(57)【要約】【課題】操作部材が発振しにくい力覚付与入力装置の提供。【解決手段】モータ２からロータリノブ１に与えられる操作方向と反対方向の力を、操作開始時に、操作方向と同方向のロータリノブ１の回転角の増加に伴って上限値まで徐々に増大させ、操作終了時に、操作方向と反対方向の回転角の増加に伴って上限値から０まで徐々に減少させるようにすることによって、ロータリノブ１に与えられる操作方向と反対方向の力が上限値に達する以前または達した時点で操作が終了された場合、ロータリノブ１は操作される前に停止していた角度に戻り、発振することなく停止するようにした。【選択図】　　　　図１
2004122250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正逆方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に正逆方向の力を与えることが可能な電動アクチュエータと、前記操作部材の操作方向および操作量を検知する検知手段と、この検知手段により検知される操作方向に応じて、前記操作部材の操作方向と反対方向の力が前記操作部材に与えられるように、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、
前記操作部材の操作開始時に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、所定の関数に基づき、操作部材の操作量の増加に伴って０から予め設定した上限値まで増大し、
前記操作部材の操作中に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、前記上限値に保たれ、
前記操作部材の操作終了時に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、前記所定の関数に基づき、操作部材の操作方向と反対方向の移動量の増加に伴って前記上限値から０まで減少するように、前記制御手段を設定したことを特徴とする力覚付与入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、前記所定の関数を、傾きが０より大きい１次関数にしたことを特徴とする力覚付与入力装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、前記操作部材が、正逆方向に回転操作可能に設けられ、前記電動アクチュエータが、操作部材に正逆方向のトルクを与えることが可能なモータからなることを特徴とする力覚付与入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動操作される操作部材に力覚を発生させることが可能な力覚付与入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機構により操作部材が回転操作や直線操作が可能に設けられる機械式の入力装置がある。この種の機械式の入力装置では、部材間に摩擦力が発生し、この摩擦力が操作部材を操作する際の抵抗力となっていた。
【０００３】
ところが、電気制御される電動アクチュエータにより操作部材にトルクや力を与えて力覚を発生させる力覚付与入力装置には、操作部材に摩擦力のような力覚を発生させるというものはなく、このような力覚付与入力装置の実現が要望されていた。
【０００４】
そこで、本願発明者は、上述の要望に応えるために、本発明の開発を開始し、本発明の開発段階において、次の試作品を作製した。
【０００５】
本発明の開発段階における力覚付与入力装置の試作品は、正逆方向に回転操作可能な操作部材、例えばロータリノブと、このロータリノブに正逆方向のトルクを与えることが可能な電動アクチュエータ、例えばモータと、ロータリノブの回転方向および回転角を検知する検知手段と、この検知手段により検知される操作部材の回転方向に応じて、予め設定した大きさのトルクが操作部材の回転方向と反対方向に与えられるように、モータを制御する制御手段、すわちＣＰＵとを備えるものである。
【０００６】
なお、先行技術文献情報ついては、本発明に関連のある記載が開示された文献を現在までのところ見出し得ないのが実状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した力覚付与入力装置の試作品では、操作中のロータリノブに対して回転方向と反対方向のトルクを抵抗力として作用させることはできるものの、ロータリノブが正方向または逆方向に少しでも回転すると、ロータリノブに回転方向と反対方向のトルクが与えられるので、ロータリノブが発振しやすく、ロータリノブを安定した状態で停止させておくことができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の現状を考慮してなされたもので、その目的は、操作部材が発振しにくい力覚付与入力装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の力覚付与入力装置は、正逆方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に正逆方向の力を与えることが可能な電動アクチュエータと、前記操作部材の操作方向および操作量を検知する検知手段と、この検知手段により検知される操作方向に応じて、前記操作部材の操作方向と反対方向の力が前記操作部材に与えられるように、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記操作部材の操作開始時に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられる前記操作部材の操作方向と反対方向の力が、所定の関数に基づき、操作部材の操作量の増加に伴って０から予め設定した上限値まで増大し、前記操作部材の操作中に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられる操作部材の操作方向と反対方向の力が、前記上限値に保たれ、前記操作部材の操作終了時に、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられていた操作部材の操作方向と反対方向の力が、前記所定の関数に基づき、操作部材の操作方向と反対方向の移動量の増加に伴って前記上限値から０まで減少するように、前記制御手段を設定したことを特徴としている。
【００１０】
このように構成した本発明は、次のように動作する。
【００１１】
操作部材が操作されると、操作部材の操作方向および操作量が検知手段により検知され、その操作方向および操作量に相当する検知信号が制御手段に出力される。そして、制御手段により、操作部材の操作方向および操作量、所定の関数、および予め定めた上限値とに基づいて、操作部材に与える操作方向と反対方向の力が演算され、この演算結果に基づいて電動アクチュエータが制御される。
【００１２】
これにより、操作部材の操作開始時には、操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、所定の関数に基づき、操作部材の操作量の増加に伴って０から上限値まで徐々に増大し、操作部材の操作中は、操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、上限値に保たれる。このようにして操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力は、操作中の操作部材に対して抵抗力として作用する。
【００１３】
そして、操作部材の操作終了時には、操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が、所定の関数に基づき、操作部材の操作方向と反対方向の移動量の増加に伴って上限値から０まで徐々に減少し、これにより操作部材が停止する。すなわち、操作部材は、操作量が増加しなくなったときに、操作方向と反対方向の力によって、操作方向と反対方向に移動しながら停止する。
【００１４】
このように本発明では、操作開始時に、電動アクチュエータから操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力を、操作量の増加に伴って０から上限値まで徐々に増大させ、操作終了時に、電動アクチュエータから操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力を、操作方向と反対方向の操作部材の移動量の増加に伴って上限値から０まで徐々に減少させるようにしたので、操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が上限値に達する以前または達した時点で操作が終了された場合、操作部材は操作される前に停止していた位置に戻り、発振することなく停止する。したがって、本発明では、操作部材が発振しにくい。
【００１５】
また、前記発明において、前記所定の関数を傾きが０より大きい１次関数にしてもよい。
【００１６】
また、前記発明において、前記操作部材が、正逆方向に回転操作可能に設けられ、前記電動アクチュエータが、前記操作部材に正逆方向のトルクを与えることが可能な前記モータからなるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の力覚付与入力装置の一実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の力覚付与入力装置の一実施形態の構成を示す図、図２は、図１に示す実施形態に備えられる制御手段に設定された関数および上限値を示す図、図３は、図１に示す実施形態の動作の一例を示す図、図４は、図１に示す実施形態の動作の別の例を示す図である。
【００１９】
本実施形態は、図１に示すように、正逆方向に回転操作可能に設けられる操作部材、例えばロータリノブ１と、このロータリノブ１にトルクを与える電動アクチュエータ、例えばモータ２と、ロータリノブ１の操作方向および操作量、すなわちロータリノブ１の回転方向および回転角を検知するエンコーダやポテンショメータなどの検知手段３と、この検知手段３により検知されるロータリノブ１の回転方向に応じて、ロータリノブ１に回転方向と反対方向のトルクが与えられるようにモータ２を制御する制御手段、すなわちＣＰＵ４とを備えている。
【００２０】
ＣＰＵ４には、ロータリノブ１に与えるトルクを演算するために、図２に示す関数５および上限値Ｔｍａｘ（−Ｔａｍｘ）を設定してある。この図２では、ロータリノブ１が一方向に回転したときにロータリノブ１に与えられる他方向のトルクを正の値、ロータリノブ１が他方向に回転したときにロータリノブ１に与えられる一方向のトルクを負の値として示してある。
