DE112020004035T5 - Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Betätigungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112020004035T5
DE112020004035T5 DE112020004035.6T DE112020004035T DE112020004035T5 DE 112020004035 T5 DE112020004035 T5 DE 112020004035T5 DE 112020004035 T DE112020004035 T DE 112020004035T DE 112020004035 T5 DE112020004035 T5 DE 112020004035T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
unit
force
driving force
driving
resisting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112020004035.6T
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Kuge
Tatsuhiro TOMIYAMA
Misuzu TAKAHASHI
Kazunari Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Alpine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Alpine Co Ltd filed Critical Alps Alpine Co Ltd
Publication of DE112020004035T5 publication Critical patent/DE112020004035T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/21—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types
    • A63F13/218—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types using pressure sensors, e.g. generating a signal proportional to the pressure applied by the player
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/25—Output arrangements for video game devices
    • A63F13/28—Output arrangements for video game devices responding to control signals received from the game device for affecting ambient conditions, e.g. for vibrating players' seats, activating scent dispensers or affecting temperature or light
    • A63F13/285—Generating tactile feedback signals via the game input device, e.g. force feedback
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04703—Mounting of controlling member
    • G05G2009/04714—Mounting of controlling member with orthogonal axes
    • G05G2009/04718—Mounting of controlling member with orthogonal axes with cardan or gimbal type joint
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/01—Indexing scheme relating to G06F3/01
    • G06F2203/015—Force feedback applied to a joystick

Abstract

Eine Betätigungsvorrichtung weist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: eine Betätigungseinheit, die sich wenigstens in einer ersten Richtung und einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung betätigen lässt; eine erste Antriebseinheit, die eine Antriebskraft (erste Antriebskraft) in der ersten Richtung auf die Betätigungseinheit aufbringt; eine erste Bremseinheit, die eine Widerstandskraft (erste Widerstandskraft) in der ersten Richtung aufbringt; eine erste Positionserfassungseinheit, die die Position der Betätigungseinheit in der ersten Richtung erfasst; eine zweite Antriebseinheit, die eine Antriebskraft (zweite Antriebskraft) in der zweiten Richtung auf die Betätigungseinheit aufbringt; eine zweite Bremseinheit, die eine Widerstandskraft (zweite Widerstandskraft) in der zweiten Richtung auf die Betätigungseinheit aufbringt; eine zweite Positionserfassungseinheit, die die Position der Betätigungseinheit in der zweiten Richtung erfasst; und eine Steuereinheit, die die erste Antriebskraft und die erste Widerstandskraft in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit in der ersten Richtung einstellt und die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft in Abhängigkeit von der Position in der zweiten Richtung einstellt. Die Betätigungsvorrichtung kann eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl erzielen, indem sie eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft auf die Betätigungseinheit aufbringt, die sich wenigstens in der ersten Richtung und der zweiten Richtung betätigen lässt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung und im Spezielleren auf eine Betätigungsvorrichtung, die eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft für eine Betätigungseinheit steuert, die sich wenigstens in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung betätigen lässt.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Bei einer Betätigungsvorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug, einer Industriemaschine, einer Spielemaschine oder dergleichen verwendet wird, gibt es einen Fall, in dem eine intuitive Betätigung stattfindet durch Neigen bzw. Kippen eines Stabs (Hebels) in einer jeweiligen Richtung mit Freiheitsgraden entlang von zwei Achsen, nämlich der vertikalen Achse und der horizontalen Achse, beispielsweise bei der Bewegung eines Cursors, der auf einer grafischen Anzeige angezeigt wird. Häufig wird von der Betätigungsvorrichtung auch verlangt, dass diese nicht nur eine Schnittstelle von dem Betätiger zu dem Betätigungsziel bildet, sondern auch eine Schnittstelle, die ein gewisses Maß an Information, die den Zustand des Betätigungsziels widerspiegelt, zu dem Betätiger zurückmeldet.
  • Bei einer Betätigungsvorrichtung mit einem Joystick mit Freiheitsgraden entlang von zwei Achsen offenbart das Patentdokument 1 einen Steuerungshandhabe-Kardanabstützmechanismus, der bei einem Joystick mit haptischer Rückkopplung verwendet wird, als eine Technologie zur Steuerung einer Rückkopplung bzw. Rückmeldung zu dem Betätiger.
  • Das Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Tastsinn-Effekt bei einer Nutzer-Schnittstellenvorrichtung durch Verwendung einer Verbindung mit geringer Bandbreite zu einem übergeordneten Computer bereitstellen. Das Patentdokument 3 offenbart ein Funksteuerungssystem, das ein Gefühl bei der Betätigung eines Senders in Reaktion auf eine Rückkopplung von einem betätigten Körper ändert. Das Patentdokument 4 offenbart ein Spielesystem, das in wirksamer Weise eine Last auf eine Betätigungseinheit aufbringt.
  • Bei einer Betätigungsvorrichtung vom Stab-Typ ist aus diesen Patentdokumenten erkennbar, dass ein Bedarf zum Anbringen eines Motors und eines Bremsmechanismus an Achsen sowie zum Vermitteln einer Antriebskraft oder einer Bremskraft zu dem Betätiger mittels eines Stabs durch Steuern des Motors und des Bremsmechanismus besteht.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 4165734
    • Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010-061667
    • Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2016-096834
    • Patentdokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2016-007345
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Bei einer Betätigungsvorrichtung vom Stab-Typ kann ein aktiver Aktuator, wie z.B. ein Motor, ein solches Gefühl wie ein Zurückziehen oder ein Zurückdrücken vermitteln, während es schwierig ist, Stabilität in einer bestimmten Stabposition bereitzustellen. Im Gegensatz dazu kann ein passives Element, wie z.B. eine Bremse, eine Bewegung entgegen der Kraft des Betätigers verhindern und kann ein Betätigungsgefühl zum Stoppen des betätigten Stabs vermitteln, kann jedoch den gestoppten Stab nicht betätigen.
  • Die vorliegende Erfindung geht diesen Typ einer tatsächlichen Situation mit dem Ziel an, eine Betätigungsvorrichtung bereitzustellen, die eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl erzielen kann, indem eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft auf eine Betätigungseinheit aufgebracht werden, die wenigstens in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung betätigt werden kann.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Betätigungsvorrichtung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: eine Betätigungseinheit, die sich wenigstens in einer ersten Richtung und einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung betätigen lässt; eine erste Antriebseinheit, die eine erste Antriebskraft auf die Betätigungseinheit aufbringt, wobei es sich bei der ersten Antriebskraft um eine Antriebskraft in der ersten Richtung handelt; eine erste Bremseinheit, die eine erste Widerstandskraft aufbringt, die der Bewegung der Betätigungseinheit in der ersten Richtung entgegenwirkt; eine erste Positionserfassungseinheit, die die Position der Betätigungseinheit in der ersten Richtung erfasst; eine zweite Antriebseinheit, die eine zweite Antriebskraft auf die Betätigungseinheit aufbringt, wobei es sich bei der zweiten Antriebskraft um eine Antriebskraft in der zweiten Richtung handelt; eine zweite Bremseinheit, die eine zweite Widerstandskraft aufbringt, die der Bewegung der Betätigungseinheit in der zweiten Richtung entgegenwirkt; eine zweite Positionserfassungseinheit, die die Position der Betätigungseinheit in der zweiten Richtung erfasst; und eine Steuereinheit, die die erste Antriebskraft und die erste Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der ersten Positionserfassungseinheit erfassten Position in der ersten Richtung einstellt und die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der zweiten Positionserfassungseinheit erfassten Position in der zweiten Richtung einstellt.
  • Bei diesem Konstruktionstyp wird die Position der Betätigungseinheit in der ersten Richtung durch die erste Positionserfassungseinheit erfasst, und die Position in der zweiten Richtung wird durch die zweite Positionserfassungseinheit erfasst; und die Antriebskraft in der ersten Richtung (erste Antriebskraft), die Widerstandskraft in der ersten Richtung (erste Widerstandskraft), die Antriebskraft in der zweiten Richtung (zweite Antriebskraft) und die Widerstandskraft in der zweiten Richtung (zweite Widerstandskraft) werden eingestellt, wobei diese Kräfte in Abhängigkeit von den von den Positionserfassungseinheiten erfassten Positionen auf die Betätigungseinheit aufgebracht werden. Hierdurch ist es möglich, einen Steuerungsvorgang auszuführen, bei dem ein exakter und stabiler Betätigungsvorgang und ein Feinbetätigungsgefühl erzielt werden, indem in Abhängigkeit von den Positionen der Betätigungseinheit in der ersten Richtung und der zweiten Richtung zwischen einem Steuerungsvorgang, bei dem eine Antriebskraft in der jeweiligen Richtung ausgeübt wird, und einem Steuerungsvorgang, bei dem eine Widerstandskraft in der jeweiligen Richtung ausgeübt wird, gewechselt wird oder indem eine Gleichgewichtsstellung eingenommen wird.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Steuereinheit die erste Antriebskraft, die erste Widerstandskraft, die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft unter Berücksichtigung einer Reibungskraft bei der Bewegung der Betätigungseinheit einstellen. Die Reibungskraft, die auf einen die Betätigungseinheit bewegenden Mechanismus zurückzuführen ist, ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit. Durch Einstellen der auf die Betätigungseinheit ausgeübten Antriebskraft und der Widerstandskraft in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen dieser Position der Betätigungseinheit und der Reibungskraft kann ein Steuerungsvorgang ausgeführt werden, bei dem ein exakter und stabiler Betätigungsvorgang und ein Feinbetätigungsgefühl erzielt werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Steuereinheit wenigstens eines ausführen von: - wenn die erste Positionserfassungseinheit eine vorgegebene Stoppposition in der ersten Richtung erfasst, Einstellen der ersten Antriebskraft und/oder der ersten Widerstandskraft derart, dass die Reaktionskraft der Betätigungseinheit größer wird als die Reaktionskraft an einer anderen Position als der Stoppposition in der ersten Richtung, und - wenn eine vorgegebene Stoppposition in der zweiten Richtung bei der zweiten Positionserfassung erfasst wird, Einstellen der zweiten Antriebskraft und/oder der zweiten Widerstandskraft derart, dass die Reaktionskraft der Betätigungseinheit größer wird als die Reaktionskraft an einer anderen Position als der Stoppposition in der zweiten Richtung. Hierdurch kann die Stoppposition für die Bewegungsposition der Betätigungseinheit an einer beliebigen Position vorgegeben werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Betätigungsvorrichtung ferner eine Beaufschlagungseinrichtung zum Zurückstellen der Betätigungseinheit zu einem Ausgangspunkt aufweisen, und die Steuereinheit kann einen Steuerungsvorgang zum Einstellen der ersten Antriebskraft, der ersten Widerstandskraft, der zweiten Antriebskraft und der zweiten Widerstandskraft in einer derartigen Weise ausführen, dass eine Position, die von dem Ausgangspunkt aufgrund der Beaufschlagungseinrichtung verschieden ist, als Ausgangspunkt vorgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, eine Änderung in der Reaktionskraft entsprechend der Position der Betätigungseinheit zu verlagern, so dass eine Position, die von dem Ausgangspunkt aufgrund der Beaufschlagungseinrichtung verschieden ist, als Ausgangspunkt vorgegeben wird.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Betätigungsvorrichtung ferner eine Beaufschlagungseinrichtung zum Zurückstellen der Betätigungseinheit zu einem Ausgangspunkt aufweisen, und die Steuereinheit kann einen derartigen Steuerungsvorgang ausführen, dass die erste Widerstandskraft und die zweite Widerstandskraft der Betätigungseinheit an dem Ausgangspunkt größer werden als die erste Widerstandskraft und die zweite Widerstandskraft in der Nähe des Ausgangspunkts. Wenn die Betätigungseinheit zu dem Ausgangspunkt aufgrund der Beaufschlagungseinrichtung zurückgestellt wird, wird hierdurch die Widerstandskraft an dem Ausgangspunkt größer als die Widerstandskraft in der Nähe des Ausgangspunkts. Auf diese Weise ist es möglich, in sicherer Weise eine Mitteilung des Ausgangspunkts in Form eines Widerstandsgefühls zu übermitteln.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Steuereinheit wenigstens eines ausführen von: - intermittierendem Ändern von mindestens einer der ersten Antriebskraft und der ersten Widerstandskraft, und - intermittierendem Ändern von mindestens einer der zweiten Antriebskraft und der zweiten Widerstandskraft. Hierdurch kann ein Vibrationsgefühl an der Betätigungseinheit erzeugt werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Steuereinheit wenigstens eines ausführen von:- intermittierendem und allmählichem Ändern von mindestens einer der ersten Antriebskraft und der ersten Widerstandskraft, und - intermittierendem und allmählichem Ändern von mindestens einer der zweiten Antriebskraft und der zweiten Widerstandskraft. Hierdurch kann an der Betätigungseinheit ein Gefühl erzeugt werden, bei dem sich die Stärke der Vibration allmählich ändert.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung kann die Steuereinheit Positionsinformation, die zu dem stabilen Punkt der Betätigungseinheit bei der Betätigung derselben wird, in eine Position, die zu dem stabilen Punkt der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit wird, in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von der ersten Positionserfassungseinheit und der zweiten Positionserfassungseinheit korrigieren. Hierdurch ist es möglich, die Antriebskraft und die Widerstandskraft in Bezug auf die Position des stabilen Punkts der Betätigungseinheit zu steuern, wobei der stabile Punkt den stabilen Punkt auf der Basis der Eigenschaften der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit sowie eine Reibungskraft bei der Bewegung der Betätigungseinheit berücksichtigt.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung weisen die erste Bremseinheit und die zweite Bremseinheit jeweils eine magnetorheologische Flüssigkeit und eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit auf, die ein Magnetfeld an die magnetorheologische Flüssigkeit anlegt. Hierdurch kann die Widerstandskraft jeweils der ersten Bremseinheit und der zweiten Bremseinheit durch das an die magnetorheologische Flüssigkeit angelegte Magnetfeld eingestellt werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Betätigungsvorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl zu erzielen, indem eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft auf eine Betätigungseinheit aufgebracht werden, die wenigstens in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung betätigt werden kann.
