(57)【要約】【課題】機械摩擦を低減して操作負荷が少なく、安価で操作感覚に優れた遠隔操作装置を提供する。【解決手段】本体部ベース１１０に対して機構部を介して移動操作可能に設けられた操作部としての操作ノブ２０と、この操作ノブ２０の操作状態を検出する操作検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５と、操作ノブ２０に駆動力を付与する駆動力付与部としてのＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５と、操作時に操作ノブ２０に作用する力を検出する力検出部としてのひずみゲージ５０、５２と、ひずみゲージの出力に基づく検出値と所定の値に設定された期待摩擦力の値を比較して、この比較の結果に基づいてアシスト力を算出し、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５の検出結果に基づいて、操作ノブ２０の操作に対してアシスト力を加重した駆動力（反力）を付与する制御を行なう制御部としての制御ＥＣＵ２００と、を有して構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に対して機構部を介して移動操作可能な操作部と、
前記操作部の操作状態を検出する操作検出部と、
前記操作部に駆動力を付与する駆動力付与部と、
操作時に前記操作部に作用する力を検出する力検出部と、
前記力検出部の出力に基づく検出値と所定の値に設定された期待摩擦力の値を比較して、この比較の結果に基づいてアシスト力を算出し、前記操作検出部の検出結果に基づいて、前記操作部に対して前記アシスト力を加重した駆動力を付与する制御を行なう制御部と、
を有することを特徴とする遠隔操作装置。
【請求項２】
前記アシスト力は、停止時は、前記力検出部の検出値と前記期待摩擦力の差に基づいて算出され、動作中は、動摩擦力と前記期待摩擦力との差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。
【請求項３】
前記期待摩擦力の値は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔操作装置に関し、特に、操作感覚に優れる遠隔操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔操作装置において、操作者によって操作される操作部に操作感を付与するものとして、力覚付与型の遠隔操作装置がある（例えば、特許文献１参照）。この遠隔操作装置は、操作者によって操作される操作部と、操作状態を検出するストローク検出部と、操作部に力覚を付与する力覚発生部と、外部装置と、ストローク検出部より出力されるストローク情報及び外部装置より送信される部品データに基づいて力覚発生部の駆動を制御し、操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与する制御部と、を有して構成されている。
【０００３】
この遠隔操作装置によれば、操作者が操作部を操作するときに力覚発生部から操作部に反力が作用するので、その操作状態に応じた操作感が得られる。そして、反力を操作部に付与するための力覚パターンを何段階にも切替えて調整することで操作ノブの操作による遠隔操作性の向上を行なう構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示す遠隔操作装置は、操作ノブの操作時の移動しやすさについては機構の摩擦に依存するところが大きく、操作ノブのがたつきを抑えつつ摩擦を低くするには高い技術が必要であった。また、操作ノブの停止時から動き始めるときの動き出し荷重が大きく、操作性に問題を有していた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、機械摩擦を低減して操作負荷が少なく、安価で操作感覚に優れた遠隔操作装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は上記目的を達成するため、本体部に対して機構部を介して移動操作可能な操作部と、前記操作部の操作状態を検出する操作検出部と、前記操作部に駆動力を付与する駆動力付与部と、操作時に前記操作部に作用する力を検出する力検出部と、前記力検出部の出力に基づく検出値と所定の値に設定された期待摩擦力の値を比較して、この比較の結果に基づいてアシスト力を算出し、前記操作検出部の検出結果に基づいて、前記操作部に対して前記アシスト力を加重した駆動力を付与する制御を行なう制御部と、を有することを特徴とする遠隔操作装置を提供する。
