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技術 触感呈示装置

出願人 株式会社東海理化電機製作所
発明者 山下耕四郎
出願日 2016年7月27日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2016-147001
公開日 2018年2月1日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2018-018239
状態 特許登録済
技術分野 機械式制御装置
主要キーワード 初期角度θ Y座標 位置測定センサ 二次元操作 後退モード 操作角度θ 波形ファイル 軸方向支持
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月1日)のものです。
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図面 (9)

課題

反力切り替わる際に振動が発生し難い触感呈示装置を提供する。

解決手段

触感呈示装置1は、二次元操作可能な操作レバー40と、操作レバー40の操作角度θを測定する測定部5と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Tを操作角度θに応じて操作レバー40に付加するアクチュエータ6と、操作角度θと反力Tの関数であって、操作レバー40が第1の方向Aに移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)、第1の方向Aとは逆の第2の方向Bに移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)とは異なる第2の関数Tb(θ)、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Tc(θ)に基づいてアクチュエータ6を制御する制御部8と、を備えて概略構成されている。

概要

背景

従来の技術として、操作方向に移動可能な入力操作を行うための操作部材と、操作部材に操作方向の力を与え、操作部材を操作方向に移動させるアクチュエータと、操作部材の状態を検出するセンサと、センサの出力に応じてアクチュエータを制御する制御部と、を備えた入力装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

この入力装置は、初期抵抗時における第1制御と脱抵抗時における第2制御でアクチュエータから操作部材に作用する荷重量とアクチュエータによる操作部材の変位量を制御することにより、脱抵抗時後に発生するクリック感を種々変更することが可能である。

概要

反力切り替わる際に振動が発生し難い触感呈示装置を提供する。触感呈示装置1は、二次元操作可能な操作レバー40と、操作レバー40の操作角度θを測定する測定部5と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Tを操作角度θに応じて操作レバー40に付加するアクチュエータ6と、操作角度θと反力Tの関数であって、操作レバー40が第1の方向Aに移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)、第1の方向Aとは逆の第2の方向Bに移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)とは異なる第2の関数Tb(θ)、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Tc(θ)に基づいてアクチュエータ6を制御する制御部8と、を備えて概略構成されている。

目的

本発明の目的は、反力が切り替わる際に振動が発生し難い触感呈示装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一次元操作及び/又は二次元操作可能な操作部と、前記操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力を前記操作位置に応じて前記操作部に付加する反力生成部と、前記操作位置と反力の関数であって、前記操作部が第1の方向に移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数、前記第1の方向とは逆の第2の方向に移動している間、第2の反力を生成するための前記第1の関数とは異なる第2の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて前記反力生成部を制御する制御部と、を備えた触感呈示装置

請求項2

前記制御部は、測定された前記操作位置が初期位置から前記第1の方向に移動する際、前記第1の関数との交点までは前記切替関数を用いて前記反力生成部を制御する、請求項1に記載の触感呈示装置。

請求項3

前記制御部は、測定された前記操作位置が前記第1の方向に移動し、反力を生成する関数が前記切替関数から前記第1の関数に切り替わった後、前記第1の方向から前記第2の方向に切り替わった点を交点として前記第1の関数から前記第2の関数に切り替えるための前記切替関数を設定する、請求項2に記載の触感呈示装置。

請求項4

前記制御部は、前記操作部が操作される際、前記初期位置における前記第1の関数と前記第2の関数の反力の平均を前記初期位置の反力として前記反力生成部を制御する、請求項1又は3に記載の触感呈示装置。

技術分野

0001

本発明は、触感呈示装置に関する。

背景技術

0002

従来の技術として、操作方向に移動可能な入力操作を行うための操作部材と、操作部材に操作方向の力を与え、操作部材を操作方向に移動させるアクチュエータと、操作部材の状態を検出するセンサと、センサの出力に応じてアクチュエータを制御する制御部と、を備えた入力装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

0003

この入力装置は、初期抵抗時における第1制御と脱抵抗時における第2制御でアクチュエータから操作部材に作用する荷重量とアクチュエータによる操作部材の変位量を制御することにより、脱抵抗時後に発生するクリック感を種々変更することが可能である。

