JP2005332039A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents

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則之 福嶋
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Abstract

【課題】 構成が簡単で耐久性や検出精度に優れた絶対位置検出手段を備えた力覚付与型入力装置を提供すること。
【解決手段】 フレーム４に一対の駆動レバー５，６を互いの回転軸が直交するように軸支し、両駆動レバー５，６の交差部分に揺動操作可能な操作レバー７を連結すると共に、一対の回転モータ１１，１２によって両駆動レバー５，６を介して操作レバー７に外力を付与する力覚付与型入力装置において、操作レバー７の相対変位量を一対のロータリエンコーダ３０，３１で検出すると共に、両駆動レバー５，６に固着した回動板９，１０と、これら回動板９，１０に形成した遮蔽部９ａ，１０ａの有無を検出してオン／オフ信号を出力するフォトインタラプタ３２，３３とで絶対位置検出手段し、制御部３４がフォトインタラプタ３２，３３のオン／オフ切り換え信号に基づいて操作レバー７の基準位置を求めるようにした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、手動操作される操作部材に電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、操作部材の基準位置を検出する絶対位置検出手段に関するものである。
近年、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の車載用制御機器の機能調整を１つの操作部材に集約し、この操作部材の手動操作によって機器の選択や機能調整等を行う際に、操作部材の操作量や操作方向に応じた抵抗感や推力等の外力を付与することにより、操作フィーリングを良好にして操作性を確実にしたフォースフィードバック機能付きの力覚付与型入力装置が種々提案されている。かかる力覚付与型入力装置の一例として、従来より、操作部材である揺動操作可能な操作レバーと、この操作レバーの揺動運動を直交する一対の駆動レバーの回転運動に変換する変換部と、これら両駆動レバーの回転量および回転方向を検出する一対のロータリエンコーダと、操作レバーに外力を付与する一対の回転モータとを備え、両ロータリエンコーダの出力信号に基づいて両回転モータの駆動をそれぞれ制御することにより、両駆動レバーを介して操作レバーに所望の外力を付与するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１０は上記特許文献１に開示された力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図であり、同図に示すように、基台１００上には第１および第２の回転モータ１０１，１０２と、これら回転モータ１０１，１０２の回転軸に連結された第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４とが搭載されている。第１の回転モータ１０１の回転軸と第２の回転モータ１０２の回転軸とは互いに直交しており、第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は両回転モータ１０１，１０２の回転軸が交わる交点Ｐの近傍に配置されている。また、基台１００には第１および第２の駆動レバー１０５，１０６が回転可能に支持されており、これら駆動レバー１０５，１０６には駆動体１０７を介して操作レバー１０８が連結されている。第１の駆動レバー１０５は第１の回転モータ１０１の回転軸と平行な軸１０５ａを中心に回転可能であり、第１の駆動レバー１０５の先端には第１の回転モータ１０１の回転軸に固着したギヤ１０９に噛合する歯部１０５ｂが形成されている。第２の駆動レバー１０６は第２の回転モータ１０２の回転軸と平行な軸１０６ａを中心に回転可能であり、第２の駆動レバー１０６の先端には第２の回転モータ１０２の回転軸に固着したギヤ１１０に噛合する歯部１０６ｂが形成されている。なお、第１および第２の回転モータ１０１，１０２と第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４は図示せぬ制御部に接続されており、この制御部は第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号を取り込んで第１および第２の回転モータ１０１，１０２に所望の制御信号を出力する。
