(57)【要約】【課題】改善された応答性を有する力覚付与型操作装置を提供することを目的とする。【解決手段】本出願は、作動装置に作用する負荷に応じた力覚を付与する力覚付与型操作装置を開示する。力覚付与型操作装置は、中立位置から変位するように操作される操作部材と、操作部材の変位量を検出する変位検出部と、作動装置に作用する負荷を検出する負荷検出部と、操作部材を操作する操作者に力覚を付与する力覚生成部と、負荷の増加に応じて励磁電流を増加させ、力覚生成部が付与する力覚を増大させる実制御と、実制御下で励磁コイルに供給される励磁電流よりも小さな予備電流値に設定された励磁電流を、実制御の前に励磁コイルに供給する予備制御と、を実行する電流制御部と、励磁電流を前記励磁コイルに供給する電流供給部と、を備える。変位量が増加し変位閾値を超えると、電流制御部は、予備制御を実行する。【選択図】図１
2019057063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動装置が静止している状態下で位置づけられる所定の中立位置から所定の変位閾値を超える変位量の操作があったときに出力される動作要求に応じて所定の動作を実行する前記作動装置に作用する負荷に応じた力覚を付与する力覚付与型操作装置であって、
前記中立位置から変位するように操作される操作部材と、
前記中立位置からの前記操作部材の前記変位量を検出する変位検出部と、
前記操作部材の前記変位量が前記変位閾値を超えたときに出力された前記動作要求に応じて前記所定の動作を開始した前記作動装置に作用する前記負荷を検出する負荷検出部と、
励磁電流が供給される励磁コイルを有し、前記励磁電流が前記励磁コイルに供給されると、前記操作部材の変位に対する抗力を生じさせ、前記操作部材を操作する操作者に前記力覚を付与する力覚生成部と、
前記負荷検出部によって検出された前記負荷の増加に応じて前記励磁電流を増加させ、前記力覚生成部が付与する前記力覚を増大させる実制御と、前記実制御下で前記励磁コイルに供給される前記励磁電流よりも小さな予備電流値に設定された前記励磁電流を、前記実制御の前に前記励磁コイルに供給する予備制御と、を実行する電流制御部と、
前記電流制御部の制御下で、前記励磁電流を前記励磁コイルに供給する電流供給部と、を備え、
前記変位量が増加し前記変位閾値を超えると、前記電流制御部は、前記予備制御を実行し、前記予備電流値に設定された前記励磁電流を前記電流供給部から前記励磁コイルへ供給する
力覚付与型操作装置。
【請求項２】
前記電流制御部は、前記変位量が増加し前記変位閾値を超えたか否かを判定する変位判定部と、前記変位量が増加し前記変位閾値を超えたことを前記変位判定部が判定すると、前記予備電流値に設定された前記励磁電流の供給を指示する予備制御指令を前記電流供給部に出力する指令出力部と、を含み、
前記電流供給部は、前記予備制御指令に応じて、前記予備電流値に設定された前記励磁電流を前記励磁コイルへ供給する
請求項１に記載の力覚付与型操作装置。
【請求項３】
前記電流制御部は、前記負荷の大きさを前記励磁電流の大きさを表す変換値に変換する変換部を含み、
前記作動装置が前記動作要求に応じて前記所定の動作を開始し、前記負荷検出部が所定の負荷閾値を超える前記負荷を検出すると、前記指令出力部は前記変換値に設定された前記励磁電流の前記供給を指示する実制御指令を前記電流供給部に出力し、
前記電流供給部は、前記実制御指令に応じて、前記変換値の前記励磁電流を前記励磁コイルへ供給する
請求項２に記載の力覚付与型操作装置。
【請求項４】
前記変位量が前記変位閾値を上回る値から減少し前記変位閾値を下回ると、前記指令出力部は前記励磁電流の前記供給の停止を指示する停止指令を前記電流供給部に出力し、
前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止する
請求項３に記載の力覚付与型操作装置。
【請求項５】
前記負荷が前記負荷閾値を上回る値から減少し前記負荷閾値を下回ると、前記指令出力部は、前記励磁電流の前記供給の停止を指示する停止指令を、前記電流供給部に出力し、
前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止する
請求項３に記載の力覚付与型操作装置。
【請求項６】
前記変位量が前記予備制御下で減少すると、前記指令出力部は前記停止指令を前記電流供給部に出力し、
前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止する
請求項４又は５に記載の力覚付与型操作装置。
【請求項７】
前記操作者の操作を受け、前記予備電流値を変更する調整部を更に備える
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の力覚付与型操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材を用いて作業機械を操作する操作者に、操作部材を通じて力覚を付与する力覚付与型操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者は、操作レバーといった操作部材を用いて、クレーンといった作業機械を操作することができる。たとえば、操作者が、操作レバーを引くと、クレーンは、左回りに旋回することができる。逆に、操作者が、操作レバーを押すと、クレーンは、右回りに旋回することができる。操作レバーに対する操作は、電気的な制御システムによって、クレーンの動作に関連づけられることもある。この場合、クレーンの旋回部に加わる負荷は、操作レバーに物理的に伝達されない。したがって、操作者は、クレーンの旋回部に加わる負荷を考慮することなく、操作レバーを操作することもある。この結果、クレーンの旋回部に高い負荷が加わっている条件の下で、操作者は、クレーンを急激に旋回させるように操作レバーを操作し、クレーンに過度な負荷を与えたり、クレーンに不適切な動作をさせたりすることもある。
【０００３】
特許文献１は、励磁電流をコイルに供給し、クレーンの旋回部に加わる負荷に応じた力覚を、操作者に、操作レバーを通じて付与する技術を提案する。特許文献１の技術によれば、クレーンの旋回部に大きな負荷が作用しているとき、大きな力覚は、操作レバーを通じて、操作者に伝達される。この結果、操作者は、クレーンに作用している負荷を体感することができ、クレーンに加わっている負荷に適した操作をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７２６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
