JP2008053434A - 操作感覚呈示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御が簡単にでき、しかもバリアのような強い反力を出すことも可能な操作感覚呈示装置を提供する。
【解決手段】例えば操作部材３をＸ方向の一方向へ操作する際に、第１の電磁石１３を通電すると、磁性板１１にＸ方向スライダ１２が吸着されるため、使用者は、第１のスライドレール保持部９ごと第１のスプリング１４の付勢力に抗して移動させることになり、反力が徐々に大きくなる。第１の電磁石１３を断電すると、磁性板１１とＸ方向スライダ１２との吸着力が解除されるため、操作部材３は第１のスプリング１４の付勢力に関係なく移動させることができ、操作力は軽くなる。第１のスライドレール保持部９の移動範囲を規制することで、バリアのような強い反力を出すことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向に移動可能な操作部材を有し、その操作部材の移動操作に対して操作感覚を呈示する操作感覚呈示装置に関する。

この種の操作感覚呈示装置では、ジョイスティック構造やボールネジ、或いはパンタグラフなどのリンク機構を用いるとともに、駆動源としてモータを用い、そのモータの回転力を利用して操作感覚を付与する構成のものが多い（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２２４２０２号公報

しかしながら、モータを用いたものでは、トルクや回転方向を細かく制御する必要があるため、制御が複雑になるという欠点がある。また、バリア等の強い反力を出そうとすると、大型のモータが必要になってくるという欠点もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御が簡単にでき、しかもバリアのような強い反力を出すことも可能な操作感覚呈示装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明の操作感覚呈示装置は、Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向へ移動可能に設けられた操作部材と、前記Ｘ方向に延びるＸ方向スライドレールを有するとともに、前記Ｘ方向へ移動可能に設けられた第１のスライドレール保持部と、前記Ｙ方向に延びるＹ方向スライドレールを有するとともに、前記Ｙ方向へ移動可能に設けられた第２のスライドレール保持部と、前記操作部材の前記Ｘ方向への移動に伴い前記Ｘ方向スライドレールに沿って移動可能に設けられたＸ方向スライダと、前記操作部材の前記Ｙ方向への移動に伴い前記Ｙ方向スライドレールに沿って移動可能に設けられたＹ方向スライダと、前記Ｘ方向スライダと前記第１のスライドレール保持部とを一体化させる状態とそれらを相対的に移動可能とする状態とに切り替える第１の電磁石と、前記Ｙ方向スライダと前記第２のスライドレール保持部とを一体化させる状態とそれらを相対的に移動可能とする状態とに切り替える第２の電磁石と、前記第１のスライドレール保持部を中立位置へ付勢するように設けられた第１の付勢手段と、前記第２のスライドレール保持部を中立位置へ付勢するように設けられた第２の付勢手段と、前記操作部材の前記Ｘ方向およびＹ方向の位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の検出結果に基づき前記第１および第２の電磁石を通断電制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。

上記構成において、例えば、第１の電磁石の通電により第１のスライドレール保持部とＸ方向スライダとを一体化した状態で、操作部材をＸ方向の一方向へ移動操作しようとすると、操作部材とＸ方向スライダと第１のスライドレール保持部とが一体に操作部材の操作方向へ移動しようとする。このとき、操作部材を操作する人は、第１の付勢手段の付勢力に抗して操作することになる。そして、位置検出手段により操作部材が予め決められた位置に移動したことが検出されると、制御手段は第１の電磁石を断電する。すると、第１のスライドレール保持部とＸ方向スライダとの一体化状態が解除され、それらが相対的に移動できる状態となる。このため、操作部材を操作する人は、第１の付勢手段の付勢力に関係なく操作部材をＸ方向へ移動させることが可能となる。このように、操作部材がＸ方向へ移動操作される際に、第１の電磁石を通断電制御することにより、操作感覚を付与することができる。操作部材がＹ方向へ移動操作される際にも、第２の電磁石を上記のように通断電制御することにより、操作感覚を付与することができる。

