JP7192159B1 - フォースフィードバック装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】ハウジング１と、ハウジング１に固定される回転軸２と、回転軸２に可動に接続され且つハウジング１に対して移動可能なトリガー３と、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、トリガー３のハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼４１と、ハウジング１に固定され、駆動磁性鋼４１に対向して配置される鉄芯４２と、鉄芯４２に巻設される駆動コイル４３とを含み、駆動コイル４３は、通電されると、駆動磁性鋼４１と相互作用して前記トリガー３にフォースフィードバックを与える。【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效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。
ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、フォースフィードバックユニット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ユニットは、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルと、を含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与える、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、前記トリガーと前記ハウジング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、一端が前記トリガーの前記ハウジングに面する側に接続され、他端が前記ハウジングの前記トリガーに面する側に接続されていることが好ましい。
前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに固定され且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される減衰磁性鋼をさらに含み、前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの周側から間隔を置いて配置され、前記減衰磁性鋼は、前記駆動磁性鋼と同極対向で配置されていることが好ましい。
前記減衰磁性鋼は、環状をなし、前記駆動コイルの周側に周設されていることが好ましい。
前記減衰磁性鋼は、２つあり、何れも短冊状をなし、２つの前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの両側から間隔を置いて配置されていることが好ましい。
前記駆動磁性鋼の着磁方向は、前記駆動コイルの巻線方向と同じであることが好ましい。
前記ハウジングには、互いに間隔を置いた２つの第１固定部が配置され、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固定穴に挿入されることで前記ハウジングに固定されることが好ましい。
前記トリガーには、互いに間隔を置いた２つの第２固定部が配置され、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に、前記第１固定部と間隔を置いて配置され、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固定穴に挿入されることで、前記トリガーを前記回転軸に対して回転させることが好ましい。
本発明に係るフォースフィードバック装置は、ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、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、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルとを含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与える。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４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、ハウジング１と、ハウジング１に固定される回転軸２と、回転軸２に可動に接続されるトリガー３と、フォースフィードバックユニット４とを含み、トリガー３は、ハウジング１に対して移動可能である。具体的に、図２～図４に示すように、ハウジング１には、互いに間隔を置いた２つの第１固定部１１が配置されており、第１固定部１１には、第１固定穴１２が設けられており、回転軸２は、第１固定穴１２に挿入されることで第１固定部１１に固定され、さらに、トリガー３には、互いに間隔を置いた２つの第２固定部３１が配置されており、第２固定部３１には、第２固定穴３２が設けられており、回転軸２が第２固定穴３２に挿入されることで、トリガー３が回転軸２に対して回転できる。本実施例では、第２固定部３１は、２つの第１固定部１１の間に、第１固定部１１と間隔を置いて配置されている。
図２～図３に示すように、フォースフィードバックユニット４は、トリガー３のハウジング１に面する側に固定される駆動磁性鋼４１と、ハウジング１に固定され、且つ駆動磁性鋼４１に対向して配置される鉄芯４２と、鉄芯４２に巻設される駆動コイル４３と、を含み、駆動コイル４３は、通電されると、駆動磁性鋼４１と相互作用してトリガー３にフォースフィードバックを与える。駆動磁性鋼４１の着磁方向は、駆動コイル４３の巻線方向と同じであり、この駆動コイル４３の巻線方向は、駆動コイル４３それ自体の厚み方向であることが理解できる。また、フォースフィードバックユニット４は、トリガー３とハウジング１との間に設けられる戻しばね４４をさらに含み、戻しばね４４は、一端がトリガー３のハウジング１に面する側に接続され、他端がハウジング１のトリガー３に面する側に接続されている。
さらに、フォースフィードバックユニット４は、ハウジング１に固定され且つ駆動磁性鋼４１に対向して配置される減衰磁性鋼４５をさらに含み、当該減衰磁性鋼４５は、駆動コイル４３の周側から間隔を置いて配置されており、ユーザーがトリガー３を押すときにトリガー３がハウジング１に衝突するのを防ぐために、当該減衰磁性鋼４５と駆動磁性鋼４１とを同極対向で配置することで、当該減衰磁性鋼４５は、トリガー３における駆動磁性鋼４１に対して常に反発力を与えるようになり、トリガー３がハウジング１に接近するか、又は、衝突しようとすると、駆動磁性鋼４１に対する減衰磁性鋼４５の反発力が強くなり、それによって、トリガー３がハウジング１に接触するのが防がれ、当該フォースフィードバック装置１００の損傷のリスクが低減されるとともに、良好なユーザー体験が保証される。また、鉄芯４２が透磁性材料であるため、フォースフィードバック装置１００が非動作状態にあるとき、駆動磁性鋼４１は、鉄芯４２と相互に引きつけ合うことになるが、減衰磁性鋼４５を配置することで、非動作状態で、トリガー３を安定状態に保つことができる。本実施例では、減衰磁性鋼４５は、短冊状をなし、当該減衰磁性鋼４５が２つあり、２つの減衰磁性鋼４５が駆動コイル４３の両側からそれぞれ間隔を置いて配置されている。別の実施例では、減衰磁性鋼４５は、環状をなしてもよい。この時、減衰磁性鋼４５は、駆動コイル４３の周側に周設されている。
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５、及びハウジング１に固定されるホールセンサ６がさらに配置されており、当該ホールセンサ６をセンシング永久磁石５に対応して配置することで、当該センシング永久磁石５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２に対して回転し、トリガー３におけるセンシング永久磁石５が位置を変更する。また、トリガー３とハウジング１とに相対変位が生じるので、ホールセンサ６は、センシング永久磁石５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、フォースフィードバックを発生させる電気信号を駆動コイル４３に入力することができる。
駆動コイル４３に通電すると、鉄芯４２が分極し、その時、駆動磁性鋼４１に電磁力が与えられ、この電磁力の方向がトリガー３の移動方向と逆である場合、トリガー３に推力がかけられ、この電磁力の方向がトリガー３の移動方向が同じである場合、トリガー３に引張力がかけられるが、駆動コイル４３の通電方向を連続的に切り替えて、駆動磁性鋼４１に与える電磁力の方向を変え、トリガー３に連続的に変化するフォースフィードバック効果を与えてもよいが、必要に応じて具体的なフォースフィードバックモードを設定することができる。本発明のフォースフィードバック装置１００では、駆動コイル４３の通電方向を変えることにより、トリガー３に２方向の力、即ち、トリガー３を押す又は引っ張る力をかけることができることが分かる。駆動コイル４３が電気遮断されると、戻しばね４４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。
本発明に係るフォースフィードバック装置は、ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、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、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルと、を含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与える。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した。
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。
（付記）
（付記１）
ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、フォースフィードバックユニット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ユニットは、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルと、を含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与えることを特徴とするフォースフィードバック装置。
（付記１）
ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、フォースフィードバックユニット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ユニットは、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルと、を含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与えることを特徴とするフォースフィードバック装置。
（付記２）
前記フォースフィードバックユニットは、前記トリガーと前記ハウジング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、一端が前記トリガーの前記ハウジングに面する側に接続され、他端が前記ハウジングの前記トリガーに面する側に接続されていることを特徴とする付記１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ユニットは、前記トリガーと前記ハウジング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、一端が前記トリガーの前記ハウジングに面する側に接続され、他端が前記ハウジングの前記トリガーに面する側に接続されていることを特徴とする付記１に記載のフォースフィードバック装置。
（付記３）
前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに固定され且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される減衰磁性鋼をさらに含み、前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの周側から間隔を置いて配置され、前記減衰磁性鋼は、前記駆動磁性鋼と同極対向で配置されていることを特徴とする付記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ユニットは、前記ハウジングに固定され且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される減衰磁性鋼をさらに含み、前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの周側から間隔を置いて配置され、前記減衰磁性鋼は、前記駆動磁性鋼と同極対向で配置されていることを特徴とする付記２に記載のフォースフィードバック装置。
（付記４）
前記減衰磁性鋼は、環状をなし、前記駆動コイルの周側に周設されていることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
前記減衰磁性鋼は、環状をなし、前記駆動コイルの周側に周設されていることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
（付記５）
前記減衰磁性鋼は、２つあり、何れも短冊状をなし、２つの前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの両側から間隔を置いて配置されていることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
前記減衰磁性鋼は、２つあり、何れも短冊状をなし、２つの前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの両側から間隔を置いて配置されていることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
（付記６）
前記駆動磁性鋼の着磁方向は、前記駆動コイルの巻線方向と同じであることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
前記駆動磁性鋼の着磁方向は、前記駆動コイルの巻線方向と同じであることを特徴とする付記３に記載のフォースフィードバック装置。
（付記７）
前記ハウジングには、互いに間隔を置いた２つの第１固定部が配置され、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固定穴に挿入されることで前記ハウジングに固定されることを特徴とする付記１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、互いに間隔を置いた２つの第１固定部が配置され、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固定穴に挿入されることで前記ハウジングに固定されることを特徴とする付記１に記載のフォースフィードバック装置。
（付記８）
前記トリガーには、互いに間隔を置いた２つの第２固定部が配置され、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に、前記第１固定部と間隔を置いて配置され、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固定穴に挿入されることで、前記トリガーを前記回転軸に対して回転させることを特徴とする付記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、互いに間隔を置いた２つの第２固定部が配置され、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に、前記第１固定部と間隔を置いて配置され、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固定穴に挿入されることで、前記トリガーを前記回転軸に対して回転させることを特徴とする付記７に記載のフォースフィードバック装置。
Claims (7)
- ハウジングと、前記ハウジングに固定される回転軸と、前記回転軸に可動に接続され、且つ前記ハウジングに対して移動可能なトリガーと、フォースフィードバックユニット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ユニットは、前記トリガーの前記ハウジングに面する側に固定される駆動磁性鋼と、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される鉄芯と、前記鉄芯に巻設される駆動コイルと、を含み、前記駆動コイルは、通電されると、前記駆動磁性鋼と相互作用して前記トリガーにフォースフィードバックを与え、
前記フォースフィードバックユニットは、前記ハウジングに固定され且つ前記駆動磁性鋼に対向して配置される減衰磁性鋼をさらに含み、前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの周側から間隔を置いて配置され、前記減衰磁性鋼は、前記駆動磁性鋼と同極対向で配置されてい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、前記トリガーと前記ハウジング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、一端が前記トリガーの前記ハウジングに面する側に接続され、他端が前記ハウジングの前記トリガーに面する側に接続されてい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。
- 前記減衰磁性鋼は、環状をなし、前記駆動コイルの周側に周設されてい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。
- 前記減衰磁性鋼は、２つあり、何れも短冊状をなし、２つの前記減衰磁性鋼は、前記駆動コイルの両側から間隔を置いて配置されてい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。
- 前記駆動磁性鋼の着磁方向は、前記駆動コイルの巻線方向と同じであ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。
- 前記ハウジングには、互いに間隔を置いた２つの第１固定部が配置され、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固定穴に挿入されることで前記ハウジングに固定さ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。
- 前記トリガーには、互いに間隔を置いた２つの第２固定部が配置され、前記第２固定部は、２つの前記第１固定部の間に、前記第１固定部と間隔を置いて配置され、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固定穴に挿入されることで、前記トリガーを前記回転軸に対して回転させ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。
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