JP2004187403A

JP2004187403A - 力覚付与型入力装置

Info

Publication number: JP2004187403A
Application number: JP2002351279A
Authority: JP
Inventors: Mikio Onodera; 幹夫小野寺; Shuichi Nagaoka; 秀一永岡
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-02
Also published as: EP1426853A2; US20040107791A1

Abstract

【課題】小型かつ低コストにして操作部に多様な力覚を正確に伝達可能な力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】力覚付与型入力装置を、揺動軸１ａを有する機構部１と、揺動軸１ａの先端部に取り付けられた操作部２と、揺動軸１ａと操作部２との間に介設された第１乃至第４の圧力センサ３〜６と、操作部２に力覚を付与する第１及び第２のＤＣモータ７，８と、第１及び第２のＤＣモータ７，８の回転方向及び回転量を検出する第１及び第２の位置センサ９，１０と、コントローラ１７とを含んで構成する。圧力センサ３〜６にてＤＣモータ７，８のトルクリップルを検出し、コントローラ１７よりトルクリップルを解消する補正信号ｐを出力する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部にその操作状態に応じた力覚が付与される力覚付与型入力装置に係り、特に、操作部に力覚を付与するアクチュエータの制御手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車載電気機器の集中制御装置として、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に力覚を付与するアクチュエータと、前記位置センサから出力される位置信号に応じて前記アクチュエータの駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた力覚を付与するコントローラとを備えた力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この力覚付与型入力装置によれば、操作部の操作方向や操作量等に応じて操作部に種々の力覚を付与することができるので、操作者に操作部の操作内容をブラインドタッチで報知することができ、操作者は操作部が所望の方向に所望の操作量だけ操作されているか否か等を感覚的に知ることができる。よって、操作部の誤操作が防止され、複数の車載電気機器についての所望の機能選択と機能調整とを１つの操作部を操作することによって容易に行うことができる。
【０００４】
【特許文献】
特開２００２−１４９３２４（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、操作部に力覚を付与するためのアクチュエータとしては、安価であることから、力覚付与型入力装置の低コスト化の観点からは、ＤＣモータを用いることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、ＤＣモータは、定格電流付近で駆動させた場合、トルクリップルと呼ばれる微小なトルク変動を生じ、操作部に付与される力覚に悪影響を及ぼすため、ＤＣモータを操作部に力覚を付与するためのアクチュエータとして用いる場合には定格電流より大幅に低い駆動電流で所要の力覚を発生可能な大型のＤＣモータを使用せざるを得ず、その結果、力覚付与型入力装置が大型化、大重量化、高コスト化するという別の不都合が生じる。また、大型かつ大重量のＤＣモータを使用することから、操作部及びアクチュエータを含む系に大きな振動が発生しやすく、この点からも多様な力覚を正確に操作部に伝達することが困難になるという不都合が生じる。
【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、小型かつ低コストにして操作部に多様な力覚を正確に伝達可能な力覚付与型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、力覚付与型入力装置を、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に作用する圧力を検出する圧力センサと、前記操作部に力覚を付与するＤＣモータと、前記位置センサから出力される位置信号に応じて前記ＤＣモータの駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた力覚を付与すると共に、前記圧力センサから出力される圧力信号に応じて前記ＤＣモータへの供給電流値を制御し、前記ＤＣモータの駆動トルクを平滑化するコントローラ部とを備えるという構成にした。
