JP2020170284A - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザへ触覚を呈示可能な操作装置の構成を簡略化する。【解決手段】インターフェース部材１１は、ユーザの操作を受け付け可能である。モータ１４は、直流電流により一方向へ回転駆動される回転軸１４ａを有している。伝達機構１５は、回転軸１４ａの回転運動をインターフェース部材１１の直線運動に変換する。荷重センサ１２は、前記操作によりインターフェース部材１１に付与される荷重を検出する。プロセッサ１３は、荷重センサ１２により検出された荷重に応じて、モータ１４への直流電流の供給タイミングを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザの操作を受け付けるインターフェース部材を振動させることによって当該ユーザへ当該操作に応じた触覚を呈示する操作装置に関連する。

特許文献１に記載された操作装置においては、ユーザの操作を受け付けるインターフェース部材にモータの正転駆動と逆転駆動を伝達して当該インターフェース部材を振動させることにより、当該ユーザへ当該操作に応じた触覚を呈示している。

特許第５２３６８３２号公報

本発明の目的は、ユーザへ触覚を呈示可能な操作装置の構成を簡略化することである。

上記目的を達成するための一態様は、操作装置であって、
ユーザの操作を受け付け可能なインターフェース部材と、
直流電流により一方向へ回転駆動される回転軸を有するモータと、
前記回転軸の回転運動を前記インターフェース部材の直線運動に変換する伝達機構と、
前記操作により前記インターフェース部材に付与される荷重を検出する荷重センサと、
検出された前記荷重に応じて、前記モータへの前記直流電流の供給タイミングを制御するプロセッサと、
を備えている。

特許文献１に記載された構成においては、モータの正転駆動と逆転駆動を繰り返すことによって、インターフェース部材の振動をユーザに知覚させている。本願発明者は、然るべきタイミングで直流電流の供給の開始と停止を行なうことによってインターフェース部材の初期位置への復帰を促せば、モータの回転軸を一方向にのみ回転させる直流電流の供給によってもインターフェース部材の振動をユーザに知覚させることができることを見出した。上記の構成によれば、モータを逆転駆動させるために必要な構成を省略できるので、ユーザへ触覚を呈示可能な操作装置の構成を簡略化できる。

一実施形態に係る操作装置の構成を例示している。 図１の操作装置の動作の一例を示している。 図１の操作装置の動作の別例を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係る操作装置１の構成を示している。以降の説明に現れる「上」および「下」という方向を示す表現は、説明の便宜のために用いているに過ぎず、図示された構造の使用時における姿勢を限定する意図はない。

操作装置１は、インターフェース部材１１を備えている。インターフェース部材１１は、ユーザの操作を受け付けるための二次元的な広がりを有する部材である。ユーザは、身体の一部をインターフェース部材１１に接触させ、所定の動作を行なうことにより、所望の操作を入力する。図示の例においては、ユーザの手の指Ｆが操作の入力に用いられている。

以下に列挙される動作が、所定の動作として例示されうる。
タッピング動作：インターフェース部材１１の表面を指Ｆで比較的短時間触れる動作
長押し動作：インターフェース部材１１の表面に指Ｆで触れた状態を維持する動作
スワイプ動作：インターフェース部材１１の表面に触れた状態で指Ｆを所定の方向へ移動させる動作
フリック動作：インターフェース部材１１の表面を指Ｆで所定の方向へ擦る動作
ピンチイン動作：インターフェース部材１１の表面に二本の指Ｆで触れ、指同士の間隔を狭める動作
ピンチアウト動作：インターフェース部材１１の表面に二本の指Ｆで触れ、指同士の間隔を広げる動作

操作装置１は、荷重センサ１２を備えている。荷重センサ１２は、ユーザの操作によりインターフェース部材１１に付与される荷重を検出するように構成されている。荷重を検出する構成自体は周知であるので、その詳細な説明は省略する。荷重センサ１２は、検出された荷重に対応する検出信号を出力するように構成されている。