  • Figurenliste
    • [1] 1(a) zeigt eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung der Konstruktion einer Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [2] 2(a) und 2(b) zeigen jeweils eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung einer Bremseinheit.
    • [3] 3(a) und 3(b) zeigen jeweils eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 3(a).
    • [4] 4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Blockstruktur der Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [5] 5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Blockstruktur einer Steuervorrichtung.
    • [6] 6(a) und 6(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft während eines Kippvorgangs.
    • [7] 7(a) und 7(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft während eines Rückstellvorgangs.
    • [8] 8(a) und 8(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft während eines Kippvorgangs.
    • [9] 9(a) und 9(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft während eines Rückstellvorgangs.
    • [10] 10(a) bis 10(c) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft.
    • [11] 11 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Referenzposition.
    • [12] 12 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft in einer neutralen Position.
    • [13] 13(a) und 13(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer intermittierenden Antriebskraft und Widerstandskraft.
    • [14] 14 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen eines Bewegungsbereichs.
    • [15] 15 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen eines stabilen Punkts.
    • [16] 16 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Anwenden der Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben. Dabei werden in der nachfolgenden Beschreibung gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf Beschreibungen von einmal beschriebenen Elementen gegebenenfalls verzichtet wird.
  • (Konstruktion einer Betätigungsvorrichtung)
  • 1 zeigt eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung der Konstruktion einer Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Bei der Betätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Schnittstellenvorrichtung mit einer Betätigungseinheit 10 vom Stab-Typ. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass eine erste Richtung eine X-Richtung ist, eine zweite Richtung eine Y-Richtung ist und eine dritte Richtung eine Z-Richtung ist. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung sind zueinander orthogonal.
  • Verschiedene Arten von Kräften, die in der nachfolgenden Beschreibung zum Einsatz kommen, werden wie folgt definiert.
  • Eine Betätigungskraft bezieht sich auf eine Kraft, die zum Betätigen (Bewegen oder Stoppen) der Betätigungseinheit 10 erforderlich ist.
  • Eine Reaktionskraft bezieht sich auf eine Kraft, die während der Betätigung der Betätigungseinheit 10 von der Betätigungseinheit 10 zu dem Betätiger (beispielsweise einem Finger) übertragen wird.
  • Eine Antriebskraft bezieht sich auf eine Kraft (Hilfskraft), die für einen Antriebsvorgang von einer Antriebseinheit auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird.
  • Eine Widerstandskraft bezieht sich auf eine Kraft (Bremskraft), die von einer Bremseinheit auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird und somit ein Hindernis für die Bewegung der Betätigungseinheit 10 darstellt.
  • Eine Beaufschlagungskraft bzw. Drückkraft bezieht sich auf eine Kraft, mit der eine Beaufschlagungs- bzw. Drückeinrichtung die Betätigungseinheit 10 in dem Versuch mit Kraft beaufschlagt, die Betätigungseinheit 10 zu einem vorbestimmten Ausgangspunkt zurückzustellen. Der Ausgangspunkt bzw. Ursprung bezieht sich auf einen Ort, an dem die Betätigungseinheit 10 positioniert ist, wenn keine Betätigungskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird.
  • Eine Reibungskraft bezieht sich auf eine Reibungskraft, die zusammen mit der Bewegung der Betätigungseinheit 10 erzeugt wird. Die Reibungskraft wird derart ausgeübt, dass die Betätigungseinheit 10 in einer vorbestimmten Position verbleibt, und verhindert somit die Bewegung der Betätigungseinheit 10.
  • Wenn die Beaufschlagungseinrichtung vorhanden ist, wird bei Bewegung der Betätigungseinheit 10 in Richtung von dem Ausgangspunkt weg eine von der Betätigungseinheit 10 zu dem Betätiger übertragene Reaktionskraft zu „Beaufschlagungskraft durch die Beaufschlagungseinrichtung + Reibungskraft“. Dagegen wird bei Bewegung der Betätigungseinheit 10 in einer Richtung zurück zu dem Ausgangspunkt die Reibungskraft ausgeübt, so dass die Betätigungseinheit 10 in der vorbestimmten Position verbleibt. Somit wird die von der Betätigungseinheit 10 zu dem Betätiger übertragene Reaktionskraft zu „Beaufschlagungskraft durch die Beaufschlagungseinrichtung + Reibungskraft - Reibungskraft“.
  • Ferner wird von den Antriebskräften, die während der Betätigung der Betätigungseinheit 10 auf die Betätigungseinheit 10 ausgeübt werden, eine Antriebskraft, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung ausgeübt wird, in der die Beaufschlagungskraft die Betätigungseinheit 10 zu dem Ausgangspunkt zurück drückt, als positive (+) Antriebskraft bezeichnet, während eine Antriebskraft, die in der gleichen Richtung wie der Richtung ausgeübt wird, in der die Beaufschlagungskraft die Betätigungseinheit 10 zu dem Ausgangspunkt zurück drückt, als negative (-) Antriebskraft bezeichnet wird.
  • Wenn die positive (+) Antriebskraft auf die Betätigungseinheit 10 ausgeübt wird, wird somit die Reaktionskraft abgeschwächt; wenn die negative (-) Antriebskraft übertragen wird, wird die Reaktionskraft verstärkt.
  • Die Betätigungsvorrichtung 1 weist die Betätigungseinheit 10, eine erste Antriebseinheit 21, eine erste Bremseinheit 31, eine erste Positionserfassungseinheit 41, eine zweite Antriebseinheit 22, eine zweite Bremseinheit 32, eine zweite Positionserfassungseinheit 42 und eine Steuereinheit 50 auf. Die Betätigungseinheit 10 ist derart ausgebildet, dass sie in mindestens zwei Richtungen betätigt werden kann, und zwar in der X-Richtung und der Y-Richtung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Betätigungseinheit 10 auf einem Kardanmechanismus 11 angeordnet. Durch den Kardanmechanismus 11 kann die Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung (Rotationsbewegung um die Y-Achse) geneigt bzw. gekippt werden sowie in der Y-Richtung (Rotationsbewegung um die X-Achse) gekippt werden. Dabei wird bei der vorliegenden Ausführungsform davon ausgegangen, dass ein Kippvorgang in der X-Richtung in der Bewegung in der X-Richtung enthalten ist und ein Kippvorgang in der Y-Richtung in der Bewegung in der Y-Richtung enthalten ist. Die Betätigungseinheit 10 kann zu einer Bewegung in der Z-Richtung (Vorwärts- und Zurückbewegungsvorgänge in der Z-Richtung) in der Lage sein. Eine Position, über die sich die Betätigungseinheit 10 während der Bewegung in der X-Richtung oder der Y-Richtung nicht weiter hinaus bewegen kann, wird als Stoppposition bezeichnet. Die Stoppposition ist durch einen mechanischen Anschlag vorgegeben oder durch die Betätigung der Antriebseinheit oder der Bremseinheit vorgegeben.
  • Die Betätigungseinheit 10 kann mit einer Beaufschlagungseinrichtung bzw. Drückeinrichtung (nicht dargestellt) ausgestattet sein. Als Beaufschlagungseinrichtung wird beispielsweise eine Schraubenfeder verwendet. Beispielsweise erfolgt bei einer Kippbewegung der Betätigungseinheit 10 in einer Richtung eine Kontraktion der Schraubenfeder; wenn der Kippvorgang aufgehoben oder abgeschwächt wird, dehnt sich die Schraubenfeder, und die Betätigungseinheit 10 wird dadurch in eine neutrale Position zurückgestellt. Die neutrale Position bildet ein Beispiel für den Ausgangspunkt bzw. Ursprung.
  • Die erste Antriebseinheit 21 bringt eine Antriebskraft in der X-Richtung auf die Betätigungseinheit 10 auf. Bei der Vorwärts-Antriebskraft handelt es sich um eine positive (+) Antriebskraft, die in einer Richtung von der neutralen Position weg ausgeübt wird. Bei der Rückwärts-Antriebskraft handelt es sich um eine negative (-) Antriebskraft, die in einer Richtung zurück zu der neutralen Position ausgeübt wird. Die erste Antriebseinheit 21, die z.B. einen (Elektro-) Motor besitzt, überträgt die Rotationskraft des Motors von der Motorwelle zu dem Kardanmechanismus 11, so dass die Antriebskraft in der X-Richtung zu der Betätigungseinheit 10 übertragen wird. Die erste Antriebseinheit 21 kann ein Getriebe aufweisen, das die Rotationskraft des Motors reduziert bzw. untersetzt. Durch die Rotationsbewegung des Motors in der ersten Antriebseinheit 21 wird eine Antriebskraft bei dem Rotationsvorgang des Kardanmechanismus 11 um die Y-Achse aufgebracht. Hierdurch wird eine positive (+) oder negative (-) Antriebskraft bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung aufgebracht.
  • Die erste Bremseinheit 31 erzeugt eine Widerstandskraft, die der Bewegung (Kippvorgang) der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung entgegenwirkt. Die erste Bremseinheit 31 weist z.B. eine magnetorheologische Flüssigkeit sowie eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit auf. Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit kann durch ein von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugtes Magnetfeld eingestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Bremseinheit 31 außenseitig von der ersten Antriebseinheit 21 angeordnet, so dass eine Widerstandskraft aufgrund der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in der ersten Bremseinheit 31 zu dem Kardanmechanismus 11 übertragen wird. Somit wird bei einem Anstieg der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit die Widerstandskraft erhöht; und bei einer Verringerung der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit wird die Widerstandskraft reduziert.
  • Als Folge hiervon wird bei einer Erhöhung der Widerstandskraft der ersten Bremseinheit 31 eine Widerstandskraft bei der Rotationsbewegung des Kardanmechanismus 11 um die Y-Achse aufgebracht, und es wird ein Widerstandsgefühl bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung erzeugt. Dagegen wird bei einer Verringerung der Widerstandskraft der ersten Bremseinheit 31 die bei der Rotationsbewegung des Kardanmechanismus 11 um die Y-Achse aufgebrachte Widerstandskraft reduziert, und das Widerstandsgefühl bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung wird vermindert.
