JP6852664B2 - Tactile presentation device, tactile presentation system, computer program and storage medium - Google Patents

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Description

本発明は、触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体に関する。 The present invention relates to a tactile presentation device, a tactile presentation system, a computer program and a storage medium.

従来より、ユーザがタッチパネルに触れたときに触覚を呈示する構成が供されている。触覚を呈示する構成において人が触覚を検出しやすい周波数は数十Hz程度である。数十Hz程度の振動を発生させる構成として、振動させる対象である振動対象の下方に振動体を配置し、振動体の振動を振動対象に伝搬させ、振動対象を間接的に振動させる構成が開示されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a configuration has been provided in which a tactile sensation is presented when the user touches the touch panel. In the configuration that presents the sense of touch, the frequency at which a person can easily detect the sense of touch is about several tens of Hz. As a configuration for generating vibration of about several tens of Hz, a configuration in which a vibrating body is placed below the vibrating object to be vibrated, the vibration of the vibrating body is propagated to the vibrating object, and the vibrating object is indirectly vibrated is disclosed. (See, for example, Patent Document 1).

特許第6078935号公報Japanese Patent No. 60789935

しかしながら、上記した特許文献1の構成では、共振を利用して振動対象を間接的に振動させる構成であるので、急峻な振動の立ち上がり特性を実現することができず、触覚を適切に呈示することができない問題がある。急峻な振動の立ち上がり特性を実現するには、共振を利用せずに振動対象を直接的に振動させる必要がある。振動対象を直接的に振動させる構成としては、アクチュエータを利用し、振動対象を振動させる構成が考えられる。具体的には、タッチパネルを振動対象とする構成であれば、タッチパネルを板バネで懸架して可動ヨークに接続し、固定ヨークに電磁力を発生させ、可動ヨークを吸引する構成が考えられる。 However, in the configuration of Patent Document 1 described above, since the vibration target is indirectly vibrated by utilizing resonance, it is not possible to realize a steep vibration rising characteristic, and the tactile sensation is appropriately presented. There is a problem that cannot be done. In order to realize the rising characteristic of steep vibration, it is necessary to directly vibrate the vibrating object without using resonance. As a configuration for directly vibrating the vibrating object, a configuration in which the vibrating object is vibrated by using an actuator can be considered. Specifically, if the touch panel is to be vibrated, a configuration is conceivable in which the touch panel is suspended by a leaf spring and connected to the movable yoke, an electromagnetic force is generated in the fixed yoke, and the movable yoke is sucked.

このような構成では、可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力が固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離の影響を顕著に受けるので、ヨーク隙間距離の影響を低減する必要がある。しかしながら、タッチパネルを板バネで複数個所において懸架する構成では、組み付け時に個体差によるヨーク隙間距離のばらつきが生じる。又、使用期間が長くなると経年変化による板バネのへたりによりヨーク隙間距離のばらつきが生じる可能性もある。そのため、ヨーク隙間距離の変化が生じても、触覚を呈示する感触を変化させないようにするための工夫が必要である。 In such a configuration, the suction force of the actuator that sucks the movable yoke is significantly affected by the yoke gap distance, which is the gap distance in the suction direction between the fixed yoke and the movable yoke, so that the influence of the yoke gap distance is reduced. There is a need. However, in the configuration in which the touch panel is suspended at a plurality of places by leaf springs, the yoke gap distance varies due to individual differences during assembly. In addition, if the period of use is long, the yoke gap distance may vary due to the settling of the leaf spring due to aging. Therefore, it is necessary to devise so as not to change the tactile sensation even if the yoke gap distance changes.

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる触覚呈示装置、触覚呈示システム、コンピュータプログラム及び記憶媒体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to periodically measure the gap distance in the suction direction between the fixed yoke and the movable yoke to prevent individual differences and aging. It is an object of the present invention to provide a tactile presentation device, a tactile presentation system, a computer program and a storage medium capable of stably presenting a tactile sensation without being affected.

請求項1に記載した発明によれば、振動対象(3)に接続されている可動ヨーク(11)と、固定ヨーク(6)とを備え、固定ヨークに電磁力を発生させて可動ヨークを吸引し、振動対象を振動させて触覚を呈示する。測定部(10)は、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する。制御部(17)は、中立状態にあるときの測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、振動対象を振動させる際の固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する。 According to the first aspect of the present invention, the movable yoke (11) connected to the vibration target (3) and the fixed yoke (6) are provided, and an electromagnetic force is generated in the fixed yoke to attract the movable yoke. Then, the vibrating object is vibrated to present a tactile sensation. The measuring unit (10) measures the yoke gap distance, which is the gap distance between the fixed yoke and the movable yoke in the suction direction. The control unit (17) calibrates the yoke clearance distance measured by the measuring unit when in the neutral state, and uses the calibrated yoke clearance distance to apply the electromagnetic force generated in the fixed yoke when vibrating the vibrating object. To control.

個体差や経年変化等によりヨーク隙間距離のばらつきが生じている場合でも、そのばらつきを解消した状態で、振動対象を振動させることができる。これにより、固定ヨークと可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる。 Even if there is a variation in the yoke gap distance due to individual differences or changes over time, the vibration target can be vibrated while the variation is eliminated. As a result, by periodically measuring the gap distance between the fixed yoke and the movable yoke in the suction direction, it is possible to stably present the tactile sensation without being affected by individual differences or aging.

第1の実施形態の全体構成を模式的に示す斜視図Perspective view schematically showing the overall configuration of the first embodiment アクチュエータの構成を示す縦断側面図Longitudinal side view showing the configuration of the actuator アクチュエータの構成部品を示す分解斜視図An exploded perspective view showing the components of the actuator 機能ブロック図Functional block diagram アクチュエータ吸引力及びバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す図(その1)The figure which shows the relationship between the actuator suction force and the spring reaction force, and the yoke clearance distance (part 1). センサ電流比とセンサ隙間距離との関係を示す図The figure which shows the relationship between a sensor current ratio and a sensor clearance distance 動作シークエンスOperation sequence キャリブレーション処理を示すフローチャートFlowchart showing calibration process 整合性算出処理を示すフローチャートFlowchart showing consistency calculation process アクチュエータ吸引力及びバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す図(その2)The figure which shows the relationship between the actuator suction force and the spring reaction force, and the yoke clearance distance (part 2). 第2の実施形態を示す動作シークエンスOperation sequence showing the second embodiment

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図10を参照して説明する。図1に示すように、触覚呈示システム1は、四角形の表示面2aを有する表示器2と、表示面2aの全体をカバーするタッチパネル3(振動対象に相当する)と、表示器2の4隅の下方に配置されている4個のアクチュエータ4a〜4dとを有する。タッチパネル3は、表示面2aに表示されるアイコン等をユーザが視認可能となるように透明素材から構成されている。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10. As shown in FIG. 1, the tactile presentation system 1 includes a display 2 having a rectangular display surface 2a, a touch panel 3 (corresponding to a vibration target) covering the entire display surface 2a, and four corners of the display 2. It has four actuators 4a to 4d arranged below the. The touch panel 3 is made of a transparent material so that the user can visually recognize the icon or the like displayed on the display surface 2a.

本実施形態では、アクチュエータの個数が「4」の構成を例示しているが、表示面2aの面積が大きい場合や表示器2やタッチパネル3の重量が大きい場合等では、アクチュエータの個数を増やしても良い。即ち、表示器2及びタッチパネル3を均等に支持する構成であれば、アクチュエータの個数をどのように設計しても良い。4個のアクチュエータ4a〜4dは同じ構成であり、アクチュエータ4aを代表して説明する。 In the present embodiment, the configuration in which the number of actuators is "4" is illustrated, but when the area of the display surface 2a is large or the weight of the display 2 or the touch panel 3 is large, the number of actuators is increased. Is also good. That is, any number of actuators may be designed as long as the display 2 and the touch panel 3 are evenly supported. The four actuators 4a to 4d have the same configuration, and the actuators 4a will be described as a representative.

