JPWO2016051986A1

JPWO2016051986A1 - 操作装置

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Publication number: JPWO2016051986A1
Application number: JP2016551629A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　邦生; 邦生佐藤; 駿宮▲崎▼; 萩原　康嗣; 康嗣萩原; 昌司桜井; 慶悟若菜
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-08-20
Also published as: WO2016051986A1; JP6531109B2; US10391395B2; US20170203208A1

Abstract

操作部を操作している指に対して反力を作用させることができ、さらに、操作部の操作位置に応じて多様な反力を与えることができる操作装置を提供することを課題とする。課題を解決する手段として、往復移動する移動部材（３）と、移動部材に前進と後進の力を与えるモータ１０と、移動部材（３）の移動位置を検知する位置検知部（８）と、位置検知部（８）からの出力信号に応じてモータ１０の負荷を変動させる制御装置とを備え、これにより、手指で操作する移動部材（３）の位置に応じて、指などに与える反力を変化させることができる。

Description

本発明は、操作部を操作する際に操作部に作用する反力を制御することができる操作装置に関する。

操作部を操作する際に反力が与えられる操作装置は、ゲーム装置用のコントローラとして広く使用されている。

特許文献１には、ゲーム装置用のコントローラとしてシューティングゲーム装置に使用されるガンユニットに関する発明が記載されている。このガンユニットは、支持部の上部にガン本体が取り付けられており、ガン本体にはその全体を前後に往復振動させる振動機構が備えられている。前記ガン本体に設けられた引き金を引く操作が行われると、前記振動機構が始動し、ガン本体の全体に前後の振動が与えられ、ゲームの操作者の手に反動が伝達される。

特開平７−２４１４７号公報

特許文献１に記載されたガンユニットは、ガン本体の全体に対して前後に往復運動を与えるものであって、引き金を操作している指に反動感触を与えるものではないため、臨場感のあるゲーム操作を行うことができない。またガン本体に対して与えられる反力は、モータの回転による振動力に限定されるため、操作者に多様な操作反力を与えることはできない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、操作部を操作している指に対して反力を作用させることができ、さらに、操作部の操作位置に応じて多様な反力を与えることができる操作装置を提供することを目的としている。

本発明の操作装置は、往復移動する移動部材および前記移動部材に移動力を与える操作部と、前記移動部材に前進と後進の力を与えるモータと、前記移動部材の移動位置を検知する位置検知部と、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転動作を変化させる制御装置と、を備えることを特徴としている。

本発明の操作装置によれば、移動部材に直接に反力が与えられるために、移動部材を操作している手や指に直接に操作反力を感じさせることができる。また、移動部材の移動位置を検知して、移動部材に様々な力を与えることができるため、操作部に対して多様な操作感触を与えることが可能である。

本発明の操作装置の前記移動部材は、前進と後進の直線運動をするように構成することができる。

前記位置検知部は、前記移動部材の絶対位置を検知することが好ましい。前記位置検知部は、前記モータから前記移動部材への動力伝達経路に設けてもよいし、前記位置検知部で、前記移動部材を直接に検知してもよい。

前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転数を変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の周波数を変えることができる。

また、前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転量を変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の振幅を変えることもできる。

さらに、前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータのトルクを変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の負荷を変えることもできる。

本発明の操作装置は、操作部で移動させられる移動部材にモータから力が与えられるため、操作部を操作している指に操作反力を与えることができる。また、往復移動する移動部材の位置を検知してモータが制御されるので、移動部材から操作者に多様な操作感触を与えることができる。

本発明の実施形態に係る操作装置の全体構成を示す斜視図である。図１に示す操作装置の平面図であり、操作部および移動部材が前進した状態を示す。図１に示す操作装置の平面図であり、操作部および移動部材が後進した状態を示す。図１に示す操作装置を動作させる制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る操作装置をシューティングゲーム用の銃型コントローラに適用したときの概略構成を示す説明図である。シューティングゲームにおいて、制御装置が行う操作制御処理の流れを示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態に係る操作装置を搭載したゲーム用コントローラの概略構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。操作装置の他の構造例を示す説明図である。本発明の他の実施の形態に係る操作装置の使用例を示す説明図である。図９に示す操作装置を使用して動作させるマニピュレータの説明図である。

以下では、図面を参照しながら，本発明の実施の形態に係る操作装置について詳細に説明する。図１ないし図６では、本発明の実施の形態の操作装置が、シューティングゲーム用の銃型コントローラに搭載された例を示している。ただし、後に説明するように本発明の操作装置は、銃型コントローラ以外の各種コントローラならびにゲーム以外の各種機器に搭載することが可能である。

図１に示す操作装置１は、本体フレーム２と、本体フレーム２にスライド自在に支持された移動部材３と、本体フレーム２に支持され移動部材３に前進と後進の力を与えるモータ１０とを備える。

本体フレーム２は、金属板で形成されており、互いに対向する側板部２ａ、２ｂと後板部２ｃとがコ字形状に折り曲げられて形成されている。移動部材３は合成樹脂材料や軽量金属材料で形成されており、本体部３ａとその先端に設けられ手や指が直接接触する操作部３ｂとを有している。移動部材３の操作部３ｂは本体フレーム２の開口部から前方へ突出している。本体フレーム２の側板部２ａ、２ｂの内側に案内突起２ｄ、２ｄが設けられ、本体部３ａの両側面に案内溝３ｃ、３ｃが形成されている。案内突起２ｄ、２ｄは案内溝３ｃ、３ｃに挿入されており、案内溝３ｃ、３ｃが案内突部２ｄ、２ｄと摺動することによって、移動部材３は側板部２ａ、２ｂに沿って前方（Ｙ１方向）と後方（Ｙ２方向）へ向けて直線軌跡に沿って往復移動可能である。

本体フレーム２の側板部２ａ、２ｂにピニオン軸９が回転自在に支持されており、ピニオン軸９にピニオン歯車４が一緒に回転できるように固定されている。本体部３ａの上面にラック３ｄが一体に形成されており、ラック３ｄの歯列は前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向けて配列している。前記ピニオン歯車４はラック３ｄに常に噛み合っている。

側板部２ａに外側にモータ１０が固定されており、モータ１０の出力軸に出力歯車６が固定されている。側板部２ａの内側に減速歯車列５が設けられている。減速歯車列５を構成する減速歯車５ａ、５ｂは、それぞれ大径歯車と小径歯車とが一体に形成されて、側板部２ａに固定されたギヤ軸に回転自在に支持されている。出力歯車６が減速歯車５ａの大径歯車に噛み合い、減速歯車５ａの小径歯車が減速歯車５ｂの大径歯車に噛み合い、減速歯車５ｂの小径歯車がピニオン歯車４に噛み合っており、モータ１０の回転が減速されてピニオン歯車４に伝達される。

なお、移動部材３は前進と後進ができれば、直線運動でなくてもよい。例えば移動部材３が曲線軌跡に沿って前進と後進するものであってもよい。

図１と図２に示すように、本体フレーム２の後板部２ｃと移動部材３の後端部との間に圧縮コイルバネ７が設けられている。この圧縮コイルバネ７の付勢力によって、ラック３ｄとピニオン歯車４との噛み合いのバックラッシュと、減速歯車列５の噛み合いのバックラッシュが抑制されている。

図１に示すように、本体フレーム２の側板部２ｂの外側に位置検知部８が設けられている。位置検知部８は側板部２ｂに固定された検知ケース８ａと、検知ケース８ａに固定されたステータ部と、検知ケース８ａ内で回転するロータ部８ｂとを有している。前記ピニオン軸９の先端部９ａは、側板部２ｂに形成された軸受け部から側方へ突出してロータ部８ｂと嵌合しており、ロータ部８ｂがピニオン歯車４およびピニオン軸９と一緒に回転する。

位置検知部８は磁気検知式のエンコーダであり、ロータ部８ｂに回転マグネットが固定され、ステータ部にＧＭＲ素子などの磁気検知素子が設けられて、ロータ部８ｂの回転角度が磁気検知素子によって検知される。なお、位置検知部８は、抵抗変化式や光学式のエンコーダであってもよい。

図１に示す実施の形態では、モータ１０の出力軸からラック３ｄまでの動力伝達経路に位置検知部８が設けられているが、移動部材３と本体フレーム２との間にリニア検知方式の位置検知部が設けられてもよい。

位置検知部８として、移動部材３の前進と後進の全ストロークにおいて異なる値を出力できるようにして、移動部材３の絶対位置を検知できるようにしておくことが好ましい。これにより、操作装置１の電源が断たれ、その後に通電されたときに、その時点で移動部材３が前後方向のどの位置に停止しているのかを把握することが可能である。

ただし、位置検知部８として、モータ１０に設けられたエンコーダなどを使用し、移動部材３の相対移動位置のみが検知されるようにしてもよい。この場合には、操作装置１の電源が断たれ、その後に通電されたときに、移動部材３を後進方向や前進方向の基準位置まで移動させてから制御を開始する、いわゆるキャリブレーション処理が行われる。

図４に示すように、操作装置１は制御装置１５を有している。
制御装置１５は、シューティングゲームを司るものであり、ゲーム機本体やパーソナルコンピュータ、または汎用型の情報処理装置などに組み込まれている。制御装置１５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と記憶部１５ａなどを主体として構成されている。シューティングゲームが行われるときは、記憶部１５ａからゲームソフトウエアが呼び出されて、所定のプログラムに応じてゲーム処理動作が行われる。また、制御装置１５にはカラー液晶パネルなどの表示部１６およびスピーカが備えられている。

位置検知部８で検知された検知出力は、位置検知回路１７で検知されて制御装置１５に与えられる。また、制御装置１５からモータドライバ１８に制御信号が与えられて、モータ１０が制御される。モータドライバ１８を駆動する制御信号は、ゲームソフトウエアの一部に組み込まれている。

次に、前記操作装置１の動作について説明する。
この操作装置１は、制御装置１５からモータドライバ１８に制御指令が与えモータ１０を始動することによって、移動部材３を任意の位置へ移動させることができる。例えば、図２に示すように、移動部材３をＹ１方向に前進させた位置で停止させることができ、図３に示すように、Ｙ２方向へ後退させた位置に停止させることもできる。制御装置１５で実行されている制御フローに応じて、移動部材３の初期位置をどの位置に設定することも可能である。

例えば、操作装置１が停止しているときには、図３に示すように移動部材３を後退させておき、操作装置１に電源が投入されると、モータ１０が始動し、移動部材３が図２に示す位置まで前進して、その位置を操作部３ｂの初期位置とすることが可能である。

移動部材３が図２に示す初期位置に設定されているときに、操作部３ｂが指または手によって後方（Ｙ２方向）へ押されると、移動部材３の後退動作が位置検知部８で検知され、位置検出回路１７で後退距離が算出されて制御装置１５に通知される。制御装置１５では、移動部材３が後退したときに、操作反力を与える指令がモータドライバ１８に通知され、モータ１０が動作する。制御装置１５では、操作部３ｂが押されて操作された時点で処理しているフローに基づいてどのような操作反力を与えるべきかを決定し、その時点で適した操作反力を与えるための駆動パターンがモータドライバ１８に与えられる。

この駆動パターンにより、指や手で移動部材３が押されたときに、そのときの制御フローに基づいて、移動部材３のＹ２方向への移動距離をどの程度まで許容するかが決められる。例えば、移動部材３を５ｍｍだけ後退させて、それ以上は後退しないようにモータ１０から移動部材３に移動反力を与えることができ、あるいは、移動部材３を１０ｍｍまで後退させてからそれ以上後退できないようすることもできる。これは、移動部材３が所定位置まで移動したときに、モータ１０のロータにブレーキ力を与え、または移動部材３がＹ１方向へ移動するのを阻止するためのＹ１方向への移動力を与えることで行われる。

次に、前記駆動パターンでモータ１０に与えられる電圧を制御し、モータ１０の駆動トルクを可変することで、移動部材３をＹ２方向へ移動させるのに要する力を変化させることができる。例えば、指や手で操作部３ｂを強い力で押さないと、移動部材３がＹ２方向へ移動できないようにしたり、または比較的軽い力で、予め決められた距離の５ｍｍや１０ｍｍまで後退できるようにすることも可能である。

あるいは、ある時点で、モータ１０の動力トルクをゼロにしてもよい。モータ１０の動力トルクをゼロとした状態で、操作部３ｂが指や手で押し込まれたときには、操作部３ｂを押している指や手には、減速歯車列５による減速抵抗力と、圧縮コイルバネ７による反力のみが感じられて、移動部材３はＹ２方向の終端まで移動させられる。

また、移動部材３がいずれかの位置で停止させられているときに、モータ１０の動力トルクをゼロにすると、圧縮コイルバネ７の弾性力で移動部材３がＹ１方向へ押されて、操作部３ｂが図２に示す初期位置に設定されてもよい。

または、移動部材３がＹ２方向へ所定距離移動したときに、モータ１０のトルクを変化させて、操作部３ｂを押している指または手に振動を感じさせることもできる。このとき、モータ１０の正転と逆転の周波数や回転角度を変化させることで、指や手に感じる振動の周波数を変化させたり、または振動の振幅を変化させることが可能である。

次に、制御装置１５においてシューティングゲームが実行されているときの前記操作装置１の制御動作について詳しく説明する。

シューティングゲームが実行されるときは、制御装置１５の記憶部１５ａに記憶されていたゲームシミュレーションプログラムが読み出され、このプログラムが実行される。ゲームが開始されると、銃を発射したときのシミュレーション画像が表示部１６に表示される。

シューティングゲームが行われるときのゲームコントローラとしては、例えば、図５に示す銃型コントローラ２０が使用される。この銃型コントローラ２０は、引き金部に前記操作装置１が収納されており、移動部材３と一体の操作部３ｂがコントローラ２０からＹ１方向へ突出しており、引き金として使用できるようになっている。

ゲームが開始されると、モータ１０が始動し、操作部３ｂが図５において鎖線で示す初期位置まで前進する。操作部３ｂの初期位置での前進位置は、その時点で処理されているゲーム内容に応じて相違する。

ゲーム操作者の指または手で操作部３ｂがＹ２方向へ押し込まれると、表示部１６に表示されているシューティングゲームのシミュレーション画面において銃画像から発砲される。その発砲の音がスピーカから発せられ、映像が表示部９ｂに表示される。このとき、ゲーム内容に応じてモータ１０が制御され、操作部３ｂを押している手や指に反力や衝撃力あるいは振動力が作用する。

これらの力は銃型コントローラ２０の全体に作用するのではなく、引き金である操作部３ｂに直接に作用するため、操作者にリアリティの高い操作感を与えることができる。

シューティングゲームでは、設定画面に初期メニュー画面が表示されて、ゲームにおいて使用される銃の種類を選択できる。例えば、ピストル、マシンガン、ロケットランチャなどから実行したいゲームを選択することができる。記憶部１５ａにはそれぞれの銃に対応した操作反力などに関する動作パターンが記憶されており、いずれかが選択されて読み出され、選択された動作パターンに基づいて、モータ１０が制御される。

よって、銃の種類によって、引き金を押したときの負荷、遊び（移動量）、反動の大きさ、反動の周波数などを相違させることができる。

以下の表１に示すように、記憶部１５ａでは、ゲームで使用される銃種とモータを駆動する動作パターンとが関連づけられてマッピングされている。したがって、ゲームで使用される銃種が選択されると、その銃種に応じた動作パターンが記憶部１５ａから呼び出される。

表２と表３は、それぞれの動作パターンにおけるモータ１０の制御を示しており、表２は、動作パターンＡ（ピストル）のときのモータ１０の制御を示し、表３は、動作パターンＢ（マシンガン）のときのモータ１０の制御を示している。

表２は、ゲームにおいて選択した銃がピストル（短銃）であるの場合の、モータ１０の制御動作を示している。操作部３ｂの位置は、Ｐ１が図５において鎖線で示す初期位置であり、初期位置Ｐ１からＹ２へ向けて押し込んだ位置が、順番にＰ２とＰ３である。

操作部３ｂが初期位置Ｐ１からＰ２までの押し込まれるストロークは、銃の引き金の遊び移動に相当しており、Ｐ２からＰ３まで押し込まれる動作は発砲準備動作に相当している。そして、操作部３ｂがＰ３に至ると発砲となる。このゲーム動作では、引き金である操作部３ｂが初期位置Ｐ１から位置Ｐ２に至る間は、モータ１０のトルク（Ｙ２方向へ押されている移動部材３をＹ１方向へ押し戻すためのトルク）を小に設定して、引き金に作用する抵抗負荷を小さくし、Ｐ２からＰ３に至る間はモータ１０のトルクを中程度に上げて引き金の負荷を大きくする。このときのモータ１０の制御は、モータ１０に供給する電圧を移動部材３の位置に応じて変化させることによって行われる。

操作部３ｂが、Ｐ３の位置に至ったとき、モータ１０を正転と逆転の１周期分動作させ、移動部材３を１回だけ前後に振動させて、操作部３ｂに発砲時の反動に対応した力が与えられる。なお、このときの振動は所定の周波数で複数周期行われてもよい。

表３は、ゲームにおいて使用する銃がマシンガンの場合のモータ１０の制御動作を示している。表３では、初期位置の操作部３ｂの位置がＭ１で示され、それよりもＹ２方向へ移動した位置が順番にＭ２，Ｍ３で示されている。

操作部３ｂが位置Ｍ１からＭ２まで移動する間が、銃の引き金の遊び動作に相当しており、位置Ｍ２からＭ３に移動する間が発砲準備となり、Ｍ３に至ると発砲位置となる。遊び動作であるＭ１からＭ２の間は、モータ１０のトルクが中程度に設定され、発砲準備期間であるＭ２からＭ３の間は、モータ１０のトルクが大に設定される。ピストルの場合に比較して引き金に少し大きめの負荷を与えることで、マシンガンの重さを操作者に感じさせることが可能になる。銃種によって移動部材３にさせる反力を変化させることで、リアリティの高いゲーム操作の感覚を指や指に直接与えることができる。

表３に示すように、操作部３ｂがＭ３の発砲位置に至ったら、モータ１０を正転と逆転を繰り返すように動作させ、引き金を引く指や手に振動が与えられる。この振動は、マシンガンから弾が発射する周波数に一致しており、やや大きめの振幅で移動部材３が前後に振動させられ、操作部３ｂに連続的な発砲に対応する反力が作用する。

また、ゲーム上でのマシンガンの種類に応じて、操作部３ｂがＭ３に至ったときに移動部材３に与えられる振動の周波数と周期さらには振動時のモータ１０のトルクを変化させることで、マシンガンの大きさなどに応じた操作反動を与えることが可能である。

表１に示すロケットランチャの動作パターンＤでは、発射準備の位置で、モータのトルクを大にして引き金を引く際の負荷を大きくしておく。そして、操作部３ｂが発射位置のときに、モータ１０を大きなトルクで大きな振幅で正転方向と逆転方向へ動作させ、操作部３ｂを操作している手や指に大きな衝撃が与えられる。さらに、発射後に、移動部材３に対して軽負荷の状態で微妙な振動を与えて余韻などを与えることもできる。

また、ビームライフルの動作パターンＥや連続ビーム銃が使用されているときの動作パターンＦでは、引き金を引く指や手に与える反動や振動を、ピストルやマシンガンよりもやや軽めに設定しておく。すなわち、モータ１０から与えられる反力のトルクを小さくし、振動の振幅も小さく設定する。

また、ゲームソフトでは、銃に装填されている弾丸の数を知らせる銃弾情報が含まれている。この銃弾情報は表示部１６に表示される。

また、銃弾情報を使用して、操作部３ｂに与える操作反力を変化させることも可能である。例えば、使用可能な弾丸の数が減少するのにしたがって、操作部３ｂの突出位置が変化するように、移動部材３の位置を制御することができる。また、使用可能な弾丸がゼロ（弾切れ）になったときに、モータ１０への供給電力を瞬時にゼロにし、移動部材３に作用しているＹ１方向への反力を無くし、操作中の引き金の負荷を急激に低下させてもよい。この場合に、新たに銃弾が補充されたときは、モータ１０を始動し、移動部材３をＹ１方向へ移動させて、操作部３ｂの位置を図５において鎖線で示す初期位置へ復帰させてもよい。

次に、シューティングゲームのシミュレーションを実行する際に制御装置１５で実行される処理動作を図６に基づいて説明する。

図６に示すフローチャートでは、「Ｓ」がステップ（ＳＴＥＰ）を意味している。
シューティングゲームが実行されているときに、図５に示す銃型コントローラ２０を実際の銃のように手に持って、表示部９ｂに向けて指や手で操作部３ｂである引き金を引くことにより、表示部９ｂに発砲の映像が映し出され、スピーカから発砲音が発せられる。

図６に示すように、制御装置１５ではステップＳ１０で銃種情報があるか否か判断し、銃種情報がある場合は、Ｓ２０にて銃種に対応した移動部材の動作パターンを記憶部１５ａから読み出す。銃種情報があるときは表１に示す動作パターンデータのいずれかが選択されて読み出される。

Ｓ３０では、引き金の位置すなわち移動部材３の位置を検出する。ここでは、操作部３ｂが押されて移動部材３が移動したか否か、またどの位置へ移動したかが検知される。Ｓ４０で銃弾情報（例えば弾切れ情報）があるか否かを確認し、銃弾情報がないときは、Ｓ６０において、銃を通常に操作しているときの動作パターンに基づいてモータ１０が制御され、移動部材３に反力や振動が与えられる。

Ｓ４０にて銃弾情報（例えば弾切れ情報）がありと判断された場合には、Ｓ５０にて取得した銃弾情報に基づいて操作部３ｂの位置を変化させ、例えば、モータ１０の通電を停止させるなどの制御が行われる。

Ｓ７０では、操作終了か否かを判断し、操作終了でないと判断した場合にはＳ１０の処理に戻り、操作終了と判断した場合には一連の制御動作を終了する。

なお、シューティングゲームに使用されるコントローラは、図６に示す銃型コントローラ２０に限られず、図７に示すスティック型コントローラ３０であってもよい。スティック型コントローラ３０を手で保持し、操作部３ｂに指をかけてＹ２方向へ押すことによって、前記と同様にしてシューティングゲームを操作することができる。

図８には、前記実施の形態と異なる機構を有する操作装置１が示されている。図８に示す機構は、モータ１０の動力が減速歯車２１を介してリンク駆動歯車２２に減速されて伝達される。リンク２３はリンク駆動歯車２２と共に回動し、リンク２３の先部に設けられた駆動突起２４が、移動部材３に形成された摺動穴２５の内部に挿入されている。この機構では、モータ１０の回転に応じてリンク２３が回動し、移動部材３がＹ１−Ｙ２方向へ往復移動できるようになる。移動部材３に形成された操作部３ｂがＹ２方向へ押されると、リンク２３とリンク駆動歯車２２が反時計回りに回動する。移動検知部によりリンク駆動歯車２２の回転角度などが検知され、その検知状態に応じてモータ１０の駆動状態が変化させられる。

前記実施の形態では、ゲーム装置やパーソナルコンピュータまたは汎用型情報処理装置の制御装置１５でシューティングゲームが実行されているときに、制御装置１５からのフィードバックによってモータ１０の駆動が制御されているが、図５や図７に示すコントローラ２０、３０の内部に制御装置が設けられ、その制御装置からの制御動作でモータ１０が駆動されてもよい。

また、前記操作装置１を備えたコントローラによって、シューティングゲーム以外のゲームの操作が行われてもよい。例えば、カードライビングゲームにおいて、操作部３ｂを押し込むことでアクセルやブレーキ操作を行うことができる。この場合も、モータ１０によって操作部３ｂの押し込み位置に応じた反力を生じさせることができる。

図９に示す実施の形態では、コントローラ４０に操作装置１が２組設けられ、２つの操作部３ｂ、３ｂを個別に操作できるようになっている。

このコントローラ４０では、例えば図１０に示すように表示部１６に表示されるマニピュレータ４２を操作するシミュレーションを行うことができる。例えば、２つの指４５，４６で、操作部３ｂ、３ｂを個別に操作することで、画面に表示されたマニピュレータ４２の２つのアーム４２ａ、４２ｂで物体４３をつまむことができる。

この場合にも、２つの操作部３ｂ、３ｂの押し込み位置に応じて指４５，４６に反力があたえられることで、アーム４２ａ，４２ｂで物体４３をつまんだときと同じ操作感触を与えることができる。

また、マニピュレータ４２は画面に表示されたシミュレーションに限られず、実際に機械動作で動くことができるマニピュレータを、コントローラ４０で操作することができる。

さらにコントローラに操作装置１を５組設ければ、片手の５本の指のそれぞれで操作部３ｂを操作することができる。この場合には、５本の指で物体を掴む感触を操作者に与えることができる。このように、本実施形態に係る操作装置１の応用範囲は非常に広く、マニピュレータ以外にも適用可能である。

なお、前記各実施の形態では、移動部材３の一部で操作部３ｂが構成されているが、移動部材３と操作部３ｂとが別体に構成され、操作部３ｂによる操作力が連結部を介して移動部材３に与えられるものであってもよい。

１操作装置
２本体フレーム
２ａ、２ｂ側板部
２ｃ後板部
２ｄ案内突起
３移動部材
３ａ本体部
３ｂ操作部
３ｃ案内溝
３ｄラック
４ピニオン歯車
５減速歯車列
５ａ、５ｂ減速歯車列
６出力歯車
７圧縮コイルバネ
８位置検知部
９ピニオン軸
１０モータ
１５制御装置
２０銃型コントローラ
３０スティック型コントローラ
４０コントローラ
４２マニピュレータ
４２ａ、４２ｂアーム
４３物体

本発明の操作装置によれば、移動部材に直接に反力が与えられるために、移動部材を操作している手や指に直接に操作反力を感じさせることができる。また、移動部材の移動位置を検知して、移動部材に様々な力を与えることができるため、操作者に対して多様な操作感触を与えることが可能である。

この駆動パターンにより、指や手で移動部材３が押されたときに、そのときの制御フローに基づいて、移動部材３のＹ２方向への移動距離をどの程度まで許容するかが決められる。例えば、移動部材３を５ｍｍだけ後退させて、それ以上は後退しないようにモータ１０から移動部材３に移動反力を与えることができ、あるいは、移動部材３を１０ｍｍまで後退させてからそれ以上後退できないようすることもできる。これは、移動部材３が所定位置まで移動したときに、モータ１０のロータにブレーキ力を与え、または移動部材３がＹ２方向へ移動するのを阻止するためのＹ１方向への移動力を与えることで行われる。

シューティングゲームでは、設定画面に初期メニュー画面が表示されて、ゲームにおいて使用される銃の種類を選択できる。例えば、ピストル、マシンガン、ロケットランチャなどから望みのものを選択することができる。記憶部１５ａにはそれぞれの銃に対応した操作反力などに関する動作パターンが記憶されており、いずれかが選択されて読み出され、選択された動作パターンに基づいて、モータ１０が制御される。

操作部３ｂが位置Ｍ１からＭ２まで移動する間が、銃の引き金の遊び動作に相当しており、位置Ｍ２からＭ３に移動する間が発砲準備となり、Ｍ３に至ると発砲位置となる。遊び動作であるＭ１からＭ２の間は、モータ１０のトルクが中程度に設定され、発砲準備期間であるＭ２からＭ３の間は、モータ１０のトルクが大に設定される。ピストルの場合に比較して引き金に少し大きめの負荷を与えることで、マシンガンの重さを操作者に感じさせることが可能になる。銃種によって移動部材３にさせる反力を変化させることで、リアリティの高いゲーム操作の感覚を指や手に直接与えることができる。

なお、シューティングゲームに使用されるコントローラは、図５に示す銃型コントローラ２０に限られず、図７に示すスティック型コントローラ３０であってもよい。スティック型コントローラ３０を手で保持し、操作部３ｂに指をかけてＹ２方向へ押すことによって、前記と同様にしてシューティングゲームを操作することができる。

Claims

往復移動する移動部材および前記移動部材に移動力を与える操作部と、
前記移動部材に前進と後進の力を与えるモータと、
前記移動部材の移動位置を検知する位置検知部と、
前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転動作を変化させる制御装置と、
を備えることを特徴とする操作装置。
前記移動部材は、前進と後進の直線運動をする請求項１に記載の操作装置。
前記位置検知部は、前記移動部材の絶対位置を検知する請求項１または請求項２に記載の操作装置。
前記位置検知部は、前記モータから前記移動部材への動力伝達経路に設けられている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の操作装置。
前記位置検知部は、前記移動部材を直接に検知する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の操作装置。
前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転数を変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の周波数を変える請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の操作装置。
前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータの回転量を変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の振幅を変える請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の操作装置。
前記制御装置は、前記位置検知部からの出力信号に応じて前記モータのトルクを変えることで、前記移動部材に与えられる操作反力の負荷を変える請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の操作装置。