Interfacesindevicessuchasvehiclesandhouseholdappliancespossessmanybuttons andswitches.Inmoderndevicesthatcontainalotofvariousfunctions,itbecomes importantfortheusertobeabletodistinguishbetweenthem.However,regarding human‑machine‑interfaces,switcheshavenot

修 士 論 文

機 能 を 予 測 す る イ ン タ フ ェ ー ス

平成28年 度

指導教員 馬場 哲晃

(15893535)

横溝 有希子

首 都 大 学 東 京 大 学 院

シ ス テ ム デ ザ イ ン研 究 科 博 士 前 期 課 程 イ ン ダ ス ト リア ル ア ー ト学 域

提 出 日:平 成29年1月25日

機 能 を 予 測 す る イ ン タ フ ェー ス

要 旨

世 の 中 の乗 り物,家 電 な どの 機 器 に は,多 種 類 の ボ タ ンや ス イ ッ チ が イ ン タ フ ェ ー ス と して 備 わ っ て い る.多 種 類 の ス イ ッ チ を識 別 す る こ と は,様 々 な 機 能 が 次 々 に 追 加 さ れ て い く,テ ク ノ ロ ジ ー を基 盤 と した 現 代 社 会 で は重 要 に な っ て きて い る.し か し,ス イ ッ チ に は 複 数 の 問題 点 が あ る.ま ず,一 ・度 に大 量 の操 作 ス イ ッチ を提 示 す る こ とに よ っ て, ユ ー ザ の ヒ ュ ー マ ン エ ラ ー を誘 起 させ る問 題 点 が あ る.自 動 車 や 航 空 機 の コ ッ ク ピ ッ ド に は ス イ ッチ が 大 量 に あ り,押 し間 違 い か ら大 事 故 につ な が る可 能 性 が あ る.次 に,ス イ ッチ は 長 年 使 用 さ れ て い る に も関 わ らず,機 能 面 に お い て 大 き な 発 展 が な い 問題 点 が あ る.ヒ ュ ー マ ン マ シ ン イ ン タ フ ェ ー ス の 関係 に お い て,マ シ ン に 関 し て は様 々 な 研 究 が あ り着 々 と進 歩 して い る こ とに 対 して,イ ン タ フ ェ ー ス で あ る ス イ ッ チ は ほ ぼ 変 化 し て い な い.ス イ ッチ の 先 行 研 究 と して は,押 し心 地 評 価 や,押 し問 違 い の 評 価 な どの感 性 評 価,生 理 評 価 の 研 究 は数 多 くさ れ て い る.こ の よ うな 既 存 の ス イ ッチ の研 究 も重 要 だ が,機 械 が 進 化 して い く現 在 で は,従 来 の ス イ ッ チ の 利 便 性 や 体 験 を 推 し進 め た研 究 が 必 要 と考 え る.

ス イ ッチ に は,プ ッシ ュス イ ッチ,ダ イ ア ル ス イ ッチ,ト グ ル ス イ ッ チ な どの様 々 なi操 作 手 法 が 存 在 す る.電 源 をONOFFす る際 は プ ッ シ ュス イ ッ チ,音 量 を 上 げ 下 げ す る際

は ダ イ ア ル ス イ ッ チ な どの,ど の機 能 を使 うの か,何 を 操 作 す る か に よ っ て 使 用 す る ス イ ッチ も変 わ る.そ こで,こ の ス イ ッ チ の 操 作 感 の 違 い に着 目 して,ユ ー ザ が 使 い た い操 作 感 を 識 別 し,ユ ー ザ が 選 ぶ こ と な くス イ ッチ を 使 用 で き るSwitch++を 制 作 した.つ

ま り,本 研 究 で は動 的 に複 数 の ス イ ッ チ を 提 示 させ,人 が 使 い た い機 能 の ス イ ッチ を イ ン タ フ ェ ー スが 予 測 し フ ィ ー ドバ ッ ク を す る装 置 を提 案 す る.

本 研 究 で 制 作 したSwitch++は,ユ ー ザ が 使 い た い 機 能 を 想 像 し,そ の 機 能 に あ っ た i操作 感 を も つ ス イ ッ チ の 指 ジ ェ ス チ ャ を す る と,そ の ジ ェ ス チ ャ に そ っ た ス イ ッチ が 出 力 さ れ る流 れ で 使 用 す る.制 作 の 進 め 方 と して は,ユ ー ザ,入 力,出 力 に分 けて 進 め た.

ユ ー ザ が 指 ジ ェ ス チ ャ を す る入 力 部 分,そ の ジ ェ ス チ ャ に そ っ た ス イ ッ チ を駆 動 す る 出 力 部 分 で 構 成 され て い る.入 力 部 分 は,12個 の フ ォ ト リフ レ ク タ が 円 形 に配 置 さ れ て お

(縦)」,「 掴 む 」 で あ り,そ れ ぞ れ が プ ッ シ ュ ス イ ッ チ,ダ イ ア ル ス イ ッ チ,ト グ ル ス イ ッ チ,ジ ョイ ス テ ィ ッ ク に 対 応 して い る.出 力 部 分 は,検 出 した ジ ェ ス チ ャ に 沿 っ た ス イ ッ チ を ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ で 回 転 さ せ,リ ニ ア ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ で ス イ ッ チ を 手 元 に 近 づ け て い る.検 出 し た ジ ェ ス チ ャ は,あ ら か じ め 被 験 者 に 行 っ て も ら っ た2000個 の ジ ェ ス チ ャ の 生 デ ー タ を 利 用 し て,ど の ス イ ッ チ に 対 応 して い る か を 判 別 して い る.

生 デ ー タ2000個 の 指 ジ ェ ス チ ャ の 認 識 精 度 は,デ ー タ マ イ ニ ン グ に 度 々 利 用 さ れ て い るwekaに よ っ て 評 価 し た.サ ポ ー トベ ク タ ー マ シ ン,k近 傍 法,ベ イ ジ ア ン ネ ッ ト ワ ー ク,ニ ュ ー ト ラ ル ネ ッ トワ ー ク の4種 類 の 方 法 で 分 析 し,そ れ ぞ れ の 精 度 の 結 果 は, 86.6%,95%,81.85%,90.85%で あ っ た.こ の よ う に,主 要 な 分 析 手 法 で も8割 を 超 え る 認 識 精 度 を 得 る こ とが で き た.