力覚を生じさせるためのコイルシステムは、インダクタンスを必然的に有する。大きな力覚が操作者に付与されるように、コイルシステムが設計されるならば、インダクタンスは、大きくなる。大きなインダクタンスが大きいほど、応答遅れは顕著となり、操作者が操作部材を操作しても、適切な大きさの力覚が、操作者に適時に付与されないことになる。したがって、従来の力覚付与型操作装置は、応答性において、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、改善された応答性を有する力覚付与型操作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係る力覚付与型操作装置は、作動装置が静止している状態下で位置づけられる所定の中立位置から所定の変位閾値を超える変位量の操作があったときに出力される動作要求に応じて所定の動作を実行する前記作動装置に作用する負荷に応じた力覚を付与する。力覚付与型操作装置は、前記中立位置から変位するように操作される操作部材と、前記中立位置からの前記操作部材の前記変位量を検出する変位検出部と、前記操作部材の前記変位量が前記変位閾値を超えたときに出力された前記動作要求に応じて前記所定の動作を開始した前記作動装置に作用する前記負荷を検出する負荷検出部と、励磁電流が供給される励磁コイルを有し、前記励磁電流が前記励磁コイルに供給されると、前記操作部材の変位に対する抗力を生じさせ、前記操作部材を操作する操作者に前記力覚を付与する力覚生成部と、前記負荷検出部によって検出された前記負荷の増加に応じて前記励磁電流を増加させ、前記力覚生成部が付与する前記力覚を増大させる実制御と、前記実制御下で前記励磁コイルに供給される前記励磁電流よりも小さな予備電流値に設定された前記励磁電流を、前記実制御の前に前記励磁コイルに供給する予備制御と、を実行する電流制御部と、前記電流制御部の制御下で、前記励磁電流を前記励磁コイルに供給する電流供給部と、を備える。前記変位量が増加し前記変位閾値を超えると、前記電流制御部は、前記予備制御を実行し、前記予備電流値に設定された前記励磁電流を前記電流供給部から前記励磁コイルへ供給する。
【０００８】
上記の構成によれば、電流制御部は、負荷検出部によって検出された負荷の増加に応じて励磁電流を増加させ、力覚生成部が付与する前記力覚を増大させる実制御と、実制御下で力覚生成部の励磁コイルに供給される励磁電流よりも小さな予備電流値に設定された励磁電流を、実制御の前に前記励磁コイルに供給する予備制御と、を実行するので、実制御の開始時における励磁電流の増加量は、励磁電流がゼロアンペアから負荷に応じて設定された値に増加する従来技術よりも小さくなる。したがって、励磁電流は、実制御が開始されると直ぐに、負荷に応じて設定された値に到達することができる。したがって、力覚付与型操作装置は、負荷に対応した力覚を操作者に適時に付与することができる。
【０００９】
操作者が操作部材を中立位置から変位させ、変位検出部が変位閾値を超える変位量を検出すると、動作要求が、作動装置に出力される。作動装置は、動作要求に応じて、所定の動作を開始する。このとき、電流制御部は、予備制御を実行し、予備電流値に設定された励磁電流を電流供給部から励磁コイルへ供給するので、実制御の開始時における励磁電流の増加量は、過度に大きくならない。この結果、力覚付与型操作装置は、改善された応答性を有することができる。
【００１０】
動作要求が作動装置に出力されると、作動装置は所定の動作を開始する。この結果、負荷は作動装置に作用する。負荷検出部は、作動装置に作用した負荷を検出する。負荷検出部によって検出された負荷は、実制御に用いられる。実制御部を実行する電流制御部は、負荷の増加に応じて励磁電流を増加させ、力覚生成部が付与する力覚を増大させるので、操作者は、力覚生成部が付与する力覚に基づいて、作動装置に作用する負荷を体感することができる。したがって、操作者は、作動装置に作用する負荷に適した操作を実行することができる。
【００１１】
上記の構成に関して、前記電流制御部は、前記変位量が増加し前記変位閾値を超えたか否かを判定する変位判定部と、前記変位量が増加し前記変位閾値を超えたことを前記変位判定部が判定すると、前記予備電流値に設定された前記励磁電流の供給を指示する予備制御指令を前記電流供給部に出力する指令出力部と、を含み、前記電流供給部は、前記予備制御指令に応じて、前記予備電流値に設定された前記励磁電流を前記励磁コイルへ供給することができる。
【００１２】
上記の構成によれば、変位量が、変位閾値を超えたことを変位判定部が判定すると、指令出力部は、予備電流値に設定された励磁電流の供給を指示する予備制御指令を、電流供給部に出力するので、電流供給部は、負荷検出部が検出した負荷とは無関係に、予備制御指令に応じて、予備電流値に設定された励磁電流を励磁コイルへ供給することができる。励磁電流が、ゼロアンペアから負荷に応じて設定された値に増加する従来技術とは異なり、負荷の増加に応じて増加する励磁電流が励磁コイルへ供給される実制御の前に、予備電流値に設定された励磁電流が供給されるので、実制御の開始時における励磁電流の増加量は、従来技術と比べて小さくなる。したがって、励磁電流が、負荷に応じて設定された値に到達するまでの期間は、効果的に短縮される。この結果、力覚付与型操作装置は、良好な応答性を有することができる。
【００１３】
上記の構成に関して、前記電流制御部は、前記負荷の大きさを前記励磁電流の大きさを表す変換値に変換する変換部を含み、前記作動装置が前記動作要求に応じて前記所定の動作を開始し、前記負荷検出部が所定の負荷閾値を超える前記負荷を検出すると、前記指令出力部は前記変換値に設定された前記励磁電流の前記供給を指示する実制御指令を前記電流供給部に出力し、前記電流供給部は、前記実制御指令に応じて、前記変換値の前記励磁電流を前記励磁コイルへ供給することができる。
【００１４】
上記の構成によれば、作動装置に作用する負荷が所定の負荷閾値を超えると、指令出力部は、変換部が負荷の大きさから変換した変換値の励磁電流の供給を指示する実制御指令を電流供給部に出力するので、励磁電流の大きさは、予備電流値から変換値へ切り替えられることになる。電流供給部が、変換値に設定された励磁電流を励磁コイルへ供給する前に、予備電流値に設定された励磁電流が、励磁コイルへ供給されているので、励磁電流が、ゼロアンペアから負荷に応じて設定された値に増加する従来技術とは異なり、実制御の開始時における励磁電流の増加量は、従来技術と比べて小さくなる。したがって、励磁電流が、負荷の大きさに合わせて変換された変換値に到達するまでの期間は、効果的に短縮される。この結果、力覚付与型操作装置は、良好な応答性を有することができる。
【００１５】
上記の構成に関して、前記変位量が前記変位閾値を上回る値から減少し前記変位閾値を下回ると、前記指令出力部は前記励磁電流の前記供給の停止を指示する停止指令を前記電流供給部に出力し、前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止することができる。
【００１６】
上記の構成によれば、変位量が変位閾値を上回る値から減少し変位閾値を下回ったときには、操作者は、作動装置を停止させようとしているので、力覚は、操作者に知覚されなくてもよい。変位量が変位閾値を上回る値から減少し変位閾値を下回ったときに指令出力部から出力される停止指令に応じて、電流供給部は、励磁コイルへの励磁電流の供給を停止するので、励磁電流は、励磁コイルへ不必要に供給されない。したがって、力覚付与型操作装置は、少ない消費電力の下で、力覚を操作者に付与することができる。
【００１７】
上記の構成に関して、前記負荷が前記負荷閾値を上回る値から減少し前記負荷閾値を下回ると、前記指令出力部は、前記励磁電流の前記供給の停止を指示する停止指令を、前記電流供給部に出力し、前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止することができる。
【００１８】
上記の構成によれば、負荷が負荷閾値を上回る値から減少し負荷閾値を下回ったときには、操作者は、作動装置を停止させようとしているので、力覚は、操作者に知覚されなくてもよい。負荷が負荷閾値を上回る値から減少し負荷閾値を下回ったときに指令出力部から出力される停止指令に応じて、電流供給部は、励磁コイルへの励磁電流の供給を停止するので、励磁電流は、励磁コイルへ不必要に供給されない。したがって、力覚付与型操作装置は、少ない消費電力の下で、力覚を操作者に付与することができる。
【００１９】
上記の構成に関して、前記変位量が、前記予備制御下で減少すると、前記指令出力部は、前記停止指令を、前記電流供給部に出力し、前記電流供給部は、前記停止指令に応じて、前記励磁コイルへの前記励磁電流の前記供給を停止することができる。
