WO2024090137A1 - 操作装置 - Google Patents

操作装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024090137A1
WO2024090137A1 PCT/JP2023/035609 JP2023035609W WO2024090137A1 WO 2024090137 A1 WO2024090137 A1 WO 2024090137A1 JP 2023035609 W JP2023035609 W JP 2023035609W WO 2024090137 A1 WO2024090137 A1 WO 2024090137A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation
rotation axis
axis
frame
controller
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/035609
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光一 古澤
裕啓 坂下
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Publication of WO2024090137A1 publication Critical patent/WO2024090137A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/24—Constructional details thereof, e.g. game controllers with detachable joystick handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/25—Output arrangements for video game devices
    • A63F13/28—Output arrangements for video game devices responding to control signals received from the game device for affecting ambient conditions, e.g. for vibrating players' seats, activating scent dispensers or affecting temperature or light
    • A63F13/285—Generating tactile feedback signals via the game input device, e.g. force feedback
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer

Definitions

  • the present invention relates to an operating device that is held or worn by an operator and is used to operate an object to be operated.
  • Patent document 1 discloses a controller used for game operation.
  • the controller in patent document 1 has an internal vibrator that can be activated to generate vibrations in the controller. This can provide force feedback so that the operator feels vibrations in their hands while playing the game.
  • the present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide an operating device that can provide a variety of force feedback.
  • the operating device of the present invention is an operating device that is held or worn by an operator and used to operate an object to be operated, and is characterized by having a rotating body that rotates around a rotation axis, and a rotation drive unit that rotates the rotating body around the rotation axis.
  • the operating device can also be configured so that the rotating body, which rotates around the rotation axis, can be rotated around a first rotation axis that is perpendicular to the rotation axis.
  • the operating device can also be configured so that the rotating body, which rotates around the rotation axis, can rotate around a second rotation axis that is perpendicular to both the rotation axis and the first rotation axis.
  • the above configuration allows a gyro moment to be generated in two different directions, each perpendicular to the axis of rotation of the rotating body.
  • the operating device can also be configured to include a first frame that supports the rotating body rotatably around the rotation axis, a second frame that supports the first frame rotatably around the second rotation axis and is rotatable around the first rotation axis, and a guide frame that is rotatable around the first rotation axis and can transmit its own rotation to the first frame to rotate the first frame around the second rotation axis.
  • the above configuration makes it possible to eliminate the effect of the weight of the drive source that rotates the rotor in the mechanism that generates the gyro moment, resulting in high responsiveness.
  • the rotation drive unit can be configured to be capable of controlling the rotation direction and rotation speed of the rotating body.
  • the mechanism that generates the gyro moment can also function as a reaction wheel by controlling the direction and speed of rotation of the rotating body.
  • the rotation drive unit can control the rotation direction and rotation speed of the rotating body, and the rotating body can be configured to include multiple rotating bodies whose rotation axes are perpendicular to each other.
  • the rotating body and the rotation drive unit are used as part of a reaction wheel, and by changing the rotational speed of the rotating body, it is possible to generate an inertial force in a specific direction.
  • the operating device can also be configured to include a first frame that supports the rotating body so that it can rotate around the rotation axis, a second frame that supports the first frame so that it can rotate around the first rotation axis, and a third frame that supports the second frame so that it can rotate around the second rotation axis.
  • the above configuration makes it possible to arbitrarily set the orientation of the rotation axis held by the momentum wheel when the rotating body is given the function of a momentum wheel.
  • the operating device of the present invention can generate an inertial force in a specific direction. By utilizing this inertial force, it is possible to provide a variety of force feedback (not just vibration) in the operating device.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the appearance of a game controller according to an embodiment of an operating device disclosed in the present application.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a game controller according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a force feedback unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of the force feedback unit of FIG. 3 as viewed from the second shaft rotating motor side. 4 is a side view of the force feedback unit of FIG. 3 as viewed from the first shaft rotating motor side. 4 is a diagram for explaining a gyro moment that can be generated by the force feedback unit of FIG. 3.
  • 4 is a diagram for explaining a gyro moment that can be generated by the force feedback unit of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a gyro moment that can be generated by the force feedback unit of FIG. 3.
  • 4 is a diagram for explaining a gyro moment that can be generated by the force feedback unit of FIG. 3.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of the appearance of a game controller according to another embodiment of the operating device disclosed in the present application.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of a game controller according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of a force feedback unit according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view of a force feedback unit according to a fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of a game controller according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of a force feedback unit according to a second embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the appearance of a game controller (hereinafter simply referred to as a controller) 10 according to this embodiment 1.
  • Fig. 2 is a functional block diagram of the controller 10.
  • the controller 10 illustrated in FIG. 1 is held by an operator with both hands and has an operation input unit 12 (operation stick 12A, cross button 12B, key buttons 12C, etc.) that allows the operator to input operations.
  • operation input unit 12 operation stick 12A, cross button 12B, key buttons 12C, etc.
  • each of the three orthogonal axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis) shown in FIG. 1 corresponds to the left-right direction, front-back direction, and up-down direction on the controller 10, respectively.
  • the controller 10 comprises a control unit 11, an operation input unit 12, a communication unit 13, a drive unit 14, and a force feedback unit 15.
  • the communication unit 13 is a means for the controller 10 to communicate with the game console (not shown) wirelessly or via a wire.
  • the force feedback unit 15 is built into the controller 10 as a means for receiving drive from the drive unit 14 and providing feedback that makes the operator holding the controller 10 feel a force.
  • the control unit 11 is a means for performing overall control of the controller 10 (processing control of input signals from the operation input unit 12, communication control with the game console via the communication unit 13, and drive control of the drive unit 14).
  • the force feedback unit 15 is not a means for simply generating vibrations like a conventional vibrator, but can generate a force that allows the operator to sense that a force is being applied in a specific direction due to inertial force.
  • a force feedback unit 15 that uses a gyro moment is shown as an example.
  • Figure 3 is a perspective view of the force feedback unit 15.
  • Figure 4 is a side view of the force feedback unit 15 as viewed from the second-shaft rotary motor 157 side.
  • Figure 5 is a side view of the force feedback unit 15 as viewed from the first-shaft rotary motor 156 side.
  • the force feedback unit 15 has a rotating wheel (rotating body) 151, an inner frame (first frame) 152, an intermediate frame (second frame) 153, and a guide frame 154 as the main components of the mechanism that generates a gyro moment.
  • the force feedback unit 15 also has a motor (rotation drive unit) 155, a first-axis rotation motor 156, and a second-axis rotation motor 157 as components equivalent to the drive unit 14 in Figure 2, and further has support legs 158a to 158d for fixing the force feedback unit 15 to the base 101.
  • the motor 155 has a configuration in which the rotating wheel 151 is used as a rotor and a stator 155a is disposed inside the rotor.
  • the support legs 158a and 158b that support the rotation axis S2 of the intermediate frame 153 described later function as the outer frame.
  • the base 101 to which the force feedback unit 15 is attached is depicted as a flat plate, but the base 101 may be part of the frame member of the controller 10.