ま た,Switch++全 体 の 評 価 と し て,被 験 者 に 提 示 し た ス イ ッ チ を 指 示 通 り操 作 で き る か に っ い て 実 験 を 行 っ た.ス イ ッ チ を 見 な が ら 操 作 し た 状 態,見 ず に 操 作 し た 状 態 ど ち ら も行 っ た が,正 答 率 が 高 い と は 言 え ず,こ の4つ の ジ ェ ス チ ャ を 使 い こ な す に は あ る 程 度 の 練 習 が 必 要 と い う結 果 に な っ た.そ れ の 改 善 策 と して,生 デ ー タ の 母 数 を 増 や し,9 割 を 超 え る 認 識 精 度 を 得 な け れ ば な ら な い.ま た,ユ ー ザ が 直 感 的 に 操 作 で き る よ う に, ス イ ッ チ を 手 元 に 近 づ け る 速 度 を 速 め た り,装 置 自体 の 小 型 化 な ど の 検 討 も 今 後 必 要 で あ る.し か し,ス イ ッ チ を 見 た 状 態 と見 な か っ た 状 態 で は 結 果 が さ ほ ど 変 わ ら ず,こ れ は, Switch++が ス イ ッ チ を 見 な い で 操 作 す る 際 に,有 効 で あ る こ と に 繋 が る と考 え ら れ る.

こ の よ う に,本 研 究 で は,現 時 点 の ス イ ッ チ の 問 題 点,ス イ ッ チ に 対 す る研 究 の 現 状 を 検 討 しつ つ,著 者 ら が 制 作 し たSwitch++の 利 点,問 題 点 ど ち ら も 触 れ な が ら,人 間 と機 械 の イ ン タ ラ ク シ ョ ン 性 を 促 進 す る 新 規 性 の 高 い 発 想 を 論 じ る.

"11

InterfacePredictingtheFunctions

Summary

Interfacesindevicessuchasvehiclesandhouseholdappliancespossessmanybuttons andswitches.Inmoderndevicesthatcontainalotofvariousfunctions,itbecomes importantfortheusertobeabletodistinguishbetweenthem.However,regarding human‑machine‑interfaces,switcheshavenotchangedsignificantlydespitethema‑

chinesthemselvesevolvingconstantly.Inthispaper,weproposeanewmethodof operabilityfordevicesbyprovidingmultipleswitchesdynamically,anduserschoose

theswitchthathasthefunctionalitythattheywanttouse.Switch十 十sensesthe

mentalmodeloftheoperatingsensationofswitchesagainsttheusersfingergestures andchangestheshapeoftheswitchaccordingly.Wedesigntheinterfacebasedonthe rawdata.Thepaperproposedtheideawithhighnoveltythatpromotetheinterac‑

tionbetweenthehumanandmachine,whileinvestigatetheissueswiththeexisting

switches.

目次

要 旨 Summary

1

2 1.1 1.2

‑ ⊥ 9 召 9 U 4 ム P O

∩ ∠ り θ り 右 り 白 9 右

序 論

ス イ ッチ の 問題 点...

ス イ ッチ の 利 点 と研 究 動 機

先 行 研 究

ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス の 進 化...。.

形 状 変 化 に よ る 複 数 入 力 可 能 な イ ン タ フ ェ ー ス...

形 状 変 化 に よ る 複 数 入 力 可 能 な ス イ ッ チ...

ユ ー ザ の 状 況 識 別...

本 研 究 の 目 的...

⁝川 ‑ ⊥ ‑ ∩ ∠

O

3

...,.3

...5

...7

..8

..10

3機 能 を予 測 す るイ ンタ フ ェー スの 開発12 4 5 6 3.1概 要... 3.2入 力 装 置 の 制 作... 3.2.1ハ ー ド ウ ェ ァ 構 成...,.. 3.2.2指 ジ ェ ス チ ャ の 種 類... 3.2.3パ タ ー ン 認 識... 3.2.4指 ジ ェ ス チ ャ の 識 別... 3.3出 力 装 置 の 制 作... 3.3.1ハ ー ド ウ ェ ァ 構 成... 3.3.2SPI通 信... 3.3.3デ イ ジ ー チ ェ ー ン... 3.3.4内 部 レ ジ ス タ の 設 定.... 3.3.5指 定 さ れ た ス イ ッ チ の 駆 動. 3.4入 力 装 置 と 出 力 装 置 の 合 体 3.5制 御 ア プ リ ケ ー シ ョ ン... 3.6ア イ リ ス 絞 り 部 分 と カ バ ー 部 分.

‑ ∩∠ 4 4

...12

...13

...13

...15

...16

◎...17

...18

...18

....21

...21

22 ...23

...25

...26

.29

‑ ← ‑ よ 3 3 り 0 0 0

35

36

謝辞 参考文献 付録 学外発表

7 ( ◎ ‑ 山 凸 5 3 4 .

1序 論

1,1ス イ ッチ の 問 題 点

世 の 中 の 乗 り物,家 電 な どの機 器 に は,た くさ ん の ボ タ ンや ス イ ッチ が イ ン タ フ ェ ー ス と して 備 わ って い る.私 た ち は 電 気 の ス イ ッチ,リ モ コ ン の ボ タ ン な ど,毎 日ス イ ッチ を 使 用 し機 能 を操 作 して い る.こ の よ うな 多 種 類 の ス イ ッ チ を識 別 す る こ と は,様 々 な機 能 が 次 々 に 追 加 さ れ て い く,テ ク ノ ロ ジ ー を 基 盤 と した 現 代 社 会 で は重 要 に な っ て き て い る.し か し,ス イ ッチ に は2つ の 問 題 点 が あ る.ま ず1つ 目 に,ス イ ッ チ の 数 が 多 く, 一 度 に 大 量 の 操 作 ス イ ッ チ を提 示 す る こ と に よ っ て ,ユ ーザ の ヒ ュー マ ンエ ラー を誘起 させ る問 題 点 が あ る.自 動 車 や 航 空 機 の コ ッ ク ピ ッ ドに は ス イ ッチ が 大 量 に備 わ っ て い て,押 し間 違 い か ら大 事 故 に つ な が る可 能 性 が あ る.実 際 に,2011年9月6日ANA140

便 は,副 操 縦 士 が 操 縦 室 の ドア ス イ ッチ と方 向舵 の ス イ ッ チ を 取 り違 え て 操 作 した こ と に よ っ て,機 体 姿 勢 が 異 常 な 状 態 とな り,急 降 下 す る とい う事 故[1]が 報 告 さ れ て い る.

ま た,警 察 庁 交 通 局 が 発 表 した 平 成27年 に お け る交 通 事 故 の発 生 状 況[2]に よ る と,最 も 多 い 交 通 事 故 の 原 因 の 第2位 が 脇 見 運 転 と な っ て い る.脇 見 運 転 の 要 因 と して は,自 動 車 の 運 転 とカ ー ナ ビ の 操 作 な どの 同 時 操 作 が 挙 げ られ る.技 術 が 進 歩 し,さ ら に機 能 が 追 加 さ れ て ス イ ッチ の数 が 増 え た ら,ま す ま す 事 故 発 生 数 は増 加 して し ま う恐 れ が あ る.

次 に2つ 目 の 問 題 点 と して,ス イ ッチ は長 年 使 用 され て い る に も関 わ らず,機 能 面 に お い て大 き な 発 展 が な い 点 が 挙 げ られ る.ヒ ュ ー マ ン マ シ ン イ ン タ フ ェ ー ス の 関係 に お い て, マ シ ン に 関 して は様 々 な研 究 が あ り着 々 と進 歩 して い る こ と に対 して,イ ン タ フ ェ ー ス で あ る ス イ ッチ は ほ ぼ 変 化 して い な い.

