JP2004114201A - 力覚付与入力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】クリック機構と同様のクリック感触を電気制御によって発生できる力覚付与入力装置の提供。
【解決手段】ＣＰＵ４によるモータ２の電気制御により、ロータリノブ１の回転角が所定の角度（２０°，４０°，６０°，…３６０°）に達する前においてモータ２からロータリノブ１に回転方向と同方向のトルクを与えてこのトルクを最大値から０まで減少させていき、ロータリノブ１の回転角が所定の回転角に達したときにロータリノブ１の角速度に基づいてロータリノブ１にトルク積を与え、ロータリノブ１の回転角が所定の回転角を越えた後においてロータリノブ１に回転方向と逆方向のトルクを与えてこのトルクを０から最大値まで増大させる。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＰＵ４によるモータ２の電気制御により、ロータリノブ１の回転角が所定の角度（２０°，４０°，６０°，…３６０°）に達する前においてモータ２からロータリノブ１に回転方向と同方向のトルクを与えてこのトルクを最大値から０まで減少させていき、ロータリノブ１の回転角が所定の回転角に達したときにロータリノブ１の角速度に基づいてロータリノブ１にトルク積を与え、ロータリノブ１の回転角が所定の回転角を越えた後においてロータリノブ１に回転方向と逆方向のトルクを与えてこのトルクを０から最大値まで増大させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動で操作される操作部材にクリック感触を発生させる力覚付与入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、クリック機構により操作部材にクリック感触を発生させる機械式の入力装置はあったが、電気制御される電動アクチュエータにより操作部材にトルクを与えてクリック感触を発生させる力覚付与入力装置はなく、このような力覚付与入力装置の実現が要望されていた。
【０００３】
そこで、本願発明者は、上述の要望に応えるために本発明の開発を開始し、本発明の開発段階において、次の試作品を作製した。
【０００４】
本発明の開発段階で試作した力覚付与入力装置は、手動で回転操作される操作部材、例えばロータリノブと、この操作部材にトルクを与える電動アクチュエータ、例えばモータと、操作部材の回転角を検知するエンコーダやポテンショメータなどの回転角検知手段と、この回転角検知手段により検知される操作部材の回転角に応じて、モータを制御する制御手段、すなわちＣＰＵとを備えるものである。
【０００５】
前記ＣＰＵは、ロータリノブが所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、ロータリノブが第１角度から第２角度までの範囲内にあるときに、ロータリノブと回転方向と同方向のトルクが電動アクチュエータからロータリノブに与えられて、ロータリノブの回転角の増大に伴って減少するように、設定してある。なお、ロータリノブに与えられるトルクの最大値は、モータの性能に基づいて予め設定する。
【０００６】
また、このＣＰＵは、上述のようにロータリノブが所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、ロータリノブが第２角度から第３角度までの範囲にあるときに、ロータリノブの回転方向と逆方向のトルクがロータリノブに与えられて、ロータリノブの回転角の増大に伴って増大するように、設定してある。
【０００７】
このように構成された力覚付与入力装置の試作品は、次のように動作する。
【０００８】
操作者がロータリノブを把持して、例えば第３角度まで回転させたとする。ロータリノブの回転中、回転角検知手段によりロータリノブの回転角が検知され続ける。そして、ロータリノブが第１角度から第２角度まで回転する間、ＣＰＵによるモータの制御により、モータからロータリノブに回転方向と同方向のトルクが与えられる。このトルクは、回転角の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、ロータリノブが第１角度から第２角度まで回転させる間、ロータリノブに付勢力が与えられ、この付勢力がロータリノブを回転させるにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【０００９】
そして、ロータリノブが第２角度から第３角度まで回転する間、ＣＰＵによるモータの制御により、モータからロータリノブに回転方向と逆方向のトルクが与えられる。このトルクは、ロータリノブの回転角の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、ロータリノブを第２角度からの第３角度まで回転させる間、ロータリノブに抵抗力が発生し、この抵抗力がロータリノブを回転させるにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００１０】
つまり、上述した力覚付与入力装置の試作品では、ロータリノブの回転角が第２角度に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることができ、これにより、ロータリノブの回転角が第２角度を越えるときに、クリック機構に似たようなクリック感触を発生させることができる。
【００１１】
なお、先行技術文献情報ついては、本発明に関連のある記載が開示された文献を現在までのところ見出し得ないのが実状である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した力覚付与入力装置の試作品では、ロータリノブの回転角が第２角度に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることにより、ロータリノブの回転角が第２角度を越えるときに、クリック機構に似たようなクリック感触を発生させることができるものの、クリック機構により発生するクリック感触と同様に明確なクリック感触を発生させることができなかった。
【００１３】
本発明は、上述の現状を考慮してなされたもので、その目的は、クリック機構と同様のクリック感触を、電気制御により発生させることができる力覚付与入力装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の力覚付与入力装置は、手動で回転操作される操作部材と、前記操作部材にトルクを与える電動アクチュエータと、前記操作部材の回転角を検知する回転角検知手段と、前記操作部材の角速度を検知する操作速度検知手段と、前記回転角検知手段により検知される回転角、および前記操作速度検知手段により検知される角速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記操作部材が所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、前記操作部材が第１角度から第２角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と同方向のトルクが、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って減少し、前記操作部材が第２角度に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の角速度に基づくトルク積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、前記操作部材が前記第２角度から前記第３角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と逆方向のトルクが前記電動アクチュエータから操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って増大するように、前記制御手段を設定したことを特徴としている。
【００１５】
このように構成した本発明は、次のように動作する。
【００１６】
