(57)【要約】【課題】身体に装着もしくは手や足、唇に保持した計測装置から取得できるセンサ情報を人の感覚に合った座標系へと変換し、ユーザが自由な身体の位置や姿勢において装置の操作を可能にするための指令を出力する。【解決手段】ユーザの身体の一部に装着され、制御装置に指令を入力する入力装置が提供される。入力装置は、前記入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得するセンサユニットと、前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定する基本姿勢設定部と、前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出する回転行列算出部と、前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出する特徴量算出部と、前記特徴量を用いて前記指令を特定する指令特定部と、前記指令を前記制御装置に送信する送信部と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2015149051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体の一部に装着され、制御装置に指令を入力する入力装置であって、
前記入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得するセンサユニットと、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定する基本姿勢設定部と、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出する回転行列算出部と、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量を用いて前記指令を特定する指令特定部と、
前記指令を前記制御装置に送信する送信部と、
を含む入力装置。
【請求項２】
前記回転行列算出部は、前記ユーザの身体の前記一部とは異なる部位に固定され、第３の座標系での第２の加速度を取得し、前記第２の加速度に基づいて前記第３の座標系から前記第２の座標系への回転角度を算出する計測装置から受信した前記回転角度を用いて、回転行列への補正を計算する、請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記計測装置は、取得した前記第３の座標系での前記第２の加速度の時間変化の高周波成分を除去し、前記第３の座標系における前記第２の加速度から前記第２の座標系への回転角度を算出する、請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
さらに、前記基準姿勢を設定するタイミングを指定するためのスイッチを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記基本姿勢設定部は、前記ユーザが動作を開始するときに前記基本姿勢を設定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項６】
前記第２の座標系のうちの一つの軸は、重力方向と一致する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項７】
前記特徴量は、前記第２の座標系の２つの軸周りの回転角度に相当する第１の回転角度と第２の回転角度から算出される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項８】
前記回転行列算出部は、前記第２の座標系に対する前記第１の座標系の各軸周りのオイラー角を用いて、前記回転行列を算出する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項９】
前記特徴量算出部は、前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における軸周りの回転角度に関する量を特徴量として算出する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記指令特定部は、前記特徴量から任意の数の前記指令の候補から一つを選択する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１１】
前記指令特定部は、前記指令の候補の数を動的に変化させる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１２】
前記入力装置が固定される前記ユーザの身体の一部は、手、足、首のいずれかである、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１３】
前記計測装置は、前記ユーザの心臓から肺の間の胴の一部、または首から上の部分に固定される、請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１４】
コンピュータにより実行される、制御装置に指令を入力する入力方法であって、
ユーザの身体の一部に装着される入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得することと、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定することと、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出することと、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出することと、
前記特徴量を用いて前記指令を特定することと、
前記指令を前記制御装置に送信することと、
を含む入力方法。
【請求項１５】
コンピュータに実行させる、制御装置に指令を入力する入力プログラムであって、
ユーザの身体の一部に装着される入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得し、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定し、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出し、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出し、
前記特徴量を用いて前記指令を特定し、
前記指令を前記制御装置に送信する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする入力プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置、入力方法および入力プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルを用いる端末を操作するためにユーザは、その端末の出力を表示する画面と対面し、キーボードやマウスを操作したり指で画面を触りながら操作する。つまり、タッチパネルを用いる端末への入力では、ユーザはタッチパネルに直接触れる必要があり、自由な手の位置や姿勢で端末を操作することができない。
【０００３】
そこで、加速度や角速度を計測できる装置を身体に装着もしくは手に保持し、上肢の動きによって携帯端末や周辺機器を操作する方法が開発されている。
【０００４】
そのような技術として、ユーザの動きを撮像した画像から、ユーザの手と前腕の方向ベクトルの向きの変化に相当する角度を検出し、頁めくりの動作が行われたかどうかを判定する装置が知られている（たとえば、特許文献１）。このような技術では、ユーザは、入力のための装置の操作を覚える必要がなく、頁めくりの際の普通の動作をするだけで、装置に対応制御を行わせることができる。
【０００５】
また、ユーザの手の位置を撮像し、たとえば胸の中心位置など所定のポイントからの相対距離、相対角度で表現し、それら相対位置、相対角度を入力装置のカーソルの位置に対応付ける技術が知られている（たとえば、特許文献２）。このような技術によれば、アルファベットから構成される文字のグループからの文字の選択、複数の機能からの機能の選択など、項目のグループからの項目の選択を容易に行うことができる。
【０００６】
また、ユーザがゲーム機の操作装置であるコントローラを把持してゲームを実行し、コントローラのボタンを押すことでコントローラの基準姿勢を再設定する技術が知られている（たとえば、特許文献３）。この技術では、コントローラは角速度センサを内蔵し、ゲーム機に角速度センサで検出した角速度の検出信号を出力する。角速度センサの検出信号は、コントローラに設定された三次元直交座標系における各座標軸の周りをコントローラが回転する角速度を検出した信号である。ゲーム機は、この検出信号から、コントローラの基準姿勢からの回転角を検出し、回転角の変化に基づいて制御を行う。このような技術によれば、たとえば、角速度の積分値に角速度センサによるドリフトによる誤差が蓄積し、検出される回転角が時間の経過と共に不正確になり、ゲーム機のディスプレイに表示されるキャラクタやオブジェクトの動きを適切に制御できなくなることを避けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４２９０１号公報
【特許文献２】特表２０１０−５３４８９５公報
【特許文献３】国際公報第２０１１／１２２２１４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、身体動作を開始する部位の先端、たとえば手、足先、頭の位置や姿勢を検知し入力を行う技術では、ユーザの方向感覚と対応づけられる操作がずれるため、ユーザに違和感を与え、ユーザは操作の学習に多大な労力を強いる可能性があるという問題が
ある。また、運動時の加速度から姿勢角を算出する方法では、ノイズによる誤差が発生しやすいという問題がある。
【０００９】
よって、一つの側面として、本発明は、ユーザの方向感覚に合った操作入力を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ユーザの身体の一部に装着され、制御装置に指令を入力する入力装置が提供される。入力装置は、前記入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得するセンサユニットと、前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定する基本姿勢設定部と、前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出する回転行列算出部と、前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出する特徴量算出部と、前記特徴量を用いて前記指令を特定する指令特定部と、前記指令を前記制御装置に送信する送信部と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
