JP2011227734A - Input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力装置に関し、特にユーザの操作に対して力覚を付与することが可能なアクチュエータを備えた入力装置に関する。 The present invention relates to an input device, and more particularly to an input device including an actuator that can give a force sense to a user's operation.
従来、ユーザによって操作される操作部に操作感を付与するものとして、力覚付与型の入力装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a force sense input device has been known as a device that provides an operational feeling to an operation unit operated by a user (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載された入力装置は、ユーザが操作する操作部と、操作部に力覚を付与するアクチュエータと、操作部の位置に応じてアクチュエータによる力覚を制御する制御手段とを備えている。アクチュエータは、操作部をx軸方向に移動させる第1の電動モータとy軸方向に移動させる第2の電動モータとからなり、これら電動モータを駆動してスイングアームを揺動させ、スイングアームと共に揺動する揺動レバーに取り付けられた操作部に力覚を付与するように構成されている。 The input device described in Patent Document 1 includes an operation unit operated by a user, an actuator that gives a force sense to the operation unit, and a control unit that controls a force sense by the actuator according to the position of the operation unit. ing. The actuator includes a first electric motor that moves the operation unit in the x-axis direction and a second electric motor that moves the operation unit in the y-axis direction, and drives the electric motor to swing the swing arm, together with the swing arm. A force sense is applied to the operation unit attached to the swinging swinging lever.
しかし、この種の入力装置では、操作部の移動に伴って摺動する各部の摩擦によって摩擦抵抗が発生し、ユーザがx軸方向及びy軸方向に対して斜めの方向に操作部を動かすと、操作部の移動方向の反対方向に対して傾斜した方向に摩擦による抵抗力が発生する場合がある。このような場合には、ユーザが違和感を感じることがある。 However, in this type of input device, frictional resistance is generated by the friction of each part that slides with the movement of the operation unit, and when the user moves the operation unit in a direction oblique to the x-axis direction and the y-axis direction. In some cases, a resistance force due to friction is generated in a direction inclined with respect to the direction opposite to the moving direction of the operation unit. In such a case, the user may feel uncomfortable.
そこで、本発明の目的は、操作部の移動方向と摩擦力の方向とのずれによる違和感を緩和することが可能な入力装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an input device that can alleviate a sense of incongruity due to a shift between the moving direction of the operation unit and the direction of the frictional force.
[1]本発明は上記目的を達成するため、本体部と、前記本体部に対して移動可能な操作部と、前記操作部の前記本体部に対する移動方向を検出する移動方向検出手段と、前記操作部に駆動力を付与することが可能な駆動力付与部と、前記操作部の移動時における摩擦力と前記駆動力付与部の駆動力との合力が前記移動方向検出手段によって検出した前記操作部の移動方向の反対方向となるように、前記駆動力付与部の駆動力を制御する制御手段とを備えた入力装置を提供する。 [1] In order to achieve the above object, the present invention provides a main body, an operation unit movable with respect to the main body, a moving direction detecting means for detecting a moving direction of the operating unit with respect to the main body, The driving force application unit capable of applying a driving force to the operation unit, and the operation in which the resultant force of the friction force when the operation unit is moved and the driving force of the driving force application unit is detected by the moving direction detection unit An input device is provided that includes control means for controlling the driving force of the driving force applying unit so as to be in a direction opposite to the moving direction of the unit.
[2]前記駆動力付与部は、第1の方向に駆動力を付与する第1のアクチュエータと、前記第1の方向と交差する第2の方向に駆動力を付与する第2のアクチュエータとを有し、前記制御手段は、前記操作部の前記第1の方向への移動速度及び前記第2の方向への移動速度に応じて前記第1及び第2のアクチュエータを制御する、上記[1]に記載の入力装置であってもよい。 [2] The driving force applying unit includes: a first actuator that applies a driving force in a first direction; and a second actuator that applies a driving force in a second direction that intersects the first direction. The control means controls the first and second actuators according to the moving speed of the operation unit in the first direction and the moving speed in the second direction, [1] The input device described in the above may be used.
[3]また、前記制御手段は、前記駆動力付与部の駆動力によって前記操作部を移動させた際の前記駆動力と前記操作部の移動速度との関係に基づいて前記摩擦力を推定する、上記[1]又は[2]に記載の入力装置であってもよい。 [3] The control unit estimates the frictional force based on a relationship between the driving force when the operating unit is moved by the driving force of the driving force applying unit and the moving speed of the operating unit. The input device according to [1] or [2] may be used.