本発明においては、第１および第２の電磁石と、第１および第２の付勢手段とにより、操作感覚を呈示するようにしている。この場合、制御としては第１および第２の電磁石を通断電制御するだけでよいから、モータを使用する場合とは違い、複雑な制御を行う必要がなく、制御が簡単になる。また、第１および第２のスライドレール保持部の移動範囲を規制することで、バリアのような強い反力を出すことが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
まず、図１には、操作感覚呈示装置１の概略的な構成が示されている。この図１において、矩形板状をなすベース２の上方には、人の手によって移動操作される操作部材３が配置されている。この操作部材３は、矩形状をなすノブ４と、このノブ４の下面に下向きに突設されたシャフト５とを有していて、図中、Ｘ方向とこれと直交するＹ方向へ移動可能に配置されている。ノブ４の下方には、Ｘ方向に延びるシャフトガイド６と、Ｙ方向に延びるシャフトガイド７とが直交する状態に配置されている。これらシャフトガイド６，７はそれぞれスリット６ａ，７ａを有していて、これらシャフトガイド６，７のスリット６ａ，７ａの交差部分に、上記シャフト５が上方から挿通されている。

ベース２の上面の隅部には、ブロック８が固定状態に設けられている。ベース２の上面の一辺には、２個のブロック８，８間に位置させて第１のスライドレール保持部９がＸ方向へ移動可能に設けられている。第１のスライドレール保持部９は、Ｘ方向に延びる本体部９ａの長手方向の両端部に上方へ向けて突出する端部壁９ｂ、９ｃを有し、全体として上面側が開口したコ字形をなしている。対向する端部壁９ｂ，９ｃ間には、Ｘ方向に延びるＸ方向スライドレール１０と、磁性体製の磁性板１１が平行状態に設けられている。

Ｘ方向スライドレール１０には、磁性体製のＸ方向スライダ１２が設けられている。Ｘ方向スライダ１２は、Ｘ方向スライドレール１０および磁性板１１の上面に沿ってＸ方向へ移動可能となっている。Ｘ方向スライダ１２には、Ｙ方向へ延びる前記シャフトガイド７の一端部が連結されている。第１のスライドレール保持部９における本体部９ａの長手方向の中央部の上面には、第１の電磁石１３が設けられている。この第１の電磁石１３が通電されると、磁性板１１が磁化され、この磁性板１１にＸ方向スライダ１２が吸着される。

第１のスライドレール保持部９における各端部壁９ｂ，９ｃと、これと対向するブロック８間には、第１の付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングからなる第１のスプリング１４が配設されている。第１のスライドレール保持部９は、これら２個の第１のスプリング１４の付勢力により図１に示す中立位置に付勢されている。

ベース２の上面の一辺において、第１のスライドレール保持部９の外側に位置させてＸ方向位置センサ１５（位置検出手段に相当）が設けられていて、このＸ方向位置センサ１５の操作子１５ａの上端部がＸ方向スライダ１２に連結されている。このＸ方向位置センサ１５は、例えば電気抵抗式のものであり、操作子１５ａの移動位置に応じて抵抗値が変化することで出力される信号（図２の符号Ｓｘ参照）が変化する構成となっている。従って、Ｘ方向スライダ１２がＸ方向へ移動されることに伴い操作子１５ａが同方向へ移動し、これに基づき信号Ｓｘが変化する。

また、ベース２の上面において、第１のスライドレール保持部９が配置された辺と隣り合った辺には、２個のブロック８，８間に位置させて第２のスライドレール保持部１６がＹ方向へ移動可能に設けられている。この第２のスライドレール保持部１６は、第１のスライドレール保持部９と同様に、Ｙ方向に延びる本体部１６ａの長手方向の両端部に上方へ向けて突出する端部壁１６ｂ、１６ｃを有し、全体として上面側が開口したコ字形をなしている。対向する端部壁１６ｂ，１６ｃ間には、Ｙ方向に延びるＹ方向スライドレール１７と、磁性体製の磁性板１８が平行状態に設けられている。

Ｙ方向スライドレール１７には、磁性体製のＹ方向スライダ１９が設けられている。Ｙ方向スライダ１９は、Ｙ方向スライドレール１７および磁性板１８の上面に沿ってＹ方向へ移動可能となっている。Ｙ方向スライダ１９には、Ｘ方向へ延びる前記シャフトガイド６の一端部が連結されている。第２のスライドレール保持部１６における本体部１６ａの長手方向の中央部の上面には、第２の電磁石２０が設けられている。この第２の電磁石２０が通電されると、磁性板１８が磁化され、この磁性板１８にＹ方向スライダ１９が吸着される。

第２のスライドレール保持部１６における各端部壁１６ｂ，１６ｃと、これと対向するブロック８間には、第２の付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングからなる第２のスプリング２１が配設されている。第２のスライドレール保持部１６は、これら２個の第２のスプリング２１の付勢力により図１に示す中立位置に付勢されている。