【０００９】
このように、位置センサから出力される位置信号に応じてＤＣモータの駆動を制御し、操作部にその操作状態に応じた力覚を付与するばかりでなく、圧力センサから出力される圧力信号に応じてＤＣモータへの供給電流値を制御し、ＤＣモータの駆動トルクを平滑化する機能を有するコントローラを備えると、ＤＣモータを定格電流付近で駆動させた場合に生じるトルクリップルをＤＣモータへの供給電流値を制御することによって解消又は軽減することができるので、小型軽量のＤＣモータを操作部に多様な力覚を付与するためのアクチュエータとして使用することができ、力覚付与型入力装置の小型化、軽量化、低コスト化、省電力化を図ることができると共に、その振動障害の軽減を図ることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記圧力センサとして感圧導電ゴムと電極板との組合せからなるものを用いるという構成にした。
【００１１】
このように、圧力センサとして感圧導電ゴムと電極板との組合せからなるものを用いると、圧力センサの出力変化量に基づいてＤＣモータの駆動トルクの補正を行うことができるので、圧力センサの零点補正を必要とせず、力覚付与型入力装置に対する圧力センサの組立を容易化できると共に、圧力センサの経時変化に伴うメンテナンスを省略することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の一実施形態例を、図１乃至図６に基づいて説明する。図１は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる機構部の側面方向より見た断面図、図３は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる機構部の平面方向より見た断面図、図４は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる圧力センサの構成と配列とを示す断面図、図５は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられるＤＣモータのトルクリップルとその補正信号とを説明するグラフ図、図６は本実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる補正制御部の構成図である。
【００１３】
図１に示すように、本例の力覚付与型入力装置は、揺動軸１ａを有する機構部１と、当該揺動軸１ａの先端部に取り付けられた操作部２と、前記揺動軸１ａと前記操作部２との間に介設された第１乃至第４の圧力センサ３，４，５，６と、前記揺動レバー１ａ及び前記第１乃至第４の圧力センサ３，４，５，６を介して操作部２に力覚を付与する第１及び第２のＤＣモータ７，８と、これら第１及び第２のＤＣモータ７，８の回転方向及び回転量を検出する第１及び第２の位置センサ９，１０と、第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４と、モニタ１５と、スピーカ１６と、前記圧力センサ３，４，５，６より出力される圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄ、前記第１及び第２の位置センサ９，１０より出力される第１及び第２の位置信号ｅ，ｆ、前記第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４より出力される第１乃至第４のスイッチ信号ｇ，ｈ，ｉ，ｊを取り込んで前記第１及び第２のＤＣモータ７，８、モニタ１５及びスピーカ１６を制御するコントローラ１７とから主に構成されている。
【００１４】
機構部１は、図１乃至図３に示すように、揺動レバー１ａと、ケース２１と、ケース２１に回転可能に保持されたレバー保持軸２２及びスイングアーム２３とからなる。レバー保持軸２２とスイングアーム２３とは、互いに直交する方向に配置され、レバー保持軸２２には、揺動レバー１ａがスイングアーム２３の回転方向にのみ回転できるように取り付けられる。なお、図中の符号２ｂは、揺動レバー１ａの揺動中心軸を示している。一方、スイングアーム２３には、長溝２３ａが開設されており、揺動レバー１ａの下端部が貫通される。前記長溝２３ａの溝幅は、揺動レバー１ａの下端部の直径よりも若干大きい程度に形成され、揺動レバー１ａをレバー保持軸２２の回転に伴って揺動する方向（Ｘ−Ｘ方向）に揺動した場合には、長溝２３ａ内を揺動レバー１ａの下端部が自由に摺動でき、揺動レバー１ａを揺動中心軸１ｂの回転に伴って揺動する方向（Ｙ−Ｙ方向）に揺動した場合には、スイングアーム２３が揺動レバー１ａと一体となって揺動するようになっている。