[4]また、前記制御手段は、前記操作部の静止状態で前記駆動力付与部の駆動力を徐々に大きくし、前記操作部が移動し始めたときの前記駆動力付与部の駆動力の大きさに基づいて前記摩擦力を推定する、上記[3]に記載の入力装置であってもよい。 [4] Further, the control means gradually increases the driving force of the driving force applying unit while the operating unit is stationary, and the driving force of the driving force applying unit when the operating unit starts to move is increased. The input device according to the above [3], which estimates the frictional force based on the size.
本発明によれば、操作部の移動方向と摩擦力の方向とのずれによる違和感を緩和することができる。 According to the present invention, it is possible to alleviate a sense of incongruity due to a shift between the moving direction of the operation unit and the direction of the friction force.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る入力装置を示す外観斜視図である。この入力装置1は、例えば車両のカーナビゲーションシステムやコンピュータ等の情報処理装置に接続され、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示されるポインタの位置をユーザが操作するためのポインティングデバイスとして用いられる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external perspective view showing an input device according to the first embodiment of the present invention. The input device 1 is connected to an information processing device such as a car navigation system of a vehicle or a computer, and is used as a pointing device for a user to operate the position of a pointer displayed on a display device such as a liquid crystal display.
入力装置1は、本体部10と、ユーザの手部による手動操作によって本体部10に対してX軸方向及びY軸方向に移動可能な操作部としての操作ノブ2とを有している。本体部10には、カバー11が被せられ、カバー11の中央部に設けられた開口部11aから突出したノブシャフト20に操作ノブ2が連結されている。 The input device 1 includes a main body 10 and an operation knob 2 as an operation section that can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the main body 10 by a manual operation by a user's hand. The main body 10 is covered with a cover 11, and the operation knob 2 is connected to a knob shaft 20 protruding from an opening 11 a provided in the center of the cover 11.
図2(a)は、入力装置1の機械的な構成の概要を示す斜視図である。入力装置1は、本体部10に設けられた支持駆動機構100を有している。支持駆動機構100は、操作ノブ2を本体部10に対して移動可能及び駆動可能に支持している。 FIG. 2A is a perspective view showing an outline of the mechanical configuration of the input device 1. The input device 1 has a support drive mechanism 100 provided in the main body 10. The support drive mechanism 100 supports the operation knob 2 so as to be movable and drivable with respect to the main body 10.
支持駆動機構100は、互いに直交するように配置されたXキャリッジ121及びYキャリッジ122を有している。
The support driving mechanism 100 includes an
Xキャリッジ121は、その長手方向の両端部が本体部10に固定された一対のX軸スライドガイド131,131に支持され、X軸方向にスライド可能である。また、Xキャリッジ121は、Y軸方向に延びるように形成された長孔121aを有し、長孔121aをノブシャフト20が貫通している。
Both ends of the
Xキャリッジ121の一端部には、Xキャリッジ121をX軸方向に駆動する第1のアクチュエータとしてのX軸ボイスコイルモータ14が設けられている。
One end of the
図2(b)に示すように、X軸ボイスコイルモータ14は、第1アーム141a及び第2アーム141bを有する磁性材料からなるU字状のヨーク141と、第1アーム141aの第2アーム141bとの対向面に配置されたマグネット142と、第2アーム141bに進退自在に嵌合されるボイスコイル143とを備え、ボイスコイル143にコイル電流を供給するとボイスコイル143がX軸方向に移動するように構成されている。ヨーク141は本体部10に固定され、ボイスコイル143はXキャリッジ121に連結されている。
As shown in FIG. 2B, the X-axis voice coil motor 14 includes a U-shaped yoke 141 made of a magnetic material having a first arm 141a and a second arm 141b, and a second arm 141b of the first arm 141a. And a voice coil 143 fitted to the second arm 141b so as to be able to advance and retreat. When a coil current is supplied to the voice coil 143, the voice coil 143 moves in the X-axis direction. It is configured as follows. The yoke 141 is fixed to the main body 10, and the voice coil 143 is connected to the
また、図2(a)に示すように、Xキャリッジ121の他端部には、Xキャリッジ121のX軸方向の位置を検出するためのX軸リニアエンコーダ161が連結されている。X軸リニアエンコーダ161は、Xキャリッジ121のX軸方向の位置に応じた信号を出力する。
As shown in FIG. 2A, the other end of the
Yキャリッジ122は、その長手方向の両端部が本体部10に固定された一対のY軸スライドガイド132,132に支持され、Xキャリッジ121の上側でy軸方向にスライド可能である。また、Yキャリッジ122は、X軸方向に延びるように形成された長孔122aを有し、長孔122aをノブシャフト20が貫通している。
The Y carriage 122 is supported by a pair of Y
Yキャリッジ122の一端部には、Yキャリッジ122をY軸方向に駆動する第2のアクチュエータとしてのY軸ボイスコイルモータ15が設けられている。Y軸ボイスコイルモータ15は、X軸ボイスコイルモータ14と同様の構成を有している。 A Y-axis voice coil motor 15 as a second actuator that drives the Y carriage 122 in the Y-axis direction is provided at one end of the Y carriage 122. The Y-axis voice coil motor 15 has the same configuration as the X-axis voice coil motor 14.