【００２０】
上記の構成によれば、変位量が予備制御下で減少したときに指令出力部から出力される停止指令に応じて、電流供給部は、励磁コイルへの励磁電流の供給を停止するので、操作者が実制御の前に操作部材を中立位置に向けて変位させると、励磁コイルへの励磁電流の供給は、直ぐに停止される。
【００２１】
上記の構成に関して、力覚付与型操作装置は、前記操作者の操作を受け、前記予備電流値を変更する調整部を更に備えることができる。
【００２２】
上記の構成によれば、操作者は、調整部を用いて、予備電流値を調整することができる。操作者が、予備電流値を増加するならば、励磁電流が、負荷に応じて設定される値に到達するまでの期間は、短縮されることになる。一方、操作者が、予備電流値を低減するならば、励磁電流が、負荷に応じて設定される値に到達するまでの期間は、延長されることになる。したがって、操作者は、操作者の操作感覚に適合するように、力覚付与の応答性を調整することができる。
【発明の効果】
【００２３】
上述の力覚付与型操作装置は、改善された応答性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】例示的な力覚付与型操作装置の概念図である。
【図２】図１に示される力覚付与型操作装置の操作部の概略的な展開斜視図である。
【図３】図２に示される操作部の回転部の概略的な断面図である。
【図４】図１に示される力覚付与型操作装置の制御部の例示的な機能構成を表す概略的なブロック図である。
【図５】図１に示される力覚付与型操作装置の指令出力部の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。
【図６】図１に示される力覚付与型操作装置の動作要求部の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。
【図７】図５及び図６に説明された制御フローの下で得られた例示的なタイミングチャートである。
【図８Ａ】励磁コイルに印加された電圧と、印加電圧に応じて励磁コイルに流れる励磁電流と、を表すグラフである。
【図８Ｂ】励磁コイルに印加された電圧と、印加電圧に応じて励磁コイルに流れる励磁電流と、を表すグラフである。
【図９】励磁コイルに流れる励磁電流、回転部の変位量及び回転部の回転に抗するトルクの間の関係を表すグラフである。
【図１０】図１に示される力覚付与型操作装置の変位判定部の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。
【図１１】指令出力部の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、例示的な力覚付与型操作装置（以下、「操作装置１００」と称される）の概念図である。図２は、操作装置１００が備える操作部２００の概略的な展開斜視図である。図１を参照して、操作装置１００が説明される。「上」、「下」、「鉛直」、「水平」、「時計回り」及び「反時計回り」といった方向を表す用語が以下に用いられる。方向を表すこれらの用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。したがって、方向を表す用語は、本実施形態の原理を何ら限定しない。
【００２６】
操作装置１００は、操作部２００と、変位検出部３１０と、負荷検出部３２０と、電流供給部３３０と、制御部４００と、を備える。操作部２００は、操作部材２１０と、回転部２２０と、励磁コイル２３０と、ホルダ部２４０と、鉄心部２５０と、付勢機構２６０と、を含む。回転部２２０は、所定の回転軸ＲＡＸ周りに回転する円筒状の部材である。操作部材２１０は、回転部２２０の外周面から上方に延出するレバーである。操作部材２１０が回転軸ＲＡＸ周りに角変位するように、操作者は、操作部材２１０を操作することができる。励磁コイル２３０及び鉄心部２５０は、回転部２２０内に配置される。回転軸ＲＡＸ周りに回転可能な回転部２２０とは異なり、励磁コイル２３０及び鉄心部２５０は、ホルダ部２４０に固定される。電流供給部３３０が制御部４００の制御下で励磁電流を励磁コイル２３０に供給すると、励磁コイル２３０及び鉄心部２５０は、操作部材２１０の操作に応じた回転軸ＲＡＸ周りの回転部２２０の回転に抗する力を引き起こす。したがって、回転部２２０、励磁コイル２３０及び鉄心部２５０は、回転軸ＲＡＸ周りの操作部材２１０の角変位に対する抗力を生じさせ操作者に力覚を付与する力覚生成部を形成する。励磁コイル２３０及び鉄心部２５０と同様に、付勢機構２６０は、ホルダ部２４０に固定される。付勢機構２６０は、操作部材２１０を中立位置に戻す方向に作用する付勢力を生じさせる。したがって、操作者が、操作部材２１０から手を離すと、操作部材２１０は中立位置へ自動的に復帰することができる。
【００２７】
図１に示される操作部材２１０は、中立位置にある。このとき、作動装置ＡＭＮは、静止している。本実施形態に関して、クレーンが、作動装置ＡＭＮとして用いられる。しかしながら、他の作業機械が、作動装置ＡＭＮとして用いられてもよい。加えて、「作動装置」との用語は、作業機械全体を意味してもよいし、作業機械に組み込まれた一部の装置を意味してもよい。本実施形態の原理は、作動装置ＡＭＮとして用いられる特定の機械又は装置に限定されない。制御部４００は、作動装置ＡＭＮに搭載されたマイクロコンピュータであってもよい。
【００２８】
中立位置にある操作部材２１０は、略鉛直の姿勢を取る。変位検出部３１０は、中立位置からの回転軸ＲＡＸ周りの回転部２２０の角変位量（以下、変位量と称される）及び変位方向（時計回り又は反時計回り）を検出する。本実施形態に関して、回転軸ＲＡＸ上で操作部２００に取り付けられたロータリエンコーダが、変位検出部３１０として用いられる。しかしながら、変位検出部３１０は、回転部２２０の変位量及び変位方向を検出することができる他のセンサ装置であってもよい。本実施形態の原理は、変位検出部３１０として用いられる特定のセンサ装置に限定されない。
【００２９】
変位検出部３１０は、変位量及び変位方向を表す変位信号を生成する。変位信号は、変位検出部３１０から制御部４００へ出力される。制御部４００は、変位信号を参照し、変位量及び変位方向に応じた動作を、作動装置ＡＭＮに実行させることができる。したがって、操作者は、操作部材２１０を操作し、作動装置ＡＭＮに所望の動作をさせることができる。
【００３０】
操作者が、操作部材２１０を時計回りに回転させると、作動装置ＡＭＮとして用いられるクレーンは、左方に旋回してもよい。操作者が、操作部材２１０を反時計回りに回転させると、クレーンは、右方に旋回してもよい。変位検出部３１０が大きな変位量を検出しているならば、クレーンの旋回角は大きくなる。変位検出部３１０が小さな変位量を検出しているならば、クレーンの旋回角は小さくなる。
【００３１】
作動装置ＡＭＮが、上述の如く、制御部４００の制御下で動作している間、作業環境及び／又は作業条件に応じた負荷が、作動装置ＡＭＮに作用する。負荷検出部３２０は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷を検出する。本実施形態に関して、負荷検出部３２０は、作動装置ＡＭＮとして用いられるクレーンの旋回部に作用する負荷を検出する。たとえば、負荷検出部３２０は、クレーンの旋回部を旋回させる油圧モータの負荷を検出してもよい。負荷検出の対象部位に適した様々なセンサ装置は、負荷検出部３２０として利用されることができる。したがって、本実施形態の原理は、負荷検出部３２０として用いられる特定のセンサ装置に限定されない。
