JP2006259896A

JP2006259896A - 力覚付与型入力装置

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Publication number: JP2006259896A
Application number: JP2005073687A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishikawa; 新治石川; Taiga Tamegai; 大河為我井; Ken Matsumoto; 乾松本
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立できる力覚付与型入力装置を提供すること。
【解決手段】制御部１６は、回転検出器１５からの検出情報に基づいてトルク量を算出するトルク量算出部１６１と、このトルク量を累積するトルク量累積部１６２と、累積されたトルク量に対して所定のしきい値を用いてしきい値判定を行うしきい値判定部１６３と、しきい値判定の結果に応じてトルク量を補正するトルク量補正部１６４と、算出されたトルク量又は補正されたトルク量に対応するトルク信号をモータドライバ１７に対して出力するトルク信号出力部１６５とから主に構成されている。この制御部１６においては、制御量の累積値が所定の値を超えたときに制御量を小さくする補正を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は入力装置に関し、特に少なくとも一方向に手動操作可能な手動操作部を備えた力覚付与型入力装置に関する。

車両に搭載される機器の入力装置として、操作者が操作する、例えばジョイスティックなど操作部の変位に応じてその操作部に力覚を付与するタイプの入力装置（力覚付与型入力装置）がある。この力覚付与型入力装置は、操作部の位置を検出し、その検出した位置や、算出した速度などに基づいて制御量を求め、その制御量に応じてアクチュエータなどの駆動部を駆動させることにより操作部に力覚を付与する。

特開２００３−１９６０２０号公報

上記のような力覚付与型入力装置においては、力覚を比較的弱く設定すると、長時間の操作をしても操作者が受ける疲労感は小さいが、操作にまだ慣れていない入力操作開始時などには誤操作し易い。一方、力覚を比較的強く設定すると、操作にまだ慣れていない入力操作開始時などには誤操作し難いが、長時間操作すると操作者が受ける疲労感が大きい。すなわち、上記のような力覚付与型入力装置では、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立できる力覚付与型入力装置を提供することを目的とする。

本発明の力覚付与型入力装置は、手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、既に算出された過去分の制御量に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする。

この構成によれば、前記手動操作手段に対する操作において、過去分の制御量に基づいて新たな制御量を算出するようにしたので、過去に与えた力覚に対応して新たに付与する力覚を決定することができる。よって、例えば過去分の制御量から操作者の疲労状況を推定し、操作者が疲労したと考えられるときには、力覚付与手段に対する制御量を算出するので、操作者の疲労に応じて制御量を調整することができる。これにより、入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現することができるので、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができる。

本発明の力覚付与型入力装置においては、前記制御手段は、制御量の累積値が所定の値を超えたときに制御量を小さくすることが好ましい。また、本発明の力覚付与型入力装置においては、前記制御手段は、所定の値を超える制御量が所定回数計測されたときに制御量を小さくすることが好ましい。

これらの構成によれば、前記制御量によって付与された過去の力覚の累積値が所定の値を超えるときに、あるいは所定の値を超える制御量が所定回数計測されたときに、操作者が疲労したと推定して、制御量、すなわち力覚付与手段が操作手段を介して操作者に与える力覚の量、を小さくする。よって、入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現することができる。なお、制御量ではなく、操作量や操作時間に基づいて制御量を算出するようにしても、操作者の疲労に応じて制御量を調整することができる。

本発明の力覚付与型入力装置は、手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記手動操作手段に対する操作量の累積に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする。

本発明の力覚付与型入力装置は、手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記手動操作手段に対する操作時間の累積に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、操作者が疲労したと考えられるときに、力覚付与手段に対する制御量を補正するので、入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現することができる。その結果、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができる。

本発明者らは、力覚付与型入力装置において、操作者が長時間操作を行うと、操作者が疲労してくるために、最初に感じる力覚と長時間経過後に感じる力覚とが異なることに着目し、この操作者の疲労に応じて力覚を調整することにより、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができることを見出し本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、操作者が疲労したと考えられるときに、力覚付与手段に対する制御量を補正することにより、入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現して、その結果、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、制御量の累積値が所定の値を超えたときに制御量を小さくする補正を行う場合について説明する。また、本実施の形態においては、制御量がトルク量である場合について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る力覚付与型入力装置の概略構成を示す図である。この力覚付与型入力装置は、手動操作部１１と、この手動操作部１１にシャフト１２の一端を介して取り付けられたモータ１３と、シャフト１２の他端に取り付けられた回転盤１４と、回転盤１４の回転角度を検出する回転検出器１５と、回転検出器１５からの検出情報に基づいて手動操作部１１の回転角度に応じた制御量を求める制御部１６，２０と、この制御量に基づいて手動操作部１１に力覚を付与されるようにモータ１３を駆動するモータドライバ１７とから主に構成される。

