WO2016170907A1 - 力覚発生装置 - Google Patents

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小野寺　幹夫
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アルプス電気株式会社
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    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts

Definitions

  • the present invention relates to a force generation device that can perceive a force in a certain direction.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a force generation device that allows an operator to perceive a force in a certain direction by reciprocating an object having a predetermined mass.
  • the force generation device of Patent Document 1 includes a flat plate cam having an annular cam groove, a rotating body that rotates with mass, and a cam follower that rotates along with the rotating body along the cam groove. .
  • the rotating body is connected to a rotation center disposed inside the cam groove via a coil spring.
  • the cam groove includes a curved surface in which the distance between the rotation center and the cam follower is suddenly shortened and a curved surface in which the distance is gradually increased.
  • a force sense is generated by rotating a rotating body and a cam follower along the cam groove to generate an asymmetric acceleration between a direction in which the coil spring extends and a direction in which the coil spring contracts.
  • the force generation device of Patent Document 2 includes an elliptical cam that rotates eccentrically around a rotation axis, and a guide bar that is arranged to move up and down at a position that deviates from the rotational center of the elliptical cam.
  • the lower end of the guide bar is in contact with the cam surface which is the side surface of the elliptical cam, and a weight is fixed to the upper end.
  • JP 2010-21010A International Publication No. 2007/086426
  • Patent Document 1 since the rotating body having mass rotates together with the cam follower, acceleration occurs in a direction different from the direction of the force to be perceived. Because this acceleration causes vibrations, it is difficult to make a unidirectional force stand out.
  • a flat plate cam having the same cam groove is overlapped on the flat plate cam described above, and the lower cam follower is reversed together with a rotating body having the same mass as the upper side.
  • a configuration is also described in which an acceleration in a direction other than the direction of the force to be perceived can be canceled by rotating.
  • Patent Document 2 describes the direction of the force to be perceived by providing an elliptical cam having the same shape as that of the above-described elliptical cam on a rotating shaft arranged coaxially with the above-described elliptical cam and rotating it reversely. A configuration in which the sum of force vectors generated in different directions is zero is also described. However, in such a configuration, two elliptical cams and a drive system for driving them are required, and the structure becomes complicated.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a force generation device that has a simple structure and can make an operator noticeably only a force in one direction. .
  • the force generation device of the present invention includes a disk that rotates with a rotation shaft at the center of gravity, a motor that rotates the disk, and a cam that is formed on the surface of the disk so as to surround the rotation shaft. And a weight that reciprocates along a linear trajectory perpendicular to the rotational axis of the disk, and a follower that is provided on the weight and is given a moving force from the cam.
  • the cam has a first angle range and a second angle range, and when the disk rotates in one direction, the weight is between the first angle range and the second angle range. The weights are moved in directions opposite to each other, and the weight is moved at different accelerations in the first angle range and the second angle range.
  • the follower reciprocates on a straight line together with the weight by the rotation of the cam. Since the cam is formed so that the acceleration differs between the first angle range in which the follower and the weight move forward and the second angle range in which the follower and the weight move backward, the follower moves forward with respect to the operator. It is possible to perceive a force corresponding to the difference in acceleration between time and backward movement in the direction of a straight line.
  • the weight is restricted to move only in a straight line, and a disk with almost no mass deviation is rotated around its center of gravity, so there is no acceleration or force in directions other than the direction of the force that the operator wants to perceive. It does not occur and there is almost no vibration.
  • the angle required to move the follower by a predetermined distance in the radial direction of the disk is smaller in the first angle range than in the second angle range.
  • the shape of the cam is determined.
  • the follower is provided at one end of the weight in the moving direction, and the follower moves only on one side across the rotation shaft, and the other end of the weight. It is preferable that the part moves only on the other side across the rotation shaft.
  • the movement trajectory of the weight does not protrude greatly from the outer periphery of the disk, and thus it can be configured in a small size.
  • the first angle range and the second angle range may appear a plurality of times in this order while the disk rotates once.