【００１５】
このように構成されていることから、揺動レバー１ａはレバー保持軸２２及び揺動中心軸１ｂを中心として任意の方向に揺動することができる。そして、レバー保持軸２２は、揺動レバー１ａのＸ−Ｘ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転され、スイングアーム２３は、揺動レバー１ａのＹ−Ｙ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転される。
【００１６】
操作部２は、操作者によって操作可能な形状及びサイズに形成される。
【００１７】
圧力センサ３，４，５，６としては、図４に示すように、感圧導電ゴム１８とその表裏両面に付設された電極板１９となるものが用いられ、揺動レバー１ａと操作部２との間のＸ−Ｘ方向とＹ−Ｙ方向とに合計４個配設される。
【００１８】
第１のＤＣモータ７は、前記レバー保持軸２２に連結され、第２のＤＣモータ８は、前記スイングアーム２３に連結される。これら第１及び第２のＤＣモータ７，８は、定格電流で駆動すると、図５に示すように、トルクリップルと呼ばれる微小なトルク変動Ｔｒを発生する。
【００１９】
第１及び第２の位置センサ９，１０は、回転軸の回転方向と回転量とを検出し、それに応じた電気信号に変換して出力するものであって、例えばロータリエンコーダや回転型可変抵抗器などが用いられる。第１の位置センサ９は、その回転軸が前記レバー保持軸２２に連結され、第２の位置センサ１０は、その回転軸が前記スイングアーム２３に連結される。
【００２０】
第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４は、本例の力覚付与型入力装置を車載電気機器の集中制御装置として適用する場合に備えられるものであって、車載電気機器の選択スイッチとして使用される。したがって、集中制御使用とする車載電気機器の数量に応じてこのスイッチの数量も増減することができる。また、本例の力覚付与型入力装置を他の用途に適用する場合には、これらのスイッチ１１〜１４を省略することもできる。
【００２１】
モニタ１５は、操作部２の操作状態、即ち、本例の力覚付与型入力装置を車載電気機器の集中制御装置として適用する場合においては、前記第１乃至第４のスイッチ１１〜１４によって選択された電気機器の種別、操作部２を操作することによって切り替えられる機能及び操作部２を操作することによって行われる機能調整の状態などをユーザに目視で報知するものであって、本例の力覚付与型入力装置の用途によっては省略することもできる。
【００２２】
スピーカ１６は、操作部２の操作状態、即ち、本例の力覚付与型入力装置を車載電気機器の集中制御装置として適用する場合においては、前記第１乃至第４のスイッチ１１〜１４によって選択された電気機器の種別、操作部２を操作することによって切り替えられる機能及び操作部２を操作することによって行われる機能調整の状態などをユーザに音又は音声で報知するものであって、本例の力覚付与型入力装置の用途によっては省略することもできる。
【００２３】
コントローラ１７は、図１に示すように、圧力センサ３，４，５，６より出力される圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄ、第１及び第２の位置センサ６，７より出力される第１及び第２の位置信号ｅ，ｆ、並びに第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４より出力される第１乃至第４のスイッチ信号ｇ，ｈ，ｉ，ｊに基づいて揺動軸１ａ（操作部２）の操作方向及び操作量に応じた所定の力覚信号ｋ，ｌを生成し出力する力覚制御部１７ａと、前記各信号ａ〜ｌに基づいてモニタ制御信号ｍを生成し出力するモニタ制御部１７ｂと、前記各信号ａ〜ｌに基づいてスピーカ制御信号ｎを生成し出力するスピーカ制御部１７ｃとから構成されており、前記力覚制御部１７ａは、前記各位置信号ｅ，ｆ及び前記各スイッチ信号ｇ，ｈ，ｉ，ｊに基づいて前記第１及び第２のＤＣモータ７，８の駆動モード信号ｏを生成し出力する駆動モード制御部１７ｄと、前記圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄに基づいて前記第１及び第２のＤＣモータ７，８のトルクリップルＴｒを解消するための補正信号ｐを生成し出力する補正制御部１７ｅとから構成されている。
【００２４】
前記駆動モード制御部１７ｄ、モニタ制御部１７ｂ及びスピーカ制御部１７ｃの構成については、本願出願人が先に提案した特開２００２−１４９３２４に記載の技術を利用することができる。なお、前記公知文献に記載のアクチュエータの制御システム、手動操作部３、押釦スイッチ４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｃ、アクチュエータ１４、エンコーダ２５及び表示装置Ｄは、それぞれ本願の駆動モード制御部１７ｄ、操作部２、第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４、第１及び第２のＤＣモータ７，８、第１及び第２の位置センサ９，１０及びモニタ１５又はスピーカ１６に相当する。
【００２５】
補正制御部１７ｅは、図６に示すように、圧力センサ３より出力される圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの入力部３１と、入力された圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄより第１及び第２のＤＣモータ７，８に発生しているトルクリップルＴｒの大きさ及び向きを算出すると共に、算出されたトルクリップルＴｒと同一の大きさで向きが逆のトルクを発生させるに要するＤＣモータ７，８の駆動電流の補正値を算出し、当該補正値に相当する補正信号ｐを出力する演算部３２と、駆動モード制御部１７ｄより出力されるＤＣモータ７，８の駆動モード信号ｏに前記補正信号ｐを加算して出力する加算器３３と、加算器３３からの出力信号に応じてＤＣモータ７，８を駆動するドライバ回路３４，３５と、これらの各部を制御するＣＰＵ３６とから構成されている。
【００２６】
以下、前記実施形態例に係る力覚付与型入力装置の動作手順を、車載電気機器の集中制御装置として適用した場合を例にとり、図７のフロー図にしたがって説明する。
【００２７】
操作者が第１乃至第４のスイッチ１１，１２，１３，１４のいずれかを押圧すると、押圧されたスイッチよりスイッチ信号が出力され、当該スイッチ信号に対応する電気機器が選択される（手順Ｓ１）。コントローラ１７は、押圧されたスイッチより出力されたスイッチ信号を取り込み、選択された電気機器をモニタ１５に表示すると共にスピーカ１６より選択された電気機器の名称を報知する（手順Ｓ２）。この状態から操作者が操作部２を揺動操作すると（手順Ｓ３）、第１及び第２の位置センサ９，１０から操作部２の揺動量及び揺動方向に応じた位置信号ｅ，ｆが出力される（手順Ｓ４）。駆動モード制御部１７ｄは、この位置信号ｅ，ｆを取り込んで、操作部２の揺動操作位置に応じた電気機器の機能を選択すると共に、選択された機能のモニタ１５への表示とスピーカ１６からの報知とを行う（手順Ｓ５）。操作部２を原位置に戻し（手順Ｓ６）、再度操作者が操作部２を揺動操作すると（手順Ｓ７）、前記と同様に第１及び第２の位置センサ９，１０から操作部２の揺動量及び揺動方向に応じた位置信号ｅ，ｆが出力される（手順Ｓ８）。駆動モード制御部１７ｄは、この位置信号ｅ，ｆを取り込んで、操作部２の揺動操作位置に応じた電気機器の機能調整を行うと共に、機能調整の状態のモニタ１５への表示とスピーカ１６からの報知とを行う（手順Ｓ９）。次に、駆動モード制御部１７ｄは、第１及び第２の位置センサ９，１０から出力される位置信号ｅ，ｆに基づいて第１及び第２のＤＣモータ７，８の駆動モード信号ｏを生成し、ドライバ回路３４，３５を介して第１及び第２のＤＣモータ７，８に出力して、第１及び第２のＤＣモータ７，８を駆動する（手順Ｓ１０）。この手順Ｓ１０の具体的方法については、前出の特開２００２−１４９３２４に詳細に記載されている。これによって、操作部２が第１及び第２のＤＣモータ７，８によって駆動され、揺動レバー１ａ、第１乃至第４の圧力センサ３，４，５，６及び操作部２を介して第１及び第２のＤＣモータ７，８からの外力が操作者に伝達される（手順Ｓ１１）。このとき、第１乃至第４の圧力センサ３，４，５，６は、ＤＣモータ７，８のトルクリップルＴｒを検出し、圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを出力する（手順Ｓ１２）。補正制御部１７ｅは、この圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを取り込んで、補正信号ｐを生成し、加算器３３にて補正信号ｐと駆動モード信号ｏとを加算する（手順Ｓ１３）。ドライバ回路３４，３５は、補正信号ｐにて補正された駆動モード信号ｏに基づいて第１及び第２のＤＣモータ７，８を駆動する（手順Ｓ１４）。以下、Ｓ１乃至Ｓ１４の手順を繰り返す。
【００２８】