このように概略構成された力覚付与型入力装置において、操作者が操作レバー１０８を任意方向、例えば図１０のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると、第１の駆動レバー１０５が軸１０５ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１０９と第１のロータリエンコーダ１０３が回転駆動される。操作レバー１０８がＸ−Ｘ方向へ揺動操作された場合は、第２の駆動レバー１０６が軸１０６ａを中心に回転し、それに伴ってギヤ１１０と第２のロータリエンコーダ１０４が回転駆動される。また、操作レバー１０８がＸ方向とＹ方向の中間方向へ揺動操作された場合、第１および第２の駆動レバー１０５，１０６がそれぞれ回転して第１および第２のロータリエンコーダ１０３，１０４が回転駆動される。これらロータリエンコーダ１０３，１０４の出力信号は制御部に取り込まれ、制御部がこの出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー１０８の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算し、その演算結果に基づいて第１および第２の回転モータ１０１，１０２に制御信号を出力することにより、操作レバー１０８に所望の操作フィーリングが付与される。例えば、操作レバー１０８が任意方向へ所定角度だけ揺動操作されたとき、第１および第２の回転モータ１０１，１０２が第１および第２の駆動レバー１０５，１０６の回転と逆方向に動作されると、操作レバー１０８に所定の大きさの作動力が付与され、この作動力が操作レバー１０８を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
特開２００３−２２１５９号公報（第５−７頁、図１）
前述した従来の力覚付与型入力装置では、制御部がロータリエンコーダの出力信号に基づいて操作レバーの揺動方向と揺動量を演算するようになっているが、周知のようにロータリエンコーダは９０度の位相差を有する２種類のパルス信号を出力するものであるため、ロータリエンコーダの出力信号だけでは操作レバーの相対変化量しか検出できず、操作レバーの基準位置からの絶対角度を検出する絶対位置検出手段が必要となる。
従来より、このような絶対位置検出手段としてポテンショメータ（可変抵抗器）を用い、操作レバーの揺動操作に伴ってポテンショメータを動作させることにより、ポテンショメータから出力される抵抗値変化に基づいて操作レバーの絶対位置を演算するという技術が知られている。しかしながら、ポテンショメータは、ブラシの摺動に伴う摩耗や摩耗粉の堆積等に起因して経年的に抵抗値が変動しやすいという耐久性の問題や、製造条件によって抵抗体の特性にバラツキが生じやすいという検出精度上の問題があった。
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、構成が簡単で耐久性や検出精度に優れた絶対位置検出手段を備えた力覚付与型入力装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の力覚付与型入力装置では、操作者が手動で操作する操作部材と、この操作部材を変位可能に支持する基台と、前記操作部材の変位量を検出する相対位置検出手段と、前記操作部材の基準位置を検出する絶対位置検出手段と、前記操作部材に外力を付与するアクチュエータと、前記相対位置検出手段および前記絶対位置検出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、前記絶対位置検出手段が、前記操作部材の変位に伴って移動する被検出部材と、この被検出部材の有無を検出してオン／オフ信号を出力する検出素子とからなり、前記制御手段は前記検出素子の出力変化に基づいて前記操作部材の基準位置を演算するように構成した。
このように構成された力覚付与型入力装置では、操作者が操作部材を手動操作すると、検出素子が操作部材に伴って移動する被検出部材の有無を検出するが、この検出素子がオン／オフの切り換え信号を出力するのは被検出部材の全移動範囲中の１箇所だけであるため、制御手段は検出素子の出力が「０」または「１」かで操作部材の基準位置を判定でき、その基準位置と相対位置検出手段の出力信号に基づいて操作部材の操作量を求めることができる。したがって、構成が簡単な絶対位置検出手段を用いて操作部材の操作量を演算することができると共に、該絶対位置検出手段の耐久性や検出精度を向上することができる。