ス イ ッ チ の先 行 研 究 と して は,既 存 の ス イ ッチ に 対 す る押 し心 地 評 価 や,押 し間 違 い の 評 価 な どの 感 性 評 価,生 理 評 価 の研 究 は数 多 くさ れ て い る.渡 辺 らの研 究 で は,タ ッ チ 感 の 良 い ス イ ッ チ 設 計 の た め に,押 し心 地 に影 響 を 与 え る要 素 を 感 性 評 価 に よ っ て 明 ら か に して い る[3][4].ま た,ス イ ッチ の 押 し間 違 い の 検 証 に つ い て は,学 術 分 野 だ け で は な く,様 々 な 企 業 で 安 全 性 の 向 上 と して 研 究 が 長 年 行 わ れ て い る.こ の よ うな 既 存 の ス イ ッチ に 関 す る研 究 も大 切 だ が,現 状 の ス イ ッチ の 問題 点 を解 決 す るた め に は,評 価 だ け で は な く,新 しい ス イ ッチ を開 発 して い く必 要 が あ る.

1.2ス イ ッチ の 利 点 と研 究 動 機

多 くの ス イ ッ チ を識 別 す る こ と は現 代 社 会 に お い て 必 要 不 可 欠 だ が,ス マ ー トフ ォ ン を は じ め とす る デ ジ タ ル 機 器 に備 わ っ て い る ス イ ッチ や ボ タ ン の 数 は 減 少 して い る.ス マ ー トフ ォ ン の 前 に,私 た ち が 使 用 して い た 携 帯 電 話 は画 面 と物 理 ボ タ ンで 構 成 され て い た .2007年 に 当 時 のAppleのCEOで あ るSteveJobsがiphoneを 発 表 して 以 来,ス マ ー トフ ォ ンが 普 及 し,今 で は最 も身 近 な 情 報 機 器 とな っ て い る.こ の ス マ ー トフ オ ン

は数 年 前 ま で 使 用 して い た 携 帯 電 話 と違 っ て,タ ッ チ パ ネ ル と少 量 の 物 理 ボ タ ン で構 成 され て い る.最 新 のiphone7/7sで はつ い に ホ ー ム ボ タ ンで あ る物 理 ボ タ ンが 消 滅 して い る.ス マ ー トフ ォ ン に限 らず,銀 行 のATMや 駅 の 切 符 販 売機,コ ピー 機,カ ー ナ ビ な ど は,以 前 は物 理 ボ タ ンの 入 力 に よ っ て 操 作 して い た が,今 で は多 くの操 作 パ ネ ル は タ ッ チ パ ネ ル に よ っ て構 成 され て い る.つ ま り,タ ッチパネ ルの普及 に よ り,物 理 ボ タンで操 作 す る身 近 な機 会 は減 少 して い る.

そ の 一 方 で,多 機 能 化 が 進 む 現 代 に も か か わ らず,産 業 機 器,自 動 車,航 空 機 の 操 作 パ ネ ル に は,未 だ に大 量 の物 理 ボ タ ンが 備 わ っ て お り,昔 と変 わ らず ユ ー ザ は物 理 ボ タ ン を 操 作 しつ づ け て い る.物 理 ボ タ ン は,操 作 後 に カ チ ッ と 「押 した 」 とい う感 覚 が フ ィ ー ド バ ッ ク と して 残 り,ユ ー ザ に しっ か り と操 作 感 を提 供 し,間 違 え な い よ う に操 作 す る こ と が 可 能 に な る.つ ま り,視 覚 の フ ィ ー ドバ ッ クだ け で は な く,物 理 的 な フ ィ ー ドバ ッ ク は 重 要 で,タ ッチ パ ネ ル が 現 在 よ りさ ら に普 及 して も,物 理 ボ タ ン は 消 滅 しな い の で あ る.

ま た,ス イ ッチ や ボ タ ン 同 士 の 間 に は溝 が あ り,平 面 の タ ッチ パ ネ ル と違 って ス イ ッチ 同 士 の 区 別 が つ きや す く,何 か 他 の作 業 を して い て も,操 作 す る こ とが で き る.機 械 が 進 化 し,多 機 能 化 が 進 む現 代 で は,こ の よ うな 従 来 の ス イ ッ チ の利 便 性 や 体 験 を推 し進 めた 研 究 が 必 要 と考 え,本 研 究 に取 り組 ん だ.

2先 行研 究

本 章 で はユ ー ザ イ ン タ フ ェー ス の 進 化 に つ い て 述 べ,本 研 究 で 利 用 した,ユ ー ザ の状 況 に合 わ せ て イ ン タ フ ェ ー ス が 変 わ る とい う概 念 に 関 す る先 行 研 究 を列 挙 す る.

2.1ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス の 進 化

私 た ち が 日常 で 使 う イ ン タ フ ェ ー ス の 多 く は,タ ッ チ パ ネ ル が 利 用 さ れ て い る[5].タ ッ チ パ ネ ル は,GUI(グ ラ フ ィ カ ル ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス)を 利 用 して お り,画 面 に 表 示 さ れ た オ ブ ジ ェ ク ト を 直 接 触 る こ と に よ っ て 操 作 し て い る[6].Shneidermanは こ の 操 作 を 直 接 操 作[7]と 提 唱 し て い て,操 作 結 果 が 目 で 見 え る 形 で フ ィ ー ドバ ッ ク さ れ る こ と に よ り わ か りや す く,私 た ち の 生 活 に 深 く馴 染 ん で い る.GUIが 登 場 す る 以 前 は,CH(コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ フ ェ ー ス)に よ っ て コ ン ピ ュ ー タ をi操作 し て い た.CLIは,テ キ ス トベ ー ス の イ ン タ フ ェ ー ス で,ユ ー ザ が コ マ ン ド を 打 ち 込 む こ と に よ っ て,コ ン ピ ュ ー タ に 作 業 を 指 示 す る[12].ユ ー ザ は コ マ ン ドを 覚 え る 必 要 が あ り,機 械 が 人 間 に 寄 り添 う側 面 は 皆 無 に 等 し か っ た.そ し て,GUIが 登 場 し,CHと 違 っ て 視 覚 的 な フ ィ ー ドバ ッ ク と直 接 操 作 に よ っ て,誰 で も コ ン ピ ュ ー タ を 操 作 す る こ とが 可 能 とな り,世 の 中 の 多 くの 情 報 端 末 はGUIに よ っ て 操 作 さ れ 続 け て い る.