ユーザの方向感覚に合った操作入力を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の入力装置の構成の例を示す図である。
【図２】基準姿勢を設定する背屈検知スイッチの例を示す図である。
【図３】身体の部位の分類の例を示す図である。
【図４】基準姿勢において設定される直交座標系の例を示す図である。
【図５】オイラー角θを説明するための図である。
【図６】オイラー角ψを説明するための図である。
【図７Ａ】人が手を下ろしたときの姿勢の例を示す図である。
【図７Ｂ】人が片手を挙げたときの姿勢の例を示す図である。
【図８】オイラー角ψの設定の例を示す図である。
【図９】回転行列の要素ωｘ、ωｙ、ωｚを説明するための図である。
【図１０】回転角度ηｚの積分を説明するための図である。
【図１１】回転角度ηｘを説明するための図である。
【図１２】回転角度ηｚを説明するための図である。
【図１３】関節を中心とした回転の例を示す図である。
【図１４】基準姿勢における直交座標系における図１３の動作を示す図である。
【図１５】足首に設定された座標系の例を示す図である。
【図１６】首に設定された座標系の例を示す図である。
【図１７】補助特徴量の例としての手首と肘を通るベクトルを示す図である。
【図１８】動作と指令の関係の例を示す図である。
【図１９Ａ】２択の場合の動作と指令の関係の例を示す図である。
【図１９Ｂ】４択の場合の動作と指令の関係の例を示す図である。
【図１９Ｃ】６択の場合の動作と指令の関係の例を示す図である。
【図２０】あるユーザに対する動作と指令の関係の最適化を説明するための図である。
【図２１】あるユーザに対する動作と指令の関係の最適化を説明するための図である。
【図２２】歩行中のジェスチャ認識率の例を示す図である。
【図２３】入力装置の構成の例を示す図である。
【図２４】第１実施形態の入力装置における処理の流れの例を示す図である。
【図２５】第２実施形態の入力装置の例をユーザが装着した様子を説明するための図である。
【図２６】第２実施形態の入力装置の例の機能ブロック図の例を示す図である。
【図２７Ａ】基準姿勢における直交座標系の例を示す図である。
【図２７Ｂ】基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の例を示す図である。
【図２８】第２実施形態の入力装置の別の例の機能ブロック図の例を示す図である。
【図２９Ａ】基準姿勢における直交座標系の別の例を示す図である。
【図２９Ｂ】基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の別の例を示す図である。
【図３０】基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の例を示す図である。
【図３１Ａ】ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合に測定される角速度の時間変化の例を示す図である。
【図３１Ｂ】ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合に測定される角速度の時間変化の例を示す図である。
【図３２Ａ】ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合の補正後の角速度の時間変化の例を示す図である。
【図３２Ｂ】ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合の補正後の角速度の時間変化の例を示す図である。
【図３３】第２実施形態の入力装置における処理の流れの例を示す図である。
【図３４】第２実施形態の計測装置における処理の流れの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態のウェアラブル入力装置、入力方法および入力プログラムについて説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
＜＜入力装置＞＞
図１は、情報処理装置１０の概略を示している。情報処理装置１０は、入力装置２０と制御装置３０を含み得る。情報処理装置１０の例としては、汎用のパーソナルコンピュータ、ゲーム機、業務支援やエンターテイメント向けの機器、人の健康や身体状態の診断装置等であり得る。
【００１５】
図１の例では、入力装置２０は、ユーザの右手の手首に装着されている。
図１に示されているように、入力装置２０は、センサユニット２０２、基準姿勢設定部２０４、回転行列算出部２０６、特徴量算出部２０８、指令特定部２１０、および送信部２１２を含む。
【００１６】
また、入力装置２０は、センサユニット２２、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）２４、通信器２６、固定具２８、基準姿勢設定スイッチ２９を含んでいる。入力装置２０の基準姿勢設定スイッチ２９は、基準姿勢を設定するために用いられ得る。また、図２に示されているように、基準姿勢設定スイッチ２９は、背屈検知スイッチ２９であってもよい。背屈検知スイッチ２９は、ユーザの手首を手の甲側へ曲げることによって押すことができる。そして、背屈検知スイッチ２９が押されたとき、基準姿勢を設定しても良い。また、背屈検知スイッチ２９が押されてから所定の時間、たとえば、２秒、５秒などの経過した時刻におけるユーザの姿勢を基準姿勢と設定しても良い。
【００１７】
基準姿勢設定部２０４、回転行列算出部２０６、特徴量算出部２０８、指令特定部２１０の各部は、ＭＰＵ２４とＭＰＵ２４を制御するコンピュータプログラムによって構成され得る。
また、通信器２６は、送信部２１２を構成し得る。
【００１８】
図３に示されているように、身体部位を「頭部」、「腕部」、「脚部」に分類する。
頭部は、首から上の部分と、下はお腹まで含んでも良い。腕部は、肩から先の腕の部分であり得る。脚部は、股関節から先の足の部分であり得る。
【００１９】
以下の実施形態では、３軸角速度および３軸加速度センサを備えた入力装置２０をユーザの手に保持もしくは手首に装着し、開始時の手首の位置や姿勢によらない上肢の運動に伴う特徴量を算出し、この特徴量に基づき、装置を制御する指令を選択する。当然ながら必要であれば他の補助特徴量と併用してもよい。
【００２０】
センサユニット２２（センサユニット２０２）は、角速度および加速度を取得する。センサユニット２２（センサユニット２０２）は、角速度センサおよび加速度センサを含んでいても良い。以下では、センサユニット２２は、角速度センサおよび加速度センサの両方を含んでいる例を用いて説明するが、どちらか一方でも以下で説明する機能を有することができるのであれば、角速度センサおよび加速度センサの両方を含む必要はない。また、角速度センサおよび／または加速度センサは、入力装置２０とは別に用意され、センサユニット２２は、それら角速度センサおよび／または加速度センサから、角速度および加速度を取得しても良い。この場合、角速度センサおよび／または加速度センサは、入力装置２０とは別に、身体の一部、手首、足首等に装着され、入力装置２０は、ユーザが着ている服の胸ポケットに入れたり、ベルトやサスペンダに装着されても良い。
【００２１】
センサユニット２２（２０２）は角速度センサおよび加速度センサ以外のセンサから角速度および加速度を取得しても良い。たとえば、ジャイロセンサ、電子コンパス、カメラ、筋電位センサ等の少なくとも一つを用いて構成されていても良い。
【００２２】
マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）２４は、センサユニット２２で検出された角速度および加速度を用いて、入力指令を作成する。
【００２３】
図４に示されているように基準姿勢設定部２０４は、まず、動作開始時の姿勢を基準姿勢とし、その基準姿勢において直交座標系ｘ−ｙ−ｚを設定する。
【００２４】
基準姿勢を設定するタイミングの事例には、ユーザの身体が所定の関節姿勢もしくは生理的状態になったときや、ユーザが所定の身体運動を終えたとき、ユーザが所定の操作を装置に行ったときなどが含まれる。
【００２５】
ユーザの身体が所定の関節姿勢もしくは生理的状態になったときの例には、背屈角度が基準値を超えた、両唇が離れた、手を握った、心拍数が基準値を超えたときが含まれ得る。ユーザの身体が所定の関節姿勢もしくは生理的状態になったかどうかを判定するために、センサユニット２２（２０２）には、背屈角度を計測するためのセンサ、心拍数を計測するためのセンサが備えられても良い。また入力装置２０は、ユーザの両唇が離れているかどうか、ユーザが手を握っているかどうかを判定するために必要なデータを外部から受信しても良い。たとえば、ユーザの画像を受信しても良い。また入力装置２０は、角速度センサおよび加速度センサの測定データを用いて、これらの判定を行っても良い。
【００２６】
ユーザが所定の身体運動を終えたときの例には、手先で二回以上円を描いた、拳を三回以上握った、三秒以上まぶたを閉じたなどが含まれ得る。入力装置２０は、ユーザがこれらの動作を行ったかどうかを判定するために必要なデータを外部から受信しても良い。たとえば、ユーザの画像を受信しても良い。また入力装置２０は、角速度センサおよび加速度センサの測定データを用いて、これらの判定を行っても良い。
【００２７】
ユーザが所定の操作を装置に行ったときの例には、スイッチを押したとき、ダイヤルを所定の位置まで回した、基準値を超える電圧を与えたときが含まれ得る。特に、入力装置
２０の基準姿勢設定スイッチ２９が押されたときに、基準姿勢を設定しても良い。また、入力装置２０の基準姿勢設定スイッチ２９は、基準設定を行うタイミングを入力するためのスイッチであっても良い。
【００２８】
手に保持もしくは手首に装着した装置に固定される座標系は、座標系ｕ−ｖ−ｗとすると、ｚ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、重力ベクトルと平行かつ逆向きの軸である。ｘ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、ｚ軸とｖ軸に直行する軸であり、ｙ軸はｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、z軸とｘ軸に直行する軸である。この場合、ｘ、ｙ軸はｕ、ｗ軸の重力ベクトルに対する傾き（腕のねじり）によらず水平面上にある。
【００２９】
回転行列算出部２０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系（第２の座標系と呼ぶこともある）に対するｕ−ｖ−ｗ座標系（第１の座標系と呼ぶこともある）のｘ、ｙ、ｚ各軸周りのオイラー角θ、ψ 、φをセンサユニット２２の加速度センサの値より算出する。
【００３０】
図５はオイラー角θを説明するための図である。