  • the rotating wheel 151 is supported by the inner frame 152, and can be driven to rotate about a rotation axis S1 (see Figures 4 and 5) by a motor 155 attached to the inner frame 152.
  • both ends of the inner frame 152 are rotatably attached to the intermediate frame 153.
  • the intermediate frame 153 is supported by two opposing support legs 158a, 158b, and can rotate (rotate in the direction of arrow A in FIG. 5) around a rotation axis S2 (first rotation axis: see FIG. 4) by a first-axis rotation motor 156.
  • the first-axis rotation motor 156 is a servo motor or stepping motor used to control the rotation of the intermediate frame 153, and is fixedly attached to the support leg 158a.
  • rotation refers to a rotational movement that is rotatable in both directions and has a limited angular range. That is, in the force feedback unit 15, the intermediate frame 153 and the first shaft rotating motor 156 have the role of changing the inclination of the rotation axis S1 of the rotating wheel 151 in the direction of arrow A.
  • the guide frame 154 is supported by two opposing support legs 158c, 158d, and can be rotated (rotated in the direction of arrow B in FIG. 4) around a rotation axis S3 (second rotation axis: see FIG. 5) by a second-axis rotation motor 157.
  • the second-axis rotation motor 157 is a servo motor or stepping motor used to control the rotation of the guide frame 154, and is fixedly attached to the support leg 158c.
  • the guide frame 154 is formed with a guide hole 154a having a long hole shape with the longitudinal direction parallel to the rotation axis S3, and one end of the rotation axis member of the rotating wheel 151 is inserted into the guide hole 154a.
  • the rotating wheel 151 receives a force via the rotation axis member inserted into the guide hole 154a.
  • the rotating wheel 151 and the inner frame 152 also rotate in the direction of the arrow B at the same time. That is, in the force feedback unit 15, the guide frame 154 and the second shaft rotating motor 157 have the role of changing the inclination of the rotation axis S1 of the rotating wheel 151 along the direction of the arrow B.
  • the inner frame 152 that supports the rotating wheel 151 rotates relative to the intermediate frame 153.
  • the intermediate frame 153 does not impede the rotation of the rotating wheel 151 in the direction of arrow B.
  • the rotating shaft member of the rotating wheel 151 moves along the guide hole 154a. This means that the guide frame 154 does not impede the rotation of the rotating wheel 151 in the direction of arrow A.
  • the rotation axis S1 of the rotating wheel 151 is arranged parallel to the Z axis (up and down).
  • the rotation axis S2 is arranged parallel to one of the X and Y axes of the controller 10 (the X axis in the example of Figures 3 to 5), and the rotation axis S3 is arranged parallel to the other of the X and Y axes (the Y axis in the example of Figures 3 to 5).
  • the force feedback unit 15 configured as above, while the rotating wheel 151 is rotated at high speed by the motor 155, the inclination of the rotation axis S1 of the rotating wheel 151 is changed by the first axis rotating motor 156 or the second axis rotating motor 157, thereby generating an inertial rotational force (so-called gyro moment).
  • Figures 6 to 9 are diagrams explaining the gyro moment that can be generated by the force feedback section 15.
  • the rotational force applied by the first axis rotation motor 156 or the second axis rotation motor 157 is designated as F1
  • the gyro moment generated in the force feedback section 15 as a result is designated as F2.
  • the rotation direction of the rotating wheel 151 at this time is counterclockwise when viewed from above the controller 10.
  • the gyro moment F2 shown in Figures 6 to 9 is expressed by the following formula (1). That is, when formula (1) is applied to the example of Figures 6 to 9, consider a coordinate system O-xyz in which an axisymmetric rigid body (here, the rotating wheel 151) rotates around a fixed point on the axis of symmetry (here, the Z axis) or a point O of the center of gravity, and does not have an angular velocity around the axis of symmetry of the rigid body.
  • the coordinate system O-xyz is an intermediate coordinate system that rotates around the x-axis and y-axis in conjunction with the rigid body, but does not rotate around the Z-axis.
  • the gyro moment generated by the force feedback section 15 can provide feedback that makes the operator feel a force in his or her hand.
  • the generated gyro moment gives the operator's hand the sensation of a rotational force in a specific direction, and this direction can be generated in multiple directions.
  • rotational control is performed on the inner frame 152, the intermediate frame 153, and the guide frame 154 to generate the rotational force F1, but the first-axis rotation motor 156 and the second-axis rotation motor 157, which are the driving sources for this rotational control, do not themselves move with these frames.
  • the second-axis rotation motor 157 needs to transmit a rotational force from the outside of the intermediate frame 153 to the inner frame 152, but by configuring it to transmit the rotational force to the inner frame 152 via the guide frame 154, it becomes unnecessary to attach the second-axis rotation motor 157 to the intermediate frame 152.
  • the force feedback unit 15 can rotate the inner frame 152, the intermediate frame 153, and the guide frame 154 without being affected by the weight of the first-axis rotation motor 156 and the second-axis rotation motor 157, and can be made highly responsive.
  • Fig. 10 is a perspective view showing an example of the appearance of a game controller (hereinafter simply referred to as a controller) 20 according to the present embodiment 2.
  • Fig. 11 is a functional block diagram of the controller 20.
  • the controller 20 shown in FIG. 10 has a stick shape with a longitudinal direction, and is operated by an operator holding one end of the stick (the end closest to the hand) in one hand and swinging the controller around.
  • the controller 20 also has an operation input unit 22 through which the operator makes operation inputs, and the operation input unit 22 includes an operation means 22A (a button in FIG. 10, but may further include a stick) that is intended to be operated with the thumb.
  • the basic position is one in which the operation means 22A faces upward, and the directions of the three orthogonal axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis) shown in FIG. 10 correspond to the left-right, front-back, and up-down directions on the controller 20, respectively.
  • the controller 20 includes a control unit 21, an operation input unit 22, a motion detection sensor unit 23, a communication unit 24, a drive unit 25, and a force feedback unit 26.
  • the motion detection sensor unit 23 is a means for detecting the motion of the controller 20 swung around by the operator, and includes sensors such as a tilt sensor and an acceleration sensor. In the controller 20, a detection signal from the motion detection sensor unit 23 is used as an operation input signal by the operator.
  • the communication unit 24 is a means for the controller 20 to communicate with the game console (not shown) wirelessly or via a wire.
  • the force feedback unit 26 is built into the controller 20 as a means for receiving drive from the drive unit 25 and giving feedback that allows the operator holding the controller 20 to feel a force.
  • the control unit 21 is a means for performing overall control of the controller 20 (processing control of input signals from the operation input unit 22, communication control with the game console via the communication unit 24, and drive control of the drive unit 25).
  • the force feedback unit 26 is not a means for simply generating vibrations like a conventional vibrator, but can generate a force that allows the operator to sense that a force is being applied in a specific direction due to inertial force.
  • a force feedback unit 26 that uses a reaction wheel is exemplified.
  • FIG. 12 is a perspective view of the force feedback unit 26.
  • the force feedback unit 26 includes a flywheel (rotating body) 261 and a servo motor (rotation drive unit) 262, which corresponds to the drive unit 25 in FIG. 11.