  • Die erste Positionserfassungseinheit 41 erfasst die Position der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung. Die erste Positionserfassungseinheit 41 besitzt z.B. einen Codierer des Typs mit magnetischer Erfassung. Die erste Positionserfassungseinheit 41, die z.B. zwischen der ersten Antriebseinheit 21 und dem Kardanmechanismus 11 angeordnet ist, erfasst die Position der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung durch Erfassen des Rotationswinkels (Position in der Rotationsrichtung) des Kardanmechanismus 11 um die Y-Achse. Dabei kann es sich bei der ersten Positionserfassungseinheit 41 um einen Codierer des Typs mit Widerstandsänderung oder um einen optischen Codierer handeln.
  • Die zweite Antriebseinheit 22 bringt eine Antriebskraft in der Y-Richtung auf die Betätigungseinheit 10 auf. Bei der Vorwärts-Antriebskraft handelt es sich um eine positive (+) Antriebskraft, die in einer Richtung von der neutralen Position weg ausgeübt wird. Bei der Rückwärts-Antriebskraft handelt es sich um eine negative (-) Antriebskraft, die in einer Richtung zurück zu der neutralen Position ausgeübt wird. Die zweite Antriebseinheit 22, die z.B. einen (Elektro-) Motor besitzt, überträgt die Rotationskraft des Motors von der Motorwelle zu dem Kardanmechanismus 11, so dass die Antriebskraft in der Y-Richtung zu der Betätigungseinheit 10 übertragen wird. Die zweite Antriebseinheit 22 kann ein Getriebe aufweisen, das die Rotationskraft des Motors reduziert bzw. untersetzt. Durch die Rotationsbewegung des Motors in der zweiten Antriebseinheit 22 wird eine Antriebskraft bei dem Rotationsvorgang des Kardanmechanismus 11 um die X-Achse aufgebracht. Hierdurch wird eine positive (+) oder negative (-) Antriebskraft bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung aufgebracht.
  • Die zweite Bremseinheit 32 erzeugt eine Widerstandskraft, die der Bewegung (Kippvorgang) der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung entgegenwirkt. Die zweite Bremseinheit 32 weist z.B. eine magnetorheologische Flüssigkeit sowie eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit auf. Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit kann durch ein von der Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugtes Magnetfeld eingestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Bremseinheit 32 außenseitig von der zweiten Antriebseinheit 22 angeordnet, so dass eine Widerstandskraft aufgrund der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in der zweiten Bremseinheit 32 zu dem Kardanmechanismus 11 übertragen wird. Somit wird bei einem Anstieg der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit die Widerstandskraft erhöht; und bei einer Verringerung der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit wird die Widerstandskraft reduziert.
  • Als Folge hiervon wird bei einer Erhöhung der Widerstandskraft der zweiten Bremseinheit 32 eine Widerstandskraft bei der Rotationsbewegung des Kardanmechanismus 11 um die X-Achse aufgebracht, und es wird ein Widerstandsgefühl bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung erzeugt. Dagegen wird bei einer Verringerung der Widerstandskraft der zweiten Bremseinheit 32 die bei der Rotationsbewegung des Kardanmechanismus 11 um die Y-Achse aufgebrachte Widerstandskraft reduziert, und das Widerstandsgefühl bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung wird vermindert.
  • Die zweite Positionserfassungseinheit 42 erfasst die Position der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung. Die zweite Positionserfassungseinheit 42 besitzt z.B. einen Codierer des Typs mit magnetischer Erfassung. Der zweite Positionserfassungseinheit 42, die z.B. zwischen der zweiten Antriebseinheit 22 und dem Kardanmechanismus 11 angeordnet ist, erfasst die Position der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung durch Erfassen des Rotationswinkels (Position in der Rotationsrichtung) des Kardanmechanismus 11 um die X-Achse. Dabei kann es sich bei der zweiten Positionserfassungseinheit 42 um einen Codierer des Typs mit Widerstandsänderung oder um einen optischen Codierer handeln.
  • Die Steuereinheit 50 steuert die erste Antriebseinheit 21, die erste Bremseinheit 31, die zweite Antriebseinheit 22 und die zweite Bremseinheit 32. D.h., zur Änderung der Antriebskraft (der ersten Antriebskraft) und der Widerstandskraft (der ersten Widerstandskraft) in der X-Richtung in Reaktion auf ein Ausgangssignal von der ersten Positionserfassungseinheit 41 steuert die Steuereinheit 50 die erste Antriebseinheit 21 und die erste Bremseinheit 31. Auch zur Änderung der Antriebskraft (der zweiten Antriebskraft) und der Widerstandskraft (der zweiten Widerstandskraft) in der Y-Richtung in Reaktion auf ein Ausgangssignal von der zweiten Positionserfassungseinheit 42 steuert die Antriebseinheit 50 die zweite Antriebseinheit 22 und die zweite Bremseinheit 32.
  • Vorliegend werden spezielle Beispiele für die erste Bremseinheit 31 und die zweite Bremseinheit 32 beschrieben. Dabei sind die Konstruktion der ersten Bremseinheit 31 und die Konstruktion der zweiten Bremseinheit 32 miteinander identisch.
  • 2(a) und 2(b) zeigen jeweils eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung der Bremseinheit. 3(a) und 3(b) zeigen jeweils eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 2(a). 3(b) zeigt eine erläuternde Darstellung, die ein von einer Erregerspule erzeugtes Magnetfeld konzeptionell veranschaulicht.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, besitzen die erste Bremseinheit 31 und die zweite Bremseinheit 32 jeweils eine Halteeinheit 420 und eine Bremsbetätigungseinheit 4100. Die Halteeinheit 420, bei der es sich um ein im Wesentlichen säulenförmiges Gehäuseelement handelt, nimmt einzelne Einheiten auf. Dabei kann die Formgebung der Halteeinheit 420 auch im Wesentlichen quaderförmig sein. Die Bremsbetätigungseinheit 4100, die einen Wellenbereich 4110 und eine Magnetscheibe 4120 aufweist, ist durch die Halteeinheit 420 derart abgestützt, dass ein Rotationsvorgang in beiden Richtungen um eine zentrale Achse bzw. Mittelachse 411 (Rotationsachse) möglich ist. Die Bremsbetätigungseinheit 4100 ist von der Halteeinheit 420 durch ein Abstützelement 4140 und ein Radiallager 4150 in einem Zustand abgestützt, in dem die Bremsbetätigungseinheit 4100 rotationsbeweglich ist. Ferner ist ein in einer Bremseinheit 40 vorgesehener Freiraum 480 mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit 4160 gefüllt.
  • Der Wellenbereich 4110 in der Bremsbetätigungseinheit 4100 ist mit der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) verbunden (siehe 1).
  • Die Halteeinheit 420 besitzt ein erstes Joch 430, ein zweites Joch 440, eine als Magnetfeld-Erzeugungseinheit verwendete Erregerspule 450, ein ringförmiges Element 460 sowie ein drittes Joch 470, das als oberes Gehäuseelement verwendet wird. Das erste Joch 430, das zweite Joch 440 und das dritte Joch 470 sind jeweils separat gearbeitet und ausgebildet. Jedoch können das erste Joch 430, das zweite Joch 440 und das dritte Joch 470 jeweils beliebig kombiniert und in integraler Weise ausgebildet sein.
  • Das erste Joch 430 besitzt einen Kreisringbereich 431 sowie einen zylindrischen Bereich 432, der in integraler Weise derart vorgesehen ist, dass er sich von der oberen Oberfläche des Kreisringbereichs 431 nach oben erstreckt und konzentrisch mit dem Kreisringbereich 431 ausgebildet ist. Der Kreisringbereich 431 und der zylindrische Bereich 432 sind in der Draufsicht kreisförmig um die Mittelachse 411 angeordnet. Der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs 432 ist kleiner als der Außendurchmesser des Kreisringbereichs 431. Aufgrund der Differenz in dem Außendurchmesser zwischen dem zylindrischen Bereich 432 und dem Kreisringbereich 431 ist ein Stufenbereich 433 außen an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs 432 gebildet. Ferner weist das erste Joch 430 eine Innenumfangsfläche 434 auf, die in der Draufsicht kreisförmig um die Mittelachse 411 angeordnet ist. Die Innenumfangsfläche 434 erstreckt sich entlang der Mittelachse 411 durch den Kreisringbereich 431 und den zylindrischen Bereich 432. Der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 434 ist derart vorgegeben, dass sich der Innendurchmesser in Abhängigkeit von der Position in der vertikalen Richtung ändert.
  • Wie in 3(a) dargestellt, ist die als Magnetfeld-Erzeugungseinheit verwendete Erregerspule 450 an dem Stufenbereich 433 des ersten Jochs 430 angeordnet. Der Innenumfang der Erregerspule 450 besitzt eine Ringform, die der Außenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs 432 folgt. Der Außenumfang der Erregerspule 450 ist in Radialrichtung außenseitig von der Außenumfangsfläche des Kreisringbereichs 431 angeordnet. Somit überlappt die Erregerspule 450 den Kreisringbereich 431, der als Fortsatzbereich bzw. Erstreckungsbereich genutzt wird. Bei der Erregerspule 450 handelt es sich um eine Spule mit einem leitfähigen Draht, der derart gewickelt ist, dass er um die Mittelachse 411 gewunden ist. Ein Verbindungselement 451 ist mit der Erregerspule 450 elektrisch verbunden. Elektrischer Strom wird über eine nicht dargestellte Route zu dem Eingangsbereich 451a des Verbindungselements 451 zugeführt, das von dem oberen Bereich des dritten Jochs 470 freiliegt. Wenn der Erregerspule 450 Strom zugeführt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt.
  • Das ringförmige Element 460 ist an dem Kreisringbereich 431 des ersten Jochs 430 entlang der Außenumfangsfläche des Kreisringbereichs 431 befestigt. Das ringförmige Element 460, das eine Kreisringform besitzt, ist aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, wie z.B. einem Kunstharz. In einem Zustand, in dem das ringförmige Element 460 an dem ersten Joch 430 befestigt ist, besitzt das ringförmige Element 460 eine Kreisringform mit im Wesentlichen dem gleichen Außendurchmesser wie die Erregerspule 450, die an dem Stufenbereich 433 angeordnet ist.
  • Dabei sind die Formgebungen der Joche 440 und 470 in der Draufsicht nicht notwendigerweise kreisförmig. Auch kann die Unterteilung der Joche nicht auf der vorstehenden Kombination aus dem dritten Joch 470 und dem zweiten Joch 440 basieren. In Abhängigkeit von der Teilungsposition kann auch eine rechteckige ebene Form verwendet werden.
  • Bei der magnetorheologischen Flüssigkeit 4160 handelt es sich um ein Material, dessen Viskosität sich ändert, wenn ein Magnetfeld anliegt. Bei der magnetorheologischen Flüssigkeit 4160 handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit bzw. ein Fluid, in der bzw. dem Partikel (magnetische Partikel) aus einem magnetischen Material in einer nichtmagnetischen Flüssigkeit (Lösungsmittel) dispergiert sind.
  • In der magnetorheologischen Flüssigkeit 4160 sind magnetische Partikel in dem Lösungsmittel dispergiert bzw. verteilt, wenn kein von der Erregerspule 450 erzeugtes Magnetfeld vorhanden ist. Wenn der Wellenbereich 4110 betätigt wird, führt die Halteeinheit 420 somit eine Rotationsbewegung in Bezug auf die Bremsbetätigungseinheit 4100 aus, ohne dass sie eine hohe Widerstandskraft empfängt.
