチ、「Ｍｏｄｅ」スイッチ、及び「Ｒｅｓｅｔ」スイッチからの入力を処理して、対応する操作を開始する（例えば「Ｅｎａｂｌｅ」入力も同時に存在するときＰＳＭからの入力を処理し、そうでなければＰＳＭからの入力を無視する）。さらなるソフトウェア・コンポーネント１４３０、１４０８が、ホスト・システム１３５からの命令を入力して処理する。（例えば、ＣＰＵ  １３３は、ホスト１３５からの命令に応じて、ＰＳＭ及びＳＳＭのデータに基づいて、ユーザからの更新される制御指示に備えてよい。）ソフトウェア１４０８による処理の結果が、ホストに対して出力するためのソフトウェア１４０９に伝達される。
【００４６】
したがって、本開示の実施例は、携帯式又は固定式のコントローラ、単独使用又は２台使用のコントローラ、並びに１軸、２軸、又は３軸のコントローラに用いられてよい。本開示に従って構成された制御デバイスは、カメラ及び前方監視赤外線（ＦＬＩＲ）結像システムの制御と、無人飛行機の制御を含む飛行制御と、ペイロード制御と、遠隔武器、無人自動車、無人船舶及び無人潜水艇の制御と、医療機器及びロボット・アームの制御と、建設機械及び土木機械の制御とを含む様々な用途に使用されてよい。さらに、ＭＥＭＳのＰＳＭ素子及びＳＳＭ素子のコンパクトで頑丈な性質により、これらの制御デバイスを武器に取り付けること、或いは厳しい環境で人が着用すること（例えば砲手又は特殊作業人員による着用）が可能になる。他の用途には、身体障害者又はリハビリテーション患者のための着用可能な制御デバイスが含まれる。
【００４７】
本開示が、特定の実施例に関して説明されてきたが、当業者には多数の代替形態、変更形態及び変形形態が明らかになるはずであることが、前述の説明から見て明白である。したがって、本開示は、本開示の範囲及び趣旨並びに以下の特許請求の範囲の中に入るこのような代替形態、変更形態及び変形形態をすべて包含するように意図されている。
【図１】
2013521571.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013521571.tif 000013
【図１０】
2013521571.tif 000014
【図１１】
2013521571.tif 000015
【図１２Ａ】
2013521571.tif 000016
【図１２Ｂ】
2013521571.tif 000017
【図１３】
2013521571.tif 000018
【図１４】
2013521571.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月3日(2012.1.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を制御するためのデバイス（１）であって、
前記デバイスのユーザによって操作可能な変位コントローラ（１３）と、
前記ユーザによって遂行される第１の基準座標系に対する制御動作を検出するように構成されて前記変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）と、
第２の基準座標系に対する前記第１の基準座標系の運動を検出するように構成された第２の検出デバイス（１２）と、
前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスに動作可能に接続されたインターフェース・デバイス（１３１、６１）であって、
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）から信号（１４０１、１４０２）を受け取り、
前記信号を処理して、前記第２の基準座標系に対する前記制御動作の相対運動を求め、
前記処理された信号に従って前記第２の基準座標系に対して前記対象物を制御するための制御信号を出力するように構成されたインターフェース・デバイスとを備えるデバイス。
【請求項２】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、多自由度の動作を検出するように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸加速度計（１５）及び３軸ジャイロスコープ（１６）を備える請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸磁力計（１７）をさらに備え、
前記第１の検出デバイス（１１）が、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によってプラットフォームに対する前記制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイス（１２）が、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって前記環境に対する前記プラットフォームの前記運動を検出し、
前記インターフェース・デバイスが、前記制御動作からプラットフォームの運動の影響を分離する請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記加速度計、前記ジャイロスコープ及び前記磁力計（１５、１６、１７）が、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のデバイスを含む請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記対象物が、受け台部分（５０）を有する取付けベース（６０）を含み、前記変位コントローラが、前記受け台部分に対して機械的に接続するように構成されたアダプタ部分（３６）を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の検出デバイス（１１）が前記インターフェース・デバイス（１３１、６１）と無線通信するように、前記変位コントローラ（１３、２０）が無線通信デバイスをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３４）をさらに備え、前記スイッチが活性化している間のみ前記第１の検出デバイスからの信号が処理されるように前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３９）をさらに備え、前記スイッチが活性化されている間は、前記対象物の現在の変位や方向を変更することなく前記変位コントローラが移動され得るように、前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記変位コントローラ（１３、２０）がスイッチ（３３）をさらに備え、前記スイッチを活性化することが、