【００２１】
前記関数５は、傾きが０より大きい１次関数に設定してある。この関数５に基づいてモータ２が制御されると、ロータリノブ１が一方向に回転操作される場合では、ロータリノブ１の操作開始時、すなわち、ロータリノブ１が一方向に角度θａ回転するまでの間、ロータリノブ１の一方向の回転角の増加に伴って、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクが、０から上限値Ｔｍａｘに増大する。また、ロータリノブ１の操作中は、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクが上限値Ｔｍａｘに保たれる。また、ロータリノブ１の操作終了時、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクは、ロータリノブ１が他方向に角度θａ回転するまでの間、ロータリノブ１の他方向の回転角の増加に伴って、上限値Ｔｍａｘから０まで減少する。
【００２２】
同様に、ロータリノブ１が他方向に回転操作される場合では、ロータリノブ１の操作開始時、ロータリノブ１が他方向に角度θａ（図２では−θａ）回転するまでの間、ロータリノブ１の他方向の回転角の増加に伴って、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクが、０から上限値Ｔｍａｘ（図２では−Ｔｍａｘ）に増大する。また、ロータリノブ１の操作中は、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクが上限値Ｔｍａｘ（図２では−Ｔｍａｘ）に保たれる。また、ロータリノブ１の操作終了時、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクは、ロータリノブ１が一方向に角度θａ回転するまでの間、ロータリノブ１の一方向の回転角の増加に伴って、上限値Ｔｍａｘから０まで減少する。
【００２３】
このように構成した本実施形態は、次のように動作する。
【００２４】
ロータリノブ１が操作されると、ロータリノブ１の回転方向および回転角が検知手段３により検知され、その回転方向および回転角に相当する検知信号がＣＰＵ４に出力される。そして、ＣＰＵ４により、ロータリノブ１に与える回転方向と反対方向の力が演算され、この演算結果に相当する制御信号がモータ２に出力されて、モータ２が作動する。
【００２５】
ロータリノブ１が一方向に回転操作される場合、例えば図３に示すようにロータリノブ１が角度θ１から角度θ４まで回転操作される場合、ロータリノブ１が角度θ１から角度θ２（＝θ１＋θａ）まで回転する間、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクは徐々に増大して、ロータリノブ１が角度θ２まで回転したときに上限値Ｔｍａｘになる。その後、ロータリノブ１が角度θ２から角度θ４まで回転する間、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクは、上限値Ｔｍａｘに保たれる。このようにしてロータリノブ１に与えられる他方向のトルクは、一方向に回転操作中のロータリノブ１に対して抵抗力として作用する。したがって、操作者は、ロータリノブ１に摩擦力が作用しているように感じる。
【００２６】
ロータリノブ１が角度θ４まで回転し、操作が終了されると、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクによって、ロータリノブ１が他方向に回転する。そして、ロータリノブ１に与えられる他方向のトルクは、ロータリノブ１が角度θ３（＝θ４−θａ）まで回転する間に徐々に減少し、ロータリノブ１が角度θ３まで回転したときに０になる。つまり、ロータリノブ１は、角度θ４から角度θ３まで戻って停止する。
【００２７】
また、ロータリノブ１が他方向に回転操作される場合、例えば図４に示すようにロータリノブ１が角度θ３から角度θ６まで回転操作される場合も同様に、ロータリノブ１が角度θ３から角度θ５（＝θ３−θａ）まで回転する間、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクは徐々に増大して、ロータリノブ１が角度θ５まで回転したときに上限値Ｔｍａｘ（図４では−Ｔｍａｘ）になる。その後、ロータリノブ１が角度θ５から角度θ６まで回転する間、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクは、上限値Ｔｍａｘ（図４では−Ｔｍａｘ）に保たれる。このようにしてロータリノブ１に与えられる一方向のトルクは、他方向に回転操作中のロータリノブ１に抵抗力として作用する。これにより、操作者は、ロータリノブ１に摩擦力が作用しているように感じる。
【００２８】
ロータリノブ１が角度θ６まで回転し、操作が終了されると、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクによって、ロータリノブ１が一方向に回転する。そして、ロータリノブ１に与えられる一方向のトルクは、ロータリノブ１が角度θ１（＝θ６＋θａ）まで回転する間に徐々に減少し、ロータリノブ１が角度θ１まで回転したときに０になる。つまり、ロータリノブ１は、角度θ６から角度θ１に戻って停止する。