また、Yキャリッジ122の他端部には、Yキャリッジ122のY軸方向の位置を検出するためのY軸リニアエンコーダ162が連結されている。Y軸リニアエンコーダ162は、Yキャリッジ122のY軸方向の位置に応じた信号を出力する。 A Y-axis linear encoder 162 for detecting the position of the Y carriage 122 in the Y-axis direction is connected to the other end of the Y carriage 122. The Y-axis linear encoder 162 outputs a signal corresponding to the position of the Y carriage 122 in the Y-axis direction.
ノブシャフト20の一端部には操作ノブ2が取り付けられ、ノブシャフト20の他端部には第1支持部材171が固定されている。第1支持部材171は、Xキャリッジ121の長孔121aの幅よりも大きい直径を有する円板状であり、ノブシャフト20の軸方向の上方への移動を規制している。
The operation knob 2 is attached to one end of the knob shaft 20, and the first support member 171 is fixed to the other end of the knob shaft 20. The first support member 171 has a disk shape having a diameter larger than the width of the long hole 121a of the
また、ノブシャフト20のYキャリッジ122の操作ノブ2側の部位には、第2支持部材172が固定されている。第2支持部材172は、Yキャリッジ122の長孔122aの幅よりも大きい直径を有する円板状であり、ノブシャフト20の軸方向の下方への移動を規制している。 A second support member 172 is fixed to a portion of the knob shaft 20 on the operation knob 2 side of the Y carriage 122. The second support member 172 has a disk shape having a diameter larger than the width of the long hole 122a of the Y carriage 122, and restricts the downward movement of the knob shaft 20 in the axial direction.
X軸ボイスコイルモータ14の駆動力によりXキャリッジ121がX軸方向に移動すると、長孔121aの内面がノブシャフト20の外周面に押し当てられる。また、Y軸ボイスコイルモータ15の駆動力によりYキャリッジ122がY軸方向に移動すると、長孔122aの内面がノブシャフト20の外周面に押し当てられる。この構成により、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15に供給するコイル電流の大きさ及び向きに応じた駆動力をノブシャフト20を介して操作ノブ2に付与することが可能となっている。
When the
また、ユーザが操作ノブ2をX軸方向及びY軸方向に移動させると、その移動量に応じてノブシャフト20がXキャリッジ121及びYキャリッジ122を移動させる。Xキャリッジ121及びYキャリッジ122の位置は、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162により検出できるので、操作ノブ2の本体部10に対する位置が検出可能である。
When the user moves the operation knob 2 in the X-axis direction and the Y-axis direction, the knob shaft 20 moves the
ノブシャフト20、Xキャリッジ121、Yキャリッジ122、X軸スライドガイド131,131、Y軸スライドガイド132,132、X軸ボイスコイルモータ14、及びY軸ボイスコイルモータ15は、支持駆動機構100を構成する。
The knob shaft 20, the
図3は、入力装置1の制御ユニット3の機能構成を示す機能ブロック図である。制御ユニット3は、入力装置1の本体部10の内部に配置され、入力装置1の各部を制御する。 FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration of the control unit 3 of the input device 1. The control unit 3 is disposed inside the main body 10 of the input device 1 and controls each part of the input device 1.