操作者が操作部材を把持し、例えば第３角度まで回転させたとする。操作部材の回転中、回転角検知手段により操作部材の回転角が検知され続ける。
【００１７】
そして、操作部材が第１角度から第２角度まで回転する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、モータから操作部材に回転方向と同方向のトルクが与えられる。このトルクは、回転角の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、操作部材を第１角度から第２角度まで回転させる間、操作部材に付勢力が与えられ、この付勢力が操作部材を回転させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００１８】
そして、操作部材の回転角が第２角度に達したときに、このとき操作速度検知手段により検知された角速度に基づくトルク積が、電動アクチュエータから操作部材に与えられる。これにより、操作者は、操作部材の回転角が第２角度を越えるときに、操作部材から衝撃を得る。
【００１９】
そして、操作部材の回転角が第２角度から第３角度まで回転する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に回転方向と逆方向のトルクが与えられる。このトルクは、操作部材の回転角の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、操作部材を第２角度から第３角度まで回転させる間、操作部材に抵抗力が発生し、この抵抗力が操作部材を回転させていくにしたがって徐々に増大する感触を得る。
【００２０】
つまり、本発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材の回転角が第２角度の達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２角度に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、クリック機構と同様のクリック感触を発生させることができる。
【００２１】
また、前記発明において、前記操作速度検知手段が、前記回転角検知手段と、この回転角検知手段により検知された前記操作部材の回転角の変化に基づいて前記操作部材の角速度を演算する操作速度演算部とからなり、この操作速度演算部が、前記制御手段に含まれることを特徴としている。
【００２２】
また、前記発明において、前記制御手段が、前記操作速度演算部により演算された前記角速度と、予め設定された比例乗数との積により、前記トルク積を演算するトルク積演算部を含み、前記トルク積を前記操作部材に与える際のトルクの上限値、および前記比例乗数のそれぞれを調節可能である構成にしてもよい。このように構成した発明では、クリック感触を変更することができる。
【００２３】
また、前記発明では、手動で回転操作される操作部材を備える力覚付与入力装置であったが、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力が与えられ、かつトルク積に代えて力積が与えられるように構成すればよい。
【００２４】
すなわち、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置の発明は、手動で直線操作される操作部材と、前記操作部材に力を与える電動アクチュエータと、前記操作部材の位置を検知する位置検知手段と、前記操作部材の移動速度を検知する操作速度検知手段と、前記位置検知手段により検知される位置、および前記操作速度検知手段により検知される移動速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記操作部材が所定の第１位置から所定の第２位置を越えて所定の第３位置まで移動する間、操作部材が第１位置から第２位置までの範囲内にあるときに、前記操作部材の移動方向と同方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って減少し、前記操作部材が前記第２位置に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の移動速度に基づく力積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、前記操作部材が前記第２位置から前記第３位置までの範囲にあるときに、前記操作部材の移動方向と逆方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って増大するように、前記制御手段を設定したことを特徴としている。
【００２５】
このように構成した発明は、次のように動作する。
【００２６】
操作者が操作部材を把持し、例えば第３位置まで移動させたとする。操作部材の移動中、位置検知手段により操作部材の位置が検知され続ける。
【００２７】
そして、操作部材が第１位置から第２位置までの移動する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に移動方向と同方向の力が与えられる。この力は、移動距離の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、操作部材を第１位置から第２位置まで移動させる間、操作部材に付勢力が与えられ、この付勢力が操作部材を移動させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００２８】
そして、操作部材が第２位置に達したとき、制御手段による電動アクチュエータの制御により、このとき操作速度検知手段により検知された移動速度に基づく力積が、電動アクチュエータから操作部材に与えられる。これにより、操作者は、操作部材が第２位置を越えるときに、操作部材から衝撃を得る。
【００２９】
そして、操作部材が第２位置から第３角度まで移動する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に移動方向と逆方向の力が与えられる。この力は、操作部材の移動距離の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、操作部材を第２位置から第３位置まで移動させる間、操作部材に抵抗力が発生し、この抵抗力が操作部材を移動させていくにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００３０】
つまり、この発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材が第２位置に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２位置に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、操作部材が直線操作されるものであっても、クリック機構により得られるクリック感触と同様のクリック感触を発生させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の力覚付与入力装置の一実施形態について図を用いて説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態の構成を示す図、図２は、本実施形態の備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルクとの関係を示す図、図３は、本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルク積との関係を示す図である。
【００３３】
本実施形態は、手動で回転操作される操作部材、すなわちロータリノブ１と、ロータリノブ１にトルクを与える電動アクチュエータ、例えばロータリノブ１が出力軸に固定されたモータ２と、ロータリノブ１の回転角を検知するエンコーダやポテンショメータなどの回転角検知手段３と、ロータリノブ１の操作時の角速度を検知する操作速度検知手段と、回転角検知手段３により検知されるロータリノブ１の回転角、および操作速度検知手段により検知される角速度に応じて、モータ２を制御する制御手段、すなわちＣＰＵ４とを備えている。