操作装置１は、プロセッサ１３を備えている。プロセッサ１３は、荷重センサ１２から出力された検出信号を受け付け可能に構成されている。荷重センサ１２とプロセッサ１３の間には、不図示のインターフェース回路が設けられうる。インターフェース回路は、検出信号をプロセッサ１３による処理に適した形式に変換するための適宜の信号変換回路を含む。

荷重センサ１２から出力される検出信号は、インターフェース部材１１における荷重が付与された位置、荷重の大きさ、荷重の経時変化などの情報を含みうる。プロセッサ１３は、受け付けた検出信号に含まれる情報に基づいて、上記したいずれの操作が行なわれたのかを判断しうる。

操作装置１は、モータ１４を備えている。モータ１４は、直流電源ＰＳより供給される直流電流により、一方向へ回転駆動される回転軸１４ａを有している。本例においては、モータ１４に直流電流が供給されると、回転軸１４ａは、時計回り方向へ回転する。

操作装置１は、伝達機構１５を備えている。伝達機構１５は、モータ１４の回転軸１４ａの回転運動をインターフェース部材１１の直線運動に変換するように構成されている。

伝達機構１５は、ピニオンギア１５１を含んでいる。ピニオンギア１５１は、モータ１４の回転軸１４ａに装着されている。

伝達機構１５は、カムギア１５２を含んでいる。カムギア１５２は、回動軸１５２ａとギア部１５２ｂを有している。回動軸１５２ａは、モータ１４の回転軸１４ａと平行に延びている。ギア部１５２ｂは、ピニオンギア１５１と噛合している。

伝達機構１５は、カムシャフト１５３を含んでいる。カムシャフト１５３は、カムギア１５２における回動軸１５２ａに対して偏心した位置に設けられている。カムシャフト１５３は、モータ１４の回転軸１４ａおよびカムギア１５２の回動軸１５２ａと平行に延びている。

伝達機構１５は、カムフォロワ１５４を含んでいる。カムフォロワ１５４は、上下方向に延びている。カムフォロワ１５４は、インターフェース部材１１と結合されている。すなわち、インターフェース部材１１とカムフォロワ１５４の相対位置は不変である。カムフォロワ１５４は、カムシャフト１５３と係合している。

直流電流の供給を受けてモータ１４の回転軸１４ａが時計回り方向へ回転すると、ピニオンギア１５１も同方向へ回転する。ピニオンギア１５１と噛合しているカムギア１５２は、回動軸１５２ａを中心として反時計方向へ回動する。回動軸１５２ａに対して偏心した位置に設けられたカムシャフト１５３は、カムフォロワ１５４を上方へ変位させる。これにより、インターフェース部材１１もまた上方へ変位する。すなわち、モータ１４の回転軸１４ａの回転運動が、インターフェース部材１１の上方への直線運動に変換される。

操作装置１は、支持部材１６を備えている。支持部材１６は、モータ１４と伝達機構１５により実現されるインターフェース部材１１の上下方向への変位を許容するように、インターフェース部材１１を支持している。図１に示される例においては、インターフェース部材１１は、脚部１１ａを備えている。脚部１１ａには上下方向に延びる長孔１１ｂが形成されている。支持部材１６には長孔１１ｂと係合する不図示の突起が設けられている。突起は、長孔１１ｂ内を上下方向に摺動可能とされている。これにより、インターフェース部材１１は、上下方向の変位を許容されつつ、支持部材１６に支持される。

プロセッサ１３は、荷重センサ１２により検出された荷重に応じて、モータ１４への直流電流の供給タイミングを制御するように構成されている。具体的には、ユーザの指Ｆの接触に伴ってインターフェース部材１１に付与された荷重が検出されると、プロセッサ１３は、モータ１４への直流電流の供給を開始させる。プロセッサ１３は、直流電源ＰＳを直接制御してもよいし、直流電源ＰＳとモータ１４の間に介在しうる電流制御回路を制御してもよい。