制御ユニット3は、CPU(Central Processing Unit)等からなる制御部30と、制御部30の制御プログラム210等を記憶する記憶素子からなる記憶部31と、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15に電力を供給する駆動回路32と、操作ノブ2の位置に対応した位置にポインタを表示する表示装置4との通信を行う通信部33とを有して構成されている。
The control unit 3 includes a
駆動回路32は、制御部30から供給される駆動信号に応じてオン又はオフし、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15にコイル電流を供給するスイッチング素子を備え、PWM(Pulse Width Modulation)方式でX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15にコイル電流を供給する。
The
制御部30は、記憶部31に記憶された制御プログラム310に基づいて動作することにより、移動方向検出手段301、モータ制御手段302等として機能する。
The
移動方向検出手段301は、所定時間毎にX軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162から、Xキャリッジ121のX軸方向の位置を示す信号及びYキャリッジ122のY軸方向の位置を示す信号を取得し、これらの信号に基づいて操作ノブ2の本体部10に対する位置を示すX軸座標及びY軸座標を算出する。移動方向検出手段301は、算出した操作ノブ2のX軸座標及びY軸座標の情報を記憶部31に記憶すると共に、通信部33によって表示装置4へ送信する。
The moving direction detecting means 301 receives a signal indicating the position of the
また、移動方向検出手段301は、操作ノブ2の位置の時間的な変化によって操作ノブ2の移動方向を検出する。より詳細には、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162から新たに取得した信号を基にした操作ノブ2の位置と、所定時間前の操作ノブ2の位置とを比較して、X軸方向の移動量及びY軸方向の移動量を検出する。このX軸方向の移動量及びY軸方向の移動量は、操作ノブ2の移動方向を表す。
Further, the moving direction detection means 301 detects the moving direction of the operation knob 2 based on a temporal change in the position of the operation knob 2. More specifically, the position of the operation knob 2 based on a signal newly acquired from the X-axis
モータ制御手段302は、移動方向検出手段301が演算したX軸方向の移動量及びY軸方向の移動量に基づいて、操作ノブ2の移動によって操作ノブ2に作用する摩擦力を推定する。そして、モータ制御手段302は、推定した摩擦力と支持駆動機構100から操作ノブ2に付与される駆動力との合力の向きが移動方向検出手段301によって検出した操作ノブ2の移動方向の反対方向となるように、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15を制御する。
The
(モータ制御手段302の制御内容)
図4は、操作ノブ2の移動方向と、その移動によって操作ノブ2に作用する摩擦力、及びX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15による駆動力との関係を模式的に示すベクトル図である。
(Control contents of motor control means 302)
FIG. 4 is a vector schematically showing the relationship between the movement direction of the operation knob 2, the frictional force acting on the operation knob 2 due to the movement, and the driving force by the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15. FIG.
操作ノブ2のX軸方向への移動量を−dx、Y軸方向への移動量を−dyとすると、操作ノブ2の移動方向の向きはベクトルDのようになる。この操作ノブ2の移動方向は、X軸成分とY軸成分とを含んでいる。 If the movement amount of the operation knob 2 in the X-axis direction is −dx and the movement amount in the Y-axis direction is −dy, the direction of the movement direction of the operation knob 2 is as a vector D. The moving direction of the operation knob 2 includes an X-axis component and a Y-axis component.
操作ノブ2がX軸方向へ移動すると、ノブシャフト20や第2支持部材172とYキャリッジ122との摺動、及びXキャリッジ121とX軸スライドガイド131,131との摺動等により、X軸方向の摩擦力が発生する。また、操作ノブ2がY軸方向へ移動すると、ノブシャフト20や第2支持部材172とXキャリッジ121との摺動、及びYキャリッジ122とY軸スライドガイド132,132との摺動等により、Y軸方向の摩擦力が発生する。これらの摩擦力は、複数の摺動箇所における各摩擦係数μとそれぞれの摺動箇所における垂直効力Pとの積の総和(ΣμP)によって定まる。
When the operation knob 2 moves in the X-axis direction, the X-axis is moved by the sliding of the knob shaft 20 or the second support member 172 and the Y carriage 122, the sliding of the
操作ノブ2がX軸方向に沿って移動する場合又はY軸方向に沿って移動する場合は、操作ノブ2にX軸方向又はY軸方向のみの摩擦力が発生し、その摩擦力の作用方向は操作ノブ2の移動方向の反対方向となる。しかし、操作ノブ2がX軸方向及びY軸方向に傾斜した方向に移動する場合は、必ずしも摩擦力の作用方向が操作ノブ2の移動方向の反対方向とはならない。 When the operation knob 2 moves along the X-axis direction or along the Y-axis direction, a frictional force is generated in the operation knob 2 only in the X-axis direction or the Y-axis direction, and the direction in which the frictional force acts Is the direction opposite to the moving direction of the operation knob 2. However, when the operation knob 2 moves in a direction inclined in the X-axis direction and the Y-axis direction, the direction in which the frictional force is applied is not necessarily the opposite direction to the movement direction of the operation knob 2.
図4の例では、操作ノブ2の移動方向を示すベクトルDが−X軸方向に対して60°傾斜し、−Y軸方向に対して30°傾斜している。また、操作ノブ2に作用する摩擦力のX軸成分FxとY軸成分Fyとが略等しくなっている。このため、一点鎖線で示すベクトルDの延長線と、摩擦力の方向及び大きさを示すベクトルFfとが一直線状とならず、角度θだけ傾斜している。ユーザが操作ノブ2を動かす方向と摩擦力が作用する方向とが大きく傾くと、ユーザが違和感を感じることがある。 In the example of FIG. 4, the vector D indicating the moving direction of the operation knob 2 is inclined by 60 ° with respect to the −X axis direction and is inclined by 30 ° with respect to the −Y axis direction. Further, the X-axis component F x and the Y-axis component F y of the frictional force acting on the operation knob 2 are substantially equal. For this reason, the extension line of the vector D indicated by the alternate long and short dash line and the vector F f indicating the direction and magnitude of the frictional force are not in a straight line but are inclined by the angle θ. If the direction in which the user moves the operation knob 2 and the direction in which the frictional force acts are greatly inclined, the user may feel uncomfortable.