【００３２】
制御部４００は、作動装置ＡＭＮだけでなく、操作部２００の力覚生成部の励磁コイルへ励磁電流を供給する電流供給部３３０をも制御する。励磁電流が供給された励磁コイルは、回転部２２０の回転に抗する力を回転部２２０に与える。この結果、操作装置１００は、力覚を、操作者に知覚させることができる。電流供給部３３０は、電流を供給する一般的なドライバ回路であってもよい。本実施形態の原理は、電流供給部３３０の特定の電気的構成に限定されない。
【００３３】
励磁コイル２３０は、回転軸ＲＡＸ周りに単純巻された導線（たとえば、銅線）から形成されてもよいし、パンケーキコイル（回転軸ＲＡＸ周りにフラットワイズに巻回された帯状の導体）であってもよい。本実施形態の原理は、励磁コイル２３０の特定の構造に限定されない。
【００３４】
励磁電流が、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給されると、鉄心部２５０は磁化される。鉄心部２５０は、２つのステータ板２５１，２５２と、連結シャフト２５３と、を含む。連結シャフト２５３は、ステータ板２５１，２５２の間において回転軸ＲＡＸと同軸に配置され、且つ、ステータ板２５１，２５２と一体的に形成された円柱状の部材である。鉄心部２５０は、透磁率の高い材料（すなわち、軟磁性材料）から形成される。励磁コイル２３０は、連結シャフト２５３を回転軸ＲＡＸ周りに取り巻くように配置される。
【００３５】
ステータ板２５１，２５２それぞれは、回転軸ＲＡＸと同軸に配置された略円形の板部材である。ステータ板２５１，２５２それぞれの外径は、連結シャフト２５３の直径よりも大きい。したがって、ステータ板２５１，２５２の間に配置された励磁コイル２３０の軸方向の変位（すなわち、回転軸ＲＡＸの延設方向における励磁コイル２３０の変位）は、ステータ板２５１，２５２によって妨げられる。
【００３６】
ステータ板２５１，２５２それぞれの外周縁は、複数の切欠部２５４を形成する。これらの切欠部２５４は、回転軸ＲＡＸ周りに略等間隔に形成される。この結果、複数の突出部２５５も回転軸ＲＡＸ周りに略等間隔に形成される。複数の突出部２５５それぞれの先端面は、回転部２２０の内周面に対向する。励磁電流が、励磁コイル２３０に供給されると、磁束線は、複数の突出部２５５それぞれの先端面に集中し、磁極を形成する。
【００３７】
回転部２２０は、ロータ２２１と、２つのロータ板２２２，２２３と、を含む。ロータ２２１は、操作部材２１０が固定される外周面を有する円筒状の外殻リング２２４と、外殻リング２２４の内周面から回転軸ＲＡＸに向けてそれぞれ突出する複数の磁極部２２５と、を含む。外殻リング２２４は、回転軸ＲＡＸと同軸に配置される。ステータ板２５１，２５２それぞれの複数の突出部２５５と同様に、複数の磁極部２２５は、回転軸ＲＡＸ周りに略等間隔に配置される。複数の磁極部２２５は、複数の突出部２５５と同数である。鉄心部２５０と同様に、これらの磁極部２２５は、透磁率の高い材料（すなわち、軟磁性材料）から形成される。
【００３８】
励磁コイル２３０及び鉄心部２５０の組立体は、外殻リング２２４内に配置される。ロータ２２１の複数の磁極部２２５それぞれの先端面が、ステータ板２５１，２５２の複数の突出部２５５それぞれの先端面に対向するとき、狭い間隙が、これらの先端面の間に形成される。したがって、操作部材２１０への操作下で回転するロータ２２１は、鉄心部２５０に干渉しない。
【００３９】
ロータ２２１は、２つのロータ板２２２，２２３の間に配置され、且つ、これらのロータ板２２２，２２３に連結される。図２に示されるように、略円形の貫通穴２２６及び２つの弧状スロット２２７は、これらのロータ板２２２，２２３それぞれに形成される。貫通穴２２６は、回転軸ＲＡＸと同軸である。弧状スロット２２７の曲率中心は、回転軸ＲＡＸ上に位置する。
【００４０】
ホルダ部２４０は、２つの支持プレート２４１，２４２と、２つの連結アーム２４３，２４４と、を含む。支持プレート２４１，２４２は、回転軸ＲＡＸの延設方向に整列され、且つ、回転軸ＲＡＸに略直交するように配置される。連結アーム２４３，２４４は、支持プレート２４１，２４２の間で、回転軸ＲＡＸに略平行に延設される。連結アーム２４３，２４４それぞれの両端は、支持プレート２４１，２４２にそれぞれ固定される。この結果、支持プレート２４１，２４２及び連結アーム２４３，２４４によって囲まれた矩形状の水平領域が形成される。励磁コイル２３０及び鉄心部２５０の組立体を内蔵した回転部２２０は、矩形状の水平領域内に配置される。
【００４１】
支持プレート２４１，２４２それぞれは、板部２４５と、２つの係合ピン２４６と、を含む。板部２４５は、連結アーム２４３，２４４の端部に固定される。２つの係合ピン２４６は、板部２４５から回転部２２０内に突出する。２つの係合ピン２４６に相補的な２つの係合穴２５６が、ステータ板２５１，２５２それぞれに形成される。２つの係合ピン２４６は、２つの弧状スロット２２７に挿通され、２つの係合穴２５６に嵌入される。この結果、励磁コイル２３０及び鉄心部２５０の組立体を内蔵した回転部２２０は、ホルダ部２４０によって支持される。励磁コイル２３０及び鉄心部２５０の組立体は、支持プレート２４１，２４２の４つの係合ピン２４６によって固定される。一方、回転部２２０は、弧状スロット２２７の延設範囲で回転軸ＲＡＸ周りに回転することができる。
【００４２】
付勢機構２６０は、回転部２２０の下方に配置される。付勢機構２６０は、２つの連結アーム２６１，２６２と、ガイドロッド２６３と、変位ブロック２６４と、２つのコイルスプリング２６５，２６６と、芯棒２６７と、を含む。付勢機構２６０の連結アーム２６１は、ホルダ部２４０の連結アーム２４３の下方に配置され、回転軸ＲＡＸと略平行に延設される。付勢機構２６０の連結アーム２６２は、ホルダ部２４０の連結アーム２４４の下方に配置され、回転軸ＲＡＸと略平行に延設される。ホルダ部２４０の連結アーム２４３，２４４と同様に、付勢機構２６０の連結アーム２６１，２６２それぞれの両端部は、支持プレート２４１，２４２に連結される。したがって、付勢機構２６０は、ホルダ部２４０によって支持されることになる。
【００４３】
ガイドロッド２６３は、連結アーム２６１，２６２の間で延びる。ガイドロッド２６３の両端部は、連結アーム２６１，２６２にそれぞれ固定される。ガイドロッド２６３は、回転軸ＲＡＸに対して立体的に略直交する。
【００４４】
変位ブロック２６４は、ベアリング（図示せず）を内蔵する。ガイドロッド２６３は、変位ブロック２６４内のベアリングを貫通する。したがって、変位ブロック２６４は、ガイドロッド２６３に沿って変位することができる。
【００４５】
変位ブロック２６４は、水平板部２７１と、２つの連結リブ２７２，２７３と、を含む。連結リブ２７２，２７３は、水平板部２７１の上面から突出する。連結リブ２７３は、ガイドロッド２６３の延設方向において、連結リブ２７２から離間している。回転部２２０は、外殻リング２２４から下方に突出する突部２２８を含む。突部２２８は、連結リブ２７２，２７３の間の間隙に嵌め込まれる。突部２２８は、中立位置にある操作部材２１０の鉛直線上に位置する。操作者が、操作部材２１０を時計回り又は反時計回りに回転させると、連結リブ２７２，２７３のうち一方は、突部２２８によって押される。この結果、変位ブロック２６４は、ガイドロッド２６３に沿って変位することができる。
【００４６】