加速度センサの観測値には、重力加速度と慣性加速度（動いたことによる加速度）が含まれる。基準姿勢において静止していることを仮定すれば、観測値と重力加速度は一致する。観測値と重力加速度は一致しない場合は、ローパスフィルタを用いて、重力加速度成分のみを算出し、重力加速度のｕ、ｖ、ｗ成分をそれぞれ、ａｕ、ａｖ、ａｗとする。
【００３１】
重力加速度Ｇの向きをｚ軸のマイナス方向と一致させる。ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｘ軸周りのオイラー角θは、
【数１】
2015149051.tif 000003
で定義される。
【００３２】
図６は、オイラー角ψを説明するための図である。
重力加速度のｕ、ｗ成分をそれぞれ、ａｕ、ａｗとする。すると、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｙ軸周りのオイラー角ψは、
【数２】
2015149051.tif 000004
で定義される。
【００３３】
ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｚ軸周りのオイラー角φは、基準姿勢では常に０である。
【００３４】
回転行列算出部２０６は、オイラー角θ、ψ 、φを一回の計算で決定してもよいし、複数回の平均をとるなどして求めてもよい。
【００３５】
ところで、オイラー角θが±９０°付近では、ａｕ、ａｗの両方とも微小になるため、オイラー角ψを正確に算出できないことがある。
【００３６】
しかし図７Ａ、７Ｂに示されているように、人間の身体の特性上、自然に手を降ろした状態においては、手の平を体に着けた状態、上げた状態では、手の平を外に向けた状態になる可能性が高い。図７Ａは、人が手を下ろしたときの姿勢の例を示す図、図７Ｂは、人が片手を挙げたときの姿勢の例を示す図である。図７Ａのように、人は一般に、自然に手
を降ろした状態においては、手のひらは脚部の腿と対抗する向きを取りやすい。また、図７Ｂのように、人は一般に、上げた状態では、手のひらを身体の前方方向に向きやすい。したがって、したがって、θが閾値を超えた場合、図８のようにψを設定する。すなわち、θ〜±９０°［ｄｅｇ］のとき、ψ＝＋９０°とする。
【００３７】
また回転行列算出部２０６は、オイラー角θ、ψ 、φよりｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する回転行列Ｒを算出する。このとき、手首の姿勢は上肢の運動により変化するため、定期的に取得した角速度センサの値より回転行列Ｒを更新する。
【００３８】
回転行列Ｒは、オイラー角θ、ψ 、φより次のように定義される。
【数３】
2015149051.tif 000005
【００３９】
図９は回転行列の要素ωｘ、ωｙ、ωｚを説明するための図である。つまり、ｘ、ｙ、ｚ軸周りの角速度をそれぞれ、ωｘ、ωｙ、ωｚ、ｕ、ｖ、ｗ軸周りの角速度をそれぞれ、ωｕ、ωｖ、ωｗとする。すると、ωｕ、ωｖ、ωｗからωｘ、ωｙ、ωｚへの変換は、
【数４】
2015149051.tif 000006
となる。
【００４０】
回転行列算出部２０６は、適宜、回転行列Ｒの更新を行う。重力加速度から姿勢を求める方法は、ノイズや運動中の慣性加速度による影響を受けやすい。そこで、各軸の角速度から回転行列Ｒを更新する。
【００４１】
たとえば、オイラー角を更新し、回転行列Ｒを再計算する方法では次のようにする。
時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおける角速度をそれぞれ、ωｘ（ｎ）、ωｙ（ｎ）、ωｚ（ｎ）とする。時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）とする。同様に、時刻ｔ＝（ｎ−１）×ｄｔにおけるにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ−１）、ψ（ｎ−１）、φ（ｎ−１）とする。ここで、ｄｔは、サンプリング周期、すなわち前の角速度取得から今の角速度取得までの時間差である。すると、時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）は、
【数５】
2015149051.tif 000007
によって求めることができる。
【００４２】
ｘ軸周りの回転角度ηｘと、ｚ軸周りの回転角度ηｚをそれぞれ、
【数６】
2015149051.tif 000008
によって定義する。定式は、離散系では、
【数７】
2015149051.tif 000009
によって定義する。ηｘ（０）、ηｚ（０）はそれぞれ、初期値である。図１０は、回転角度ηｚの積分を説明するための図である。上式の右辺第２項は、図１０の網掛けの部分を示している。
【００４３】
図１１は、回転角度ηｘを説明するための図、図１２は回転角度ηｚを説明するための図である。
【００４４】
図１１に示されているように、回転角度ηｘは、ユーザの腕を身体の軸と垂直方向に伸びるｘ軸の周りに回転させる動作によって生成される。図１２に示されているように、回転角度ηｚは、ユーザの腕を水平面内で動かす動作によって生成される。
【００４５】
図１３は、関節を中心とした回転の例を示す図であり、図１４は基準姿勢における直交座標系における図１３の動作を示す図である。
【００４６】
人の上肢動作を計測するためには、ユーザの手首に入力装置２０を装着し、自然な上下左右方向へと手首を移動させる。その結果、図１１に示されるように、ｘ軸周りの回転が上下、ｚ軸周りの回転が左右に対応していることが明らかとなるとする。基準姿勢においてｘ−ｙ−ｚ座標系を定義すれば、どの開始位置であってもｘ軸とｚ軸周りの回転は人の上下左右と感覚的に一致させることができる。
【００４７】
上の例では、腕に入力装置２０を装着したが、入力装置２０を装着する身体の部位は腕に限定されない。例えば、図１５に示されているように足首に装着しても良いし、図１６に示されているように、頭に装着しても良い。
【００４８】
また特徴量算出部２０８は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に変換した角速度を積分し、ｘ軸およびｚ軸周りの回転角度ηｘ、 ηｚを算出し、これを特徴量とする。
【００４９】
上では、ユーザの手首に装着された計測装置２０によってユーザの動作を計測し、ｘ軸およびｚ軸周りの回転角度ηｘ、 ηｚを特徴量として算出した。しかしながら、回転角度ηｘ、 ηｚに加えて、補助特徴量と呼ばれる量を検出し、指令の特定に用いても良い
。
【００５０】
補助特徴量の例には、
・ベクトルｖの方向への手首の移動量もしくはその時間変化（速度、加速度）
・手首をひねる角度もしくはその時間変化
・手の開閉
・手首の角度もしくはその時間変化
・スイッチのオン／オフ
・ダイヤルや曲げセンサなどのアナログ操作量もしくはその時間変化
等が含まれ得る。図１７は、補助特徴量の例としての手首と肘を通るベクトルを示す図である。
【００５１】
指令特定部２１０は、特徴量算出部２０８で算出された特徴量から、機器の操作のための指令を特定する。たとえば、情報処理装置１０がカラオケ装置の場合、回転角度ηｘと
ηｚの比に関する指標α：
【数８】
2015149051.tif 000010
を用いて、機器の音量の上下、曲の選択に割り当ててもよい。
【００５２】
また、回転角度ηｘと ηｚを変数変換を用いてマウスカーソル位置に対応付け、上肢動作によってパソコンのカーソルを操作可能としても良い。
【００５３】
さらに、回転角度ηｘと ηｚの軌跡を用いて手書き文字を認識しても良い。さらに、たとえば、回転角度ηｘに応じて画像の拡大縮小、回転角度ηｚに応じて画像の回転を行っても良い。
【００５４】
図１８は、動作と指令の関係の例を示す図である。
図１８に示されている例では、回転角度ηｘと ηｚの比に関する指標αの大きさによって、上下左右のいずれかの指令を特定する。
【００５５】
たとえば、指標αが、Ｔｓｕより大きく、且つＴｅｕより小さい場合は、指令特定部２１０は上肢動作を「上」という指令に対応させても良い。指標αが、Ｔｓｄより小さく、且つＴｅｄより大きい場合は、指令特定部２１０は上肢動作を「下」という指令に対応させても良い。指標αが、Ｔｓｌより小さく、且つＴｅｌより大きい場合は、指令特定部２１０は上肢動作を「左」という指令に対応させても良い。指標αが、Ｔｓｒより小さく、且つＴｅｒより大きい場合は、指令特定部２１０は上肢動作を「右」という指令に対応させても良い。
【００５６】
図１９Ａは２択の場合の動作と指令の関係の例を示す図、図１９Ｂは４択の場合の動作と指令の関係の例を示す図、図１９Ｃは６択の場合の動作と指令の関係の例を示す図である。
【００５７】
図１９Ａのように２択の場合には、入力装置２０が装着されている手首を左右のどちらに動かすかによって、その２つの選択肢の一つを決定しても良い。図１９Ａの下の図において、縦軸は回転角度ηｘ、横軸は回転角度ηｚであっても良い。
【００５８】
図１９Ａでは、回転角度ηｚが０［ｄｅｇ］近傍を除いて、ηｘ−ηｚ平面は２つの領
域に分割されている。分割されたそれぞれの領域には、制御装置３０を制御するための指令が付与されている。
【００５９】
図１９Ｂ、図９Ｃのように、４択、６択の場合は、指標αの値によって、選択肢の一つを決定しても良い。図１９Ｂ、図９Ｃの下の図において、縦軸は回転角度ηｘ、横軸は回転角度ηｚであっても良い。
【００６０】
図１９Ｂではηｘ−ηｚ平面は４つの領域に、図１９Ｃではηｘ−ηｚ平面は６つの領域に分割されている。分割されたそれぞれの領域には、制御装置３０を制御するための指令が付与されている。
【００６１】
また、選択肢の数は、制御対象、基準姿勢、現在の姿勢、角速度の分布等に基づき、動的に変更しても良い。
【００６２】
図２０、図２１は、あるユーザに対する動作と指令の関係の最適化を説明するための図である。
【００６３】
図２０に示されているように、ユーザに動かす方向は指示して、上下左右に手首を動かして貰うことによって、方向とユーザの動きの対応を学習することができる。そして、図２１に示されているように、各方向へ動かした際の方向角度を算出し、この結果をもとに最適な閾値を決定しても良い。これによって、特定のユーザの動作の癖に合った閾値を設定することができる。
【００６４】
たとえば図１９Ａ〜１９Ｃでは、分割された領域の大きさはほぼ同等であった。しかしながら指令特定部２１０は、ηｘ−ηｚ平面を不均一に分割しても良い。
【００６５】
図２１は、ηｘ−ηｚ平面を不均一に分割する方法を説明する図である。
あるユーザに対して、そのユーザが取る姿勢の頻度を、ある方向角度における発生回数としてカウントし、その分布に沿うようにηｘ−ηｚ平面を不均一に分割しても良い。
【００６６】
送信部２１２は、指令特定部２１０で作成された指令を制御装置３０に送信する。
このように、ユーザの身体の一部、たとえば手、足、首のいずれかに装着され、制御装置３０に指令を入力する入力装置２０が提供される。
【００６７】
センサユニット２０２は、入力装置２０に固定された第１の座標系であるｕ−ｖ−ｗ座標系での角速度および加速度を取得する。