手動操作部１１は、本実施の形態では、一次元方向（紙面上で前後方向）に操作可能である。手動操作部１１としては、これ以外に、例えば、別のシャフト及びモータを直交するように設けて二次元（前後左右）に操作可能な、いわゆるジョイスティックタイプのものでも良い。また、モータ１３及びモータドライバ１７で手動操作部１１に対して力覚を付与する。なお、手動操作部１１に力覚を付与する構成としては、モータ１３及びモータドライバ１７の代わりに、他方式のアクチュエータ及びそれを駆動する手段を用いても良い。

さらに、回転検出器１５は、回転盤１４の回転角度を検出する。この場合の回転角度の検出方法については特に制限はない。なお、本実施の形態では、手動操作部１１の操作方式が回転方式である場合について説明しているが、それに限らず、本発明においては、手動操作部１１の操作方式が回転方式以外の方式、例えば平行移動方式であっても良く、検出方法は、その動作を検出する構成であっても良い。

制御部１６は、回転検出器１５からの検出情報及び後述するカーソル位置とトルク量の対応関係に基づいてトルク量を算出するトルク量算出部１６１と、このトルク量（制御量）を累積するトルク量累積部１６２と、累積されたトルク量に対して所定のしきい値を用いてしきい値判定を行うしきい値判定部１６３と、しきい値判定の結果に応じてトルク量を補正するトルク量補正部１６４と、算出されたトルク量又は補正されたトルク量に対応するトルク信号をモータドライバ１７に対して出力するトルク信号出力部１６５とから主に構成されている。この制御部１６においては、所定の条件を満たすとき、すなわち既に算出された過去分の制御量の累積値が所定の値を超えたときに制御量を小さくする補正を行う。

上記構成を有する力覚付与型入力装置の動作について説明する。まず、操作者が手動操作部１１を特定の方向に一回操作すると、シャフト１２を介して回転盤１４がある角度だけ回転する。この回転盤１４の回転角度は、回転検出器１５により検出され、検出情報として回転検出器１５から制御部１６のトルク量算出部１６１に送られる。なお、回転検出器としては、一定時間毎にアナログ信号を出力するポテンショメータや、所定回転角度毎にパルスを出力する光学センサなどを用いることができる。

トルク量算出部１６１においては、検出情報、すなわち回転角度に基づいてトルク量を算出する。このトルク量は、トルク信号Ｔとしてトルク量補正部１６４に出力されると共に、トルク量累積部１６２に出力される。トルク量累積部１６２では、トルク量を示すトルク信号を所定の出力回数分累積する。この所定の出力回数は任意に設定することができる。なお、トルク信号は、一定周期（ここでは１ｍｓ）毎に出力されるものであり、この出力回数を時間としてみることができる。

累積されたトルク量（累積トルク量）は、しきい値判定部１６３に送られ、しきい値判定部１６３において所定のしきい値（設定累積トルク量）と比較される。累積トルク量がしきい値を超えたときには、しきい値判定部１６３がトルク量を補正する旨の制御信号をトルク量補正部１６４に出力する。なお、本発明でいう制御量は、操作方向の逆方向に加えられる操作反力、いわゆる力覚に反映されるものなので、この制御量の累積によりある程度操作者の疲労を推定することができる。

図４は、液晶表示装置３０に表示される文字設定画面である。操作者は手動操作部１１を操作することによりポインタを文字入力ボタン３１上に移動させて、プッシュスイッチ（図示せず）などにより決定して文字設定を行う。それぞれの文字入力ボタンには、ポインタを意図するボタンに移動させ易いように引き込み力が力覚として手動操作部に付与されるようになっている。ボタンからボタンへ移動するときに引き込み力に抗して手動操作部１１を操作することになるが、これが疲労の原因となっている。