  • Wenn dagegen ein Magnetfeld durch Anlegen eines Stroms an die Erregerspule 450 erzeugt wird, wird ein Magnetfeld entlang der vertikalen Richtung an die magnetorheologische Flüssigkeit 4160 angelegt, wie dies in 3(b) dargestellt ist. Aufgrund dieses Magnetfeldes sammeln sich in der magnetorheologischen Flüssigkeit 4160 dispergierte magnetische Partikel entlang von magnetischen Kraftlinien, und entlang der vertikalen Richtung angeordnete magnetische Partikel werden miteinander verknüpft und bilden ein Cluster. In diesem Zustand wird, wenn eine Kraft zum rotationsmäßigen Bewegen des Wellenbereichs 4110 in Richtung um die Mittelachse 411 aufgebracht wird, eine Scherkraft auf die verknüpften magnetischen Partikel ausgeübt. Dann wird durch diese magnetischen Partikel eine Widerstandskraft (Drehmoment) erzeugt. Somit wird die Widerstandskraft im Vergleich zu einem Zustand, in dem kein Magnetfeld erzeugt wird, hoch.
  • (Blockstruktur der Betätigungsvorrichtung)
  • Als nächstes wird die Blockstruktur der Betätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Blockstruktur der Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Blockstruktur einer Steuervorrichtung.
  • Die Betätigungsvorrichtung 1 weist die Betätigungseinheit 10, die erste Antriebseinheit 21, die erste Bremseinheit 31, die erste Positionserfassungseinheit 41, die zweite Antriebseinheit 22, die zweite Bremseinheit 32, die zweite Positionserfassungseinheit 42 und die Steuereinheit 50 auf, die vorstehend beschrieben wurden. Die Steuereinheit 50 weist ferner eine erste Antriebssteuerschaltung 51, eine erste Bremssteuerschaltung 52, eine zweite Antriebssteuerschaltung 59, eine zweite Bremssteuerschaltung 54, eine Recheneinheit 55, eine Speichereinheit 56 und eine Stromversorgungsschaltung 57 auf.
  • Bei der ersten Antriebssteuerschaltung 51 handelt es sich beispielsweise um einen Motortreiber. Die erste Antriebssteuerschaltung 51 gibt elektrische Energie aus, die für Antriebszwecke verwendet wird (zur Spannungssteuerung, PWM-Steuerung und dergleichen), wobei die elektrische Energie einem Motor in der ersten Antriebseinheit 21 in Abhängigkeit von dem Resultat der Berechnung durch die Recheneinheit 55 zugeführt wird. Bei der ersten Bremssteuerschaltung 52 handelt es sich beispielsweise um eine Magnetfeld-Steuerschaltung. Die erste Bremssteuerschaltung 52 gibt elektrische Energie aus, die für Bremszwecke verwendet wird, wobei die elektrische Energie der ersten Bremseinheit 31 in Abhängigkeit von dem Resultat der Berechnung durch die Recheneinheit 55 zugeführt wird.
  • Bei der zweiten Antriebssteuerschaltung 53 handelt es sich beispielsweise um einen Motortreiber. Die zweite Antriebssteuerschaltung 53 gibt elektrische Energie aus, die für Antriebszwecke verwendet wird (zur Spannungssteuerung, PWM-Steuerung und dergleichen), wobei die elektrische Energie einem Motor in der zweiten Antriebseinheit 22 in Abhängigkeit von dem Resultat der Berechnung durch die Recheneinheit 55 zugeführt wird. Bei der zweiten Bremssteuerschaltung 54 handelt es sich beispielsweise um eine Magnetfeld-Steuerschaltung. Die zweite Bremssteuerschaltung 54 gibt elektrische Energie aus, die für Bremszwecke verwendet wird, wobei die elektrische Energie der zweiten Bremseinheit 32 in Abhängigkeit von dem Resultat der Berechnung durch die Recheneinheit 55 zugeführt wird.
  • Die Recheneinheit 55 berechnet Ausgangswerte für eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft in Abhängigkeit von Daten, die von einem externen System 500 übermittelt werden und an einer Kommunikationseinheit 58 empfangen werden. D.h., Information über die Position der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung, die von der ersten Positionserfassungseinheit 41 ausgegeben wird, wird über die Kommunikationseinheit 58 zu dem externen System 500 übermittelt. Die Recheneinheit 55 berechnet Ausgangswerte, die zum Ermitteln einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft entsprechend der Position der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung verwendet werden, in Abhängigkeit von von dem externen System 500 übermittelten Daten. Ferner wird auch von der zweiten Positionserfassungseinheit 42 ausgegebene Information über die Position der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung über die Kommunikationseinheit 58 zu dem externen System 500 übermittelt. Die Recheneinheit 55 berechnet Ausgangswerte, die zum Ermitteln einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft entsprechend der Position der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung verwendet werden, in Abhängigkeit von von dem externen System 500 übermittelten Daten.
  • Die Recheneinheit 55 kann der Antriebskraft und der Widerstandskraft entsprechende Ausgangswerte aus einer vorbestimmten Gleichung berechnen, in der die Positionen der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung und der Y-Richtung als Parameter verwendet werden. Alternativ hierzu kann die Recheneinheit 55 Ausgangswerte, die zum Ermitteln einer einer Bewegungsposition entsprechenden Antriebskraft und Widerstandskraft verwendet werden, durch Zurückgreifen auf Tabellendaten finden, die vorab vorgegeben worden sind.
  • Die Speichereinheit 56 speichert Berechnungen (Funktionen) und Berechnungsparameter, die in der Recheneinheit 55 zu verwenden sind.
  • Bei der Stromversorgungsschaltung 57 handelt es sich um eine Schaltung, die elektrischen Strom zur Übertragung an einzelne Einheiten erzeugt. Die Kommunikationseinheit 58 führt die Eingabe und Ausgabe von Information zu und von dem externen System 500 über eine drahtgestützte oder eine drahtlose Verbindung aus. Berechnungsparameter können von dem externen System 500 über die Kommunikationseinheit 58 erhalten werden und können dann in der Speichereinheit 56 gespeichert werden. Die erste Antriebssteuerschaltung 51, die erste Bremssteuerschaltung 52, die zweite Antriebssteuerschaltung 53 und die zweite Bremssteuerschaltung 54 empfangen einen Ausgangswert der Recheneinheit 55 und geben elektrische Energie ab, die zum Erzielen einer vorbestimmten Antriebskraft und Widerstandskraft verwendet wird.
  • Bei der Betätigungsvorrichtung 1 mit dieser Art von Konstruktion berechnet die Steuereinheit 50 Ausgangswerte, die zur Ermittlung einer einzustellenden Antriebskraft und Widerstandskraft verwendet werden, in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung, die von der ersten Positionserfassungseinheit 41 erfasst worden ist. Dieses Rechenergebnis wird über die Kommunikationseinheit 58 zu der ersten Antriebssteuerschaltung 51 und der ersten Bremssteuerschaltung 52 übermittelt, wonach eine Antriebskraft, die von der ersten Antriebseinheit 21 auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringen ist, sowie eine Widerstandskraft, die von der ersten Bremseinheit 31 auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringen ist, eingestellt werden. Außerdem berechnet die Steuereinheit 50 Ausgangswerte, die zum Ermitteln einer einzustellenden Antriebskraft und Widerstandskraft verwendet werden, in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung, die von der zweiten Positionserfassungseinheit 42 erfasst worden ist. Dieses Rechenergebnis wird über die Kommunikationseinheit 58 zu der zweiten Antriebssteuerschaltung 53 und der zweiten Bremssteuerschaltung 54 übermittelt, wonach eine Antriebskraft, die von der zweiten Antriebseinheit 22 auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringen ist, sowie eine Widerstandskraft, die von der zweiten Bremseinheit 32 auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringen ist, eingestellt werden. Hierdurch ist es möglich, einen Steuerungsvorgang auszuführen, bei dem eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl erzielt werden, indem zwischen einem Steuerungsvorgang, bei dem eine Antriebskraft von der ersten Antriebseinheit 21 und der zweiten Antriebseinheit 22 aufgebracht wird, und einem Steuerungsvorgang, bei dem eine Widerstandskraft von der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32 aufgebracht wird, in Abhängigkeit von den Positionen der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung und der Y-Richtung umgeschaltet bzw. gewechselt wird, oder indem eine Gleichgewichtsstellung eingenommen wird.
  • (Arbeitsweise der Betätigungsvorrichtung)
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise der Betätigungsvorrichtung 1 beschrieben.
  • Wenn eine Stromzufuhr von der Stromversorgungsschaltung 57 an einzelne Einheiten stattfindet, wird als erstes eine Ersteinstellung ausgeführt. In dem Stadium vor der Ausführung der Ersteinstellung wird weder eine Antriebskraft noch eine Widerstandskraft ausgeübt, so dass die Betätigungseinheit 10 durch die Beaufschlagungseinrichtung beaufschlagt wird und am Ausgangspunkt positioniert ist (neutrale Position). In einem Modus, in dem eine von dem Ausgangspunkt verschiedene Referenzposition vorgegeben ist (wenn ein Modusbefehl über die Kommunikationseinheit 58 von dem externen System 500 empfangen worden ist), bewegen die erste Antriebseinheit 21 und die zweite Antriebseinheit 22 die Betätigungseinheit 10 während der Ersteinstellung in die Referenzposition, und die erste Bremseinheit 31 und die zweite Bremseinheit 32 üben eine der Referenzposition entsprechende Widerstandskraft auf die Betätigungseinheit 10 aus.
  • Wenn die Betätigungseinheit 10 betätigt wird, werden dann Ausgangswerte, die zum Ermitteln einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft auf der Basis von von dem externen System 500 übermittelten Daten verwendet werden, in der Recheneinheit 55 in Abhängigkeit von den Positionen in der X-Richtung und der Y-Richtung berechnet, die von der ersten Positionserfassungseinheit 41 und der zweiten Positionserfassungseinheit 42 erfasst worden sind.
  • Der Ausgangswert, der in der Recheneinheit 55 zum Ermitteln der Antriebskraft in der X-Richtung berechnet wird, wird an die erste Antriebssteuerschaltung 51 übermittelt, und der Ausgangswert, der zum Ermitteln der Widerstandskraft in der X-Richtung verwendet wird, wird an die erste Bremssteuerschaltung 52 übermittelt. In Abhängigkeit von dem von der Recheneinheit 55 übermittelten Ausgangswert überträgt die erste Antriebssteuerschaltung 51 elektrische Energie, die zur Erzielung einer dem Ausgangswert entsprechenden Antriebskraft verwendet wird, zu der ersten Antriebseinheit 21. In Abhängigkeit von dem von der Recheneinheit 55 übermittelten Ausgangswert überträgt die erste Bremssteuerschaltung 52 elektrische Energie, die zur Erzielung einer dem Ausgangswert entsprechenden Widerstandskraft verwendet wird, zu der ersten Bremseinheit 31.
  • Die erste Antriebseinheit 21 empfängt die von der ersten Antriebssteuerschaltung 51 übertragene elektrische Energie, versetzt den Motor in Rotation und überträgt die Antriebskraft desselben auf die Betätigungseinheit 10. Die erste Bremseinheit 31 empfängt die von der ersten Bremssteuerschaltung 52 übertragene elektrische Energie und legt ein Magnetfeld, das zum Erzielen einer vorbestimmten Viskositätskraft verwendet wird, beispielsweise an die magnetorheologische Flüssigkeit an. Hierdurch wird die in der ersten Bremseinheit 31 erzeugte Viskositätskraft als Widerstandskraft zu der Betätigungseinheit 10 übertragen.
  • Unter der Steuerung der Steuereinheit 50 erfolgt ein Umschaltvorgang zwischen der Antriebskraft und der Widerstandskraft, oder es wird eine Gleichgewichtseinstellung für diese ausgeführt. Hierdurch werden eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft entsprechend der Betätigungsposition der Betätigungseinheit 10 in der X-Richtung auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht. Als Ergebnis hiervon werden eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl der Betätigungseinheit 10 eingestellt.