アクチュエータ4aは、図2及び図3に示すように、ケース5と、ケース5に固定状態で配置されている固定ヨーク6と、巻線コイル7が巻回されているボビン8と、センサ回路基板9と、センサ回路基板9に実装されている隙間距離センサ10と、固定ヨーク6の上方に配置されている可動ヨーク11と、板バネ12(弾性部材に相当する)とを有する。板バネ12は、その一端側がケース5に対してボルト13及びナット14より固定されており、その他端側では可動ヨーク11がカシメ固定されて一体化されている。表示器2の下面部の4隅と可動ヨーク11の他端側とはステー15を介して接続されている。即ち、表示器2の下面部の4隅が板バネ12で懸架されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the actuator 4a includes a case 5, a fixed yoke 6 fixed to the case 5, a bobbin 8 around which a winding coil 7 is wound, and a sensor circuit board. It has a gap distance sensor 10 mounted on a sensor circuit board 9, a movable yoke 11 arranged above the fixed yoke 6, and a leaf spring 12 (corresponding to an elastic member). One end of the leaf spring 12 is fixed to the case 5 from the bolt 13 and the nut 14, and the movable yoke 11 is caulked and fixed to the other end side to be integrated. The four corners of the lower surface of the display 2 and the other end of the movable yoke 11 are connected via a stay 15. That is, the four corners of the lower surface of the display 2 are suspended by the leaf springs 12.

巻線コイル7に駆動電流が流れると、巻線コイル7の周辺に磁界が発生して固定ヨーク6に電磁力が発生し、アクチュエータ吸引力が発生し、可動ヨーク11が吸引され、と一体化されている板バネ12が変位する。巻線コイル7への駆動電流が止まると、アクチュエータ吸引力は消滅し、板バネ12が元の位置、即ち、アクチュエータ吸引力が発生する前の位置に戻ろうとする。このとき、板バネ12がステー15を介して表示器2に接続されているので、表示器2及びタッチパネル3が一体的に上下方向に振動し、ユーザがタッチパネル3に触れている状態では、その上下方向の振動が触覚として呈示される。 When a drive current flows through the winding coil 7, a magnetic field is generated around the winding coil 7, an electromagnetic force is generated in the fixed yoke 6, an actuator attractive force is generated, and the movable yoke 11 is attracted and integrated. The leaf spring 12 is displaced. When the drive current to the winding coil 7 is stopped, the actuator suction force disappears, and the leaf spring 12 tries to return to the original position, that is, the position before the actuator suction force is generated. At this time, since the leaf spring 12 is connected to the display 2 via the stay 15, the display 2 and the touch panel 3 vibrate integrally in the vertical direction, and when the user is touching the touch panel 3, the display spring 12 and the touch panel 3 vibrate in the vertical direction. Vertical vibrations are presented as a tactile sensation.

隙間距離センサ10は、可動ヨーク11の下方に配置されており、赤外線光を可動ヨーク11の下面部に向けて発光する発光部と、発光された赤外線光が可動ヨーク11の下面部で反射した反射光を受光する受光部とを有する。受光部は例えばフォトトランジスタである。隙間距離センサ10は、反射光を受光部により受光すると、その受光した反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として出力する。隙間距離センサ10と可動ヨーク11の下面部との間の上下方向の隙間距離であるセンサ隙間距離(図2中「Xa」)は、固定ヨーク6と可動ヨーク11との間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離(図2中「Xb」)よりも広く、センサ隙間距離とヨーク隙間距離とでは、以下の関係が成立する。
センサ隙間距離=ヨーク隙間距離+オフセット
The gap distance sensor 10 is arranged below the movable yoke 11, and has a light emitting portion that emits infrared light toward the lower surface portion of the movable yoke 11 and the emitted infrared light is reflected by the lower surface portion of the movable yoke 11. It has a light receiving unit that receives reflected light. The light receiving unit is, for example, a phototransistor. When the gap distance sensor 10 receives the reflected light by the light receiving unit, the gap distance sensor 10 measures the amount of the reflected light received and converts it into a current value, and outputs the current value as a sensor current value. Gap distance The sensor gap distance (“Xa” in FIG. 2), which is the vertical gap distance between the sensor 10 and the lower surface of the movable yoke 11, is the gap in the suction direction between the fixed yoke 6 and the movable yoke 11. It is wider than the yoke gap distance (“Xb” in FIG. 2), which is a distance, and the following relationship is established between the sensor gap distance and the yoke gap distance.
Sensor clearance distance = York clearance distance + offset

触覚呈示システム1は、電気的な構成としては、図4に示す機能ブロックを有する。触覚呈示システム1は、ホスト16と、制御マイコン17と、上記した4個のアクチュエータ4a〜4dとを有する。制御マイコン17は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びI/O(Input/Output)を有し、非遷移的実体的記憶媒体に格納されているコンピュータプログラムを実行することで、コンピュータプログラムに対応する処理を実行し、触覚呈示システム1の動作全般を制御する。本実施形態では、4個のアクチュエータ4a〜4dを制御対象とするので、4個のアクチュエータ4a〜4dとは別に1個の制御マイコン17を設け、4個のアクチュエータ4a〜4dを1個の制御マイコン17により制御する構成を例示しているが、1個のアクチュエータを制御対象とする場合であれば、そのアクチュエータの内部に制御マイコン17の機能を持たせても良い。即ち、触覚呈示装置は、少なくとも1個のアクチュエータと、その少なくとも1個のアクチュエータを制御する制御マイコンとを含む。 The tactile presentation system 1 has a functional block shown in FIG. 4 as an electrical configuration. The tactile presentation system 1 includes a host 16, a control microcomputer 17, and the above-mentioned four actuators 4a to 4d. The control microcomputer 17 has a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an I / O (Input / Output), and is stored in a non-transitional substantive storage medium. By executing the computer program, the process corresponding to the computer program is executed, and the overall operation of the tactile presentation system 1 is controlled. In the present embodiment, since the four actuators 4a to 4d are the control targets, one control microcomputer 17 is provided separately from the four actuators 4a to 4d, and the four actuators 4a to 4d are controlled by one. Although the configuration controlled by the microcomputer 17 is illustrated, if one actuator is to be controlled, the function of the control microcomputer 17 may be provided inside the actuator. That is, the tactile presentation device includes at least one actuator and a control microcomputer that controls at least one actuator.

アクチュエータ4a〜4dは、それぞれ巻線コイル7に駆動電流を流す駆動回路18と、隙間距離センサ10とを有する。ユーザがタッチパネル3に触れると、隙間距離センサ10は、そのユーザの操作に応じた反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として制御マイコン17に出力する。制御マイコン17は、アクチュエータ4a〜4dをIDにより識別しており、隙間距離センサ10からセンサ電流値を入力すると、ユーザがタッチパネル3に触れたことを特定し、アクチュエータ4a〜4dのセンサ電流値から求めた隙間距離の出力元を特定可能な操作検出信号をホスト16に出力する。 The actuators 4a to 4d each include a drive circuit 18 for passing a drive current through the winding coil 7 and a clearance distance sensor 10. When the user touches the touch panel 3, the gap distance sensor 10 measures the amount of reflected light according to the user's operation, converts it into a current value, and outputs the current value as a sensor current value to the control microcomputer 17. The control microcomputer 17 identifies the actuators 4a to 4d by ID, and when the sensor current value is input from the gap distance sensor 10, it is specified that the user has touched the touch panel 3, and the sensor current values of the actuators 4a to 4d are used. An operation detection signal that can identify the output source of the obtained gap distance is output to the host 16.

ホスト16は、制御マイコン17から操作検出信号を入力すると、ユーザがタッチパネル3に触れているタッチ位置を図示しないタッチパネルコントローラにより特定し、その特定したタッチ位置と表示オブジェクトとを関係付け、どのような触覚を呈示するかを決定する。本実施形態では、表示器2の4隅の下方にアクチュエータ4a〜4dが配置されているので、タッチパネルコントローラは、それぞれの隙間距離センサ10から出力されるセンサ電流値から求めた隙間距離の変位を、アクチュエータ4a〜4dの配置に応じて比例配分することでユーザがタッチパネル3に触れているタッチ位置を特定可能となる。ホスト16は、ユーザに呈示すべき触覚を決定すると、その決定した触覚に基づいて触覚の呈示を定義するデータを特定可能な振動命令信号を制御マイコン17に出力する。 When the host 16 inputs an operation detection signal from the control microcomputer 17, the host 16 identifies the touch position where the user is touching the touch panel 3 by a touch panel controller (not shown), and associates the specified touch position with the display object. Decide whether to present a tactile sensation. In the present embodiment, since the actuators 4a to 4d are arranged below the four corners of the display 2, the touch panel controller determines the displacement of the gap distance obtained from the sensor current value output from each gap distance sensor 10. , The touch position where the user is touching the touch panel 3 can be specified by proportionally allocating according to the arrangement of the actuators 4a to 4d. When the host 16 determines the tactile sensation to be presented to the user, the host 16 outputs a vibration command signal capable of specifying the data defining the tactile sensation to be presented to the control microcomputer 17 based on the determined tactile sensation.