  • 262 may be a stepping motor.
  • the servo motor 262 drives the rotation of the flywheel 261, and feedback that allows the operator to feel the force in his/her hand can be provided by the rotation reaction force that is generated when the rotation of the flywheel 261 is accelerated (including rotation from a stop) or decelerated (including stopping from rotation). Specifically, when the flywheel 261 is accelerated, the servo motor 262 receives a force in the opposite direction to the rotation direction of the flywheel 261. Also, when the flywheel 261 is decelerated, the servo motor 262 receives a force in the same direction as the rotation direction of the flywheel 261.
  • the force feedback unit 26 is provided near the tip of the controller 20, and is positioned so that the rotation axis of the flywheel 261 is perpendicular to the longitudinal axis of the controller 20, making it possible to apply a force in a specific direction to the operator's hand.
  • a force in the Y axis direction (left and right direction) can be applied to the operator's hand.
  • a force in the Z axis direction can be applied to the operator's hand.
  • the acceleration or deceleration of the flywheel 261 can be performed continuously or intermittently. This can simulate the pulling of a fishing rod when playing a fishing game, for example.
  • the force applied to the operator's hand also varies depending on the acceleration of the flywheel 261.
  • the controller 20 may include multiple force feedback units 26, each with a flywheel 261 whose rotation axes are oriented in different directions (more specifically, whose rotation axes are perpendicular to each other), as shown in FIG. 10. In this case, forces in various directions can be generated in a single controller 20.
  • the force feedback unit 26 using a reaction wheel is mounted on a one-handed controller 20, but the force feedback unit 26 can also be mounted on a two-handed controller 20.
  • the force feedback unit 15 using a gyro moment can be mounted on a one-handed controller 20 as well as a two-handed controller 10.
  • the force feedback unit 15 using a gyro moment can function as a reaction wheel by increasing or decreasing the number of rotations of the rotating wheel 151. In this case, a rotational force of three axes can be obtained by adding one axis of the reaction wheel to two axes of the gyro moment.
  • the force feedback unit 15 or 26 can also be mounted on a type of controller that is directly worn on the body of the operator.
  • An example of a wearable controller is a controller that is worn on the operator's hand like a glove.
  • a brake (not shown) can be attached to the rotation axis of the flywheel 261.
  • the flywheel 261 is rotated at high speed and the rotation is stopped instantly by the brake, allowing the operator to experience a sensation similar to that of an impact. This makes it possible to imitate the sensation of hitting back a ball (the ball hitting the racket) when playing a tennis game, for example.
  • the sensation of an impact caused by stopping rotation using a brake can also be applied to the force feedback unit 15 described in the first embodiment.
  • the brake can be provided on any of the rotation axes S1 to S3, but it is particularly preferable to provide it on the rotation axis S1. That is, the rotation axis S1 is the axis of rotation of the rotating wheel 151, and providing a brake on this axis can instantly stop the rotating wheel 151, which is rotating at high speed, and produce a sensation similar to that of an impact.
  • a force feedback unit 31 that can be used as a momentum wheel is exemplified.
  • a momentum wheel a wheel that rotates at high speed generates an action that tries to hold its axis of rotation.
  • FIG. 13 is a perspective view of the force feedback unit 31.
  • the force feedback unit 31 has a rotating wheel (rotating body) 311, an inner frame (first frame) 312, an intermediate frame (second frame) 313, an outer frame (third frame) 314, a motor (rotation drive unit) 315, a first-axis rotating motor 316, and a second-axis rotating motor 317.
  • the motor 315 is configured with the rotating wheel 311 as the rotor, and a stator 315a disposed inside the rotor.
  • a servo motor or a stepping motor is used for the first-axis rotating motor 316 and the second-axis rotating motor 317.
  • the inner frame 312 supports the rotating wheel 311 so that it can rotate around the rotation axis S1.
  • a motor 315 for driving the rotating wheel 311 is also fixed to the inner frame 312.
  • the intermediate frame 313 supports the inner frame 312 so that it can rotate around the rotation axis S2 (first rotation axis).
  • a first axis rotation motor 316 for rotating the inner frame 312 relative to the intermediate frame 313 is also fixed to the intermediate frame 313.
  • the outer frame 314 supports the intermediate frame 313 so that it can rotate around the rotation axis S3 (second rotation axis).
  • a second axis rotation motor 317 for rotating the intermediate frame 313 relative to the outer frame 314 is also fixed to the outer frame 314.
  • the motor 315 rotates the rotating wheel 311 at high speed, thereby generating an inertial force that tries to maintain the orientation (tilt) of the rotation axis S1.
  • this force feedback unit 31 is mounted on, for example, a game controller (controller 10 or 20)
  • the outer frame 314 is attached so as to be fixed to a frame member of the controller.
  • a controller equipped with a force feedback unit 31 when the operator moves the controller (including at least a movement that rotates and displaces the controller) while the force feedback unit 31 is operating (while the rotating wheel 311 is rotating), an inertial force is generated in a direction that attempts to return the orientation of the rotation axis S1 to its original position in response to the movement of the controller, and this inertial force becomes force feedback for the operator.
  • the force feedback unit 31 that uses the action of the momentum wheel can provide passive force feedback when a movement is applied to the controller from the operator side.
  • the direction of the rotation axis S1 can be changed by rotating the inner frame 312 with the first axis rotation motor 316 and rotating the middle frame 313 with the second axis rotation motor 317.
  • the direction of the rotation axis S1 to be held can be set to any direction.
  • the operating device disclosed in the present application is applied to a game controller.
  • the application of the operating device disclosed in the present application is not limited to game controllers, and the operating device disclosed in the present application can be applied to various other devices.
  • a force feedback unit 15 that utilizes a gyro moment can be applied to a power tool such as a handy drill.
  • a power tool such as a handy drill.
  • the force feedback unit 15 is positioned so that the rotation axis S1 of the rotating wheel 151 is parallel to the rotation axis of the drill, and if the position of the handy drill shifts (if the rotation axis of the drill tilts), the force feedback unit 15 generates the above-mentioned gyro moment, which can be used as a rotational force to correct the shift.
  • the force feedback unit 15 can be applied to an electric grass cutter as shown in FIG. 15.
  • a force F1 to the rotating disk that cuts the grass, which swings back and forth around a fulcrum (the center of rotation of the disk)
  • a force F2 that swings the rotating disk left and right can be generated, providing a force that supports the work.
