JP7117469B1 - フォースフィードバック装置 - Google Patents
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Abstract
本発明に係るフォースフィードバック装置は、回転軸と、回転軸に固定されるフォースフィードバックモジュールと、回転軸に可動に接続されるトリガーとを含み、フォースフィードバックモジュールは、回転軸に固定され且つ第１開口を有するハウジングと、ハウジング内に収容されるフォースフィードバックユニットとを含み、フォースフィードバックユニットは、ハウジングに摺動可能に接続されるスライダーと、スライダーに接続されるプッシュロッドと、プッシュロッドに固定される第１駆動素子と、ハウジングに固定され且つ第１駆動素子に対応して配置される第２駆動素子と、スライダーに固定され且つ第１開口を通してトリガーに当接するように延びる伝動部とを含み、第１駆動素子と第２駆動素子とは、相互作用するによって、プッシュロッドを駆動して伝動部を移動させることで、トリガーへのフォースフィードバックを実施する。
【選択図】 図３
【選択図】 図３
Description
本発明は、ヒューマンマシンインタラクション分野に関し、特に、ヒューマンマシンインタラクション機器に適用されるフォースフィードバック装置に関する。
近年、ゲームパッド、トイガン、バーチャルリアリティデバイス、拡張現実デバイスなどの様々な周辺機器の継続的な発展につれて、現在、触覚フィードバック技術は、ゲームパッドなどの様々な機器に広く使用され、優れたユーザー体験効果と市場の反響を得ている。しかしながら、一部のゲームシーンでは、振動だけでは体験の要求を満たさない可能性がある。この時、例えば、反動力又は作用力を具現する必要のあるシーン（例えば、アーチェリー、カーレース、ロケットなどのシーン）にフォースフィードバックを加えると、よりよい没入感が得られる。したがって、フォースフィードバックを与えるとともに、振動フィードバックの要求も満たせるフォースフィードバックモジュールを設計する必要がある。
関連技術におけるフォースフィードバック装置は、主にモータによってウォーム、ギアなどを動かすことによって達成される。具体的に、モータに通電すると、ウォームギアが回転し、ギアによって力を直線方向の力に変換してトリガーを押し、電源が切れた後、捩りばねによりトリガーを初期位置に戻すことができる。しかしながら、関連技術におけるフォースフィードバック装置は、組み立てが比較的複雑であり、ウォームギア、ギアなどによって回転力を直線方向の力に変換しなければならない。トリガーにかけられる力は、単方向なものであり、両方向の力を得ることができない。また、減速ギアによってモータの力を増幅すると、トリガーの回転速度が低下し、フォースフィードバックの即時性に影響を与え、ユーザー体験感が低下してしまう。
そこで、上記問題を解決するために、改良されたフォースバック装置を提供する必要がある。
上記問題に鑑みて、本発明は、組み立てが簡単で、より優れたフォースフィードバック性能を備えたフォースフィードバック装置を提供する。
具体的に、本発明は、以下の解決手段を講じる。
回転軸と、前記回転軸に固定されるフォースフィードバックモジュールと、前記回転軸に可動に接続され且つ前記フォースフィードバックモジュールに対して移動可能なトリガーとを含むフォースフィードバック装置であって、前記フォースフィードバックモジュールは、前記回転軸に固定され且つ収容空間を有するハウジングと、前記収容空間内に収容されるフォースフィードバックユニットとを含み、前記ハウジングの前記トリガーに面する一端には第１開口が設けられ、前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに摺動可能に接続されるスライダーと、前記スライダーに接続されるプッシュロッドと、前記プッシュロッドに固定される第１駆動素子と、前記ハウジングに固定され且つ前記第１駆動素子に対応して配置される第２駆動素子と、前記スライダーに固定され且つ前記第１開口を通して前記トリガーに当接するように延びる伝動部とを含み、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とは、相互作用することによって、前記プッシュロッドを駆動して前記伝動部を移動させることで、前記トリガーへのフォースフィードバックを実施するフォースフィードバック装置。
前記フォースフィードバックユニットは、前記スライダーと前記第２駆動素子との間に設けられる戻しばねをさらに含み、前記戻しばねは、前記プッシュロッドに外側から間隔を置いて外嵌され、前記戻しばねは、一端が前記スライダーの前記第２駆動素子に面する側に接続され、他端が前記第２駆動素子の前記スライダーに面する側に当接することが好ましい。