図５は、液晶表示装置３０に表示されるエアコン設定画面である。操作者は手動操作部１１を操作することにより、選択表示されるボタン（ここではボタン３２）を順次変えていく。なお、しきい値判定部１６３における所定のしきい値は、図４に示す文字設定画面のように多くの入力動作が必要である場合には比較的小さくし、図５に示すエアコン設定画面のように入力動作をほぼ１回で完了するような場合に比較的大きくする。これにより、設定画面に応じて、すなわち入力動作の量に応じて最適な疲労防止制御を行うことが可能となる。なお、図４、図５に示す設定画面では、二次元方向（前後左右）に操作可能な、いわゆるジョイスティックタイプの入力装置が必要であるが、図１では説明を簡単にするために一次元方向のみのものを例示してある。

トルク量補正部１６４は、トルク量を補正する旨の制御信号を受けると、トルク量の補正を行う。トルク量の補正は、所定の式に基づいて適宜算出して行っても良く、図４や図５に示す設定画面毎に個別に設定したトルク量テーブルを参照して行っても良い。トルク量補正部１６４は、補正したトルク量をトルク信号Ｔ’としてトルク信号出力部１６５に出力する。トルク量を補正する旨の制御信号を受けていない場合は、補正しないトルク量をトルク信号Ｔ'としてトルク信号出力部１６５に出力する。トルク信号出力部１６５は、トルク信号Ｔ’をモータドライバ１７に送る。モータドライバ１７は、トルク信号Ｔ’に応じてモータ１３を駆動する。このモータ１３の駆動により手動操作部１１に力覚が付与される。

次に、本実施の形態に係る力覚付与型入力装置の具体的な制御について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る力覚付与型入力装置の制御を説明するためのフローチャートである。なお、ここでは、図４に示すような多くの入力動作が必要である文字設定画面での制御について説明する。

この制御において、まず制御部１６内のメモリをクリアする（ＳＴ１１）。このメモリークリアとは、後述するＴ_n，Ｔ_A，Ｔ₁，Ｔ₂，…，Ｔ₁₀₀₀₀₀の値を０にすることである。次いで、出力回数ｎを０にする（ＳＴ１２）。そして、出力回数ｎが１加算され（ＳＴ１３）、特定の出力回数（図３では１０００００）以下かどうかが判断される（ＳＴ１４）。出力回数ｎが１０００００以下であれば、出力回数をリセットしないでトルク信号Ｔの出力を待つ（ＳＴ１５）。そして、トルク信号Ｔが出力されていれば、そのトルク信号Ｔに対応するトルク量（トルク量算出部１６１で算出された）をＴ_nとする（ＳＴ１６）。

このＴ_nは、トルク量累積部１６２において操作者の操作毎に累積される（ＳＴ１７）。次いで、累積トルク量Ｔ_Aが、しきい値判定部１６３で所定のしきい値（Ｔ_w）と比較され（ＳＴ１８）、累積トルク量Ｔ_Aがしきい値Ｔ_wを超えたときには、操作者が長時間の操作により疲労してきたとしてトルク量補正部１６４でトルク量を補正する（ＳＴ１９）。ここでは、補正トルク量Ｔ’をＴ'＝Ｔ・Ｔ_w／Ｔ_Aにより求める。なお、補正トルク量の算出方法はこれに限定されず種々変更することができる。

一方、累積トルク量Ｔ_Aがしきい値Ｔ_wを超えていないときには、操作者が疲労していないとして補正トルク量Ｔ'をＴ'＝Ｔにより求めて出力する。（ＳＴ２０）。このような制御を続けて行って、長時間の操作、例えば図４に示すような文字設定画面において地名や電話番号などの入力で、徐々にトルク量を小さくしていく。

このように、本実施の形態に係る力覚付与型入力装置では、トルク量の累積を操作者の疲労として考え、それに応じて入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現する。この力覚付与型入力装置では、トルク量が累積してある値を超えるとトルク量を小さくする制御を繰り返す。すなわち、操作に不慣れな入力操作開始時にはある程度の大きさのトルク量で力覚付与して誤操作を防止すると共に、長時間の操作で操作者が疲労してきたときにトルク量を小さくするので、すなわち入力操作開始時に力覚を強めに設定し、長時間操作で力覚を弱めるようにするので、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができる。なお、長時間操作していれば操作に慣れているので、力覚を弱めても誤操作はしにくい。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、所定の値を超える制御量が所定回数計測されたときに制御量を小さくする補正を行う場合について説明する。また、本実施の形態においては、制御量がトルク量である場合について説明する。