  • Wie in dem vorstehend beschriebenen Fall der X-Richtung, wird auch der in der Recheneinheit 55 zum Ermitteln der Antriebskraft in der Y-Richtung berechnete Ausgangswert an die zweite Antriebssteuerschaltung 53 übermittelt, und der zum Ermitteln der Widerstandskraft in der Y-Richtung verwendete Ausgangswert wird an die zweite Bremssteuerschaltung 54 übermittelt. In Abhängigkeit von dem von der Recheneinheit 55 übermittelten Ausgangswert überträgt die zweite Antriebssteuerschaltung 53 elektrische Energie, die zum Erzielen einer Antriebskraft entsprechend dem Ausgangswert verwendet wird, zu der zweiten Antriebseinheit 22. In Abhängigkeit von dem von der Recheneinheit 55 übermittelten Ausgangswert überträgt die zweite Bremssteuerschaltung 54 elektrische Energie, die zum Erzielen einer Widerstandskraft entsprechend dem Ausgangswert verwendet wird, zu der zweiten Bremseinheit 32.
  • Die zweite Antriebseinheit 22 empfängt die von der zweiten Antriebssteuerschaltung 53 übertragene elektrische Energie, versetzt den Motor in Rotation und überträgt die Antriebskraft desselben auf die Betätigungseinheit 10. Die zweite Bremseinheit 32 empfängt die von der zweiten Bremssteuerschaltung 54 übertragene elektrische Energie und legt ein Magnetfeld, das zum Erzielen einer vorbestimmten Viskositätskraft verwendet wird, beispielsweise an die magnetorheologische Flüssigkeit an. Hierdurch wird die in der zweiten Bremseinheit 32 erzeugte Viskositätskraft als Widerstandskraft zu der Betätigungseinheit 10 übertragen.
  • Unter der Steuerung der Steuereinheit 50 erfolgt ein Umschaltvorgang zwischen der Antriebskraft und der Widerstandskraft, oder es wird eine Gleichgewichtseinstellung für diese ausgeführt. Hierdurch werden eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft entsprechend der Betätigungsposition der Betätigungseinheit 10 in der Y-Richtung auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht. Als Ergebnis hiervon werden eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl der Betätigungseinheit 10 eingestellt.
  • (Beispiele zum Einstellen der Antriebskraft und der Widerstandskraft)
  • Als nächstes werden Beispiele zum Einstellen der Antriebskraft und der Widerstandskraft bei der Betätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die nachfolgenden Beispiele zur Einstellung werden zur Vereinfachung der Erläuterung ohne Unterscheidung zwischen der X-Richtung und der Y-Richtung beschrieben, wenn nichts anderes angegeben ist. Bei der Betätigungsvorrichtung 1 werden jedoch die Betätigung in der X-Richtung und die Betätigung in der Y-Richtung in voneinander unabhängiger Weise ausgeführt.
  • (Einstellbeispiel: Teil 1)
  • Bei diesem Einstellbeispiel stellt die Steuereinheit 50 die Antriebskraft entsprechend der Bewegungsposition unter Berücksichtigung der Reibungskraft während des Kippvorgangs der Betätigungseinheit 10 ein. Da bei dem nachfolgenden Fallbeispiel die Reibungskraft von der dimensionsmäßigen Genauigkeit von die Betätigungseinheit 1 bildenden Elementen, dem Montagezustand, der Temperatur während des Gebrauchs und dergleichen abhängig ist, ist es bevorzugt, Daten über Einzelheiten vorab zu ermitteln und die Daten in der Speichereinheit 56 zu speichern.
  • 6(a) und 6(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft während eines Kippvorgangs.
  • Die horizontale Achse der in 6(a) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10.
  • Die horizontale Achse der in 6(b) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Antriebskraft.
  • Eine Beaufschlagungseinrichtung, wie z.B. eine Schraubenfeder, ist in der Betätigungseinheit 10 angeordnet. Die Betätigungseinheit 10 kehrt in einem Zustand in eine neutrale Position C1 zurück, in dem die Betätigungseinheit 10 nicht betätigt wird. Wenn die Betätigungseinheit 10 bewegt wird, wird eine Reaktionskraft von der Beaufschlagungseinrichtung generiert. Je weiter entfernt die Betätigungseinheit 10 von der neutralen Position C1 ist, desto größer ist somit die Reaktionskraft (siehe Fs1 in der Zeichnung). Ferner wird auch beim Kippen bzw. Neigen der Betätigungseinheit 10 eine Reibungskraft Ff1 aufgrund eines an der Bewegung beteiligten Mechanismus (wie z.B. des Kardanmechanismus 11) generiert. Diese Reibungskraft Ff1 ändert sich in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10. Die tatsächliche Reaktionskraft (siehe Fr1 in der Zeichnung), die von der Betätigungseinheit 10 zu dem Betätiger übertragen wird, ist somit eine Reaktionskraft, die man durch Zusammenaddieren der Reibungskraft Ff1 und der Reaktionskraft Fs1 aufgrund der Beaufschlagungskraft erhält.
  • Zum Aufheben dieser zusätzlichen Reaktionskraft aufgrund der Reibungskraft Ff1 wird eine positive (+) Antriebskraft aufgebracht, wie dies in 6(b) dargestellt ist. Da sich die Reibungskraft Ff1 in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende positive (+) Antriebskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Position der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die zusätzliche Reaktionskraft aufgrund der Reibungskraft Ff1 aufgehoben, so dass es möglich wird, dem Betätiger nur die Reaktionskraft Fs1 aufgrund der Beaufschlagungskraft von der Betätigungseinheit 10 zu vermitteln.
  • 7(a) und 7(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft während eines Rückstellvorgangs.
  • Die horizontale Achse der in 7(a) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10.
  • Wie in 7(a) dargestellt, wird bei einem Abschwächen der für den Kippvorgang verwendeten Kraft zum Zurückstellen der Betätigungseinheit 10 in Richtung der neutralen Position die Reaktionskraft aufgrund der Beaufschlagungskraft der Beaufschlagungseinrichtung umso schwächer, je mehr die Betätigungseinheit 10 zurückgestellt wird (siehe Ff1 in der Zeichnung). Beim Zurückstellen der Betätigungseinheit 10 wird auch eine Reibungskraft Ff2 aufgrund eines an der Bewegung beteiligten Mechanismus (wie z.B. des Kardanmechanismus 11) generiert. Diese Reibungskraft Ff2 ändert sich in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10. Bei der Zurückstellung der Betätigungseinheit 10 wird die Wirkung dieser Reibungskraft Ff2 in einer Richtung ausgeübt, die der Richtung während des Kippvorgangs entgegengesetzt ist. Somit ist bei der Zurückstellung der Betätigungseinheit 10 die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 vermittelte tatsächliche Reaktionskraft (siehe Fr2 in der Zeichnung) eine Reaktionskraft, die man durch Subtrahieren der Reibungskraft Ff2 von der Reaktionskraft Fs1 aufgrund der Beaufschlagungskraft erhält.
  • Zum Kompensieren dieser aufgrund der Reibungskraft Ff2 reduzierten Reaktionskraft wird eine negative (-) Antriebskraft aufgebracht, wie dies in 7(b) dargestellt ist. Da sich die Reibungskraft Ff2 in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende negative (-) Antriebskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Position der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die Reaktionskraft kompensiert, die aufgrund der Reibungskraft Ff2 vermindert ist, so dass es möglich wird, dem Betätiger nur die Reaktionskraft Fs1 aufgrund der Beaufschlagungskraft von der Betätigungseinheit 10 zu vermitteln.
  • Durch diese Art der Einstellung wird ein Unterschied bei dem Betätigungsgefühl eliminiert zwischen der Situation, in der die Betätigungseinheit 10 gekippt wird, sowie der Situation, in der die Betätigungseinheit 10 zurückgestellt wird, und somit wird die gleiche Reaktionskraft (Betätigungsgefühl) erzielt, wenn die Betätigungseinheit 10 gekippt wird und wenn diese zurückgestellt wird.
  • (Einstellbeispiel: Teil 2)
  • Bei diesem Einstellbeispiel stellt die Steuereinheit 50 die Antriebskraft und die Widerstandskraft derart ein, dass die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10 ein feststehendes Betätigungsgefühl erzeugt, wenn die Betätigungseinheit 10 gekippt wird und wenn diese zurückgestellt wird.
  • 8(a) und 8(b) zeigen jeweils ein Beispiel zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft während eines Kippvorgangs.
  • Die horizontale Achse der in 8(a) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10.
  • Die horizontale Achse der in 8(b) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Antriebskraft und die Widerstandskraft.
  • Wie in 8(a) dargestellt, ist bei dem Kippvorgang der Betätigungseinheit 10 die Beaufschlagungskraft durch die Beaufschlagungseinrichtung umso größer, je mehr die Betätigungseinheit 10 geneigt wird. Gleichzeitig wird aufgrund des Mechanismus eine Reibungskraft entsprechend der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 hinzu addiert bzw. zusätzlich aufgebracht. Die resultierende tatsächliche Reaktionskraft Fr1 wird dem Betätiger vermittelt. Zum Vorgeben dieser Reaktionskraft, die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 vermittelt wird, mit einem Zielwert Ft stellt die Steuereinheit 50 die Antriebskraft und die Widerstandskraft ein.
  • Wenn die tatsächliche Reaktionskraft Fr1 kleiner ist als der Zielwert Ff (Bereich B in 8(a)), ist z.B. die Reaktionskraft während des Kippvorgangs der Betätigungseinheit 10 unzulänglich, so dass die Steuereinheit 50 eine Einstellung dahingehend vornimmt, dass eine Widerstandskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird. Da sich die Differenz zwischen der tatsächlichen Reaktionskraft Fr1 und dem Zielwert Ft in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Bremseinheit (der ersten Bremseinheit 31 oder der zweiten Bremseinheit 32) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Position der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die Reaktionskraft während des Kippvorgangs der Betätigungseinheit 10 um die Widerstandskraft erhöht, so dass die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 zu vermittelnde Reaktionskraft zu dem Zielwert Ft wird.
  • Wenn die tatsächliche Reaktionskraft Fr1 größer ist als der Zielwert Ft (Bereich A in 8(a)), ist ferner die Reaktionskraft während des Kippvorgangs der Betätigungseinheit 10 zu groß, so dass die Steuereinheit 50 eine Einstellung dahingehend vornimmt, dass eine positive (+) Antriebskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird. Da sich die Differenz zwischen der tatsächlichen Reaktionskraft Fr1 und dem Zielwert Ft in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende positive (+) Antriebskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Position der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die Reaktionskraft während der Druckbeaufschlagung der Betätigungseinheit 10 um die positive (+) Antriebskraft unterdrückt, so dass die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 zu vermittelnde Reaktionskraft zu dem Zielwert Ft wird.
  • 9(a) und 9(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft während eines Rückstellvorgangs.
  • Die horizontale Achse der in 9(a) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10.
  • Die horizontale Achse der in 9(b) gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Antriebskraft und Widerstandskraft.
  • Wie in 9(a) dargestellt, wird bei Abschwächung der für den Kippvorgang verwendeten Kraft zum Zurückstellen der Betätigungseinheit 10 in die neutrale Position die Beaufschlagungskraft der Beaufschlagungseinrichtung umso schwächer, je mehr die Betätigungseinheit 10 zurückgestellt wird, und die Wirkung der Reibungskraft, die der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 entspricht, wird aufgrund des Mechanismus in der entgegengesetzten Richtung zu dem Fall aufgebracht, in dem die Betätigungseinheit 10 mit Druck beaufschlagt wird. Die resultierende tatsächliche Reaktionskraft Fr2 wird dem Betätiger vermittelt. Um diese Reaktionskraft, die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 vermittelt wird, auf den Zielwert Ft zu setzen, stellt die Steuereinheit 50 die Antriebskraft und die Widerstandskraft ein.
