CN107735741A - 操作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作装置。操作装置(1)具备能够进行正反转的马达(11)、将马达(11)的正反转运动转换为升降直线运动而在操作部(2)呈现触觉刺激的齿轮机构(12)、以及对马达(11)的通电方向进行切换控制的控制部(21)。控制部(21)在操作部(2)经由齿轮机构(12)开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的规定时间(t0‑t3)内，以增加马达(11)的正转方向的驱动电力而使操作部(2)的上升移动量增加的方式进行加速控制，以供给马达(11)的反转方向的驱动电力而使操作部(2)的上升移动减速的方式进行减速控制。

Description

操作装置
技术领域
本发明涉及一种操作装置，尤其涉及一种具有向操作者呈现触觉刺激(反馈力)的功能的操作装置。
背景技术
作为现有的操作装置的一个例子，例如已知一种利用操作者的手指的倾斜来呈现方向的方向呈现装置(例如参照专利文献1)。
上述专利文献1所记载的现有的方向呈现装置被构成为在能够独立地进行上下移动的多个可动面板的上表面配置手指放置板，使手指放置板与车辆导航装置所显示的画面上的行进方向对应地倾斜。
作为用于驱动可动面板的可动部的一个例子使用使向可动面板的下方突出形成的齿条与固定于马达的输出轴的小齿轮啮合的齿条小齿轮构造。
专利文献1：日本特开2010-204741号公报
在这种操作装置中，通过在马达中流动正转方向的驱动电流，能够调整可动面板的板面高度的位移量。
如图4所示，当在马达中流动正转方向的驱动电流时，板面高度线性加速并且发生位移，但在驱动电流停止后只能基于马达的惯性所引起的旋转动作，板面高度以描绘将驱动电流刚停止前一刻的速度作为初始速度的抛物线的非线性位移来到达目标的板面高度。
若只是在马达中流动正转方向的电流，从板面高度开始发生位移之后起到达目标的位移量的时间(以下，也称为上升时间。)则被相同地决定。据此，希望通过调整上升时间，以短时间呈现触觉刺激。
如图4中双点划线所示，加快上升时间只要使对板面的上升速度进行加速的加速时间延长即可，但使上升时间越快，则因驱动电流停止后的马达的惯性导致板面高度的位移量越大于目标位移量。因此，无法仅通过使上升时间加快来将板面的位移量抑制在所需的限度内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够以短时间呈现触觉刺激的操作装置。
[1]本发明的一实施方式所涉及的操作装置具备：能够进行正反转的马达；传动机构，将上述马达的正反转运动转换为升降直线运动而在操作部呈现触觉刺激；以及控制部，对上述马达的通电方向进行切换控制，上述控制部在上述操作部经由上述传动机构开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的规定时间内，以增加上述马达的正转方向的驱动电力而使上述操作部的上升移动量增加的方式进行加速控制，以供给上述马达的反转方向的驱动电力而使上述操作部的上升移动减速的方式进行减速控制。
[2]在[1]所记载的实施实施方式中，优选上述控制部以在上述马达正转时使上述操作部的上升速度加速的加速时间与在上述马达反转时使上述操作部的上升速度减速的减速时间之比落在上述规定时间内的方式对上述马达进行控制。
[3]在[1]或者[2]所记载的实施实施方式中，优选上述马达的正转方向的驱动电力通过延长上述马达的驱动时间而增加。
[4]在[1]或者[2]所记载的实施实施方式中，优选上述马达的正转方向的驱动电力通过增加上述马达的驱动电流而增加。
[5]在[1]～[4]任一项所记载的实施实施方式中，优选上述操作部具有可动面板，该可动面板以根据进行上述转换后的升降直线运动被驱动的方式与上述传动机构连结，上述可动面板具有触摸面板。