制御マイコン17は、ホスト16から振動命令信号を入力すると、その入力した振動命令信号から触覚の呈示を定義するデータを特定する。制御マイコン17は、隙間距離センサ10から入力するセンサ電流値から求めた隙間距離の変位によりユーザがタッチパネル3に触れたことで当該タッチパネル3に加わる押圧力に対応する押圧検出値を特定し、その特定した押圧検出値が閾値に対して所定の関係になると、その特定したデータに応じた駆動信号を駆動回路18に出力する。即ち、制御マイコン17は、例えばタッチパネル3に表示されるボタンスイッチの領域毎に閾値を設けておき、押圧検出値が閾値を超えると、駆動信号を駆動回路18に出力する。この場合、閾値とは、ユーザがタッチパネル3を軽く短時間に亘って押す、軽く長時間に亘って押す、深く短時間に亘って押す、深く長時間に亘って押す等の操作を区別するための閾値である。尚、制御マイコン17が駆動回路18に出力する駆動信号はPWM信号である。又、押圧検出値はそれぞれの隙間距離センサ10において押圧力が付与されていない状態からの出力変化量に機械的構造から決まる定数を乗じた値の合計値である。 When the control microcomputer 17 inputs a vibration command signal from the host 16, the control microcomputer 17 identifies the data defining the tactile presentation from the input vibration command signal. The control microcomputer 17 specifies a pressing detection value corresponding to a pressing force applied to the touch panel 3 when the user touches the touch panel 3 due to the displacement of the clearance distance obtained from the sensor current value input from the clearance distance sensor 10. When the specified pressure detection value has a predetermined relationship with the threshold value, a drive signal corresponding to the specified data is output to the drive circuit 18. That is, the control microcomputer 17 sets a threshold value for each area of the button switch displayed on the touch panel 3, and outputs a drive signal to the drive circuit 18 when the pressure detection value exceeds the threshold value. In this case, the threshold value is used to distinguish operations such as lightly pressing the touch panel 3 for a short time, lightly pressing for a long time, deeply pressing for a short time, and deeply pressing for a long time. Is the threshold value of. The drive signal output by the control microcomputer 17 to the drive circuit 18 is a PWM signal. Further, the pressing detection value is a total value obtained by multiplying the amount of change in output from the state in which the pressing force is not applied in each gap distance sensor 10 by a constant determined by the mechanical structure.

駆動回路18は、制御マイコン17から駆動信号を入力すると、その入力した駆動信号により特定される駆動電流を巻線コイル7に出力し、巻線コイル7の周辺に磁界を発生させて固定ヨーク6に電磁力を発生させ、アクチュエータ吸引力を発生させる。 When the drive signal is input from the control microcomputer 17, the drive circuit 18 outputs the drive current specified by the input drive signal to the winding coil 7 and generates a magnetic field around the winding coil 7 to generate a fixed yoke 6 An electromagnetic force is generated in the coil to generate an actuator attraction force.

ここで、上記したヨーク隙間距離と、アクチュエータ吸引力との関係について説明する。ヨーク隙間距離はアクチュエータ吸引力を有効に使うために1mm以下であることが望ましい。アクチュエータ吸引力が大きくなると、可動ヨーク11の移動距離が長くなり、可動ヨーク11が固定ヨーク6に衝突すると、衝突音が発生する。衝突音が発生するとユーザに不快感を与えてしまうので、制御マイコン17は、可動ヨーク11が固定ヨーク6に衝突しないようにアクチュエータ吸引力を制御する必要がある。即ち、制御マイコン17は、ヨーク隙間距離を測定し、その測定したヨーク隙間距離を用い、巻線コイル7に流す駆動電流をフィードバック制御し、アクチュエータ吸引力を制御する必要がある。 Here, the relationship between the above-mentioned yoke gap distance and the actuator suction force will be described. The yoke gap distance is preferably 1 mm or less in order to effectively use the actuator suction force. When the actuator suction force becomes large, the moving distance of the movable yoke 11 becomes long, and when the movable yoke 11 collides with the fixed yoke 6, a collision sound is generated. Since the generation of a collision sound causes discomfort to the user, the control microcomputer 17 needs to control the actuator suction force so that the movable yoke 11 does not collide with the fixed yoke 6. That is, it is necessary for the control microcomputer 17 to measure the yoke clearance distance and use the measured yoke clearance distance to feedback-control the drive current flowing through the winding coil 7 to control the actuator suction force.

アクチュエータ吸引力及びバネ反力(弾性力に相当する)とヨーク隙間距離との関係は図5に示すような特性を示す。図5において、実線はアクチュエータ吸引力とヨーク隙間距離との関係を示し、破線はバネ反力とヨーク隙間距離との関係を示す。バネ反力とは板バネ12が中立状態からの位置変位に伴って発生する弾性力であり、中立状態とはアクチュエータ吸引力が発生していない状態である。 The relationship between the actuator suction force and the spring reaction force (corresponding to the elastic force) and the yoke gap distance shows the characteristics shown in FIG. In FIG. 5, the solid line shows the relationship between the actuator suction force and the yoke gap distance, and the broken line shows the relationship between the spring reaction force and the yoke gap distance. The spring reaction force is an elastic force generated when the leaf spring 12 is displaced from the neutral state, and the neutral state is a state in which the actuator suction force is not generated.

アクチュエータ吸引力は、ヨーク隙間距離に反比例し、電磁石の磁気飽和が発生しない範囲において巻線コイル7に流れる電流の2乗に比例する。アクチュエータ吸引力を「Fcoil」とし、電磁力生成係数を「α」とし、巻線コイル7に流れる駆動電流の電流値を「i」とし、ヨーク隙間距離を「L」とすると、以下の関係が成立する。
Fcoil=α×i∧2/L(∧はべき乗を示す)
The actuator attraction force is inversely proportional to the yoke clearance distance, and is proportional to the square of the current flowing through the winding coil 7 in a range where magnetic saturation of the electromagnet does not occur. Assuming that the actuator suction force is "Fcoil", the electromagnetic force generation coefficient is "α", the current value of the drive current flowing through the winding coil 7 is "i", and the yoke clearance distance is "L", the following relationship is established. To establish.
Fcoil = α × i∧2 / L (∧ indicates exponentiation)

一方、バネ反力は、板バネ12の中立状態からの位置変位に比例する。バネ反力を「Fk」とし、弾性係数を「k」とし、変位量を「△L」とすると、以下の関係が成立する。
Fk=−k×△L
アクチュエータ吸引力とバネ反力とが釣り合い、板バネ12が停止している状態では、以下の関係が成立する。
Fcoil+Fk=0
On the other hand, the spring reaction force is proportional to the position displacement of the leaf spring 12 from the neutral state. Assuming that the spring reaction force is "Fk", the elastic modulus is "k", and the displacement amount is "ΔL", the following relationship is established.
Fk = −k × ΔL
When the actuator suction force and the spring reaction force are balanced and the leaf spring 12 is stopped, the following relationship is established.
Fcoil + Fk = 0

図5において、実線A1を巻線コイル7に流れる駆動電流の電流値が「i1」であるときの特性、実線A2を巻線コイル7に流れる駆動電流の電流値が「i2」であるときの特性、実線A3を巻線コイル7に流れる駆動電流の電流値が「i3」であるときの特性とすると、以下の関係が成立する。
i1<i2<i3
In FIG. 5, the characteristics when the current value of the drive current flowing through the winding coil 7 on the solid line A1 is “i1”, and when the current value of the drive current flowing through the winding coil 7 on the solid line A2 is “i2”. Assuming that the characteristic, the solid line A3 is the characteristic when the current value of the drive current flowing through the winding coil 7 is "i3", the following relationship is established.
i1 <i2 <i3

この場合、駆動電流が電流値「i3」未満では、可動ヨーク11が固定ヨーク6に衝突しないが、駆動電流が電流値「i3」以上では、可動ヨーク11が固定ヨーク6に衝突する。即ち、可動ヨーク11が固定ヨーク6に衝突しない駆動電流の最大電流値は電流値「i3」となる。 In this case, if the drive current is less than the current value "i3", the movable yoke 11 does not collide with the fixed yoke 6, but if the drive current is less than the current value "i3", the movable yoke 11 collides with the fixed yoke 6. That is, the maximum current value of the drive current at which the movable yoke 11 does not collide with the fixed yoke 6 is the current value “i3”.