上記の構成において、被検出部材が移動可能な被検出領域の一方の側を占有しており、制御手段がシステムの起動時に検出素子の出力変化が生じるまでアクチュエータを正方向または逆方向へ駆動制御するようにすると、操作部材に外力を付与するのに必要とされるアクチュエータの駆動力を利用して操作部材の基準位置を算出することができるため、基準位置算出用として別の駆動源をわざわざ設ける必要がなくなって好ましい。
この場合において、制御手段は、検出素子が被検出部材を検出する場合は該被検出部材を検出しなくなる方向へアクチュエータを駆動制御し、検出素子が被検出部材を検出しない場合は該被検出部材を検出する方向へアクチュエータを駆動制御することが好ましく、このようにすると、システム起動時に短時間で操作部材の基準位置を算出することができる。また、制御手段は、検出素子の出力変化が生じた位置でアクチュエータの駆動を停止すると共に、当該位置を操作部材の基準位置としてイニシャライズすることが好ましく、このようにすると、システム起動時に操作部材を短時間で初期位置に自動復帰させることができる。
また、上記の構成において、スライドタイプやロータリタイプの操作部材を用いることも可能であるが、操作部材が揺動操作可能な操作レバーからなると共に、この操作レバーの揺動操作に連動して互いの回転軸を直交するように回転する一対の駆動レバーを備え、アクチュエータがこれら両駆動レバーを介して操作部材に外力を付与する一対の回転モータであることが好ましい。
このようなジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置において、被検出部材が駆動レバーと一体的に回動する回動板であると共に、検出素子が回動板の回動領域内に配設されたフォトインタラプタであり、かつ相対位置検出手段がロータリエンコーダであることが好ましく、このような構成を採用すると、相対位置検出手段と絶対位置検出手段を含む検出手段全体の構造を単純化することができる。
また、上記の構成において、回動板が可動範囲の中間位置を通過したときにフォトインタラプタからオン／オフの切り換え信号が出力されるように構成すると、システム起動時に操作レバーが中立位置に自動復帰するため、操作者は起動後に直ちに操作レバーを揺動操作することができる。
本発明の力覚付与型入力装置は、操作部材の変位に伴って移動する被検出部材と、この被検出部材の有無を検出してオン／オフ信号を出力する検出素子とで絶対位置検出手段を構成し、制御手段が検出素子の出力変化に基づいて操作部材の基準位置を演算するようにしたので、構成が簡単な絶対位置検出手段を用いて操作部材の操作量を演算することができると共に、該絶対位置検出手段の耐久性や検出精度を向上することができる。
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図、図２はスティックコントローラの分解斜視図、図３は該スティックコントローラの斜視図、図４は動力変換機構の斜視図、図５は絶対位置検出手段の斜視図、図６は該スティックコントローラの部品レイアウトを示す平面図、図７は制御手段のブロック図、図８は該制御手段のイニシャライズ動作手順を示すフローチャートである。
図１〜図５に示すように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、上面に透孔１ａを有する合成樹脂製の筐体１と、この筐体１の内部に収納されたスティックコントローラ２と、筐体１の下部開口を閉塞する蓋体３とを備えており、この筐体１は自動車のセンターコンソール等の適宜箇所に設置されるようになっている。