図２は、モータ１４に供給される直流電流の経時変化の一例を示している。時刻ｔ１より前においては、直流電流の供給が行なわれていない。時刻ｔ１において値Ｉの直流電流の供給が開始され、時刻ｔ２において直流電流の供給が停止されている。結果として、モータ１４にはパルス状の電流が供給される。

直流電流の供給を受けてモータ１４の回転軸１４ａが図１における時計回り方向へ回転すると、インターフェース部材１１が上方へ変位する。図２は、直流電流の供給に伴うインターフェース部材１１の変位（位置の経時変化）の例も示している。直流電流の供給に伴い、インターフェース部材１１は初期位置Ｐ１よりも上方の位置Ｐ２へ変位する。支持部材１６は、初期位置Ｐ１よりも下方の位置Ｐ３へのインターフェース部材１１の変位も許容しうる。

このインターフェース部材１１の下方への変位もまた、インターフェース部材１１に触れているユーザの指Ｆを通じて知覚される。すなわち、プロセッサ１３は、インターフェース部材１１に対する操作入力への応答として、触覚をユーザに呈示する。

時刻ｔ２において直流電流の供給が絶たれると、伝達機構１５を介して供給されるインターフェース部材１１を上方へ変位させる力も絶たれる。その結果、インターフェース部材１１は、自重とユーザの指Ｆを通じて付与される荷重によって初期位置Ｐ１へ向けて下降する。この下方への変位もまた指Ｆを通じてユーザに知覚されうる。すなわち、直流電流の供給開始によるインターフェース部材１１の上昇と、直流電流の供給停止によるインターフェース部材１１の自発的降下を通じて、単発振動がユーザに知覚されうる。

図３は、モータ１４に供給される直流電流の経時変化の別例を示している。本例においては、図２を参照して説明したパルス状の経時変化を伴う直流電流の供給が、周期的に繰り返されている。これにより、インターフェース部材１１もまた周期的な上下動を繰り返す。したがって、ユーザは、インターフェース部材１１が上下に連続振動しているように指Ｆを通じて知覚する。

プロセッサ１３は、荷重センサ１２を通じて検出されたユーザの操作に応じて、モータ１４へ供給される直流電流について以下に列挙されるパラメータの少なくとも一つを変更する。これにより、ユーザによって入力される複数種の操作の各々に対応する触覚を呈示できる。
・電流の大きさ（図３におけるＩ）
・供給時間（図３における期間Ｔ１）
・供給停止から次の供給開始までの時間（図３における期間Ｔ２）
・供給周期（図３における期間Ｔ３）
・一度の操作入力に対する電流供給の回数

特許文献１に記載された構成においては、図３に破線で示されるようにモータの正転駆動と逆転駆動を繰り返すことによって、上述のようなインターフェース部材の振動をユーザに知覚させている。本願発明者は、然るべきタイミングで直流電流の供給の開始と停止を行なうことによってインターフェース部材の自発的降下を促せば、モータの回転軸を一方向にのみ回転させる直流電流の供給によってもインターフェース部材の振動をユーザに知覚させることができることを見出した。本実施形態の構成によれば、モータを逆転駆動させるために必要な構成を省略できるので、ユーザへ触覚を呈示可能な操作装置の構成を簡略化できる。

図３に示されるように、モータ１４への直流電流の供給が周期的になされる場合、プロセッサ１３は、荷重が付与されたインターフェース部材１１の共振周波数に基づいて、直流電流の供給タイミングを決定しうる。例えば、荷重が付与されたインターフェース部材１１の共振周波数と一致するように、あるいは当該共振周波数から大きく逸脱しないように、モータ１４への直流電流の供給周波数が定められる。