【００６８】
基本姿勢設定部２０４は、ユーザの姿勢の基準である基準姿勢において、第２の座標系であるｘ−ｙ−ｚ座標系を設定する。
【００６９】
回転行列算出部２０６は、第１の座標系であるｕ−ｖ−ｗ座標系での加速度を用いて、第１の座標系であるｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度を、第２の座標系、すなわちｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度に変換する回転行列を算出する。第２の座標系すなわちｘ−ｙ−ｚ座標系のうちの一つの軸は、重力方向と一致しても良い。また回転行列は、第２の座標系、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対する第１の座標系、ｕ−ｖ−ｗ座標系の各軸周りのオイラー角を用いて算出されても良い。
【００７０】
特徴量算出部２０８は、第２の座標系、つまりｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度を用いて、第２の座標系、ｘ−ｙ−ｚ座標系における特徴量を算出する。特徴量は、前記第２の座標系、すなわちｘ−ｙ−ｚ座標系の２つの軸周りの回転角度に相当する第１の回転角度
と第２の回転角度から算出されても良い。また第２の座標系、ｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度を用いて、第２の座標系、ｘ−ｙ−ｚ座標系における軸周りの回転角度に関する特徴量を算出しても良い。
【００７１】
指令特定部２１０は、特徴量を用いて指令を特定する。指令特定部２１０は、特徴量から任意の数の前記指令の候補から一つを選択しても良い。また指令特定部２１０は、指令の候補の数を動的に変化させても良い。
【００７２】
送信部２１２は、指令を送信して、装置に入力する。
入力装置２０は、さらに、基準姿勢を設定するタイミングを指定するためのスイッチ２９を含み得る。
【００７３】
また、基本姿勢設定部２０４は、ユーザが動作を開始するときに前記基本姿勢を設定しても良い。
【００７４】
入力装置２０と制御装置３０は、有線または無線で電気的に接続されている。図１に示されている例では、入力装置２０と制御装置３０はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に基づいて情報の遣り取りが行われる。
【００７５】
図１に示されているように、制御装置３０は、スマートフォンでも良いし、パソコンでも良い。制御装置３０には、出力装置３８が接続されていても良い。出力装置３８は例えば、スピーカであり得る。
【００７６】
制御装置３０は、通信器３２、中央処理装置（ＣＰＵ）３４、メモリ（ＲＡＭ）３６を含み得る。
【００７７】
通信器３２は、入力装置２０から指令を受信する。
中央処理装置（ＣＰＵ）３４は、通信器３２で受けた指令に基づいて、所定の処理を行う。ＲＡＭ３６には、ＣＰＵ３４の動作を規定するコンピュータプログラムが記憶されていても良い。
【００７８】
ＣＰＵ３６による処理の結果は、出力装置３８からユーザに向けて出力される。出力装置３８は、たとえば、ディスプレイ、スピーカ等であり得る。ディスプレイやスピーカー等の出力装置３８は、身体に装着する装置、たとえば入力装置２０に統合され、一体化されても良い。また、ディスプレイやスピーカー等の出力装置３８は、入力装置２０とは別に、身体に装着されても良い。
【００７９】
図２２は、歩行中のジェスチャ認識率の例を示す図である。
ジェスチャとして、上下左右４種類、実験回数は各ジェスチャ５回ずつ、計２０回であった。図２２に示されているように、静止した状態での認識率は１００％であった。また、歩行中でも認識率は９５％であり、非常に高いことが分かる。
【００８０】
このように、入力装置２０は、身体に装着もしくは手や足に保持した入力装置から取得できるセンサ情報を人の感覚に合った座標系へと変換し、装置を制御するための指令を選択するので、ユーザが自由な身体の位置や姿勢において装置の操作を可能にすることができる。
【００８１】
上記のように構成された入力装置２０を用いることによって、自由な身体の位置と姿勢から身体動作を開始することができるため、ユーザの利便性を高めることができる。また、入力装置２０を用いることによって、身体動作の開始位置や姿勢によらず人間の自然な
動きと操作を一致させることができるため、ユーザの学習負荷を低減することができる。さらに、入力装置２０を用いることによって、２つの連続的な特徴量が提供されるため、音量の調整、ポインタの移動などアナログ的な操作にも対応づけることができる。また、入力装置２０では、基準姿勢におけるオイラー角の決定以外には加速度センサを利用しないため、ノイズや動作による慣性成分の影響を軽減することができる。また、入力装置２０では、基準姿勢決定後は角速度センサのみ回転角度を求めるため、通常の歩行のように体全体が並進移動をしている状態であっても、極端な回転を伴わない場合においてはその影響を受けないという利点を有する。
【００８２】
図２３は実施形態の入力装置２０の構成の例を示す図である。
このコンピュータ１００は、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）１０２、Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）１０４、Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）１０６、およびインターフェース１０８を備えている。なお、これらの構成要素はバスライン１１４を介して接続されており、ＣＰＵ１０２の管理の下で各種のデータを相互に授受することができる。インターフェース１０８には、センサ１１０と送信器１１２が接続されている。
【００８３】
Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）１０２は、このコンピュータ１００全体の動作を制御する演算処理装置であり、コンピュータ１００の制御処理部として機能する。
【００８４】
Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）１０４は、所定の基本制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。ＣＰＵ１０２は、この基本制御プログラムをコンピュータ１００の起動時に読み出して実行することにより、このコンピュータ１００の各構成要素の動作制御が可能になる。
【００８５】
Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）１０６は、ＣＰＵ１０２が各種の制御プログラムを実行する際に、必要に応じて作業用記憶領域として使用する、随時書き込み読み出し可能な半導体メモリである。
【００８６】
インターフェース１０８は、このコンピュータ１００に接続される各種機器との間での各種情報の授受の管理を行う。
【００８７】
センサ１１０は、角速度センサ、加速度センサであり得る。
送信器１１２は、ＣＰＵ１０２の演算の結果を、電気信号として外部に送信し得る。
【００８８】
また、図示されていないが、インターフェイス１０８には、図１のスイッチ２９が接続されていても良い。
【００８９】
このようなコンピュータ１００を用いて入力装置２０を構成するには、例えば、上述の各処理部における処理をＣＰＵ１０２に行わせるための制御プログラムを作成する。作成された制御プログラムはＲＯＭ１０４またはＲＡＭ１０６に予め格納しておく。そして、ＣＰＵ１０２に所定の指示を与えてこの制御プログラムを読み出させて実行させる。こうすることで、情報処理装置が備えている機能がＣＰＵ１０２により提供される。
【００９０】
図１に示されている入力装置２０は、センサユニット２０２、基準姿勢設定部２０４、回転行列算出部２０６、特徴量算出部２０８、指令特定部２１０、および送信部２１２を含んでいる。しかしながら、基準姿勢設定部２０４、回転行列算出部２０６、特徴量算出部２０８、指令特定部２１０の一部または全部は制御装置３０に備えられていても良い。
【００９１】
また、入力装置２０と制御装置３０は一体であっても良い。この場合、入力装置２０の送信部２１２と制御装置３０の通信器３２は省略し得る。
さらに、入力装置２０と制御装置３０と出力装置３８は一体であっても良い。
【００９２】
＜＜入力処理＞＞
図２４は、第１実施形態における入力の処理の流れの例を示す図である。
【００９３】
また、入力装置２０が図２３に示されているような汎用コンピュータ１００である場合には、下記の説明は、そのような処理を行う制御プログラムを定義する。すなわち、以下では、下記に説明する処理を汎用コンピュータに行わせる制御プログラムの説明でもある。
【００９４】
処理が開始されるとＳ１０で入力装置２０のセンサユニット２０２は、加速度と角速度を取得する。
【００９５】
この際、入力装置２０の基準姿勢設定部２０４で動作開始時の姿勢を基準姿勢とし、その基準姿勢において直交座標系ｘ−ｙ−ｚを設定しても良い。
【００９６】
次のＳ１２で入力装置２０の回転行列算出部２０６は、回転行列Ｒを算出済みであるかどうかを判定する。もし本判定の結果が“Ｙｅｓ”、すなわち回転行列Ｒを算出済みである場合には、処理はＳ１４に進む。また、もし本判定の結果が“Ｎｏ”、すなわち回転行列Ｒを算出済みでない場合には、処理はＳ１６に進む。
【００９７】
Ｓ１４で入力装置２０の回転行列算出部２０６は、角速度から回転行列の更新を行う。
たとえば、時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおける角速度をそれぞれ、ωｘ（ｎ）、ωｙ（ｎ）、ωｚ（ｎ）とする。時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）とする。同様に、時刻ｔ＝（ｎ−１）×ｄｔにおけるにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ−１）、ψ（ｎ−１）、φ（ｎ−１）とする。ここで、ｄｔは、サンプリング周期、すなわち前の角速度取得から今の角速度取得までの時間差である。すると、時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）は、
【数９】
2015149051.tif 000011
によって求めることができる。これらの更新されたオイラー角θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）を用いて、回転行列Ｒを、
【数１０】
2015149051.tif 000012
のように更新することができる。Ｓ１４の処理が終了すると、Ｓ２０に進む。
【００９８】
Ｓ１６で入力装置２０の回転行列算出部２０６は、加速度よりオイラー角θ、ψ、φを計算する。
【００９９】
重力加速度Ｇの向きをｚ軸のマイナス方向と一致させる。入力装置２０の回転行列算出部２０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｘ軸周りのオイラー角θを、