【０００８】
［２］前記アシスト力は、前記力検出部の検出値と前記期待摩擦力の差に基づいて算出されることを特徴とする上記［１］に記載の遠隔操作装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記期待摩擦力の値は、任意に設定可能であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の遠隔操作装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機械摩擦を低減して操作負荷が少なく、安価で操作感覚に優れた遠隔操作装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置を構成する遠隔操作部が車両のセンターコンソールに装着された一例の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置を構成する遠隔操作部の機構を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置の構成ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る操作ノブのノブシャフトに設けられた力センサ（ひずみゲージ）の取付け状態とその検出回路を示す検出構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置の動作、すなわち、アシスト力の付与を行なう反力調整制御の力Ｆと時間ｔの関係図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置の動作、すなわち、アシスト力の付与を行なう反力調整制御のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１の構成）
本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１は、モータによる駆動力を反力として呈示するものであって、操作力にアシスト力を加重して付与することにより操作負荷を軽減して、機構部の機構摩擦力に抗して操作ノブを操作負荷が少なく移動操作できるものである。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１は、本体部ベース１１０に対して機構部を介して移動操作可能に設けられた操作部としての操作ノブ２０と、この操作ノブ２０の操作状態を検出する操作検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５と、操作ノブ２０に駆動力を付与する駆動力付与部としてのＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５と、操作時に操作ノブ２０に作用する力を検出する力検出部としてのひずみゲージ５０、５２と、ひずみゲージの出力に基づく検出値と所定の値に設定された期待摩擦力の値を比較して、この比較の結果に基づいてアシスト力を算出し、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５の検出結果に基づいて、操作ノブ２０の操作に対してアシスト力を加重した駆動力（反力）を付与する制御を行なう制御部としての制御ＥＣＵ２００と、を有して概略構成される。その他、操作対象機器のメニュー画面及び操作状態等が表示される表示部３００と、入力スイッチ１９０を有している。
【００１４】
上記の操作に対する反力は、力覚パターンとして定義される。力覚パターンは、呈示する反力がメニュー表示に対応して形成された２次元データプロファイルである。具体的には、後述する図７のように、メニュー表示に対応して、Ｘ方向、Ｙ方向距離Ｓと反力レベルＦとの関係（Ｆ−Ｓ特性）が規定され、力覚パターンとして定義されている。このＦ−Ｓ特性は、記憶部に数値データ、テーブルとして格納され、所定の処理時に適宜参照される。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１を構成する遠隔操作部１００が車両のセンターコンソール６に装着された一例の斜視図である。運転席５の左方で車両の中央付近に遠隔操作部１００が設けられたセンターコンソール６が配置され、インスツルメントパネル８でステアリング７の左方、運転者から視認できる位置に表示部３００が設けられている。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１を構成する遠隔操作部１００の機構を示す斜視図である。遠隔操作部１００には、ベース１１０およびベース１１０を覆うカバー１１１と、運転者が操作できるようにこのカバー１１１から突出して取付けられた操作ノブ２０が設けられている。この操作ノブ２０は、ベース１１０に取付けられたＸＹ球面軸受１２４に一端が支持されたノブシャフト２１に取り付けられている。