し か し,多 機 能 化 が 加 速 す る に つ れ て,GUIで の 操 作 に も 限 界 は 近 づ い て い る こ と か ら,GUIか ら 進 化 し た ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス が 多 数 報 告 さ れ て い る.石 井 は 直 接 操 作 と 物 理 的 な フ ィ ー ドバ ッ ク を 併 せ 持 っ た 概 念 を も つTangiblebits[8]を 提 唱 し て い る.こ れ

は,情 報 に 物 理 的 表 現 を 与 え る こ と に よ っ て,情 報 を 直 接 操 作 可 能 に す る ア イ デ ィ ア で あ り,TUI(タ ン ジ ブ ル ・ユ ー ザ ・イ ン タ フ ェ ー ス)と よ ば れ て い る(図2).

3

翫

畿灘

図1GUIの モ デ ル 引 用 元http:

//ascii.jp/elem/000/000/055/55585/

index‑2.html[9]

翻 (lnformatior、}

図2TUIの モ デ ル 引 用 元http:

//ascii.jp/elem/000/000/055/55585/

index‑2.html[9]

ま た2008年 の カ ン フ ァ レ ン ス で,MicrosoftのSurfaceを 担 当 す る リ サ ー チ マ ネ ー ジ ャ で あ るDennisWixonは,未 来 の ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス はGUIか らNUI(ナ チ ュ ラ ル ・ ユ ー ザ ・イ ン タ フ ェ ー ス)[10],そ し て,OUI(オ ー ガ ニ ッ ク ・ユ ー ザ ・イ ン タ フ ェ ー ス)[11]

に 進 化 し て い く と講 演 し た[12].NUIと は,人 間 の 直 感 を 利 用 す る こ と に よ っ て,空 間 を 介 し 情 報 を オ ブ ジ ェ ク ト と し て 表 す イ ン タ フ ェ ー ス で,ユ ー ザ の 行 っ た ま ま が 得 ら れ る.具 体 例 を 挙 げ る とMicrosoft社 が 発 売 し たKinectな ど の,ジ ェ ス チ ャ や 音 声 認 識 で 操 作 で き る デ バ イ ス で あ る.そ し て そ のNUIに 取 っ て 代 わ る と 予 測 さ れ て い るOUIは, 有 機 的 な シ ス テ ム の メ タ フ ァ ー を 利 用 し,ユ ー ザ が 状 況 に 合 わ せ て と っ た 行 動 に イ ン タ

フ ェ ー ス が 変 化 す る も の で あ る.OUIは 非 平 面 の オ ブ ジ ェ ク ト な の で,入 力 内 容 と 出 力 内 容 が 一 致 し,入 出 力 両 方 の 操 作 が 可 能 と な っ て い る.本 研 究 で は,OUIの ユ ー ザ の 状 況 に 合 わ せ て イ ン タ フ ェ ー ス が 変 わ る と い う概 念 は,人 間 と機 械 の イ ン タ ラ ク シ ョ ン を 強 化 す る た め に 重 要 と考 え,こ れ を 利 用 し制 作 し て い く.以 下 に 示 し た よ う に,こ の 概 念 を 「形 状 変 化 に よ る複 数 入 力 可 能 な イ ン タ フ ェ ー ス 」,「ユ ー ザ の 状 況 の 識 別 」 の2つ に 分 け て,そ れ ぞ れ の 先 行 研 究 を 調 査 し た.

●形 状 変 化 に よ る複 数 入 力 可 能 な イ ン タ フ ェ ー ス

● ユ ー ザ の 状 況 の 識 別

2.2形 状 変 化 に よ る複 数 入 力 可 能 な イ ン タ フ ェー ス

ユ ー ザ の 状 況 に 合 わ せ て イ ン タ フ ェ ー ス を 変 化 さ せ る た め に は,1つ の イ ン タ フ ェ ー ス で 複 数 入 力 を 可 能 に す る 必 要 が あ る.こ の 複 数 入 力 を 可 能 に す る こ と は,デ バ イ ス の 大 型 化,操 作 の 複 雑 さ を 防 ぐ こ と に も 繋 が る.ス イ ッ チ に 関 し て も,1つ の 機 能 に 対 し て1 つ の ス イ ッ チ だ と,機 能 が 追 加 さ れ れ ば さ れ る ほ ど,ス イ ッ チ の 数 は 増 加 す る 一 方 で あ る.し か し,ス イ ッ チ の 数 を 単 純 に 減 ら す だ け で は,余 計 に 操 作 が 複 雑 に な っ て し ま う可 能 性 が あ る[13].こ れ は,少 な い ス イ ッ チ で 多 くの 機 能 をi操作 す る こ と は,ス イ ッ チ を 押 す 回 数,組 み 合 わ せ な ど,ユ ー ザ が 記 憶 し な け れ ば い け な い こ と が か え っ て 増 え て し ま う か ら で あ る.つ ま り,操 作 す る 機 能 に よ っ て イ ン タ フ ェ ー ス を 変 え る の で は な く,イ ン タ フ ェ ー ス が 自 律 的 に 形 状 変 化 し,1つ の デ バ イ ス で 複 数 入 力 を 可 能 に す る こ と は,多 機 能 化 が 進 む 現 代 に と っ て 重 要 で あ る.形 状 変 化 に よ っ て,複 数 入 力 を 可 能 と し て い る イ ン タ フ ェ ー ス の 先 行 事 例 は た く さ ん あ る.Harrisonnら[14](図3)は,空 気 圧 の 変 化 で ゴ ム 素 材 の タ ッ チ パ ネ ル が 膨 ら ん だ り凹 ん だ り す る こ と に よ っ て,多 種 類 の 操 作 パ ネ ル を 提 供 し て い る.ThingsFollmerのinFORM[15](図4)で は,モ ノ の ア フ ォ ー ダ ン ス を,形 状 変 化 す る デ ィ ス プ レ イ に よ っ て 提 供 し て い る.ま た,Roudautら のMorphees[16](図5)

は,手 の ひ ら サ イ ズ の デ バ イ ス で ユ ー ザ の 使 用 状 況 に 合 わ せ て 形 状 変 化 を し,ア フ ォ ー ダ ン ス を 提 供 し て い る.ア フ ォ ー ダ ン ス と は,Normanが 提 唱 し て い る も の で,も の が ど の よ う に 使 え,行 為 で き,機 能 し う る か に 関 す る メ ッ セ ー ジ で あ り,イ ン タ フ ェ ー ス 設 計 に お い て 大 変 重 要 で あ る[17].上 記 の 研 究 の よ う に,人 問 が 想 像 して い る 物 体 に 対 す る ア フ ォ ー ダ ン ス を,イ ン タ フ ェ ー ス が 提 供 す る こ と は 大 切 な フ ィ ー ドバ ッ ク で あ り,よ り人 間 と機 械 の イ ン タ ラ ク シ ョ ン 性 が 高 ま る も の と な る.