モータ制御手段302は、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15を制御して、操作ノブ2の移動方向の反対方向と操作ノブ2に作用する反力の向きとを一致させる方向の駆動力を発生させる。 The motor control means 302 controls the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15 so that the direction opposite to the movement direction of the operation knob 2 matches the direction of the reaction force acting on the operation knob 2. Generate driving force.
より詳細には、モータ制御手段302は、移動方向検出手段301が演算したX軸方向の移動量及びY軸方向の移動量に基づいて操作ノブ2のX軸方向の移動速度vx及びY軸方向の移動速度vyを求め、所定の定数Frを用いて次の演算式によりX軸方向の駆動力Fmx及びY軸方向の駆動力Fmyを演算する。
ここで、sign()はvx,vyが+(プラス)のときに1、−(マイナス)のときに−1となる関数である。つまり、操作ノブ2が−X軸方向に移動するときには−X軸方向に駆動力Fmxを作用させ、+X軸方向に移動するときには+X軸方向に駆動力Fmxを作用させる。また、操作ノブ2が−Y軸方向に移動するときには−Y軸方向に駆動力Fmyを作用させ、+Y軸方向に移動するときには+Y軸方向に駆動力Fmyを作用させる。なお、定数Frは、操作ノブ2がX軸方向又はY軸方向に沿った方向に移動する場合の摩擦力(Fx又はFyの大きさ)とすることができる。 Here, sign () is a function that becomes 1 when v x and v y are + (plus), and −1 when − (minus). That is, when the operation knob 2 moves in the −X axis direction, the driving force F mx is applied in the −X axis direction, and when it moves in the + X axis direction, the driving force F mx is applied in the + X axis direction. Further, when the operation knob 2 moves in the −Y axis direction, the driving force F my is applied in the −Y axis direction, and when it moves in the + Y axis direction, the driving force F my is applied in the + Y axis direction. Incidentally, the constant Fr may be a frictional force when moving in the direction of the manipulation knob 2 is along the X-axis direction or Y axis direction (the size of the F x or F y).
この駆動力Fmx,Fmyが操作ノブ2に作用することにより、摩擦力と駆動力Fmx,Fmyとの合力を示すベクトルFmの向きが、操作ノブ2の移動方向を示すベクトルDの反対方向に沿った向きとなる。つまり、ベクトルDの反対方向と、操作ノブ2を移動させる際に操作ノブ2に作用する抵抗力の向きとのなす角度が、駆動力Fmx,Fmyを操作ノブ2に作用させることによって小さくなる。 When the driving forces F mx and F my act on the operation knob 2, the direction of the vector F m indicating the resultant force of the friction force and the driving forces F mx and F my is a vector D indicating the moving direction of the operation knob 2. The direction is along the opposite direction. That is, the angle formed by the opposite direction of the vector D and the direction of the resistance force acting on the operation knob 2 when the operation knob 2 is moved is reduced by applying the driving forces F mx and F my to the operation knob 2. Become.
また、駆動力Fmx,Fmyを操作ノブ2に作用させることにより、ベクトルFmの大きさが摩擦力FfのX軸成分Fx及びY軸成分Fyと同じ大きさになっている。これにより、操作ノブ2がX軸方向に沿って移動した場合、Y軸方向に沿って移動した場合、X軸方向及びY軸方向に傾斜する方向に移動した場合のいずれの場合でも、同様の大きさの抵抗力が操作ノブ2に作用する。 Further, by causing the driving forces F mx and F my to act on the operation knob 2, the magnitude of the vector F m is the same as the X-axis component F x and the Y-axis component F y of the frictional force F f . . As a result, when the operation knob 2 is moved along the X-axis direction, moved along the Y-axis direction, or moved in a direction inclined in the X-axis direction and the Y-axis direction, the same applies. A large resistance force acts on the operation knob 2.
なお、駆動力Fmx,Fmyの大きさは、摩擦力を示すベクトルFfとの合力の向きが操作ノブ2の移動方向の反対方向に一致する大きさであることが望ましいが、必ずしもこれに限らない。また、ベクトルFmの大きさは、摩擦力FfのX軸成分Fx及びY軸成分Fyと異なってもよい。 The magnitudes of the driving forces F mx and F my are preferably such that the direction of the resultant force with the vector F f indicating the friction force coincides with the direction opposite to the moving direction of the operation knob 2. Not limited to. The magnitude of the vector F m may be different from the X-axis component F x and the Y-axis component F y of the frictional force F f .