  • an actuator that swings the disk back and forth is attached to the disk and only the disk swings back and forth, the disk can swing left and right with the part that comes into contact with the body as the fulcrum.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Mechanical Control Devices (AREA)

Abstract

操作者が所持または装着して、操作対象の操作の用に供する操作装置において、回転軸Ｓ１を回転中心として回転する回転ホイール(151)と、回転ホイール(151)を回転させるモータ（155）とを備える。

Description

操作装置
　本発明は、操作者が所持または装着して、操作対象の操作の用に供する操作装置に関する。
　ゲーム機、コンピュータ等の電子機器と通信可能に接続され、操作対象の操作の用に供するマウス、キーボード等の様々な操作装置が普及している。また、ＶＲ（仮想現実）、体感型ゲーム等のゲームコンテンツが多様化することに伴い、操作者が所持または装着するタイプの操作装置が普及している（例えば、特許文献１）。
特開２０２０－９１９０４号公報 スカイ技術研究所，"スカイ技術研究所ブログ　ジャイロモーメントとは？～独楽（こま）が倒れない理由"，［令和４年１０月１９日検索］，インターネット，＜URL：https://www.sky-engin.jp/blog/gyroscopic-moment/＞
　特許文献１には、ゲーム操作に使用されるコントローラが開示されている。特許文献１のコントローラは、内部にバイブレータを備えており、バイブレータの駆動によってコントローラに振動を生じさせることができる。これにより、ゲームをプレイ中の操作者の手に振動を感じさせるように力のフィードバック（フォースフィードバック）を与えることができる。
　近年、ＶＲ、体感型ゲーム等のゲームコンテンツでは、よりリアルな臨場感の再現が求められるようになっている。しかしながら、バイブレータの振動によるフォースフィードバックでは、臨場感の再現性が限定的である。このため、操作装置においても、振動以外の感触を与えることができるような、多様なフォースフィードバックが求められるようになっている。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、多様なフォースフィードバックを行うことのできる操作装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の操作装置は、操作者が所持または装着して、操作対象の操作の用に供する操作装置であって、回転軸を回転中心として回転する回転体と、前記回転体を、前記回転軸を中心に回転させる回転駆動部とを備えることを特徴としている。
　上記の構成によれば、回転駆動部によって回転させられている回転体に対し、その姿勢、あるいは回転速度を変化させることにより、特定の方向の慣性力を生じさせることができる。この慣性力を利用することにより、操作装置において（単なる振動ではない）多様なフォースフィードバックを行うことができる。
　また、上記操作装置は、前記回転軸を中心として回転している前記回転体を、前記回転軸に直交する第１の回動軸を中心に回動可能である構成とすることができる。
　上記の構成によれば、回転体の姿勢を変化させることで、特定の方向の慣性力（ジャイロモーメント）を発生させることができる。
　また、上記操作装置は、前記回転軸を中心として回転している前記回転体を、前記回転軸および前記第１の回動軸の両方に直交する第２の回動軸を中心に回動可能である構成とすることができる。
　上記の構成によれば、回転体の回転軸に対してそれぞれ直交する異なる２方向に対してジャイロモーメントを発生させることができる。
　また、上記操作装置は、前記回転体を、前記回転軸を回転中心として回転可能に支持する第１フレームと、前記第１フレームを、前記第２の回動軸を回動中心として回動可能に支持するとともに、前記第１の回動軸を回動中心として回動可能である第２フレームと、前記第１の回動軸を回動中心として回動可能であり、自身の回動を前記第１フレームに伝達することで、前記第１フレームを前記第２の回動軸を回動中心として回動させることが可能であるガイドフレームとを備える構成とすることができる。
　上記の構成によれば、ジャイロモーメントを発生させる機構において、回転体を回動させる駆動源の自重の影響を無くすことができ、応答性の高いものとすることができる。
　また、上記操作装置では、前記回転駆動部は、前記回転体の回転方向および回転速度を制御可能である構成とすることができる。
　上記の構成によれば、ジャイロモーメントを発生させる機構において、回転体の回転方向および回転速度を制御することで、リアクションホイールとしての機能も持たせることができる。
　また、上記操作装置では、前記回転駆動部は、前記回転体の回転方向および回転速度を制御可能であり、前記回転体として、前記回転軸がそれぞれ直交する複数の回転体を備える構成とすることができる。
　上記の構成によれば、回転体および回転駆動部をリアクションホイールの一部として利用し、回転体の回転速度を変化させることで、特定の方向の慣性力を発生させることができる。
　また、上記操作装置では、前記回転体を、前記回転軸を回転中心として回転可能に支持する第１フレームと、前記第１フレームを、前記第１の回動軸を回動中心として回動可能に支持する第２フレームと、前記第２フレームを、前記第２の回動軸を回動中心として回動可能に支持する第３フレームとを備える構成とすることができる。
　上記の構成によれば、回転体にモーメンタムホイールとしての機能を持たせる場合に、モーメンタムホイールによって保持される回転軸の向きを任意に設定することが可能となる。
　本発明の操作装置は、特定の方向の慣性力を生じさせることができる。この慣性力を利用することにより、操作装置において（単なる振動ではない）多様なフォースフィードバックを行うことができるといった効果を奏する。
本願開示の操作装置の一実施形態を示すものであり、ゲーム用コントローラの外観例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るゲーム用コントローラの機能ブロック図である。 実施の形態１に係るフォースフィードバック部の斜視図である。 図３のフォースフィードバック部を第２軸回転モータ側から見た側面図である。 図３のフォースフィードバック部を第１軸回転モータ側から見た側面図である。 図３のフォースフィードバック部で発生させることのできるジャイロモーメントを説明する図である。 図３のフォースフィードバック部で発生させることのできるジャイロモーメントを説明する図である。 図３のフォースフィードバック部で発生させることのできるジャイロモーメントを説明する図である。 図３のフォースフィードバック部で発生させることのできるジャイロモーメントを説明する図である。 本願開示の操作装置の他の実施形態を示すものであり、ゲーム用コントローラの外観例を示す斜視図である。 実施の形態２に係るゲーム用コントローラの機能ブロック図である。 実施の形態２に係るフォースフィードバック部の斜視図である。 実施の形態４に係るフォースフィードバック部の斜視図である。 実施の形態５に係る操作装置の一例を示す斜視図である。 フォースフィードバック部の他の適用例である電動草刈り機を示す図である。
　〔実施の形態１〕
　以下、本願開示の操作装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態１では、本願開示の操作装置をゲーム用コントローラの適用する場合を例示する。図１は、本実施の形態１に係るゲーム用コントローラ（以下、単にコントローラと称する）１０の外観例を示す斜視図である。図２は、コントローラ１０の機能ブロック図である。
　図１に例示したコントローラ１０は、操作者が両手で持って操作するものであり、操作者が操作入力を行うための操作入力部１２（操作スティック１２Ａ、十字ボタン１２Ｂ、キーボタン１２Ｃ等）を有している。尚、ここでは説明の便宜上、図１に示す直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の各方向を、コントローラ１０における左右方向、前後方向および上下方向にそれぞれ対応させている。