【００３４】
ＣＰＵ４は、回転角検知手段３により検知された回転角に基づいてロータリノブ１に与えるトルクを演算し、このトルクに基づいてモータ２を制御する制御信号を出力するトルク演算部４ｄを備えている。
【００３５】
このトルク演算部４ｄは、図２の破線で示すように、ロータリノブ１が所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、例えばロータリノブ１が１０°から２０°を越えて３０°まで回転する間、ロータリノブ１の回転角が１０°から２０°までの範囲内にあるときに、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられて、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って最大値から０に減少するように、設定してある。なお、ロータリノブ１に与えられるトルクの最大値は、モータ２の性能に基づいて予め設定する。
【００３６】
また、このトルク演算部４ｄは、同図２の実線で示すように、上述のようにロータリノブ１が１０°から３０°まで回転する間、ロータリノブ１の回転角が２０°から３０°まで範囲内にあるときに、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられて、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って０から最大値まで増大するように、設定してある。
【００３７】
また、このトルク演算部１ｄは、ロータリノブ１が、３０°から５０°まで回転する間、５０°から７０°まで回転する間、７０°から９０°まで回転する間、…３５０°から３７０°（１０°）まで回転する間も、ロータリノブが１上述した１０°から３０°まで回転する間におけるモータ２の制御と同じ制御が行われるように設定にしてある。
【００３８】
なお、図２では、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクの大きさを破線で示し、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクの大きさを実線で示してある。すなわち、図２では、トルクの変化を絶対値で表示してある。
【００３９】
また、ＣＰＵ４は、回転角検知手段３により検知されたロータリノブ１の回転角の変化率に基づいて、ロータリノブ１の角速度を演算する操作速度演算部４ａを備えている。つまり、前記操作速度検知手段は、回転角検知手段３と操作速度演算部４ａとからなる。
【００４０】
また、ＣＰＵ４は、操作速度演算部４ａにより算出されたロータリノブ１の角速度に基づいて、ロータリノブ１が２０°，４０°，６０°…３６０°に達するごとにロータリノブ１に与えるトルク積を演算するトルク積演算部４ｂを備えている。このトルク積演算部４ｂは、操作速度演算部４ａにより算出された角速度と予め設定された比例乗数との積により、トルク積を算出するように設定してある。
【００４１】
また、ＣＰＵ４は、前記比例乗数と、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの上限値とを、図示しない入力手段により調節可能に構成してある。
【００４２】
また、前記トルク演算部４ｄは、ロータリノブ１が２０°，４０°，６０°…３６０°回転したことが検知されると、トルク積演算部４ｂにより算出されたトルク積に基づいてモータ２を制御するように設定してある。なお、ＣＰＵ４の処理速度によりモータ２の制御に要する時間が決定されていることから、トルク演算部４ｄでは、１回のモータ２の制御に要する時間を単位時間として、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの大きさと、トルクをロータリノブ１に与える時間とを演算するように設定してある。なお、前記単位時間に相当する時間情報は、ＣＰＵ４に備えられるタイマー４ｃからトルク演算部４ｄに伝達されるようにしてある。
【００４３】
ここで、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルク、およびトルクをロータリノブ１に与える時間が、トルク積演算部４ｂにより演算されたトルク積に基づいてどうのように設定されるのかを、図４〜６を用いて説明する。
【００４４】
図４〜６は、ロータリノブ１に与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の例を示す図である。これら図４〜６において、比例乗数ｋ、角速度ω、トルクの上限値Ｔｍａｘ、単位時間ｔとする。トルク積ｋωは、図４に示す斜線部の面積である。
【００４５】
ω＝ω１，ｋω１≦Ｔｍａｘ・ｔのとき、例えば図４に示すように、ｋω１＝Ｔ１・ｔ，Ｔ１＜Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔ１のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４６】
また、ω１＜ω２，ｋω２＞Ｔｍａｘ・ｔのとき、例えば図５に示すようにｋω２＝（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔ２・ｔ），Ｔ２≦Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔｍａｘのトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられ、その後、値Ｔ２のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４７】
また、ω２＜ω３のとき、例えば図６に示すようにｋω３＝（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔ３・ｔ），Ｔ３≦Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔｍａｘのトルクが時間２ｔだけロータリノブ１に与えられ、その後、値Ｔ３のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４８】
次に、（１）比例乗数を大きく設定した場合、また、（２）モータの出力トルクの上限値を大きく設定した場合において、ロータリノブ１に与えられるトルク積がどのように変更されるのかを、図７，８を用いて説明する。
【００４９】
図７は、ロータリノブ１に与えるトルク積を算出するための比例乗数を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。図８は、ロータリノブ１にトルク積を与える際のトルクの上限値を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【００５０】
（１）比例乗数を大きく設定した場合
例えば、トルクの上限値は上述のＴｍａｘのままで、比例乗数を大きくする、例えば上述の２倍の２ｋにする。そして、図５の場合と同じく角速度ω＝ω２でロータリノブ１が操作されたとする。この場合、図７に示すように、ロータリノブ１に与えるトルク積は図５の場合の２倍の２ｋω２となり、トルクの上限値がＴｍａｘのままなので、ロータリノブ１にトルクを与える時間が長くなる。
【００５１】
（２）モータの出力トルクの上限値を大きく設定した場合
例えば、比例乗数はｋのままで、トルクの上限値を大きくする、例えば上述の２倍の２Ｔｍａｘにする。そして、図５の場合と同じく角速度ω＝ω２でロータリノブ１が操作されたとする。この場合、図８に示すように、比例乗数がｋのままなのでトルク積は図５の場合と同じｋω２となるが、トルクの上限値が２倍の２Ｔｍａｘなので、図５の場合よりも短い時間で同じ大きさのトルク積がロータリノブ１に与えられる。
【００５２】
このように構成した本実施形態は、次のように動作する。
【００５３】
例えば、操作者がロータリノブ１を把持して図２，３に示す１０°から３０°まで回転させるとする。ロータリノブ１の回転中、ロータリノブ１の回転角が回転角検知手段３により検知され続けられ、検知された回転角に相当する信号がＣＰＵ４のトルク演算部４ｄと操作速度演算部４ａとに出力される。