また、駆動力Fmx,Fmyを求めるための上記演算式は、図2(a)に示した支持駆動機構100の構造に対応して予め定められたものであり、操作ノブ2を支持する機構が異なる場合には、その機構の構造に適用するように適宜定めることができる。例えば、駆動力Fmx,Fmyを求めるための演算式は、操作ノブ2を複数の方向に動かした際に操作ノブ2に作用する摩擦力を測定し、その測定結果に応じて数式や係数等を定めることができる。 Further, the above calculation formulas for obtaining the driving forces F mx and F my are predetermined corresponding to the structure of the support driving mechanism 100 shown in FIG. 2A and support the operation knob 2. When the mechanism is different, it can be appropriately determined to apply to the structure of the mechanism. For example, an arithmetic expression for obtaining the driving forces F mx and F my measures the frictional force acting on the operation knob 2 when the operation knob 2 is moved in a plurality of directions, and formulas and coefficients according to the measurement results. Etc. can be determined.
(第1の実施の形態の効果)
このように、本実施の形態に係る入力装置1によれば、操作ノブ2を移動させる際の抵抗力の作用方向が操作ノブ2の移動方向の反対方向に沿った向きとなるので、操作ノブ2を操作するユーザに違和感を与えることを緩和できる。また、X軸方向及びY軸方向に対して傾斜した方向に操作ノブ2が移動する場合の抵抗力と、X軸方向又はY軸方向に沿った方向に操作ノブ2が移動する場合の抵抗力との差異を小さくできるので、さらに操作ノブ2の操作時の違和感を抑制することができる。
(Effects of the first embodiment)
As described above, according to the input device 1 according to the present embodiment, the operating direction of the resistance force when the operating knob 2 is moved is oriented along the direction opposite to the moving direction of the operating knob 2. It is possible to alleviate the feeling of discomfort to the user who operates 2. Further, a resistance force when the operation knob 2 moves in a direction inclined with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction, and a resistance force when the operation knob 2 moves in a direction along the X-axis direction or the Y-axis direction. Therefore, it is possible to further reduce a sense of incongruity when the operation knob 2 is operated.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る入力装置について説明する。本実施の形態に係る入力装置も、第1の実施の形態に係る入力装置1と同様に、操作ノブ2、支持駆動機構100、及び制御ユニット3等から構成されるが、モータ制御手段302が操作ノブ2の摩擦力を試験により推定する点で第1の実施の形態とは異なる。
[Second Embodiment]
Next, an input device according to a second embodiment of the present invention will be described. Similarly to the input device 1 according to the first embodiment, the input device according to the present embodiment also includes the operation knob 2, the support drive mechanism 100, the control unit 3, and the like. It differs from the first embodiment in that the frictional force of the operation knob 2 is estimated by a test.
本実施の形態に係るモータ制御手段302は、第1及び第2のアクチュエータとしてのX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15を制御して操作ノブ2に駆動力を作用させ、そのときの駆動力と操作ノブ2の移動速度との関係に基づいて操作ノブ2の移動時における摩擦力を推定する。 The motor control means 302 according to the present embodiment controls the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15 as the first and second actuators to apply a driving force to the operation knob 2, and at that time The frictional force during the movement of the operation knob 2 is estimated on the basis of the relationship between the driving force and the movement speed of the operation knob 2.
より具体的には、モータ制御手段302は、ユーザが操作ノブ2を操作していない操作ノブ2の静止状態で、操作ノブ2に作用する駆動力を徐々に大きくし、操作ノブ2が駆動力によって移動を始めたときの駆動力によって操作ノブ2の移動時における摩擦力を推定する。 More specifically, the motor control means 302 gradually increases the driving force acting on the operation knob 2 when the operation knob 2 is not operated by the user and the operation knob 2 is driven. The frictional force when the operation knob 2 is moved is estimated based on the driving force when the movement is started.
図5は、モータ制御手段302が操作ノブ2の摩擦力を推定する際の動作例を示すグラフであり、(a)はX軸ボイスコイルモータ14のコイル電流を、(b)は操作ノブ2のX軸方向の移動速度を、それぞれ示す。 FIG. 5 is a graph showing an example of operation when the motor control means 302 estimates the frictional force of the operation knob 2, (a) shows the coil current of the X-axis voice coil motor 14, and (b) shows the operation knob 2. The moving speed in the X-axis direction is shown respectively.