前記第１駆動素子は、永久磁石であり、前記第２駆動素子は、コイルであることが好ましい。
前記フォースフィードバック装置は、前記トリガーに固定されるセンシング永久磁石と、前記ハウジングに固定され且つ前記センシング永久磁石に対応して配置されるホールセンサとをさらに含み、前記ホールセンサは、前記センシング永久磁石の変位を検出するために用いられることが好ましい。
前記伝動部は、前記トリガーに固定されるように延びることが好ましい。
前記第１駆動素子は、環状構造をなし、前記第１駆動素子は、前記プッシュロッドに外嵌されていることが好ましい。
前記第２駆動素子は、環状構造をなし、前記第２駆動素子は、前記第１駆動素子に外側から間隔を置いて外嵌されていることが好ましい。
前記ハウジングには、間隔を置いた２つの第１固定部が設けられ、前記第１固定部には、第１固定穴が設けられ、前記回転軸は、前記第１固定穴を通過して前記第１固定部に固定されることが好ましい。
前記トリガーには、間隔を置いた２つの第２固定部が設けられ、前記第２固定部には、第２固定穴が設けられ、前記回転軸が前記第２固定穴を通過することで、前記トリガーが前記回転軸に対して回転可能であり、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に設けられていることが好ましい。
本発明に係るフォースフィードバック装置は、回転軸と、前記回転軸に固定されるフォースフィードバックモジュールと、前記回転軸に可動に接続され且つ前記フォースフィードバックモジュールに対して移動可能なトリガーとを含み、前記フォースフィードバックモジュールは、前記回転軸に固定され且つ第１開口を有するハウジングと、ハウジング内に収容されるフォースフィードバックユニットとを含み、前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに摺動可能に接続されるスライダーと、前記スライダーに接続されるプッシュロッドと、前記プッシュロッドに固定される第１駆動素子と、前記ハウジングに固定され且つ前記第１駆動素子に対応して配置される第２駆動素子と、前記スライダーに固定され且つ前記第１開口を通して前記トリガーに当接するように延びる伝動部とを含み、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とは、相互作用することによって、前記プッシュロッドを駆動して前記伝動部を移動させることで、前記トリガーへのフォースフィードバックを実施する。本発明に係るフォースフィードバック装置は、追加の伝動構造を必要とせず、２つの駆動素子の相互作用でトリガーに直接フォースフィードバックを与えるものであり、トリガーへの即時フォースフィードバックが実現されるだけではなく、構造が簡素化され、組み立ての難易度が軽減され、さらに、駆動電流を変更することでトリガーに直接２方向の作用力を与えることができ、当該フォースフィードバック装置のフォースフィードバックモードが多様化され、ユーザー体験が効果的に向上する。
以下、添付の図面及び実施形態を参照しながら、本発明の技術方案を明確かつ完全に説明する。
図１～図３に示すように、本発明は、フォースフィードバック装置１００を提供する。当該フォースフィードバック装置１００は、回転軸１と、回転軸１に固定されるフォースフィードバックモジュール２と、回転軸１に可動に接続されるトリガー３とを含み、トリガー３は、回転軸１に対して回転可能である。フォースフィードバックモジュール２が回転軸１に固定されるため、トリガー３は、フォースフィードバックモジュール２に対して移動可能である。
フォースフィードバックモジュール２は、回転軸１に固定され且つ収容空間２０を有するハウジング２１と、収容空間２０内に収容されるフォースフィードバックユニット２２とを含む。具体的に、フォースフィードバックユニット２２とトリガー３との伝動接続を達成するために、ハウジング２１のトリガー３に面する一端には、ハウジング２１を貫通する第１開口２１１が設けられ、フォースフィードバックユニット２２は、ハウジング２１に摺動可能に接続されるスライダー２２１と、スライダー２２１に接続されるプッシュロッド２２２と、プッシュロッド２２２に固定される第１駆動素子２２３と、ハウジング２１に固定され且つ第１駆動素子２２３に対応して配置される第２駆動素子２２４と、スライダー２２１に固定され且つ第１開口２１１を通してトリガー３に当接するように延びる伝動部２２５とを含む。また、フォースフィードバックユニット２２は、スライダー２２１と第２駆動素子２２４との間に設けられる戻しばね２２６をさらに含み、当該戻しばね２２６は、プッシュロッド２２２に外側から間隔を置いて外嵌され、その一端がスライダー２２１の第２駆動素子２２４に面する側に接続され、他端が第２駆動素子２２４のスライダー２２１に面する側に当接する。ただし、第１駆動素子２２３は、永久磁石であり、第２駆動素子２２４は、コイルであり、第１駆動素子２２３と第２駆動素子２２４とは、相互作用することによって、プッシュロッド２２２を駆動して伝動部２２５を移動させることで、トリガー３へのフォースフィードバックを実施する。