変位ブロック２６４は、水平板部２７１の下面から突出しコイルスプリング２６５，２６６の間を仕切る仕切壁２７４を含む。ガイドロッド２６３と同様に、芯棒２６７は、連結アーム２６１，２６２の間でガイドロッド２６３と略平行に延び、仕切壁２７４を貫通する。変位ブロック２６４は、ガイドロッド２６３及び芯棒２６７に沿って変位することができる。芯棒２６７の両端部は、連結アーム２６１，２６２にそれぞれ連結される。コイルスプリング２６５は、連結アーム２６１と仕切壁２７４との間で、芯棒２６７周りに巻回されている。コイルスプリング２６６は、連結アーム２６２と仕切壁２７４との間で、芯棒２６７周りに巻回されている。操作者が、操作部材２１０を時計回り又は反時計回りに回転させると、コイルスプリング２６５が圧縮される。操作者が、操作部材２１０から手を離すと、圧縮されたコイルスプリング２６５の復元の結果、変位ブロック２６４は、ガイドロッド２６３及び芯棒２６７に沿って変位し、操作部材２１０は中立位置に戻される。操作者が、操作部材２１０を反時計回り又は時計回りに回転させると、コイルスプリング２６６が圧縮される。操作者が、操作部材２１０から手を離すと、圧縮されたコイルスプリング２６６の復元の結果、変位ブロック２６４は、ガイドロッド２６３及び芯棒２６７に沿って変位し、操作部材２１０は中立位置に戻される。
【００４７】
図３は、回転軸ＲＡＸを包含する仮想平面上での回転部２２０の概略的な断面図である。図２及び図３を参照して、操作部２００が更に説明される。
【００４８】
励磁電流が、励磁コイル２３０を流れると、図３の矢印によって示されるように、励磁コイル２３０の断面を取り巻く磁気回路が形成される。操作者が操作部材２１０を操作し、回転軸ＲＡＸ周りにロータ２２１を回転させると、ロータ２２１とステータ板２５１，２５２との間の距離は変化する。図３に示されるように、ロータ２２１の磁極部２２５が、ステータ板２５１，２５２の突出部２５５に正対しているとき、ロータ２２１とステータ板２５１，２５２との間の磁気抵抗は、最小になる。一方、ロータ２２１の磁極部２２５が、ステータ板２５１，２５２の切欠部２５４に正対しているとき、ロータ２２１とステータ板２５１，２５２との間の磁気抵抗は、最大になる。励磁コイル２３０への励磁電流の供給下では、ロータ２２１とステータ板２５１，２５２との間の磁気抵抗を低減させる方向の力が、ロータ２２１に作用する。ロータ２２１とステータ板２５１，２５２との間の磁気抵抗を低減させる方向の力は、ロータ２２１の回転に抗する方向に作用するので、操作者には力覚として知覚されることになる。
【００４９】
図４は、制御部４００の例示的な機能構成を表す概略的なブロック図である。図１及び図４を参照して、操作装置１００が更に説明される。
【００５０】
制御部４００は、変位判定部４１０と、指令出力部４２０と、動作要求部４３０と、変換部４４０と、を含む。変位判定部４１０、指令出力部４２０及び変換部４４０は、励磁コイル２３０へ供給される励磁電流を制御する電流制御部として用いられる。
【００５１】
上述の如く、変位検出部３１０は、回転部２２０の変位量及び変位方向を表す変位信号を生成する。変位信号は、変位判定部４１０を通じて、変位検出部３１０から指令出力部４２０と動作要求部４３０とに出力される。変位判定部４１０は、変位信号を参照し、変位信号によって表される変位量が所定の変位閾値を超えたか否かを判定する。時計回り及び反時計回りにおける中立位置から変位閾値によって定められる角度範囲は、中立角度範囲として設定されている。制御部４００は、中立角度範囲内での操作部材２１０の回転操作を無視するように設計されている。したがって、操作者が、操作部材２１０に偶発的に接触し、操作部材２１０が回転しても、偶発的な接触は、作動装置ＡＭＮの作動に反映されにくい。
【００５２】
変位信号によって表される変位量が、所定の変位閾値を超えると、変位判定部４１０は、変位量が、中立角度範囲を超えたことを表す判定結果を、指令出力部４２０と動作要求部４３０とに通知する。変位量が中立角度範囲を超えたことを表す判定結果を受け取った指令出力部４２０は、予備電流値の励磁電流の供給を指示する予備制御指令を生成する。予備制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、予備制御指令に基づく予備制御下で、予備制御指令によって指示された値の励磁電流を生成する。励磁電流は、電流供給部３３０から操作部２００に内蔵された励磁コイル２３０へ供給される。予備制御下において励磁コイル２３０へ供給される励磁電流は、操作装置１００の力覚付与の応答性を向上させることを目的に供給される。好ましくは、予備制御下において供給される励磁電流は、操作者に力覚を知覚させないように設定される。この場合、予備制御下において供給される励磁電流は、中立角度範囲にある操作部材２１０への操作に影響しない。
【００５３】
変位量が中立角度範囲を超えたことを表す判定結果を受け取った動作要求部４３０は、作動装置ＡＭＮが所定の動作（たとえば、旋回動作）を開始することを要求する動作指令を生成する。動作指令は、動作要求部４３０から作動装置ＡＭＮに出力される。作動装置ＡＭＮは、動作指令に応じて、動作指令によって定められた動作（たとえば、左旋回又は右旋回）を実行する。
【００５４】
作動装置ＡＭＮが、動作指令によって定められた動作を実行すると、作動環境及び／又は作動条件に応じた負荷が、作動装置ＡＭＮに作用する。上述の如く、負荷検出部３２０は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷を検出する。負荷検出部３２０は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷を表す負荷信号を生成する。負荷信号は、負荷検出部３２０から変換部４４０へ出力される。変換部４４０は、負荷信号を参照し、負荷信号が表す負荷に応じた励磁電流の大きさを算出する。すなわち、変換部４４０は、負荷信号が表す負荷を励磁電流の大きさに変換する。変換部４４０が励磁電流の大きさの算出に用いる関数式を以下に示す。しかしながら、変換部４４０は、関数式に代えて、ルックアップテーブルを用いて、励磁電流の大きさを決定してもよい。本実施形態の原理は、励磁電流の大きさを決定するための特定の演算技術に限定されない。
【００５５】
【数１】
2019057063.tif 000003
【００５６】
上述の関数式から得られた変換値（負荷信号が表す負荷から変換された励磁電流の大きさを表す値）は、変換部４４０から指令出力部４２０へ出力される。指令出力部４２０は、変換値が所定の閾値を超えたか否かを判定する。上述の関数式「Ｆ（ｘ）」は、負荷の増加関数であるので、作動装置ＡＭＮに作用する負荷が大きいならば、変換値は大きくなる。一方、作動装置ＡＭＮに作用する負荷が小さいならば、変換値は小さくなる。したがって、所定の閾値を超えた変換値は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷が所定の負荷閾値を超えていることを意味する。
【００５７】
変換値が所定の閾値を超えたと判定した指令出力部４２０は、変換値に相当する大きさの励磁電流の供給を指示する実制御指令を生成する。実制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、実制御指令に基づく実制御下で、実制御指令によって指示された変換値の励磁電流を生成する。励磁電流は、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給される。実制御下で供給される励磁電流が、上述の予備制御下で供給される励磁電流より大きくなるように、変換値に対する閾値（すなわち、作動装置ＡＭＮに作用する負荷に対する負荷閾値）及び予備制御下で供給される励磁電流の値は設定される。予備制御下で生成される励磁電流は略一定の値であるのに対して、実制御下で生成される励磁電流の値は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷によって変化される。実制御の前に予備制御が実行されるので、作動装置ＡＭＮに作用する負荷に対応して定められた値の励磁電流が供給される前に予備電流値に設定された励磁電流が励磁コイル２３０に供給される。したがって、予備制御から実制御への切替時における励磁電流の設定値の増加量は、過度に大きくならない。したがって、実制御が実行されるとすぐに、励磁電流は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷に対応して定められた値に到達することができる。