【数１１】
2015149051.tif 000013
のように計算する。
【０１００】
また、重力加速度のｕ、ｗ成分をそれぞれ、ａｕ、ａｗとする。すると、入力装置２０の回転行列算出部２０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｙ軸周りのオイラー角ψを、
【数１２】
2015149051.tif 000014
のように計算する。Ｓ１６の処理が終了すると、Ｓ１８に進む。
【０１０１】
Ｓ１８で入力装置２０の回転行列算出部２０６はオイラー角θ、ψ 、φよりｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する回転行列Ｒを計算する。これらのオイラー角θ、ψ 、φを用いて、回転行列Ｒは、Ｓ１４で用いた等式から算出することができる。Ｓ１８の処理が終了すると、処理はＳ２０に進む。
【０１０２】
Ｓ２０で入力装置２０の回転行列算出部２０６は、回転行列Ｒを用いて、ｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する。たとえば、ｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をωｕ、ωｖ、ωｗからｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度ωｘ、ωｙ、ωｚへの変換は、
【数１３】
2015149051.tif 000015
によって計算し得る。Ｓ２０の処理が終了すると、処理はＳ２２に進む。
【０１０３】
Ｓ２２で入力装置２０の特徴量算出部２０８は、角速度を積分し、回転角度ηｘ、ηｚを算出する。たとえば、特徴量算出部２０８は、ｘ軸周りの回転角度ηｘ、ｚ軸周りの回転角度ηｚをそれぞれ、
【数１４】
2015149051.tif 000016
から算出する。Ｓ２２の処理が終了すると、処理はＳ２４に進む。
【０１０４】
Ｓ２４で入力装置２０の指令特定部２１０は、特徴量である回転角度ηｘ、ηｚの値から指令を特定する。
【０１０５】
たとえば、図１８に関連して説明したように、入力装置２０の指令特定部２１０は、回転角度ηｘ、ηｚの値から「上」、「下」、「右」、「左」のうちの一つを選択する。Ｓ２４の処理が終了すると、処理はＳ２６に進む。
【０１０６】
Ｓ２６で入力装置２０の送信部２１２は、Ｓ２４で特定された指令を送信する。
上記のような処理を行うことによって、身体に装着もしくは手や足に保持した入力装置から取得できるセンサ情報を人の感覚に合った座標系へと変換し、装置を制御するための指令を選択するので、ユーザが自由な身体の位置や姿勢において装置の操作を可能にすることができる。
【０１０７】
上記のような処理を行うことによって、自由な身体の位置と姿勢から身体動作を開始することができるため、ユーザの利便性を高めることができる。また、入力装置２０を用いることによって、身体動作の開始位置や姿勢によらず人間の自然な動きと操作を一致させることができるため、ユーザの学習負荷を低減することができる。さらに、上記のような処理を行うことによって、２つの連続的な特徴量が提供されるため、音量の調整、ポインタの移動などアナログ的な操作にも対応づけることができる。また、上記のような処理では、基準姿勢におけるオイラー角の決定以外には加速度センサを利用しないため、ノイズや動作による慣性成分の影響を軽減することができる。また、上記のような処理では、基準姿勢決定後は角速度センサのみ回転角度を求めるため、通常の歩行のように体全体が並進移動をしている状態であっても、極端な回転を伴わない場合においてはその影響を受けないという利点を有する。
【０１０８】
＜第２実施形態＞
前実施形態の情報処理装置１０は、ユーザの手首等、ユーザの腕から先の部位に装着される入力装置２０を含んでいた。本実施形態の情報処理装置２００、２１０、２２０は、入力装置２０に加え、ユーザの胸や頭などに追加の計測装置を含んでいる。このような構成を採用することによって、様々な人の体勢（横たわっている、直立している）に置いて、人の感覚的な方向と装置での処理に用いられる方向を一致させ、身体の運動を適切な入力操作に対応付けられる。例えば、横たわって車の底部を整備する場合、寝そべって床下の点検をする場合、リクライニングチェアに腰かけて体を傾けた状態などおいて、装置の操作性を向上させることができる。ユーザがたとえば、寝そべっているような体勢でも人の感覚にあった操作方法を提供することができる。
【０１０９】
＜＜入力装置＞＞
図２５は、第２実施形態の入力装置の例をユーザが装着した様子を説明するための図である。
【０１１０】
図２５に示されている情報処理装置２００は、ユーザの手首等、ユーザの腕から先の部位に装着される入力装置４０、頭部に装着される計測装置５０、胸に装着される計測装置６０を含んでいる。
【０１１１】
以下では、ユーザの心臓から肺の間の胴の一部を胸部（または単に胸）、または首から上の部分を頭部（または単に頭）と呼ぶことがある。
【０１１２】
入力装置４０は、図１に示されている入力装置２０と類似の構成である。入力装置２０は、前述のようにセンサユニット２０２として角速度センサ、加速度センサを含み、センサユニット２０２を用いて得られた情報から回転行列算出部２０６で回転行列を算出して
いた。しかし、本実施形態の入力装置４０は、自身が有する角速度センサ、加速度センサを用いて得られた情報に加え、計測装置５０、６０で得られた情報を用いて、回転行列を補正する機能を含んでいる。
【０１１３】
計測装置５０、６０は、加速度センサ、地磁気センサ等であっても良い。また、図２５では、頭部に装着される計測装置５０、胸に装着される計測装置６０の両方が示されているが、どちらか一方のみが用いられてもよい。
【０１１４】
図２６は、第２実施形態の入力装置の例の機能ブロック図の例を示す図である。
図２６に示されている情報処理装置２１０は、ユーザの手首等、ユーザの腕から先の部位に装着される入力装置４０、制御装置３０、たとえばユーザの頭部等、首から上に装着される計測装置５０を含んでいる。入力装置４０と制御装置３０は互いに有線、または無線で電気的に接続されている。また計測装置５０と制御装置３０は互いに有線、または無線で電気的に接続されている。もちろん、計測装置５０と入力装置４０互いに有線、または無線で電気的に接続されていても良い。
【０１１５】
計測装置５０は、センサユニット５２、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）５４、通信器５６を含む。
【０１１６】
センサユニット５２は、重力方向を取得する。センサユニット５２は、加速度センサ、地磁気センサ等であっても良い。以下では、センサユニット５２は、加速度センサの両方を含んでいる例を用いて説明するが、計測装置５０とは別に用意され、センサユニット５２は、加速度センサから、加速度を取得しても良い。この場合、加速度センサは、入力装置２０とは別に、頭部に装着され得る。ＭＰＵ５４は、センサユニット５２で得られた加速度に関する情報から、高周波成分を除去するフィルタリングを行う。本実施形態ではセンサユニット５２で得られた計測値から高周波成分を除去したが、別途、フィルタを設置して高周波成分を除去しても良い。これによって、手の震えや、微小な手の動きのようなノイズ成分を除去することができる。
【０１１７】
さらに、計測装置５０のＭＰＵ５４は、以下のように角度α、βの算出を行う。
図２７Ａは、基準姿勢における直交座標系の例を示す図であり、図２７Ｂは、基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の例を示す図である。図２７Ｂのように頭部が重力ベクトルと平行ではなく、傾いている場合、その重力ベクトルからの傾き分だけｔ軸を補正する。
【０１１８】
手に保持もしくは手首に装着した装置に固定される座標系は、ｕ−ｖ−ｗ座標系（第１の座標系と呼ぶこともある）とすると、ｚ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、重力ベクトルと平行かつ逆向きの軸である。ｘ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、ｚ軸とｖ軸に直行する軸であり、ｙ軸はｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、z軸とｘ軸に直行する軸である。この場合、ｘ、ｙ軸はｕ、ｗ軸の重力ベクトルに対する傾き（腕のねじり）によらず水平面上にある。このようにして構成されるｘ−ｙ−ｚ座標系を第２の座標系と呼ぶこともある。
【０１１９】
図２７Ａに示されているように、計測装置５０では重力方向が計測され、重力と反対方向にｔ軸、目の前方の方向がｓ軸、ｔ軸とｓ軸に直交するようにｒ軸が設定される。このようにして構成されるｒ−ｓ−ｔ座標系を第３の座標系と呼ぶこともある。
【０１２０】
ｓ軸とｔ軸で張られるｓ−ｔ平面内で、ｓ軸と重力方向がなす角をαとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｓ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｓとすると、角度αは、
【数１５】
2015149051.tif 000017
のように計算される。
【０１２１】
また、ｒ軸とｔ軸で張られるｒ−ｔ平面内で、ｒ軸と重力方向がなす角をβとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｒ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｒとすると、角度βは、
【数１６】
2015149051.tif 000018
のように計算される。
【０１２２】
計測装置５０のＭＰＵ５２で算出された角度α、βは、通信器５６から送信される。
本例では、角度α、βは計測装置５０のＭＰＵ５２で算出したが、制御装置にて頭の姿勢に基づき、角度α、βを算出しても良い。
【０１２３】
計測装置５０は、定期的に計測を行っても良いし、入力装置４０からの要求に応じて、計測をしても良い。計測装置５０が入力装置４０からの要求に応じて、計測をする場合には、頭側の加速度センサは動作周波数が遅いものでもよい。これにより、計測装置５０のコストを下げることができる。
【０１２４】
入力装置４０は、図１に示されている入力装置２０と同様、センサユニット、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）、通信器、固定具、基準姿勢設定スイッチを含んでいる。入力装置４０の基準姿勢設定スイッチは、基準姿勢を設定するために用いられ得る。また、基準姿勢設定スイッチが、背屈検知スイッチであってもよいのは、前実施形態と同様である。また、背屈検知スイッチは、ユーザの手首を手の甲側へ曲げることによって押すことができる。そして、背屈検知スイッチが押されたとき、基準姿勢を設定しても良い。また、背屈検知スイッチが押されてから所定の時間、たとえば、２秒、５秒などの経過した時刻におけるユーザの姿勢を基準姿勢と設定しても良い。