本実施の形態に係る力覚付与型入力装置も図１に示す構成を有する。この力覚付与型入力装置の制御部２０は、図６に示すような構成を有する。すなわち、制御部２０は、回転検出器１５からの検出情報に基づいてトルク量を算出するトルク量算出部２０１と、トルク量に対して所定のしきい値を用いてしきい値判定を行うしきい値判定部２０２と、しきい値判定によりしきい値を超えた回数を計測する回数計測部２０３と、回数判定の結果に応じてトルク量を補正するトルク量補正部２０５と、算出されたトルク量又は補正されたトルク量に対応するトルク信号をモータドライバ１７に対して出力するトルク信号出力部２０６とから主に構成されている。この制御部２０においては、所定の条件を満たすとき、すなわち所定の値を超える制御量が所定回数計測されたときに制御量を小さくする補正を行う。

上記構成を有する力覚付与型入力装置の動作について説明する。まず、操作者が手動操作部１１を特定の方向に一回操作すると、シャフト１２を介して回転盤１４がある角度だけ回転する。この回転盤１４の回転角度は、回転検出器１５により検出され、検出情報として回転検出器１５から制御部２０のトルク量算出部２０１に送られる。

トルク量算出部２０３においては、検出情報、すなわち回転角度に基づいてトルク量を算出する。このトルク量は、トルク信号Ｔとしてトルク量補正部２０５に出力されると共に、しきい値判定部２０２に出力される。しきい値判定部２０２では、トルク量が所定のしきい値（設定トルク量）と比較される。トルク量が設定トルク量を超えたときには、しきい値判定部２０２は回数計測部２０３に計測信号を出力し、回数計測部２０３は計測器、例えばカウンタを１加算する。

回数計測部２０３における計測回数は回数判定部２０４に送られ、回数判定部２０４において所定のしきい値（設定回数）と比較される。計測回数がしきい値を超えたときには、回数判定部２０４がトルク量を補正する旨の制御信号をトルク量補正部２０５に出力する。なお、回数判定部２０４における所定のしきい値は、図４に示す文字設定画面のように多くの入力動作が必要である場合には比較的小さくし、図５に示すエアコン設定画面のように入力動作をほぼ１回で完了するような場合に比較的大きくする。これにより、設定画面に応じて、すなわち入力動作の量に応じて最適な疲労防止制御を行うことが可能となる。

トルク量補正部２０５は、トルク量を補正する旨の制御信号を受けると、トルク量の補正を行う。トルク量の補正は、所定の式に基づいて適宜算出して行っても良く、図４や図５に示す設定画面毎に個別に設定したトルク量テーブルを参照して行っても良い。トルク量補正部２０５は、補正したトルク量をトルク信号Ｔ’としてトルク信号出力部２０６に出力する。トルク信号出力部２０６は、補正前のトルク信号Ｔ又は補正後のトルク信号Ｔ’をモータドライバ１７に送る。モータドライバ１７は、トルク信号Ｔ，Ｔ’に応じてモータ１３を駆動する。このモータ１３の駆動により手動操作部１１に力覚が付与される。

次に、本実施の形態に係る力覚付与型入力装置の具体的な制御について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る力覚付与型入力装置の制御を説明するためのフローチャートである。なお、ここでは、図４に示すような多くの入力動作が必要である文字設定画面での制御について説明する。

この制御において、まず制御部１６内のメモリをクリアする（ＳＴ２１）。次いで、出力回数ｎを０にする（ＳＴ２２）。操作者が手動操作部１１を操作すると、出力回数ｎが１加算され（ＳＴ２３）、特定の出力回数（図７では１０００００）以下かどうかが判断される（ＳＴ２４）。出力回数ｎが１０００００以下であれば、トルク信号Ｔが出力されたかどうかが判断される（ＳＴ２５）。そして、トルク信号Ｔが出力されていれば、しきい値判定部２０２においてそのトルク信号Ｔに対応するトルク量（トルク量算出部２０１で算出された）が所定のしきい値（設定トルク量）Ｔ_th以上であるかどうかを判断する（ＳＴ２６）。