A

ENTfAPIN:

1 4 4 7 ﹂ 鬼 5 ρO Q ︾

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図3ProvidingDynamicallyChangeablePhysicalButtonsonaVisualDisplay[14]

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図4inFORM[15]

義

,7

影

図5Morphees[16]

2.3形 状 変 化 に よ る複 数 入 力 可 能 な ス イ ッチ

ス イ ッ チ に 特 化 し た,形 状 変 化 に よ る 複 数 入 力 可 能 な イ ン タ フ ェ ー ス の 先 行 事 例 も 報 告 さ れ て い る.Michelitschら のHapticChameleon[18](図6)は,ス イ ッ チ の つ ま み 部 分 の 形 状 を 変 化 す る こ と で 複 数 の 操 作 性 を 提 供 し て い る.ス イ ッ チ に は,プ ッ シ ュ ス イ ッ チ,ダ イ ア ル ス イ ッ チ,ト グ ル ス イ ッ チ,ロ ッ カ ー ス イ ッ チ な ど の 様 々 なi操作 手 法 が 存 在 す る.電 源 をONOFFす る 際 は プ ッ シ ュ ス イ ッ チ,音 量 を 上 げ 下 げ す る 際 は ダ イ ア ル ス イ ッ チ な ど の,ど の 機 能 を 使 う の か,何 を 操 作 す る か に よ っ て 使 用 す る ス イ ッ チ も 変 わ る.こ の 操 作 感 と機 能 が 一・致 し て い れ ば,ユ ー ザ のi操 作 性 は 高 ま る.1つ の ス イ ッ チ で 多 数 の 操 作 感 の 表 現 を 可 能 に す る た め に は,ス イ ッ チ が 様 々 な 操 作 感 を も つ も の に 形 状 変 化 し な け れ ば な ら な い.し か し,HapticChameleonの よ う に つ ま み 部 分 の 形 状 変 化 だ け で は,様 々 な ス イ ッ チ の 操 作 感 を 表 現 す る こ と に 限 界 が あ り,ま た,押 し に くか っ た り, つ ま み 部 分 を 回 し に くか っ た り と,使 い に く くな っ て し ま う 可 能 性 が あ る.

図6HapticChameleon[18]

Robinsonら のEmergeables[19](図7,図8)は,つ ま み が 上 に 上 が っ た り下 が っ た り す る こ と で,1つ の デ バ イ ス で ダ イ ア ル と ス ラ イ ダ ー の 操 作 が 可 能 な モ バ イ ル デ ィ ス プ レ イ で あ る.Emergeablesで は,形 状 変 化 で は な く動 き に よ っ て 複 数 入 力 を 可 能 と し て い る.

そ こ で,本 研 究 で は,ス イ ッ チ 自 体 の 形 を 変 え て 複 数 の 操 作 感 を 提 供 す る の で は な く,既 存 の 複 数 の ス イ ッ チ を 使 用 し,私 た ち が 慣 れ 親 し ん で い る操 作 感 を 利 用 し て 進 め て い く.

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図7Emergeables(low・‑resolutionprototype)[19ユ 図8Emergeables(high‑resolutionpro七 〇type)[19ユ

2.4ユ ー ザ の 状 況 識 別

複 数 の機 能,操 作 性 を提 供 す るだ け で は,ユ ー ザ が 多 くの 機 能 を使 い こ な さな けれ ば な らな い 課 題 は 解 決 され て お らず,人 間 と機 械 の 相 互 関 係 を強 め るイ ンタ フ ェ ー ス とは 言 え な い.鈴 木 は,道 具 と人 間 の 対 話 を 向 上 す るた め に,イ ン タ フ ェ ー ス 側 が 対 話 性 を持 つ 必 要 が あ り,機 能 を使 い こ な す た め に は,ユ ー ザ が 機械 に対 して 自分 が 何 を した い の か を 伝 え る こ とが 重 要 で あ る と述 べ て い る[20].つ ま りユ ー ザ が こ れ か ら何 を 操 作 し よ う と し て い るか を,イ ン タ フ ェ ー ス が 予 測 す る こ と は重 要 な の だ.ユ ー ザ の 状 況 を ジ ェス チ ャ認 識 に よ っ て 識 別 して い る先 行 研 究 は数 多 く報 告 され て い る.佐 藤 らのTouch6[21](図12)

は,従 来 の タ ッ チセ ンサ と違 っ て複 数 の 周 波 数 を検 知 す る こ と に よ っ て,「1本 指 で 触 れ

て い る 」,「2本 指 で 触 れ て い る 」,「 握 っ て い る 」 な ど の 物 体 に 対 し て ど の よ う に 接 触 し て い る か の 識 別 を 可 能 に し て い る.ま た,Taylorら のGraspables[23](図12)は,3軸 加 速 度 セ ン サ と72個 の 静 電 容 量 セ ン サ に よ っ て,カ メ ラ,ゲ ー ム 機,PDA,携 帯 電 話,リ モ コ ン の 持 ち 方 を 検 知 し,ユ ー ザ が ど の 機 能 を 使 お う と し て い る の か を 識 別 し て い る.本 研 究 で 考 え る と,た く さ ん の ス イ ッ チ を 使 い こ な す た め に は,ユ ー ザ が 使 い た い ス イ ッ チ が ど の ス イ ッ チ か を イ ン タ フ ェ ー ス に 検 知 さ せ,予 測 さ せ る必 要 が あ る.

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元 https://www.disneyresearch.co皿/project/

touche‑touch‑and‑gesture‑sensing‑for‑the‑rea1‑world/[22]

図10Graspables引 用 元http://obm.media.mit.edu/[24]

2.5本 研 究 の 目 的

以 上 の 先 行 研 究 を 踏 ま え て,本 研 究 で は,以 下 の 「ユ ー ザ の使 い た い機 能 を 予 測 す る」,

「機 能 似 合 っ た ス イ ッチ を提 供 す る」 の2つ の 項 目を 可 能 とす るイ ン タ フ ェ ー ス で あ れ ば , ス イ ッチ の 問 題 点 の解 決 に繋 が る と考 え た.