スティックコントローラ２は箱形形状のフレーム（基台）４を備えており、このフレーム４は平面視Ｌ字状の第１支持体４ａと平面視逆Ｌ字状の第２支持体４ｂとをスペーサ４ｃを介して一体化して構成されている。第１支持体４ａと第２支持体４ｂはアルミニウム等の機械的強度の高い材料で形成されており、フレーム４には第１および第２支持体４ａ，４ｂの各側壁によって平面視四角形の支持部が形成されている。この支持部の内部には第１および第２の駆動レバー５，６が互いの回転軸を直交するように配置されており、第１の駆動レバー５の上部両端は支持部の相対向する２つの側壁に回転可能に軸支され、第２の駆動レバー６の上部両端は支持部の相対向する他の２つの側壁に回転可能に軸支されている。これら第１および第２の駆動レバー５，６の交差部分には操作レバー７が連結されており、この操作レバー７は透孔１ａを挿通して筐体１の外部に突出している。第１および第２の駆動レバー５，６は操作レバー７の揺動運動を直交する２つの回転運動に変換する動力変換機構を構成しており、操作レバー７の中央部は第２の駆動レバー６の中央上部にピン８を用いて軸支され、操作レバー７は第２の駆動レバー６の下部に形成された長孔６ａを挿通して第１の駆動レバー５の下部に形成された長孔５ａ内に挿入されている。したがって、操作レバー７を任意方向へ揺動操作すると、その揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー５，６が回転する。
第１の駆動レバー５の一側面には扇形のギヤ部５ｂが一体形成されており、このギヤ部５ｂの先端には該駆動レバー５の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部５ｃが形成されている。また、第１の駆動レバー５の他側面には第１の回動板９が固着されており、この第１の回動板９の下端に形成された遮蔽部９ａはギヤ部５ｂと逆方向へ突出している。同様に、第２の駆動レバー６の一側面には扇形のギヤ部６ｂが一体形成されており、このギヤ部６ｂの先端には該駆動レバー６の回転軸を中心として円弧状に延びる歯部６ｃが形成されている。また、第２の駆動レバー６の他側面には第２の回動板１０が固着されており、この第２の回動板１０の下端に形成された遮蔽部１０ａはギヤ部６ｂと逆方向へ突出している。
前記フレーム４の第２支持体４ｂには第１および第２の回転モータ１１，１２が搭載されており、図６に示すように、これら回転モータ１１，１２は互いの回転軸１１ａ，１２ａが直交するように配置されている。両回転モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａの延長線が交わる交点をＰとすると、第１の回転モータ１１の回転軸１１ａは交点Ｐと反対側に突出し、第２の回転モータ１２の回転軸１２ａも交点Ｐと反対側に突出している。第１の回転モータ１１の回転軸１１ａにはギヤ１３が固着されており、このギヤ１３は第１支持体４ａの内側で第１の駆動レバー５に形成されたギヤ部５ｂの歯部５ｃに噛合している。説明の都合上、図４中に第１の回転モータ１１は省略されているが、第１の回転モータ１１から見て回転軸１１ａに固着されたギヤ１３と第１の駆動レバー５に一体化されたギヤ部５ｂは減速ギヤ列を構成しており、第１の回転モータ１１の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第１の駆動レバー５に伝達される。同様に、第２の回転モータ１２の回転軸１２ａにはギヤ１４が固着されており、このギヤ１４は第１支持体４ａの内側で第２の駆動レバー６に形成されたギヤ部６ｂの歯部６ｃに噛合している。これらギヤ１４とギヤ部６ｂは第２の回転モータ１２から見て減速ギヤ列を構成しており、第２の回転モータ１２の回転はこの減速ギヤ列で減速されて第２の駆動レバー６に伝達される。
また、第１の回転モータ１１の回転軸１１ａには大径はすば歯車１５が固着されており、この大径はすば歯車１５とギヤ１３は一体化されている。大径はすば歯車１５は第１支持体４ａの一側壁から外方へ突出しており、この一側壁には小径はすば歯車１６と第１のコード板１７が回転可能に軸支されている。両はすば歯車１５，１６は噛合しており、小径はすば歯車１６の外側に一体化されたプーリ１８と第１のコード板１７の外側に一体化されたプーリ１９間には無端状のベルト２０が巻回されている。これらギヤ１３、大径はすば歯車１５、小径はすば歯車１６、プーリ１８、ベルト２０、プーリ１９は第１の駆動レバー５から見て増速ギヤ列を構成しており、第１の駆動レバー５の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第１のコード板１７に伝達される。同様に、第２の回転モータ１２の回転軸１２ａには大径はすば歯車２１が固着されており、この大径はすば歯車２１とギヤ１４は一体化されている。大径はすば歯車２１は第１支持体４ａの他側壁から外方へ突出しており、この他側壁には小径はすば歯車２２と第２のコード板２３が回転可能に軸支されている。両はすば歯車２１，２２は噛合しており、小径はすば歯車２２の外側に一体化されたプーリ２４と第２のコード板２３の外側に一体化されたプーリ２５間には無端状のベルト２６が巻回されている。これらギヤ１４、大径はすば歯車２１、小径はすば歯車２２、プーリ２４、ベルト２６、プーリ２５は第２の駆動レバー６から見て増速ギヤ列を構成しており、第２の駆動レバー６の回転はこの増速ギヤ列で増速されて第２のコード板２３に伝達される。