【００５４】
ロータリノブ１が１０°から２０°まで回転する間、トルク演算部４ｄによるモータ２の制御により、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクがロータリノブ１に与えられる。このトルクは、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って、最大値から０に減少する。これにより、操作者は、ロータリノブ１を１０°から２０°まで回転させる間、ロータリノブ１に付勢力が与えられ、この付勢力がロータリノブ１を回転させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００５５】
そして、回転角検知手段３によりロータリノブ１の回転角が２０°に達したことが検知されると、操作速度演算部４ａによって、回転角検知手段３により検知されたロータリノブ１の回転角に基づいて、このときのロータリノブ１の角速度が演算される。
【００５６】
次に、トルク積演算部４ｂによって、操作速度演算部４ａにより算出されたロータリノブ１の角速度に基づき、トルク積が演算される。
【００５７】
次に、トルク演算部４ｄによって、トルク積演算部４ｂにより算出されたトルク積と、タイマー４ｃにより伝達される時間情報、すなわち単位時間とに基づき、ロータリノブ１に与えるトルクと、トルクをロータリノブ１に与える時間が演算され、この演算結果に基づいてモータ２が制御される。これにより、モータ２からロータリノブ１にトルク積が与えられる。したがって、操作者は、ロータリノブ１の回転角が２０°に達したときに、ロータリノブ１から衝撃を得る。
【００５８】
そして、ロータリノブ１が２０°から３０°まで回転する間、トルク演算部４ｄによるモータ２の制御により、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられる。このトルクは、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って０から最大値まで増大する。これにより、操作者は、ロータリノブ１を２０°から３０°まで回転させる間、ロータリノブ１に抵抗力が発生し、この抵抗力がロータリノブ１を回転させていくにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００５９】
なお、本実施形態は、操作者がロータリノブ１を図２，３に示す３０°から５０°まで回転させた場合、５０°から７０°まで回転させた場合、７０°から８０°まで回転させた場合、…３５０°から３７０°（１０°）まで回転させた場合も同様に動作する。
【００６０】
本実施形態では、次の効果が得られる。
【００６１】
本実施形態では、ＣＰＵ４によるモータ２の電気制御によって、ロータリノブ１の回転角が２０°，４０°，６０°，８０°…３６０°に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、ロータリノブ１が第２の角度に達したときにも、クリック機構と同様の衝撃を発生させることができるので、クリック機構により得られるクリック感触と同様のクリック感触を発生することができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、トルク積を演算するための比例乗数、およびトルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの上限値のそれぞれを調節可能にしてあるので、クリック感触を変更でき、これにより、クリック感触を操作者の好みに合わせて設定できる。
【００６３】
なお、本実施形態では、操作部材がロータリノブ１であったが、本発明はこれに限るものではなく、手動で回動操作される操作レバーでもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、電動アクチュエータがモータ２であったが、本発明はこれに限るものではなく、トルクを与えることができる電動アクチュエータであればよい。
【００６５】
また、本実施形態では、操作部材が手動で回転操作されるロータリノブ１であったが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力を与え、かつトルク積に代えて力積を与えるように構成すればよく、これにより、操作部材が直線操作されるものであっても、電気制御により操作者に明確なクリック感触を与えることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上にの述べたように、本発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材の回転角が第２角度の達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２角度に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、クリック機構と同様のクリック感触を発生させることができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【００６７】
また、前記発明において、前記制御手段が、前記操作速度演算部により演算された前記角速度と、予め設定された比例乗数との積により、前記トルク積を演算するトルク積演算部を含み、前記トルク積を前記操作部材に与える際のトルクの上限値、および前記比例乗数のそれぞれを調節可能である構成にすれば、クリック感触を変更でき、これにより、クリック感触を操作者の好みに合わせて設定できる。
【００６８】
また、前記発明は、操作部材が手動で回転操作される力覚付与入力装置であったが、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力を与え、かつトルク積に代えて力積を与えるように構成すればよく、これにより、操作部材が手動で直線操作されるものであっても、クリック機構と同様のクリック感触を電気制御によって発生させることができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルクとの関係を示す図である。
【図３】本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルク積との関係を示す図である。
【図４】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【図５】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の別の例を示す図である。
【図６】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係のさらに別の例を示す図である。
【図７】本実施形態に備えられるロータリノブに与えるトルク積を算出するための比例乗数を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に備えられるロータリノブにトルク積を与える際のトルクの上限値を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ ロータリノブ（操作部材）
２ モータ（電動アクチュエータ）
３ 回転角検知手段
４ ＣＰＵ（制御手段）
４ａ 操作速度演算部
４ｂ トルク積演算部
４ｃ タイマー
４ｄ トルク演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動で操作される操作部材にクリック感触を発生させる力覚付与入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、クリック機構により操作部材にクリック感触を発生させる機械式の入力装置はあったが、電気制御される電動アクチュエータにより操作部材にトルクを与えてクリック感触を発生させる力覚付与入力装置はなく、このような力覚付与入力装置の実現が要望されていた。
【０００３】
そこで、本願発明者は、上述の要望に応えるために本発明の開発を開始し、本発明の開発段階において、次の試作品を作製した。