1.ユ ー ザ の使 い た い 機 能 を 予 測 す る 2.機 能 に沿 っ た ス イ ッチ を提 供 す る

本 研 究 は 物 理 ス イ ッチ の 重 要 な 要 素 で あ る操 作 感 に 着 目 し,上 記 の 項 目 を 可 能 とす る,す な わ ち,ユ ー ザ が 使 い た い 操 作 感 を 識 別 し,選 ぶ こ とな くス イ ッ チ を使 用 で き る Switch++の 制 作 を 行 っ た.つ ま り,本 研 究 の 目的 を,動 的 に 複 数 の ス イ ッチ を提 示 さ せ,人 が 使 い た い 機 能 の ス イ ッチ を イ ン タ フ ェ ー ス が 予 測 し フ ィ ー ドバ ッ ク を す る装 置 の 提 案 と制 定 した.Switch++は,電 源ONOFFの と き は プ ッシ ュ ス イ ッチ,音 量 上 げ 下 げ の と き は ダ イ ア ル ス イ ッ チ な どの,ス イ ッ チ のi操作 感 に対 す る メ ン タ ル モ デ ル を指 ジ ェ ス チ ャ に よ っ て セ ン シ ン グ し,デ バ イ ス の ス イ ッチ が 変 化 す る こ とで,ユ ー ザ に ス イ ッチ の 形 状 とい うア フ ォ ー ダ ンス を 提 供 す る,よ り人 間 と機 械 の イ ン タ ラ ク シ ョ ン性 が 高 ま るイ ン タ フ ェ ー ス で あ る.ま た,ス イ ッチ 自体 の 形 状 を 変 え て 複 数 の 操 作 感 を 提 供 す るの で は な く,既 存 の 複 数 の ス イ ッチ を 使 用 し,私 た ちが 慣 れ 親 しん で い る操 作 感 を 利 用 して 制 作 を進 め て い っ た.プ ッ シ ュ ス イ ッ チ の 「押 す 」,ダ イ ア ル ス イ ッチ の 「摘 む (横)」,ト グ ル ス イ ッチ の 「摘 む(縦)」,ジ ョイ ス テ ィ ッ ク の 「掴 む 」 の,既 存 ス イ ッチ の 4つ のi操作 感 の 入 力 が 可 能 な 装 置 を制 作 す る(図11).

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図11ユ ー ザ の 使 い た い ス イ ッ チ を 予 測 す る イ ン タ フ ェ ー ス

3機 能 を 予 測 す るイ ン タ フ ェー ス の 開 発 3ユ 概要

Switch++は,入 力 装 置 と 出 力 装 置 に よ っ て 構 成 さ れ て い る.ま ず,ユ ー ザ が 使 い た い 操 作 感 の ス イ ッ チ を 想 像 す る.例 え ば,ボ リ ュ ー ム を 調 整 し た い 際 は ダ イ ア ル ス イ ッ チ を 思 い 浮 か べ る.そ し て,そ の ス イ ッ チ の 使 用 時 の 指 の ジ ェ ス チ ャ を 行 う.こ こ ま で が 入 力 で あ る.デ バ イ ス は,そ の ジ ェ ス チ ャ に 沿 っ た ス イ ッ チ の 形 状 を ユ ー ザ に 提 供 す る.

こ れ が 出 力 で あ る.図12に ユ ー ザ,入 力 装 置,出 力 装 置 の 流 れ を 示 し た.

fingergestures

入力装置

Senddata

出力装 置

図12ユ ー ザ,入 力,出 力 の 流 れ

3.2入 力 装 置 の制 作 3.2.1八 一 ドウ ェア構成

制 作 し た 入 力 装 置 を 図13に 示 す.入 力 装 置 で は,ユ ー ザ の 行 っ た 指 ジ ェ ス チ ャ を 検 出 し,そ の ジ ェ ス チ ャ が 何 の ス イ ッ チ に 対 応 し て い る か を 識 別 す る.指 ジ ェ ス チ ャ は, ROHM社 製 の 反 射 型 フ ォ ト イ ン タ ラ プ タ(RPR‑220)に よ っ て 検 出 し た.こ の フ ォ ト リ

フ レ ク タ を45。 傾 け て 時 計 回 り に12個 配 置 し,ArduinoMicroで 制 御 した.図13の 白 い 輪 っ か の 直 径 は80,6mmで,PLA樹 脂 を 用 い た3Dプ リ ン タ に よ っ て 出 力 し た.図14

に 表 の 配 置 構 造,図15に 裏 の 配 置 構 造,図16に フ ォ ト リ フ レ ク タ の 回 路 構 成 を 示 し た.

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図13入 力装 置 の 外観

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図14フ ォ トリフ レ クタ の配 置構 造(表)  

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図15フ ォ トリフ レ クタの 配置 構 造(裏)

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RPR‑220

図16フ ォ ト リレ フ クタの 回路 構 成

3.2.2指 ジ ェ ス チ ャ の 種 類

検 出 す る ジ ェ ス チ ャ は,「 押 す 」,「摘 む(横)」,「 摘 む(縦)」,「 掴 む 」 の4種 類 で あ る(図 17).「 押 す 」 の ジ ェ ス チ ャ は プ ッ シ ュ ス イ ッ チ,「 摘 む(横)」 の ジ ェ ス チ ャ は ダ イ ア ル ス

イ ッ チ,「 摘 む(縦)」 の ジ ェ ス チ ャ は ト グ ル ス イ ッ チ,「 掴 む 」 の ジ ェ ス チ ャ は ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク に そ れ ぞ れ 対 応 し て い る.使 用 し た ス イ ッ チ は,シ ン デ ン 社 製 プ ッ シ ュ ス イ ッ チ (SDP‑103C‑42J),Supertech社 製 小 型 ボ リ ュ ー ム(SH16K4BIO3L20KC),ニ ッ テ イ 社 製

ト グ ル ス イ ッ チ,Sparkfun社 製 ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク(SFE‑BOB‑09110,GOM‑09032)の4 つ で あ る(図18) 。

押す

'

摘む(横) 掴む

図174種 類 の指 ジ ェ ス チ ャ

,ゴ'

図18使 用 した4種 類 の ス イ ッチ

3.2.3パ ター ン認 識

Switch++の 指 ジ ェ ス チ ャ の 識 別 は,パ タ ー ン 認 識 を 利 用 し て 行 っ た.パ タ ー ン 認 識 と は,観 測 さ れ た 情 報 に あ ら か じ め 与 え ら れ た 概 念 を 付 与 す る 情 報 処 理 の こ とで,指 紋 認 証 や 文 字 認 識,顔 認 識 な ど に 利 用 さ れ て い る.以 下 に パ タ ー ン 認 識 の 主 な 手 法 のk‑NN法, ナ イ ー ブ ベ イ ズ 法,ニ ュ ー ト ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク,サ ポ ー トベ ク タ ー マ シ ン に つ い て 述 べ る [25].

●k‑NN法(k‑NearestNeighborClassifier)

識 別 し た い パ タ ー ン か ら 最 も 距 離 が 近 い,ま た は 類 似 度 が 高 い 学 習 デ ー タ を 選 び, そ の 多 数 決 に よ っ て ク ラ ス を 決 定 す る 手 法.非 常 に 単 純 な 手 法 だ が,全 て の 学 習 デ ー タ か ら探 す の で,デ ー タ 量 が 多 く な れ ば な る ほ ど,処 理 が 重 くな る.

● ナ イ ー ブベ イ ズ 法

各 変 数 の 独 立 性 を 仮 定 し,学 習 デ ー タか ら推 定 した確 率 モ デ ル の 推 定 量 を 利 用 して 求 め た 事 後 確 率 が,最 大 とな る ク ラス に判 別 す る手 法.パ タ ー ン認 識 の 分 野 で は基 礎 的 な 手 法 で あ る.