モータ制御手段302は、X軸ボイスコイルモータ14のボイスコイル143にコイル電流が流れていない非通電状態から、時刻t1で通電を開始する。その後、X軸リニアエンコーダ161の出力信号によってXキャリッジ121の移動速度を検出し、移動速度が0か否か、すなわち操作ノブ2が動いたか否かを判定し、動いていない場合には、時刻t1から所定時間経過後にコイル電流を増大させる。モータ制御手段302は、この処理を繰り返し実行し、時刻t2,t3,t4,t5において段階的にコイル電流を増大させる。
The
そして、モータ制御手段302は、Xキャリッジ121が動いたときのコイル電流の大きさを記憶する。図5に示す例では、時刻t5でコイル電流をI1としたときにXキャリッジ121、すなわち操作ノブ2が動き始めたので、このコイル電流I1を記憶する。
The
コイル電流I1は、操作ノブ2が移動する際の摩擦力に関係のある指標値である。従って、このコイル電流I1に基づいて摩擦力を示すベクトルFfの大きさを推定することができる。 The coil current I 1 is an index value related to the frictional force when the operation knob 2 moves. Therefore, the magnitude of the vector F f indicating the frictional force can be estimated based on the coil current I 1 .
モータ制御手段302は、この摩擦力の推定処理を、例えば入力装置1への電源供給が行われた時に、又は所定の期間の経過時等に実行する。そして、モータ制御手段302は、その後のユーザによる操作ノブ2の操作時に、推定した摩擦力を適用してX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15の制御を行う。
The
また、モータ制御手段302は、Y軸ボイスコイルモータ15のコイル電流を徐々に増大して駆動力を作用させ、操作ノブ2が移動を開始したときのコイル電流を考慮してY軸方向の摩擦力を推定してもよい。また、X軸方向及びY軸方向の双方について摩擦力の推定を行い、摩擦力を示すベクトルFfのX軸成分Fx及びY軸成分Fy(図4参照)をそれぞれ推定してもよい。またさらに、X軸方向及びY軸方向の双方について摩擦力の推定処理を行い、それらの平均値を適用してX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15の制御を行ってもよい。 Further, the motor control means 302 gradually increases the coil current of the Y-axis voice coil motor 15 to apply a driving force, and the friction in the Y-axis direction in consideration of the coil current when the operation knob 2 starts moving. The force may be estimated. In addition, we estimate the frictional force for both the X-axis direction and the Y-axis direction, X-axis component of the vector F f showing the frictional force F x and Y-axis component F y (see FIG. 4) may be estimated respectively . Further, the frictional force estimation process may be performed in both the X-axis direction and the Y-axis direction, and the average value thereof may be applied to control the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15.
なお、上記の摩擦力の推定処理では、操作ノブ2が動き始めたときのコイル電流(モータの出力)によって摩擦力を推定したが、コイル電流と操作ノブ2の移動中における移動速度との関係に基づいて摩擦力を推定してもよい。つまり、ユーザが操作ノブ2を操作していない状態で、X軸ボイスコイルモータ14又はY軸ボイスコイルモータ15によって操作ノブ2を移動させる場合には、操作ノブ2に作用する駆動力と摩擦力との関係に応じて移動速度が定まるので、駆動力と移動速度に基づいて摩擦力を推定することができる。 In the frictional force estimation process, the frictional force is estimated based on the coil current (motor output) when the operation knob 2 starts to move. However, the relationship between the coil current and the movement speed during the movement of the operation knob 2 is used. The frictional force may be estimated based on That is, when the operation knob 2 is moved by the X-axis voice coil motor 14 or the Y-axis voice coil motor 15 while the user is not operating the operation knob 2, the driving force and the frictional force acting on the operation knob 2 are used. Since the moving speed is determined according to the relationship, the frictional force can be estimated based on the driving force and the moving speed.
(第2の実施の形態の効果)
このように、本実施の形態に係る入力装置1によれば、X軸ボイスコイルモータ14又はY軸ボイスコイルモータ15の出力と操作ノブ2の移動速度との関係に基づいて操作ノブ2の移動時に発生する摩擦力を推定することができるので、支持駆動機構100の使用による摩擦力の経時変化に対応して適切な抵抗力を操作ノブ2に付与することができる。また、入力装置1の個体差にも対応することができる。
(Effect of the second embodiment)
Thus, according to the input device 1 according to the present embodiment, the movement of the operation knob 2 based on the relationship between the output of the X-axis voice coil motor 14 or the Y-axis voice coil motor 15 and the movement speed of the operation knob 2. Since the frictional force that is sometimes generated can be estimated, an appropriate resistance force can be applied to the operation knob 2 in accordance with the change with time of the frictional force due to the use of the support drive mechanism 100. Further, individual differences of the input device 1 can be dealt with.
[他の実施の形態]
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で例えば以下に示すような種々の変形が可能である。
[Other embodiments]
The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications such as those shown below are possible without departing from the scope of the present invention. is there.