  • Wenn z.B. die tatsächliche Reaktionskraft Fr2 größer ist als der Zielwert Ft (Bereich A in 9(a)), ist die Reaktionskraft während des Rückstellvorgangs der Betätigungseinheit 10 zu groß, so dass die Steuereinheit 50 eine Einstellung dahingehend vornimmt, dass eine Widerstandskraft auf die Bewegung der Betätigungseinheit 10 ausgeübt wird. Da sich die Differenz zwischen der tatsächlichen Reaktionskraft Fr2 und dem Zielwert Ft in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Bremseinheit (der ersten Bremseinheit 31 oder der zweiten Bremseinheit 32) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die Reaktionskraft während des Rückstellvorgangs der Betätigungseinheit 10 um die Widerstandskraft unterdrückt, so dass die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 zu vermittelnde Reaktionskraft zu dem Zielwert Ft wird. Dabei kann als Einrichtung zum Reduzieren der Widerstandskraft in dem Bereich A die positive (+) Antriebskraft aufgrund der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) verwendet werden. Alternativ können die Widerstandskraft aufgrund der Bremseinheit (der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32) und die positive (+) Antriebskraft aufgrund der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) miteinander kombiniert werden.
  • Wenn die tatsächliche Reaktionskraft Fr2 geringer ist als der Zielwert Ft (Bereich B in 9(a)), ist ferner die Reaktionskraft während des Rückstellvorgangs der Betätigungseinheit 10 unzulänglich, so dass die Steuereinheit 50 eine Einstellung dahingehend vornimmt, dass eine negative (-) Antriebskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird. Da sich die Differenz zwischen der tatsächlichen Reaktionskraft Fr2 und dem Zielwert Ft in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ändert, stellt die Steuereinheit 50 die von der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende negative (-) Antriebskraft in Abhängigkeit von der von der Positionserfassungseinheit (der ersten Positionserfassungseinheit 41 oder der zweiten Positionserfassungseinheit 42) erfassten Position der Betätigungseinheit 10 ein. Hierdurch wird die Reaktionskraft während des Rückstellvorgangs der Betätigungseinheit 10 um die negative (-) Antriebskraft erhöht, so dass die dem Betätiger von der Betätigungseinheit 10 zu vermittelnde Reaktionskraft zu dem Zielwert Ft wird.
  • Indem der Zielwert Ft der Reaktionskraft unabhängig von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 festgelegt wird, wie dies in 8 und 9 veranschaulicht ist, kann dem Betätiger sowohl während des Kippvorgangs als auch während des Rückstellvorgangs der Betätigungseinheit 10 eine feststehende Reaktionskraft (Betätigungsgefühl) vermittelt werden.
  • Hierbei kann der Zielwert Ft der Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 in linearer, gekrümmter oder allmählicher Weise geändert werden. In jedem Fall kann durch Einstellen der Antriebskraft oder der Widerstandskraft in einer derartigen Weise, dass die Differenz zwischen der tatsächlichen Reaktionskraft und dem Zielwert Ft für die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10 ausgeglichen ist, die Steuereinheit 50 dem Betätiger eine Reaktionskraft (Betätigungsgefühl) bei jedem Zielwert Ft vermitteln.
  • (Einstellbeispiel: Teil 3)
  • Bei diesem Einstellbeispiel stellt die Steuereinheit 50 die Antriebskraft und die Widerstandskraft derart ein, dass eine vorgegebene Reaktionskraft erzielt wird.
  • 10(a) bis 10(c) zeigen jeweils eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft.
  • Die horizontale Achse der in 10(a) bis 10(c) gezeigten grafischen Darstellungen veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft der Betätigungseinheit 10.
  • Als erstes wird das in 10(a) dargestellte Einstellbeispiel beschrieben. Wenn die Betätigungseinheit 10 gekippt wird, kann die Betätigungseinheit 10 bis in eine Stoppposition gekippt bzw. geneigt werden. Bei der Stoppposition handelt es sich um eine Position, die z.B. durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist, oder um eine Position, die durch Aufbringen einer Antriebskraft oder Widerstandskraft vorgegeben ist. Dagegen versucht die Betätigungseinheit 10 bei Abschwächung der Kraft, mit der die Betätigungseinheit 10 gekippt worden ist, in Richtung auf die neutrale Position zurückzukehren, und zwar in Abhängigkeit von der Beaufschlagungskraft der Beaufschlagungseinrichtung. Anschließend stoppt die Betätigungseinheit 10 in der Position, in der die Beaufschlagungskraft der Beaufschlagungseinrichtung Null erreicht. Bei der Stoppposition handelt es sich um den Ausgangspunkt. In diesem Fall wird die Reaktionskraft ausgehend von dem Bereich in der Nähe des Ausgangspunkts besonders gering. Die Position, an der die Reaktionskraft Null erreicht, ist der Ausgangspunkt bzw. Ursprung.
  • Wenn der Betätigungseinheit 10 weder eine Antriebskraft noch eine Widerstandskraft hinzugefügt wird, ist die Reaktionskraft so, wie es durch die durchgezogene Linie der Kurvenlinie L1 dargestellt ist. D.h., wenn die Betätigungseinheit 10 ausgehend von einer Position C1 (neutrale Position) gekippt wird, bei der die Reaktionskraft Null beträgt, und die Position der Betätigungseinheit 10 dann S1 erreicht, wird die Stoppposition erreicht und die Reaktionskraft wird erhöht.
  • Wenn die Antriebskraft und/oder die Widerstandskraft unter der Steuerung der Steuereinheit 50 eingestellt wird, kann eine Reaktionskraft ausgeübt werden, wie diese durch die gestrichelte Linie der Kurvenlinie L1 dargestellt ist. D.h., ähnlich wie vorstehend beschrieben wird in dem Stadium, in dem die Betätigungseinheit 10 ausgehend von der Position C1 gekippt wird und die Position der Betätigungseinheit 10 dann S2 erreicht, die vor S1 liegt (Position eines mechanischen Anschlags z.B.), die Reaktionskraft durch Betätigen der Antriebseinheit (der ersten Antriebseinheit 21 oder der zweiten Antriebseinheit 22) und/oder der Bremseinheit (der ersten Bremseinheit 31 oder der zweiten Bremseinheit 32) steil erhöht. Hierdurch kann eine Reaktionskraft bei der vorbestimmten Position S2 als Stoppposition aufgebracht werden, wobei die vorbestimmte Position S2 von der Stoppposition S1 verschieden ist, die z.B. durch einen mechanischen Anschlag gebildet ist. Durch Vermitteln einer Reaktionskraft aufgrund einer Antriebskraft kann das Gefühl erzielt werden, dass beim Kippen der Betätigungseinheit 10 in die vorbestimmte Position S2 die Betätigungseinheit 10 abrupt zurückprallt. Es ist auch möglich, eine Widerstandskraft zum Erzeugen eines Gefühls wie von einem mechanischen Anschlag zu verwenden.
  • Als nächstes wird das in 10(b) dargestellte Einstellbeispiel beschrieben. Bei diesem Einstellbeispiel wird die auf die Betätigungseinheit 10 aufzubringende Reaktionskraft stufenweise verändert, wie dies durch die Kurvenlinie L2 dargestellt ist. Hierdurch kann bei Betätigung der Betätigungseinheit 10 dem Betätiger ein Gefühl vermittelt werden, bei dem die Reaktionskraft allmählich übertragen wird.
  • Als nächstes wird das in 10(c) dargestellte Einstellbeispiel beschrieben. Bei diesem Einstellbeispiel wird eine Reaktionskraft in einer Pulsform bei einer dazwischenliegenden Betätigungsposition der Betätigungseinheit 10 erzeugt, wie dies durch die Kurvenlinie L3 dargestellt ist. Die Reaktionskraft kann in einer Pulsform an einer Mehrzahl von Betätigungspositionen oder an einer einzigen vorbestimmten Betätigungsposition vermittelt werden. Hierdurch kann bei Betätigung der Betätigungseinheit 10 dem Betätiger ein Klickgefühl an einer Position vermittelt werden, an der die Betätigungseinheit 10 eine pulsartige Reaktionskraft durchläuft. Wenn eine pulsartige Reaktionskraft an mehreren Stellen vermittelt wird, können zahlreiche Klickgefühle vermittelt werden.
  • (Einstellbeispiel: Teil 4)
  • Bei diesem Einstellbeispiel führt die Steuereinheit 50 einen Steuerungsvorgang zum Ändern der Referenzposition der Betätigungseinheit 10 aus.
  • 11 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen der Referenzposition.
  • Die horizontale Achse der in 11 gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft, die zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird. Eine Beaufschlagungseinrichtung, die z.B. durch eine Schraubenfeder implementiert ist, ist in der Betätigungseinheit 10 vorgesehen. Die Position C1 für eine Rückstellung zum Ausgangspunkt ist in der Nähe der zentralen Bewegungsposition vorgegeben.
  • Wenn weder eine Antriebskraft noch eine Widerstandskraft zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird, ist die Reaktionskraft so, wie dies durch die Kurvenlinie L4 dargestellt ist. D.h., wenn die Position der Betätigungseinheit 10 C1 ist, handelt es sich bei der Position um die neutrale Position, an der die Reaktionskraft am geringsten ist. Die Position (neutrale Position) C1 der Betätigungseinheit 10 bildet den Ausgangspunkt bei dem Betätigungsvorgang der Betätigungseinheit 10.
  • Wenn die Antriebskraft und die Widerstandskraft unter der Steuerung der Steuereinheit 50 eingestellt werden, kann eine Reaktionskraft erzeugt werden, wie sie durch die Kurvenlinie L4b dargestellt ist. D.h., wenn die Betätigungseinheit 10 ähnlich wie vorstehend beschrieben bewegt wird, werden die Antriebskraft und Widerstandskraft derart eingestellt, dass die Reaktionskraft an einer von der Position C1 verschiedenen Position C2 minimiert wird. Hierdurch kann eine Änderung in der Reaktionskraft derart verlagert werden, dass die von der Position C1 verschiedene Position C2 zu der Referenzposition (neutrale Position) wird.
  • (Einstellbeispiel: Teil 5)
  • Bei diesem Einstellbeispiel führt die Steuereinheit 50 einen derartigen Steuerungsvorgang aus, dass die Widerstandskraft an dem Ausgangspunkt der Betätigungseinheit 10 größer ist als die Widerstandskraft in der Nähe des Ausgangspunkts.
  • 12 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft an der neutralen Position.
  • Die horizontale Achse der in 12 gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft, die zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird. Eine Beaufschlagungseinrichtung, die beispielsweise durch eine Schraubenfeder implementiert wird, ist in der Betätigungseinheit 10 vorgesehen. Die Position C1 für ein Zurückstellen zu dem Ausgangspunkt ist in der Nähe der zentralen Bewegungsposition vorgegeben.
  • Wenn weder eine Antriebskraft noch eine Widerstandskraft zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird, ist die Reaktionskraft so, wie dies durch die Kurvenlinie L5 dargestellt ist. D.h., wenn sich die Betätigungseinheit 10 an der Position C1 für ein Rückstellen zu dem Ausgangspunkt befindet, führt die Kraft von der Beaufschlagungseinrichtung zu einem Gleichgewicht und somit zu einer Minimierung der Reaktionskraft. Wenn die Reaktionskraft an der Position C1 für ein Zurückstellen zu dem Ausgangspunkt minimiert ist, wird jedoch die Position der Betätigungseinheit 10 in einem Zustand instabil, in dem die Betätigungseinheit 10 zu dem Ausgangspunkt zurückgekehrt ist.
  • Wenn die Antriebskraft und die Widerstandskraft unter der Steuerung der Steuereinheit 50 eingestellt werden, kann eine Reaktionskraft erzeugt werden, wie diese durch die Kurvenlinie L6 dargestellt ist. D.h., wenn es sich bei der Position der Betätigungseinheit 10 um die Position C1 für ein Zurückstellen zu dem Ausgangspunkt handelt, werden die Antriebskraft und die Widerstandskraft derart eingestellt, dass eine höhere Reaktionskraft als die Reaktionskraft in der Nähe des Ausgangspunkts erzeugt wird. Wenn sich die Betätigungseinheit 10 an der Position C1 für ein Zurückstellen zu dem Ausgangspunkt befindet, kann somit die Position, an der eine Betätigung stattfinden soll, durch die hohe Reaktionskraft in einem stabilen Zustand sichergestellt werden. Beispielsweise ist es bevorzugt, eine derartige Reaktionskraft zu erzeugen, dass die Position durch eine Widerstandskraft sichergestellt wird, wenn sich die Betätigungseinheit 10 an der Position C1 befindet, sowie eine Antriebskraft in Richtung einer Rückstellung zu dem Ausgangspunkt aufzubringen, wenn die Position von der Position C1 verändert werden soll.