次に、隙間距離センサ10について説明する。隙間距離センサ10は、上記したように、反射光を受光部により受光すると、その受光した反射光の光量を測定して電流値に変換し、その電流値をセンサ電流値として制御マイコン17に出力する。制御マイコン17は、隙間距離センサ10からセンサ電流値を入力すると、その入力したセンサ電流値を距離に換算し、隙間距離センサ10と可動ヨーク11の下面部との間の上下方向の隙間距離をセンサ隙間距離として特定する。この場合、上記したように、センサ隙間距離とヨーク隙間距離とでは、以下の関係が成立する。
センサ隙間距離=ヨーク隙間距離+オフセット
即ち、本実施形態では、センサ隙間距離を求め、その求めたセンサ隙間距離からオフセットを減算することで、ヨーク隙間距離を求めることが可能である。
Next, the gap distance sensor 10 will be described. As described above, when the gap distance sensor 10 receives the reflected light by the light receiving unit, the gap distance sensor 10 measures the amount of the reflected light received and converts it into a current value, and outputs the current value as a sensor current value to the control microcomputer 17. To do. When the control microcomputer 17 inputs the sensor current value from the gap distance sensor 10, the input sensor current value is converted into a distance, and the vertical gap distance between the gap distance sensor 10 and the lower surface portion of the movable yoke 11 is calculated. Specify as the sensor clearance distance. In this case, as described above, the following relationship is established between the sensor clearance distance and the yoke clearance distance.
Sensor clearance distance = yoke clearance distance + offset That is, in the present embodiment, the yoke clearance distance can be obtained by obtaining the sensor gap distance and subtracting the offset from the obtained sensor gap distance.

センサ電流値とセンサ隙間距離との関係は図6に示すような特性を示す。尚、縦軸は、センサ電流比であり、測定したセンサ電流値を特定のセンサ電流値で正規化した値である。横軸は、センサ隙間距離である。 The relationship between the sensor current value and the sensor clearance distance shows the characteristics shown in FIG. The vertical axis is the sensor current ratio, which is a value obtained by normalizing the measured sensor current value with a specific sensor current value. The horizontal axis is the sensor clearance distance.

図6において、センサ隙間距離の変化とセンサ電流比の変化は線形な関係ではない。センサ隙間距離が比較的小さく、約1mm以下である場合には、発光部から発光された赤外線光のほぼ全てが可動ヨーク11の下面部まで到達し、センサ隙間距離が大きくなるにしたがってセンサ電流比が増大する。一方、センサ隙間距離が比較的大きく、約1mm以上である場合には、発光部から発光された赤外線光が可動ヨーク11の下面部まで到達する前に減衰し、センサ隙間距離が大きくなるにしたがってセンサ電流比が減少する。 In FIG. 6, the change in the sensor clearance distance and the change in the sensor current ratio are not in a linear relationship. When the sensor clearance distance is relatively small and is about 1 mm or less, almost all of the infrared light emitted from the light emitting portion reaches the lower surface portion of the movable yoke 11, and the sensor current ratio increases as the sensor clearance distance increases. Increases. On the other hand, when the sensor gap distance is relatively large and is about 1 mm or more, the infrared light emitted from the light emitting portion is attenuated before reaching the lower surface portion of the movable yoke 11, and as the sensor gap distance increases. The sensor current ratio decreases.

センサ電流値は、隙間距離センサ10の個体差、温度影響、反射物における光の反射率等の影響を受けるが、上記したように測定したセンサ電流値を特定のセンサ電流値で正規化することで、これらの影響を相殺することができる。例えば一般的に隙間距離センサ10に用いられるフォトトランジスタは、温度が上昇すると反射光量の大小に関わらずセンサ電流値が大きくなるが、特定のセンサ電流値で除して正規化することで、温度影響を軽減することができる。又、隙間距離センサ10の個体差も同様に軽減することができる。ここで、正規化するのに用いる特定のセンサ電流値は、隙間距離センサ10から出力される電流値が最大センサ電流値となるように可動ヨーク11の位置を調整することが機械的な制約から困難である理由により、中立状態のセンサ電流値である。 The sensor current value is affected by the individual difference of the clearance distance sensor 10, the temperature effect, the reflectance of light in the reflector, etc., but the sensor current value measured as described above should be normalized with a specific sensor current value. So, these effects can be offset. For example, in a phototransistor generally used for a gap distance sensor 10, the sensor current value increases regardless of the amount of reflected light when the temperature rises, but the temperature is normalized by dividing by a specific sensor current value. The impact can be mitigated. Further, the individual difference of the gap distance sensor 10 can be similarly reduced. Here, for the specific sensor current value used for normalization, it is mechanically restricted to adjust the position of the movable yoke 11 so that the current value output from the clearance distance sensor 10 becomes the maximum sensor current value. For reasons of difficulty, it is the sensor current value in the neutral state.

しかしながら、中立状態のセンサ電流値ではセンサ隙間距離が不明であり、そのセンサ隙間距離が不明である中立状態のセンサ電流値で正規化したセンサ電流比だけでは、センサ隙間距離の変化とセンサ電流比の変化との比がセンサ隙間距離により変化するので、その精度は低い。そのため、センサ電流値を正規化する際のセンサ隙間距離を正確に求めることが必要となる。 However, the sensor clearance distance is unknown from the sensor current value in the neutral state, and the change in the sensor clearance distance and the sensor current ratio are obtained only by the sensor current ratio normalized by the sensor current value in the neutral state where the sensor clearance distance is unknown. The accuracy is low because the ratio with the change of the sensor changes depending on the sensor clearance distance. Therefore, it is necessary to accurately obtain the sensor clearance distance when normalizing the sensor current value.

中立状態のセンサ隙間距離を正確に求める処理をキャリブレーション処理(校正)と定義する。尚、センサ隙間距離のバラツキに比べ、電流測定の精度、起磁力、バネ定数等のバラツキは小さいので、電流測定の精度、起磁力、バネ定数の精度は誤差がないものとして扱う。 The process of accurately determining the sensor clearance distance in the neutral state is defined as the calibration process (calibration). Since the variation in current measurement accuracy, magnetomotive force, spring constant, etc. is smaller than the variation in sensor clearance distance, the accuracy of current measurement, magnetomotive force, and spring constant are treated as having no error.

次に、上記した構成の作用について図7から図10を参照して説明する。図7はホスト16と制御マイコン17との動作シークエンスを示し、図8及び図9はそれぞれ制御マイコン17が実行するキャリブレーション処理及び整合性算出処理を示す。尚、ここでは、触覚呈示システム1が車両に搭載されている場合を説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. 7 shows an operation sequence between the host 16 and the control microcomputer 17, and FIGS. 8 and 9 show the calibration process and the consistency calculation process executed by the control microcomputer 17, respectively. Here, the case where the tactile presentation system 1 is mounted on the vehicle will be described.

ホスト16は、例えばアクセサリ信号のオフからオンへの切替によりユーザの乗車を検出すると(A1)、起動要求信号を制御マイコン17に出力し、触覚呈示システム1を触覚呈示可能な状態に移行する必要があるか否かを判定する(A2)。ホスト16は、触覚呈示システム1を触覚呈示可能な状態に移行する必要があると判定すると(A2:YES)、制御マイコン17からの起動応答信号の入力を待機する。 When the host 16 detects the user's boarding by switching the accessory signal from off to on, for example (A1), the host 16 needs to output a start request signal to the control microcomputer 17 and shift the tactile presentation system 1 to a state in which tactile presentation is possible. It is determined whether or not there is (A2). When the host 16 determines that it is necessary to shift the tactile presentation system 1 to a state in which the tactile presentation system 1 can be presented (A2: YES), the host 16 waits for the input of the activation response signal from the control microcomputer 17.

制御マイコン17は、ホスト16から起動要求信号を入力すると、停止状態から起動状態に移行し(B1)、起動応答信号をホスト16に出力し、詳しくは後述するキャリブレーション処理に移行する(B2、校正手順に相当する)。制御マイコン17は、キャリブレーション処理を開始し、キャリブレーション処理を終了すると、ホスト16からの触覚要求データの入力を待機する。 When the control microcomputer 17 inputs a start request signal from the host 16, the control microcomputer 17 shifts from the stopped state to the start state (B1), outputs a start response signal to the host 16, and shifts to the calibration process described in detail later (B2, Corresponds to the calibration procedure). The control microcomputer 17 starts the calibration process, and when the calibration process is completed, waits for the input of the tactile request data from the host 16.