【００５８】
実制御指令によって指示された変換値が大きいならば、大きな励磁電流が、励磁コイル２３０へ供給される。この結果、回転部２２０の角変位に対する大きな抗力が生成される。この場合、操作部材２１０を操作する操作者は、大きな力覚を知覚することができる。一方、実制御指令によって指示された変換値が小さいならば、小さな励磁電流が、励磁コイル２３０へ供給される。この場合、操作部材２１０を操作する操作者は、小さな力覚を知覚することができる。
【００５９】
図５は、指令出力部４２０の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。図１、図４及び図５を参照して、指令出力部４２０の動作が説明される。
【００６０】
（ステップＳ１１０）
指令出力部４２０は、変位信号が表す変位量が、所定の閾値を超えたことを表す判定結果（すなわち、操作部材２１０及び回転部２２０の変位量が中立角度範囲を超えたことを表す判定結果）を待つ。変位信号が表す変位量が、所定の閾値を超えたことを表す判定結果が、変位判定部４１０から指令出力部４２０へ出力されると、ステップＳ１２０が実行される。
【００６１】
（ステップＳ１２０：予備制御）
指令出力部４２０は、予備電流値に設定された励磁電流の供給を指示する予備制御指令を生成する。予備制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、予備制御指令が定める値の励磁電流を生成する。予備制御指令の生成の後、ステップＳ１３０が実行される。
【００６２】
（ステップＳ１３０）
指令出力部４２０は、変換部４４０から出力された変換値「ＣＶＬ」を参照する。その後、ステップＳ１４０が実行される。
【００６３】
（ステップＳ１４０）
指令出力部４２０は、変換値「ＣＶＬ」を、所定の閾値「ＣＴＨ」と比較する。変換値「ＣＶＬ」が、閾値「ＣＴＨ」よりも大きいならば、ステップＳ１５０が実行される。他の場合には、ステップＳ１３０が実行される。
【００６４】
（ステップＳ１５０：実制御）
指令出力部４２０は、変換値「ＣＶＬ」に相当する大きさの励磁電流の供給を指示する実制御指令を生成する。実制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、実制御指令によって指示された変換値「ＣＶＬ」の励磁電流を生成する。励磁電流は、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給される。実制御指令の生成の後、ステップＳ１６０が実行される。
【００６５】
（ステップＳ１６０）
指令出力部４２０は、変換部４４０から出力された変換値「ＣＶＬ」を参照する。その後、ステップＳ１７０が実行される。
【００６６】
（ステップＳ１７０）
指令出力部４２０は、変換値「ＣＶＬ」を、所定の閾値「ＣＴＨ」と比較する。変換値「ＣＶＬ」が、閾値「ＣＴＨ」よりも小さいならば、ステップＳ１８０が実行される。他の場合には、ステップＳ１９０が実行される。
【００６７】
（ステップＳ１８０）
指令出力部４２０は、励磁電流の供給の停止を指示する停止指令を生成する。停止指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、停止指令に応じて、励磁電流の生成及び供給を停止する。
【００６８】
（ステップＳ１９０）
指令出力部４２０は、変位信号が表す変位量「ＲＡＧ」を参照し、変位量「ＲＡＧ」が、所定の変位閾値「ＡＴＨ」を下回っているか否かを判定する。所定の変位閾値「ＡＴＨ」を下回っているならば、ステップＳ１８０が実行される。他の場合には、ステップＳ１５０が実行される。
【００６９】
変位閾値「ＡＴＨ」は、変位判定部４１０の判定処理によっても利用される。変位検出部３１０からの変位信号が表す変位量「ＲＡＧ」が変位閾値「ＡＴＨ」を上回っているならば、操作部材２１０及び回転部２２０の変位量「ＲＡＧ」が中立角度範囲を超えたことを表す判定結果が、ステップＳ１１０において、変位判定部４１０から指令出力部４２０へ出力され、その後、ステップＳ１２０が実行されることになる。
【００７０】
図６は、動作要求部４３０の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。図１、図４及び図６を参照して、動作要求部４３０の動作が説明される。
【００７１】
（ステップＳ２１０）
動作要求部４３０は、変位信号が表す変位量が、所定の閾値を超えたことを表す判定結果（すなわち、操作部材２１０及び回転部２２０の変位量が中立角度範囲を超えたことを表す判定結果）を待つ。変位信号が表す変位量が、所定の閾値を超えたことを表す判定結果が、変位判定部４１０から動作要求部４３０へ出力されると、ステップＳ２２０が実行される。
【００７２】
（ステップＳ２２０）
動作要求部４３０は、変位判定部４１０を通じて変位検出部３１０から受け取った変位信号を参照する。その後、ステップＳ２３０が実行される。
【００７３】
（ステップＳ２３０）
動作要求部４３０は、作動装置ＡＭＮが、変位信号によって表される変位量「ＲＡＧ」に対応する目標位置に到達するように、又は、作動装置ＡＭＮが、変位信号によって表される変位量「ＲＡＧ」に対応する目標姿勢を取るように、動作指令を生成する。動作指令は、動作要求部４３０から作動装置ＡＭＮに出力される。作動装置ＡＭＮは、動作指令に応じて、目標位置に移動したり、目標姿勢を取るように動作したりする。動作指令の生成の後、ステップＳ２４０が実行される。
【００７４】
（ステップＳ２４０）
動作要求部４３０は、変位信号によって表される変位量「ＲＡＧ」を所定の変位閾値「ＡＴＨ」と比較する。変位閾値「ＡＴＨ」よりも小さな変位量「ＲＡＧ」は、操作部材２１０及び回転部２２０の変位量が、中立角度範囲内にあることを意味する。この場合、ステップＳ２５０が実行される。変位量「ＲＡＧ」が、角度範囲「ＡＴＨ」よりも大きいならば、ステップＳ２２０が実行される。
【００７５】
（ステップＳ２５０）
動作要求部４３０は、動作指令の生成を停止する。この結果、作動装置ＡＭＮは、停止する。
【００７６】
図７は、図５及び図６に説明された制御フローの下で得られた例示的なタイミングチャートである。図１、図４乃至図７を参照して、操作装置１００の例示的な動作が説明される。
【００７７】
図７のセクション（ａ）乃至セクション（ｃ）の横軸は、時間を表す。図７のセクション（ａ）の縦軸は、中立位置からの操作部材２１０及び回転部２２０の変位量（すなわち、変位検出部３１０からの出力電圧）を表す。図７のセクション（ｂ）の縦軸は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷（すなわち、負荷検出部３２０からの出力電圧）から変換された変換値を表す。図７のセクション（ｃ）の縦軸は、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給される励磁電流を表す。
【００７８】