前記フレーム４の下端には回路基板２７が取り付けられており、この回路基板２７上には第１および第２のフォトインタラプタ２８，２９が実装されている。図示せぬが、両フォトインタラプタ２８，２９はそれぞれＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）を有しており、これらＬＥＤとフォトトランジスタは凹部２８ａ，２９ａを介して対向している。前述した第１および第２のコード板１７，２３の外周部はそれぞれ第１および第２のフォトインタラプタ２８，２９の凹部２８ａ，２９ａ内を回転するようになっており、第１および第２のコード板１７，２３の外周部には多数のスリット１７ａ，２３ａが形成されている。そして、第１のフォトインタラプタ２８と第１のコード板１７とで第１のロータリエンコーダ３０が構成され、第２のフォトインタラプタ２９と第２のコード板２３とで第２のロータリエンコーダ３１が構成されており、これら第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１によって操作レバー７の相対変位量が検出が検出される。すなわち、操作レバー７の揺動操作に伴って第１および第２の駆動レバー５，６が回転すると、その回転が増速ギヤ列を介して第１および第２のコード板１７，２３に伝達され、第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１の各フォトインタラプタ２８，２９から９０度の位相差を有する２種類のパルス信号（Ａ相信号とＢ相信号）がそれぞれ出力されるため、これら出力信号に基づいて第１および第２の駆動レバー５，６の相対的な回転量と回転方向、換言すると操作レバー７の揺動方向と揺動量（揺動角度）を検出することができる。
図５に示すように、回路基板２７上には第１および第２のフォトインタラプタ２８，２９とは別に一対のフォトインタラプタ３２，３３が実装されており、これらフォトインタラプタ３２，３３も凹部３２ａ，３３ａを介して対向するＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）をそれぞれ有している。第１の回動板９の遮蔽部９ａは第１の駆動レバー５の回転に伴って一方のフォトインタラプタ３２の凹部３２ａ内を通過するようになっており、これら第１の回動板９とフォトインタラプタ３２とで第１の絶対位置検出手段が構成されている。また、第２の回動板１０の遮蔽部１０ａは第２の駆動レバー６の回転に伴って他方のフォトインタラプタ３３の凹部３３ａ内を通過するようになっており、これら第２の回動板１０とフォトインタラプタ３３とで第２の絶対位置検出手段が構成されている。ここで、第１および第２の回動板９，１０の遮蔽部９ａ，１０ａは第１および第２の回動板９，１０の回転可能な被検出領域Ｘ，Ｙ（Ｙは不図示）の半分を占有しており、例えば第１および第２の回動板９，１０が中立位置から正逆両方向へ３０度（全体で６０度）だけ回転可能である場合、遮蔽部９ａ，１０ａは第１および第２の回動板９，１０の中立位置から一方向へ３０度相当分だけ延出している。これにより、操作レバー７が中立位置で起立しているとき、遮蔽部９ａ，１０ａは凹部３２ａ，３３ａ内の中心から第１および第２の回動板９，１０の一方向への回転角相当分だけ外方へ向かって突出し、当該位置でフォトインタラプタ３２，３３からの出力が変化するようになっている。したがって、操作レバー７が中立位置から任意方向へ揺動操作され、それに伴って第１および第２の駆動レバー５，６が回転したとき、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａ内を横切る方向へ移動する場合は、ＬＥＤの光が遮蔽部９ａ，１０ａで遮断されてフォトインタラプタ３２，３３からオフ信号が出力されるが、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａから外れる方向へ移動する場合は、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されてフォトインタラプタ３２，３３からオン信号が出力される。なお、本実施形態例では被検出領域の半分を占有するようにしたが、半分でなくとも一方の側を占有していれば絶対位置検出手段として機能する。