【００１７】
Ｘ方向にはノブシャフト２１と当接しＹ方向にはノブシャフト２１と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト２１と当接しＸ方向にはノブシャフト２１と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１４５により、２次元スライド機構が構成されている。操作ノブ２０のＸＹ操作により、ノブシャフト２１はこの２次元スライド機構をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【００１８】
一方、Ｘキャリッジ１４０、Ｙキャリッジ１４５は、それぞれの両端がＸ軸スライドガイド１８０とＹ軸スライドガイド１８５にそれぞれ支持されている。それぞれの一端側にはＸ軸ラックギア１３０、Ｙ軸ラックギア１３５が取付けられており、このラックギアはベース１１０側に装着されたＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５と歯合して、各モータから力覚パターンに基づいた駆動力（反力）を受ける。
【００１９】
上記の駆動力は、２次元スライド機構およびノブシャフト２１を介してＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５からの力を操作ノブ２０に作用させて反力を呈示する。すなわち、遠隔操作部１００に対して力覚制御を行い、操作者が操作ノブ２０を操作する際に適度な操作感覚を付与する。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１の構成ブロック図である。遠隔操作部１００は、入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５、および、ひずみゲージ（ｘ）５０、（ｙ）５２を備える。入力スイッチ１９０、Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５、および、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５、ひずみゲージ（Ｘ）５０、（Ｙ）５２は、いずれも制御ＥＣＵ２００と接続されている。
【００２１】
入力スイッチ１９０は、操作ノブ２０の押圧操作によりスイッチＯＮされて、制御ＥＣＵ２００にスイッチ信号を出力する。また、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５は、操作ノブ２０のＸＹ操作によるＸ方向移動信号およびＹ方向移動信号を制御ＥＣＵ２００に出力する。一方、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５には、制御ＥＣＵ２００から力覚制御のための駆動電流が供給される。
【００２２】
制御ＥＣＵ２００は、主に判断処理を行なうマイコン（ＣＰＵ）、処理演算プログラム、メニュー画面の位置データ、力覚付与のための力覚パターン等を記憶しておく記憶部、演算処理の作業領域としてのＲＡＭ等から構成される。また、Ｘ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５をドライブするための駆動部２０１、後述する反力調整のための調整部２０２を備えている。この制御ＥＣＵ２００は表示部３００に接続され、メニュー画面の位置データに基づいて表示部３００にメニュー表示を行なうと共に、操作ノブ２０のＸＹ操作によるポインタを表示部３００に表示する。
【００２３】
また、制御ＥＣＵ２００は、ＣＡＮ通信等の車載ＬＡＮの車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等と接続されている。これにより、表示部３００に表示されたメニュー表示に対する遠隔操作部１００の操作に基づいて、車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等が遠隔制御される。
【００２４】