先行技術

0004

特開2011−81774号公報

発明が解決しようとする課題

0005

このような従来の入力装置の場合、操作部材の操作方向に基づいて反力切り替える際、操作部材が振動する可能性がある。

0006

従って本発明の目的は、反力が切り替わる際に振動が発生し難い触感呈示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様は、一次元操作及び/又は二次元操作可能な操作部と、操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力を操作位置に応じて操作部に付加する反力生成部と、操作位置と反力の関数であって、操作部が第1の方向に移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数、第1の方向とは逆の第2の方向に移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数とは異なる第2の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて反力生成部を制御する制御部と、を備えた触感呈示装置を提供する。

発明の効果

0008

本発明によれば、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。

図面の簡単な説明

0009

図1(a)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図1(b)は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。
図2(a)〜図2(c)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから押下モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。
図3(a)〜図3(d)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の押下モード、切替モード、押戻モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。
図4は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図5(a)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図5(b)は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。
図6(a)〜図6(c)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから前進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。
図7(a)〜図7(d)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の前進モード、切替モード、後進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。
図8は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の動作の一例を示すフローチャートである。

実施例

0010

(実施の形態の要約)
実施の形態に係る触感呈示装置は、一次元操作及び/又は二次元操作可能な操作部と、操作部の操作位置を測定する操作位置測定部と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力を操作位置に応じて操作部に付加する反力生成部と、操作位置と反力の関数であって、操作部が第1の方向に移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数、第1の方向とは逆の第2の方向に移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数とは異なる第2の関数、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数に基づいて反力生成部を制御する制御部と、を備えて概略構成されている。

0011

触感呈示装置は、操作方向が切り替わる際、切替関数に基づいて急峻な反力の変化を抑制するので、この構成を採用しない場合と比べて、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。

0012

[第1の実施の形態]
(触感呈示装置1の概要
図1(a)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図1(b)は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。図2(a)〜図2(c)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから押下モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図3(a)〜図3(d)は、第1の実施の形態に係る触感呈示装置の押下モード、切替モード、押戻モードに切り替わるまでの操作位置と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図3(a)〜図4(d)は、横軸が操作位置x(mm)、縦軸が反力F(N)である。

0013

なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図1(b)及び図5(b)では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

0014

本実施の形態における触感呈示装置1は、図1(a)に示すように、プッシュスイッチとして構成されている。そして触感呈示装置1は、一次元方向のプッシュ操作に対して反力Fを生成し、プッシュ操作に伴う触感を生成するように構成されている。

0015

この触感呈示装置1は、図1(a)〜図3(d)に示すように、一次元操作可能な操作部としてのボタン3と、ボタン3の操作位置xを測定する測定部5と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Fを操作位置xに応じてボタン3に付加する反力生成部としてのアクチュエータ6と、操作位置xと反力Fの関数であって、ボタン3が第1の方向Aに移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数Ff(x)、第1の方向Aとは逆の第2の方向Bに移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数Ff(x)とは異なる第2の関数Fb(x)、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Fc(x)に基づいてアクチュエータ6を制御する制御部8と、を備えて概略構成されている。

0016

また制御部8は、測定された操作位置xが初期位置x0から第1の方向Aに移動する際、第1の関数Ff(x)との交点までは切替関数Fc(x)を用いてアクチュエータ6を制御する。

0017

さらに制御部8は、測定された操作位置xが第1の方向Aに移動し、反力を生成する関数が切替関数Fc(x)から第1の関数Ff(x)に切り替わった後、第1の方向Aから第2の方向Bに切り替わった点を交点として第1の関数Ff(x)から第2の関数Fb(x)に切り替えるための切替関数Fc(x)を設定する。

0018

以下では、ボタン3が第1の方向Aに移動する際に反力Fを呈示するモードを押下モード、ボタン3が第2の方向Bに移動する際に反力Fを呈示するモードを押戻モード、押下モードから押戻モード、押戻モードから押下モードに切り替わる際に反力Fを呈示するモードを切替モードと記載する。

0019

図2(a)などに示す△xは、切替モードの範囲を示している。また初期位置x0は、プッシュ操作が行われていない場合のボタン3の位置である。第1の方向Aは、ボタン3を筐体10に押し込む方向、つまりプッシュ操作方向である。また第2の方向Bは、押し込まれたボタン3を初期位置x0に戻す方向である。