  • the force generation device of the present invention no acceleration or force is generated in a direction other than the direction of the force that the operator wants to perceive. For this reason, since vibration hardly occurs, it is possible to make the operator perceive only a force in one direction. In addition, since vibration hardly occurs, a configuration in which two of the same configuration are arranged side by side and rotated in directions opposite to each other to suppress the vibration as in the prior art becomes unnecessary, and the device configuration can be simplified.
  • FIG. 7 is a plan view 7 showing a modification of the force sense generating mechanism in the present embodiment.
  • the force sensation generating device of the present invention is mounted on a portable information terminal device, a game device, or the like, and can make an operator perceive a force that is artificially pulled in a certain direction.
  • This device is linked to the control of various game software such as a fishing game and operated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a force generation device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the force generation mechanism shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view. is there.
  • a force sense generator 1 shown in FIG. 1 is provided with a case 2, a force sense generating mechanism 3 that generates a pseudo force F in the X direction, and a motor that drives the force sense generating mechanism 3. 4.
  • the motor 4 is supported in the case 2, and the force sense generating mechanism 3 is disposed below the motor 4.
  • the force generation mechanism 3 is perceived in one direction by converting the rotational motion of the cam into a reciprocating motion on the straight line of the weight so that the acceleration of the weight during the forward movement and the backward movement is asymmetric. Force F is generated.
  • the force generation mechanism 3 includes a disk 6 that can rotate around a rotating shaft 5 that is rotated by a motor 4.
  • the disc 6 is almost a perfect circle, has almost no mass deviation, and the rotation shaft 5 is set at the center of gravity.
  • a cam groove 7 formed so as to surround the rotating shaft 5 is formed on one surface of the disc 6, here the lower plane 6 a.
  • a weight 9 is provided on the lower side of the disk 6.
  • the weight 9 is guided by inner walls 2a and 2a formed inside the case 2 so as to be movable only along the locus of the straight line G, and is restricted so as not to move except in the linear direction.
  • a pin-shaped follower 8 is fixed to the weight 9 in the vicinity of an end 9 a on the left side of FIG. 3, and the follower 8 slides in the cam groove 7.
  • the straight line G means a movement locus that passes through the center O of the rotating shaft 5 of the disc 6 and extends perpendicularly to the rotating shaft 5, and the follower 8 moves on the straight line G.
  • the straight line G coincides with the center line extending in the X direction by dividing the weight 9 into the width dimension in the Y direction. Therefore, the mass that reciprocates in the X direction does not cause mass deviation in the Y direction.
  • the weight 9 has a long shape (rectangular shape), and the longitudinal direction is directed to the X direction, which is the moving direction.
  • a follower 8 is provided at a position near the left end 9 a of the weight 9.
  • the follower 8 moves only in the left region sandwiching the rotation shaft 5, and the end 9 b facing the right side of the weight 9 moves only in the right region sandwiching the rotation shaft 5.
  • the weight 9 can be made relatively large to increase the mass, and the weight 9 that reciprocates in the X direction does not protrude significantly from the projection area of the disk 6. Further, as shown in FIG. 4, it is possible to adopt a structure in which the reciprocating weight 9 does not protrude from the projection area of the disk 6.
  • the acceleration when the weight 9 moves forward in the X direction (during forward movement) and the acceleration when the weight 9 moves back in the opposite direction (during backward movement) are asymmetrical.
  • One-way force F can be perceived.
  • the acceleration when the weight 9 moves in the left direction in the drawing is larger than the acceleration when the weight 9 moves back in the right direction, and this is repeated.
  • the weight 9 is limited so as to be able to perform only linear movement, and the weight 9 is not rotated, but the disk 6 having almost no mass deviation is rotated around its center of gravity. Since no acceleration or force is generated in a direction other than the direction of the force F in the X direction that the person wants to perceive, vibration hardly occurs. For this reason, it is possible to make the operator notice only the force F in the X direction.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the cam groove 7 according to the present embodiment.
  • the cam groove 7 shown in FIG. 3 is configured so that the follower 8 and the weight 9 reciprocate twice each time the cam groove 7 makes one round (the disk 6 makes one rotation).