根据本发明的一实施方式，能够提供一种以短时间呈现触觉刺激的操作装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的操作装置的一个例子的说明图。
图2是表示用于实现正反转控制的H桥电路的一个例子的电路图。
图3是表示基于加减速的马达驱动波形与操作板面位移的关系的一个例子的说明图。
图4是表示现有技术中的仅基于加速的马达驱动波形与操作板面位移的关系的一个例子的说明图。
具体实施方式
以下，结合附图具体说明本发明的优选的实施方式。
[实施方式]
(操作装置的整体结构)
在图1中，表示整体的附图标记1简要地例示出了实施方式的具备典型的动力传动机构的操作装置。该操作装置1例如被配置于中控台等驾驶座周边部，经由布线与显示器连接。
操作装置1例如被用于触摸面板，触摸面板是输出用于控制空调装置、音频装置、导航装置等车载设备的动作的输入信号的输入单元。被构成为如下的远程操作式的输入装置，即，若由操作者的手指对触摸面板进行触摸操作，则触摸面板的表面上的位置被接触式传感器检测出来，与该位置对应的位置检测信号选择决定显示器上的项目按钮。
操作装置1具备作为能够进行推入操作的树脂制的操作部的可动面板2。
可动面板2经由弹性支承部件以能够进行直线运动的方式被支承于主体3。在可动面板2的背面，用于在主体3的内部进行引导移动的多个引导片4沿推入操作方向延伸，并且与可动面板2的往复直线运动联动的长条板状的连结部件5沿推入操作方向延伸。
在可动面板2例如设置静电电容式等的触摸面板。在触摸面板背面侧的主体3设置有通过对可动面板2的操作板面2a进行触摸操作来选择决定显示器上的项目按钮的进入用开关。作为进入用开关例如使用自动恢复型的微动开关等。
(动力传动机构的整体结构)
在主体3的内部组装有具备通过检测操作者的手指对可动面板2的操作板面2a进行了触摸操作的情况，对操作者的手指呈现触觉刺激的触觉反馈功能的动力传动机构10。作为传动机构虽能够使用将来自DC马达11的驱动力通过连杆机构、凸轮机构等向可动面板2传递的各种传动机构，但在本实施方式中，作为动力传动机构10采用了具备被搭载于控制基板的能够进行正反转的DC马达11和将DC马达11的正反转运动转换为升降直线运动并向可动面板2传递触觉刺激(振动)的齿轮机构12的结构。
该齿轮机构12具有传递DC马达11的正反转的驱动齿轮13和与驱动齿轮13啮合的从动齿轮14。驱动齿轮13被固定于作为驱动轴的马达轴15，一方的从动齿轮14能够一体旋转地被固定于以与马达轴15并列的状态配置的从动轴亦即轴16。轴16能够旋转地被支承在主体3内。
驱动齿轮13并无特别限定，被形成为没有在齿轮的圆周的整周形成啮合部，而在能够在从动齿轮14的旋转范围内进行啮合的范围内形成了啮合部的一部分的直齿轮的啮合部形状。
一方的从动齿轮14也并无特别限定，具有没有在齿轮的圆周的整周形成啮合部，而仅在能够在驱动齿轮13的旋转范围内进行啮合的范围内形成了啮合部的一部分的啮合部形状。从动齿轮14的节圆直径被设定为比驱动齿轮13的节圆直径大，驱动齿轮13以及从动齿轮14的传动比构成增速比。
由于被构成为将马达驱动力经由齿轮机构12向可动面板2传递，所以例如通过适当地设定传动比，能够适当地调整可动面板2的推动力、马达扭矩、旋转速度等。
连结销18在从动齿轮14的平板面的偏心位置突出。连结销18能够旋转地连结于对可动面板2的连结部件5的侧端部进行切口而形成的销卡合孔8。销卡合孔8被形成在从动齿轮14的连结销18的旋转轨迹内。
连结部件5与从动齿轮14的连结销18是用于将DC马达11的正反转运动转换为可动面板2的直线运动的运动转换部件。作为该连结销18的初始位置，优选与操作前的可动面板2的操作板面2a的停止位置对应，被设定在将马达轴15的旋转中心和轴16的旋转中心相连的直线上的位置。
根据以上那样构成的动力传动机构10，与驱动齿轮13啮合的从动齿轮14的连结销18的旋转运动经由连结部件5的销卡合孔8而转换为可动面板2的直线运动并进行传递，由此能够使可动面板2沿升降方向进行微小移动。