上記実施の形態では、操作ノブ2が本体部10に対して水平方向の平面に沿って移動するように構成したが、これに限らない。例えば、ノブシャフト20の操作ノブ2が連結された一端部とは反対側の他端部が球面軸受に支持され、操作ノブ2が球面軸受の揺動中心を支点として揺動するように構成してもよい。 In the above embodiment, the operation knob 2 is configured to move along a horizontal plane with respect to the main body 10, but the present invention is not limited to this. For example, the other end portion of the knob shaft 20 opposite to the one end portion to which the operation knob 2 is connected is supported by the spherical bearing, and the operation knob 2 swings around the swing center of the spherical bearing. May be.
また、上記実施の形態では、操作ノブ2に対して直交する2方向に駆動力を付与することが可能な一対のアクチュエータを備える場合について説明したが、これに限らず、駆動力を付与可能な方向は直交していなくともよい。また、操作ノブ2は平面状に移動可能なものに限らず、直線状に進退移動するように構成してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where it provided with a pair of actuator which can provide a driving force to two directions orthogonal to the operation knob 2, it is not restricted to this, A driving force can be provided. The directions do not have to be orthogonal. Further, the operation knob 2 is not limited to be movable in a planar shape, and may be configured to move back and forth in a straight line.
1…入力装置、2…操作ノブ、3…制御ユニット、4…表示装置、10…本体部、11…カバー、11a…開口部、14…X軸ボイスコイルモータ、15…Y軸ボイスコイルモータ、20…ノブシャフト、30…制御部、31…記憶部、32…駆動回路、33…通信部、100…支持駆動機構、121…Xキャリッジ、121a,122a…長孔、122…Yキャリッジ、131…X軸スライドガイド、132…Y軸スライドガイド、141…ヨーク、141a…第1アーム、141b…第2アーム、141b,142b…エンコーダ、142…マグネット、143…ボイスコイル、161…X軸リニアエンコーダ、162…Y軸リニアエンコーダ、171…第1支持部材、172…第2支持部材、210…制御プログラム、301…移動方向検出手段、302…モータ制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input device, 2 ... Operation knob, 3 ... Control unit, 4 ... Display apparatus, 10 ... Main-body part, 11 ... Cover, 11a ... Opening part, 14 ... X-axis voice coil motor, 15 ... Y-axis voice coil motor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Knob shaft, 30 ... Control part, 31 ... Memory | storage part, 32 ... Drive circuit, 33 ... Communication part, 100 ... Support drive mechanism, 121 ... X carriage, 121a, 122a ... Long hole, 122 ... Y carriage, 131 ... X-axis slide guide, 132 ... Y-axis slide guide, 141 ... Yoke, 141a ... first arm, 141b ... second arm, 141b, 142b ... encoder, 142 ... magnet, 143 ... voice coil, 161 ... X-axis linear encoder, 162 ... Y-axis linear encoder, 171 ... first support member, 172 ... second support member, 210 ... control program, 301 ... direction of movement Detection means, 302... Motor control means
Claims (4)
前記本体部に対して移動可能な操作部と、
前記操作部の前記本体部に対する移動方向を検出する移動方向検出手段と、
前記操作部に駆動力を付与することが可能な駆動力付与部と、
前記操作部の移動時における摩擦力と前記駆動力付与部の駆動力との合力が前記移動方向検出手段によって検出した前記操作部の移動方向の反対方向となるように、前記駆動力付与部の駆動力を制御する制御手段とを備えた入力装置。 The main body,
An operation unit movable with respect to the main body unit;
A moving direction detecting means for detecting a moving direction of the operation unit relative to the main body;
A driving force applying unit capable of applying a driving force to the operation unit;
The driving force application unit is configured so that the resultant force of the frictional force during movement of the operation unit and the driving force of the driving force application unit is opposite to the movement direction of the operation unit detected by the movement direction detection unit. An input device comprising control means for controlling the driving force.
前記制御手段は、前記操作部の前記第1の方向への移動速度及び前記第2の方向への移動速度に応じて前記第1及び第2のアクチュエータを制御する、請求項1に記載の入力装置。 The driving force application unit includes a first actuator that applies a driving force in a first direction, and a second actuator that applies a driving force in a second direction that intersects the first direction.
2. The input according to claim 1, wherein the control unit controls the first and second actuators according to a moving speed of the operation unit in the first direction and a moving speed in the second direction. apparatus.
The control means gradually increases the driving force of the driving force applying unit while the operating unit is stationary, and based on the magnitude of the driving force of the driving force applying unit when the operating unit starts to move. The input device according to claim 3, wherein the friction force is estimated.
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