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの少なくとも１つの基準座標系を回復するのに効果的であるように、前記第１の検出デバイス（１１）が構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記変位コントローラ（１３、２０）が、少なくとも１つのスイッチ（３２）をさらに備え、前記第１の検出デバイス（１１）が、前記スイッチの活性化によって、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場及び地球重力場に対する較正プロシージャ（３８１〜３８７）を遂行するように構成される請求項４に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記較正プロシージャが、前記対象物の動的性質に従って前記ユーザの動作の倍率を変更するステップを含む請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスが、前記ユーザによって遂行されて前記第１の検出デバイス（１１）、前記第２の検出デバイス（１２）、及び前記対象物のうち少なくとも１つによって検出された動作に従って動的較正プロシージャを遂行するように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第２の検出デバイス（１２）と前記インターフェース・デバイス（１３１）が１つのモジュールに組み合わせられる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記変位コントローラに対する前記ユーザの動作を検出するように構成されて前記ユーザに取り付けられた追加の検出デバイスをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記インターフェース・デバイスが、前記ユーザに取り付けられた前記追加の検出デバイスと組み合わせられる請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記対象物が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって扱われるように構成されたシングル・ハンドル・コントローラ（２０）又はデュアル・ハンドル・コントローラ（７０）である請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
機構を制御するためのシステムであって、
前記機構を操作するように構成されて前記機構に接続された操作デバイスと、
前記システムのユーザによって操作可能な変位コントローラ（１３）と、
前記ユーザによって遂行される第１の基準座標系に対する制御動作を検出するように構成されて前記変位コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）と、
第２の基準座標系に対する前記第１の座標系の運動を検出するように構成された第２の検出デバイス（１２）と、
前記第１の検出デバイス、前記第２の検出デバイス及び前記操作デバイスに動作可能に接続されたインターフェース・デバイス（１３１）であって、
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）から信号（１４０１、１４０２）を受け取り、
前記信号を処理して、前記第２の基準座標系に対する前記制御動作の相対運動を求め、
前記処理された信号に従って前記第２の基準座標系に対して前記機構を制御するように前記操作デバイスに対する制御信号を出力するように構成されたインターフェース・デバイスとを備えるシステム。
【請求項２２】
前記操作デバイスが、前記機構に含まれているホスト・コンピュータ・デバイス（１３５）である請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記操作デバイスと前記インターフェース・デバイスのうち少なくとも１つが、不揮発性メモリ（１３４）及びディスプレイ・デバイスを含み、
前記不揮発性メモリが、前記ユーザの較正動作に関する情報を記憶するように構成され、
前記システムが、前記ユーザの、較正動作、前記システムへのログオン、又は前記ディスプレイ・デバイス上に表示されたユーザリストから前記ユーザの名前を選択する行為に従って、前記機構を制御するように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ユーザが、較正された動作の範囲を超える動作を実行したとき、前記ユーザに対して信号伝達するためのデバイスをさらに備える請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記不揮発性メモリ（１３４）が、前記ユーザのセキュリティ状態に関する情報を記憶するように構成され、
前記システムが、前記ユーザによって遂行された動作の効果を前記セキュリティ状態に従って変更するように構成される請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記機構が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の検出デバイスが前記インターフェース・デバイスと無線通信するように、前記変位コントローラが無線通信デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、加速度計（１５）、ジャイロスコープ（１６）、及び磁力計（１７）のうち少なくとも１つを備えることにより、多自由度の運動を検出するように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、加速度計（１５）、ジャイロスコープ（１６）、及び磁力計（１７）を備えることにより、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの多自由度の運動を検出するように構成され、
前記第１の検出デバイスが、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によってプラットフォーム（１４）に対する前記制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって前記環境に対する前記プラットフォームの前記運動を検出し、
前記インターフェース・デバイスが、前記制御動作からプラットフォームの運動の影響を分離する請求項２１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが、３軸加速度計（１５）、３軸ジャイロスコープ（１６）、及び３軸磁力計（１７）を備えることにより、前記第１の検出デバイス及び前記第２の検出デバイスの６自由度の運動を検出するように構成され、