【０００４】
本発明の開発段階で試作した力覚付与入力装置は、手動で回転操作される操作部材、例えばロータリノブと、この操作部材にトルクを与える電動アクチュエータ、例えばモータと、操作部材の回転角を検知するエンコーダやポテンショメータなどの回転角検知手段と、この回転角検知手段により検知される操作部材の回転角に応じて、モータを制御する制御手段、すなわちＣＰＵとを備えるものである。
【０００５】
前記ＣＰＵは、ロータリノブが所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、ロータリノブが第１角度から第２角度までの範囲内にあるときに、ロータリノブと回転方向と同方向のトルクが電動アクチュエータからロータリノブに与えられて、ロータリノブの回転角の増大に伴って減少するように、設定してある。なお、ロータリノブに与えられるトルクの最大値は、モータの性能に基づいて予め設定する。
【０００６】
また、このＣＰＵは、上述のようにロータリノブが所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、ロータリノブが第２角度から第３角度までの範囲にあるときに、ロータリノブの回転方向と逆方向のトルクがロータリノブに与えられて、ロータリノブの回転角の増大に伴って増大するように、設定してある。
【０００７】
このように構成された力覚付与入力装置の試作品は、次のように動作する。
【０００８】
操作者がロータリノブを把持して、例えば第３角度まで回転させたとする。ロータリノブの回転中、回転角検知手段によりロータリノブの回転角が検知され続ける。そして、ロータリノブが第１角度から第２角度まで回転する間、ＣＰＵによるモータの制御により、モータからロータリノブに回転方向と同方向のトルクが与えられる。このトルクは、回転角の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、ロータリノブが第１角度から第２角度まで回転させる間、ロータリノブに付勢力が与えられ、この付勢力がロータリノブを回転させるにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【０００９】
そして、ロータリノブが第２角度から第３角度まで回転する間、ＣＰＵによるモータの制御により、モータからロータリノブに回転方向と逆方向のトルクが与えられる。このトルクは、ロータリノブの回転角の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、ロータリノブを第２角度からの第３角度まで回転させる間、ロータリノブに抵抗力が発生し、この抵抗力がロータリノブを回転させるにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００１０】
つまり、上述した力覚付与入力装置の試作品では、ロータリノブの回転角が第２角度に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることができ、これにより、ロータリノブの回転角が第２角度を越えるときに、クリック機構に似たようなクリック感触を発生させることができる。
【００１１】
なお、先行技術文献情報ついては、本発明に関連のある記載が開示された文献を現在までのところ見出し得ないのが実状である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した力覚付与入力装置の試作品では、ロータリノブの回転角が第２角度に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることにより、ロータリノブの回転角が第２角度を越えるときに、クリック機構に似たようなクリック感触を発生させることができるものの、クリック機構により発生するクリック感触と同様に明確なクリック感触を発生させることができなかった。
【００１３】
本発明は、上述の現状を考慮してなされたもので、その目的は、クリック機構と同様のクリック感触を、電気制御により発生させることができる力覚付与入力装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の力覚付与入力装置は、手動で回転操作される操作部材と、前記操作部材にトルクを与える電動アクチュエータと、前記操作部材の回転角を検知する回転角検知手段と、前記操作部材の角速度を検知する操作速度検知手段と、前記回転角検知手段により検知される回転角、および前記操作速度検知手段により検知される角速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記操作部材が所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、前記操作部材が第１角度から第２角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と同方向のトルクが、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って減少し、前記操作部材が第２角度に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の角速度に基づくトルク積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、前記操作部材が前記第２角度から前記第３角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と逆方向のトルクが前記電動アクチュエータから操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って増大するように、前記制御手段を設定したことを特徴としている。
【００１５】
このように構成した本発明は、次のように動作する。
【００１６】
操作者が操作部材を把持し、例えば第３角度まで回転させたとする。操作部材の回転中、回転角検知手段により操作部材の回転角が検知され続ける。
【００１７】
そして、操作部材が第１角度から第２角度まで回転する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、モータから操作部材に回転方向と同方向のトルクが与えられる。このトルクは、回転角の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、操作部材を第１角度から第２角度まで回転させる間、操作部材に付勢力が与えられ、この付勢力が操作部材を回転させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００１８】
そして、操作部材の回転角が第２角度に達したときに、このとき操作速度検知手段により検知された角速度に基づくトルク積が、電動アクチュエータから操作部材に与えられる。これにより、操作者は、操作部材の回転角が第２角度を越えるときに、操作部材から衝撃を得る。
【００１９】
そして、操作部材の回転角が第２角度から第３角度まで回転する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に回転方向と逆方向のトルクが与えられる。このトルクは、操作部材の回転角の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、操作部材を第２角度から第３角度まで回転させる間、操作部材に抵抗力が発生し、この抵抗力が操作部材を回転させていくにしたがって徐々に増大する感触を得る。
【００２０】
つまり、本発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材の回転角が第２角度の達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２角度に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、クリック機構と同様のクリック感触を発生させることができる。
【００２１】
