JP2014154126A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作部の振動を安定して静止させることができる入力装置を提供する。
【解決手段】移動可能に支持された操作部２と、操作部２に対して力覚を付与するためのモータ３，４と、操作部２の移動を検知可能なセンサ５，６と、通常モードと振動収束モードとに切換可能とされ、操作部２が所定の閾値内で位置変動しているとき、操作部２が振動しているとして振動を収束させる振動収束モードを設定し、操作部２が閾値を超えて移動したとき、操作部２に対して力覚を発生させる通常モードを設定する制御部７と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、操作部に力覚を与えて、操作感触を向上させた入力装置に関する。

近年、ハプティックあるいはハプティックコマンダ（ハプティック及びハプティックコマンダはいずれもアルプス電気（株）の登録商標）と呼ばれるフォースフィードバック技術が開発されている。例えば、特許文献１，２に開示された力覚付与入力装置では、人工的に作り出された力覚を操作部の操作に応じて発生させるフォースフィードバック技術が採用されている。

例えば、操作部をある位置まで移動させようとしたとき、操作部が、その位置に近づくと、操作部をその位置へ素早く引き寄せる力覚を発生させることで、操作感触を向上させることができる。力覚は、モータの駆動により発生させることができる。

特開２００７−３０２１５４号公報 特開２００８−１５８６７５号公報

しかしながら、操作部への操作を終了しても、操作部は静止せずに微細な振動を起こすといった問題があった。

すなわち操作部が所定位置で止まらずモータの駆動力の大きさにより操作部が所定位置をやや通り過ぎてしまうと、モータからは逆の駆動力が発生して所定位置に戻そうとするため往復移動が繰り返し発生してしまう。その結果、操作部が振動する。

図５は、操作部の振動に対する従来の制御方法を示している。図５（ａ）は、横軸を時間、縦軸を操作部の位置とした操作部の位置の推移を示すグラフであり、図５（ｂ）は、モータの駆動力（トルク）のタイムチャートである。

従来における制御方法では、所定位置を通り越した操作部を所定位置に戻そうとするために、図５（ｂ）に示すようにモータからは正から負への駆動力と、負から正への駆動力とが繰り返し作用している。この結果、図５（ａ）に示すように操作部は静止せず微細に振動している。

制御部では、例えば操作部の振動回数や振動が継続した時間をカウントしており、所定以上の振動回数を検知するか、所定時間以上の振動継続を検知するかした場合、モータの駆動力を徐々に減衰させて操作部の振動を収束させる。

このように一旦、操作部の振動を収束させることができるものの、操作部の収束位置Ａ（図５（ａ）参照）が、フィーリングカーブの中で大きな駆動力を生じさせる位置にあると、振動収束後にモータが再び駆動力を発揮して、操作部の振動が再開される問題があった。

このように従来の制御方法では、操作部の振動と収束とが繰り返し起こってしまい、実質的に操作部が振動をし続けていた。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、従来に比べて操作部の振動を安定して静止させることができる入力装置を提供することを目的としている。

移動可能に支持された操作部と、
前記操作部に対して力覚を付与するための駆動部と、
前記操作部の移動を検知可能な検知部と、
通常モードと振動収束モードとに切換可能とされ、前記操作部が所定の閾値内で位置変動しているとき、前記操作部が振動しているとして前記振動を収束させる前記振動収束モードを設定し、前記操作部が前記閾値を超えて移動したとき、前記操作部に対して力覚を発生させる前記通常モードを設定する制御部と、
を有することを特徴とするものである。

このように本発明では、通常モードと振動収束モードとに切換可能な制御部を備えており、制御部では、操作部が、所定の閾値内で位置変動しているとき、操作者の操作による移動ではなく、操作部が振動していると判断して、駆動部からの駆動力（トルク）を減衰させて、振動を収束させる振動収束モードを設定し、操作部が閾値を超えて移動したとき、操作者が操作部を操作しているとして、操作部に対して力覚を発生させる通常モードを設定する。このように本発明によれば、操作部が閾値内にあれば操作者による操作とみなさず振動収束モードを設定するので、安定して操作部の振動を静止させておくことができる。また操作部が閾値を超えて移動したことを検知したらスムースに収束状態を解除して、操作部に対して力覚を発生させることが可能である。

本発明では、前記検知部あるいは前記制御部は、前記操作部の移動方向を検知可能としており、前記操作部が前記閾値内で位置変動している状態であって、第１の方向と、前記第１の方向とは反対側の第２の方向との交互の移動を検知したときに、操作部が振動しているとして前記振動収束モードを設定することが好ましい。