　コントローラ１０は、図２に示すように、制御部１１、操作入力部１２、通信部１３、駆動部１４およびフォースフィードバック部１５を備えている。通信部１３は、無線または有線によってコントローラ１０がゲーム機本体（図示省略）と通信を行うための手段である。フォースフィードバック部１５は、駆動部１４からの駆動を受けて、コントローラ１０を手に持つ操作者に対して力を感得させるようなフィードバックを与える手段としてコントローラ１０に内蔵される。制御部１１は、コントローラ１０に対する全体的な制御（操作入力部１２からの入力信号に対する処理制御、通信部１３を介してのゲーム機本体との通信制御、駆動部１４の駆動制御）を行う手段である。
　コントローラ１０において、フォースフィードバック部１５は、従来のバイブレータのような単なる振動を発生させる手段ではなく、慣性力によって特定方向に力が加わることを操作者に感得させるように力を発生させることができる。本実施の形態１では、ジャイロモーメントを利用したフォースフィードバック部１５を例示する。
　図３は、フォースフィードバック部１５の斜視図である。図４は、フォースフィードバック部１５を第２軸回転モータ１５７側から見た側面図である。図５は、フォースフィードバック部１５を第１軸回転モータ１５６側から見た側面図である。
　フォースフィードバック部１５は、図３～５に示すように、ジャイロモーメントを発生させる機構の主要構成として、回転ホイール（回転体）１５１、内側フレーム（第１フレーム）１５２、中間フレーム（第２フレーム）１５３、ガイドフレーム１５４を有している。また、フォースフィードバック部１５は、図２の駆動部１４に相当する構成としてモータ（回転駆動部）１５５、第１軸回転モータ１５６および第２軸回転モータ１５７を有しており、さらに、フォースフィードバック部１５を土台１０１に固定するための支持脚１５８ａ～１５８ｄを有している。尚、モータ１５５は、回転ホイール１５１をロータとし、その内側にステータ１５５ａを配置した構成とされている。また、フォースフィードバック部１５においては、後述する中間フレーム１５３の回転軸Ｓ２を軸支する支持脚１５８ａ，１５８ｂが外側フレームの機能を有する。また、図３～５において、便宜上、フォースフィードバック部１５が取り付けられている土台１０１は平板として記載しているが、土台１０１はコントローラ１０のフレーム部材の一部であってもよい。
　回転ホイール１５１は、内側フレーム１５２によって軸支されており、かつ内側フレーム１５２に取り付けられたモータ１５５によって回転軸Ｓ１（図４，５参照）周りの回転駆動が可能となっている。また、内側フレーム１５２の両端部は、中間フレーム１５３に対して回転自在に取り付けられている。
　中間フレーム１５３は、対向配置された２つの支持脚１５８ａ，１５８ｂによって軸支されており、第１軸回転モータ１５６によって回転軸Ｓ２（第１の回動軸：図４参照）周りの回動（図５における矢印Ａ方向の回動）が可能となっている。尚、第１軸回転モータ１５６は、中間フレーム１５３の回動制御に使用されるサーボモータまたはステッピングモータであり、支持脚１５８ａにおいて固定的に取り付けられている。
　中間フレーム１５３が矢印Ａ方向に回動するとき、中間フレーム１５３に取り付けられた内側フレーム１５２、および内側フレーム１５２に軸支された回転ホイール１５１も同時に矢印Ａ方向に回動する。尚、ここでの回動とは、両方向に回転可能で角度範囲が制限されている回転運動を意味するものとする。すなわち、フォースフィードバック部１５において、中間フレーム１５３および第１軸回転モータ１５６は、回転ホイール１５１における回転軸Ｓ１の傾きを矢印Ａ方向に沿って変化させる役割を有する。
　ガイドフレーム１５４は対向配置された２つの支持脚１５８ｃ，１５８ｄによって軸支されており、第２軸回転モータ１５７によって回転軸Ｓ３（第２の回動軸：図５参照）周りの回動（図４における矢印Ｂ方向の回動）が可能となっている。尚、第２軸回転モータ１５７は、ガイドフレーム１５４の回動制御に使用されるサーボモータまたはステッピングモータであり、支持脚１５８ｃにおいて固定的に取り付けられている。
　ガイドフレーム１５４には、回転軸Ｓ３と平行な方向を長手方向とする長孔形状のガイド穴１５４ａが形成されており、ガイド穴１５４ａには回転ホイール１５１における回転軸部材の一端が挿通されている。ガイドフレーム１５４が矢印Ｂ方向に回動するとき、回転ホイール１５１は、ガイド穴１５４ａに挿通された回転軸部材を介して力を受ける。これにより、ガイドフレーム１５４が矢印Ｂ方向に回動するとき、回転ホイール１５１および内側フレーム１５２も同時に矢印Ｂ方向に回動する。すなわち、フォースフィードバック部１５において、ガイドフレーム１５４および第２軸回転モータ１５７は、回転ホイール１５１における回転軸Ｓ１の傾きを矢印Ｂ方向に沿って変化させる役割を有する。
　尚、回転ホイール１５１が矢印Ｂ方向に回動するときは、回転ホイール１５１を軸支する内側フレーム１５２が中間フレーム１５３に対して相対的に回動する。これにより、中間フレーム１５３が回転ホイール１５１の矢印Ｂ方向の回動を阻害することはない。一方、回転ホイール１５１が矢印Ａ方向に回動するときは、回転ホイール１５１の回転軸部材がガイド穴１５４ａに沿って移動する。これにより、ガイドフレーム１５４が回転ホイール１５１の矢印Ａ方向の回動を阻害することはない。
　フォースフィードバック部１５においては、回転ホイール１５１の回転軸Ｓ１がＺ軸（上下方向）と平行に配置された状態を初期状態とする。また、初期状態のフォースフィードバック部１５においては、回転軸Ｓ２がコントローラ１０におけるＸ軸およびＹ軸の一方（図３～５の例ではＸ軸）と平行に配置され、回転軸Ｓ３がＸ軸およびＹ軸の他方（図３～５の例ではＹ軸）と平行に配置されるものとする。
　上記構成のフォースフィードバック部１５では、モータ１５５によって回転ホイール１５１を高速回転させた状態で、第１軸回転モータ１５６または第２軸回転モータ１５７によって回転ホイール１５１の回転軸Ｓ１の傾きを変化させることにより、慣性的な回転力（いわゆるジャイロモーメント）を発生させることができる。
　図６～９は、フォースフィードバック部１５で発生させることのできるジャイロモーメントを説明する図である。尚、図６～９においては、第１軸回転モータ１５６または第２軸回転モータ１５７によって加えられる回動力をＦ１とし、その結果としてフォースフィードバック部１５に生じるジャイロモーメントをＦ２としている。また、このときの回転ホイール１５１の回転方向は、コントローラ１０の上側から見て反時計方向である。
　図６に示すように、第１軸回転モータ１５６によって回転軸Ｓ２周りに前回転方向（コントローラ１０の右側から見て時計方向）の回動力Ｆ１を与えた場合は、回転軸Ｓ３周りに左回転方向（コントローラ１０の後側から見て反時計方向）のジャイロモーメントＦ２が発生する。図７に示すように、第１軸回転モータ１５６によって回転軸Ｓ２周りに後回転方向（コントローラ１０の右側から見て反時計方向）の回動力Ｆ１を与えた場合は、回転軸Ｓ３周りに右回転方向（コントローラ１０の後側から見て時計方向）のジャイロモーメントＦ２が発生する。図８に示すように、第２軸回転モータ１５７によって回転軸Ｓ３周りに左回転方向の回動力Ｆ１を与えた場合は、回転軸Ｓ２周りに後回転方向のジャイロモーメントＦ２が発生する。そして、図９に示すように、第２軸回転モータ１５７によって回転軸Ｓ３周りに右回転方向の回動力Ｆ１を与えた場合は、回転軸Ｓ２周りに前回転方向のジャイロモーメントＦ２が発生する。