【００２９】
また、ロータリノブ１が一方向の回転操作から連続して他方向の回転操作に切換えられる場合、例えばロータリノブ１が一方向に角度θ４まで回転操作され、続けて他方向に回転操作される場合、ロータリノブ１が角度θ４から角度θ３まで回転する間に、ロータリノブ１に与えられていた他方向のトルクが、上限値Ｔｍａｘから０まで徐々に減少し、続いてロータリノブ１が角度θ３から角度θ５まで回転する間に、一方向のトルクが０から上限値Ｔｍａｘ（図３，４では−Ｔｍａｘ）まで徐々に増大する。
【００３０】
同様に、ロータリノブ１が他方向の回転操作から連続して一方向の回転操作に切換えられる場合、例えばロータリノブ１が他方向に角度θ６まで回転操作され、続けて一方向に回転操作される場合、ロータリノブ１が角度θ６から角度θ１まで回転する間に、ロータリノブ１に与えられていた一方向のトルクが、上限値Ｔｍａｘ（図３，４では−Ｔｍａｘ）から０まで徐々に減少し、続いてロータリノブ１が角度θ１から角度θ２まで回転する間に、他方向のトルクが０から上限値Ｔｍａｘまで徐々に増大する。
【００３１】
本実施形態では、次の効果が得られる。
【００３２】
本実施形態では、操作開始時に、モータ２からロータリノブ１に与えられる操作方向と反対方向のトルクを、ロータリノブ１の操作方向と同方向の回転角の増加に伴って０から上限値まで徐々に増大させ、操作終了時に、モータ２からロータリノブ１に与えられる操作方向と反対方向のトルクを、ロータリノブ１の操作方向と反対方向の回転角の増加に伴って上限値から０まで徐々に減少させるようにしたので、ロータリノブ１に与えられる操作方向と反対方向のトルクが上限値に達する以前または達した時点で操作が終了された場合、ロータリノブ１は操作される前に停止していた角度に戻り、発振することなく停止する。つまり、本実施形態では、ロータリノブ１が発振しにくく、したがって、ロータリノブ１を安定した状態で停止させておくことができる。
【００３３】
また、本実施形態では、ロータリノブ１に与えるトルクを演算するための関数５を、傾きが０より大きい１次関数に設定したので、ＣＰＵ４に対する関数の設定を容易に行うことができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、所定の関数を傾きが０より大きい１次関数５としたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図２に示すロータリノブ１の一方向の回転角が角度θａになったときに他方向のトルクが上限値Ｔｍａｘとなり、ロータリノブ１の他方向の回転角がθａ（−θａ）になったときに一方向のトルクが上限値Ｔｍａｘ（−Ｔｍａｘ）となる関数であればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、電動アクチュエータがモータであったが、本発明はこれに限るものではなく、電気信号により作動し、ロータリノブ１にトルクを与えることができる電動アクチュエータであればよい。
【００３６】
また、本実施形態では、正逆方向に回転操作可能なロータリノブ１に操作方向と反対方向のトルクを与える構成であったが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、正逆方向に直線操作可能な操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に操作方向と反対方向の力を与えるように構成すればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、操作開始時に、電動アクチュエータから操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力を、操作量の増加に伴って０から上限値まで徐々に増大させ、操作終了時に、操作部材の操作方向と反対方向の移動量の増加に伴って上限値から０まで徐々に減少させるようにしたので、操作部材に与えられる操作方向と反対方向の力が上限値に達する以前または達した時点で操作が終了された場合、操作部材は操作される前に停止していた位置に戻り、発振することなく停止する。つまり、操作部材が発振しにくく、したがって、操作部材を安定した状態で停止させておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の力覚付与入力装置の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態に備えられる制御手段に設定された関数および上限値を示す図である。
【図３】図１に示す実施形態の動作の一例を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態の動作の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１　ロータリノブ（操作部材）
２　モータ（電動アクチュエータ）
３　角検知手段
４　ＣＰＵ（制御手段）
５　関数（所定の関数）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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