図４に示すように、ハウジング２１には、間隔を置いた２つの第１固定部２１２が設けられ、第１固定部２１２には、第１固定穴２１３が設けられ、回転軸１は、第１固定穴２１３を通過して第１固定部２１２に固定される。また、トリガー３には、間隔を置いた２つの第２固定部３１が設けられ、第２固定部３１には、第２固定穴３２が設けられ、回転軸１が第２固定穴３２を通過することで、トリガー３が回転軸１に対して回転可能である。本実施例では、第２固定部３１は、２つの第１固定部２１２の間に、第１固定部２１２と間隔を置いて配置される。
本発明に係るフォースフィードバック装置１００には、トリガー３に固定されるセンシング永久磁石４と、ハウジング２１に固定されるホールセンサ５とがさらに配置され、当該ホールセンサ５をセンシング永久磁石４に対応して配置することで、当該センシング永久磁石４の変位を検出する。以下では、フォースフィードバック装置１００の動作原理について簡単に説明する。
ユーザーがトリガー３を押すと、トリガー３が力を受けて回転軸１に対して回転し、トリガーにおけるセンシング永久磁石４が位置を変更する。トリガー３とフォースフィードバックモジュール１とに相対変位が生じるので、ホールセンサ５は、センシング永久磁石４の位置情報をモニタリングすることで、トリガー３の位置情報を読み取り、振動又はフォースフィードバックを発生させる電気信号を第２駆動素子２２４に入力することができる。
第２駆動素子２２４に通電すると、プッシュロッド２２２における第１駆動素子２２３は、アンペール力による作用を受け、プッシュロッド２２２及びスライダー２２１をトリガー３に向かう方向及びトリガー３から離れる方向に沿って往復運動させる。スライダー２２１がトリガー３に向かって移動すると、スライダー２２１に接続される伝動部２２５もトリガー３に向かって移動して、トリガー３に突き当てられ、フォースフィードバックを発生する。第２駆動素子２２４の通電方向が変化すると、プッシュロッド２２２は、スライダー２２１及び伝動部２２５を往復移動させて、振動感を生成させる。スライダー２２１に接続される伝動部２２５がトリガー３に固定接続されてもよい。このとき、第２駆動素子２２４の通電方向を変えることによって、トリガー３に２方向の力、即ち、トリガー３を引っ張る力又は押す力をかけることができることが分かる。第２駆動素子２２４が電気遮断されると、戻しばね２２６は、トリガー３を初期位置に戻して、トリガー３をリセットすることができる。
当該フォースフィードバック装置１００において、第１駆動素子２２３は環状の中空構造であることで、第１駆動素子２２３がプッシュロッド２２２の外側に外嵌されることができる。また、第２駆動素子２２４も環状をなす中空構造であり、当該第２駆動素子２２４が第１駆動素子２２３に外側から間隔を置いて外嵌されることで、第１駆動素子２２３とプッシュロッド２２２が第２駆動素子２２４の内部を移動できる。
本発明に係るフォースフィードバック装置は、回転軸と、前記回転軸に固定されるフォースフィードバックモジュールと、前記回転軸に可動に接続され且つ前記フォースフィードバックモジュールに対して移動可能なトリガーとを含み、前記フォースフィードバックモジュールは、前記回転軸に固定され且つ第１開口を有するハウジングと、ハウジング内に収容されるフォースフィードバックユニットとを含み、前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに摺動可能に接続されるスライダーと、前記スライダーに接続されるプッシュロッドと、前記プッシュロッドに固定される第１駆動素子と、前記ハウジングに固定され且つ前記第１駆動素子に対応して配置される第２駆動素子と、前記スライダーに固定され且つ前記第１開口を通して前記トリガーに当接するように延びる伝動部とを含み、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とは、相互作用することによって、前記プッシュロッドを駆動して前記伝動部を移動させることで、前記トリガーへのフォースフィードバックを実現する。本発明に係るフォースフィードバック装置は、追加の伝動構造を必要とせず、２つの駆動素子の相互作用でトリガーに直接フォースフィードバックを与えるものであり、トリガーへの即時フォースフィードバックが実現されるだけではなく、構造が簡素化され、組み立ての難易度が軽減され、さらに、駆動電流を変更することでトリガーに直接２方向の作用力を与えることができ、当該フォースフィードバック装置のフォースフィードバックモードが多様化され、ユーザー体験が効果的に向上する。