　尚、図６～９に示されるジャイロモーメントＦ２は、以下の式（１）にて示される。すなわち、図６～９の例に式（１）を適用する場合、軸対称な剛体（ここでは、回転ホイール１５１）が対称軸（ここでは、Ｚ軸）上の固定点または重心の点Ｏを中心として回転運動しており、剛体の対称軸周りに角速度を持たないような座標系Ｏ－ｘｙｚを考える。座標系Ｏ－ｘｙｚは、ｘ軸周りとｙ軸周りには剛体と連動して回転するが、Ｚ軸周りには回転しない中間的な座標系となる。式（１）において、剛体（回転ホイール１５１）の対称軸（Ｚ軸）周りの慣性モーメントをＩａ、ｘ，ｙ，ｚ軸周りの角速度をそれぞれωｘ，ωｙ，Ωとすると、座標系Ｏ－ｘｙｚにおいて見かけのモーメント（すなわちジャイロモーメント）Ｍｇｙｒｏ（ここでは、ジャイロモーメントＦ２）が発生する。また、ジャイロモーメントの発生原理および計算式については、例えば、非特許文献１等に開示されているように公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　コントローラ１０では、フォースフィードバック部１５で発生させるジャイロモーメントにより、操作者の手に力を感得させるようなフィードバックを与えることができる。上述したように、発生するジャイロモーメントは、操作者の手に対して特定の方向を有する回転力を与えるような感触となり、かつ、その方向も複数の方向に対して発生可能となる。これにより、フォースフィードバック部１５を備えたコントローラ１０は、多様なフォースフィードバックを行うことができるようになる。例えば、レーシングゲームを行っている場合に左右回転方向のジャイロモーメントを生じさせることで、ハンドルの回転反力を模することができる。
　また、上述したフォースフィードバック部１５では、回動力Ｆ１を発生させるために内側フレーム１５２、中間フレーム１５３およびガイドフレーム１５４に対する回動制御が行われるが、この回動制御の駆動源である第１軸回転モータ１５６および第２軸回転モータ１５７自体はこれらフレームと共に変位するものではない。特に、第２軸回転モータ１５７は、中間フレーム１５３の外側から内側フレーム１５２に回動力を伝える必要があるが、ガイドフレーム１５４を介して内側フレーム１５２に回動力を伝える構成とすることで第２軸回転モータ１５７を中間フレーム１５２に対して取り付ける必要がなくなる。これにより、フォースフィードバック部１５は、第１軸回転モータ１５６および第２軸回転モータ１５７の自重の影響を受けることなく、内側フレーム１５２、中間フレーム１５３およびガイドフレーム１５４を回動可能となっており、応答性の高いものとすることができる。
　〔実施の形態２〕
　本実施の形態２では、本願開示の操作装置を実施の形態１とは異なるゲーム用コントローラの適用する場合を例示する。図１０は、本実施の形態２に係るゲーム用コントローラ（以下、単にコントローラと称する）２０の外観例を示す斜視図である。図１１は、コントローラ２０の機能ブロック図である。
　図１０に例示したコントローラ２０は、長手方向を有するスティック形状をしており、操作者がスティックの一端（手元側）を片手で持ち、コントローラ自体を振り回すようにして操作するものである。また、コントローラ２０は、操作者が操作入力を行うための操作入力部２２も有しており、操作入力部２２には親指での操作が想定された操作手段２２Ａ（図１０ではボタンであるが、さらにスティックを有していてもよい）が含まれる。尚、ここでは説明の便宜上、操作手段２２Ａを上に向けた姿勢を基本姿勢とし、図１０に示す直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の各方向を、コントローラ２０における左右方向、前後方向および上下方向にそれぞれ対応させている。
　コントローラ２０は、図１１に示すように、制御部２１、操作入力部２２、動作検出センサ部２３、通信部２４、駆動部２５およびフォースフィードバック部２６を備えている。動作検出センサ部２３は、操作者によって振り回されるコントローラ２０の動きを検出する手段であり、傾きセンサや加速度センサ等のセンサ類が含まれる。コントローラ２０では、動作検出センサ部２３による検知信号が、操作者による操作入力信号として利用される。通信部２４は、無線または有線によってコントローラ２０がゲーム機本体（図示省略）と通信を行うための手段である。フォースフィードバック部２６は、駆動部２５からの駆動を受けて、コントローラ２０を手に持つ操作者に対して力を感得させるようなフィードバックを与える手段としてコントローラ２０に内蔵される。制御部２１は、コントローラ２０に対する全体的な制御（操作入力部２２からの入力信号に対する処理制御、通信部２４を介してのゲーム機本体との通信制御、駆動部２５の駆動制御）を行う手段である。
　コントローラ２０において、フォースフィードバック部２６は、従来のバイブレータのような単なる振動を発生させる手段ではなく、慣性力により特定方向に力が加わることを操作者に感得させるように力を発生させることができる。本実施の形態２では、リアクションホイールを利用したフォースフィードバック部２６を例示する。
　図１２は、フォースフィードバック部２６の斜視図である。フォースフィードバック部２６は、図１２に示すように、フライホイール（回転体）２６１と、図１１の駆動部２５に相当するサーボモータ（回転駆動部）２６２とを備えている。尚、２６２は、ステッピングモータであってもよい。
　フォースフィードバック部２６では、サーボモータ２６２によってフライホイール２６１の回転駆動を行い、フライホイール２６１の回転を加速（停止からの回転を含む）させるとき、もしくは減速（回転からの停止を含む）させるときに発生する回転反力により、操作者の手に力を感得させるようなフィードバックを与えることができる。具体的には、フライホイール２６１を加速するとき、サーボモータ２６２はフライホイール２６１の回転方向と逆向きに力を受ける。また、フライホイール２６１を減速するとき、サーボモータ２６２はフライホイール２６１の回転方向と同じ向きに力を受ける。
　コントローラ２０では、フォースフィードバック部２６をコントローラ２０の先端付近に設け、フライホイール２６１の回転軸がコントローラ２０の長手軸と直交するような配置とすることで、操作者の手に特定方向の力を与えることできる。具体的には、フライホイール２６１の回転軸を図１０のＺ軸方向（上下方向）に合わせることで、操作者の手にはＹ軸方向（左右方向）の力を与えることができる。また、フライホイール２６１の回転軸を図１０のＹ軸方向に合わせることで、操作者の手にはＺ軸方向の力を与えることができる。
　尚、フライホイール２６１の加速または減速は、これを継続的に行うことも断続的に行うことも可能である。これにより、例えば、釣りゲームを行っている場合の吊り竿の引きを模することができる。また、フライホイール２６１の加速度の大小により、操作者の手に与えられる力の大小も変化する。さらに、コントローラ２０では、図１０に示すように、フライホイール２６１の回転軸の向きが互いに異なる（より詳細には、回転軸のそれぞれが直交する）フォースフィードバック部２６が複数内蔵されていてもよい。この場合、1つのコントローラ２０において、様々な方向の力を発生させることができる。
　また、本実施の形態２では、リアクションホイールを利用したフォースフィードバック部２６を片手持ちタイプのコントローラ２０に搭載する場合を例示したが、フォースフィードバック部２６を両手持ちタイプのコントローラ２０に搭載することも可能である。同様に、ジャイロモーメントを利用したフォースフィードバック部１５は、両手持ちタイプのコントローラ１０だけでなく片手持ちタイプのコントローラ２０に搭載することも可能である。また、ジャイロモーメントを利用したフォースフィードバック部１５において、回転ホイール１５１の回転数を増減させることで、リアクションホイールとしての機能を実現することも可能である。この場合、ジャイロモーメントによる２軸に、リアクションホイールによる１軸を加え、３軸の回転力を得ることができる。さらには、フォースフィードバック部１５または２６を、操作者の身体に直接装着させるようなタイプのコントローラに搭載することも可能である。装着タイプのコントローラとしては、例えば、グローブのように操作者の手に嵌めて使用するコントローラ等が考えられる。
　〔実施の形態３〕
　上記実施の形態１，２では、回転体（回転ホイール１５１またはフライホイール２６１）に対しては、これを回転駆動する駆動部（モータ１５５またはサーボモータ２６２）のみを組み合わせる構成を例示した。しかしながら、本願開示はこれに限定されるものではなく、回転体に対して、その回転を急激に停止させるブレーキを組み合わせることも可能である。この場合に使用されるブレーキには、ＭＲ流体（磁気粘性流体）ブレーキやＥＲ流体（電気粘性流体）ブレーキが好適に使用できる。
　例えば、実施の形態２において説明したフォースフィードバック部２６において、フライホイール２６１の回転軸に対してブレーキ（図示省略）を取り付ける構成が考えられる。この構成では、フライホイール２６１を高速回転させ、その回転をブレーキによって瞬時に停止させることにより、衝撃に近い感触を操作者に体感させることができる。これにより、例えば、テニスゲームを行っている場合のボールを打ち返す（ラケットにボールが当たる）感覚を模することができる。