因此，通过可动面板2经由用于使得在可动面板2产生触觉刺激(反馈力)的能够进行正反转的齿轮机构12而进行升降微动(振动)，能够对操作者的手指施加垂直方向的触觉刺激(反馈力)。
(马达驱动装置的结构)
另外，由于DC马达11的旋转以齿轮机构12的传动比向可动面板2传递，所以在DC马达11中流动着正转方向的驱动电流时，如图4所示，可动面板2的操作板面2a的高度线性加速而进行位移。然而，在驱动电流停止后，基于DC马达11的惯性所引起的旋转动作，操作板面2a的高度只能进行描绘将驱动电流刚停止前一刻的速度作为初始速度的抛物线的非线性位移，从操作板面2a的高度开始进行位移起至到达目标的位移量为止的时间(上升时间)被相同地决定。
优选通过使该上升时间加快，以短时间对操作者施加触觉刺激，但使上升时间越快，则因DC马达11的惯性导致操作板面2a的高度的位移量也越大。
因此，实施方式所涉及的操作装置1具备马达驱动装置20，马达驱动装置20用于以操作板面2a的位移(上升移动)量落在所需的限度内的状态，使操作板面2a开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的时间加快。
如图2所示，该马达驱动装置20是为了对操作者施加触觉刺激而进行经由齿轮机构12而使可动面板2进行升降微动的DC马达11的正反转控制的装置，具有对DC马达11进行正反转控制的控制部21和按照来自该控制部21的控制信号S1～S4来驱动DC马达11的正反转电路亦即H桥电路22。
该控制部21由按照存储的程序对获取到的数据进行运算处理等的CPU、作为半导体存储器的RAM以及ROM、驱动器等各种结构元件构成的微机来构成，接受由可动面板2的操作板面2a的触摸操作输入的触摸信号，向H桥电路22发送控制信号S1～S4，由此控制H桥电路22的动作。
另一方面，H桥电路22具有第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第三开关元件SW3以及第四开关元件SW4，将基于控制部21输出的控制信号S1～S4从电源Vcc供给的驱动电流I1、I2作为能够进行正反转的电流而供给至DC马达11。此外，H桥电路22的功能被内置于控制部21也无妨。
在图示的例子中，对第一开关元件SW1以及第二开关元件SW2使用了P沟道MOS-FET，并且对第三开关元件SW3以及第四开关元件SW4使用了N沟道MOS-FET。第一开关元件～第四开关元件SW1～SW4进行了桥接。
第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的连接中点P1与电源Vcc连接，并且第三开关元件SW3和第四开关元件SW4的连接中点P2与接地电位0V连接。在第一开关元件SW1和第三开关元件SW3的连接中点P3与第二开关元件SW2和第四开关元件SW4的连接中点P4之间连接DC马达11。
在H桥电路22中，向第一开关元件SW1发送控制信号S1，向第四开关元件SW4发送控制信号S4，由此第一开关元件SW1以及第四开关元件SW4接通，第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3断开。通过该控制，能够在DC马达11中流动正转方向的驱动电流I1。
向第二开关元件SW2发送控制信号S2，向第三开关元件SW3发送控制信号S3，由此第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3接通，第一开关元件SW1以及第四开关元件SW4断开。通过该控制，能够在DC马达11中流动反转方向的驱动电流I2。
向第三开关元件SW3发送控制信号S3，向第四开关元件SW4发送控制信号S4，由此第三开关元件SW3以及第四开关元件SW4接通，第一开关元件SW1以及第二开关元件SW2断开。通过该控制，成为不向DC马达11施加驱动电流的状态，由此能够执行对DC马达11施加制动的动作。