ベース２の上面において、第２のスライドレール保持部１６の外側に位置させてＹ方向位置センサ２２（位置検出手段に相当）が設けられていて、このＹ方向位置センサ２２の操作子２２ａの上端部がＹ方向スライダ１９に連結されている。このＹ方向位置センサ２２も、Ｘ方向位置センサ１５と同様に例えば電気抵抗式のものであり、操作子２２ａの移動位置に応じて抵抗値が変化することで出力される信号（図２の符号Ｓｙ参照）が変化する構成となっている。従って、Ｙ方向スライダ１９がＹ方向へ移動されることに伴い操作子２２ａが同方向へ移動し、これに基づき信号Ｓｙが変化する。

図２は、操作感覚呈示装置１の電気的構成を示すブロック図である。上記第１および第２の電磁石１３，２０が、制御部２５によって制御される構成となっている。制御部２５は、例えば上記ベース２に設けられており、第１および第２の電磁石１３，２０をドライバ２６，２７を介して通断電制御する制御回路２８（制御手段に相当）と、Ｘ方向およびＹ方向位置センサ１５，２２から出力される信号の増幅およびＡ／Ｄ変換を行う信号処理回路２９，３０と、制御回路２８と外部機器３１との間でデータの送受信を行うための通信インターフェース３２を有して構成されている。

制御回路２８は、ＣＰＵを主体として、メモリやＩ／Ｏなどの周辺装置（いずれも図示せず）を備えて構成されており、このうち、メモリには操作部材３の位置に応じて操作部材３に対してどのような操作感覚を呈示するかといった内容を示すデータが記憶されるようになっている。このデータは、外部機器３１から通信インターフェース３２を介して書き込まれるようになっている。信号処理回路２９は、アンプ部とＡ／Ｄ変換部（いずれも図示せず）を有していて、このうちアンプ部で、信号Ｓｘ，Ｓｙの増幅を行い、Ａ／Ｄ変換部で増幅後の信号をデジタル信号Ｄｘ，Ｄｙに変換してから制御回路２８に出力するようになっている。

外部機器３１は、例えばナビゲーション装置などであり、カーソルなどを画面上に表示する表示器を有する機器である。そして、制御回路２８から外部機器３１には、通信インターフェース３２を介して操作部材３の位置を示すデータが出力されるように構成されており、これにより、操作部材３の移動操作に応じて画面上のカーソルが移動するようになっている。

次に上記構成の作用を説明する。
図１は操作部材３が、Ｘ方向およびＹ方向ともに中立位置に位置された状態が示されている。この状態では、操作部材３のＸ方向の位置がＸ方向位置センサ１５により検出されるとともに、操作部材３のＹ方向の位置がＹ方向位置センサ２２により検出される。使用者が操作部材３のノブ４に手を掛けて、操作部材３をＸ方向或いはＹ方向へ移動操作すると、その操作部材３の位置が変化し、その位置は、Ｘ方向位置センサ１５およびＹ方向位置センサ２２の出力信号に基づき制御回路２８により検出される。制御回路２８は、その検出位置に応じて第１および第２の電磁石１３，２０を通断電制御する。

ここで、例えば操作部材３がＸ方向の一方向へ操作されたときに、図３（ａ）に示すようなパターン節度感を呈示する場合には、制御回路２８は、第１の電磁石１３を図３（ｂ）に示すように制御する。

具体的には、操作部材３がＸ方向のある位置に位置された状態では、制御回路２８は、第１の電磁石１３を通電している。この状態で、操作部材３がＸ方向の一方向へ操作されると、シャフトガイド７を介してＸ方向スライダ１２が同方向へ移動しようとする。このとき、第１の電磁石１３が通電されているため、磁性板１１が磁化され、この磁性板１１にＸ方向スライダ１２が吸着された状態となる。このため、第１のスライドレール保持部９と、磁性板１１と、Ｘ方向スライダ１２とが一体化された状態となるため、操作部材３とＸ方向スライダ１２と第１のスライドレール保持部９とが一体に操作部材３の操作方向へ移動しようとする。この場合、操作部材３を操作する人は、一方の第１のスプリング１４の付勢力に抗して操作することになるため、反力は徐々に大きくなる（図３（ａ）のＡ１の線参照）。Ｘ方向スライダ１２の移動に伴い、Ｘ方向位置センサ１５の操作子１５ａが同方向へ移動し、これに伴いＸ方向位置センサ１５の出力信号Ｓｘが変化し、制御回路２８は操作部材３のＸ方向の位置変化を検出する。

