JP2003140757A - ハプティック入力装置 - Google Patents

ハプティック入力装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ安価なレバーハンドルを備えた操作
フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置を提
供する。 【解決手段】 球面軸受１を有する支持部材２と、球面
軸受１にて支持される球面部３を有するレバーハンドル
４と、レバーハンドル４の下端面と対向に配置された電
磁コイル５と、レバーハンドル４の操作状態を検知する
検知手段６と、検知手段６の出力信号ａを取り込み、当
該出力信号ａに基づく電磁コイル５の駆動信号ｂを出力
する制御手段７とをもってハプティック入力装置を構成
する。制御手段７は、検知手段６から入力される出力信
号ａに対応する電磁コイル５の制御信号ｃを第１記憶部
７２から読み出し、第１ドライバ回路７５に出力する。
第１ドライバ回路７５は、ＣＰＵ７４より出力された制
御信号ｃをＤ／Ａ変換して増幅し、電磁コイル５の駆動
信号ｂを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作フィーリング
付与機能付きのハプティック入力装置に係り、特に、レ
バーハンドルタイプのハプティック入力装置の操作フィ
ーリング付与手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車のステアリング装置や
ギアシフト装置、それに車載されたエアコン、ラジオ、
テレビジョン、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーションシス
テム等の電気機器を、運転室に配置されたノブを操作す
ることによって遠隔操作するハプティック入力装置が提
案されている。また、この種のハプティック入力装置と
しては、所望の装置や電気機器の操作に際してノブの操
作を確実に行えるようにするため、ノブの操作方向又は
操作位置に応じて特有の操作フィーリングをノブに付与
するものも従来より提案されている。
【０００３】前記ノブとしては、従来より、回転軸を回
転操作するロータリノブのほか、揺動軸を揺動操作のみ
する揺動専用のレバーハンドルや、揺動軸を揺動操作す
ると共に当該揺動軸を回転操作する回転機能付きの揺動
レバーハンドルなどが用いられている。本明細書におい
ては、揺動専用のレバーハンドルと回転機能付きの揺動
レバーハンドルを総称して、「レバーハンドル」とい
う。
【０００４】レバーハンドルを備えた操作フィーリング
付与機能付きのハプティック入力装置としては、図５
（ａ）に例示するように、支持部材１０１に回転自在に
支持された回転軸１０２と、当該回転軸１０２に固着さ
れたレバーハンドル１０３と、前記回転軸１０２に主軸
が直結された回転モータ（アクチュエータ）１０４と、
当該回転モータ１０４の主軸に主軸が直結されたエンコ
ーダ（検知手段）１０５とを備えてなり、レバーハンド
ル１０３の揺動運動を回転軸１０２の回転運動に変換し
てレバーハンドル１０３の揺動量及び揺動方向をエンコ
ーダ１０５にて検出し、検出された揺動量及び揺動方向
に応じた駆動信号で回転モータ１０４を駆動してレバー
ハンドル１０３に所要の操作フィーリングを付与するも
のが提案されている。なお、図５（ａ）においては、レ
バーハンドル１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例
にとって説明したが、レバーハンドル１０３を任意の方
向に揺動可能なタイプについては、２組の支持部材１０
１と回転軸１０２とが必要になる。
【０００５】また、図５（ｂ）に例示するように、支持
部材１０１に揺動自在に支持されたレバーハンドル１０
３と、ソレノイド（アクチュエータ）１０６と、可変抵
抗器（検知手段）１０７と、前記レバーハンドル１０３
と前記ソレノイド１０６の主軸とに両端部がそれぞれピ
ン結合されたリンク１０８と、前記レバーハンドル１０
３と前記可変抵抗器１０７の操作部とを連結する連結部
材１０９とを備えてなり、レバーハンドル１０３の揺動
運動を連結部材１０９の直線運動に変換してレバーハン
ドル１０３の揺動量及び揺動方向を可変抵抗器１０７に
て検出し、検出された揺動量及び揺動方向に応じた駆動
信号でソレノイド１０６を駆動してレバーハンドル１０
３に所要の操作フィーリングを付与するものも提案され
ている。なお、図５（ｂ）においては、レバーハンドル
１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例にとって説明
したが、レバーハンドル１０３を任意の方向に揺動可能
なタイプについては、２組の可変抵抗器１０７と連結部
材１０９とが必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
のレバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付
きのハプティック入力装置は、レバーハンドル１０３の
揺動運動を回転運動に変換するための回転軸１０２や、
レバーハンドル１０３の揺動運動を直線運動に変換する