トルク量がＴ_th以上であれば、回数計測部２０３でカウンタ値Ｃ_nを１とし（ＳＴ２７）、そのカウンタ値を加算する（ＳＴ２９）。一方、トルク量がＴ_th未満であれば、回数計測部２０３でカウンタ値Ｃ_nを０とし（ＳＴ２８）、そのカウンタ値を加算する（ＳＴ２９）。次いで、累積カウンタ値（計測回数）Ｃ_Aが、回数判定部２０４で所定のしきい値（ここでは５００００）と比較され（ＳＴ３０）、累積カウンタ値Ｃ_Aがしきい値５００００以上であれば、操作者が長時間の操作により疲労してきたとしてトルク量補正部２０５でトルク量を補正する（ＳＴ３１）。ここでは、補正トルク量Ｔ’をＴ'＝Ｔ・０．８により求める。なお、補正トルク量の算出方法はこれに限定されず種々変更することができる。

一方、累積カウンタ値Ｃ_Aがしきい値５００００未満であれば、操作者が疲労していないとして補正トルク量Ｔ'をＴ'＝Ｔにより求めて出力する（ＳＴ３２）。このような制御を続けて行って、長時間の操作、例えば図４に示すような文字設定画面において地名や電話番号などの入力で、徐々にトルク量を小さくしていく。

このように、本実施の形態に係る力覚付与型入力装置では、トルク量がある値を超えた回数を操作者の疲労として考え、それに応じて入力操作開始時に必要な比較的強い力覚と長時間操作時に必要な比較的弱い力覚を実現する。この力覚付与型入力装置では、トルク量がある値を超えた回数が所定の回数を超えたときにトルク量を小さくする制御を繰り返す。すなわち、操作に不慣れな入力操作開始時にはある程度の大きさのトルク量で力覚付与して誤操作を防止すると共に、長時間の操作で操作者が疲労してきたときにトルク量を小さくするので、すなわち入力操作開始時に力覚を強めに設定し、長時間操作で力覚を弱めるようにするので、入力操作開始時の操作性向上と長時間操作時の疲労防止を両立することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、累積トルク量やトルク量が所定値を超えた回数に基づいて補正トルク量を算出する場合について説明しているが、本発明においては累積操作量、具体的には、回転検出機５が出力する回転角度の累積量などに基づいて補正トルク量を算出しても同様に効果を発揮することができる。また、累積操作時間、具体的には、回転検出器１５が出力する回転角度が変化している時間の累積量などに基づいて補正トルク量を算出しても同様に効果を発揮することができる。また、本発明は、所定の条件を満たしたときに手動操作部に対する制御量を補正することを主題としており、この本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明の実施の形態に係る力覚付与型入力装置の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る力覚付与型入力装置の制御部の内部構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る力覚付与型入力装置の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態に係る力覚付与型入力装置の入力対象である文字設定画面を示す図である。本発明の実施の形態に係る力覚付与型入力装置の入力対象であるエアコン設定画面を示す図である。本発明の実施の形態２に係る力覚付与型入力装置の制御部の内部構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る力覚付与型入力装置の制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１手動操作部
１２シャフト
１３モータ
１４回転盤
１５回転検出器
１６，２０制御部
１７モータドライバ
１６１，２０１制御量算出部
１６２制御量累積部
１６３，２０２しきい値判定部
１６４，２０５制御量補正部
１６５，２０６制御信号出力部
２０３回数計測部
２０４回数判定部

Claims

手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、既に算出された過去分の制御量に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする力覚付与型入力装置。
前記制御手段は、前記過去分の制御量の累積値が所定の値を超えたときに前記制御量を小さくすることを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。
前記制御手段は、所定の値を超える前記過去分の制御量が所定回数計測されたときに前記制御量を小さくすることを特徴とする請求項１記載の力覚付与型入力装置。
手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記手動操作手段に対する操作量の累積に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする力覚付与型入力装置。
手動操作可能な手動操作手段と、前記手動操作手段の操作状態を検出する検出手段と、前記手動操作手段に対して力覚を付与する力覚付与手段と、前記検出手段の検出情報に基づいて前記力覚付与手段に対する制御量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記手動操作手段に対する操作時間に基づいて前記制御量を算出することを特徴とする力覚付与型入力装置。