【０１２５】
センサユニット４０２は、図１に示されている入力装置２０のセンサユニット２０２と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。センサユニット４０２は、角速度および加速度を取得する
基準姿勢設定部４０４は、図１に示されている入力装置２０の基準姿勢設定部２０４と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。基準姿勢設定部４０４は、動作開始時の姿勢を基準姿勢とし、その基準姿勢において直交座標系ｘ−ｙ−ｚを設定する。
【０１２６】
回転行列算出部４０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｘ、ｙ、ｚ各軸周りのオイラー角θ、ψ 、φをセンサユニット５２の加速度センサの値より算出する。回転行列算出部４０６は、適宜、回転行列Ｒの更新を行う。重力加速度から姿勢を求める方法は、ノイズや運動中の慣性加速度による影響を受けやすい。そこで、各軸の角速度から回転行列Ｒを更新しても良い。回転行列算出部４０６は、図１に示されている入力装置２０の回転行列算出部２０６と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。
【０１２７】
回転行列算出部４０６は、オイラー角θ、ψ 、φよりｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する回転行列Ｒを算出する。回転行列Ｒは、オイラー角θ、ψ 、φより次のように定義される。
【数１７】
2015149051.tif 000019
となる。
【０１２８】
また、回転行列算出部４０６は、計測装置５０から送られた角度α、βに関する情報を用いて、角速度を補正する。ここで補正のための回転行列Ｒｃを、
【数１８】
2015149051.tif 000020
で定義する。この補正のための回転行列Ｒｃを用いて、ωｕ、ωｖ、ωｗからωｘ、ωｙ、ωｚへの変換は、
【数１９】
2015149051.tif 000021
となる。上式から分かるように、Ｒｃによる回転は、Ｒによる回転に対する補正として働く。
【０１２９】
特徴量算出部４０８は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に変換した角速度を積分し、ｘ軸およびｚ軸周りの回転角度ηｘ、ηｚを算出し、これを特徴量とする。回転角度ηｘ、ηｚは、前実施形態と同様、
【数２０】
2015149051.tif 000022
によって算出され得る。特徴量算出部４０８は、図１に示されている入力装置２０の特徴量算出部２０８と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。前実施形態と同様、回転角度ηｘ、 ηｚに加えて、補助特徴量と呼ばれる量を検出し、指令の特定に用いても良い。
【０１３０】
指令特定部４１０は、特徴量算出部４０８で算出された特徴量から、機器の操作のための指令を特定する。指令特定部４１０は、図１に示されている入力装置２０の指令特定部２１０と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。
【０１３１】
送信部４１２は、指令特定部４１０で作成された指令を制御装置３０に送信する。送信部４１２は、図１に示されている入力装置２０の送信部２１２と同様の構成を有するので
、詳細な説明を省略する。
【０１３２】
制御装置３０については、既に説明をしたので、詳細な説明を省略する。
上の計測装置５０では加速度のみを計測したが、角速度を併用して姿勢推定を行ってもよい。そのための手法としては、第１実施形態で説明した、手の回転行列の更新と同様の方法を用いても良い。
【０１３３】
このように、入力装置４０とは別に、頭部に計測装置５０を装着し、計測装置５０で得られた情報を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度を補正することによって、ユーザが自由な身体の位置や姿勢においてよりユーザの感覚に合った装置の操作を行うことができる。特に、上の例では、頭に計測装置５０が装着されているので、目で見える像に合った感覚で装置を操作することができる。
【０１３４】
図２８は第２実施形態の入力装置の別の例の機能ブロック図の例を示す図である。
図２８に示されている例では、手と胸に装着された装置が通信を行い、胸の姿勢に基づき、座標系を補正する。補正後のセンサデータを制御装置に送信する。ここで、手側と胸側のセンサ取得周期は異なっていてもよい。たとえば、胸に装着した計測装置での計測の周期を遅くし、消費電力を抑えても良いし、胸に装着した計測装置も手首に装着した入力装置と同じ、早い周期で計測し、姿勢をリアルタイムに推定しても良い。
【０１３５】
図２８に示されている情報処理装置２２０は、ユーザの手首等、ユーザの腕から先の部位に装着される入力装置４０、制御装置３０、たとえばユーザの胸に装着される計測装置６０を含んでいる。図２８に示されている情報処理装置２２０は、図２６に示されている情報処理装置２１０におけるユーザの頭部等、首から上に装着される計測装置５０の代わりに、たとえばユーザの胸に装着される計測装置６０を含んでいる。
【０１３６】
計測装置６０は、センサユニット６２、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）６４、通信器６６を含む。
【０１３７】
センサユニット６２は、重力方向を取得する。センサユニット６２は、加速度センサ、地磁気センサ等であっても良い。以下では、センサユニット６２は、加速度センサの両方を含んでいる例を用いて説明するが、計測装置６０とは別に用意され、センサユニット６２は、加速度センサから、加速度を取得しても良い。この場合、加速度センサは、入力装置２０とは別に、頭部に装着され得る。ＭＰＵ６４は、センサユニット５２で得られた加速度に関する情報から、高周波成分を除去するフィルタリングを行う。本実施形態ではセンサユニット６２で得られた計測値から高周波成分を除去したが、別途、フィルタを設置して高周波成分を除去しても良い。
さらに、計測装置６０のＭＰＵ６４は、以下のように角度α、βの算出を行う。
【０１３８】
図２９Ａは、基準姿勢における直交座標系の例を示す図であり、図２９Ｂは、基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の例を示す図である。
【０１３９】
手に保持もしくは手首に装着した装置に固定される座標系は、ｕ−ｖ−ｗ座標系とすると、ｚ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、重力ベクトルと平行かつ逆向きの軸である。ｘ軸は、ｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、ｚ軸とｖ軸に直行する軸であり、ｙ軸はｕ、ｖ、ｗと同じ座標原点を通り、z軸とx軸に直行する軸である。この場合、ｘ、ｙ軸はｕ、ｗ軸の重力ベクトルに対する傾き（腕のねじり）によらず水平面上にある。
【０１４０】
図２９Ａに示されているように、計測装置６０では重力方向が計測され、重力と反対方向にｎ軸、胸の前方の方向がｍ軸、ｎ軸とｍ軸に直交するようにｌ軸が設定される。この
ようにして構成されるｌ−ｍ−ｎ座標系も第３の座標系と呼ぶこともある。
【０１４１】
ｍ軸とｎ軸で張られるｍ−ｎ平面内で、ｍ軸と重力方向がなす角をαとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｍ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｍとすると、角度αは、
【数２１】
2015149051.tif 000023
のように計算される。
【０１４２】
また、ｌ軸とｎ軸で張られるｌ−ｎ平面内で、ｌ軸と重力方向がなす角をβとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｌ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｌとすると、角度βは、
【数２２】
2015149051.tif 000024
のように計算される。
【０１４３】
計測装置６０のＭＰＵ６２で算出された角度α、βに関数情報は、通信器５６から送信される。
【０１４４】
入力装置４０、制御装置３０の構成については既に説明した通りであるので、詳細な説明を省略する。
【０１４５】
本例において、計測装置６０は、定期的に計測を行っても良いし、入力装置４０からの要求に応じて計測をしても良い。計測装置６０が入力装置４０からの要求に応じて、計測をする場合には、頭側の加速度センサは動作周波数が遅いものでもよい。これにより、計測装置６０のコストを下げることができる。
【０１４６】
このように、入力装置４０とは別に、胸部に計測装置６０を装着し、計測装置５０で得られた情報を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度を補正することによって、ユーザが自由な身体の位置や姿勢においてよりユーザの感覚に合った装置の操作を行うことができる。特に、上の例では、胸に計測装置６０が装着されているので、体の向きに合った感覚で、装置を操作することができる。
【０１４７】
また、上記実施形態では、角度α、βの計算を計測装置５０、６０で行ったが、制御装置３０または入力装置４０で行っても良い。角度α、βの計算を制御装置３０で行う場合、制御装置３０は、計測装置５０、６０で得られた角度を受け取り、角度α、βを計算し、入力装置４０に送信しても良い。角度α、βの計算を入力装置４０で行う場合、入力装置４０は、計測装置５０、６０で得られた角度を受け取り、角度α、βを計算しても良い。
【０１４８】
ここで、第２実施形態の情報処理装置２１０、２２０を用いたときの、角速度が補正される様子を説明する。
【０１４９】
図３０は、基準姿勢からずれた姿勢における直交座標系の例を示す図である。
図３０に示されているように、ユーザは前後方向の後ろ側に傾いている。
【０１５０】
図３１Ａは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合に測定される角速度の時間変化の例を示す図、図３１Ｂは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合に測定される角速度の時間変化の例を示す図である。図３２Ａは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合の補正後の角速度の時間変化の例を示す図、図３２Ｂは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合の補正後の角速度の時間変化の例を示す図である。
【０１５１】