上述したのは、本発明の実施形態に過ぎない。なお、当業者にとって、本発明の趣旨から逸脱することなく改良を施すことができるが、これらはすべて本発明の保護範囲に属する。
Claims (9)
- 回転軸と、前記回転軸に固定されるフォースフィードバックモジュールと、前記回転軸に可動に接続され且つ前記フォースフィードバックモジュールに対して移動可能なトリガーとを含むフォースフィードバック装置であって、
前記フォースフィードバックモジュールは、前記回転軸に固定され且つ収容空間を有するハウジングと、前記収容空間内に収容されるフォースフィードバックユニットとを含み、前記ハウジングの前記トリガーに面する一端には、第１開口が設けられ、前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに摺動可能に接続されるスライダーと、前記スライダーに接続されるプッシュロッドと、前記プッシュロッドに固定される第１駆動素子と、前記ハウジングに固定され且つ前記第１駆動素子に対応して配置される第２駆動素子と、前記スライダーに固定され且つ前記第１開口を通して前記トリガーに当接するように延びる伝動部とを含み、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とは、相互作用することによって、前記プッシュロッドを駆動して前記伝動部を移動させることで、前記トリガーへのフォースフィードバックを実施することを特徴とするフォースフィードバック装置。 - 前記フォースフィードバックユニットは、前記スライダーと前記第２駆動素子との間に設けられる戻しばねをさらに含み、前記戻しばねは、前記プッシュロッドに外側から間隔を置いて外嵌され、前記戻しばねは、一端が前記スライダーの前記第２駆動素子に面する側に接続され、他端が前記第２駆動素子の前記スライダーに面する側に当接することを特徴とする請求項１に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記第１駆動素子は、永久磁石であり、前記第２駆動素子は、コイルであることを特徴とする請求項２に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記フォースフィードバック装置は、前記トリガーに固定されるセンシング永久磁石と、前記ハウジングに固定され且つ前記センシング永久磁石に対応して配置されるホールセンサとをさらに含み、前記ホールセンサは、前記センシング永久磁石の変位を検出するために用いられることを特徴とする請求項１に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記伝動部は、前記トリガーに固定されるように延びることを特徴とする請求項４に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記第１駆動素子は、環状構造をなし、前記第１駆動素子は、前記プッシュロッドに外嵌されていることを特徴とする請求項３に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記第２駆動素子は、環状構造をなし、前記第２駆動素子は、前記第１駆動素子に外側から間隔を置いて外嵌されていることを特徴とする請求項６に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記ハウジングには、間隔を置いた２つの第１固定部が設けられ、前記第１固定部には、第１固定穴が設けられ、前記回転軸は、前記第１固定穴を通過して前記第１固定部に固定されることを特徴とする請求項７に記載のフォースフィードバック装置。
- 前記トリガーには、間隔を置いた２つの第２固定部が設けられ、前記第２固定部には、第２固定穴が設けられ、前記回転軸が前記第２固定穴を通過することで、前記トリガーが前記回転軸に対して回転可能であり、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のフォースフィードバック装置。
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