図７に示すように、各フォトインタラプタ２８，２９，３２，３３と第１および第２の回転モータ１１，１２は制御部３４に接続されており、この制御部３４はＣＰＵやメモリを内蔵している。このＣＰＵは各フォトインタラプタ２８，２９，３２，３３からの出力信号を取り込み、フォトインタラプタ３２，３３の検知信号に基づいて絶対位置を求めると共に、この絶対位置を基準にして第１および第２のフォトインタラプタ２８，２９の検知信号から第１および第２の駆動レバー５，６の回転方向と回転量、すなわち操作レバー７の揺動方向と揺動量（揺動角度）を演算する。また、制御部３４はメモリに記憶されたデータやプログラムに基づいて制御信号を決定し、この制御信号を第１および第２の回転モータ１１，１２に出力する。この制御信号は操作レバー７に付与される操作フィーリングに対応する信号であり、信号の種類としては振動の発生や作動力（抵抗力または推力）の変更等がある。なお、制御部３４の回路構成部品は回路基板２７の裏面や図示せぬ他の回路基板に実装されている。
次に、このように構成された力覚付与型入力装置の動作について図８のフローチャートを参照しつつ説明する。
力覚付与型入力装置のシステムが中断、すなわちイグニッションスイッチが投入されずに電源オフ状態となっているとき、操作レバー７は直前の電源オフ時に操作された揺動位置で停止している。図８に示すように、この状態で電源をオン（Ｓ−１）にしてシステムを起動させると、まず、制御部３４は第１および第２の絶対位置検出手段のフォトインタラプタ３２，３３から出力される信号の種類を判定する（Ｓ−２）。Ｓ−２において、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオン、すなわち第１および第２の回動板９，１０の遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａから外れた位置にあり、ＬＥＤの光がフォトトランジスタで受光されている場合はＳ−３に移行し、制御部３４は第１および第２の回転モータ１１，１２を一方向（例えば正転方向）に回転制御する。これにより第１および第２の駆動レバー５，６が中立方向へ回転し始め、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａに近づく方向へ移動する。そして、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａに入り込み、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオンからオフに切り替わると、Ｓ−４からＳ−５へ移行し、制御部３４は当該位置を基準位置にイニシャライズすると共に、Ｓ−６へ移行して第１および第２の回転モータ１１，１２を停止する。
一方、Ｓ−２において、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオフ、すなわち第１および第２の回動板９，１０の遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａ内にあり、ＬＥＤの光が遮蔽部９ａ，１０ａで遮断されてフォトトランジスタで受光されない場合はＳ−７に移行し、制御部３４は第１および第２の回転モータ１１，１２を逆転方向に回転制御する。これにより第１および第２の駆動レバー５，６が中立方向へ回転し始め、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａから外れる方向へ移動する。そして、遮蔽部９ａ，１０ａが凹部３２ａ，３３ａを通過し、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオフからオンに切り替わると、Ｓ−８からＳ−９へ移行し、制御部３４は当該位置を基準位置にイニシャライズすると共に、Ｓ−１０へ移行して第１および第２の回転モータ１１，１２を停止する。