図３１Ａは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合に測定される角速度ωｗの時間変化、図３１Ｂは、角速度ωｖの時間変化を示している。これは、図３０のｎ軸周りに手首を回転された場合に相当する。いずれのカーブも、時間が経過するに連れ、単調に増加し、時刻ｔ０でピークωｗ０、ωｖ０を取ったあと、単調に減少している。
【０１５２】
図３２Ａは、ユーザの体の軸回りに手先を回転させた場合の補正後の角速度ωｚの時間変化、図３２Ｂは、補正後の角速度ωｙの時間変化を示している。図３２Ａに示されているように、ｚ方向の角運動量ωｚは、やはり単調に増加し、時刻ｔ０でピークωｚ０を取るが、このピーク値ωｚ０は、ωｗ０、ωｖ０より大きい。そして、ｔ０より後の時間では、角運動量ωｚは単調に減少する。図３２Ｂに示されているように、補正後の角速度ωｙの時間の変化を示すカーブはほとんどフラットであり、ピーク値ωｙ０は、ωｗ０、ωｖ０より小さい。補正後の角速度のカーブを見ると、ユーザが手を左右に運動させたことがより明確に分かる。
【０１５３】
上述の入力装置２１０、２２０は、図２３に示されているようなコンピュータ１００によって実現可能である。
【０１５４】
＜＜入力処理＞＞
図３３は、第２実施形態の入力装置における処理の流れの例を示す図である。
【０１５５】
入力装置４０が図２３に示されているような汎用コンピュータ１００である場合には、下記の説明は、そのような処理を行う制御プログラムを定義する。すなわち、以下では、下記に説明する処理を汎用コンピュータに行わせる制御プログラムの説明でもある。
【０１５６】
処理が開始されるとＳ４０で入力装置４０のセンサユニット４０２は、加速度と角速度を取得する。
【０１５７】
この際、入力装置４０の基準姿勢設定部４０４で動作開始時の姿勢を基準姿勢とし、その基準姿勢において直交座標系ｘ−ｙ−ｚを設定しても良い。
【０１５８】
次のＳ４２で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、回転行列Ｒを算出済みであるかどうかを判定する。もし本判定の結果が“Ｙｅｓ”、すなわち回転行列Ｒを算出済みである場合には、処理はＳ４４に進む。また、もし本判定の結果が“Ｎｏ”、すなわち回転行列Ｒを算出済みでない場合には、処理はＳ４６に進む。
【０１５９】
Ｓ４４で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、角速度から回転行列の更新を行う。
たとえば、時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおける角速度をそれぞれ、ωｘ（ｎ）、ωｙ（ｎ）、ωｚ（ｎ）とする。時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）とする。同様に、時刻ｔ＝（ｎ−１）×ｄｔにおけるにおけるオイラー角をそれぞれ、θ（ｎ−１）、ψ（ｎ−１）、φ（ｎ−１）とする。ここで、ｄｔは、サンプリング周期、すなわち前の角速度取得から今の角速度取得までの時間差である。すると、時刻ｔ＝ｎ×ｄｔにおけるオイラー角θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）は、
【数２３】
2015149051.tif 000025
によって求めることができる。これらの更新されたオイラー角θ（ｎ）、ψ（ｎ）、φ（ｎ）を用いて、回転行列Ｒを、
【数２４】
2015149051.tif 000026
のように更新することができる。Ｓ２４の処理が終了すると、Ｓ５０に進む。
【０１６０】
Ｓ４６で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、加速度よりオイラー角θ、ψ、φを計算する。
【０１６１】
重力加速度Ｇの向きをｚ軸のマイナス方向と一致させる。入力装置４０の回転行列算出部４０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｘ軸周りのオイラー角θを、
【数２５】
2015149051.tif 000027
のように計算する。
【０１６２】
また、重力加速度のｕ、ｗ成分をそれぞれ、ａｕ、ａｗとする。すると、入力装置４０の回転行列算出部４０６は、ｘ−ｙ−ｚ座標系に対するｕ−ｖ−ｗ座標系のｙ軸周りのオイラー角ψを、
【数２６】
2015149051.tif 000028
のように計算する。Ｓ４６の処理が終了すると、Ｓ４８に進む。
【０１６３】
Ｓ４８で入力装置４０の回転行列算出部４０６はオイラー角θ、ψ 、φよりｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する回転行列Ｒを計算する。これらのオイラー角θ、ψ 、φを用いて、回転行列Ｒは、Ｓ４４で用いた等式から算出することができる。Ｓ４８の処理が終了すると、処理はＳ５０に進む。
【０１６４】
Ｓ５０で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、回転行列Ｒを用いて、ｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をｘ−ｙ−ｚ座標系に変換する。たとえば、ｕ−ｖ−ｗ座標系における角速度をωｕ、ωｖ、ωｗからｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度ωｘ、ωｙ、ωｚへの変換は、
【数２７】
2015149051.tif 000029
によって計算し得る。Ｓ５０の処理が終了すると、処理はＳ５２に進む。
【０１６５】
Ｓ５２で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、胸部または頭部に装着した計測装置６０、５０から補正のための角度α、βを取得する。
【０１６６】
上述のように、計測装置５０、６０は、入力装置４０からの要求に応じて角度α、βに関する情報を入力装置４０に向けて送信しても良いし、定期的に角度α、βに関する情報を入力装置４０に向けて送信しても良い。前者の場合、入力装置４０から要求があったときのみ計測装置５０、６０を動作させることで、消費電力や処理量を抑えることができる。
【０１６７】
次のＳ５４で入力装置４０の回転行列算出部４０６は、
【数２８】
2015149051.tif 000030
として、
【数２９】
2015149051.tif 000031
からｘ−ｙ−ｚ座標系での角速度ωｘ、ωｙ、ωｚを得る。上式から分かるように、Ｒｃによる回転は、Ｒによる回転に対する補正として働く。Ｓ５４の処理が終了すると、Ｓ５６に進む。
【０１６８】
Ｓ５６で入力装置４０の特徴量算出部４０８は、角速度を積分し、回転角度ηｘ、ηｚを算出する。Ｓ５６の処理が終了すると、処理はＳ５８に進む。
【０１６９】
Ｓ５８で入力装置２０の指令特定部２１０は、特徴量である回転角度ηｘ、ηｚの値から指令を特定する。
【０１７０】
たとえば、図１８に関連して説明したように、入力装置４０の指令特定部４１０は、回転角度ηｘ、ηｚの値から「上」、「下」、「右」、「左」のうちの一つを選択する。Ｓ５８の処理が終了すると、処理はＳ６０に進む。
【０１７１】
Ｓ６０で入力装置４０の送信部４１２は、Ｓ５８で特定された指令を送信する。
上記のような処理を行うことによって、身体に装着もしくは手や足に保持した入力装置
から取得できるセンサ情報を人の感覚に合った座標系へと変換し、装置を制御するための指令を選択するので、ユーザが自由な身体の位置や姿勢において装置の操作を可能にすることができる。
【０１７２】
図３４は、第２実施形態の計測装置における処理の流れの例を示す図である。
処理が開始されると、Ｓ７０で計測装置５０、６０のセンサユニット５２、６２は、加速度を取得する。Ｓ７０の処理は、入力装置４０からの要求に応じて開始されても良いし、定期的に開始されても良い。Ｓ７０の処理が終了すると、Ｓ７２に進む。
【０１７３】
Ｓ７２で計測装置５０、６０のＭＰＵ５４、６４は、センサユニット５２で得られた加速度に関する情報から、高周波成分を除去するフィルタリングを行う。本実施形態ではセンサユニット５２で得られた計測値から高周波成分を除去したが、別途、フィルタを設置して高周波成分を除去しても良い。これによって、手の震えや、微小な手の動きのようなノイズ成分を除去することができる。Ｓ７２の処理が終了すると、Ｓ７４に進む。
【０１７４】
Ｓ７４で計測装置５０、６０のＭＰＵ５４、６４は、角度α、βを算出する。
たとえば、図２９Ａに示されているように、計測装置６０では重力方向が計測され、重力と反対方向にｎ軸、胸の前方の方向がｍ軸、ｎ軸とｍ軸に直交するようにｌ軸が設定される。
【０１７５】
ｍ軸とｎ軸で張られるｍ−ｎ平面内で、ｍ軸と重力方向がなす角をαとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｍ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｍとすると、角度αは、
【数３０】
2015149051.tif 000032
のように計算される。
【０１７６】
また、ｌ軸とｎ軸で張られるｌ−ｎ平面内で、ｌ軸と重力方向がなす角をβとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｌ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｌとすると、角度βは、
【数３１】
2015149051.tif 000033
のように計算される。計測装置５０の場合も同様である。Ｓ７４の処理が終了すると、Ｓ７６に進む。
【０１７７】
Ｓ７６で計測装置５０、６０の通信器５２、６２は、Ｓ７４で得られた角度α、βに関する情報を送信する。
【０１７８】
このように、入力装置４０とは別に、胸部に計測装置６０を装着し、計測装置５０で得られた情報を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座標系における角速度を補正することによって、ユーザが自由な身体の位置や姿勢においてよりユーザの感覚に合った装置の操作を行うことができる。特に、上の例では、胸に計測装置６０が装着されているので、体の向きに合った感覚で、装置を操作することができる。
【符号の説明】
【０１７９】
１０  情報処理装置
２０  入力装置
２２  センサユニット
２４  マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）
２６  通信器
２８  固定具
２９  基準姿勢設定スイッチ
２０２、４０２  センサユニット
２０４、４０４  基準姿勢設定部
２０６、４０６  回転行列算出部
２０８、４０８  特徴量算出部
２１０、４１０  指令特定部
２１２、４１２  送信部
３０  制御装置
３２  通信器
３４  中央処理装置（ＣＰＵ）
３６  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）
３８  出力装置