　尚、ブレーキを用いての回転停止による衝撃体感は、実施の形態１において説明したフォースフィードバック部１５においても適用可能である。この場合のブレーキは、回転軸Ｓ１～Ｓ３の何れに対しても設けることが可能であるが、特に、回転軸Ｓ１に対して設けることが好適である。すなわち、回転軸Ｓ１は回転ホイール１５１の回転軸であり、これにブレーキを設けることで高速回転する回転ホイール１５１を瞬時に停止させ、衝撃に近い感触を生じさせることができる。
　〔実施の形態４〕
　本実施の形態４では、モーメンタムホイールとして利用可能なフォースフィードバック部３１を例示する。モーメンタムホイールでは、高速に回転するホイールがその回転軸を保持しようとする作用を生じる。
　図１３は、フォースフィードバック部３１の斜視図である。フォースフィードバック部３１は、図１３に示すように、回転ホイール（回転体）３１１、内側フレーム（第１フレーム）３１２、中間フレーム（第２フレーム）３１３、外側フレーム（第３フレーム）３１４、モータ（回転駆動部）３１５、第１軸回転モータ３１６および第２軸回転モータ３１７を有している。モータ３１５は、回転ホイール３１１をロータとし、その内側にステータ３１５ａを配置した構成とされている。第１軸回転モータ３１６および第２軸回転モータ３１７には、サーボモータまたはステッピングモータが使用される。
　フォースフィードバック部３１において、内側フレーム３１２は、回転ホイール３１１を回転軸Ｓ１周りの回転が可能となるように支持する。また、回転ホイール３１１を回転駆動するためのモータ３１５も内側フレーム３１２において固定される。中間フレーム３１３は、内側フレーム３１２を回転軸Ｓ２（第１の回動軸）周りの回動が可能となるように支持する。また、内側フレーム３１２を中間フレーム３１３に対して回動変位させるための第１軸回転モータ３１６も中間フレーム３１３において固定される。外側フレーム３１４は、中間フレーム３１３を回転軸Ｓ３（第２の回動軸）周りの回動が可能となるように支持する。また、中間フレーム３１３を外側フレーム３１４に対して回動変位させるための第２軸回転モータ３１７も外側フレーム３１４において固定される。
　フォースフィードバック部３１では、モータ３１５によって回転ホイール３１１を高速回転させることで、回転軸Ｓ１の向き（傾き）を保持しようとする慣性力を発生させることができる。このフォースフィードバック部３１を、例えばゲーム用コントローラ（コントローラ１０または２０）に搭載する場合は、外側フレーム３１４をコントローラのフレーム部材に固定するように取り付ける。
　フォースフィードバック部３１を搭載したコントローラでは、フォースフィードバック部３１の作動中（回転ホイール３１１の回転中）に操作者によってコントローラが動かされたとき（少なくともコントローラを回動変位させる動きを含む）、コントローラの動きに対して回転軸Ｓ１の向きを元に戻そうとする方向の慣性力が発生し、この慣性力が操作者に対するフォースフィードバックとなる。すなわち、上述したフォースフィードバック部１５，２６では、ジャイロモーメントやリアクションホイールの作用によってコントローラ側から能動的にフォースフィードバックを行うことができるが、モーメンタムホイールの作用によるフォースフィードバック部３１は、コントローラに対して操作者側から動きが加えられた場合において、受動的なフォースフィードバックを行うことができる。
　また、フォースフィードバック部３１では、第１軸回転モータ３１６によって内側フレーム３１２を回動させたり、第２軸回転モータ３１７によって中間フレーム３１３を回動させたりすることで、回転軸Ｓ１の向きを変えることが可能である。すなわち、フォースフィードバック部３１を搭載したコントローラにおいては、保持しようとする回転軸Ｓ１の向きを、任意の向きに設定することが可能である。
　また、上述したフォースフィードバック部１５，１６においても、回転ホイール１５１やフライホイール２６１を高速回転させることで、モーメンタムホイールとして機能させることは可能である。
　〔実施の形態５〕
　上記実施の形態１～４では、本願開示の操作装置をゲーム用コントローラに適用する場合を例示した。しかしながら、本願開示の操作装置の適用はゲーム用コントローラに限定されるものでなく、他に様々な機器に適用することが可能である。
　一例として、ハンディドリル等の電動工具において、ジャイロモーメントを利用したフォースフィードバック部１５を適用することが可能である。ハンディドリルによる穴あけ作業では、ドリルの回転軸の角度を変化させないように姿勢保持することが重要である。この場合のフォースフィードバック部１５は、回転ホイール１５１の回転軸Ｓ１がドリルの回転軸と平行になるように配置し、ハンディドリルの姿勢がずれた場合（ドリルの回転軸が傾いた場合）に、フォースフィードバック部１５に上述したジャイロモーメントを発生させ、そのずれを補正する回転力とすることができる。
　また、他の例として、図１５に示すような電動草刈り機にフォースフィードバック部１５を適用することも考えられる。この場合、草を刈る回転ディスクに対して支点（ディスクの回転中心）を中心に前後に首を振る力Ｆ１を与えることで、回転ディスクを左右に振る力Ｆ２を発生させることができ、作業のサポートとなる力を得ることができる。具体例としては、ディスクが前後に首をふるようなアクチュエータをディスク部分に取り付けてディスクのみ前後に振らせると、体に接触する部分を支点にディスクが左右に振れるようにすることができる。
　今回開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本願開示の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
　本出願は、２０２２年１０月２７日に日本特許庁に出願された日本国特許出願第２０２２－１７２６５４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２２－１７２６５４号の全内容を参照により本出願に援用する。
１０，２０　　ゲーム用コントローラ（操作装置）
１１，２１　　制御部
１２，２２　　操作入力部
１３，２４　　通信部
１４，２５　　駆動部
１５，２６，３１　　フォースフィードバック部
１５１　　回転ホイール（回転体）
１５２，３１２　　内側フレーム（第１フレーム）
１５３，３１３　　中間フレーム（第２フレーム）
１５４　　ガイドフレーム
１５５，３１５　　モータ（回転駆動部）
１５６，３１６　　第１軸回転モータ
１５７，３１７　　第２軸回転モータ
１５８ａ～１５８ｄ　　支持脚
２３　　動作検出センサ部
２６１　　フライホイール（回転体）
２６２　　サーボモータ（回転駆動部）
３１４　　外側フレーム（第３フレーム）

Claims (7)

  1. 　操作者が所持または装着して、操作対象の操作の用に供する操作装置であって、
    　回転軸を回転中心として回転する回転体と、
    　前記回転体を、前記回転軸を中心に回転させる回転駆動部とを備えることを特徴とする操作装置。
  2. 　請求項１に記載の操作装置であって、
    　前記回転軸を中心として回転している前記回転体を、前記回転軸に直交する第１の回動軸を中心に回動可能であることを特徴とする操作装置。
  3. 　請求項２に記載の操作装置であって、
    　前記回転軸を中心として回転している前記回転体を、前記回転軸および前記第１の回動軸の両方に直交する第２の回動軸を中心に回動可能であることを特徴とする操作装置。
  4. 　請求項３に記載の操作装置であって、
    　前記回転体を、前記回転軸を回転中心として回転可能に支持する第１フレームと、
    　前記第１フレームを、前記第２の回動軸を回動中心として回動可能に支持するとともに、前記第１の回動軸を回動中心として回動可能である第２フレームと、
    　前記第１の回動軸を回動中心として回動可能であり、自身の回動を前記第１フレームに伝達することで、前記第１フレームを前記第２の回動軸を回動中心として回動させることが可能であるガイドフレームとを備えることを特徴とする操作装置。
  5. 　請求項２から４の何れか１項に記載の操作装置であって、
    　前記回転駆動部は、前記回転体の回転方向および回転速度を制御可能であることを特徴とする操作装置。