図７のセクション（ａ）に示されるように、時刻「ｔ１」において、変位量は、変位閾値「ＡＴＨ」を超える。このとき、指令出力部４２０の処理は、ステップＳ１１０からステップＳ１２０へ遷移する。同時に、動作要求部４３０の処理は、ステップＳ２１０からステップＳ２２０へ遷移する。
【００７９】
図７のセクション（ｃ）に示されるように、ステップＳ１１０からステップＳ１２０への遷移の結果、指令出力部４２０は、予備制御指令を生成する。予備制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、予備制御指令に応じて、小さな値の励磁電流を生成する。励磁電流は、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給される。
【００８０】
ステップＳ２１０からステップＳ２２０への遷移の結果、動作要求部４３０は、変位判定部４１０を通じて変位検出部３１０から受け取った変位信号を参照し、その後のステップＳ２３０において、動作指令を生成する。動作指令は、動作要求部４３０から作動装置ＡＭＮへ出力される。作動装置ＡＭＮは、動作指令に応じて、動作指令によって定められた動作を開始する。この結果、負荷が、作動装置ＡＭＮに加わる。負荷検出部３２０は、作動装置ＡＭＮに作用する負荷を表す負荷信号を生成する。負荷信号は、負荷検出部３２０から変換部４４０へ出力される。変換部４４０は、負荷信号によって表される負荷を、上述の「数１」に代入し、励磁電流の大きさを変換する。
【００８１】
図７のセクション（ｂ）に関して、変換値（すなわち、作動装置ＡＭＮに作用する負荷）は、時刻「ｔ１」から増加し、時刻「ｔ２」において、閾値「ＣＴＨ」に到達する。このとき、指令出力部４２０の処理は、ステップＳ１４０からステップＳ１５０へ遷移する。
【００８２】
ステップＳ１４０からステップＳ１５０への遷移の結果、指令出力部４２０は、実制御指令を生成する。実制御指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、実制御指令に応じて、変換値に相当する大きさの励磁電流を生成する。励磁電流は、電流供給部３３０から励磁コイル２３０へ供給される。時刻「ｔ２」において、予備制御指令に基づく予備制御から実制御指令に基づく実制御に切り替えられるので、励磁電流は、時刻「ｔ２」において垂直的に大きくなる。
【００８３】
図７のセクション（ｂ）に示される如く、変換値は、時刻「ｔ２」から、作動装置ＡＭＮに作用する負荷に応じて変化する。変換値は、時刻「ｔ２」の後の時刻「ｔ３」において、閾値「ＣＴＨ」に再度一致する。時刻「ｔ３」の周囲において、変位量及び変換値は、減少傾向を示す。このことは、操作者が、操作部材２１０を中立位置に戻そうとしていることを意味する。この場合、操作装置１００は、力覚を操作者に知覚させる必要はない。
【００８４】
時刻「ｔ３」において、指令出力部４２０の処理は、ステップＳ１７０からステップＳ１８０へ遷移する。ステップＳ１７０からステップＳ１８０への遷移の結果、指令出力部４２０は、停止指令を生成する。停止指令は、指令出力部４２０から電流供給部３３０へ出力される。電流供給部３３０は、停止指令に応じて、励磁電流の生成及び供給を停止する。
【００８５】
図８Ａ及び図８Ｂは、励磁コイル２３０に印加された電圧と、印加電圧に応じて励磁コイル２３０に流れる励磁電流と、を表すグラフである。図４、図７乃至図８Ｂを参照して、予備制御の効果が説明される。
【００８６】
図８Ａは、予備制御が実行されたときの印加電圧及び励磁電流を表す。図８Ｂは、予備制御がない条件下での印加電圧及び励磁電流を表す。図８Ａ及び図８Ｂは、目標電圧及び定常電流において等しい。
【００８７】
予備制御がない条件下では、印加電圧は、時刻「ｔ２」において、「０Ｖ」から目標電圧まで一気に変化する。一方、予備制御が実行されると、時刻「ｔ２」前において、所定の予備電圧「Ｖｐｒｅ」が励磁コイル２３０に印加されることになる（Ｖｐｒｅ＞０）。この結果、予備励磁電流「Ａｐｒｅ」が、時刻「ｔ２」前に、励磁コイル２３０に流れる。
【００８８】
時刻「ｔ２」における印加電圧の変化は、図８Ａの条件（予備制御有）の方が、図８Ｂの条件（予備制御無）よりも小さい。したがって、予備制御がある条件下では、励磁電流が定常値を取るまでに、時刻「ｔ２」から時刻「ｔ４」までの期間だけかかるのに対して、予備制御がない条件下では、励磁電流が定常値を取るまでに、時刻「ｔ２」から時刻「ｔ４」より後の時刻「ｔ５」までの期間だけかかる。図８Ａ及び図８Ｂに示されるデータによれば、時刻「ｔ２」から時刻「ｔ５」までの期間は、時刻「ｔ２」から時刻「ｔ４」までの期間の約３倍長くなっている。したがって、予備制御は、目標の大きさの力覚を操作者に応答性よく与えるのに非常に有効であることが分かる。
【００８９】
＜他の特徴＞
設計者は、上述の操作装置１００に様々な特徴を与えることができる。以下に説明される特徴は、上述の操作装置１００の設計原理を何ら限定しない。
【００９０】
（予備制御下での励磁電流の大きさの決定）
図９は、励磁コイル２３０に流れる励磁電流、回転部２２０の変位量及び回転部２２０の回転に抗するトルクの間の関係を表すグラフである。図１、図４及び図９を参照して、予備制御下での励磁電流の大きさの決定方法が説明される。
【００９１】
図９のグラフの横軸は、中立位置からの回転部２２０の変位量を表す。図９の縦軸は、回転部２２０の回転に抗するトルクを示す。図９の横軸に示される数値に付されたマイナスの符号は、回転部２２０に作用する抗力であることを示す。以下の説明において、トルクの大きさは、図９の縦軸に示される数値の絶対値で説明される。
【００９２】
回転部２２０の回転に抗するトルクが、「１Ｎｍ」未満であるとき、操作部材２１０を操作する操作者は、力覚をほとんど知覚しない。図９に示されるデータによれば、「１．５Ａ」未満の励磁電流が、励磁コイル２３０に供給されると、「１Ｎｍ」未満のトルクが、回転部２２０に作用することが分かる。予備制御下で流れる励磁電流は、操作者に力覚を知覚させることを目的とせず、上述の如く、応答性を改善することを目的としているので、「１．５Ａ」未満の励磁電流が、励磁コイル２３０に流れるように、指令出力部４２０は、予備制御指令を生成してもよい。この場合、不必要に大きな励磁電流は、励磁コイル２３０に供給されないので、予備制御下での操作装置１００の消費電力は、低いレベルに抑えられる。
【００９３】
（予備制御下での励磁電流の大きさの調整）
予備制御下で流れる励磁電流の大きさは、操作者によって調整されてもよい。図１、図４及び図８Ａを参照して、予備制御下で流れる励磁電流の大きさを調整するための技術が以下に説明される。
【００９４】
図１に示されるように、操作装置１００は、調整部３４０を更に備える。調整部３４０は、作動装置ＡＭＮに搭載された操作パネルや他のインターフェース装置であってもよい。操作者は、調整部３４０を操作し、予備制御下で励磁コイル２３０へ供給される励磁電流の大きさを調整することができる。予備制御下で励磁コイル２３０へ供給される励磁電流が大きな値に設定されると、実制御における目標値と予備制御下で励磁コイル２３０へ供給される励磁電流の値との間の差異は小さくなる。この結果、時刻「ｔ２」から力覚の目標値（図８Ａで示される定常電流）に到達するまでの期間は、短くなる。予備制御下で励磁コイル２３０へ供給される励磁電流が小さな値に設定されると、実制御における目標値と予備制御下で励磁コイル２３０へ供給される励磁電流の値との間の差異は大きくなる。この結果、時刻「ｔ２」から力覚の目標値（図８Ａで示される定常電流）に到達するまでの期間は、長くなる。したがって、操作者は、調整部３４０を操作し、操作者にとって適した操作装置１００の応答性を得ることができる。
【００９５】
（予備制御中の励磁電流の停止）
図５を参照して説明された制御フローによれば、ステップＳ１９０における変位判定処理は、指令出力部４２０（図４を参照）によって実行される。しかしながら、変位判定処理は、専ら、変位判定部４１０（図４を参照）によって実行されてもよい。この場合、操作装置１００は、予備制御中において、励磁電流を停止することができる。
【００９６】
図１０は、変位判定部４１０の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。図４、図７及び図１０を参照して、変位判定部４１０の動作が説明される。
【００９７】
（ステップＳ３１０）
変位判定部４１０は、変位信号を待つ。変位判定部４１０が、変位検出部３１０から変位信号を受信すると、ステップＳ３２０が実行される。
【００９８】
（ステップＳ３２０）
変位判定部４１０は、判定結果の出力をするか否かの判定に用いられる出力フラグの値を、「１」に設定する。その後、ステップＳ３３０が実行される。
【００９９】
（ステップＳ３３０）
変位判定部４１０は、変位信号が表す変位量「ＲＡＧ」を変位閾値「ＡＴＨ」と比較する。変位量「ＲＡＧ」が、変位閾値「ＡＴＨ」よりも大きいならば、ステップＳ３４０が実行される。他の場合には、ステップＳ３８０が実行される。
【０１００】
（ステップＳ３４０）
変位判定部４１０は、出力フラグの値が、「１」であるか否かを判定する。出力フラグの値が、「１」であるならば、ステップＳ３５０が実行される。他の場合には、ステップＳ３７０が実行される。
【０１０１】
（ステップＳ３５０）
変位判定部４１０は、変位量「ＲＡＧ」が、変位閾値「ＡＴＨ」よりも大きいことを表す判定結果１を生成する。判定結果１は、変位判定部４１０から指令出力部４２０へ出力される。判定結果１の出力の後、ステップＳ３６０が実行される。
【０１０２】
（ステップＳ３６０）
変位判定部４１０は、出力フラグの値を「０」に設定する。その後、ステップＳ３７０が実行される。
【０１０３】
（ステップＳ３７０）
変位判定部４１０は、変位信号を待つ。変位判定部４１０が、変位検出部３１０から変位信号を受信すると、ステップＳ３３０が実行される。
【０１０４】
（ステップＳ３８０）
変位判定部４１０は、出力フラグの値が、「０」であるか否かを判定する。出力フラグの値が、「０」であるならば、ステップＳ３９０が実行される。他の場合には、ステップＳ３７０が実行される。
【０１０５】
（ステップＳ３９０）
変位判定部４１０は、変位量「ＲＡＧ」が、変位閾値「ＡＴＨ」以下であることを表す判定結果２を生成する。判定結果２は、変位判定部４１０から指令出力部４２０へ出力される。
【０１０６】
図７に示されるデータに関して、時刻「０」から時刻「ｔ１」までの期間において、ステップＳ３３０、ステップＳ３８０及びステップＳ３７０からなる処理ループが繰り返される。ステップＳ３３０乃至ステップＳ３６０までの処理は、時刻「ｔ１」において実行される。時刻「ｔ１」から時刻「ｔ２」までの期間において、ステップＳ３３０、ステップＳ３４０及びステップＳ３７０からなる処理ループが繰り返される。時刻「ｔ２」において、ステップＳ３８０及びステップＳ３９０が実行される。
【０１０７】
図１１は、指令出力部４２０の例示的な動作を表す概略的なフローチャートである。図１、図４、図５、図７、図１０及び図１１を参照して、指令出力部４２０の動作が説明される。
【０１０８】
（ステップＳ１１１）
指令出力部４２０は、判定結果１を待つ。図１０を参照して説明されたステップＳ３５０が実行されると、指令出力部４２０は、判定結果１を、変位判定部４１０から受け取ることができる。指令出力部４２０が、判定結果１を受け取ると、図５を参照して説明されたステップＳ１２０が実行される。図５の説明は、ステップＳ１２０に援用される。ステップＳ１２０の後、ステップＳ１２１が実行される。
【０１０９】
（ステップＳ１２１）
指令出力部４２０は、判定結果２を、変位判定部４１０から受け取っているか否かを判定する。図１０を参照して説明されたステップＳ３９０が実行されているならば、指令出力部４２０は、判定結果２を受け取っている。この場合、図５を参照して説明されたステップＳ１８０が実行される。図５の説明は、ステップＳ１８０に援用される。図１０を参照して説明されたステップＳ３９０が実行されていないならば、指令出力部４２０は、判定結果２を受け取っていない。この場合、図５を参照して説明されたステップＳ１３０乃至ステップＳ１７０が実行される。図５の説明は、ステップＳ１３０乃至ステップＳ１７０に援用される。ステップＳ１４０に関して、変換値「ＣＶＬ」が、閾値「ＣＴＨ」を超えていないならば、ステップＳ１２１が再度実行される。ステップＳ１７０に関して、変換値「ＣＶＬ」が、閾値「ＣＴＨ」を下回っていないならば、ステップＳ１９１が実行される。
【０１１０】
（ステップＳ１９１）
指令出力部４２０は、判定結果２を、変位判定部４１０から受け取っているか否かを判定する。図１０を参照して説明されたステップＳ３９０が実行されているならば、指令出力部４２０は、判定結果２を受け取っている。この場合、図５を参照して説明されたステップＳ１８０が実行される。図１０を参照して説明されたステップＳ３９０が実行されていないならば、指令出力部４２０は、判定結果２を受け取っていない。この場合、図５を参照して説明されたステップＳ１５０が実行される。
【０１１１】
図７に示されるデータとは異なり、操作者は、予備制御の間に、操作部材２１０を中立位置に戻そうとすることがある。たとえば、操作者が、実制御の実行前に、操作部材２１０を誤って操作したことに気付いたならば、操作部材２１０は、予備制御中に中立位置に戻されることになる。この場合、変位信号が表す変位量「ＲＡＧ」は、予備制御中に減少し、閾値「ＡＴＨ」以下になる。したがって、変位判定部４１０は、予備期間中に、図１０を参照して説明されたステップＳ３９０を実行する。この結果、指令出力部４２０は、予備制御中に、ステップＳ１２１及びステップＳ１８０からなる一連の処理を実行することとなる。予備制御中のステップＳ１２１及びステップＳ１８０からなる一連の処理の実行の結果、ステップＳ１２０の実行の結果生じた励磁電流の供給は、予備制御中に停止されることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
上述の実施形態の原理は、様々な作業機械に好適に利用される。
【符号の説明】
【０１１３】
１００・・・・・・・・・・・・・・・操作装置（力覚付与型操作装置）
２１０・・・・・・・・・・・・・・・操作部材
２２０・・・・・・・・・・・・・・・回転部（力覚生成部）
２３０・・・・・・・・・・・・・・・励磁コイル（力覚生成部）
２５０・・・・・・・・・・・・・・・鉄心部（力覚生成部）
３１０・・・・・・・・・・・・・・・変位検出部
３２０・・・・・・・・・・・・・・・負荷検出部
３３０・・・・・・・・・・・・・・・電流供給部
３４０・・・・・・・・・・・・・・・調整部
４００・・・・・・・・・・・・・・・制御部
４１０・・・・・・・・・・・・・・・変位判定部
４２０・・・・・・・・・・・・・・・指令出力部
４３０・・・・・・・・・・・・・・・動作要求部
４４０・・・・・・・・・・・・・・・変換部
ＡＭＮ・・・・・・・・・・・・・・・作動装置
ＲＡＸ・・・・・・・・・・・・・・・回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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