制御回路２８は、操作部材３の位置変化に伴い、第１の電磁石１３を断電する。すると、磁性板１１の磁化が解除され、Ｘ方向スライダ１２に対する磁性板１１の吸着力が解除されるため、Ｘ方向スライダ１２は、Ｘ方向スライドレール１０および磁性板１１に対して相対的に移動可能となる。このため、反力は小さくなる（図３（ａ）のＡ２の線参照）。そして、操作部材３がさらに移動すると、制御回路２８は、再び第１の電磁石１３を通電する。すると、反力が再び大きくなり、第１の電磁石１３を断電すると、反力は小さくなる。そして、第１の電磁石１３を通電したままの状態にすると、操作部材３を操作する人にとっては、反力が極端に大きくなり、壁に当たったような感覚となる（図３（ａ）のＢ参照）。

上記した説明では、操作部材３がＸ方向へ操作された場合を説明したが、操作部材３がＹ方向へ移動操作された場合も、操作部材３のＹ方向の位置に応じて第２の電磁石２０を通断電制御することにより、図３（ａ）と同様な操作感覚を呈示することができる。
また、操作部材３が斜め方向へ移動操作された場合も、操作部材３のＸ方向およびＹ方向の位置に応じて第１および第２の電磁石１３，２０を通断電制御することにより、図３（ａ）と同様な操作感覚を呈示することができる。

上記した実施形態によれば次のような作用効果を得ることができる。すなわち、第１および第２の電磁石１３，２０と、第１および第２のスプリング１４，２１とにより、操作感覚を呈示するようにしている。この場合、制御としては第１および第２の電磁石１３，２０を通断電制御するだけでよいから、モータを使用する場合とは違い、複雑な制御を行う必要がなく、制御が簡単になる。また、第１および第２のスライドレール保持部９，１６の移動範囲を規制することで、バリアのような強い反力を出すことが可能となる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
第１の電磁石１３をＸ方向スライダ１２に設けるとともに、第２の電磁石２０をＹ方向スライダ１９に設け、それら第１および第２の電磁石１３，２０の通電により対応する磁性板１１，１８を吸着する構成とすることもできる。
第１および第２のスプリング１４，２１は、圧縮コイルスプリングに代えて、板ばね、或いは引張りコイルスプリングを用いることも可能である。

本発明の一実施形態を示すもので、操作感覚呈示装置の概略構成を示す斜視図 電気的構成を示すブロック図 （ａ）は操作感覚の一例を示す図、（ｂ）は第１の電磁石の制御例を示す図

符号の説明

図面中、１は操作感覚呈示装置、２はベース、３は操作部材、９は第１のスライドレール保持部、１０はＸ方向スライドレール、１１は磁性板、１２はＸ方向スライダ、１３は第１の電磁石、１４は第１のスプリング（第１の付勢手段）、１５はＸ方向位置センサ（位置検出手段）、１６は第２のスライドレール保持部、１７はＹ方向スライドレール、１８は磁性板、１９はＹ方向スライダ、２０は第２の電磁石、２１は第２のスプリング（第２の付勢手段）、２２はＹ方向位置センサ（位置検出手段）、２８は制御回路（制御手段）、３１は外部機器を示す。

Claims (1)

1. Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向へ移動可能に設けられた操作部材と、
   前記Ｘ方向に延びるＸ方向スライドレールを有するとともに、前記Ｘ方向へ移動可能に設けられた第１のスライドレール保持部と、
   前記Ｙ方向に延びるＹ方向スライドレールを有するとともに、前記Ｙ方向へ移動可能に設けられた第２のスライドレール保持部と、
   前記操作部材の前記Ｘ方向への移動に伴い前記Ｘ方向スライドレールに沿って移動可能に設けられたＸ方向スライダと、
   前記操作部材の前記Ｙ方向への移動に伴い前記Ｙ方向スライドレールに沿って移動可能に設けられたＹ方向スライダと、
   前記Ｘ方向スライダと前記第１のスライドレール保持部とを一体化させる状態とそれらを相対的に移動可能とする状態とに切り替える第１の電磁石と、
   前記Ｙ方向スライダと前記第２のスライドレール保持部とを一体化させる状態とそれらを相対的に移動可能とする状態とに切り替える第２の電磁石と、
   前記第１のスライドレール保持部を中立位置へ付勢するように設けられた第１の付勢手段と、
   前記第２のスライドレール保持部を中立位置へ付勢するように設けられた第２の付勢手段と、
   前記操作部材の前記Ｘ方向およびＹ方向の位置を検出する位置検出手段と、
   この位置検出手段の検出結果に基づき前記第１および第２の電磁石を通断電制御する制御手段とを具備したことを特徴とする操作感覚呈示装置。
   
   

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