这里，参照图3，该图示出了基于加减速的马达驱动波形与操作板面位移的关系的一个例子。
在将DC马达11控制为正转状态的情况下，通过增加DC马达11的正转方向的驱动电流I1使DC马达11的旋转加速。在DC马达11旋转加速时，使第一开关元件SW1以及第四开关元件SW4接通，使第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3断开，由此向DC马达11供给用于使可动面板2的操作板面2a上升的正转方向的驱动电流I1。
在图3中，从DC马达11的正转开始点t0起至经过规定时间t1的时间被设定为使操作板面2a的上升速度加速的加速时间。在该加速时间内，以操作板面2a的位移(上升移动)量增加的方式进行加速控制。在从操作板面2a的上升开始起经过了规定时间t1后，通过切换开关元件SW1～SW4的接通断开，将DC马达11从正转状态控制为反转状态。
在DC马达11从正转状态切换为反转状态时，例如第一开关元件SW1以及第三开关元件SW3同时成为接通状态，为了防止电源Vcc与接地电位0V短路，设定一定的时间长度(t1-t2)。
在将DC马达11控制为反转状态的情况下，通过供给DC马达11的反转方向的驱动电流I2而使DC马达11的旋转减速。在DC马达11旋转减速时，使第一开关元件SW1以及第四开关元件SW4断开，使第二开关元件SW2以及第三开关元件SW3接通。由此，向DC马达11供给用于使可动面板2的操作板面2a的上升速度减速的反转方向的驱动电流I2。
在图3中，从DC马达11的反转开始点t2起至经过规定时间t3为止的时间被设定为使操作板面2a的上升速度减速的减速时间。在该减速时间内，使操作板面2a的位移(上升移动)减速，在从操作板面2a的减速移动开始起到经过规定时间t3为止的期间，以操作板面2a达到目标的位移量的方式进行减速控制。在规定时间t3后的规定时间t4，操作板面2a的高度返回到初始位置。
如图3所示，通过适当地调整在DC马达11旋转加速时使操作板面2a的上升速度加速的加速时间与在DC马达11旋转减速时使操作板面2a的上升速度减速的减速时间之比，能够调整上升时间(t0-t3)。
与通过在DC马达11中仅流动正转方向的驱动电流来调整可动面板2的操作板面高度的位移量的图4所示的情况相比，通过延长使操作板面2a的上升速度加速的加速时间，调整使操作板面2a的上升速度减速的减速时间，能够使上升时间(t0-t3)加快而使操作板面2a到达目标的位移量。
(齿隙除去单元的结构)
在如图1所示的动力传动机构10的结构中，若在驱动齿轮13和从动齿轮14的啮合面彼此没有接触的齿隙的状态下使马达3进行正反转驱动，则由于与齿隙的量相应的间隙使位置不固定，由于驱动齿轮13与从动齿轮14的啮合状态的差异，导致齿轮机构12的正反转位置与可动面板2的往复直线移动位置的相对位置关系发生变化。
结果导致驱动齿轮13的啮合部与从动齿轮14的啮合部的接触间歇性消失，得不到对操作者的手指相同地呈现基于振动的触感的触觉呈现装置。因此，通过使因齿隙引起的正反转驱动传递系统的位移偏差所产生的触感的变化消失，使得对于操作者的手指的基于振动的触感不发生变化是关键。
因此，如图1所示，上述操作装置1作为齿隙除去机构，具备用于除去齿轮机构12的齿隙的扭簧31。
在驱动齿轮13的平板面的偏心位置突出地形成有钩住扭簧31的弹簧钩挂突部17。该扭簧31的卷绕部32被插入保持在驱动齿轮13的凸起部13a。从卷绕部32的一端朝向外侧直线延伸的第一臂部33挂在驱动齿轮13的弹簧钩挂突部17，并且从卷绕部32的另一端朝向外侧直线延伸的第二臂部34挂在被形成于主体3的弹簧钩挂突部7。
通过扭簧31的旋转方向的作用力，能够使驱动齿轮13与从动齿轮14的齿面总是处于抵接的状态。由此，驱动齿轮13以及从动齿轮14之间的正反转方向的齿隙被除去。此外，也可以代替扭簧31使用螺旋弹簧、板簧、橡胶等弹性部件。
(实施方式的效果)