ホスト16は、制御マイコン17から起動応答信号を入力すると、触覚呈示の準備が完了した旨を図示しない表示装置において表示し(A3)、ユーザがタッチパネル3に対してタッチ操作を行ったか否かを監視する(A4)。ホスト16は、ユーザがタッチパネル3に対してタッチ操作を行ったことで、触覚呈示が必要であると判定すると(A5:YES)、触覚要求データを制御マイコン17に出力する。 When the host 16 inputs the activation response signal from the control microcomputer 17, it displays on a display device (A3) that the preparation for tactile presentation is completed (A3), and indicates whether or not the user has performed a touch operation on the touch panel 3. Monitor (A4). When the host 16 determines that tactile presentation is necessary due to the user performing a touch operation on the touch panel 3 (A5: YES), the host 16 outputs tactile request data to the control microcomputer 17.

制御マイコン17は、ホスト16から触覚要求データを入力すると、その入力した触覚要求データを特定し(B3)、キャリブレーション処理により求めたセンサ隙間距離を用い、呈示すべき触覚を生成する(B4、電磁力制御手順に相当する)。制御マイコン17は、駆動信号をアクチュエータ4a〜4dに出力し、その生成した触覚の呈示を完了したと判定すると(B5:YES)、触覚呈示完了データをホスト16に出力する。 When the tactile request data is input from the host 16, the control microcomputer 17 identifies the input tactile request data (B3) and uses the sensor clearance distance obtained by the calibration process to generate the tactile sensation to be presented (B4, Corresponds to the electromagnetic force control procedure). The control microcomputer 17 outputs the drive signal to the actuators 4a to 4d, and when it is determined that the generated tactile presentation is completed (B5: YES), the control microcomputer 17 outputs the tactile presentation completion data to the host 16.

ホスト16は、制御マイコン17から触覚呈示完了データを入力すると、触覚呈示システム1を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要があるか否かを判定する(A6)。ホスト16は、触覚呈示システム1を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要があると判定すると(A6:YES)、上記したステップA4に戻り、ステップA4以降を繰り返す。ホスト16は、触覚呈示システム1を触覚呈示可能な状態に維持しておく必要がなくなったと判定すると(A6:NO)、停止要求信号を制御マイコン17に出力し、制御マイコン17からの停止応答信号の入力を待機する。
制御マイコン17は、ホスト16から停止要求信号を入力すると、起動状態から停止状態に移行し(B6)、停止応答信号をホスト16に出力する。
ホスト16は、制御マイコン17から停止応答信号を入力すると、触覚呈示を完了した旨を図示しない表示装置において表示する(A7)。
When the host 16 inputs the tactile presentation completion data from the control microcomputer 17, it determines whether or not the tactile presentation system 1 needs to be maintained in a tactile presentation capable state (A6). When the host 16 determines that the tactile presentation system 1 needs to be maintained in a tactile presentation capable state (A6: YES), the host 16 returns to step A4 described above, and repeats step A4 and subsequent steps. When the host 16 determines that it is no longer necessary to maintain the tactile presentation system 1 in a tactile presentation capable state (A6: NO), the host 16 outputs a stop request signal to the control microcomputer 17, and a stop response signal from the control microcomputer 17. Wait for input.
When the control microcomputer 17 inputs a stop request signal from the host 16, the control microcomputer 17 shifts from the start state to the stop state (B6) and outputs a stop response signal to the host 16.
When the host 16 inputs a stop response signal from the control microcomputer 17, the host 16 displays on a display device (A7) that the tactile presentation is completed (A7).

次に、制御マイコン17が実行するキャリブレーション処理について説明する。尚、本実施形態では、制御マイコン17は、停止状態から起動状態に移行した直後にキャリブレーション処理を実行する場合を説明しているが、停止状態から起動状態に移行した直後に加え、長時間の使用中において各アクチュエータ4a〜4dが発生する位置変位のバラツキが大きくなった場合やユーザが所定の操作を行った場合等でもキャリブレーション処理を実行しても良い。即ち、制御マイコン17は、キャリブレーション処理をどのようなタイミングで実行しても良い。 Next, the calibration process executed by the control microcomputer 17 will be described. In the present embodiment, the case where the control microcomputer 17 executes the calibration process immediately after the transition from the stopped state to the started state is described, but in addition to immediately after the transition from the stopped state to the started state, it takes a long time. The calibration process may be executed even when the variation in the position displacement generated by each of the actuators 4a to 4d becomes large during the use of the above, or when the user performs a predetermined operation, or the like. That is, the control microcomputer 17 may execute the calibration process at any timing.

制御マイコン17は、キャリブレーション処理を開始すると、駆動電流を「0」に設定する(S1)。この状態では、アクチュエータ吸引力は発生せず、可動ヨーク11が吸引されることはない。次に、制御マイコン17は、この状態で隙間距離センサ10から入力するセンサ電流値を測定する。この場合、制御マイコン17は、予め設定した時間幅の期間でのセンサ電流値の平均値や実効値を用いたりセンサ電流値が安定するのを待機したりして測定精度を高めても良い。 When the control microcomputer 17 starts the calibration process, the control microcomputer 17 sets the drive current to "0" (S1). In this state, the actuator suction force is not generated, and the movable yoke 11 is not sucked. Next, the control microcomputer 17 measures the sensor current value input from the gap distance sensor 10 in this state. In this case, the control microcomputer 17 may improve the measurement accuracy by using the average value or the effective value of the sensor current values in the period of the preset time width or by waiting for the sensor current value to stabilize.

次に、制御マイコン17は、目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し(S3)、駆動電流をフィードバック制御し、そのときの駆動電流、隙間距離センサ10から入力するセンサ電流値を測定する(S4)。即ち、駆動電流が増大すると、アクチュエータ吸引力が増大し、板バネ12の中立状態からの位置変位に比例してバネ反力が増大し、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが均衡する位置で停止するので、制御マイコン17は、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが均衡する位置の変位を目標位置変位とし、駆動電流をフィードバック制御する。 Next, the control microcomputer 17 sets the target position displacement to be gradually larger than the previous target position displacement (S3), feedback-controls the drive current, and inputs the drive current and the clearance distance sensor 10 at that time. The current value is measured (S4). That is, when the drive current increases, the actuator attraction force increases, the spring reaction force increases in proportion to the position displacement of the leaf spring 12 from the neutral state, and the actuator stops at a position where the actuator attraction force and the spring reaction force are balanced. Therefore, the control microcomputer 17 sets the displacement at the position where the actuator attraction force and the spring reaction force are balanced as the target position displacement, and feedback-controls the drive current.

制御マイコン17は、駆動電流のフィードバック制御中にセンサ電流値や当該センサ電流値から算出した板バネ12の位置を監視し、フィードバック制御中にセンサ電流値又は板バネ12の位置が予め定めた閾値以上に変化したか否かを判定する(S5)。制御マイコン17は、センサ電流値又は板バネ12の位置が予め定めた閾値以上に変化したと判定すると(S5:YES)、ユーザのタッチ操作や走行振動等の外乱が発生した可能性があるので、キャリブレーション処理を中断する。又、制御マイコン17は、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作を監視し、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作が行われたか否かを判定する(S6)。制御マイコン17は、フィードバック制御中にユーザのタッチ操作が行われたと判定すると、この場合も、キャリブレーション処理を中断する。 The control microcomputer 17 monitors the sensor current value and the position of the leaf spring 12 calculated from the sensor current value during the feedback control of the drive current, and the sensor current value or the position of the leaf spring 12 is a predetermined threshold value during the feedback control. It is determined whether or not the above change has occurred (S5). If the control microcomputer 17 determines that the sensor current value or the position of the leaf spring 12 has changed to or more than a predetermined threshold value (S5: YES), there is a possibility that disturbance such as a user's touch operation or running vibration has occurred. , The calibration process is interrupted. Further, the control microcomputer 17 monitors the user's touch operation during the feedback control, and determines whether or not the user's touch operation is performed during the feedback control (S6). If the control microcomputer 17 determines that the user's touch operation has been performed during the feedback control, the calibration process is also interrupted in this case as well.

尚、制御マイコン17は、駆動電流から想定した位置変位と実際の位置変位のズレ量からユーザの操作量を推定し、その操作量が所定の閾値を越えたときに触覚を呈示すれば、キャリブレーション処理を実行中でもユーザの操作を継続して検出することができ、触覚を呈示することができる。又、制御マイコン17は、キャリブレーション処理を中断したときには、最後に算出した中立状態のセンサ隙間距離を用いて操作量の検出を行い、中立状態のセンサ隙間距離は更新しない。 The control microcomputer 17 estimates the user's operation amount from the deviation amount between the assumed position displacement and the actual position displacement from the drive current, and if the operation amount exceeds a predetermined threshold value and exhibits a tactile sensation, the control microcomputer 17 is calibrated. The user's operation can be continuously detected even while the operation process is being executed, and the tactile sensation can be presented. Further, when the calibration process is interrupted, the control microcomputer 17 detects the operation amount using the sensor clearance distance in the neutral state calculated last, and does not update the sensor clearance distance in the neutral state.