前記第１の検出デバイスが、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によってプラットフォーム（１４）に対する制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって前記環境に対する前記プラットフォームの前記運動を検出し、
前記インターフェース・デバイスが、前記制御動作からプラットフォームの運動の影響を分離する請求項２１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記機構が車両であり、
前記第１の検出デバイスが、前記変位コントローラの中に前記車両から離れて配置されている請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記機構の中に、前記インターフェース・デバイス（６１）及び前記ホスト・コンピュータ・デバイスが配置されており、前記機構が、前記変位コントローラを機械的に接続する取付けベース（６０）をさらに含む請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
前記機構が、受け台部分（５０）を有する取付けベース（６０）を含み、前記変位コントローラ（２０）が、前記受け台部分に対して機械的に接続するように構成されたアダプタ部分（３６）を含むことによって前記取付けベースに対して着脱可能である請求項２２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記変位コントローラに対する前記ユーザの動作を検出するように構成されて前記ユーザに取り付けられた追加の検出デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項２１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記機構の制御に関する環境条件を観測するための観測デバイス、及び前記ユーザに対して制御性能のレベルを示すための表示デバイスをさらに備える請求項２１に記載のシステム。
【請求項３８】
前記観測デバイスが、磁気擾乱を検出するように構成され、前記表示デバイスが、前記磁気擾乱に関連した性能低下を表示するように構成される請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
変位コントローラ（１３）のユーザによって遂行される第１の基準座標系に対する制御動作を、前記コントローラに取り付けられた第１の検出デバイス（１１）によって検出するステップと、
第２の基準座標系に対する前記第１の基準座標系の運動を、第２の検出デバイス（１２）によって検出するステップと、
前記第１の検出デバイス（１１）からの信号（１４０１）及び前記第２の検出デバイス（１２）からの信号（１４０２）をインターフェース・デバイス（１３１）で受け取るステップと、
前記インターフェース・デバイス（１３１）で前記信号を処理して、前記第２の基準座標系に対する前記制御動作の相対運動を求めるステップと、
前記インターフェース・デバイスから制御信号を出力して、前記対象物を前記第２の基準座標系に対して前記処理された信号によって制御するステップとを含む方法。
【請求項４０】
前記第１の検出デバイス（１１）及び前記第２の検出デバイス（１２）のそれぞれが３軸磁力計（１７）を含み、
前記第１の検出デバイス（１１）が、前記第１の検出デバイスの局所的地球磁場によってプラットフォーム（１４）に対する６自由度の制御動作を検出し、
前記第２の検出デバイスが、前記第２の検出デバイスの局所的地球磁場によって前記環境に対する前記プラットフォームの６自由度の運動を検出する請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
変位コントローラがスイッチ（３４）を含み、前記処理ステップが、前記スイッチが活性化されている間のみ前記第１の検出デバイスからの信号を処理するステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記変位コントローラが少なくとも１つのスイッチ（３２）を含み、前記スイッチの活性化によって、前記第１の検出デバイス（１１）の局所的地球磁場及び地球重力場に対する較正プロシージャ（３８１〜３８７）を遂行するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記較正プロシージャが、前記対象物の動的性質に従って前記ユーザの動作の倍率を変更するステップを含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記対象物の運動を観測するステップと、
前記ユーザによって遂行される動作を観測するステップと、
前記対象物の前記運動及び前記ユーザによって遂行される前記動作に従って動的較正プロシージャを遂行するステップとをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記対象物が、武器、無人飛行機、無人自動車、無人船舶、無人潜水艇、又はロボット・デバイスである請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記制御動作が、シングル・ハンドル・コントローラ又はデュアル・ハンドルのコントローラを扱う前記ユーザによって遂行される請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
前記変位コントローラが、前記ユーザによって着用されるように構成される請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
前記変位コントローラが、前記ユーザの身体部分に固定されるように構成され、その結果、前記ユーザが、その身体部分の動作によって前記制御動作を遂行する請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記機構の制御に関する環境条件を観測して、前記ユーザに対して制御性能のレベルを示すステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
前記観測するステップが磁気擾乱を検出するステップを含み、前記示すステップが前記磁気擾乱に対する性能低下を示すステップを含む請求項４９に記載の方法。
【国際調査報告】
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