  • the cam groove 7 is configured by a curve in which the acceleration in the first angle range ⁇ 1 (during forward movement) suddenly increases in a short time, and the acceleration in the second angle range ⁇ 2 (during backward movement) is long. It consists of a curve that decreases with time. That is, the rotation angle required to move the follower 8 by a predetermined distance in the radial direction around the rotation axis 5 while the disc 6 rotates is such that the first angle range ⁇ 1 is greater than the second angle range ⁇ 2. Is set small enough.
  • the first angular range ⁇ 1 (during forward movement) and the second angular range ⁇ 2 (during backward movement) are smoothly continuous.
  • the amount of change in the distance between the follower 8 and the center O of the rotating shaft 5 becomes the amount of movement of the weight 9.
  • the mass of the weight 9 is M
  • the average acceleration of the weight 9 in the first angle range ⁇ 1 is ⁇ 1
  • the average acceleration of the weight 9 in the second angle range ⁇ 2 is ⁇ 2
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the force generation mechanism 3 in the present embodiment.
  • FIGS. 4A to 4C show the transition of the state when the disk 6 is rotated in the direction of the arrow.
  • . 4A shows the case where the follower 8 is at the start point of the first angle range ⁇ 1
  • FIG. 4B shows the case where the follower 8 is at the start point of the second angle range ⁇ 2 (the first angle range ⁇ 1).
  • FIG. 4C shows the case where the follower 8 is at the end point of the second angle range ⁇ 2 (the start point of the next first angle range ⁇ 1).
  • the follower 8 slides in the second angle range ⁇ 2 of the cam groove 7 and moves in the right direction as shown in FIG. Return to. At this time, the follower 8 and the weight 9 move in the X direction in a longer time than the first angle range ⁇ 1 due to acceleration smaller than the first angle range ⁇ 1.
  • the disk 6 when the disk 6 is rotated from the state shown in FIG. 4A to the state shown in FIG. 4C, the disk 6 rotates 180 degrees, and the follower 8 and the weight 9 reciprocate once. When the disk 6 further rotates 180 degrees, the follower 8 and the weight 9 reciprocate once more. At this time, the follower 8 and the weight 9 move forward in the X direction in a short time with a large acceleration, and return in the opposite direction to the X direction in a long time with a smaller acceleration. By continuing to rotate the disk 6 by the motor 4, the follower 8 and the weight 9 repeat reciprocating motion that reciprocates twice per rotation of the disk 6. Thereby, the operator can perceive the force F in the X direction.
  • the case where the disk 6 is rotated in the direction of the arrow in FIG. 3 is taken as an example, but the present invention is not limited to this, and the disk is in the direction opposite to the direction of the arrow in FIG. 6 may be rotated.
  • the operator can perceive a force in the direction opposite to the X direction.
  • the cam groove 7 shown in FIG. 3 is an example in which the first angle range ⁇ 1 during forward movement and the second angle range ⁇ 2 during backward movement are formed in such a manner that two rounds are continuously arranged in this order.
  • the cam groove 7 may be formed so that the first angle range ⁇ 1 and the second angle range ⁇ 2 are three consecutive in this order so as to make one round. As the number of consecutive first angle ranges ⁇ 1 and second angle ranges ⁇ 2 increases, the number of times the follower 8 and the weight 9 reciprocate per rotation of the disk 6 can be increased. Further, the cam groove 7 may be formed so as to make one turn in the first angle range ⁇ 1 and the second angle range ⁇ 2.
  • the cam groove 7 as shown in FIG. 3 is formed as the cam formed on one surface of the disk 6 is described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • a protrusion 10 having a curve similar to that of the cam groove 7 shown in FIG. 3 is formed on the flat surface 6a below the disk 6 so as to protrude downward, and this protrusion 10 is formed as a cam.
  • the weight 9 may be provided with a spring 11 that biases the outer shape of the protrusion 10 as a cam so that the follower 8 is brought into contact therewith.
  • the follower 8 and the weight 9 are reciprocated similarly to the present embodiment by the motor 4, so that the operator can perceive the force F in the X direction remarkably. be able to.

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Abstract

簡素な構造で、操作者に対して一方向の力のみを際だって知覚させることができる力覚発生装置を提供する。回転軸を中心に回転可能な円板（６）と、円板（６）の一方の平面に、回転軸（５）を囲むように形成されたカム溝（７）と、円板（６）の回転軸中心に垂直な直線上に配置され、円板（６）の回転に伴って回転するカム溝（７）によって直線（Ｇ）上を往復運動させられるフォロワー（８）と、フォロワー（８）に設けられた錘（９）とを備え、カム溝（７）はフォロワー（８）が直線（Ｇ）上を往動させられる第１の角度範囲（θ１）と、フォロワー（８）が直線（Ｇ）上を復動させられる第２の角度範囲（θ２）を有し、第１の角度範囲（θ１）と第２の角度範囲（θ２）とで錘（９）の加速度が異なるカム形状となるように構成する。

Description

力覚発生装置
　本発明は、一定の方向の力を知覚させることができる力覚発生装置に関する。
　特許文献１および特許文献２には、所定の質量を有する物体を往復移動させて、操作者に対して一定の方向へ力を知覚させることができる力覚発生装置が記載されている。
　特許文献１の力覚発生装置は、環状のカム溝が形成された平板カムと、質量を持って回転する回転体と、この回転体とともにカム溝に沿って回転するカムフォロワーとを備えている。回転体は、カム溝の内側に配置される回転中心に、コイルバネを介して接続されている。カム溝は、回転中心とカムフォロワーとの距離が急に短くなる曲面と、徐々に長くなる曲面とを備える。前記カム溝に沿って回転体とカムフォロワーを回転させて、コイルバネが延びる方向と縮む方向とで非対称な加速度を発生させることによって、力覚を発生させている。
　特許文献２の力覚発生装置は、回転軸周りに偏心して回転する楕円カムと、楕円カムの回転中心からずれた位置で上下動するように配置されたガイド棒とを備える。ガイド棒の下端は楕円カムの側面であるカム面に接触しており、上端には錘が固定されている。楕円カムを偏心して回転させると、ガイド棒が上方に動くときと下方に動くときとで非対称な加速度を発生させることができ、力覚を発生させることができる。
特開２０１０－２１００１０号公報 国際公開第２００７／０８６４２６号
　特許文献１の構成では、質量を有する回転体がカムフォロワーとともに回転するので、知覚させたい力の方向とは異なる方向にも加速度が生じてしまう。この加速度が振動を引き起こすため、一方向の力のみを際だって知覚させるのは難しい。この点、特許文献１では、上述した平板カムに、同様のカム溝が形成された平板カムを下側に向けて重ねて設け、下側のカムフォロワーを上側と同じ質量を有する回転体とともに逆回転させることで、知覚させたい力の方向以外の方向の加速度を相殺できるとする構成も記載されている。ところが、このような構成では、平板カムと回転体とカムフォロワーからなる構成が上下に２つ必要になり、さらにこれらを別々に駆動する駆動系も必要になるので、構造が複雑になる。しかも、この構成では加速度を相殺させるために、知覚させたい力の方向以外の方向での上下のカムフォロワーの回転角度が常に正確に逆向きになるように動かす必要があり、これらの回転が少しでもずれると、知覚させたい力の方向以外の方向の加速度が相殺されずに、振動が発生してしまう。
　また、特許文献２の構成では、楕円カムを偏心して回転させるため、この構成においても振動が発生し易いため、一方向の力のみを際だって知覚させるのは難しい。この点、特許文献２には、上述した楕円カムと同じ形状の楕円カムを、上述した楕円カムと同軸上に配置した回転軸に設けて逆回転させることにより、知覚させたい力の方向とは異なる方向に発生する力ベクトルの総和をゼロにする構成も記載されている。ところが、このような構成では、２つの楕円カムとこれらを駆動する駆動系がそれぞれ必要になるので、構造が複雑になる。しかも、２つの楕円カムを別々に正確に逆回転させる必要があり、２つの楕円カムの回転が少しでもずれると、知覚させたい力の方向以外の方向の力ベクトルが相殺されずに、振動が発生してしまう。このように、特許文献１及び特許文献２の構成では、振動の発生を効果的に抑えるためには、２つのカムフォロワーや２つの楕円カムを正確に逆回転させるための高性能な制御が必要になる。
　本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、簡素な構造で、操作者に対して一方向の力のみを際だって知覚させることができる力覚発生装置を提供することを目的としている。
　本発明の力覚発生装置は、　重心に回転軸を有して回転する円板と、前記円板を回転駆動するモータと、前記円板の表面に前記回転軸を囲むように形成されたカムと、前記円板の回転軸と垂直な直線軌跡に沿って往復移動する錘と、前記錘に設けられて前記カムから移動力が与えられるフォロワーと、を有しており、
　前記カムは、第１の角度範囲と第２の角度範囲を有し、前記円板が一方向へ回転するときに、前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲とで、前記錘が互いに逆向きに移動させられ、且つ前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲とで、前記錘が異なる加速度で移動させられることを特徴とする。
　本発明の力覚発生装置によれば、カムの回転によって、フォロワーが錘とともに直線上を往復運動する。フォロワーと錘が往動する第１の角度範囲と、フォロワーと錘が復動する第２の角度範囲とでは加速度が異なるようにカムが形成されているので、操作者に対してフォロワーの往動時と復動時の加速度の差に応じた力を直線の方向に知覚させることができる。錘は直線でのみ運動するように制限され、質量の偏りがほとんどない円板をその重心を中心に回転させているため、操作者に知覚させたい力の方向以外の方向には加速度や力が発生せず、振動もほとんど発生しない。よって、操作者に一方向の力のみを際だって知覚させることができる。また、振動がほとんど発生しないので、従来のように振動を抑制するために同じ構成のものを２つ並べて互いに反対方向に回転させるなどの構成が不要であり、装置構成を簡素化することができる。
　本発明の力覚発生装置では、前記フォロワーを前記円板の半径方向へ所定の距離だけ移動させるのに要する角度は、前記第１の角度範囲の方が前記第２の角度範囲よりも小さくなるように、前記カムの形状が決められているものである。
　本発明の力覚発生装置は、前記錘の移動方向に向く一方の端部に前記フォロワーが設けられ、前記フォロワーは前記回転軸を挟んだ一方の側でのみ移動し、前記錘の他方の端部は、前記回転軸を挟んだ他方の側でのみ移動することが好ましい。
　上記構成の力覚発生装置では、錘が往復移動したときに、錘の移動軌跡が、円板の外周から大きく突出することがなくなるため、小型に構成することができる。
　本発明の力覚発生装置は、前記円板が１回転する間に、前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲が、この順で複数回現れるものとすることができる。
　本発明の力覚発生装置によれば、操作者に知覚させたい力の方向以外の方向には加速度や力は発生しない。このため、振動もほとんど発生しないので、操作者に一方向の力のみを際だって知覚させることができる。また、振動がほとんど発生しないので、従来のように振動を抑制するために同じ構成のものを２つ並べて互いに反対方向に回転させるなどの構成が不要となり、装置構成を簡素化することができる。
本発明の実施の形態に係る力覚発生装置の全体構成を示す断面図である。 図１に示す力覚発生機構の可動部を示す斜視図である。 図１に示す力覚発生機構の平面図である。 図１に示す力覚発生機構の動作説明図である。 本実施の形態における力覚発生機構の変形例を示す平面7図である。
　本発明の力覚発生装置は、携帯用情報端末装置やゲーム装置など搭載されるものであり、操作者に対して擬似的に一定の方向へ引っ張られるような力を知覚させることができる。この装置は、魚釣りゲームなどの各種ゲームソフトの制御にリンクさせ動作させる。
　図１は、本発明の実施の形態に係る力覚発生装置の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す力覚発生機構の斜視図であり、図３は平面図である。
　図１に示す力覚発生装置１は、ケース２と、ケース２内に設けられ、Ｘ方向に擬似的な力Ｆを発生させる力覚発生機構３と、この力覚発生機構３を駆動するモータ４とを備える。本実施の形態では、モータ４がケース２内に支持されており、モータ４の下方に力覚発生機構３が配置されている。力覚発生機構３は、カムの回転運動を錘の直線上の往復運動に変換し、往動時と復動時の錘の加速度が非対称となるようにすることで、一方向に知覚される力Ｆを発生させるものである。
　具体的には図２に示すように、力覚発生機構３は、モータ４によって回転させられる回転軸５を中心に回転可能な円板６を備える。この円板６はほぼ真円であり、質量の偏りはほとんどなく、回転軸５が重心に設定されている。円板６の一方の面、ここでは下側の平面６ａに、回転軸５を囲むように形成されたカム溝７が形成されている。
　円板６の下側に錘９が設けられている。錘９はケース２の内部に形成された内壁２ａ，２ａに案内されて直線Ｇの軌跡に沿ってのみ移動できるように案内されており、直線方向以外には動かないように規制されている。錘９には、図３の図示左側の端部９ａ付近にピン状のフォロワー８が固定されており、フォロワー８がカム溝７を摺動している。
　前記直線Ｇは、円板６の回転軸５の中心Ｏを通り且つ回転軸５と垂直に延びる移動軌跡を意味しており、フォロワー８はこの直線Ｇ上を移動する。直線Ｇは、錘９をＹ方向の幅寸法に二分してＸ方向に延びる中心線と一致している。よって、Ｘ方向へ往復移動する錘はＹ方向へ質量の偏りが生じないようになっている。
　錘９は長尺形状（長方形状）であり、長手方向が移動方向であるＸ方向に向けられている。図３に示すように、錘９の左側の端部９ａに近い位置にフォロワー８が設けられている。図４に示すように、フォロワー８は、回転軸５を挟んだ左側の領域のみで移動し、錘９の右側に向く端部９ｂは、回転軸５を挟んだ右側の領域のみで移動する。この構造では、錘９を比較的大きくして質量を大きくでき、しかもＸ方向へ往復移動する錘９が、円板６の投影領域内から大きく突出することがない。また、図４に示すように、往復移動する錘９が円板６の投影領域内から突出しない構造とすることも可能である。
　円板６を回転させると、その回転に伴ってカム溝７が回転し、カム溝７に挿入されているフォロワー８が、直線Ｇ上を往復運動させられる。これにより、錘９がＸ方向とその反対方向に往復運動させられる。
　この場合、錘９がＸ方向に往動するとき（往動時）の加速度と、その反対側に復動するとき（復動時）の加速度が非対称となるようにすることで、操作者に一方向の力Ｆを知覚させることができる。この実施の形態では、錘９が図示左方向へ往動するときの加速度の方が、右方向へ復動するときの加速度よりも大きく、これが繰り返される。
　これにより、操作者に擬似的にＸ方向の力Ｆを知覚させることができる。しかも、本実施の形態では、錘９が直線運動のみができるように制限され、錘９を回転させるのではなく、質量の偏りがほとんどない円板６をその重心を中心として回転させるので、操作者に知覚させたいＸ方向の力Ｆの方向以外の方向には加速度や力は発生しないため、振動はほとんど発生しない。このため、操作者にＸ方向の力Ｆのみを際だって知覚させることができる。
　本実施の形態では、このようなフォロワー８と錘９が往動時と復動時の加速度が、カム溝７の形状によって設定されている。図３は、本実施の形態によるカム溝７の構成例を示す。図３に示すカム溝７は、カム溝７が１周（円板６が１回転）するごとに、フォロワー８と錘９が２回往復動するように構成されている。図３では、カム溝７のうち、フォロワー８と錘９が図示左方向へ往動するときの角度範囲を第１の角度範囲θ１とし、フォロワー８と錘９が図示右方向へ復動するときの角度範囲を第２の角度範囲θ２とすると、θ１＜θ２、θ１＋θ２＝１８０度である。
　カム溝７は、第１の角度範囲θ１（往動時）での加速度が短い時間で急に大きくなるような曲線で構成され、第２の角度範囲θ２（復動時）での加速度が長い時間で小さくなるような曲線で構成されている。すなわち、円板６が回転する間に、フォロワー８を回転軸５を中心とする半径方向へ所定距離だけ移動させるのに要する回転角度は、第１の角度範囲θ１が第２の角度範囲θ２よりも十分に小さく設定されている。
　なお、第１の角度範囲θ１（往動時）と第２の角度範囲θ２（復動時）は滑らかに連続している。このようなカム溝７では、フォロワー８と回転軸５の中心Ｏとの距離の変化量が、錘９の移動量となる。このとき、錘９の質量をＭとし、第１の角度範囲θ１での錘９の平均加速度をα１、第２の角度範囲θ２での錘９の平均加速度をα２とすれば、フォロワー８と錘９が一往復する度に、Ｘ方向にほぼＦ＝Ｍα１－Ｍα２の力を操作者に知覚させることができる。
　次に、このような構成の力覚発生装置１の動作について説明する。図４は、本実施の形態における力覚発生機構３の動作説明図であり、図４（ａ）～（ｃ）は円板６を矢印方向に回転させたときの状態の推移を示している。図４（ａ）は、フォロワー８が第１の角度範囲θ１の始点にあるときであり、図４（ｂ）は、フォロワー８が第２の角度範囲θ２の始点（第１の角度範囲θ１の終点）にあるときである。図４（ｃ）は、フォロワー８が第２の角度範囲θ２の終点（次の第１の角度範囲θ１の始点）にあるときである。
　図４（ａ）に示す状態から、モータ４により円板６を矢印方向に回転させると、円板６の回転に伴ってカム溝７も同方向に回転し、図４（ｂ）に示す状態を経て、図４（ｃ）に示す状態まで回転する。図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態までは、フォロワー８はカム溝７の第１の角度範囲θ１で摺動しながら、錘９とともに図示左方向へ往動する。このとき、フォロワー８と錘９は、大きな加速度により短時間でＸ方向に移動する。これに対して、図４（ｂ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態までは、フォロワー８はカム溝７の第２の角度範囲θ２で摺動しながら、錘９とともに図示右方向へ復動する。このとき、フォロワー８と錘９は、第１の角度範囲θ１よりも小さな加速度により、第１の角度範囲θ１よりも長時間でＸ方向に移動する。