制御マイコン17は、測定精度を向上するために予め定めた位置が安定する時間、即ち、予め定めたフィードバック制御時間が経過するのを待機する(S7)。制御マイコン17は、予め定めたフィードバック制御時間が経過したと判定すると(S7:YES)、整合性が最大になるセンサ隙間距離を求める整合性算出処理に移行する(S8)。 The control microcomputer 17 waits for a time in which the predetermined position stabilizes in order to improve the measurement accuracy, that is, a predetermined feedback control time elapses (S7). When the control microcomputer 17 determines that the predetermined feedback control time has elapsed (S7: YES), the control microcomputer 17 shifts to the consistency calculation process for obtaining the sensor clearance distance at which the consistency is maximized (S8).

制御マイコン17は、中立状態のセンサ隙間距離を仮定し、アクチュエータ4a〜4dにある駆動電流を流したときのセンサ隙間距離の位置変位をアクチュエータ吸引力とバネ反力の関係とを用いて算出する。制御マイコン17は、整合性算出処理を実行することで、正確には算出していない中立状態のセンサ隙間距離を仮定し、実際に測定したセンサ電流比との整合性が最大になるセンサ隙間距離を求める。 The control microcomputer 17 assumes a sensor clearance distance in a neutral state, and calculates the positional displacement of the sensor clearance distance when a drive current in the actuators 4a to 4d is applied using the relationship between the actuator attraction force and the spring reaction force. .. By executing the consistency calculation process, the control microcomputer 17 assumes a sensor clearance distance in a neutral state that has not been calculated accurately, and the sensor clearance distance that maximizes the consistency with the actually measured sensor current ratio. Ask for.

制御マイコン17は、整合性算出処理を開始すると、中立状態のセンサ隙間距離を「X0」とし、中立状態の隙間距離センサ10から入力するセンサ電流値を「Isout0」とし、駆動電流を「Idrv1」とし、駆動電流「Idrv1」を巻線コイル7に流したときの隙間距離センサ10から入力するセンサ電流値を「Isout1」とする。制御マイコン17は、中立状態のセンサ電流値「Isout0」、駆動電流「Idrv1」、駆動電流「Idrv1」を巻線コイル7に流したときのセンサ電流値「Isout1」の整合性が最大になるセンサ隙間距離「X0」を算出する。制御マイコン17は、設計上のセンサ隙間距離10の最小値を「X0MIN」、最大値を「X0MAX」とし、センサ隙間距離を変数「XT0」で仮置きし、変数「XT0」を最小値「X0MIN」〜最大値「X0MAX」の間で変化させる。 When the control microcomputer 17 starts the consistency calculation process, the sensor gap distance in the neutral state is set to "X0", the sensor current value input from the gap distance sensor 10 in the neutral state is set to "Isout0", and the drive current is set to "Idrv1". Then, the sensor current value input from the gap distance sensor 10 when the drive current "Idrv1" is passed through the winding coil 7 is set to "Isout1". The control microcomputer 17 is a sensor that maximizes the consistency of the sensor current value "Isout0", the drive current "Idrv1", and the sensor current value "Isout1" when the drive current "Idrv1" is passed through the winding coil 7 in the neutral state. The gap distance "X0" is calculated. In the control microcomputer 17, the minimum value of the sensor clearance distance 10 in the design is set to "X0MIN", the maximum value is set to "X0MAX", the sensor clearance distance is temporarily placed in the variable "XT0", and the variable "XT0" is set to the minimum value "X0MIN". ”To the maximum value“ X0MAX ”.

制御マイコン17は、センサ隙間距離「XT0」の初期値に「X0MIN」を設定し、誤差MINに十分に大きな値を設定し(S11)、図6に示したセンサ電流比とセンサ隙間距離との関係を用い、センサ隙間距離「XT0」におけるセンサ電流比を「Israt0」として求める(S12)。制御マイコン17は、実際の処理ではソフトウェア上でグラフ特性に相当する複数のセンサ隙間距離とセンサ電流比との関係から補間して求める。 The control microcomputer 17 sets "X0MIN" as the initial value of the sensor clearance distance "XT0", sets a sufficiently large value for the error MIN (S11), and sets the sensor current ratio and the sensor clearance distance shown in FIG. 6 to each other. Using the relationship, the sensor current ratio at the sensor clearance distance "XT0" is obtained as "Israt0" (S12). In the actual processing, the control microcomputer 17 interpolates from the relationship between the sensor gap distance and the sensor current ratio of a plurality of sensors corresponding to the graph characteristics on the software.

次に、制御マイコン17は、中立状態のセンサ電流値「Isout0」を基準とし、隙間距離センサ10の出力比率換算係数を「Isconv」とすると、その出力比率換算係数「Isconv」を以下の計算式により求める(S13)。
Isconv=Israt0/Isout0
Next, the control microcomputer 17 uses the neutral sensor current value "Isout0" as a reference, and when the output ratio conversion coefficient of the gap distance sensor 10 is "Isconv", the output ratio conversion coefficient "Isconv" is calculated by the following formula. (S13).
Isconv = Israt0 / Isout0

次に、制御マイコン17は、可動ヨーク11が吸引されたときのセンサ電流比を「Isra1」とし、そのセンサ電流比「Isra1」を以下の計算式により求める(S14)。
Isra1=Isconv×Isout1
Next, the control microcomputer 17 sets the sensor current ratio when the movable yoke 11 is sucked to "Isra1", and obtains the sensor current ratio "Isra1" by the following formula (S14).
Isra1 = Isconv x Isout1

又、制御マイコン17は、図6に示したセンサ電流比とセンサ隙間距離との関係を用い、センサ電流比「Isra1」におけるセンサ隙間距離「X1」を求める(S15)。
次に、制御マイコン17は、アクチュエータ吸引力を「Fcoil」とし、そのアクチュエータ吸引力「Fcoil」を以下の計算式により求める(S16)。
Fcoil=α×Idrv1∧2/(X1−dz)(∧はべき乗を示す)
尚、「dz」はセンサ隙間距離とヨーク隙間距離のオフセットである。
Further, the control microcomputer 17 uses the relationship between the sensor current ratio and the sensor clearance distance shown in FIG. 6 to obtain the sensor clearance distance “X1” in the sensor current ratio “Isra1” (S15).
Next, the control microcomputer 17 sets the actuator suction force as "Fcoil", and obtains the actuator suction force "Fcoil" by the following formula (S16).
Fcoil = α × Idrv1 ∧ 2 / (X1-ds) (∧ indicates power)
Note that "dz" is an offset between the sensor clearance distance and the yoke clearance distance.

次に、制御マイコン17は、バネ反力を「Fk」とし、バネ反力「Fk」を以下の計算式により求める(S17)。
Fk=−k×(X1−XT0)
制御マイコン17は、アクチュエータ吸引力「Fcoil」とバネ反力「Fk」との誤差を以下の計算式により求める(S18)。
誤差=|バネ反力+アクチュエータ吸引力|(|A|はAの絶対値を示す)
Next, the control microcomputer 17 sets the spring reaction force to "Fk" and obtains the spring reaction force "Fk" by the following formula (S17).
Fk = -k × (X1-XT0)
The control microcomputer 17 obtains the error between the actuator suction force "Fcoil" and the spring reaction force "Fk" by the following formula (S18).
Error = | Spring reaction force + Actuator suction force | (| A | indicates the absolute value of A)

制御マイコン17は、算出した誤差を誤差MINと比較し、算出した誤差が誤差MINを超えているか否かを判定し、算出した誤差の大きさを評価する(S19)。制御マイコン17は、算出した誤差が誤差MINより小さいと判定すると(S19:YES)、誤差MIN=誤差とし、センサ隙間距離「X0」=「XT0」とする(S20)。 The control microcomputer 17 compares the calculated error with the error MIN, determines whether or not the calculated error exceeds the error MIN, and evaluates the magnitude of the calculated error (S19). When the control microcomputer 17 determines that the calculated error is smaller than the error MIN (S19: YES), the error MIN = error and the sensor clearance distance "X0" = "XT0" (S20).