0020

また反力Fは、図1(a)に示すように、ボタン3を押し込む力fの方向(第1の方向A)とは逆向きの方向(第2の方向B)の力であり、上向き(第2の方向B)を正としている。

0021

触感呈示装置1は、例えば、図1(a)に示すように、筐体10を有している。この筐体10は、例えば、金属又は樹脂によって形成されている。

0022

(ボタン3の構成)
ボタン3は、一例として、円板形状を有している。またボタン3には、アクチュエータ6のプランジャ50が取り付けられている。従ってボタン3にプッシュ操作がなされると、ボタン3と共にプランジャ50が筐体10の内部方向に移動する。

0023

(測定部5の構成)
測定部5は、図1(a)に示すように、筐体10の内部に配置されている。この測定部5は、一例として、レーザ60をプランジャ50の端部に出力し、このプランジャ50の端部を反射したレーザ60を受光してプランジャ50の位置を通じてボタン3の操作位置xを測定する位置測定センサである。

0024

測定部5は、測定したボタン3の操作位置xの情報を測定情報S1として制御部8に出力する。この操作位置xは、プッシュ操作がなされる前の位置が初期位置x0であり、図1(a)の紙面下方向が正である。

0025

なお測定部5は、レーザ60を用いた位置測定センサに限定されず、磁気センサを用いたものや超音波を用いたものなどであっても良い。

0026

(アクチュエータ6の構成)
アクチュエータ6は、例えば、プッシュ型ソレノイドアクチュエータである。このアクチュエータ6は、制御部8から出力される駆動信号S2に基づいてプランジャ50を駆動して反力Fを生成する。

0027

このプランジャ50は、円柱形状を有している。プランジャ50は、一方の端部が筐体10から突出してボタン3に接続され、他方の端部が測定部5と対向している。

0028

(制御部8の構成)
制御部8は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うCPU(Central Processing Unit)、半導体メモリであるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)などから構成されるマイクロコンピュータである。このROMには、例えば、制御部8が動作するためのプログラムと、モード情報80と、が格納されている。RAMは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

0029

制御部8は、一例として、ボタン3が予め定められた操作位置に到達すると、プッシュ操作がなされたとする操作情報S3を接続された電子機器に出力する。この予め定められた操作位置は、例えば、第1の関数Ff(x)から切替関数Fc(x)に切り替わる際の操作位置である。

0030

モード情報80は、押下モード、押戻モード及び切替モードに関する情報である。このモード情報80には、少なくとも第1の関数Ff(x)、第2の関数Fb(x)及び切替関数Fc(x)の情報が含まれている。

0031

第1の関数Ff(x)及び第2の関数Fb(x)は、一例として、図2(a)に示すように、正弦波を基準とした波形を有し、この波形を反力F=0を基準として移動したものとなっている。この第1の関数Ff(x)は、押下モードに対応した関数である。また第2の関数Fb(x)は、押戻モードに対応した関数である。

0032

切替関数Fc(x)は、プッシュ操作開始から第1の関数Ff(x)に切り替わるまで、及び第1の関数Ff(x)から第2の関数Fb(x)に切り替わるまでの関数である。この切替関数Fc(x)は、図2(a)に示すように、プッシュ操作開始から第1の関数Ff(x)に交差するまでの切替モードの範囲の幅△xが予め定められている。そして切替関数Fc(x)は、図3(b)に示すように、第1の関数Ff(x)から第2の関数Fb(x)に切り替わるまでの切替モードの範囲の幅が2△xと予め定められている。

0033

この切替関数Fc(x)は、一例として、範囲中心位置xc、切替モードの範囲の幅△x、第1の関数Ff(x)及び第2の関数Fb(x)を用いて以下の式で表される。
Fc(x)=[(x−xc+△x)Ff(x)−(x−xc−△x)Fb(x)]/2△x

0034

この範囲中心位置xcは、切替モードの範囲の中心値である。なおプッシュ操作開始時の範囲中心位置xcは、範囲の中心とせずにボタン3の初期位置x0としている。

0035

制御部8は、図2(a)に示すように、プッシュ操作がなされる前、切替モードから開始するように構成されている。この切替モードにおける切替関数Fc(x)の幅は、△x(x0+△x)である。