　このように、円板６を図４（ａ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態まで回転させると、円板６は１８０度回転し、フォロワー８と錘９は一往復する。さらに円板６が１８０度回転すると、フォロワー８と錘９はもう一往復する。このとき、フォロワー８と錘９は、大きな加速度により短時間でＸ方向に往動し、それよりも小さな加速度により長い時間でＸ方向とは反対方向に復動する。モータ４により円板６を回転し続けることにより、フォロワー８と錘９が、円板６の１回転当たり２往復する往復運動を繰り返す。これにより、操作者にＸ方向の力Ｆを知覚させることができる。
　特に、本実施の形態では、上述したように振動がほとんど発生しないので、操作者にＸ方向の力Ｆのみを際だって知覚させることができる。また、振動がほとんど発生しないので、従来のように振動を抑制するために同じ構成のものを２つ並べて互いに反対方向に回転させるなどの構成は不要であるため、装置構成を簡素化することができる。
　なお、本実施の形態では、図３の矢印方向に円板６を回転させた場合を例に挙げているが、これに限られるものではなく、図３の矢印方向とは反対方向に円板６を回転させるようにしてもよい。これにより、操作者にＸ方向とは反対方向の力を知覚させることができる。また、このような本実施の形態に係る力覚発生装置１を異なる方向に複数配置することで、所望の方向の力を操作者に知覚させることができる。また、図３に示すカム溝７は、往動時の第１の角度範囲θ１と復動時の第２の角度範囲θ２をこの順に２連続させて一周になるように形成した場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。第１の角度範囲θ１と、第２の角度範囲θ２の角度はそれぞれ自由に変えることができる。この場合、カム溝７は、第１の角度範囲θ１と第２の角度範囲θ２をこの順に３連続させて一周になるように形成してもよい。第１の角度範囲θ１と第２の角度範囲θ２の連続数を多くするほど、円板６の１回転あたりに、フォロワー８と錘９が往復する回数を増やすことができる。また、カム溝７は、第１の角度範囲θ１と第２の角度範囲θ２とで一周になるように形成してもよい。
　また、本実施の形態では、円板６の一方の面に形成するカムとして、図３に示すようなカム溝７を形成した場合を例に挙げたが、これに限られるものでない。例えば図５に示すように、円板６の下方の平面６ａに、図３に示すカム溝７と同様の曲線を有する突起１０を下方に向けて突出するように形成し、この突起１０をカムとしてもよい。この場合は、図５に示すように、カムとしての突起１０の外形に、フォロワー８を当接させるように付勢するバネ１１を錘９に設けるようにしてもよい。これによっても、円板を例えば矢印方向に回転させることによって、モータ４によりフォロワー８と錘９が本実施の形態と同様に往復運動するので、操作者にＸ方向の力Ｆを際だって知覚させることができる。
　　１　　　力覚発生装置
　　２　　　ケース
　　２ａ　　　内壁
　　３　　　力覚発生機構
　　４　　　モータ
　　５　　　回転軸
　　６　　　円板
　　６ａ　　　平面
　　７　　　カム溝
　　８　　　フォロワー
　　９　　　錘
　１０　　　突起
　１１　　　バネ
　θ１　　　第１の角度範囲
　θ２　　　第２の角度範囲

Claims (4)

  1. 　重心に回転軸を有して回転する円板と、前記円板を回転駆動するモータと、前記円板の表面に前記回転軸を囲むように形成されたカムと、前記円板の回転軸と垂直な直線軌跡に沿って往復移動する錘と、前記錘に設けられて前記カムから移動力が与えられるフォロワーと、を有しており、
    　前記カムは、第１の角度範囲と第２の角度範囲を有し、前記円板が一方向へ回転するときに、前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲とで、前記錘が互いに逆向きに移動させられ、且つ前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲とで、前記錘が異なる加速度で移動させられることを特徴とする力覚発生装置。
  2. 　前記フォロワーを前記円板の半径方向へ所定の距離だけ移動させるのに要する角度は、前記第１の角度範囲の方が前記第２の角度範囲よりも小さくなるように、前記カムの形状が決められている請求項１記載の力覚発生装置。
  3. 　前記錘の移動方向に向く一方の端部に前記フォロワーが設けられ、前記フォロワーは前記回転軸を挟んだ一方の側でのみ移動し、前記錘の他方の端部は、前記回転軸を挟んだ他方の側でのみ移動する請求項１または２記載の力覚発生装置。
  4. 　前記円板が１回転する間に、前記第１の角度範囲と前記第２の角度範囲が、この順で複数回現れる請求項１ないし３のいずれかに記載の力覚発生装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112303201A (zh) * 2020-11-05 2021-02-02 湘潭大学 一种双向互锁式行走控制机构

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7036522B2 (ja) * 2018-03-08 2022-03-15 アルパイン株式会社 電子装置、電子システム、経路探索方法および経路案内プログラム
US11999417B2 (en) 2021-11-29 2024-06-04 Volvo Car Corporation Steering angle control using haptic controller

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001317612A (ja) * 2000-05-02 2001-11-16 Dyadic Systems Co Ltd 制振制御カムメカニズム
JP2004239408A (ja) * 2003-02-07 2004-08-26 Seiko Epson Corp 回転運動変換装置
WO2007086426A1 (ja) * 2006-01-24 2007-08-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 加速度発生装置及び擬似力覚発生装置
JP2008286547A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Casio Comput Co Ltd 身体装着型電子機器
JP2010210010A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 疑似力覚発生装置
JP2012143054A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 疑似力覚発生装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639955B (zh) * 2002-03-11 2010-12-08 精工爱普生株式会社 转动/移动转换致动器
US20070210659A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 Long Johnny D Radial magnetic cam
US20120119594A1 (en) * 2010-07-08 2012-05-17 Gosvener Kendall C Magnetically Charged Solenoid for Use in Magnetically Actuated Reciprocating Devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001317612A (ja) * 2000-05-02 2001-11-16 Dyadic Systems Co Ltd 制振制御カムメカニズム
JP2004239408A (ja) * 2003-02-07 2004-08-26 Seiko Epson Corp 回転運動変換装置
WO2007086426A1 (ja) * 2006-01-24 2007-08-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 加速度発生装置及び擬似力覚発生装置
JP2008286547A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Casio Comput Co Ltd 身体装着型電子機器
JP2010210010A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 疑似力覚発生装置
JP2012143054A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 疑似力覚発生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112303201A (zh) * 2020-11-05 2021-02-02 湘潭大学 一种双向互锁式行走控制机构

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