５０、６０  計測装置
５２、６２  センサユニット
５４、６４  マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）
５６、６６  通信器
【図３】
2015149051.tif 000034
【図４】
2015149051.tif 000035
【図５】
2015149051.tif 000036
【図６】
2015149051.tif 000037
【図７Ａ】
2015149051.tif 000038
【図７Ｂ】
2015149051.tif 000039
【図８】
2015149051.tif 000040
【図９】
2015149051.tif 000041
【図１０】
2015149051.tif 000042
【図１１】
2015149051.tif 000043
【図１２】
2015149051.tif 000044
【図１３】
2015149051.tif 000045
【図１４】
2015149051.tif 000046
【図１５】
2015149051.tif 000047
【図１６】
2015149051.tif 000048
【図１７】
2015149051.tif 000049
【図１８】
2015149051.tif 000050
【図１９Ａ】
2015149051.tif 000051
【図１９Ｂ】
2015149051.tif 000052
【図１９Ｃ】
2015149051.tif 000053
【図２０】
2015149051.tif 000054
【図２１】
2015149051.tif 000055
【図２２】
2015149051.tif 000056
【図２３】
2015149051.tif 000057
【図２４】
2015149051.tif 000058
【図２５】
2015149051.tif 000059
【図２６】
2015149051.tif 000060
【図２７Ａ】
2015149051.tif 000061
【図２７Ｂ】
2015149051.tif 000062
【図２８】
2015149051.tif 000063
【図２９Ａ】
2015149051.tif 000064
【図２９Ｂ】
2015149051.tif 000065
【図３０】
2015149051.tif 000066
【図３１Ａ】
2015149051.tif 000067
【図３１Ｂ】
2015149051.tif 000068
【図３２Ａ】
2015149051.tif 000069
【図３２Ｂ】
2015149051.tif 000070
【図３３】
2015149051.tif 000071
【図３４】
2015149051.tif 000072
【図１】
2015149051.tif 000073
【図２】
2015149051.tif 000074
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月1日(2014.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ユーザの身体の一部に装着され、制御装置に指令を入力する入力装置が提供される。入力装置は、前記入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得するセンサユニットと、前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定する基準姿勢設定部と、前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出する回転行列算出部と、前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出する特徴量算出部と、前記特徴量を用いて前記指令を特定する指令特定部と、前記指令を前記制御装置に送信する送信部と、を含むことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
基準姿勢設定部２０４は、ユーザの姿勢の基準である基準姿勢において、第２の座標系であるｘ−ｙ−ｚ座標系を設定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
また、基準姿勢設定部２０４は、ユーザが動作を開始するときに前記基準姿勢を設定しても良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】
また、ｌ軸とｎ軸で張られるｌ−ｎ平面内で、ｌ軸と重力方向がなす角をβとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｌ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｌとすると、角度βは、下式で計算される。
【数２２】
2015149051.tif 000075
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
計測装置６０のＭＰＵ６２で算出された角度α、βに関する情報は、通信器５６から送信される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７６】
また、ｌ軸とｎ軸で張られるｌ−ｎ平面内で、ｌ軸と重力方向がなす角をβとする。重力加速度ベクトルの大きさをＧ、ｌ軸方向の加速度ベクトルの大きさをａｌとすると、角度βは、下式で計算される。
【数３１】
2015149051.tif 000076
計測装置５０の場合も同様である。Ｓ７４の処理が終了すると、Ｓ７６に進む。
【手続補正７】
【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】
ユーザの身体の一部に装着され、制御装置に指令を入力する入力装置であって、
前記入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得するセンサユニットと、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定する基準姿勢設定部と、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出する回転行列算出部と、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量を用いて前記指令を特定する指令特定部と、
前記指令を前記制御装置に送信する送信部と、
を含む入力装置。
【請求項２】
前記回転行列算出部は、前記ユーザの身体の前記一部とは異なる部位に固定され、第３の座標系での第２の加速度を取得し、前記第２の加速度に基づいて前記第３の座標系から前記第２の座標系への回転角度を算出する計測装置から受信した前記回転角度を用いて、回転行列への補正を計算する、請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記計測装置は、取得した前記第３の座標系での前記第２の加速度の時間変化の高周波成分を除去し、前記第３の座標系における前記第２の加速度から前記第２の座標系への回転角度を算出する、請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
さらに、前記基準姿勢を設定するタイミングを指定するためのスイッチを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記基準姿勢設定部は、前記ユーザが動作を開始するときに前記基準姿勢を設定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項６】
前記第２の座標系のうちの一つの軸は、重力方向と一致する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項７】
前記特徴量は、前記第２の座標系の２つの軸周りの回転角度に相当する第１の回転角度と第２の回転角度から算出される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項８】
前記回転行列算出部は、前記第２の座標系に対する前記第１の座標系の各軸周りのオイラー角を用いて、前記回転行列を算出する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項９】
前記特徴量算出部は、前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における軸周りの回転角度に関する量を特徴量として算出する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記指令特定部は、前記特徴量から任意の数の前記指令の候補から一つを選択する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１１】
前記指令特定部は、前記指令の候補の数を動的に変化させる、請求項１０に記載の入力装置。
【請求項１２】
前記入力装置が固定される前記ユーザの身体の一部は、手、足、首のいずれかである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１３】
前記計測装置は、前記ユーザの心臓から肺の間の胴の一部、または首から上の部分に固定される、請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１４】
コンピュータにより実行される、制御装置に指令を入力する入力方法であって、
ユーザの身体の一部に装着される入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得することと、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定することと、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出することと、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出することと、
前記特徴量を用いて前記指令を特定することと、
前記指令を前記制御装置に送信することと、
を含む入力方法。
【請求項１５】
コンピュータに実行させる、制御装置に指令を入力する入力プログラムであって、
ユーザの身体の一部に装着される入力装置に固定された第１の座標系での角速度および加速度を取得し、
前記ユーザの基準姿勢において、第２の座標系を設定し、
前記第１の座標系での前記加速度を用いて、前記第１の座標系における前記角速度を、前記第２の座標系における角速度に変換する回転行列を算出し、
前記第２の座標系における前記角速度を用いて、前記第２の座標系における特徴量を算出し、
前記特徴量を用いて前記指令を特定し、
前記指令を前記制御装置に送信する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする入力プログラム。