これにより操作部の振動状態を適切かつ簡単に判断しやすく、振動収束モードを的確に設定することができる。

また本発明では、前記操作部は、交差する複数の方向に移動可能に支持されており、前記操作部が交差する各方向に移動した際に各方向にて前記力覚を発生させるための複数の前記駆動部が設けられており、各駆動部ごとに前記振動収束モードと前記通常モードとを切換可能であることが好ましい。これにより多方向へのそれぞれの操作に対して、力覚を発生させる通常モードと振動収束モードとを適切に切り換えることができる。

本発明によれば、操作部が閾値内にあれば操作者による操作とみなさず振動収束モードを設定するので、安定して操作部の振動を静止させておくことができる。また操作部が閾値を超えて移動したことを検知したらスムースに収束状態を解除して、操作部に対して力覚を発生させることが可能である。

図１（ａ）は、本実施形態における入力装置の斜視図、図１（ｂ）は、入力装置の内部機構を示す模式図である。 図２は、本実施形態における振動収束モードと通常モードとを説明するための説明図である。 図３は、本実施形態における入力装置のブロック図である。 図４は、本実施形態における入力装置のフローチャート図である。 図５は従来における操作部の振動の制御方法を説明するための説明図である。

図１（ａ）は、本実施形態における入力装置の斜視図、図１（ｂ）は、入力装置の内部機構を示す模式図である。また図３は、本実施形態における入力装置のブロック図である。

図１，図３に示す入力装置１は、操作部２と、モータ（駆動部）３、４と、センサ（検知部）５，６と、制御部７と、を有して構成される。本実施形態における入力装置１は、ハプティックあるいはハプティックコマンダ（ハプティック及びハプティックコマンダはいずれもアルプス電気（株）の登録商標）と呼ばれるフォースフィードバック技術を取り入れた入力装置である。

図１に示すように操作部２は支持体８の表面に突出した状態で例えばＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持されている。Ｘ方向とＹ方向とは平面内にて直交関係を有している。支持体８の表面には例えば図示しないモニタ部があり、モニタ部には操作部２に対して操作可能な方向表示や操作方向に応じた機能表示等が表示される。

操作部２は、例えば図示しないギア機構によりＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持されている。また操作部２の移動方向制御は電磁ブレーキを用いて行っている。よって例えば操作部２が図１（ａ）の基準位置ＢからＹ１方向に動かすことはできるが、基準位置ＢからＹ２方向に動かすことができないように電磁ブレーキを用いて制御することが可能である。

図１（ｂ）に示すように、支持体８の内部には、第１のモータ３、第２のモータ４、第１のセンサ５及び第２のセンサ６が設けられている。例えば、第１のセンサ５は、図１（ａ）に示す操作部２をＸ方向に操作したときに、操作部２のＸ方向への移動情報を検知し、例えば、第１のモータ３は、Ｘ方向に操作された操作部２に対して力覚を付与する。また例えば、第２のセンサ６は、図１（ａ）に示す操作部２をＹ方向に操作したときに、操作部２のＹ方向への移動情報を検知し、例えば第２のモータ４、Ｙ方向に操作された操作部２に対して力覚を付与する。「力覚」とは、操作者が操作部２を操作した際に加わる力の感覚を指す。

例えば、第１のセンサ５及び第２のセンサ６は、Ｘ方向及びＹ方向への操作を可能にする回転軸に設けられたポテンショメータなどからなる。第１のセンサ５及び第２のセンサ６は、Ｘ方向の位置検知用と、Ｙ方向の位置検知用としてそれぞれ一つあればよいが、Ｘ方向の位置検知用のセンサ及び、Ｙ方向の位置検知用センサをそれぞれ複数設けてもよい。

操作部２は、基準位置ＢからＸ１方向（Ｘ方向における第１の方向）、及びＸ１方向に対して反対方向のＸ２方向（Ｘ方向における第２の方向）、基準位置ＢからＹ１方向（Ｙ方向における第１の方向）及びＹ１方向に対して反対方向のＹ２方向（Ｙ方向における第２の方向）にそれぞれ移動可能に支持されている。ただし上記したように電磁ブレーキによる制御により移動可能方向を制御することができる。

操作者が操作体２を基準位置Ｂから例えばＸ１方向に操作（移動）させたとする。このとき第１のセンサ５により操作体２の移動情報を得ることができる。「移動情報」とは、操作部２の位置（絶対位置あるいは相対位置）、移動方向及び移動量などである。なおセンサ５，６の検知信号（移動情報）に基づいて、制御部７にて前記検知信号から操作部２の位置や、移動方向及び移動量を算出する構成であってもよい。