このように、本例の力覚付与型入力装置は、位置センサ９，１０から出力される位置信号ｅ，ｆに応じてＤＣモータ７，８の駆動を制御し、操作部２にその操作状態に応じた力覚を付与するばかりでなく、圧力センサ３〜６から出力される圧力信号ａ，ｂ，ｃ，ｄに応じてＤＣモータ７，８への供給電流値を制御し、ＤＣモータ７，８の駆動トルクを平滑化する機能を有するコントローラ１７を備えたので、ＤＣモータ７，８を定格電流付近で駆動させた場合に生じるトルクリップルＴｒをＤＣモータ７，８への供給電流値を制御することによって解消又は軽減することができる。よって、小型軽量のＤＣモータを操作部に多様な力覚を付与するためのアクチュエータとして使用することができ、力覚付与型入力装置の小型化、軽量化、低コスト化、省電力化を図ることができると共に、その振動障害の軽減を図ることができる。
【００２９】
また、本例の力覚付与型入力装置は、圧力センサ３〜６として感圧導電ゴム１８と電極板１９との組合せからなるものを用いたので、圧力センサ３〜６の出力変化量に基づいてＤＣモータ７，８の駆動トルクの補正を行うことができる。よって、圧力センサの零点補正を必要とせず、力覚付与型入力装置に対する圧力センサの組立を容易化できると共に、圧力センサの経時変化に伴うメンテナンスを省略することができる。
【００３０】
なお、前記実施形態例においては、２つのＤＣモータ７，８と２つの位置センサ９，１０とをそれぞれ直交する方向に備えたが、ＤＣモータの数量及び位置センサの数量並びにこれらの配列についてはこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の個数のＤＣモータ及び位置センサを任意の配列で備えることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の力覚付与型入力装置は、位置センサから出力される位置信号に応じてＤＣモータの駆動を制御し、操作部にその操作状態に応じた力覚を付与するばかりでなく、圧力センサから出力される圧力信号に応じてＤＣモータへの供給電流値を制御し、ＤＣモータの駆動トルクを平滑化する機能を有する制御部を備えたので、ＤＣモータを定格電流付近で駆動させた場合に生じるトルクリップルをＤＣモータへの供給電流値を制御することによって解消又は軽減することができる。よって、小型軽量のＤＣモータを操作部に多様な力覚を付与するためのアクチュエータとして使用することができ、力覚付与型入力装置の小型化、軽量化、低コスト化、省電力化を図ることができると共に、その振動障害の軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図２】実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる機構部の側面方向より見た断面図である。
【図３】実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる機構部の平面方向より見た断面図である。
【図４】実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる圧力センサの構成と配列とを示す断面図である。
【図５】実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられるＤＣモータのトルクリップルとその補正信号とを説明するグラフ図である。
【図６】実施形態例に係る力覚付与型入力装置に備えられる補正制御部の構成図である。
【図７】施形態例に係る力覚付与型入力装置の動作手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１機構部
１ａ揺動軸
２操作部
３，４，５，６圧力センサ
７，８ＤＣモータ
９，１０位置センサ
１１，１２，１３，１４スイッチ
１５モニタ
１６スピーカ
１７コントローラ
１７ａ力覚制御部
１７ｂモニタ制御部
１７ｃスピーカ制御部
１７ｄ駆動モード制御部
１７ｅ補正制御部

Claims

操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に作用する圧力を検出する圧力センサと、前記操作部に力覚を付与するＤＣモータと、前記位置センサから出力される位置信号に応じて前記ＤＣモータの駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた力覚を付与すると共に、前記圧力センサから出力される圧力信号に応じて前記ＤＣモータへの供給電流値を制御し、前記ＤＣモータの駆動トルクを平滑化するコントローラとを備えたことを特徴とする力覚付与型入力装置。
前記圧力センサとして、感圧導電ゴムと電極板との組合せからなるものを用いたことを特徴とする請求項１に記載の力覚付与型入力装置。