また、前記発明において、前記操作速度検知手段が、前記回転角検知手段と、この回転角検知手段により検知された前記操作部材の回転角の変化に基づいて前記操作部材の角速度を演算する操作速度演算部とからなり、この操作速度演算部が、前記制御手段に含まれることを特徴としている。
【００２２】
また、前記発明において、前記制御手段が、前記操作速度演算部により演算された前記角速度と、予め設定された比例乗数との積により、前記トルク積を演算するトルク積演算部を含み、前記トルク積を前記操作部材に与える際のトルクの上限値、および前記比例乗数のそれぞれを調節可能である構成にしてもよい。このように構成した発明では、クリック感触を変更することができる。
【００２３】
また、前記発明では、手動で回転操作される操作部材を備える力覚付与入力装置であったが、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力が与えられ、かつトルク積に代えて力積が与えられるように構成すればよい。
【００２４】
すなわち、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置の発明は、手動で直線操作される操作部材と、前記操作部材に力を与える電動アクチュエータと、前記操作部材の位置を検知する位置検知手段と、前記操作部材の移動速度を検知する操作速度検知手段と、前記位置検知手段により検知される位置、および前記操作速度検知手段により検知される移動速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記操作部材が所定の第１位置から所定の第２位置を越えて所定の第３位置まで移動する間、操作部材が第１位置から第２位置までの範囲内にあるときに、前記操作部材の移動方向と同方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って減少し、前記操作部材が前記第２位置に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の移動速度に基づく力積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、前記操作部材が前記第２位置から前記第３位置までの範囲にあるときに、前記操作部材の移動方向と逆方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って増大するように、前記制御手段を設定したことを特徴としている。
【００２５】
このように構成した発明は、次のように動作する。
【００２６】
操作者が操作部材を把持し、例えば第３位置まで移動させたとする。操作部材の移動中、位置検知手段により操作部材の位置が検知され続ける。
【００２７】
そして、操作部材が第１位置から第２位置までの移動する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に移動方向と同方向の力が与えられる。この力は、移動距離の増大に伴って減少する。これにより、操作者は、操作部材を第１位置から第２位置まで移動させる間、操作部材に付勢力が与えられ、この付勢力が操作部材を移動させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００２８】
そして、操作部材が第２位置に達したとき、制御手段による電動アクチュエータの制御により、このとき操作速度検知手段により検知された移動速度に基づく力積が、電動アクチュエータから操作部材に与えられる。これにより、操作者は、操作部材が第２位置を越えるときに、操作部材から衝撃を得る。
【００２９】
そして、操作部材が第２位置から第３角度まで移動する間、制御手段による電動アクチュエータの制御により、電動アクチュエータから操作部材に移動方向と逆方向の力が与えられる。この力は、操作部材の移動距離の増大に伴って増大する。これにより、操作者は、操作部材を第２位置から第３位置まで移動させる間、操作部材に抵抗力が発生し、この抵抗力が操作部材を移動させていくにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００３０】
つまり、この発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材が第２位置に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２位置に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、操作部材が直線操作されるものであっても、クリック機構により得られるクリック感触と同様のクリック感触を発生させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の力覚付与入力装置の一実施形態について図を用いて説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態の構成を示す図、図２は、本実施形態の備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルクとの関係を示す図、図３は、本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルク積との関係を示す図である。
【００３３】
本実施形態は、手動で回転操作される操作部材、すなわちロータリノブ１と、ロータリノブ１にトルクを与える電動アクチュエータ、例えばロータリノブ１が出力軸に固定されたモータ２と、ロータリノブ１の回転角を検知するエンコーダやポテンショメータなどの回転角検知手段３と、ロータリノブ１の操作時の角速度を検知する操作速度検知手段と、回転角検知手段３により検知されるロータリノブ１の回転角、および操作速度検知手段により検知される角速度に応じて、モータ２を制御する制御手段、すなわちＣＰＵ４とを備えている。
【００３４】
ＣＰＵ４は、回転角検知手段３により検知された回転角に基づいてロータリノブ１に与えるトルクを演算し、このトルクに基づいてモータ２を制御する制御信号を出力するトルク演算部４ｄを備えている。
【００３５】
このトルク演算部４ｄは、図２の破線で示すように、ロータリノブ１が所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、例えばロータリノブ１が１０°から２０°を越えて３０°まで回転する間、ロータリノブ１の回転角が１０°から２０°までの範囲内にあるときに、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられて、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って最大値から０に減少するように、設定してある。なお、ロータリノブ１に与えられるトルクの最大値は、モータ２の性能に基づいて予め設定する。
【００３６】
また、このトルク演算部４ｄは、同図２の実線で示すように、上述のようにロータリノブ１が１０°から３０°まで回転する間、ロータリノブ１の回転角が２０°から３０°まで範囲内にあるときに、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられて、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って０から最大値まで増大するように、設定してある。
【００３７】
また、このトルク演算部１ｄは、ロータリノブ１が、３０°から５０°まで回転する間、５０°から７０°まで回転する間、７０°から９０°まで回転する間、…３５０°から３７０°（１０°）まで回転する間も、ロータリノブが１上述した１０°から３０°まで回転する間におけるモータ２の制御と同じ制御が行われるように設定にしてある。
【００３８】
なお、図２では、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクの大きさを破線で示し、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクの大きさを実線で示してある。すなわち、図２では、トルクの変化を絶対値で表示してある。
【００３９】