操作部２を基準位置ＢからＸ１方向に操作すると、第１のモータ３の駆動力（トルク）により操作部２に力覚を発生させる。例えば、このときの力覚は操作部２を素早くＸ１方向の所定位置へ引き寄せる力である。このような力覚を操作者は触覚的なフォースフィードバックとして受け取ることができる。なおどのようなフォースフィードバックを付与するかは、モータ３，４の駆動制御により変更することが可能である。また例えば力覚が上記したように所定位置へ引き寄せる力であるとして、かかる場合、Ｘ１方向に引き寄せる力の大きさと、Ｘ１以外の方向へ引き寄せる力の大きさとを変えることも可能である。例えば本実施形態の入力装置１は車両用として用いることが可能であるが、上記のように操作方向に応じて力覚を変化させることで、運転者が操作部２を見ずとも操作状況を感覚で把握することが可能である。

Ｘ１方向に操作された操作部２に力覚を付与するために第１のモータ３から駆動力が作用するが、このときの駆動力の大きさにより、操作部２が本来静止すべき所定位置を超えてしまうと、制御部７では、操作部２を所定位置に戻そうとして第１のモータ３に対して反対方向の駆動力を作用させる。このとき操作部２を所定位置に戻そうとする制御が繰り返し行われる結果、操作部２が微細に振動した状態になる。図２（ａ）は、横軸を時間、縦軸を操作部の位置とした操作部の位置の推移を示すグラフであり、図２（ｂ）は、モータの駆動力（トルク）のタイムチャートである。図２（ａ）に示す横軸の左側は、振動制御の開始側であり、開始後、少しの間、操作部が振動した状態となっている。操作部の振動は、図２（ｂ）に示すように、正から負への駆動力と、負から正への駆動力とが繰り返し作用することで生じる。

図４は、本実施形態の入力装置１を用いたフローチャートを示している。図４に示すステップＳＴ１では、操作部２が振動しているか否かを検知する。

ここで図２（ａ）に示すように、所定の閾値ＬＶが設定されている。閾値ＬＶは、第１のレベル位置ＬＶ１と第２のレベル位置ＬＶ２の間の範囲で規定される。図２（ａ）に示すように、振動とは、操作部２が閾値ＬＶ内で位置変動した状態である。ここで第１のレベル位置ＬＶ１及び第２のレベル位置ＬＶ２とは、例えば、所定位置（操作部２が本来静止すべき位置）を挟んだＸ１側の位置及びＸ２側の位置であり、閾値ＬＶは、第１のレベル位置ＬＶ１と第２のレベル位置ＬＶ２との間の長さで設定されている。第１のレベル位置ＬＶ１、第２のレベル位置ＬＶ２及び閾値ＬＶの大きさは操作部２に対して所定の力覚を付与した後の操作部２の振動状態によって設定することができる。

制御部７では、第１のセンサ５から得られる検知信号に基づいて、まずは操作部２が振動状態にあるか否かを判断する。第１のセンサ５では、操作部２のＸ１方向とＸ２方向のそれぞれの移動状態に対する検知信号を得ることができ、検知信号は制御部７に送られる。

図２（ａ）に示すように操作部２が閾値ＬＶ内にて位置変動した状態であって、Ｘ１方向への移動Ｌ１とＸ２方向への移動Ｌ２とを第１のセンサ５や制御部７にて交互に検知したとき、制御部７では所定時間内に所定回数の移動Ｌ１，Ｌ２をカウントしたら振動していると判断できる。

図４のステップＳＴ２では、操作者が操作を行ったか否かを検知する。これは操作部２が閾値ＬＶを超えて移動したか否かで判断できる。操作部２が閾値ＬＶを超えて移動していないと判断されると、操作者の操作が行われていないとして、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３では、第１のモータ３の駆動力（トルク）を徐々に減衰させ、操作部２の振動を収束して静止させる振動収束モードＭ１を設定する。図２（ａ）に示すように、振動収束モードＭ１では、操作部の振動を収束した状態を維持している。この振動収束状態は閾値ＬＶを超える移動が発生しない限り継続されるため、振動を安定して収束させ続けることが可能となる。

一方、図４のステップＳＴ２で、操作者が操作したと判断した場合には、ステップＳＴ４に移行し、操作部２に対して所定の力覚を発生させる通常モードＭ２に切り換える。図２（ａ）に示すように、操作部２が閾値ＬＶの範囲を規定する第１のレベル位置ＬＶ１を超えて移動している。例えば、操作者が操作部２をＸ１側の位置からＸ２方向へ移動させたとする。このとき第１のセンサ３では操作部２の移動位置や、Ｘ２方向に移動した際の移動量などを検知できる。そして、第１のセンサ３や制御部７にて操作部２が第１のレベル位置ＬＶ１を超えて移動したことを検知でき、これにより、振動収束モードＭ１から通常モードＭ２に切り替えることができる。

図４に示すように振動収束モードＭ１になっていても、ステップＳＴ２で、操作部２が第１のレベル位置ＬＶ１を超えて移動していると判断されれば、振動収束モードＭ１を解除してスムースに通常モードＭ２に移行させることが可能である。

このように本実施形態では、操作部２の振動の制御を、位置変動の大きさに関する閾値を用いて行った。これにより閾値内に収まる小さな振動は、初回の短い時間内のみ感じられ、以降は安定して振動の収束を図ることができ、また振動収束モードからスムースに操作部２に力覚を発生させる通常モードに移行させることができる。

なお上記では、操作部２を基準位置ＥからＸ１方向に移動させたときについて説明したが、図２、図４に示す操作部２の位置や移動量と閾値との関係に基づく、振動収束モード及び通常モードの起動タイミングは、操作部２をＸ１方向以外に移動させた場合でも同様に発揮される。

例えば、各センサ５，６が、ポテンショメータである場合、操作部２のＸ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向及びＹ２方向への各移動量を検知できるので、各方向への移動量に基づき、移動量が閾値ＬＶよりも小さければ、操作部２が振動しているとして振動収束モードを設定し、また移動量が閾値ＬＶよりも大きければ、操作部２に対して力覚を発生させる通常モードを設定できる。

なお本実施形態における第１のセンサ５により、操作体２におけるＸ１方向とＸ２方向への連続的な交互動作を簡単かつ適切に検知できる。また第２のセンサ６により、操作体２におけるＹ１方向とＹ２方向への連続的な交互動作を簡単かつ適切に検知できる。操作部２が閾値ＬＶ内で位置変動している状態であって、上記の交互動作を検知した場合には、操作部２が振動していると適切かつ容易に判断できる。

また本実施形態では、操作部２が交差するＸ方向及びＹ方向に移動可能に支持されており、操作部２がＸ方向に移動した際に力覚を生じさせるための第１のモータ３と、操作部２がＹ方向に移動した際に力覚を生じさせるための第２のモータ４とがそれぞれ設けられている。これにより多方向への移動に対してそれぞれ所定の力覚を生じさせることができる。また各モータ３，４ごとに振動収束モードと通常モードとを切換可能とされている。

本実施形態の入力装置１は例えば車両用として用いることができる。例えばセンターコンソールに配置された入力操作部やシフターなどに適用できる。なお入力装置１を車両用として限定するものでないが、車両用として使用することで、触覚的なフォースフィードバックを与える入力装置により運転の際の安全性や快適性等を高めることが可能である。

ＬＶ 閾値
ＬＶ１ 第１のレベル位置
ＬＶ２ 第２のレベル位置
Ｍ１ 振動収束モード
Ｍ２ 通常モード
１ 入力装置
２ 操作部
３、４ モータ（駆動部）
５、６ センサ（検知部）
７ 制御部
８ 支持体

Claims (3)

1. 移動可能に支持された操作部と、
   前記操作部に対して力覚を付与するための駆動部と、
   前記操作部の移動を検知可能な検知部と、
   通常モードと振動収束モードとに切換可能とされ、前記操作部が所定の閾値内で位置変動しているとき、前記操作部が振動しているとして前記振動を収束させる前記振動収束モードを設定し、前記操作部が前記閾値を超えて移動したとき、前記操作部に対して力覚を発生させる前記通常モードを設定する制御部と、
   を有することを特徴とする入力装置。
2. 前記検知部あるいは前記制御部は、前記操作部の移動方向を検知可能としており、前記操作部が前記閾値内で位置変動している状態であって、第１の方向と、前記第１の方向とは反対側の第２の方向との交互の移動を検知したときに、操作部が振動しているとして前記振動収束モードを設定する請求項１記載の入力装置。
3. 前記操作部は、交差する複数の方向に移動可能に支持されており、前記操作部が交差する各方向に移動した際に各方向にて前記力覚を発生させるための複数の前記駆動部が設けられており、各駆動部ごとに前記振動収束モードと前記通常モードとを切換可能である請求項１又は２に記載の入力装置。

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