リンク１０８及び連結部材１０９を必須の構成要素とす
るので、ロータリノブを備えた操作フィーリング付与機
能付きのハプティック入力装置に比べて構造が複雑にな
り、ハプティック入力装置が大型かつ高コストになると
いう不都合がある。
【０００７】本発明は、かかる従来技術の不備を解消す
るためになされたものであって、その課題とするところ
は、小型かつ安価なレバーハンドルを備えた操作フィー
リング付与機能付きのハプティック入力装置を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、操作者が手動で操作するレバーハンドル
と、前記レバーハンドルの支持部と、前記レバーハンド
ルの端面と対向に配置され、前記レバーハンドルに直接
外力を加えるアクチュエータと、前記レバーハンドルの
操作状態を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信
号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御
手段とを備えるという構成にした。
【０００９】このように、アクチュエータとして、レバ
ーハンドルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに
直接外力を加えるものを備えると、レバーハンドルの揺
動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハン
ドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略で
きるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付
与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化する
ことができ、この種のハプティック入力装置の小型化と
低コスト化を図ることができる。
【００１０】本発明は、前記の課題を解決するため、前
記支持部に対する前記レバーハンドルの揺動量及び揺動
方向並びに前記支持部に対する前記レバーハンドルの回
転量及び回転方向を前記検知手段にて検知し、前記レバ
ーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転
方向に応じた前記検知手段の出力信号に基づいて前記ア
クチュエータの駆動を制御するという構成にした。
【００１１】このように、支持部に対するレバーハンド
ルの揺動量及び揺動方向と支持部に対するレバーハンド
ルの回転量及び回転方向の双方を検知手段にて検知し、
これらレバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転
量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号に基づいて
アクチュエータの駆動を制御すると、１つのレバーハン
ドルの操作で、レバーハンドルの揺動量及び揺動方向に
応じた被操作装置の制御信号とレバーハンドルの回転量
及び回転方向に応じた被操作装置の制御信号とを得るこ
とができるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリ
ング付与機能付きハプティック入力装置の多機能化を図
ることができる。
【００１２】本発明は、前記の課題を解決するため、前
記支持部とレバーハンドルとの間に、前記レバーハンド
ルを前記支持部に設定されたセンター位置に自動的に復
帰させるための弾性部材を設けるという構成にした。
【００１３】このように、支持部とレバーハンドルとの
間にセンター復帰用の弾性部材を設けると、操作者がレ
バーハンドルから手を離したときに、弾性部材の弾性力
によってレバーハンドルを自動的にセンター位置に復帰
させることができるので、簡単な構成でセンター復帰機
能付きのハプティック入力装置を得ることができる。
【００１４】本発明は、前記の課題を解決するため、前
記アクチュエータとして、電磁ブレーキを用いるという
構成にした。
【００１５】このように、アクチュエータとして電磁ブ
レーキを用いると、電磁コイルを強磁性が付与されたレ
バーハンドルの端面と対向に配置するだけでレバーハン
ドルに直接外力を加えることができるので、レバーハン
ドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティ
ック入力装置の構成を簡略化することができ、この種の
ハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ること
ができる。
【００１６】本発明は、前記の課題を解決するため、前
記アクチュエータとして、非通電時に前記レバーハンド
ルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを
用いるという構成にした。
【００１７】このように、非通電時にレバーハンドルに
外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用い
ると、レバーハンドルの操作時にのみ電磁ブレーキに通
電すれば良いので、ハプティック入力装置の消費電力を
小さなものにすることができる。