また、ＣＰＵ４は、回転角検知手段３により検知されたロータリノブ１の回転角の変化率に基づいて、ロータリノブ１の角速度を演算する操作速度演算部４ａを備えている。つまり、前記操作速度検知手段は、回転角検知手段３と操作速度演算部４ａとからなる。
【００４０】
また、ＣＰＵ４は、操作速度演算部４ａにより算出されたロータリノブ１の角速度に基づいて、ロータリノブ１が２０°，４０°，６０°…３６０°に達するごとにロータリノブ１に与えるトルク積を演算するトルク積演算部４ｂを備えている。このトルク積演算部４ｂは、操作速度演算部４ａにより算出された角速度と予め設定された比例乗数との積により、トルク積を算出するように設定してある。
【００４１】
また、ＣＰＵ４は、前記比例乗数と、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの上限値とを、図示しない入力手段により調節可能に構成してある。
【００４２】
また、前記トルク演算部４ｄは、ロータリノブ１が２０°，４０°，６０°…３６０°回転したことが検知されると、トルク積演算部４ｂにより算出されたトルク積に基づいてモータ２を制御するように設定してある。なお、ＣＰＵ４の処理速度によりモータ２の制御に要する時間が決定されていることから、トルク演算部４ｄでは、１回のモータ２の制御に要する時間を単位時間として、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの大きさと、トルクをロータリノブ１に与える時間とを演算するように設定してある。なお、前記単位時間に相当する時間情報は、ＣＰＵ４に備えられるタイマー４ｃからトルク演算部４ｄに伝達されるようにしてある。
【００４３】
ここで、トルク積をロータリノブ１に与える際のトルク、およびトルクをロータリノブ１に与える時間が、トルク積演算部４ｂにより演算されたトルク積に基づいてどうのように設定されるのかを、図４〜６を用いて説明する。
【００４４】
図４〜６は、ロータリノブ１に与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の例を示す図である。これら図４〜６において、比例乗数ｋ、角速度ω、トルクの上限値Ｔｍａｘ、単位時間ｔとする。トルク積ｋωは、図４に示す斜線部の面積である。
【００４５】
ω＝ω１，ｋω１≦Ｔｍａｘ・ｔのとき、例えば図４に示すように、ｋω１＝Ｔ１・ｔ，Ｔ１＜Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔ１のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４６】
また、ω１＜ω２，ｋω２＞Ｔｍａｘ・ｔのとき、例えば図５に示すようにｋω２＝（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔ２・ｔ），Ｔ２≦Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔｍａｘのトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられ、その後、値Ｔ２のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４７】
また、ω２＜ω３のとき、例えば図６に示すようにｋω３＝（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔｍａｘ・ｔ）＋（Ｔ３・ｔ），Ｔ３≦Ｔｍａｘとなり、トルク積ｋωをロータリノブ１に与える際、値Ｔｍａｘのトルクが時間２ｔだけロータリノブ１に与えられ、その後、値Ｔ３のトルクが時間ｔだけロータリノブ１に与えられる。
【００４８】
次に、（１）比例乗数を大きく設定した場合、また、（２）モータの出力トルクの上限値を大きく設定した場合において、ロータリノブ１に与えられるトルク積がどのように変更されるのかを、図７，８を用いて説明する。
【００４９】
図７は、ロータリノブ１に与えるトルク積を算出するための比例乗数を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。図８は、ロータリノブ１にトルク積を与える際のトルクの上限値を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【００５０】
（１）比例乗数を大きく設定した場合
例えば、トルクの上限値は上述のＴｍａｘのままで、比例乗数を大きくする、例えば上述の２倍の２ｋにする。そして、図５の場合と同じく角速度ω＝ω２でロータリノブ１が操作されたとする。この場合、図７に示すように、ロータリノブ１に与えるトルク積は図５の場合の２倍の２ｋω２となり、トルクの上限値がＴｍａｘのままなので、ロータリノブ１にトルクを与える時間が長くなる。
【００５１】
（２）モータの出力トルクの上限値を大きく設定した場合
例えば、比例乗数はｋのままで、トルクの上限値を大きくする、例えば上述の２倍の２Ｔｍａｘにする。そして、図５の場合と同じく角速度ω＝ω２でロータリノブ１が操作されたとする。この場合、図８に示すように、比例乗数がｋのままなのでトルク積は図５の場合と同じｋω２となるが、トルクの上限値が２倍の２Ｔｍａｘなので、図５の場合よりも短い時間で同じ大きさのトルク積がロータリノブ１に与えられる。
【００５２】
このように構成した本実施形態は、次のように動作する。
【００５３】
例えば、操作者がロータリノブ１を把持して図２，３に示す１０°から３０°まで回転させるとする。ロータリノブ１の回転中、ロータリノブ１の回転角が回転角検知手段３により検知され続けられ、検知された回転角に相当する信号がＣＰＵ４のトルク演算部４ｄと操作速度演算部４ａとに出力される。
【００５４】
ロータリノブ１が１０°から２０°まで回転する間、トルク演算部４ｄによるモータ２の制御により、ロータリノブ１の回転方向と同方向のトルクがロータリノブ１に与えられる。このトルクは、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って、最大値から０に減少する。これにより、操作者は、ロータリノブ１を１０°から２０°まで回転させる間、ロータリノブ１に付勢力が与えられ、この付勢力がロータリノブ１を回転させていくにしたがって徐々に減少していく感触を得る。
【００５５】
そして、回転角検知手段３によりロータリノブ１の回転角が２０°に達したことが検知されると、操作速度演算部４ａによって、回転角検知手段３により検知されたロータリノブ１の回転角に基づいて、このときのロータリノブ１の角速度が演算される。
【００５６】
次に、トルク積演算部４ｂによって、操作速度演算部４ａにより算出されたロータリノブ１の角速度に基づき、トルク積が演算される。
【００５７】
次に、トルク演算部４ｄによって、トルク積演算部４ｂにより算出されたトルク積と、タイマー４ｃにより伝達される時間情報、すなわち単位時間とに基づき、ロータリノブ１に与えるトルクと、トルクをロータリノブ１に与える時間が演算され、この演算結果に基づいてモータ２が制御される。これにより、モータ２からロータリノブ１にトルク積が与えられる。したがって、操作者は、ロータリノブ１の回転角が２０°に達したときに、ロータリノブ１から衝撃を得る。
【００５８】
そして、ロータリノブ１が２０°から３０°まで回転する間、トルク演算部４ｄによるモータ２の制御により、ロータリノブ１の回転方向と逆方向のトルクが、モータ２からロータリノブ１に与えられる。このトルクは、ロータリノブ１の回転角の増大に伴って０から最大値まで増大する。これにより、操作者は、ロータリノブ１を２０°から３０°まで回転させる間、ロータリノブ１に抵抗力が発生し、この抵抗力がロータリノブ１を回転させていくにしたがって徐々に増大していく感触を得る。
【００５９】
なお、本実施形態は、操作者がロータリノブ１を図２，３に示す３０°から５０°まで回転させた場合、５０°から７０°まで回転させた場合、７０°から８０°まで回転させた場合、…３５０°から３７０°（１０°）まで回転させた場合も同様に動作する。
【００６０】
本実施形態では、次の効果が得られる。
【００６１】