図４は、本発明の実施の形態に係る入力装置のノブシャフト２１に設けられた力センサ（ひずみゲージ）の取付け状態とその検出回路を示す検出構成図である。図４に示すように、ノブシャフト２１のシャフト部分のＸ、Ｙの直交する面にそれぞれひずみゲージ５０、５２が貼り付けられている。ひずみゲージ(strain gauge)は機械的な微小変化量であるひずみを電気信号として検出する素子で、荷重や圧力、加速度、トルク、変位などを測定するものである。ひずみゲージ自体は抵抗体で、変形すると微小ながら抵抗値が変わり、本実施の形態では、この微小な抵抗値の変化をブリッジを組んで差動電圧を計測することで力センサとして使用する。
【００２５】
操作ノブ２０のｘ方向に作用する力を検出するために、ひずみゲージ５０をノブシャフト２１のシャフト部分のｘ面に貼り付け、これをブリッジ抵抗の一部として使用してブリッジ回路６０を構成する。このひずみゲージ５０と略等しい抵抗値の抵抗Ｒを使用してブリッジを組み、ブリッジ電源Ｅを印加して、差動電圧を検出する。この検出された差動電圧は微小なので差動増幅部（インスツルメンテーションアンプ）７０により増幅する。この増幅された検出信号は、制御ＥＣＵ２００に取り込まれ、キャリブレーションにより実際に操作ノブ２０に作用するｘ方向の力に換算されてセンサ出力Ｆｘとされる。尚、このセンサ出力Ｆｘは、停止状態では、操作力Ｆｓに等しい。
【００２６】
操作ノブ２０のｙ方向に作用する力を検出する構成も同様であり、直交する面に貼り付けられたひずみゲージ５２を使用してブリッジ回路６２を構成する。同様に、差動増幅部（インスツルメンテーションアンプ）７２により増幅する。この増幅された検出信号は、制御ＥＣＵ２００に取り込まれ、キャリブレーションにより実際に操作ノブ２０に作用する力に換算されてセンサ出力Ｆｙとされる。尚、ブリッジ回路６０，６２において、ひずみゲージを２枚あるいは４枚使用してそれぞれのブリッジ回路を構成することもできる。また、ブリッジ電源Ｅを直流電源としたが、交流電源を用いる交流ブリッジ方式とすることもできる。
【００２７】
操作ノブ２０の操作量の検出として、所定時間毎にＸ軸リニアエンコーダ１６１及びＹ軸リニアエンコーダ１６２から、Ｘキャリッジ１２１のＸ軸方向の位置を示す信号及びＹキャリッジ１２２のＹ軸方向の位置を示す信号を取得し、これらの信号に基づいて操作ノブ２０の本体部１０に対する位置を示すＸ軸座標及びＹ軸座標を算出する。算出した操作ノブ２０のＸ軸座標及びＹ軸座標の情報は記憶部に記憶されると共に、車両通信バス４００を介して表示部３００等へ送信される。
【００２８】
（本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１の動作）
図５は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１の動作、すなわち、アシスト力の付与を行なう反力調整制御の力Ｆと時間ｔの関係図である。ここで、機構部の動摩擦に起因する動摩擦力をＦ（μ）、静止摩擦に起因する静止摩擦力をＦ（μ０）とする。また、操作者が操作ノブ２０を操作している時に受ける操作負荷が小さく操作感覚に優れた操作力に抗する力を期待摩擦力Ｆeとする。この期待摩擦力Ｆeは、任意に設定できる所定の値であり、動摩擦に起因する機構部の動摩擦力Ｆ（μ）よりも小さい値に設定される。
【００２９】
摩擦力Ｆｍは、遠隔操作装置の機構部に起因する機構摩擦力であり、機構部を動かすために操作ノブ２０に加えられる力である。アシスト力Ｆａは、機構部の操作時に操作者の操作をアシストする力であって、停止状態では、Ｆｓ≧Ｆeの場合、Ｆａ＝Ｆｍ−Ｆｓ、また、Ｆｓ＜Ｆeの場合、Ｆａ＝０となる。
一方、動きだしてからの動作状態では、アシスト力Ｆａは、動摩擦に起因する機構部の動摩擦力Ｆ（μ）と所定の値に設定された期待摩擦力Ｆeとの差分である。操作力Ｆｓは、動作状態では、操作力に関係なく一定の動摩擦力Ｆ（μ）が発生しているため、Ｆａ＝Ｆ（μ）−Ｆeとなる。このようにすることで、操作者は、操作力Ｆｓ＝Ｆeを加えることで操作が可能となる。
【００３０】
操作者が、時間ｔ０から操作ノブ２０を操作したときの、時間と力の関係を図５により説明する。操作ノブ２０に操作力を加えると、ノブシャフト２１に貼り付けられたひずみゲージ５０、５２に応力が発生してＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの操作力に対応したセンサ出力が制御ＥＣＵ２００に出力される。以下では、このセンサ出力によるＸ方向の操作力Ｆｓを用いて、Ｘ方向の力関係について説明する。Ｙ方向も同様である。