  • (Einstellbeispiel: Teil 6)
  • Bei diesem Einstellbeispiel steuert die Steuereinheit 50 die erste Antriebseinheit 21 und die zweite Antriebseinheit 22 oder die erste Bremseinheit 31 und die zweite Bremseinheit 32 in einer derartigen Weise, dass intermittierend eine Widerstandskraft in der X-Richtung und wenigstens eine von einer Antriebskraft und einer Widerstandskraft in der Y-Richtung erzeugt werden.
  • 13(a) und 13(b) zeigen jeweils eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels zum Einstellen einer intermittierenden Antriebskraft und Widerstandskraft.
  • Dabei veranschaulicht die horizontale Achse der in 13(a) und 13(b) gezeigten Darstellungen die Zeit, die vertikale Achse veranschaulicht die Antriebskraft oder Widerstandskraft.
  • Bei dem in 13(a) dargestellten Einstellbeispiel bringt die Steuereinheit 50 sukzessive eine feststehende Antriebskraft oder Widerstandskraft in festgelegten Zeitintervallen (z.B. Intervallen von 10 ms) auf die Betätigungseinheit 10 auf. Als ein Beispiel zum Aufbringen einer feststehenden Antriebskraft zu festgelegten Zeitintervallen wird eine Antriebskraft in festgelegten Intervallen eingeschaltet/ausgeschaltet (oder die Richtung einer Antriebskraft wird in festgelegten Intervallen umgeschaltet), und zwar in einem Zustand, in dem die Betätigungseinheit 10 an einer vorbestimmten Position gehalten bleibt. Hierdurch kann ein vorbestimmtes Vibrationsgefühl auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht werden, die in der vorbestimmten Position gehalten bleibt.
  • Als ein Beispiel zum Aufbringen einer feststehenden Antriebskraft zu festgelegten Zeitintervallen wird eine Widerstandskraft zu festgelegten Zeitintervallen eingeschaltet/ausgeschaltet, wenn die Betätigungseinheit 10 ausgehend von der neutralen Position gekippt wird oder von der Position, in die die Betätigungseinheit 10 gekippt ist, in die neutrale Position zurückgestellt wird. Hierdurch kann ein Vibrationsgefühl in festgelegten Intervallen auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht werden, während sich diese bewegt.
  • Bei dem in 13(b) dargestellten Einstellbeispiel bringt die Steuereinheit 50 eine Antriebskraft oder Widerstandskraft in einer derartigen Weise auf die Betätigungseinheit 10 auf, dass die Antriebskraft oder Widerstandskraft im Verlauf der Zeit allmählich erhöht wird und das Intervall im Verlauf der Zeit allmählich verkürzt wird. Als ein Beispiel zum Aufbringen einer Antriebskraft in einer derartigen Weise, dass die Antriebskraft in allmählich kürzer werdenden Intervallen allmählich erhöht wird, wird eine Antriebskraft, die in allmählich verkürzten Intervallen allmählich erhöht wird, in einem Zustand aufgebracht, in dem die Betätigungseinheit 10 in einer vorbestimmten Position gehalten bleibt (oder die Richtung der Antriebskraft wird zu der vorstehend genannten Ausschaltzeit umgekehrt). Hierdurch kann ein Vibrationsgefühl, das allmählich zunimmt, an der Betätigungseinheit 10 erzeugt werden, die in der vorbestimmten Position gehalten bleibt.
  • Als ein Beispiel zum Aufbringen einer Widerstandskraft in einer derartigen Weise, dass diese in allmählich kürzer werdenden Intervallen allmählich zunimmt, wird eine Widerstandskraft aufgebracht, die in allmählich kürzer werdenden Intervallen allmählich zunimmt, wenn die Betätigungseinheit 10 ausgehend von der neutralen Position gekippt wird oder von der Position, in die die Betätigungseinheit 10 gekippt ist, in die neutrale Position zurückgestellt wird. Hierdurch kann ein Gefühl, bei dem sich die Vibration allmählich von einer schwachen Vibration in eine starke Vibration ändert, an der Betätigungseinheit 10 erzeugt werden, während sich diese bewegt.
  • Die Arten, mit denen die Steuereinheit 5 sukzessive eine Widerstandskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufbringt, beinhalten mindestens eines von einem Zeitintervall (Teilung), zu dem die Widerstandskraft erzeugt wird, die Breite (Pulsbreite) der aufzubringenden Widerstandskraft sowie die Stärke der aufzubringenden Widerstandskraft. Sukzessive Änderungen der aufzubringenden Widerstandskraft beinhalten mindestens eines von einer Änderung in dem Zeitintervall (Teilung), zu dem die Widerstandskraft zu erzeugen ist, eine Änderung in der Breite (Pulsbreite) der zu erzeugenden Widerstandskraft sowie eine Änderung in der Stärke der zu erzeugenden Widerstandskraft. Aufgrund einer Kombination derselben können verschiedene Vibrationsmuster an der Betätigungseinheit 10 erzeugt werden.
  • (Einstellbeispiel: Teil 7)
  • Bei diesem Einstellbeispiel stellt die Steuereinheit 50 den Bewegungsbereich der Betätigungseinheit 10 durch Steuerung der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32 ein.
  • 14 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen des Bewegungsbereichs. Die horizontale Achse der in 14 gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht die Reaktionskraft, die zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird.
  • Wenn keine Widerstandskraft zusätzlich auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird, handelt es sich bei dem Bewegungsbereich W1 der Betätigungseinheit 10 um den Bereich von mechanischen Anschlägen (Stopppositionen), an denen die Betätigungseinheit 10 anschlägt. Durch Aufbringen einer Widerstandskraft von der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32 auf die Betätigungseinheit 10 unter der Steuerung der Steuereinheit 50 kann der Bewegungsbereich W2 der Betätigungseinheit 10 beliebig vorgegeben werden. D.h., wenn die Betätigungseinheit 10 das jeweilige Ende (die Stoppposition) des Bewegungsbereichs W2 erreicht, kann eine Widerstandskraft, die größer ist als die Widerstandskraft an anderen Positionen als den Stopppositionen, von der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32 aufgebracht werden. Hierdurch kann der Bewegungsbereich W2 unterschiedlich von dem Bewegungsbereich W1 vorgegeben werden, der durch die mechanischen Anschläge geregelt ist. D.h., durch Steuern von wenigstens einer der ersten Bremseinheit 31 und der zweiten Bremseinheit 32 kann der Betätigungsbereich der Betätigungseinheit 10 eingestellt werden.
  • (Einstellbeispiel: Teil 8)
  • Bei diesem Einstellbeispiel korrigiert die Steuereinheit 50 Information hinsichtlich einer Position, die zu dem stabilen Punkts der Betätigungseinheit 10 bei der Bewegung derselben wird, in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von der ersten Positionserfassungseinheit 41 und der zweiten Positionserfassungseinheit 42.
  • 15 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zum Einstellen eines stabilen Punkts.
  • Die horizontale Achse der in 15 gezeigten grafischen Darstellung veranschaulicht die Bewegungsposition der Betätigungseinheit 10, und die vertikale Achse veranschaulicht das Antriebsdrehmoment. Wenn beispielsweise Schrittmotoren als erste Antriebseinheit 21 und zweite Antriebseinheit 22 verwendet werden, ist ein für den Motor spezifischer stabiler Punkt vorhanden, wie dies durch die Kurvenlinie L7 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu weist die Betätigungseinheit 10 die Beaufschlagungskraft einer Schraubenfeder auf, bei der es sich um ein Beispiel für die Beaufschlagungseinrichtung handelt, und der stabile Punkt des Motors muss nicht notwendigerweise mit dem stabilen Punkt der Betätigungseinheit 10 übereinstimmen (siehe Kurvenlinie L8). Daher wird die Position P1, die zu dem stabilen Punkt des Motors wird, zu der Position P2 korrigiert, bei der das Antriebsdrehmoment des Schrittmotors und die Beaufschlagungskraft der Beaufschlagungseinrichtung im Gleichgewicht stehen (sich gegenseitig aufheben).
  • Wenn z.B. die Beaufschlagungskraft der Betätigungseinheit 10 berücksichtigt wird, ist die Position des tatsächlichen stabilen Punkts der Betätigungseinheit 10 P2. Da die in der Steuereinheit 50 vorgegebene berechnete Referenzposition die Position P1 als stabiler Punkt des Motors ist, kommt es zu einer Abweichung zwischen der Position P1 und der Position P2 des tatsächlichen stabilen Punkts der Betätigungseinheit 10. Daher korrigiert die Steuereinheit 50 Information hinsichtlich der von der ersten Positionserfassungseinheit 41 und der zweiten Positionserfassungseinheit 42 erfassten Positionen um einen Betrag, der gleich der Differenz zwischen der Position P1 und der Position P2 ist. Auf diese Weise wird eine Entsprechung zwischen der Referenzposition bei der Steuerung sowie der Position P2 des stabilen Punkts, für den die Beaufschlagungskraft berücksichtigt wird, der Betätigungseinheit 10 bei der Bewegung derselben gefunden. Dies ermöglicht die Ausführung eines äußerst genauen Steuerungsvorgangs.