本実施形態では、ＣＰＵ４によるモータ２の電気制御によって、ロータリノブ１の回転角が２０°，４０°，６０°，８０°…３６０°に達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、ロータリノブ１が第２の角度に達したときにも、クリック機構と同様の衝撃を発生させることができるので、クリック機構により得られるクリック感触と同様のクリック感触を発生することができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、トルク積を演算するための比例乗数、およびトルク積をロータリノブ１に与える際のトルクの上限値のそれぞれを調節可能にしてあるので、クリック感触を変更でき、これにより、クリック感触を操作者の好みに合わせて設定できる。
【００６３】
なお、本実施形態では、操作部材がロータリノブ１であったが、本発明はこれに限るものではなく、手動で回動操作される操作レバーでもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、電動アクチュエータがモータ２であったが、本発明はこれに限るものではなく、トルクを与えることができる電動アクチュエータであればよい。
【００６５】
また、本実施形態では、操作部材が手動で回転操作されるロータリノブ１であったが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力を与え、かつトルク積に代えて力積を与えるように構成すればよく、これにより、操作部材が直線操作されるものであっても、電気制御により操作者に明確なクリック感触を与えることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上にの述べたように、本発明では、電動アクチュエータの電気制御により、操作部材の回転角が第２角度の達する前後においてクリック機構と同様の感触を発生させることに加えて、操作部材が第２角度に達したときにもクリック機構と同様の衝撃を発生させるので、クリック機構と同様のクリック感触を発生させることができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【００６７】
また、前記発明において、前記制御手段が、前記操作速度演算部により演算された前記角速度と、予め設定された比例乗数との積により、前記トルク積を演算するトルク積演算部を含み、前記トルク積を前記操作部材に与える際のトルクの上限値、および前記比例乗数のそれぞれを調節可能である構成にすれば、クリック感触を変更でき、これにより、クリック感触を操作者の好みに合わせて設定できる。
【００６８】
また、前記発明は、操作部材が手動で回転操作される力覚付与入力装置であったが、手動で直線操作される操作部材を備える力覚付与入力装置を構成する場合には、操作部材に対してトルクに代えて力を与え、かつトルク積に代えて力積を与えるように構成すればよく、これにより、操作部材が手動で直線操作されるものであっても、クリック機構と同様のクリック感触を電気制御によって発生させることができ、これにより、明確なクリック感触を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルクとの関係を示す図である。
【図３】本実施形態に備えられるロータリノブの回転角とロータリノブに与えられるトルク積との関係を示す図である。
【図４】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【図５】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の別の例を示す図である。
【図６】本実施形態に備えられるロータリノブに与えられるトルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係のさらに別の例を示す図である。
【図７】本実施形態に備えられるロータリノブに与えるトルク積を算出するための比例乗数を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に備えられるロータリノブにトルク積を与える際のトルクの上限値を大きく設定した場合の、トルク積と、このトルク積を構成するトルクおよび時間との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ ロータリノブ（操作部材）
２ モータ（電動アクチュエータ）
３ 回転角検知手段
４ ＣＰＵ（制御手段）
４ａ 操作速度演算部
４ｂ トルク積演算部
４ｃ タイマー
４ｄ トルク演算部
Claims (4)
- 手動で回転操作される操作部材と、
前記操作部材にトルクを与える電動アクチュエータと、
前記操作部材の回転角を検知する回転角検知手段と、
前記操作部材の角速度を検知する操作速度検知手段と、
前記回転角検知手段により検知される回転角、および前記操作速度検知手段により検知される角速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、
前記操作部材が所定の第１角度から所定の第２角度を越えて所定の第３角度まで回転する間、前記操作部材が第１角度から第２角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と同方向のトルクが、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って減少し、
前記操作部材が第２角度に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の角速度に基づくトルク積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、
前記操作部材が前記第２角度から前記第３角度までの範囲内にあるときに、前記操作部材の回転方向と逆方向のトルクが前記電動アクチュエータから操作部材に与えられて、前記操作部材の回転角の増大に伴って増大するように、
前記制御手段を設定したことを特徴とする力覚付与入力装置。 - 請求項１記載の発明において、
前記操作速度検知手段が、前記回転角検知手段と、この回転角検知手段により検知された前記操作部材の回転角の変化に基づいて前記操作部材の角速度を演算する操作速度演算部とからなり、この操作速度演算部が、前記制御手段に含まれることを特徴とする力覚付与入力装置。 - 請求項２記載の発明において、
前記制御手段が、前記操作速度演算部により演算される前記角速度と、予め設定された比例乗数との積により、前記トルク積を演算するトルク積演算部を含み、前記トルク積を前記操作部材に与える際のトルクの上限値、および前記比例乗数のそれぞれを調節可能に構成されることを特徴とする力覚付与入力装置。 - 手動で直線操作される操作部材と、
前記操作部材に力を与える電動アクチュエータと、
前記操作部材の位置を検知する位置検知手段と、
前記操作部材の移動速度を検知する操作速度検知手段と、
前記位置検知手段により検知される位置、および前記操作速度検知手段により検知される移動速度に応じて、前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、
前記操作部材が所定の第１位置から所定の第２位置を越えて所定の第３位置まで移動する間、操作部材が第１位置から第２位置までの範囲内にあるときに、前記操作部材の移動方向と同方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って減少し、
前記操作部材が前記第２位置に達したときに、前記操作速度検知手段により検知された前記操作部材の移動速度に基づく力積が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられ、
前記操作部材が前記第２位置から前記第３位置までの範囲にあるときに、前記操作部材の移動方向と逆方向の力が、前記電動アクチュエータから前記操作部材に与えられて、前記操作部材の移動距離の増大に伴って増大するように、
前記制御手段を設定したことを特徴とする力覚付与入力装置。
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