【００３１】
摩擦力Ｆｍは、設定された期待摩擦力Ｆeに達するまでは、アシスト力Ｆａがゼロであるから操作力Ｆｓに等しい（時間ｔ０〜ｔ１）。さらに操作ノブ２０に操作力Ｆｓを加えようとすると、アシスト力Ｆａが発生し、Ｆａ＝Ｆｍ−Ｆｓが加重されて摩擦力Ｆｍは増加する（時間ｔ１〜ｔ２）。摩擦力Ｆｍが静止摩擦力Ｆ（μ０）に達すると、機構部が動作を始める（時間ｔ２）。操作ノブ２０の操作により機構部が動作を始めると、以降は動摩擦力Ｆ（μ）に応じた摩擦力Ｆｍが働く。一定の操作力Ｆｓにアシスト力Ｆａ＝Ｆ（μ）−Ｆeが加重されて、動摩擦力Ｆ（μ）に抗して定常動作としてＸ方向への移動動作がなされる（時間ｔ２〜）。
【００３２】
尚、図５において、アシスト力Ｆａは折れ線状としたが、機構部の動作開始をスムーズにするために、アシスト力Ｆａを連続的な曲線により構成してもよい。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置の動作、すなわち、アシスト力の付与を行なう反力調整制御のフローチャートを示す図である。
【００３４】
（Ｓｔｅｐ１）
本発明の実施の形態に係る遠隔操作装置１の反力調整制御が開始されると、まず、制御ＥＣＵ２００は、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５の出力から、停止状態かどうかを判断する。停止状態のときは、Ｓｔｅｐ２へ進み、動作状態のときは、Ｓｔｅｐ５へ進む。
【００３５】
（Ｓｔｅｐ２）
センサ出力から求められる操作力Ｆｓと設定された期待摩擦力Ｆeを比較する。｜操作力Ｆｓ｜≧｜期待摩擦力Ｆe｜のときは、Ｓｔｅｐ３へ進み、｜操作力Ｆｓ｜＜｜期待摩擦力Ｆe｜のときは、Ｓｔｅｐ４へ進む。
【００３６】
（Ｓｔｅｐ３）
｜操作力Ｆｓ｜≧｜期待摩擦力Ｆe｜のときは、アシスト力をＦａ＝Ｆｍ−Ｆｓと設定する。
【００３７】
（Ｓｔｅｐ４）
｜操作力Ｆｓ｜＜｜期待摩擦力Ｆe｜のときは、アシスト力Ｆａをゼロに設定する。
【００３８】
（Ｓｔｅｐ５）
停止状態のときは、アシスト力をＦａ＝Ｆ（μ）と設定する。
【００３９】
（Ｓｔｅｐ６）
制御ＥＣＵ２００は、Ｘ軸モータ１５０（Ｙ軸モータ１５５）により、操作ノブ２０に反力を付与し、力覚制御を行なう。この制御では、図５で説明したように、操作力Ｆｓにアシスト力Ｆａ＝Ｆｍ−Ｆｓが加重されて、Ｘ軸モータ１５０（Ｙ軸モータ１５５）により操作ノブ２０に反力が付与される。
【００４０】
（Ｓｔｅｐ７）
操作終了または反力調整制御が終了したと判断された場合は、一連の反力調整制御を終了し、終了したと判断さない場合は、Ｓｔｅｐ１へ戻って繰り返して反力調整制御を行なう。
【００４１】
（本発明の実施の形態の効果）
センサ出力から求められる操作力Ｆｓ、及び、停止／動作状態に応じ、機械摩擦をＦeに補正するアシスト力ＦａがＸ軸モータ１５０（Ｙ軸モータ１５５）により操作ノブ２０に付与されるので、機械摩擦を低減して操作負荷が少ない遠隔操作装置が可能となる。従って、本発明によれば、機械摩擦を低減して操作負荷が少なく、安価で操作感覚に優れた遠隔操作装置を提供することができる。また、本発明によれば、適切な動き出し荷重を操作者に提供して、操作感覚に優れた遠隔操作装置を提供することができる。
【００４２】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…遠隔操作装置、５…運転席、６…センターコンソール、７…ステアリング、８…インスツルメントパネル
２０…操作ノブ、２１…ノブシャフト、５０、５２…ひずみゲージ、、６２、６０…ブリッジ回路、７０、７２…差動増幅部
１００…遠隔操作部、１１０…ベース、１１１…カバー、１２４…球面軸受、１２５…ノブシャフト、１３０…Ｘ軸ラックギア、１３５…Ｙ軸ラックギア、１４０…Ｘキャリッジ、１４５…Ｙキャリッジ、１５０…Ｘ軸モータ、１５５…Ｙ軸モータ、１７０…Ｘ軸エンコーダ、１７５…Ｙ軸エンコーダ、１８０…Ｘ軸スライドガイド、１８５…Ｙ軸スライドガイド、１９０…入力スイッチ
２００…制御ＥＣＵ、２０１…駆動部、２０２…調整部
３００…表示部、３１０…表示メニュー、３１１〜３１６…アイコン、３１７…周辺領域、３２０…ポインタ
４００…車両通信バス、４０１…カーナビ装置、４０２…エアコン装置
【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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