  • (Beispiel einer Anwendung)
  • Als nächstes wird ein Beispiel für eine Anwendung der Betätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 16 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels zur Anwendung der Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • In 16 ist ein Beispiel zur Anwendung der Betätigungsvorrichtung 1 bei einer Steuerung vom Stab-Typ dargestellt. Bei dieser Stab-Steuerung 100 wird die Betätigungsvorrichtung 1 bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise an einer Position auf der oberen Oberfläche eines Steuerungskörpers 110 angewendet. In dem in 16 dargestellten Beispiel handelt es sich bei Stäben, die auf der oberen Oberfläche des Steuerungskörpers 110 jeweils auf der linken und der rechten Seite vorgesehen sind, jeweils um eine Betätigungseinheit 10 der Betätigungsvorrichtung 1
  • Bei Anwendung der Betätigungsvorrichtung 1 an der Stab-Steuerung 100 kann die Referenzposition im Verlauf der Zeit verlagert werden, so dass eine angemessene Betätigung der Stab-Steuerung 100 zu dem Betätiger übermittelt wird. D.h., in 11 kann die Position C2, die zu der Referenzposition der Reaktionskraft wird, im Verlauf der Zeit verlagert werden, so dass der Betätiger ohne weiteres die Position erkennen kann, an der sich der Stab befinden sollte. Beispielsweise kann durch Einstellen der Ausgangssignale der Antriebseinheit und der Bremseinheit für jede Achse in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung der Betätigungseinheit 10 (Stab) die Kraft verteilt werden, die der Richtung der jeweiligen Achse entspricht. Durch proportionales Verteilen der Kraft entlang der Betätigungsrichtung ist es möglich, eine Reaktionskraft in der gleichen Richtung wie der Betätigungsrichtung hinzu zu addieren, wobei es auch möglich ist, eine Aktion zum Hinzuaddieren einer Kraft in einer von der Betätigungsrichtung verschiedenen Richtung, wie z.B. in einer zu der Betätigungsrichtung orthogonalen Richtung, durch Ändern des Verhältnisses zu veranlassen. In diesem Fall hat der Betätiger das Gefühl, als würde der Stab veranlasst, einer bestimmten Bahn zu folgen. Diese Arbeitsweise wird vorzugsweise in einem Tutorial-Modus bei einem Spiel eingesetzt. Da die Betätigungseinheit 10 in dem Tutorial-Modus veranlasst wird, einer bestimmten Bahn zu folgen, wird dann, wenn der Betätiger die Betätigungseinheit 10 entlang einer anderen Bahn als dieser Bahn bewegt, die Reaktionskraft erhöht. Somit kann der Betätiger lernen, die Betätigungseinheit 10 entlang der bestimmten Bahn zu bewegen.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, kann mit der vorliegenden Ausführungsform die Betätigungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden, die eine exakte und stabile Betätigung sowie ein Feinbetätigungsgefühl vermitteln kann, indem eine Antriebskraft und eine Widerstandskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht werden, die in wenigstens einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung betätigt werden kann.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist zwar vorstehend beschrieben worden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst z.B. auch Ausführungsformen, die man durch Hinzufügen oder Weggelassen von Bestandteilen zu bzw. von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, durch Ausführung von Konstruktionsänderungen an der Ausführungsform oder durch geeignetes Kombinieren von Merkmalen bei den Konstruktionsbeispielen der Ausführungsform erhält, solange die erzielten Ausführungsformen im beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, wobei die Hinzufügungen, Weglassungen, Konstruktionsänderungen oder Kombinationen von einem Durchschnittsfachmann ausgeführt werden. Beispielsweise in einem Fall, in dem die in 11 dargestellte Position C2 als neutrale Position verwendet wird, kann dann, wenn keine zusätzliche Betätigungskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird, die Betätigungseinheit 10 in ihrer aktuellen Position gehalten werden; und nur wenn eine zusätzliche Betätigungskraft auf die Betätigungseinheit 10 aufgebracht wird, kann eine Reaktionskraft zum Ziehen der Betätigungseinheit 10 in die Position C2 erzeugt werden. Obwohl in 13 ein Vibrationsgefühl durch Steuern der Widerstandskraft vermittelt worden ist, kann Vibration auch durch die Antriebskraft oder durch eine Kombination aus der Widerstandskraft und der Antriebskraft erzeugt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Betätigungsvorrichtung
    10
    Betätigungseinheit
    11
    Kardanmechanismus
    21
    erste Antriebseinheit
    22
    zweite Antriebseinheit
    31
    erste Bremseinheit
    32
    zweite Bremseinheit
    41
    erste Positionserfassungseinheit
    42
    zweite Positionserfassungseinheit
    50
    Steuereinheit
    51
    erste Antriebssteuerschaltung
    52
    erste Bremssteuerschaltung
    53
    zweite Antriebssteuerschaltung
    54
    zweite Bremssteuerschaltung
    55
    Recheneinheit
    56
    Speichereinheit
    57
    Stromversorgungseinheit
    58
    Kommunikationseinheit
    100
    Stab-Steuerung
    110
    Steuerungskörper
    411
    Mittelachse
    420
    Halteeinheit
    430
    erstes Joch
    431
    Kreisringbereich
    432
    zylindrischer Bereich
    433
    Stufenbereich
    434
    Innenumfangsfläche
    440
    zweites Joch
    450
    Erregerspule
    451
    Verbindungselement
    451a
    Eingangsbereich
    460
    ringförmiges Element
    470
    Joch
    480
    Freiraum
    500
    externes System
    4100
    Bremsbetätigungseinheit
    4110
    Wellenbereich
    4120
    Magnetscheibe
    4140
    Abstützelement
    4150
    Radiallager
    4160
    magnetorheologische Flüssigkeit
    A, B
    Bereich
    C1
    neutrale Position
    C2
    Position
    Ff1, Ff2
    Reibungskraft
    Fr1, Fr2, Fs1
    Reaktionskraft
    Ft
    Zielwert
    L1 bis L8
    Kurvenlinie
    L4b
    Kurvenlinie
    S1
    Stoppposition
    S2
    vorbestimmte Position
    W1, W2
    Bewegungsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4165734 [0005]

Claims (9)

  1. Betätigungsvorrichtung, aufweisend: eine Betätigungseinheit, die sich wenigstens in einer ersten Richtung und einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung betätigen lässt; eine erste Antriebseinheit, die eine erste Antriebskraft auf die Betätigungseinheit aufbringt, wobei es sich bei der ersten Antriebskraft um eine Antriebskraft in der ersten Richtung handelt; eine erste Bremseinheit, die eine erste Widerstandskraft aufbringt, die der Bewegung der Betätigungseinheit in der ersten Richtung entgegenwirkt; eine erste Positionserfassungseinheit, die eine Position der Betätigungseinheit in der ersten Richtung erfasst; eine zweite Antriebseinheit, die eine zweite Antriebskraft auf die Betätigungseinheit aufbringt, wobei es sich bei der zweiten Antriebskraft um eine Antriebskraft in der zweiten Richtung handelt; eine zweite Bremseinheit, die eine zweite Widerstandskraft aufbringt, die der Bewegung der Betätigungseinheit in der zweiten Richtung entgegenwirkt; eine zweite Positionserfassungseinheit, die eine Position der Betätigungseinheit in der zweiten Richtung erfasst; und eine Steuereinheit, die die erste Antriebskraft und die erste Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der ersten Positionserfassungseinheit erfassten Position in der ersten Richtung einstellt und die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft in Abhängigkeit von der von der zweiten Positionserfassungseinheit erfassten Position in der zweiten Richtung einstellt.
  2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die erste Antriebskraft, die erste Widerstandskraft, die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft unter Berücksichtigung einer Reibungskraft bei der Bewegung der Betätigungseinheit einstellt.
  3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit wenigstens eines ausführt von: - wenn die erste Positionserfassungseinheit eine vorgegebene Stoppposition in der ersten Richtung erfasst, Einstellen der ersten Antriebskraft und/oder der ersten Widerstandskraft derart, dass eine Reaktionskraft der Betätigungseinheit größer wird als die Reaktionskraft an einer anderen Position als der Stoppposition in der ersten Richtung, und - wenn die zweite Positionserfassungseinheit eine vorgegebene Stoppposition in der zweiten Richtung erfasst, Einstellen der zweiten Antriebskraft und/oder der zweiten Widerstandskraft derart, dass die Reaktionskraft der Betätigungseinheit größer wird als die Reaktionskraft an einer anderen Position als der Stoppposition in der zweiten Richtung.
  4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin eine Beaufschlagungseinrichtung zum Zurückstellen der Betätigungseinheit zu einem Ausgangspunkt aufweist, wobei die Steuereinheit die erste Antriebskraft, die erste Widerstandskraft, die zweite Antriebskraft und die zweite Widerstandskraft derart einstellt, dass eine Position, die von dem Ausgangspunkt aufgrund der Beaufschlagungseinrichtung verschieden ist, als Ausgangspunkt vorgegeben wird.
  5. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin eine Beaufschlagungseinrichtung zum Zurückstellen der Betätigungseinheit zu einem Ausgangspunkt aufweist, wobei die Steuereinheit die erste Widerstandskraft und die zweite Widerstandskraft der Betätigungseinheit an dem Ausgangspunkt größer macht als die erste Widerstandskraft und die zweite Widerstandskraft in der Nähe des Ausgangspunkts.
  6. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit wenigstens eines ausführt von: - intermittierendem Ändern von mindestens einer der ersten Antriebskraft und der ersten Widerstandskraft, und - intermittierendem Ändern von mindestens einer der zweiten Antriebskraft und der zweiten Widerstandskraft.
  7. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit wenigstens eines ausführt von: - intermittierendem und allmählichem Ändern von mindestens einer der ersten Antriebskraft und der ersten Widerstandskraft, und - intermittierendem und allmählichem Ändern von mindestens einer der zweiten Antriebskraft und der zweiten Widerstandskraft.
  8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit Positionsinformation, die zu einem stabilen Punkt der Betätigungseinheit bei der Betätigung der Betätigungseinheit wird, zu einer Position, die zu einem stabilen Punkt der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit wird, in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal von der ersten Positionserfassungseinheit und der zweiten Positionserfassungseinheit korrigiert.
  9. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Bremseinheit und die zweite Bremseinheit jeweils eine magnetorheologische Flüssigkeit und eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit aufweisen, die ein Magnetfeld an die magnetorheologische Flüssigkeit anlegt.
DE112020004035.6T 2019-08-28 2020-03-17 Betätigungsvorrichtung Pending DE112020004035T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-155489 2019-08-28
JP2019155489 2019-08-28
PCT/JP2020/011733 WO2021038935A1 (ja) 2019-08-28 2020-03-17 操作装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112020004035T5 true DE112020004035T5 (de) 2022-05-12

Family

ID=74685383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020004035.6T Pending DE112020004035T5 (de) 2019-08-28 2020-03-17 Betätigungsvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7297072B2 (de)
CN (1) CN114008557B (de)
DE (1) DE112020004035T5 (de)
WO (1) WO2021038935A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4165734B2 (ja) 2000-02-29 2008-10-15 マイクロソフト コーポレーション ハプティックフィードバックジョイスティック

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2308990C (en) * 2000-05-16 2007-08-07 Techmire Ltd. Multiple-slide die-casting system
CN105814521B (zh) * 2013-12-12 2018-12-18 松下知识产权经营株式会社 输入输出操作装置
JP2016007345A (ja) * 2014-06-24 2016-01-18 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント ゲームシステム
JP6531109B2 (ja) * 2014-09-30 2019-06-12 アルプスアルパイン株式会社 操作装置
JP6382076B2 (ja) * 2014-11-18 2018-08-29 株式会社栗本鐵工所 ラジオコントロールシステム
JP6587960B2 (ja) * 2016-03-14 2019-10-09 アルプスアルパイン株式会社 入力装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4165734B2 (ja) 2000-02-29 2008-10-15 マイクロソフト コーポレーション ハプティックフィードバックジョイスティック

Also Published As

Publication number Publication date
CN114008557A (zh) 2022-02-01
JP7297072B2 (ja) 2023-06-23
JPWO2021038935A1 (de) 2021-03-04
WO2021038935A1 (ja) 2021-03-04
CN114008557B (zh) 2023-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2924535B1 (de) Joystick mit intrinisch sicherem force-feedback
DE10018191B4 (de) Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug
DE102017108804A1 (de) Anhängerrückfahrunterstützungseingabe mit zweistufiger federrate
DE2648475C2 (de) Lenkungssystem für hydrostatisch angetriebene Kraftfahrzeuge
DE102019115329B4 (de) Manuell bedienbare Steuervorrichtung
EP2388180A2 (de) Rückfahrhilfeeinrichtung zur Regelung einer Rückwärtsfahrt eines Fahrzeuggespanns
DE102011052205A1 (de) Positionssteuerungssystem für kreuzgekoppelten Betrieb von Fly-By-Wire-Steuersäulen
WO2013117313A1 (de) Fahrerassistenzsystem für einen kraftwagen, kraftwagen und verfahren zum betreiben eines fahrerassistenzsystems
DE102017222952A1 (de) Anpassung des Lenkgefühls bei Steer-by-Wire-Lenksystemen
DE102020203545A1 (de) Wählbares geschwindigkeits- oder positionsbasiertes steuersystem für ein arbeitsfahrzeug
WO2019011537A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum berechnen einer bewegungsbahn eines fahrzeuges
DE10017138C2 (de) Taumelmotor
EP3343311B1 (de) Bedienhebel mit aktiver rückmeldeeinheit
EP3096197A2 (de) Steuersystem für fahrzeuge
DE112020004035T5 (de) Betätigungsvorrichtung
DE2527055A1 (de) Steuervorrichtung fuer mechanische einheit
EP3477419A1 (de) Bedieneinheit zur steuerung von maschinen oder ähnlichem
DE60006149T2 (de) Verfahren zur steuerung einer berührungsempfindlichen oberfläche
DE112020002748T5 (de) Lenksteuervorrichtung, lenksteuerverfahren und lenkunterstützungssystem diese einschliessend
EP0300233A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Rangieren eines Fahrzeugs
DE102018200094A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, Lenksystem
DE102008028365A1 (de) Rotorfluggerät mit einer Steuereinrichtung zum Generieren von Steuerbefehlen
EP2082944B1 (de) Verfahren zum Erzeugen eins Rückführdrehmoment-Signals
DE3610463A1 (de) Vorder- und hinterradlenkeinrichtung fuer fahrzeuge
DE2823354A1 (de) Servolenkung fuer einen rollstuhl

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed