JPH10261346A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レバーの操作角度に応じてレバーへの反力を
付与するとともにその反力に応じてさらに操作感触が変
化するようにレバーに力を付与し、状況に応じた制御の
多様性を十分に高め、操作に対応して操作感触を微妙に
変化させ、ゲーム等での臨場感や感情移入等の操作感覚
を向上させた入力装置を提供する。 【解決手段】 入力軸１を回動操作するレバー２と、こ
の入力軸に接続されたモータ３と、この入力軸に対する
トルクを検出するトルクセンサー４と、この入力軸の回
転角度を検出する角度センサー５と、前記トルクセンサ
ーの出力に基づいて、前記モータを駆動制御する制御手
段６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種制御装置におけ
る入力装置に関し、特にレバーで入力軸を回転駆動させ
る入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータやゲーム機あるいは電子玩
具等の電子装置において、制御操作用の入力装置とし
て、レバーやジョイスティック等の操作桿型式の入力装
置が用いられている。

【０００３】このような入力装置において、レバーによ
り回動操作される入力軸にモータを連結し、これにより
レバーの回転操作力に変化を与えるゲーム機等のレバー
入力装置が、例えば特開平７−２１３７４０号公報、特
開平２−２９５０１４号公報に開示されている。

【０００４】これらの公報記載の入力装置は、レバーを
操作したときの回転角度を検出してその角度に基づいて
予め設定された反力をレバーに与えるようにモータを駆
動するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、レバーの角度のみに対応してモータ
からの反力を付与する構成であるため、操作者の意志は
レバーを回動させてその角度に応じて一方的に入力させ
るのみであり、実際にレバーを操作したときのレバーか
らの反力に対応してさらに操作力を変えた場合や、レバ
ー角度をほとんど変えずに力のみを加えた場合等におい
て、レバーからの反力に応じた微妙な制御ができず、入
力時のレバー操作感触の変化や多様性が十分得られなか
った。したがって、例えばゲーム機において、ゲーム表
示画面の内容に応じてレバーを回動操作したときに、そ
の反力を感じることはできるが、さらにその反力に応じ
てレバーの感触を変化させてゲームの表示内容に対する
臨場感や感情移入を十分に高めることができなかった。

【０００６】本発明は上記従来技術を考慮してなされた
ものであって、レバー操作時の操作角度に応じてレバー
への反力を付与するとともにその反力に応じてさらに操
作感触が変化するようにレバーに力を付与し、状況に応
じた制御の多様性を十分に高め、操作に対応して操作感
触を微妙に変化させ、ゲーム等での臨場感や感情移入等
の操作感覚を向上させた入力装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、入力軸を回動操作するレバーと、この
入力軸に接続されたモータと、この入力軸に対するトル
クを検出するトルクセンサーと、この入力軸の回転角度
を検出する角度センサーと、前記トルクセンサーの出力
に基づいて、前記モータを駆動制御する制御手段とを有
することを特徴とする入力装置を提供する。

【０００８】上記構成によれば、レバー操作により、そ
の入力軸の回転角度が検出されるとともに、入力軸のト
ルクが検出され、このトルクに基づいてモータが駆動さ
れ、レバー操作力にフィードバックさせることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】好ましい実施の形態においては、
前記制御手段は、前記モータ、トルクセンサーおよび角
度センサーに接続された制御回路と、各種の変化状況を
設定したソフトウェアを有するコンピュータとからな
り、予め設定された固定条件に対応して角度センサーお
よびトルクセンサーの出力に基づいてモータを制御する
プログラムモードと、前記コンピュータのソフトウェア
にしたがって変化する条件に対応して、このソフトウェ
アにより直接モータを制御するアクティブモードとを有
することを特徴としている。

【００１０】この構成によれば、プログラムモードにお
いて、レバー角度に対応した一定条件でレバーの角度お
よび反力に応じてモータからレバーにトルクが付与さ
れ、アクティブモードにおいて、ソフトウェアの実行の
状況に対応してモータを駆動し、レバーの角度を変化さ
せることができる。

【００１１】さらに好ましい実施の形態によれば、前記
プログラムモードにおいては、前記レバーの各操作角度
における基準トルクが予め設定され、トルクセンサーの
検出値と基準トルクが等しくなるようにモータを駆動す
ることを特徴としている。

【００１２】この構成によれば、レバー角度に対応した
基準トルクが予め設定され、レバーを操作したときに、
レバーの回転角度とともにトルクを実際に検出して、こ
のトルク検出値が設定した基準値となるように、モータ
が駆動されるため、レバー操作角度に対応して一定の反
力が確実に得られ制御の信頼性が向上する。

【００１３】別の好ましい実施の形態によれば、前記ア
クティブモードにおいては、予めプログラムされたソフ
トウェアの実行に対応して、前記トルクセンサーの検出
値に基づいたソフトウェアの指示により、前記レバーに
対し回転角度を付与するようにモータを駆動することを
特徴としている。

【００１４】この構成によれば、ゲーム機等において入
力に応じた状況変化が予めプログラムソフト等により設
定され、トルクセンサーでレバー入力操作時のトルクを
検出し、この検出トルク値に基づいて、状況変化に対応
したモータ駆動が行なわれるため、レバーから実際に感
じられるトルクに基づいてレバーに回転角度が付与さ
れ、レバーの感触に対応した入力制御が行なわれる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る入力装置の基本
構成図である。入力軸１の端部に入力操作用のレバー２
が装着される。この入力軸の他端部には例えば超音波モ
ータからなるモータ３が直結あるいは減速機構（図示し
ない）等を介して接続される。入力軸１上にはトルクセ
ンサー４および角度センサー５が装着される。トルクセ
ンサー４は、入力軸１に作用するトルクを検出する。角
度センサー５は、レバー２の操作による入力軸１の回転
角度を検出する。モータ３、トルクセンサー４および角
度センサー５は、制御回路６に接続される。制御回路６
は、トルクセンサー４および角度センサー５の検出信号
に基づいて、後述のように、モータを駆動制御する。制
御回路６と表示装置７はコンピュータ１２に接続され
る。表示装置７は、コンピュータ１２（例えばゲーム
機）における、プログラムソフトに応じて、キャラクタ
ーや各種状況を動画的に変化させながら表示する。操作
者は、この表示装置の画面を見ながら表示された状況に
応じてレバー２を操作する。図２は、本発明の別の実施
例の構成図である。この例では、入力軸１上にゴムカッ
プリング８が装着されている。このゴムカップリング８
は、レバー２とモータ３間に作用する例えばノイズ等に
よるモータ３のトルクむらや回転数の変動あるいはレバ
ーの急激な操作等によるトルク変動を吸収して操作感を
滑らかにするとともに、センサーによる検出の信頼性を
高め出力の円滑化を図るためのものである。その他の構
成および作用効果は図１の実施例と基本的に同じであ
る。

【００１６】図３は、本発明の入力装置の具体的な構成
例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。こ
の例では、台９上に軸受けユニット１０およびモータ３
を搭載し、この軸受けユニット１０に入力軸１を支持し
ている。また、モータ３にはエンコーダ１１が装着され
る。このエンコーダ１１は、モータ軸の回転を検出して
このモータ軸に連結された入力軸１の回転角度を検出す
るためのものであり、前述の角度センサー５として機能
する。

【００１７】次に上記構成の入力装置の作用について説
明する。本発明の入力装置は、予め設定された固定条件
に対応して角度センサー５およびトルクセンサー４の出
力に基づいてモータ３を制御するプログラムモードと、
コンピュータ１２のソフトウェアの指示に基づいてモー
タ３を制御するアクティブモードとを有している。

【００１８】図４はプログラムモードのブロック回路の
一例を示し、前述の制御回路６（図１）の構成ブロック
の一例である。制御回路内に組込まれたコンピュータ１
２にトルクセンサー４および角度センサー５が接続さ
れ、それぞれ検出データが送られる。コンピュータ１２
にはレバー２の操作角度（すなわち、入力軸１の回転角
度）に対応して予め設定した基準トルクデータを格納し
たメモリ回路１３が接続される。この基準トルクはコン
ピュータ側から任意に設定可能である。通常の復帰スプ
リングを備えたジョイスティック等のよう作用させるた
めには、レバーが中心（角度０）に向かう方向に順次ト
ルクを変えながらあるいは一定のトルクで角度に対応し
た基準トルクを設定する。

【００１９】制御回路６は、角度センサー５からの検出
信号に応じて、その角度における基準トルクのデータと
実際にトルクセンサーで検出したトルク値とを比較して
トルクセンサーの検出値が基準トルクに等しくなるよう
に、モータ３を駆動制御する。これにより、レバー２を
例えば自動車ゲーム等での速度レバーとして用いた場
合、レバーの回転角度に応じて基準トルクを強く設定し
ておけば、レバー操作により速度が増すに従って、レバ
ーに対する反力が大きくなり、速度の実感を伴ってゲー
ムを楽しむことができる。この場合、単に基準トルクに
基づいて角度センサーの出力のみに対応してモータを駆
動するのでなく、実際のトルクがこの基準トルクと一致
するようにモータを駆動制御するため、確実に設定通り
の反力が得られ、制御の信頼性が高められる。

【００２０】このようなトルクセンサー４による実測ト
ルクと基準トルクとの差に基づいた制御信号に対し減算
処理を施す減算器１４が備る。この減算器１４は、例え
ば、ゲーム機での移動体に対する摩擦力の設定用として
用いることができる。すなわち、ある条件においては、
一定の摩擦力を付与して移動速度を低下させトルクを減
じるようにモータ３を制御する。

【００２１】この制御回路はさらに積分器１５を備えて
いる。この積分器１５は、例えば、移動物体の慣性力の
設定用として用いることができる。すなわち、例えば、
斜面に静止していた物体が滑り落ちる場合のように、最
初は速度が小さく、徐々に慣性力が付与されて、速度が
大きくなる場合等に、積分により徐々に最初の基準制御
量に対し速度を付加して、反力となるトルクが大きくな
るようにモータ３を駆動制御する。この場合、静止摩擦
力を越えて最初に滑り出すレバーの操作角度位置を前述
の減算器１４により設定することができる。上記各制御
信号は増幅器１６を介してモータ３（駆動制御回路を含
む）に送られこれを駆動する。

【００２２】ゲーム機におけるこのようなプログラムモ
ードの応用例として、レバーを自動車のブレーキペダル
として設定し、レバー操作によりブレーキが強く作動し
て大きな反力を受ける場合や、ブレーキ作動力が弱くレ
バー操作量を大きくしてもレバーに対する反力が小さい
場合等を設定することができ、また操作時間や油温等が
一定の条件のときに、過熱によるベーパロック現象とし
てブレーキ作動力をゼロとしてレバーに対する反力をゼ
ロにするようにモータを駆動することもできる。また、
別の例として、レバーの所定角度位置ごとにレバーに対
する反力を大きくしたり小さくすることで、オートマチ
ック車のシフトレバーのようなシフト切換え時のクリッ
ク感が得られるようにモータを駆動することもできる。

【００２３】図５はアクティブモードの制御ブロック回
路の一例を示す。このモードでは、例えばゲーム機にお
いて、コンピュータが指定した位置にレバーがくるよう
にモータを駆動し、キャラクターの位置とレバーの位置
を対応させ、キャラクターの動きに合わせてレバーの位
置を変化させる。すなわち、トルクセンサー４により、
レバーにかかる力を検出し、この検出信号がコンピュー
タ１２に送られ、これに基づいて、コンピュータ１２の
ソフトウェアにより処理され、画面内のキャラクターの
動きとして表わされ、同時にキャラクターの動きに合せ
モータ３を駆動制御することでレバーを動かす。このよ
うに画面内で変化する周囲状況やキャラクターの位置情
報に基づいてモータを駆動制御する。

【００２４】このアクティブモードでは、画面上のキャ
ラクターの動きに合わせてモータを駆動してレバーを動
かすため、キャラクターの動作の速さに応じてレバーの
動きの速さが変り、キャラクターの重さ（速さ）をレバ
ーを介して感じることができる。また、一例として、キ
ャラクターが道路を進行中に壁等に当たったときに反力
が大きくなるように設定することにより、障害物に対す
るぶつかった感触が得られる。画面上のキャラクターの
動きと、レバーの動きは連動しているため、画面上のキ
ャラクターを直接手で動かしているような操作感が得ら
れる。また、別の例として、レバーをハンドルとして設
定し、画面上での路面情報に基づいて路面状態に応じて
レバーに対する反力を変えて、ハンドルを回す重さを感
じさせることもできる。

【００２５】このようなアクティブモードにおいては、
トルクセンサーの検出信号に基づいてモータを駆動制御
するため、レバーをほとんど静止させた状態で力を加え
てこれを検出し入力信号とすることもできる。また、画
面内の状況に応じて（例えば衝突等のとき）、モータの
小刻みな正逆駆動等により、レバーを振動させて操作者
の臨場感を高めることもできる。

【００２６】このようなアクティブモードの場合、画面
内の周囲状況の情報は予めそのゲームのプログラムソフ
トとしてコンピュータ１２にセットされている。

【００２７】なお、上記実施例では、レバー２は一方向
（前後方向）にのみ回動する構成としたが、前後左右の
２方向に回動する構成のレバーに対しても本発明は適用
可能である。

【００２８】また、トルクセンサーに対し過度な力が加
わった場合に、音声あるいはランプ等によるアラーム信
号を発して操作者に警報を出すような構成を用いること
もできる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、レバー操作により、その入力軸の回転角度が検出さ
れるとともに、入力軸のトルクが検出され、このトルク
に基づいてモータが駆動され、レバー操作力にフィード
バックさせることができるため、状況に応じた入力操作
の感触が確実に得られ、例えばゲーム機に適用すれば画
面に表示された状況に応じてレバーを操作したときに、
その操作の反応をレバーを介して操作者に感じさせるこ
とができ操作の感触や操作感覚が向上し臨場感が高めら
れるとともに、状況に応じた制御操作の多様性が増加し
て微妙な制御操作技術を楽しむことができる。この場
合、単に基準トルクに基づいて角度センサーの出力のみ
に対応してモータを駆動するのでなく、実際のトルクが
この基準トルクと一致するようにモータを駆動制御する
ため、確実に設定通りの反力が得られ、制御の信頼性が
高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の基本構成図。

【図２】 本発明の別の実施例の要部構成図。

【図３】 本発明のさらに別の実施例の正面図および側
面図。

【図４】 本発明のプログラムモードの一例のブロック
回路図。

【図５】 本発明のアクティブモードの一例のブロック
回路図。

【符号の説明】

１：入力軸、２：レバー、３：モータ、４：トルクセン
サー、５：角度センサー、６：制御回路、７：表示装
置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸を回動操作するレバーと、 この入力軸に接続されたモータと、 この入力軸に対するトルクを検出するトルクセンサー
   と、 この入力軸の回転角度を検出する角度センサーと、 前記トルクセンサーの出力に基づいて、前記モータを駆
   動制御する制御手段とを有することを特徴とする入力装
   置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記モータ、トルクセン
   サーおよび角度センサーに接続された制御回路と、各種
   の変化状況を設定したソフトウェアを有するコンピュー
   タとからなり、 予め設定された固定条件に対応して角度センサーおよび
   トルクセンサーの出力に基づいてモータを制御するプロ
   グラムモードと、 前記コンピュータのソフトウェアにしたがって変化する
   条件に対応して、このソフトウェアにより直接モータを
   制御するアクティブモードとを有することを特徴とする
   請求項１に記載の入力装置。
3. 【請求項３】前記プログラムモードにおいては、前記レ
   バーの各操作角度における基準トルクが予め設定され、
   トルクセンサーの検出値と基準トルクが等しくなるよう
   にモータを駆動することを特徴とする請求項２に記載の
   入力装置。
4. 【請求項４】前記アクティブモードにおいては、前記コ
   ンピュータのソフトウェアによる指示に基づいて、レバ
   ーに対し回転角度を付与するようにモータを駆動するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の入力装置。