【００１８】本発明は、前記の課題を解決するため、前
記検知手段として、前記レバーハンドルの端面に検出光
を照射して前記レバーハンドルの端面からの反射光を検
出し、前記レバーハンドルの操作位置と操作方向を検出
する非接触型光学式位置センサを用い、当該非接触型光
学式位置センサを前記レバーハンドルの端面と対向に配
置するという構成にした。
【００１９】このように、レバーハンドルの揺動量及び
揺動方向や回転量及び回転方向を検知する検知手段とし
て非接触型光学式位置センサを用いると、エンコーダや
可変抵抗器を用いた場合のように、レバーハンドルの揺
動運動を回転運動や直線運動に変換する機構が不要にな
るので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与
機能付きのハプティック入力装置の構成をより一層簡略
化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るハプティック
入力装置の第１例を、図１及び図２に基づいて説明す
る。図１は第１実施形態例に係るハプティック入力装置
の構成図、図２はレバーハンドルに加えられる外力を例
示する波形図である。
【００２１】図１に示すように、本例のハプティック入
力装置は、球面軸受１を有する支持部材２と、前記球面
軸受１にて支持される球面部３を有するレバーハンドル
４と、レバーハンドル４の下端面と対向に配置された電
磁コイル５と、レバーハンドル４の操作状態を検知する
検知手段６と、検知手段６の出力信号ａを取り込み、当
該出力信号ａに基づく電磁コイル５の駆動信号ｂを出力
する制御手段７とを備えてなる。このハプティック入力
装置が自動車のステアリング装置やギアシフト装置又は
車載された各種電気機器の遠隔操作装置として適用され
る場合、前記支持部材２は、自動車のダッシュボード或
いはコンソールボックス等を構成するパネル８の内部に
設置され、レバーハンドル４の上部に形成された把持部
９は、当該パネル８の外部に配置される。
【００２２】前記球面部３は、前記レバーハンドル４の
略中央部に形成されており、当該球面部３を前記球面軸
受１で支持することにより、前記レバーハンドル４は支
持部材２に対して揺動自在かつ回転自在に取り付けられ
る。また、前記レバーハンドル４の下端部には、略半球
状の外力受部１０が形成されており、その下端面である
球面１０ａには、板ばね１０ｂを介して磁性板１１が設
けられている。
【００２３】前記電磁コイル５とその上面に設けられた
ライニング材１２は、前記球面１０ａに設けられた磁性
板１１と共働してレバーハンドル４に外力を加える電磁
ブレーキ１３を構成するものである。
【００２４】前記検知手段６としては、公知に属する任
意の位置センサを用いることができるが、非接触でレバ
ーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回
転方向を検知できて汚染や摩耗による特性の経時変化が
小さく、かつ、エンコーダや可変抵抗器を用いた場合の
ようにレバーハンドル４の揺動運動を回転運動や直線運
動に変換する機構が不要になることから、ライニング材
１２の表面に検出光を照射してライニング材１２の表面
からの反射光を検出し、レバーハンドル４の操作位置と
操作方向とを検出する非接触型光学式位置センサを用い
ることが特に好ましい。
【００２５】前記制御手段７は、図１に示すように、検
知手段６からの出力信号ａを入力する入力部７１と、前
記出力信号ａに対応する電磁コイル５の制御信号ｃがテ
ーブルの形で記憶された第１記憶部７２と、前記出力信
号ａに対応する被操作装置の制御信号ｄがテーブルの形
で記憶された第２記憶部７３と、入力部７１に入力され
た検知手段６からの出力信号ａに応じた電磁コイル５の
制御信号ｃ及び被操作装置の制御信号ｄを第１記憶部７
２及び第２記憶部７３よりそれぞれ読み出して出力する
ＣＰＵ７４と、ＣＰＵ７４より出力された制御信号ｃを
Ｄ／Ａ変換して増幅し、電磁コイル５の駆動信号ｂを生
成する第１ドライバ回路７５と、ＣＰＵ７４より出力さ
れた制御信号ｄをＤ／Ａ変換して増幅し、被操作装置の
駆動信号ｅを生成する第２ドライバ回路７６と、電磁コ
イル５の駆動信号ｂ及び被操作装置の駆動信号ｅを出力
する出力部７７とを備えてなる。
【００２６】第１記憶部７２には、レバーハンドル４を
用いて操作しようとする被操作装置の種類や調整しよう
とする機能の種類に応じて、任意の外力テーブルを記憶
することができる。図２（ａ）は、レバーハンドル４を
センター位置（レバーハンドル４が垂直になる位置）か
ら＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に揺動操作したとき
にレバーハンドル４に加えられる外力を例示する図であ
って、各揺動方向に応じて異なるクリック感触をレバー
ハンドル４に加える場合が例示されている。また、図２
（ｂ）は、レバーハンドル４を当該レバーハンドル４の
軸線Ａ−Ａ回りに回転操作したときにレバーハンドル４
に加えられる外力を例示する図であって、回転量に応じ
て異なる大きさの抵抗感をレバーハンドル４に加える場
合が例示されている。操作者は、このクリック感触や抵
抗感を感得することによって、レバーハンドル４が意図