制御マイコン17は、センサ隙間距離「XT0」を予め定めた刻み量「STEPX」だけ増大させる(S21)。即ち、制御マイコン17は、可動ヨーク11の吸引の目標位置変位を前回の目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定する。刻み量「STEPX」は整合性を求める算出で使うセンサ隙間距離「XT0」の刻みであり、キャリブレーション処理で許容可能な時間や必要な精度から予め定めた値である。 The control microcomputer 17 increases the sensor clearance distance "XT0" by a predetermined step amount "STEPX" (S21). That is, the control microcomputer 17 sets the suction target position displacement of the movable yoke 11 so as to gradually increase from the previous target position displacement. The step size “STEPX” is a step of the sensor clearance distance “XT0” used in the calculation for obtaining consistency, and is a value predetermined from the time allowed in the calibration process and the required accuracy.

制御マイコン17は、設計上のセンサ隙間距離の最大値を「X0MAX」とし、「STEPX」だけ増大させたセンサ隙間距離「XT0」と最大値「X0MAX」とを比較する(S22)。制御マイコン17は、センサ隙間距離「XT0」が最大値「X0MAX」を超えていないと判定すると(S22:NO)、上記したステップS12に戻り、ステップS12以降を繰り返す。制御マイコン17は、センサ隙間距離「XT0」が最大値「X0MAX」を超えていると判定すると(S22:YES)、整合性算出処理を終了する。 The control microcomputer 17 sets the maximum value of the sensor clearance distance by design to "X0MAX", and compares the sensor clearance distance "XT0" increased by "STEPX" with the maximum value "X0MAX" (S22). When the control microcomputer 17 determines that the sensor clearance distance "XT0" does not exceed the maximum value "X0MAX" (S22: NO), the control microcomputer 17 returns to step S12 described above, and repeats step S12 and subsequent steps. When the control microcomputer 17 determines that the sensor clearance distance "XT0" exceeds the maximum value "X0MAX" (S22: YES), the control microcomputer 17 ends the consistency calculation process.

制御マイコン17は、整合性算出処理を終了すると、「バネ反力>アクチュエータ吸引力」を満たす位置があるか否かを判定する(S9)。制御マイコン17は、「バネ反力>アクチュエータ吸引力」を満たす位置があると判定すると(S9:YES)、上記したステップS3に戻り、ステップS3以降を繰り返す。制御マイコン17は、「バネ反力>アクチュエータ吸引力」を満たす位置がないと判定すると(S9:NO)、推定したセンサ隙間距離を中立状態のセンサ隙間距離として特定し(S10)、キャリブレーション処理を終了する。制御マイコン17は、「バネ反力>アクチュエータ吸引力」を満たす位置がないと判定することで、図10に示すように、アクチュエータ吸引力とバネ反力とが釣り合う平衡点がないことを特定することができる。 When the consistency calculation process is completed, the control microcomputer 17 determines whether or not there is a position that satisfies "spring reaction force> actuator suction force" (S9). When the control microcomputer 17 determines that there is a position satisfying "spring reaction force> actuator suction force" (S9: YES), the control microcomputer 17 returns to step S3 described above, and repeats step S3 and subsequent steps. When the control microcomputer 17 determines that there is no position satisfying "spring reaction force> actuator suction force" (S9: NO), the control microcomputer 17 specifies the estimated sensor clearance distance as the sensor clearance distance in the neutral state (S10), and performs calibration processing. To finish. By determining that there is no position that satisfies "spring reaction force> actuator suction force", the control microcomputer 17 specifies that there is no equilibrium point at which the actuator suction force and the spring reaction force are balanced, as shown in FIG. be able to.

以上に説明したように第1の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
触覚呈示システム1において、固定ヨーク6に電磁力を発生させて可動ヨーク11を吸引し、タッチパネル3を振動させて触覚を呈示する構成において、キャリブレーション処理を実行して中立状態にあるときのセンサ隙間距離を求め、タッチパネル3を振動させる際の固定ヨーク6に発生させる電磁力を、そのキャリブレーション処理を実行して求めたセンサ隙間距離を用いて制御するようにした。個体差や経年変化等によりヨーク隙間距離のばらつきが生じている場合でも、そのばらつきを解消した状態で、振動対象を振動させることができる。これにより、固定ヨーク6と可動ヨーク11との間の吸引方向の隙間距離を定期的に測定することで、個体差や経年変化等の影響を受けずに触覚を安定して呈示することができる。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
In the tactile presentation system 1, an electromagnetic force is generated in the fixed yoke 6 to attract the movable yoke 11, and the touch panel 3 is vibrated to present the tactile sensation. The gap distance is obtained, and the electromagnetic force generated in the fixed yoke 6 when the touch panel 3 is vibrated is controlled by using the sensor gap distance obtained by executing the calibration process. Even if there is a variation in the yoke gap distance due to individual differences or changes over time, the vibration target can be vibrated while the variation is eliminated. As a result, by periodically measuring the gap distance between the fixed yoke 6 and the movable yoke 11 in the suction direction, it is possible to stably present the tactile sensation without being affected by individual differences or aging. ..

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について、図11を参照して説明する。尚、上記した第1の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第2の実施形態では、制御マイコン17は、キャリブレーション処理を実行したことで求めた中立状態のセンサ隙間距離を記憶領域に記憶しておく。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment described above will be omitted, and different parts will be described. In the second embodiment, the control microcomputer 17 stores the sensor clearance distance in the neutral state obtained by executing the calibration process in the storage area.

制御マイコン17は、ホスト16から起動要求信号を入力すると、停止状態から起動状態に移行し(B1)、起動応答信号をホスト16に出力した後に、中立状態のセンサ隙間距離を今回センサ隙間距離として特定する(B11)。制御マイコン17は、記憶領域に記憶しているセンサ隙間距離、即ち、前回のキャリブレーション処理で求めた中立状態のセンサ隙間距離を前回センサ隙間距離として特定し(B12)、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であるか否かを判定する(B13)。 When the control microcomputer 17 inputs a start request signal from the host 16, the control microcomputer 17 shifts from the stopped state to the start state (B1), outputs a start response signal to the host 16, and then uses the sensor gap distance in the neutral state as the sensor gap distance this time. Identify (B11). The control microcomputer 17 specifies the sensor clearance distance stored in the storage area, that is, the sensor clearance distance in the neutral state obtained in the previous calibration process as the previous sensor clearance distance (B12), and this time the sensor clearance distance and the previous time. It is determined whether or not the difference from the sensor clearance distance is equal to or greater than a predetermined value (B13).

制御マイコン17は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であると判定すると(B13:YES)、前述した第1の実施形態で説明したキャリブレーション処理に移行する(B2)。即ち、制御マイコン17は、キャリブレーション処理を開始し、キャリブレーション処理を終了すると、ホスト16からの触覚要求データの入力を待機する。 When the control microcomputer 17 determines that the difference between the sensor clearance distance this time and the sensor clearance distance last time is equal to or greater than a predetermined value (B13: YES), the control microcomputer 17 shifts to the calibration process described in the first embodiment described above (B2). ). That is, the control microcomputer 17 starts the calibration process, and when the calibration process is completed, waits for the input of the tactile request data from the host 16.

一方、制御マイコン17は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上でないと判定すると(B13:NO)、キャリブレーション処理に移行せず、ホスト16からの触覚要求データの入力を待機する。これ以降、制御マイコン17は、ホスト16から触覚要求データを入力すると、その入力した触覚要求データを特定し(B3)、キャリブレーション処理により求めたセンサ隙間距離を用い、呈示すべき触覚を生成し(B4)、前述した第1の実施形態と同様の処理を実行する。 On the other hand, when the control microcomputer 17 determines that the difference between the sensor clearance distance this time and the sensor clearance distance last time is not equal to or more than a predetermined value (B13: NO), the control microcomputer 17 does not shift to the calibration process and inputs the tactile request data from the host 16. Wait. After that, when the control microcomputer 17 inputs the tactile request data from the host 16, the input tactile request data is specified (B3), and the sensor gap distance obtained by the calibration process is used to generate the tactile sensation to be presented. (B4), the same process as in the first embodiment described above is executed.

即ち、制御マイコン17は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であれば、キャリブレーション処理を実行し、キャリブレーション処理を実行して求めた最新のセンサ隙間距離を用いて呈示すべき触覚を生成する。一方、制御マイコン17は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上でなければ、キャリブレーション処理を実行せず、前回のキャリブレーション処理を実行して求めたセンサ隙間距離を用いて呈示すべき触覚を生成する。制御マイコン17は、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が許容範囲内であれば、キャリブレーション処理を省く。 That is, if the difference between the sensor clearance distance this time and the previous sensor clearance distance is equal to or greater than a predetermined value, the control microcomputer 17 executes the calibration process and uses the latest sensor clearance distance obtained by executing the calibration process. To generate the tactile sensation to be presented. On the other hand, the control microcomputer 17 does not execute the calibration process unless the difference between the sensor gap distance this time and the previous sensor gap distance is equal to or more than a predetermined value, and obtains the sensor gap distance obtained by executing the previous calibration process. Use to generate a tactile sensation to present. The control microcomputer 17 omits the calibration process if the difference between the sensor clearance distance this time and the sensor clearance distance last time is within the allowable range.