根据如上所述构成的实施方式所涉及的操作装置1，除了上述效果之外，还得到如下效果。
(1)能够加快从操作板面2a开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的时间(t0-t3)，因此能够产生上升较快的振动。
(2)能够在从操作板面2a开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的时间(t0-t3)范围内，调整操作板面2a进行上升移动的速度和操作板面2a进行上升移动的位移量这双方，因此能够呈现期望的振动触感。
(3)能够除去齿轮机构12的正反转切换位置、停止位置处的齿隙，相应地能够使因齿隙引起的振动的变化消失，有效地得到具有振动触感的变化恒定的最佳特性的操作装置1。
其它变形例
列举实施方式、变形例以及图示例对本发明的操作装置1的代表性的结构例进行了说明，但也可以是如下所示的另一变形例。
在上述的实施方式以及图示例中，是经由由驱动齿轮13以及从动齿轮14构成的齿轮机构12而对可动面板2作用振动反馈力的结构，但也可以是经由具有将与被固定于DC马达11的马达轴15的小齿轮啮合的齿条齿形成于可动面板2的连结部件5的结构的齿轮机构亦即齿条/小齿轮机构来对可动面板2作用振动反馈力的结构。另外，在本发明中，能够使用将来自DC马达11的驱动力经由连杆机构、凸轮机构等向可动面板2传递的各种传递机构。
本发明所涉及的操作装置1也可以是如下所示的又一变形例。
(1)并不局限于车载设备，当然也能够适用于例如游戏机、个人计算机、移动电话机等各种终端装置。
(2)即使是不具备触摸面板的各种开关装置，也能够对操作者的手指呈现触觉刺激，例如也可以适用于鼠标装置、键盘、操作旋钮等。
(3)上述操作装置1例如只要根据使用目的等适当地选择配置个数、配置位置、配置方式等即可，能够实现本发明的初始目的。
从以上的说明可知，虽例示了本发明所涉及的代表性的实施方式、变形例以及图示例，但上述的实施方式、变形例以及图示例并不限定权利要求书所涉及的发明。因此，应注意并非在上述的实施方式、变形例以及图示例中已说明的特征的组合的全部均为用于解决发明的课题的手段所必须的。
附图标记的说明
1…操作装置；2…可动面板；2a…操作板面；3…主体；10…动力传动机构；11…DC马达；12…齿轮机构；20…马达驱动装置；21…控制部。

Claims (5)

1.一种操作装置，具备：
能够进行正反转的马达；
传动机构，将所述马达的正反转运动转换为升降直线运动而在操作部呈现触觉刺激；以及
控制部，对所述马达的通电方向进行切换控制，
所述控制部在所述操作部经由所述传动机构开始进行上升移动起至达到目标的位移量为止的规定时间内，以增加所述马达的正转方向的驱动电力而使所述操作部的上升移动量增加的方式进行加速控制，以供给所述马达的反转方向的驱动电力而使所述操作部的上升移动减速的方式进行减速控制。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其中，
所述控制部以在所述马达正转时使所述操作部的上升速度加速的加速时间与在所述马达反转时使所述操作部的上升速度减速的减速时间之比落在所述规定时间内的方式对所述马达进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的操作装置，其中，
所述马达的正转方向的驱动电力通过延长所述马达的驱动时间而增加。
4.根据权利要求1或2所述的操作装置，其中，
所述马达的正转方向的驱动电力通过增加所述马达的驱动电流而增加。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的操作装置，其中，
所述操作部具有可动面板，该可动面板以根据进行所述转换后的升降直线运动被驱动的方式与所述传动机构连结，
所述可动面板具有触摸面板。
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