  6. 　請求項１に記載の操作装置であって、
    　前記回転駆動部は、前記回転体の回転方向および回転速度を制御可能であり、
    　前記回転体として、前記回転軸がそれぞれ直交する複数の回転体を備えることを特徴とする操作装置。
  7. 　請求項３に記載の操作装置であって、
    　前記回転体を、前記回転軸を回転中心として回転可能に支持する第１フレームと、
    　前記第１フレームを、前記第１の回動軸を回動中心として回動可能に支持する第２フレームと、
    　前記第２フレームを、前記第２の回動軸を回動中心として回動可能に支持する第３フレームとを備えることを特徴とする操作装置。
PCT/JP2023/035609 2022-10-27 2023-09-29 操作装置 WO2024090137A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-172654 2022-10-27
JP2022172654A JP2024064224A (ja) 2022-10-27 2022-10-27 操作装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024090137A1 true WO2024090137A1 (ja) 2024-05-02

Family

ID=90830578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/035609 WO2024090137A1 (ja) 2022-10-27 2023-09-29 操作装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2024064224A (ja)
WO (1) WO2024090137A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009075861A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Panasonic Corp 入力装置および入力システム
JP2009289015A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Sharp Corp 力覚付与型入力装置
US20100022300A1 (en) * 2008-07-23 2010-01-28 Industrial Technology Research Institute Device with spatially unrestricted force feedback
JP2021534428A (ja) * 2016-09-15 2021-12-09 リアル シンプル アイディアズ エルエルシー ジャイロ運動フィードバック装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009075861A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Panasonic Corp 入力装置および入力システム
JP2009289015A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Sharp Corp 力覚付与型入力装置
US20100022300A1 (en) * 2008-07-23 2010-01-28 Industrial Technology Research Institute Device with spatially unrestricted force feedback
JP2021534428A (ja) * 2016-09-15 2021-12-09 リアル シンプル アイディアズ エルエルシー ジャイロ運動フィードバック装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAKATA KENTARO: "Torque −feedback Device using Angular Momentum Transition", TRANSACTIONS OF THE VIRTUAL REALITY SOCIETY OF JAPAN, vol. 6, no. 2, 30 June 2001 (2001-06-30), pages 115 - 120, XP093165218 *
矢野博明. ジャイロモーメントを用いた力覚呈示装置 人間のアクティブな動作を支援する力覚呈示. 画像ラボ. 01 July 2003, vol. 14, no. 7, pp. 20-24, (Image Laboratory), non-official translation (YANO, Hiroaki. Force Feedback Device Using Gyro Moment - Force Feedback to Support Active Human Movement.) *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024064224A (ja) 2024-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101296925B1 (ko) 촉력각 통신 장치
US7979797B2 (en) Device having selective directional tactile feedback capability
JP5417663B2 (ja) ロータリー式調和運動質量体を使用しての触覚フィードバック
US20100022300A1 (en) Device with spatially unrestricted force feedback
US10698490B2 (en) Haptic feedback device, method and system
KR20140057569A (ko) 인체공학 게임 컨트롤러
US10310602B2 (en) Controlled gyroscopic torque for an electronic device
JPWO2002073385A1 (ja) ジャイロを用いた力覚呈示方法及び装置
JPH0438507A (ja) ジョイスティックコントロール装置
WO2024090137A1 (ja) 操作装置
JP2021534428A (ja) ジャイロ運動フィードバック装置
US20090054144A1 (en) Force feedback apparatus and system using thereof
JP2000181618A (ja) ４軸のフォースフィードバックを有する力覚インタフェース装置
TW202418047A (zh) 操作裝置
US20220049957A1 (en) Gyroscope devices with control rotors and reaction wheels
WO2016195503A1 (en) Handheld controller with haptic feedback unit
US10554101B2 (en) Haptic device
US10101157B2 (en) Free-space force feedback system
US20240066395A1 (en) Haptic Module and Controller Having Rotational Weight Distribution
WO2018101890A1 (en) Electronic input device
JP7344742B2 (ja) 力覚生成装置
JP7511755B2 (ja) 情報処理システム、情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置
JPH09206475A (ja) 体重移動型操舵装置及びこれを用いたゲーム装置
JP2003053264A (ja) 遠心力発生・制御・体感装置
JP2001113048A (ja) ゲーム機用操作装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23882346

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1