以上に説明したように第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、今回センサ隙間距離と前回センサ隙間距離との差が所定値以上であればキャリブレーション処理を実行するが、所定値以上でなければキャリブレーション処理を実行しないようにしたので、キャリブレーション処理を省くことで、キャリブレーション処理を実行するのに要する電力消費を抑えることができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Also, if the difference between the sensor clearance distance this time and the previous sensor clearance distance is greater than or equal to the predetermined value, the calibration process is executed, but if it is not greater than or equal to the predetermined value, the calibration process is not executed. By omitting it, the power consumption required to execute the calibration process can be suppressed.

(その他の実施形態)
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、更には、それらに一要素のみ、それ以上、或いはそれ以下を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
車載に適用する構成に限らず、他の用途に適用する構成でも良い。
制御マイコン17が行う処理をホスト16が行っても良いし、ホスト16が行う処理を制御マイコン17が行っても良く、ホスト16が行う処理と制御マイコン17が行う処理とをどのように分散しても良い。
(Other embodiments)
The present disclosure has been described in accordance with the examples, but it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within an equal range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms containing only one element, more or less, are also within the scope of the present disclosure.
The configuration is not limited to the configuration applied to the vehicle, and may be a configuration applied to other uses.
The processing performed by the control microcomputer 17 may be performed by the host 16, or the processing performed by the host 16 may be performed by the control microcomputer 17, and how the processing performed by the host 16 and the processing performed by the control microcomputer 17 are distributed. You may.

図面中、1は触覚呈示システム、3はタッチパネル、6は固定ヨーク、10は隙間距離センサ(測定部)、11は可動ヨーク、12は板バネ(弾性部材)、17は制御マイコン(制御部)である。 In the drawing, 1 is a tactile presentation system, 3 is a touch panel, 6 is a fixed yoke, 10 is a gap distance sensor (measurement unit), 11 is a movable yoke, 12 is a leaf spring (elastic member), and 17 is a control microcomputer (control unit). Is.

Claims (8)

振動対象(3)に接続されている可動ヨーク(11)と、固定ヨーク(6)とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置であって、
前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する測定部(10)と、
中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する制御部(17)と、を備えた触覚呈示装置。
A movable yoke (11) connected to a vibrating object (3) and a fixed yoke (6) are provided, and an electromagnetic force is generated in the fixed yoke to attract the movable yoke to vibrate the vibrating object. A tactile presentation device that presents tactile sensation.
A measuring unit (10) for measuring the yoke gap distance, which is the gap distance between the fixed yoke and the movable yoke in the suction direction,
Control that calibrates the yoke gap distance measured by the measuring unit in the neutral state and controls the electromagnetic force generated in the fixed yoke when vibrating the vibrating object by using the calibrated yoke gap distance. A tactile presentation device including a part (17).
前記制御部は、前記可動ヨークの吸引の目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し、駆動電流をフィードバック制御し、弾性力が、前記可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力よりも大きい条件を満たさない変位を特定することで、ヨーク隙間距離を校正する請求項1に記載した触覚呈示装置。 The control unit sets the suction target position displacement of the movable yoke to be gradually larger than the previous target position displacement, feedback-controls the drive current, and the elastic force is higher than the actuator suction force that sucks the movable yoke. The tactile presentation device according to claim 1, wherein the yoke gap distance is calibrated by specifying a displacement that does not satisfy a large condition. 前記制御部は、前記振動対象を振動させた際に用いたヨーク隙間距離を前回ヨーク隙間距離として記憶し、中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を今回ヨーク隙間距離として特定し、前記今回ヨーク隙間距離と前記前回ヨーク隙間距離との差が所定値以上である場合には、前記今回ヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正した前記今回ヨーク隙間距離を用いて制御する請求項1又は2に記載した触覚呈示装置。 The control unit stores the yoke gap distance used when the vibration target is vibrated as the previous yoke gap distance, and the yoke gap distance measured by the measuring unit in the neutral state is used as the yoke gap distance this time. When the difference between the current yoke gap distance and the previous yoke gap distance is greater than or equal to a predetermined value, the current yoke gap distance is calibrated and generated in the fixed yoke when the vibration target is vibrated. The tactile presentation device according to claim 1 or 2, wherein the electromagnetic force is controlled by using the calibrated yoke gap distance this time. 前記制御部は、前記今回ヨーク隙間距離と前記前回ヨーク隙間距離との差が所定値未満である場合には、前記今回ヨーク隙間距離を校正せず、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、前記前回ヨーク隙間距離を用いて制御する請求項3に記載した触覚呈示装置。 When the difference between the current yoke gap distance and the previous yoke gap distance is less than a predetermined value, the control unit does not calibrate the current yoke gap distance and causes the fixed yoke to vibrate the vibration target. The tactile presentation device according to claim 3, wherein the electromagnetic force generated in the above is controlled by using the previous yoke gap distance. 振動対象(3)に接続されている可動ヨーク(11)と、固定ヨーク(6)とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、弾性部材(12)の弾性力により前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置を複数備える触覚呈示システムであって、
複数の触覚呈示装置の個々に設けられ、前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を測定する測定部(10)と、
中立状態にあるときの前記測定部により測定されたヨーク隙間距離を校正し、前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、その校正したヨーク隙間距離を用いて制御する制御部(17)と、を備えた触覚呈示システム。
A movable yoke (11) connected to a vibration target (3) and a fixed yoke (6) are provided, and an electromagnetic force is generated in the fixed yoke to attract the movable yoke to make the elastic member (12) elastic. A tactile presentation system including a plurality of tactile presentation devices that vibrate the vibrating object by force to present a tactile sensation.
A measuring unit (10) provided individually for the plurality of tactile presentation devices and measuring the yoke gap distance, which is the gap distance in the suction direction between the fixed yoke and the movable yoke,
Control that calibrates the yoke gap distance measured by the measuring unit in the neutral state and controls the electromagnetic force generated in the fixed yoke when vibrating the vibrating object by using the calibrated yoke gap distance. A tactile presentation system including a part (17).
振動対象(3)に接続されている可動ヨーク(11)と、固定ヨーク(6)とを備え、前記固定ヨークに電磁力を発生させて前記可動ヨークを吸引し、弾性部材(12)の弾性力により前記振動対象を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置の制御部(17)に、
中立状態にあるときの前記固定ヨークと前記可動ヨークとの間の吸引方向の隙間距離であるヨーク隙間距離を校正する校正手順と、
前記振動対象を振動させる際の前記固定ヨークに発生させる電磁力を、前記校正手順により校正したヨーク隙間距離を用いて制御する電磁力制御手順と、を実行させるコンピュータプログラム。
A movable yoke (11) connected to a vibration target (3) and a fixed yoke (6) are provided, and an electromagnetic force is generated in the fixed yoke to attract the movable yoke to make the elastic member (12) elastic. To the control unit (17) of the tactile sensation presenting device that vibrates the vibrating object by force to present the tactile sensation.
A calibration procedure for calibrating the yoke gap distance, which is the gap distance in the suction direction between the fixed yoke and the movable yoke in the neutral state, and
A computer program for executing an electromagnetic force control procedure for controlling an electromagnetic force generated in the fixed yoke when vibrating the vibrating object using the yoke gap distance calibrated by the calibration procedure.
前記校正手順は、前記可動ヨークの吸引の目標位置変位を前回目標位置変位から少しずつ大きくなるように設定し、駆動電流をフィードバック制御し、弾性力が、前記可動ヨークを吸引するアクチュエータ吸引力よりも大きい条件を満たさない変位を特定することで、ヨーク隙間距離を校正する請求項6に記載したコンピュータプログラム。 In the calibration procedure, the suction target position displacement of the movable yoke is set to be gradually larger than the previous target position displacement, the drive current is feedback-controlled, and the elastic force is higher than the actuator suction force that sucks the movable yoke. The computer program according to claim 6, wherein the yoke clearance distance is calibrated by identifying a displacement that does not satisfy a large condition. 請求項6又は7に記載したコンピュータプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体。 A computer-readable, non-temporary storage medium that stores the computer program according to claim 6 or 7.
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