したがって、システム起動時に操作レバー７は直前の姿勢に拘わらず中立位置に自動復帰し、以後、操作者は中立位置で起立している操作レバー７を任意方向へ揺動操作することにより、機器の選択や機能調整等を行うことができる。そして、操作者が操作レバー７を中立位置から任意方向へ揺動操作すると、操作レバー７の揺動方向に応じて第１および第２の駆動レバー５，６がそれぞれの回転軸を中心に回転する。例えば、操作レバー７を図６のＹ−Ｙ方向へ揺動操作すると第１の駆動レバー５のみが同方向へ回転し、操作レバー７をＸ−Ｘ方向へ揺動操作すると第２の駆動レバー６のみが同方向へ回転し、操作レバー７をＸ−Ｙ方向（Ｘ方向とＹ方向の間）へ揺動操作すると第１および第２の駆動レバー５，６が共に回転する。その際、第１の駆動レバー５の回転がギヤ部５ｂの歯部５ｃからギヤ１３、大径はすば歯車１５、小径はすば歯車１６、プーリ１８、ベルト２０、プーリ１９で増速されて第１のコード板１７に伝達され、第２の駆動レバー６の回転がギヤ部６ｂの歯部６ｃからギヤ１４、大径はすば歯車２１、小径はすば歯車２２、プーリ２４、ベルト２６、プーリ２５で増速されて第２のコード板２３に伝達されるため、第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１の各フォトインタラプタ２８，２９から９０度の位相差を有する２種類のパルス信号がそれぞれ出力され、これらのパルス信号が相対位置情報として制御部３４に入力される。
制御部３４は第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１の各フォトインタラプタ２８，２９から求められる相対位置と前述したフォトインタラプタ３２，３３のオン／オフ信号から求められる絶対位置とに基づいて、第１および第２の駆動レバー５，６の回転方向と回転量を演算すると共に、第１および第２の回転モータ１１，１２に所定の制御信号を出力する。一例を挙げると、操作レバー７が所定方向に所定量だけ揺動操作されたとき、第１および第２の回転モータ１１，１２の回転をギヤ１３，１４とギヤ部５ｂ，６ｂで減速させて第１および第２の駆動レバー５，６に伝達することにより、これら駆動レバー５，６を介して操作レバー７にその揺動方向に抵抗する作動力が付与されると、この作動力が操作レバー７を手動操作する操作者にクリック感として認識される。
このように本実施形態例では、操作者が手動で揺動操作する操作レバー７と、この操作レバー７の揺動操作に連動して回転可能であると共に互いの回転軸を直交する第１および第２の駆動レバー５，６と、第１および第２の駆動レバー５，６の回転を検出する第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１と、第１および第２の駆動レバー５，６を介して操作レバー７に外力を付与する第１および第２の回転モータ１１，１２と、第１および第２のロータリエンコーダ３０，３１から出力される検知信号に基づいて第１および第２の回転モータ１１，１２の駆動を制御する制御部３４とを備えた力覚付与型入力装置において、第１および第２の駆動レバー５，６に固着した第１および第２の回動板９，１０と、これら回動板９，１０に形成した遮蔽部９ａ，１０ａの有無を検出してオン／オフ信号を出力するフォトインタラプタ３２，３３とで絶対位置検出手段し、制御部３４がフォトインタラプタ３２，３３のオン／オフ切り換え信号に基づいて操作レバー７の基準位置を求めるようにしたので、絶対位置検出手段を回動板９，１０とフォトインタラプタ３２，３３の組み合わせという簡単な構成で実現することができ、該絶対位置検出手段の耐久性や検出精度を向上することができる。
また、第１および第２の駆動レバー５，６が回転可能な被検出領域の中間点にあって、これら駆動レバー５，６に固着された第１および第２の回動板９，１０が全可動範囲の中間位置を通過したときに、フォトインタラプタ３２，３３からオン／オフの切り換え信号が出力されるようにしたので、システム起動時に操作レバー７を起動前の姿勢に拘わらず中立位置に自動復帰することができ、操作性に優れたジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置を実現できる。
図９はイニシャライズ動作手順の変形例を示すフローチャートであり、この変形例が前述した図８のフローチャートと相違する点は、Ｓ−２でフォトインタラプタ３２，３３の出力信号を判定するとき、その出力信号がオンになるまで第１および第２の回転モータ１１，１２を逆転方向に回転し続けるようにしたことにあり、それ以外は基本的に同じである。