0036

図2(b)に示すように、プッシュ操作がなされると、ボタン3を介してプランジャ50が移動する。制御部8は、ボタン3の操作位置x1が切替モード範囲(x0≦x≦x0+△x)にある場合、範囲中心位置xc、第1の関数Ff(x)、第2の関数Fb(x)及び切替関数Fc(x)に基づいて操作位置x1における反力F(x1)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x1)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x1)を付加する。なお範囲中心位置xcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0037

また図2(c)に示すように、制御部8は、切替モード(切替関数Fc(x))と押下モード(第1の関数Ff(x))の交点(x2=x0+△x,Ff(x2))に操作位置が到達すると、第1の関数Ff(x)に基づいて操作位置x2における反力(第1の反力)F(x2)=Ff(x2)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x2)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x2)を付加する。なお範囲中心位置xcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0038

また図3(a)に示すように、制御部8は、操作位置x3が切替モードの範囲より大きい場合(x0+△x<x)、押下モードであると判定し、第1の関数Ff(x)に基づいて操作位置x3における反力F(x3)=Ff(x3)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x3)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x3)を付加する。なお範囲中心位置xcは、押下モードであるので、押下モードにおける操作位置に基づいて更新される。例えば、図3(a)に示すように、押下モードの操作位置が操作位置x3である場合、範囲中心位置xcは、x3−△xとなる。

0039

なお操作位置x3は、図3(a)に示すように、第1の関数Ff(x)の極大値を超えて位置している。例えば、機械式スイッチになされたプッシュ操作では、弾性体による反力が最大になった後、反力が小さくなる。この操作位置x3は、最大になった後の小さくなった反力が得られる位置である。従って制御部8は、一例として、この操作位置x3まで操作がなされた場合、プッシュ操作がなされたと判定して操作情報S3を出力する。

0040

また図3(b)に示すように、制御部8は、操作位置x3において操作方向が逆になった場合、切替モードに移行してその範囲を(x3−2△x≦x≦x3)と設定する。制御部8は、範囲中心位置xc、第1の関数Ff(x)、第2の関数Fb(x)及び切替関数Fc(x)に基づいて操作位置x4における反力F(x4)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x4)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x4)を付加する。なお範囲中心位置xcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0041

また図3(c)に示すように、制御部8は、切替モード(切替関数Fc(x))と押戻モード(第2の関数Fb(x))の交点(x5=x3−2△x,Fb(x5))に操作位置が到達すると、第2の関数Fb(x)に基づいて操作位置x5における反力(第2の反力)F(x5)=Fb(x5)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x5)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x5)を付加する。なお範囲中心位置xcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0042

そして図3(d)に示すように、制御部8は、操作位置x6が切替モードの範囲より小さい場合(x<x3−2△x)、押戻モードであると判定し、第2の関数Fb(x)に基づいて操作位置x6における反力F(x6)=Fb(x6)を算出する。そして制御部8は、算出した反力F(x6)に基づく駆動信号S2をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力F(x6)を付加する。なお範囲中心位置xcは、押戻モードであるので、押戻モードにおける操作位置に基づいて更新される。例えば、図3(d)に示すように、押戻モードの操作位置が操作位置x6である場合、範囲中心位置xcは、x6+△xとなる。

0043

以下に本実施の形態に係る触感呈示装置1の反力呈示の動作の一例について図4のフローチャートに従って説明する。

0044

(動作)
触感呈示装置1の制御部8は、モード情報80に基づいて切替モードを設定する(Step1)。制御部8は、測定部5から取得した測定情報S1に基づく操作位置とモード情報80に基づく切替関数Fc(x)に応じて駆動信号S2を生成してアクチュエータ6に出力し、反力F(x)を呈示する(Step2)。

0045

制御部8は、測定された操作位置を監視してモードを切り替えるか否かを判定する。制御部8は、操作位置が切替関数Fc(x)と第1の関数Ff(x)の交点に到達すると、切替モードから押下モードへとモード切替を行う(Step3:Yes)。制御部8は、押下モードの第1の関数Ff(x)に基づいた反力F(x)を呈示する(Step4)。

0046

制御部8は、操作位置の移動方向が逆転すると(Step5:Yes)、押下モード(第1の関数Ff(x))から切替モード(切替関数Fc(x))にモードを切り替えて反力F(x)を呈示する(Step6)。