厳密には、ユーザの指Ｆを通じて付与される荷重の大きさに応じて共振周波数が変化する。例えば、事前に実験等を通じて取得された平均的な荷重の大きさに基づいて、予め一定の共振周波数が定められうる。あるいは、事前に実験等を通じて取得された荷重と共振周波数の対応関係を示すデータが不図示のストレージに保持されうる。この場合、実際に荷重センサ１２に検出された荷重に基づいてプロセッサ１３が当該データを参照し、当該荷重に対応する共振周波数に応じて、モータ１４への直流電流の供給周波数をリアルタイムに決定する。

このような構成によれば、モータを逆転駆動させるために必要な構成を省略しても、ユーザに知覚されるインターフェース部材１１の振動を顕著にできる。

図１に示されるように、操作装置１は、弾性部材１７を備えうる。弾性部材１７は、インターフェース部材１１と支持部材１６の間に配置される。弾性部材１７の例としては、ばね、Ｏリング、クッションパッドなどが挙げられる。

このような構成によれば、ユーザから荷重が付与されると弾性部材１７が変形し、インターフェース部材１１が僅かに下方へ変位する。このようにして荷重が受容された状態から前述したインターフェース部材１１のモータ１４の駆動による変位がなされる。したがって、ユーザによる知覚されるインターフェース部材１１の変位量を大きくできる。すなわち、ユーザの操作入力に伴う荷重を柔軟に受容しつつ、当該操作入力への応答として顕著な触覚を呈示できる。

本実施形態に係る操作装置１は、車両の車室内に搭載されうる。この場合、インターフェース部材１１に入力される乗員の操作は、当該車両に搭載された装置の動作制御に関連付けられうる。乗員は、ユーザの一例である。車両に搭載される装置の例としては、ナビゲーション装置、音響映像装置、空調装置、照明装置などが挙げられる。

このような構成によれば、特に運転者の注意が運転から装置の動作制御へ向くことを操作入力に応答する触覚の呈示を通じて抑制しうる構成を、上記のように簡略化できる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

モータ１４の回転軸１４ａの回転運動をインターフェース部材１１の直線運動に変換できれば、伝達機構１５の構成は適宜に変更されうる。例えば、図１に示されるインターフェース部材１１の脚部１１ａの一部に複数の歯を形成することによりラックとして構成し、これをピニオンギア１５１と噛合させてもよい。

上記の実施形態においては、ユーザの手の指Ｆによりインターフェース部材１１への操作入力がなされている。しかしながら、上記の操作装置１は、他の身体部位を通じて入力される操作を受け付けるように構成されうる。そのような身体部位の例としては、掌、肘、膝、足先などが挙げられる。

上記の操作装置１は、ユーザの操作入力に応答して触覚を呈示する必要のある各種のユーザインターフェースに使用されうる。そのようなユーザインターフェースを備えた装置の例としては、建物の空調設備、建物の調光設備、室内あるいは室外で使用される音響映像機器、調理機器、空調機器、玩具などが挙げられる。

１：操作装置、１１：インターフェース部材、１２：荷重センサ、１３：プロセッサ、１４：モータ、１４ａ：回転軸、１５：伝達機構、１６：支持部材、１７：弾性部材

Claims (4)

1. ユーザの操作を受け付け可能なインターフェース部材と、
   直流電流により一方向へ回転駆動される回転軸を有するモータと、
   前記回転軸の回転運動を前記インターフェース部材の直線運動に変換する伝達機構と、
   前記操作により前記インターフェース部材に付与される荷重を検出する荷重センサと、
   検出された前記荷重に応じて、前記モータへの前記直流電流の供給タイミングを制御するプロセッサと、
   を備えている、
   操作装置。
2. 前記供給タイミングは、前記荷重が付与された前記インターフェース部材の共振周波数に基づいて決定される、
   請求項１に記載の操作装置。
3. 前記インターフェース部材の変位を許容している支持部材と、
   前記インターフェース部材と前記支持部材の間に配置されている弾性部材と、
   を備えている、
   請求項１または２に記載の操作装置。
4. 車両に搭載されるように構成されており、
   前記操作は、前記車両に搭載された装置の動作制御に関連付けられている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の操作装置。

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