● ニ ュ ー トラル ネ ッ トワ ー ク

人 間 の脳 細 胞 を モ デ ル 化 した 関 数 モ デ ル で,各 階 層 に お い て,前 の 層 か らの 出力 の 線 形 和 と して全 ユ ニ ッ トへ の 入 力 が 決 ま り,入 出 力 関 数 に よ っ て 出 力 に変 化 させ る こ とを入 力 層 か ら最 終 層 まで 行 い,最 終 層 の ユ ニ ッ トか ら得 られ た 出力 が 予 測 結 果 とな る手 法.

● サ ポ ー トベ ク タ ー マ シ ン

学 習 デ ー タ が 線 形 分 離 可 能 で あ る とき に,識 別 境 界 に対 して学 習 デ ー タ が 存 在 しな い よ う に マ ー ジ ン(余 白)を 最 大 に す る手 法.2ク ラス の 分 類 の み可 能 で,確 率 モ デ ル か ら仮 定 す る手 法(ナ イ ー ブ ペ イ ズ)よ り も簡 単 で 精 度 が 高 い.

3.2.4指 ジ ェス チ ャの識 別

図19に4種 の 指 ジ ェ ス チ ャ を 行 っ た 時 の フ ォ ト リ フ レ ク タ か ら 得 ら れ る 出 力 電 圧 デ ー タ を 示 し た.こ の 波 形 は,左 か ら 図14の フ ォ ト リ フ レ ク タ1〜12ま で の 出 力 電 圧 デ ー タ を 表 し て い る.こ の よ う な デ ー タ を 学 生10人 を 被 験 者 と し,4種 の ジ ェ ス チ ャ を そ れ ぞ れ50回 ず つ 行 っ て も ら い,被 験 者1人 に つ き200個,全 部 で2000個 の 指 ジ ェ ス チ ャ の 生 デ ー タ を 取 得 し た.こ の 生 デ ー タ2000個 を 学 習 デ ー タ と し,パ タ ー ン 認 識 に よ っ て 指 ジ ェ ス チ ャ の 識 別 を 行 っ た.

◆.ノ回■で轟

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押Ut、

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○ ● ◎

摘激 撚

塁燈

● ● ◆

摘 む(縦,

塁 魯

図194種 の 指 ジ ェ ス チ ャ と フ ォ ト リ フ レ ク タ か ら 得 られ る 出 力 電 圧 デ ー タ

本 研 究 で は.パ タ ー ン 認 識 の 中 のk‑NN法 を 利 用 し て 指 ジ ェ ス チ ャ の 識 別 を 行 っ た.

(1)の 計 算 式 に よ っ て,検 知 し た ジ ェ ス チ ャXkと 学 習 デ ー タx'iの ユ ー ク リ ッ ド距 離 をn 個(フ ォ ト リ フ レ ク タ の 個 数)計 算 し,最 も近 い ジ ェ ス チ ャ の ク ラ ス を 決 定 す る[26].こ の よ う に し て,検 知 さ れ た 指 ジ ェ ス チ ャ が ど の ス イ ッ チ に 対 応 し て い る か を 識 別 し た.

mindh= (1)

dκ:ユ ー 一ク リ ッ ド距 離i

ωκ:検 知 し た 指 ジ ェ ス チ ャ

偲乞:学 習 デ ー タ

3.3出 力 装 置 の 制 作 3.3.1八 一 ドウ ェア構 成

制 作 した 出 力 装 置 を 図20に 示 す.出 力 装 置 で は,入 力 装 置 で 識 別 し た 指 ジ ェ ス チ ャ に そ っ た ス イ ッ チ の 形 状 を 提 供 す る.2つ の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ で 構 成 さ れ て お り,4つ の ス イ ッ チ をMercurymotor社 製 の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ(SM‑42BYGO11‑25)(以 下 モ ー タA と す る(図22))で 回 転 さ せ,Wantaimotor社 製 の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ(39BYGL215)(以 下 モ ー タBと す る(図23))で ジ ェ ス チ ャ の セ ン シ ン グ に よ っ て 選 択 さ れ た ス イ ッ チ を 手 元 に 近 づ け た.図21に 出 力 装 置 の 構 成 を 示 す.筐 体 部 分 は,PLA樹 脂 を 用 い た3Dプ

リ ン タ に よ っ て 出 力 し た.2つ の モ ー タ はStrawberryLinux社 製 のL6470ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ・ ド ラ イ バ キ ッ ト(図24)を 利 用 して そ れ ぞ れ 駆 動 し,ArduinoMEGA2560に

よ っ て 制 御 し た.

L6470ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ・ ド ラ イ バ キ ッ ト は,バ イ ポ ー ラ ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 制 御 が 可 能 な 小 型 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ド ラ イ バ で あ る.こ の ド ラ イ バ は,モ ー タ 電 源 と ロ ジ ッ ク 電 源 の2系 統 の 電 源 が 必 要 で,モ ー タ 電 源 は 安 定 化 電 源 か ら22.4V,ロ ジ ッ ク 電 源 はPCと 接 続 し て い るArduinoMEGA2560か ら5V供 給 し て い る.図25に ス テ ッ ピ ン

グ モ ー タ ドラ イ バ の 回 路 構 成 を 示 す.

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図20出 力装 置 の 外観

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図21出 力装 置 の 構成

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図22ス テ ッ ピ ン グ モ ー タA 図23ス テ ッ ピ ン グ モs‑一タB 図24L6470

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図25L6470の 回 路 図

3.3.2SPI通 信

本 研 究 で 使 用 し た モ ー タ ド ラ イ バ に 搭 載 さ れ て い るL6470は,ArduinoMEGA2560

とSPI(SerialPeripheralInterface)に よ っ て 通 信 す る.SPI通 信 と は,基 本 的 に 以 下 の SCK,MOSI,MISOの3本 線(CS信 号 を 使 う場 合 は4つ)で 構 成 さ れ て い て,Arduino側

が 出 力 す るSCKを 基 準 に,L6470側 と 接 続 した そ れ ぞ れ のMISOとMOSIを 使 っ て,同 時 に8ビ ッ ト単 位 の デ ー タ の 送 受 信 を 行 う仕 組 み で あ る[28][29].ArduinoMEGA2560

と モ ー タ ド ラ イ バ は,図26のSPI通 信 の 信 号 と マ イ コ ン の 接 続 関 係 に 従 っ て 接 続 し た.