した方向に揺動操作されているか否か、或いは、レバー
ハンドル４が意図した回転量だけ回転操作されたか否か
をブラインドタッチで知ることができるので、ハプティ
ック入力装置の操作性を良好なものにすることができ
る。なお、レバーハンドル４が＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋
Ｙ方向、−Ｙ方向以外の斜め方向に揺動操作された場合
には、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力せず、レバーハ
ンドル４に何らの外力も加えないようにすることもでき
るし、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力し、レバーハン
ドル４をロックする外力も加えるようにすることもでき
る。
【００２７】本例のハプティック入力装置は、レバーハ
ンドル４に外力を加えるアクチュエータとして、レバー
ハンドル４の下端面に設けられた磁性板１１と当該磁性
板１１と対向に配置されたライニング材１２及び電磁コ
イル５とからなる電磁ブレーキ１３を備え、板ばね１０
ｂ及び磁性体１１を介してレバーハンドル４に外力を加
えるようにしたので、レバーハンドルの揺動運動を回転
運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運
動を直線運動に変換するリンク等を省略することがで
き、レバーハンドル４を備えた操作フィーリング付与機
能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化すること
ができて、この種のハプティック入力装置の小型化と低
コスト化を図ることができる。また、本例のハプティッ
ク入力装置は、支持部材２に対するレバーハンドル４の
揺動量及び揺動方向並びに支持部材２に対するレバーハ
ンドル４の回転量及び回転方向の双方を検知手段６にて
検知し、これらレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向
並びに回転量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号
に基づいて電磁コイル５の駆動を制御するので、１つの
レバーハンドル１の操作で、レバーハンドル４の揺動量
及び揺動方向に応じた被操作装置の制御信号とレバーハ
ンドル４の回転量及び回転方向に応じた被操作装置の制
御信号とを得ることができ、レバーハンドル４を備えた
操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の
多機能化を図ることができる。
【００２８】次に、本発明に係るハプティック入力装置
の第２例を、図３に基づいて説明する。図３は第２実施
形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００２９】図３に示すように、本例のハプティック入
力装置は、電磁ブレーキ１３として、電磁コイル５と、
当該電磁コイル５の下方に配置された永久磁石１３ｂ
と、前記球面部３に取り付けられた磁性板１１とからな
り、電磁コイル５の非通電時に永久磁石１３ｂの作用に
よって磁性板１１を吸引し、レバーハンドル４に外力を
加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたこと
を特徴とする。その他については、第１実施形態例に係
るハプティック入力装置と同じであるので、対応する部
分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３０】本例のハプティック入力装置は、第１実施
形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有す
るほか、電磁ブレーキ１３として非通電時にレバーハン
ドル４に外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレー
キを用いたので、レバーハンドル４の操作時にのみ電磁
コイル１３ａに通電すれば良く、ハプティック入力装置
の消費電力を低減できるという効果を有する。
【００３１】次に、本発明に係るハプティック入力装置
の第３例を、図４に基づいて説明する。図４は第３実施
形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００３２】図４に示すように、本例のハプティック入
力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置
の支持部材２とレバーハンドル４との間に、レバーハン
ドル４をセンター位置に自動的に復帰させるための弾性
部材１４を設けたことを特徴とする。その他について
は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じ
であるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明
を省略する。
【００３３】本例のハプティック入力装置は、第１実施
形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有す
