JP6012498B2 - Input device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an input device in which a force sense is given to an operation unit to improve an operation feeling.
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。
In recent years, force feedback technology called haptics or haptic commanders (both haptics and haptic commanders are registered trademarks of Alps Electric Co., Ltd.) has been developed. For example, force feedback technology that generates an artificially generated force sense in response to an operation of the operation unit is employed in the force sense imparting input devices disclosed in
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。 For example, when the operation unit is moved to a certain position, when the operation unit approaches the position, a force sense that quickly pulls the operation unit to the position is generated, so that the operation feeling can be improved. The sense of force can be generated by driving a motor.
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。 However, there is a problem that even if the operation on the operation unit is finished, the operation unit does not stand still and causes minute vibrations.
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。 In other words, if the operation unit does not stop at the predetermined position and the operation unit slightly passes the predetermined position due to the magnitude of the driving force of the motor, a reverse driving force is generated from the motor to return to the predetermined position, so that the reciprocating movement occurs. Will occur repeatedly. As a result, the operation unit vibrates.
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。 FIG. 5 shows a conventional control method for the vibration of the operation unit. FIG. 5A is a graph showing the transition of the position of the operation unit with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the position of the operation unit. FIG. 5B is a time chart of the driving force (torque) of the motor. It is.
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。 In the conventional control method, in order to return the operation unit that has passed the predetermined position to the predetermined position, as shown in FIG. 5 (b), the driving force from the positive to the negative and the negative to the positive from the motor. The driving force acts repeatedly. As a result, as shown in FIG. 5A, the operation unit does not stand still and vibrates finely.
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。 In the control unit, for example, the number of vibrations of the operation unit and the time during which the vibration has continued are counted, and if the number of vibrations more than a predetermined value is detected or the vibration continues for a predetermined time or more, Decrease gradually to converge the vibration of the operation unit.
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。 Thus, once the vibration of the operation unit can be converged, but the convergence position A of the operation unit (see FIG. 5A) is at a position where a large driving force is generated in the feeling curve, There is a problem that the motor again exerts the driving force after the vibration is converged, and the vibration of the operation unit is resumed.
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。 As described above, in the conventional control method, the vibration and convergence of the operation unit repeatedly occur, and the operation unit continues to vibrate substantially.
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。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and in particular, an object of the present invention is to provide an input device that can stably stabilize the vibration of the operation unit as compared with the conventional art.
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。
An operation unit supported movably,
A drive unit for applying a force sense to the operation unit;
A detection unit capable of detecting movement of the operation unit;
It is possible to switch between the normal mode and the vibration convergence mode. A control unit that sets the normal mode for generating a force sense for the operation unit when the operation unit moves beyond the threshold;
It is characterized by having.
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。 As described above, the present invention includes a control unit that can be switched between the normal mode and the vibration convergence mode. In the control unit, when the position of the operation unit is varied within a predetermined threshold, the operation is performed by the operator. It is judged that the operation unit is vibrating instead of moving, and a vibration convergence mode for converging the vibration is set by attenuating the driving force (torque) from the drive unit, and the operation unit has moved beyond the threshold value. At this time, assuming that the operator is operating the operation unit, a normal mode for generating a force sense for the operation unit is set. As described above, according to the present invention, if the operation unit is within the threshold value, the vibration convergence mode is set without considering the operation by the operator, so that the vibration of the operation unit can be stably stopped. Further, when it is detected that the operation unit has moved beyond the threshold, it is possible to smoothly release the convergence state and generate a force sense for the operation unit.
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。 In the present invention, the detection unit or the control unit can detect the movement direction of the operation unit, and the operation unit is in a state where the position of the operation unit is fluctuated within the threshold value. It is preferable that the vibration convergence mode is set on the assumption that the operation unit vibrates when an alternate movement with the second direction opposite to the first direction is detected.
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。 Thereby, it is easy to determine the vibration state of the operation unit appropriately and easily, and the vibration convergence mode can be set accurately.
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。 In the present invention, the operation unit is supported so as to be movable in a plurality of intersecting directions. When the operation unit moves in the intersecting directions, the operation unit generates a plurality of force sensations in each direction. Preferably, the drive unit is provided, and the vibration convergence mode and the normal mode can be switched for each drive unit. As a result, the normal mode for generating a force sense and the vibration convergence mode can be appropriately switched for each operation in multiple directions.
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。 According to the present invention, if the operation unit is within the threshold value, the vibration convergence mode is set without considering the operation by the operator, so that the vibration of the operation unit can be stably stopped. Further, when it is detected that the operation unit has moved beyond the threshold, it is possible to smoothly release the convergence state and generate a force sense for the operation unit.
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。 FIG. 1A is a perspective view of an input device according to the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic diagram showing an internal mechanism of the input device. FIG. 3 is a block diagram of the input device according to this embodiment.
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。
The input device 1 shown in FIGS. 1 and 3 includes an
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1B, a first motor 3, a second motor 4, a
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。
For example, the
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。
The
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。
Assume that the operator operates (moves) the
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。
When the
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。
A driving force is applied from the first motor 3 to give a force sensation to the
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。
FIG. 4 shows a flowchart using the input device 1 of the present embodiment. In step ST1 shown in FIG. 4, it is detected whether or not the
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。
Here, as shown in FIG. 2A, a predetermined threshold LV is set. The threshold LV is defined in a range between the first level position LV1 and the second level position LV2. As shown in FIG. 2A, the vibration is a state in which the position of the
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。
Based on the detection signal obtained from the
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。
As shown in FIG. 2A, the position of the
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。
In step ST2 of FIG. 4, it is detected whether or not the operator has performed an operation. This can be determined by whether or not the
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。
On the other hand, if it is determined in step ST2 of FIG. 4 that the operator has operated, the process proceeds to step ST4, where the
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。
As shown in FIG. 4, even if the vibration convergence mode M1 is set, if it is determined in step ST2 that the
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。
As described above, in this embodiment, the vibration of the
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。
In the above description, the
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。
For example, when each of the
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。
The
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。
Further, in the present embodiment, the
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。 The input device 1 of the present embodiment can be used for a vehicle, for example. For example, the present invention can be applied to an input operation unit or shifter arranged on the center console. Although the input device 1 is not limited to a vehicle, the use of the input device 1 for a vehicle makes it possible to improve safety and comfort during driving by an input device that provides tactile force feedback.
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
LV threshold LV1 first level position LV2 second level position M1 vibration convergence mode M2 normal mode 1
5, 6 Sensor (detector)
7
Claims (3)
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。 An operation unit supported movably,
A drive unit for applying a force sense to the operation unit;
A detection unit capable of detecting movement of the operation unit;
It is possible to switch between the normal mode and the vibration convergence mode. A control unit that sets the normal mode for generating a force sense for the operation unit when the operation unit moves beyond the threshold;
An input device comprising:
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