●SCK(SerialClock)一 ク ロ ッ ク 信 号

●MOSI(MasterOutSlaveIn)一 デ ー タ 入 力

●MISO(MasterInSlaveOut)一 デ ー タ 出 力

●CS(ChipSelect)

MISO S⊂K MOSl l/0ポ ー ト

SDO S⊂K SDI

〜⊂S

図26SPI信 号 と マ イ コ ン の 接 続 関 係 引 用 元https:〃strawberry‑1inux.com/pub/16470‑manual.pdf

3.3.3デ イ ジ ー チ ェ ー ン

図27に2つ の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ,ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ド ラ イ バ(以 下 モ ー タAと 接 続 し て い る モ ー タ ド ラ イ バ を ド ラ イ バA,モ ー タBと 接 続 し て い る モ ー タ ド ラ イ バ を ド

ラ イ バBと す る),ArduinoMEGA2560の 全 体 の 接 続 構 成 を 示 す.2つ の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ は デ イ ジ ー チ ェ ー ン に よ っ て 連 結 し て い る.デ イ ジ ー チ ェ ー ン と は,パ ソ コ ン の ネ ッ ト ワ ー ク の よ う に,複 数 の 機 器 を 数 珠 つ な ぎ に し て 一 列 に 接 続 す る[30]こ とで,本 研 究 で は,ド ラ イ バAのSDO(SPIデ ー タ 通 信 の 出 力)と ド ラ イ バBのSDI(SPIデ ー タ 通 信 の 入 力)が デ イ ジ ー チ ェ ー ン に よ っ て 連 結 し て い る(図27の 赤 線).

ArdutnoMEGA2560

L入 力xs、.。,,フ レクタ1‑12,

図27全 体 の構 成

33.4内 部 レジスタの設定

本 研 究 で 使 用 した モ ー タ ドラ イバ は,内 部 レ ジ ス タが 複 数 あ り,内 部 レジ ス タ の 設 定 に よ っ て ス テ ッ ピ ン グモ ー タ の 速 度 を制 御 した.表1に 本 研 究 で 設 定 した 内 部 レ ジ ス タ の 詳 細,表2,表3に モ ー タAと モ ー タBの そ れ ぞれArduinoの プ ロ グ ラ ム上 で 設 定 した 内 部 レジ ス タ の値 を 示 した.モ ー タAは 速 度 を 速 め す ぎ る と,振 動 に よ っ て デ バ イ ス が 倒 れ て しま う の で,適 当 な 速 度 に設 定 した.モ ー タBは 脱 調 し な い 程 度 に高 速 移 動 が で き る よ うに 設 定 した.

表1モ ー タ ドライバ の 内部 レジ ス タ の詳 細

名称 機能 長 さ(bit) 初期値

aCC 加速係数 ^{12 Ox8A}

dec 減速係数 ^{12 Ox8A}

maxspeed 最大 回転 ス ピー ド 10 Ox41

minspeed 最低 回数 ス ピー ド ^{13 0}

kvalhold モ ー タ停 止 中の 電圧設 定 8 Ox29

kvalrun モー タ定 速 回転 時 の電圧 設 定 ^{8 Ox29}

kvalacc 加 速 中 の電圧 設 定 ^{8 Ox29}

kvaldec 減 速 中 の電圧 設 定 8 Ox29

ocdth オ ー バ ー カ レ ン トの 電 流 ス レ ッ シ ョル ド 4 Ox8

s七allth

表2ド ライバAの 内部 レジ ス タの 設 定

aCC OxOO10 dec OxOO10 maxspeed OxO41

minspeed OxOO kvalhold Ox29 kvalrun Ox29 kvalacc Ox29 kvaldec Ox29

ocdth ^一

stallth ^一

表3ド ライバBの 内部 レジ ス タの 設定

aCC Ox800 dec Ox100 maxspeed Ox5A minspeed OxOO kvalhold OxOO kvalrun OxFF kvalacc Ox7F kvaldec Ox7F ocdth OxF stallth Ox7F

3.3.5指 定 され た スイ ッチ の駆 動

指 ジ ェ ス チ ャ の 識 別 に よ っ て 指 定 さ れ た ス イ ッ チ の 駆 動 は,モ ー タAに よ っ て ス イ ッ チ を ユ ー ザ の 方 向 に 回 転 さ せ,モ ー タBに よ っ て 回 転 し た ス イ ッ チ を 手 元 に 近 づ け る 順 番 で 行 っ た.4種 の ス イ ッ チ の 初 期 位 置 は,図28の よ う に 最 初 ユ ー ザ の 方 向 に は プ ッ シ ュ ス イ ッ チ が あ り,ス イ ッ チ が 指 定 さ れ た ら モ ー タAに よ っ て 各 々 の ス イ ッ チ の 位 置 へ 回 転 し,モ ー タBが7000。 正 回 転 す る こ と に よ っ て 手 元 に 約4cm近 づ く.指 ジ ェ ス チ ャ が 識 別 さ れ 次 の ス イ ッ チ が 指 定 さ れ た ら,モ ー タBが7000。 逆 回 転 す る こ と に よ っ て 手 元 か ら約4cm離 れ て か ら,モ ー タAに よ っ て ス イ ッ チ の 位 置 へ 回 転 す る.こ の 時 最 初 の 指

定 さ れ た ス イ ッ チ と 次 の 識 別 で 指 定 さ れ た ス イ ッ チ が 一 致 し て い た ら,モ ー タA,Bは 動 か な い.図29に ス イ ッチ の 識 別 を行 っ た 場 合 の 動 きの 流 れ を示 した.

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図284種 の ス イ ッチ の初 期 位 置

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Pu〜h モ…タAが90し 逆鋤転 それ 以外

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モータBか ノooOl三=弓転 1手 汽 に約4(m近 づ く}

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モー タAが90逆 厨 転

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Pu〜h モー タAが180同 転 モ…タBか ア00σ 葛回 転 {チ 元 に約 航m近 づ く}

図29ス イ ッチ の動 きの流 れ

3.4入 力 装 置 と 出 力 装 置 の 合 体

最 後 に 入 力 装 置 で 制 作 した12個 の フ ォ トリ フ レ ク タ もArduinoMEGAのDO〜D11に

i接続 し,入 力 装 置 と出 力 装 置 を合 体 させ た(図30).図31に 出 力 装 置 の 動 き の 流 れ を 示 した.

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図30入 力 装 置 と出力 装 置 の合 体

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図31出 力 装 置 の動 きの流 れ

3.5制 御 ア プ リケ ー シ ョ ン

図32にC++の オ ー プ ン ソ ー ス ツ ー ル キ ッ トで あ るopellframeworks[31]を 用 い て 開 発 し た,Switch++の 制 御 ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 示 す.ア プ リ ケ ー シ ョ ン 上 で は,以 下 の 操 作 が 可 能 と な っ て い る.操 作1〜3は,ア プ リ ケ ー シ ョ ン のGUI上 で 動 か す こ と が 可 能 で (図33),操 作4は カ ー ソ ル キ ー に よ っ て ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を 回 転 と横 移 動 に 駆 動 す る こ とが で き る(表4).学 習 デ ー タ は,図34の よ う にCSVフ ァ イ ル で 保 存 さ れ て お り,リ ァ ル タ イ ム で デ ー タ の 追 加,削 除 が 可 能 と な っ て い る.

1.指 ジ ェ ス チ ャ の 種 類 の 追 加(lnputclassname) 2.指 ジ ェ ス チ ャ デ ー タ の 追 加(Adddata)

3.登 録 し た 学 習 デ ー タ の 読 み 込 み(LoaddatafromCSV) 4.ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ の 駆 動

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図32制 御 ア プ リ ケ ー シ ョ ン