るほか、センター復帰用の弾性部材１４を設けたので、
操作者がレバーハンドル４から手を離したときに弾性部
材１４の弾性力によってレバーハンドル４を自動的にセ
ンター位置に復帰させることができ、簡単な構成でセン
ター復帰機能付きのハプティック入力装置を得ることが
できる。
【００３４】なお、前記各実施形態例においては、ハプ
ティック入力装置を自動車のステアリング装置やギアシ
フト装置又は車載電気機器の遠隔操作装置として適用し
た場合を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに
限定されるものではなく、他の任意の被操作装置の遠隔
操作装置として適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のハプティ
ック入力装置は、アクチュエータとして、レバーハンド
ルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに直接外力
を加えるものを備えたので、レバーハンドルの揺動運動
を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの
揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略すること
ができ、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与
機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化するこ
とができて、この種のハプティック入力装置の小型化と
低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係るハプティック入力装置の
構成図である。
【図２】第１実施形態例に係るハプティック入力装置の
レバーハンドルに加えられる外力を例示する波形図であ
る。
【図３】第２実施形態例に係るハプティック入力装置の
構成図である。
【図４】第３実施形態例に係るハプティック入力装置の
構成図である。
【図５】従来例に係るハプティック入力装置の構成図で
ある。
【符号の説明】
１ 球面軸受 ２ 支持部材 ３ 球面部 ４ レバーハンドル ５ 電磁コイル ６ 検知手段 ７ 制御手段 １１ 磁性板 １２ ライニング材 １３ 電磁ブレーキ １４ 弾性部材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操作者が手動で操作するレバーハンドル
    と、前記レバーハンドルの支持部と、前記レバーハンド
    ルの端面と対向に配置され、前記レバーハンドルに直接
    外力を加えるアクチュエータと、前記レバーハンドルの
    操作状態を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信
    号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御
    手段とを備えたことを特徴とするハプティック入力装
    置。
  2. 【請求項２】 前記支持部に対する前記レバーハンドル
    の揺動量及び揺動方向並びに前記支持部に対する前記レ
    バーハンドルの回転量及び回転方向を前記検知手段にて
    検知し、前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並び
    に回転量及び回転方向に応じた前記検知手段の出力信号
    に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御することを
    特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
  3. 【請求項３】 前記支持部とレバーハンドルとの間に、
    前記レバーハンドルを前記支持部に設定されたセンター
    位置に自動的に復帰させるための弾性部材を設けたこと
    を特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
  4. 【請求項４】 前記アクチュエータとして、電磁ブレー
    キを用いたことを特徴とする請求項１に記載のハプティ
    ック入力装置。
  5. 【請求項５】 前記アクチュエータとして、非通電時に
    前記レバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプ
    の電磁ブレーキを用いたことを特徴とする請求項１に記
    載のハプティック入力装置。
  6. 【請求項６】 前記検知手段として、前記レバーハンド
    ルの端面に検出光を照射して前記レバーハンドルの端面
    からの反射光を検出し、前記レバーハンドルの操作位置
    と操作方向を検出する非接触型光学式位置センサを用
    い、当該非接触型光学式位置センサを前記レバーハンド
    ルの端面と対向に配置したことを特徴とする請求項１に
    記載のハプティック入力装置。
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