0047

制御部8は、操作位置が切替関数Fc(x)と第2の関数Fb(x)の交点に到達すると、さらに切替モードから押戻モードへとモード切替を行う(Step7:Yes)。制御部8は、押戻モード(第2の関数Fb(x))に基づいた反力F(x)を呈示する(Step8)。

0048

そして制御部8は、操作位置が初期位置x0に到達すると(Step9:Yes)、切替モードにモードを切り替え(Step10)、プッシュ操作に対する反力呈示の動作を終了する。

0049

ここでステップ3において制御部8は、モードを切り替えない場合(Step3:No)、ステップ2に進んで切替モードにおいて反力F(x)を呈示する。

0050

ステップ5において制御部8は、移動方向が逆転しない場合(Step5:No)、ステップ4に処理を進める。

0051

ステップ7において制御部8は、操作位置が切替関数Fc(x)と第2の関数Fb(x)の交点に到達していない場合(Step7:No)、ステップ6に処理を進める。

0052

ステップ9において制御部8は、操作位置が初期位置x0に到達していない場合(Step9:No)、ステップ8に処理を進める。

0053

(第1の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る触感呈示装置1は、反力が切り替わる際に振動が発生し難い。具体的には、触感呈示装置1は、第1の関数Ff(x)から第2の関数Fb(x)、及び第2の関数Fb(x)から第1の関数Ff(x)に急峻に変わるのではなく、切替関数Fc(x)によって緩やかに切り替わるので、この構成を採用しない場合と比べて、急峻に反力が切り替わることによる振動が発生し難くなる。

0054

触感呈示装置1は、第1の関数Ff(x)、第2の関数Fb(x)及び切替関数Fc(x)といった操作位置の関数によって反力を呈示するので、機械式スイッチを操作した際の反力を模した波形ファイルなどが必要なく、構成が簡単となって製造コストが抑制される。また触感呈示装置1は、上述の関数の設定を変えることにより、様々な触感を呈示することができる。

0055

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、操作部が二次元操作可能である点で第1の実施の形態と異なっている。

0056

図5(a)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の一例を示す概略図であり、図5(b)は、触感呈示装置の一例を示すブロック図である。図6(a)〜図6(c)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の切替モードから前進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。図7(a)〜図7(d)は、第2の実施の形態に係る触感呈示装置の前進モード、切替モード、後進モードに切り替わるまでの操作角度と反力の関係の一例を説明するためのグラフである。

0057

図6(a)〜図7(d)は、横軸が操作位置としての操作角度θ(deg)、縦軸が反力T(N・m)である。本実施の形態では、後述するように、X軸モータ65及びY軸モータ66によって操作レバー40を回転させて反力を生成する。従って反力は、トルクTとして示されている。

0058

なお以下に記載する実施の形態において、第1の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第1の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

0059

本実施の形態の触感呈示装置1は、一例として、図5(a)に示すように、操作部としての操作レバー40がXY座標系の所望の操作位置に操作されるように構成されたジョイステックである。このXY座標系は、直交座標系である。この触感呈示装置1は、傾倒操作の逆方向の反力Tを生成し、傾倒操作に伴う触感を生成するように構成されている。この傾倒操作とは、操作レバー40を中立の状態から倒して行う操作である。この触感呈示装置1は、例えば、表示装置に表示されたカーソルなどの移動を指示することができる。

0060

なお反力Tは、操作レバー40の操作角度のX成分及びY成分ごとに算出される。従って以下では、X成分の反力の生成について説明する。

0061

以下では、操作レバー40が第1の方向Aに移動する際に反力Tを呈示するモードを前進モード、操作レバー40が第2の方向Bに移動する際に反力Tを呈示するモードを後進モード、前進モードから後進モード、後進モードから前進モードに切り替わる際に反力Tを呈示するモードを切替モードと記載する。

0062

この触感呈示装置1は、図5(a)〜図7(d)に示すように、二次元操作可能な操作レバー40と、操作レバー40の操作角度θを測定する測定部5と、操作が行われた操作方向と逆方向の反力Tを操作角度θに応じて操作レバー40に付加するアクチュエータ6と、操作角度θと反力Tの関数であって、操作レバー40が第1の方向A(第3の方向C)に移動している間、第1の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)、第1の方向Aとは逆の第2の方向B(第4の方向D)に移動している間、第2の反力を生成するための第1の関数Tf(θ)とは異なる第2の関数Tb(θ)、及びお互いの関数に切り替わるための切替関数Tc(θ)に基づいてアクチュエータ6を制御する制御部8と、を備えて概略構成されている。

0063

上述のように本実施の形態の第1の関数Tf、第2の関数Tb及び切替関数Tcは、操作角度θの関数である。なお制御部8は、例えば、得られた操作角度θに基づいて操作情報S3を生成し、接続された電子機器に出力する。

0064

この操作角度θは、図5(a)に示す中立位置を初期角度θ0(=0deg)とし、XY軸の正方向の操作角度を+θ、XY軸の負方向の操作角度を−θとする。操作レバー40は、操作支持機構4によって中立位置から傾倒操作可能に支持されている。

0065

また制御部8は、測定された操作角度θが初期角度θ0から第1の方向Aに増加する際、第1の関数Tf(θ)との交点までは切替関数Tc(θ)を用いてアクチュエータ6を制御する。

0066

さらに制御部8は、測定された操作角度θが第1の方向Aに増加し、反力Tを生成する関数が切替関数Tc(θ)から第1の関数Tf(θ)に切り替わった後、第1の方向Aから第2の方向Bに切り替わった点を交点として第1の関数Tf(θ)から第2の関数Tb(θ)に切り替えるための切替関数Tc(θ)を設定する。

0067

(操作支持機構4の構成)
操作レバー40は、例えば、円柱形状を有している。そして操作支持機構4は、図5(a)に示すように、操作レバー40を傾倒操作可能に支持している。

0068

操作支持機構4は、主にX軸方向支持部44と、Y軸方向支持部45と、を備えて概略構成されている。操作レバー40は、このX軸方向支持部44とY軸方向支持部45との組み合わせによって、XY座標上の所望の操作位置を指示することができる。

0069

X軸方向支持部44は、本体440と、操作レバー40が挿入され、操作レバー40のX軸方向の操作を案内するガイド部441と、本体440の短手方向の両側面に設けられ、回転可能に支持される支持部442及び支持部443と、を備えて概略構成されている。従って操作レバー40は、第1の方向A及び第2の方向B(X軸の正負方向)に傾倒する。

0070

Y軸方向支持部45は、本体450と、操作レバー40が挿入され、操作レバー40のY軸方向の操作を案内するガイド部451と、本体450の短手方向の両側面に設けられ、回転可能に支持される支持部452及び支持部453と、を備えて概略構成されている。従って操作レバー40は、第3の方向C及び第4の方向D(Y軸の正負方向)に傾倒する。

0071

(測定部5の構成)
測定部5は、一例として、X軸方向支持部44の支持部442又は支持部443、及びY軸方向支持部45の支持部452又は支持部453の回転を測定することによって操作レバー40の操作角度θを測定する。

0072

この測定部5は、例えば、ホール素子磁気抵抗素子などの磁気センサを備えた回転センサである。測定部5は、測定した操作角度θに基づいた測定情報S1を生成して制御部8に出力する。なお変形例として測定部5は、磁気センサを備えた回転センサに限定されず、他の測定方法を用いた回転センサで有っても良い。

0073

(アクチュエータ6の構成)
アクチュエータ6は、例えば、図5(b)に示すように、X軸モータ65と、Y軸モータ66と、を備えている。このX軸モータ65の出力軸は、例えば、操作支持機構4の支持部452に接続されている。X軸モータ65は、出力軸を介して支持部452を回転させることにより、反力TのX成分を生成する。またY軸モータ66の出力軸は、例えば、操作支持機構4の支持部442に接続されている。Y軸モータ66は、出力軸を介して支持部442を回転させることにより、反力TのY成分を生成する。

0074

X軸モータ65は、制御部8から出力される駆動信号S4に基づいて第1の方向A及び第2の方向Bに回転する。Y軸モータ66は、制御部8から出力される駆動信号S5に基づいて第3の方向C及び第4の方向Dに回転する。

0075

(制御部8の構成)
本実施の形態のモード情報80には、少なくとも第1の関数Tf(θ)、第2の関数Tb(θ)及び切替関数Tc(θ)の情報が含まれている。

0076

第1の関数Tf(θ)及び第2の関数Tb(θ)は、一例として、図6(a)に示すように、正弦波を基準とした波形を有し、この波形を反力T=0を基準として移動したものとなっている。この第1の関数Tf(θ)は、前進モードに対応した関数である。また第2の関数Tb(θ)は、後進モードに対応した関数である。

0077

切替関数Tc(θ)は、傾倒操作開始から第1の関数Tf(θ)に切り替わるまで、及び第1の関数Tf(θ)から第2の関数Tb(θ)に切り替わるまでの関数である。この切替関数Tc(θ)は、図6(a)に示すように、傾倒操作開始から第1の関数Tf(θ)に交差するまでの切替モードの範囲の幅△θが予め定められている。そして切替関数Tc(θ)は、図6(b)に示すように、第1の関数Tf(θ)から第2の関数Tb(θ)に切り替わるまでの切替モードの範囲の幅が2△θと予め定められている。

0078

この切替関数Tc(θ)は、一例として、範囲中心位置θc、切替モードの範囲の幅2△θ、第1の関数Tf(θ)及び第2の関数Tb(θ)を用いて以下の式で表される。
Tc(θ)=[(θ−θc+△θ)Tf(θ)−(θ−θc−△θ)Tb(θ)]/2△θ

0079

この範囲中心位置θcは、切替モードの範囲の中心値である。なお傾倒操作開始時の範囲中心位置θcは、操作レバー40の初期角度θ0と一致させている。

0080

制御部8は、図6(a)に示すように、傾倒操作がなされる前、切替モードから開始するように構成されている。以下では、操作レバー40がX軸に沿って操作された場合、つまりY成分がない場合について説明する。

0081

図6(b)に示すように、X軸の正方向に傾倒操作がなされると、操作支持機構4に支持されて操作レバー40が移動する。制御部8は、操作レバー40の操作角度θ1が切替モード範囲(θ0−△θ≦θ≦θ0+△θ)にある場合、第1の関数Tf(θ)、第2の関数Tb(θ)及び切替関数Tc(θ)に基づいて操作角度θ1における反力T(θ1)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ1)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6(X軸モータ65)に出力して操作指9に反力T(θ1)を付加する。なお範囲中心位置θcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0082

また図6(c)に示すように、制御部8は、切替モード(切替関数Tc(θ))と前進モード(第1の関数Tf(θ))の交点(θ2=θ0+△θ,Tf(θ2))に操作角度が到達すると、第1の関数Tf(θ)に基づいて操作角度θ2における反力(第1の反力)T(θ2)=Tf(θ2)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ2)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力T(θ2)を付加する。なお範囲中心位置θcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0083

また図7(a)に示すように、制御部8は、操作角度θ3が切替モードの範囲より大きい場合(θ0+△θ<θ)、前進モードであると判定し、第1の関数Tf(θ)に基づいて操作角度θ3における反力T(θ3)=Tf(θ3)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ3)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力T(θ3)を付加する。なお範囲中心位置θcは、前進モードであるので、前進モードにおける操作角度に基づいて更新される。例えば、図7(a)に示すように、前進モードの操作角度が操作角度θ3である場合、範囲中心位置θcは、θ3−△θとなる。

0084

また図7(b)に示すように、制御部8は、操作角度θ3において操作方向が逆になった場合、切替モードに移行してその範囲を(θ3−2△θ≦θ≦θ3)と設定する。制御部8は、範囲中心位置θc、第1の関数Tf(θ)、第2の関数Tb(θ)及び切替関数Tc(θ)に基づいて操作角度θ4における反力T(θ4)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ4)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力T(θ4)を付加する。なお範囲中心位置θcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0085

また図7(c)に示すように、制御部8は、切替モード(切替関数Tc(θ))と後進モード(第2の関数Tb(θ))の交点(θ5=θ3−2△θ,Tb(θ5))に操作角度が到達すると、第2の関数Tb(θ)に基づいて操作角度θ5における反力(第2の反力)F(θ5)=Tb(θ5)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ5)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力T(θ5)を付加する。なお範囲中心位置θcは、切替モードの範囲内であるので更新されない。

0086

さらに図7(d)に示すように、制御部8は、操作角度θ6が切替モードの範囲より小さい場合(θ<θ3−△θ)、後進モードであると判定し、第2の関数Tb(θ)に基づいて操作角度θ6における反力T(θ6)=Tb(θ6)を算出する。そして制御部8は、算出した反力T(θ6)に基づく駆動信号S4をアクチュエータ6に出力して操作指9に反力T(θ6)を付加する。なお範囲中心位置θcは、後進モードであるので、後進モードにおける操作角度に基づいて更新される。例えば、図7(d)に示すように、後進モードの操作角度が操作角度θ6である場合、範囲中心位置θcは、θ6+△θとなる。

0087

上述では、X成分の反力Tについて説明したが、Y成分がある場合、Y成分についても同様に計算され、駆動信号S5がアクチュエータ6のY軸モータ66に出力される。従って反力Tは、X成分の反力とY成分の合力として作用する。

0088

以下に本実施の形態に係る触感呈示装置1の反力呈示の動作の一例について図8のフローチャートに従って説明する。

0089

(動作)
触感呈示装置1の制御部8は、測定部5から取得した測定情報S1とモード情報80とに基づいてモードの判定を行う(Step11)。制御部8は、測定された操作角度θがθc−△θ以上であり(Step12:No)、かつθc+△θ以下である場合(Step13:No)、切替モードであると判定する(Step14)。

0090

制御部8は、モード情報80に基づく切替モードの切替関数Fc(θ)を用いて反力T(θ)を算出する。制御部8は、算出した反力T(θ)に基づいて駆動信号S4及び駆動信号S5を生成してアクチュエータ6に出力し、反力T(θ)を呈示する(Step15)。

0091

ここでステップ12において制御部8は、測定された操作角度θがθc−△θより小さい場合(Step12:Yes)、後退モードであると判定する(Step16)。制御部8は、範囲中心位置θcをθ+△θに更新すると共に、モード情報80に基づく後退モードの第2の関数Fb(x)を用いて反力T(θ)を算出する。制御部8は、算出した反力T(θ)に基づいて駆動信号S4及び駆動信号S5を生成してアクチュエータ6に出力し、反力T(θ)を呈示する(Step15)。

0092

またステップ13において制御部8は、測定された操作角度θがθc+△θより大きい場合(Step13:Yes)、前進モードであると判定する(Step17)。制御部8は、範囲中心位置θcをθ−△θに更新すると共に、モード情報80に基づく前進モードの第1の関数Ff(x)を用いて反力T(θ)を算出する。制御部8は、算出した反力T(θ)に基づいて駆動信号S4及び駆動信号S5を生成してアクチュエータ6に出力し、反力T(θ)を呈示する(Step15)。

0093

(第2の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る触感呈示装置1は、第1の関数Ff(θ)から第2の関数Fb(θ)、及び第2の関数Fb(θ)から第1の関数Ff(θ)に急峻に変わるのではなく、切替関数Fc(θ)によって緩やかに切り替わるので、この構成を採用しない場合と比べて、急峻に反力が切り替わることによる振動が発生し難くなる。

0094

触感呈示装置1は、第1の関数Ff(θ)、第2の関数Fb(θ)及び切替関数Fc(θ)といった操作位置の関数によって反力を呈示するので、構成が簡単となって製造コストが抑制される。また触感呈示装置1は、上述の関数の設定を変えることにより、様々な触感を呈示することができる。

0095

[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、操作部が一次元操作及び二次元操作可能である点で上述の実施の形態と異なっている。

0096

本実施の形態の触感呈示装置1は、例えば、第2の実施の形態の操作レバー40に対してプッシュ操作ができるように構成されている。この場合、プッシュ操作に対する反力Fと、傾倒操作に対する反力Tは、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様に算出され、呈示される。

0097

以上述べた少なくとも1つの実施の形態の触感呈示装置1によれば、操作方向が切り替わる際に振動が発生し難くすることが可能となる。

0098

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0099

1…触感呈示装置、3…ボタン、4…操作支持機構、5…測定部、6…アクチュエータ、8…制御部、9…操作指、10…筐体、40…操作レバー、44…X軸方向支持部、45…Y軸方向支持部、50…プランジャ、60…レーザ、65…X軸モータ、66…Y軸モータ、80…モード情報、440…本体、441…ガイド部、442,443…支持部、450…本体、451…ガイド部、452,453…支持部

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