すなわち、図９に示すように、電源をオン（Ｓ−１）にして力覚付与型入力装置のシステムを起動させたとき、まず、制御部３４は第１および第２の絶対位置検出手段のフォトインタラプタ３２，３３から出力される信号の種類を判定する（Ｓ−２）。Ｓ−２において、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオフの場合はＳ−７に移行し、制御部３４は第１および第２の回転モータ１１，１２を逆転方向に回転制御し、これをフォトインタラプタ３２，３３の出力がオンになるまで続行する。また、Ｓ−２において、フォトインタラプタ３２，３３の出力信号がオンの場合は、図８のＳ−３からＳ−５と同じ手順を経てＳ−６へ移行し、制御部３４は基準位置をイニシャライズすると共に第１および第２の回転モータ１１，１２を停止する。
本発明の実施形態例に係る力覚付与型入力装置の斜視図である。 スティックコントローラの分解斜視図である。 該スティックコントローラの斜視図である。 動力変換機構の斜視図である。 絶対位置検出手段の斜視図である。 該スティックコントローラの部品レイアウトを示す平面図である。 制御手段のブロック図である。 該制御手段のイニシャライズ動作手順を示すフローチャートである。 イニシャライズ動作手順の変形例を示すフローチャートである。 従来例に係る力覚付与型入力装置の内部構造を示す平面図である。
符号の説明
１ 筐体
２ スティックコントローラ
４ フレーム（基台）
５ 第１の駆動レバー
６ 第２の駆動レバー
７ 操作レバー
９ 第１の回動板
１０ 第２の回動板
９ａ，１０ａ 遮蔽部
１１ 第１の回転モータ（アクチュエータ）
１２ 第２の回転モータ（アクチュエータ）
１７ 第１のコード板
２３ 第２のコード板
２７ 回路基板
２８ 第１のフォトインタラプタ
２９ 第２のフォトインタラプタ
３０ 第１のロータリエンコーダ（相対位置検出手段）
３１ 第２のロータリエンコーダ（相対位置検出手段）
３２，３３ フォトインタラプタ
３２ａ，３３ａ 凹部
３４ 制御部

Claims (7)

  1. 操作者が手動で操作する操作部材と、この操作部材を変位可能に支持する基台と、前記操作部材の変位量を検出する相対位置検出手段と、前記操作部材の基準位置を検出する絶対位置検出手段と、前記操作部材に外力を付与するアクチュエータと、前記相対位置検出手段および前記絶対位置検出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、
    前記絶対位置検出手段が、前記操作部材の変位に伴って移動する被検出部材と、この被検出部材の有無を検出してオン／オフ信号を出力する検出素子とからなり、
    前記制御手段は前記検出素子の出力変化に基づいて前記操作部材の基準位置を演算することを特徴とする力覚付与型入力装置。
  2. 請求項１の記載において、前記被検出部材は移動可能な被検出領域の一方の側を占有しており、前記制御手段は、システムの起動時に前記検出素子の出力変化が生じるまで前記アクチュエータを正方向または逆方向へ駆動制御することを特徴とする力覚付与型入力装置。
  3. 請求項２の記載において、前記制御手段は、システムの起動時に前記検出素子が被検出部材を検出する場合は該被検出部材を検出しなくなる方向へ前記アクチュエータを駆動制御し、前記検出素子が被検出部材を検出しない場合は該被検出部材を検出する方向へ前記アクチュエータを駆動制御することを特徴とする力覚付与型入力装置。
  4. 請求項２の記載において、前記制御手段は、前記検出素子の出力変化が生じた位置で前記アクチュエータの駆動を停止すると共に、当該位置を前記操作部材の基準位置としてイニシャライズすることを特徴とする力覚付与型入力装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記操作部材が揺動操作可能な操作レバーからなると共に、この操作レバーの揺動操作に連動して互いの回転軸を直交するように回転する一対の駆動レバーを備え、前記アクチュエータがこれら両駆動レバーを介して前記操作部材に外力を付与する一対の回転モータであることを特徴とする力覚付与型入力装置。
  6. 請求項５の記載において、前記被検出部材が前記駆動レバーと一体的に回動する回動板であると共に、前記検出素子が前記回動板の回動領域内に配設されたフォトインタラプタであり、かつ前記相対位置検出手段がロータリエンコーダであることを特徴とする力覚付与型入力装置。
  7. 請求項６の記載において、前記回動板が可動範囲の中間位置を通過したときに前記フォトインタラプタからオン／オフの切り換え信号が出力されることを特徴とする力覚付与型入力装置。
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