JP2004302529A - 力覚付与型入力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トルク発生部の暴走を防止可能な力覚付与型入力装置を提供する。
【解決手段】コントローラ４に、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａ、トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃ、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄ、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅを備え、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部及４ｂび回転角演算部４ｆに出力する。
【選択図】 図２
【解決手段】コントローラ４に、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａ、トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃ、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄ、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅを備え、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部及４ｂび回転角演算部４ｆに出力する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部にその操作状態に応じた力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、操作部に力覚を付与するトルク発生部の暴走防止手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばバイワイヤ方式の車載電気機器集中制御装置、ステアリング装置、ギアシフト装置又はブレーキ装置などに適用される入力装置として、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置検出部と、前記操作部に力覚を付与するトルク発生部と、前記トルク発生部の駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた力覚を付与するコントローラとを備えた力覚付与型入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この力覚付与型入力装置によれば、トルク発生部を駆動することにより、操作部にその操作方向や操作量等に応じた種々の力覚を付与することができるので、バイワイヤ方式の各種装置における操作部の操作に所要の操作感を付与することができる。
【０００４】
ところで、この種の力覚付与型入力装置においては、トルク発生部の暴走、即ち、操作者が操作部から手を離したときにトルク発生部が発振して操作部がその可動範囲内で振れ続ける現象の発生を防止するため、単に位置検出部から出力される位置情報に応じたトルク情報をトルク発生部に出力するのではなく、当該位置情報に応じたトルク情報と前記位置信号の変化率から算出される操作部の操作速度に応じたトルク情報との合成トルク情報をトルク発生部に出力するという制御方法がとられている。なお、前記操作部の操作速度に応じたトルク情報は、操作部の操作に粘性摩擦に類似した抵抗感を付与するので、「粘性摩擦トルク」と呼ばれることがある。
【０００５】
図５は本願出願人が先に提案したこの種の力覚付与型入力装置の構成図であって、操作者によって操作される操作部１と、操作部１の操作状態を検出するエンコーダ２と、操作部１に力覚を付与するトルク発生部３と、トルク発生部３の駆動を制御し、操作部１にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラ４とから主に構成されている。
【０００６】
コントローラ４には、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する回転角速度演算部４ａと、トルク発生部３に供給するトルク情報を算出するトルク演算部４ｂと、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報より操作部１の回転角情報を演算する回転角演算部４ｆとが備えられており、回転角速度演算部４ａは、算出された回転角速度情報をトルク演算部４ｂと回転角演算部４ｆとに出力する。トルク演算部４ｂは、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報及び回転角演算部４ｆから出力される回転角情報に基づいてトルク情報を算出し、これをトルク発生部３に出力する。前記回転角速度情報に基づいて算出されるトルク成分が粘性摩擦トルクであり、前記回転角情報に基づいて算出されるトルク成分がクリック感触などの操作部１に与えられる力覚である。
【０００７】
回転角速度演算部４ａは、図６に示すように、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし、式θｄｏｔ＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔを算出する。なお、式中のΔθは、エンコーダ２の分解能である。
【０００８】
かように本構成の力覚付与型入力装置は、トルク発生部３に供給されるトルク情報に回転角速度情報に基づく粘性摩擦トルク成分を加えるので、エンコーダ２から出力される信号パルスを正確にカウントできる限り、トルク発生部３の暴走を防止することができる。
【０００９】
【特許文献】
特開２００２−１４９３２４（図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構成の力覚付与型入力装置は、回転角速度演算部４ａにて常にエンコーダ２から出力される信号パルスを正確にカウントできることを前提に構成されているが、実際には、操作部１の操作速度が速く、一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎが多くなると、信号パルスの誤カウントが増加して、実際の操作部１の回転角速度に応じた回転角速度情報を算出できなくなり、操作部１の操作が不安定になったり、最悪の場合にはトルク発生部３が暴走するという不都合を生じることがあった。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであり、その課題とするところは、トルク発生部の暴走を確実に防止可能で、操作性及び信頼性に優れた力覚付与型入力装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、力覚付与型入力装置を、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出するエンコーダと、前記操作部に力覚を付与するトルク発生部と、前記トルク発生部の駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラとを有し、前記コントローラには、前記エンコーダから出力される信号パルスに基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、前記操作部に作用する回転角加速度に基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第２の回転角速度演算部と、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部と、当該回転角速度選択部から出力される回転角速度情報に基づいて前記操作部の回転角情報を演算する回転角演算部と、前記回転角速度選択部から出力される回転角速度情報及び前記回転角演算部から出力される回転角情報に基づいて前記トルク発生部に付与するトルク情報を算出するトルク演算部とが備えられ、前記回転角速度選択部は、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報が予め定められた所定値を超えたとき、前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択して前記回転角演算部及び前記トルク演算部に出力するという構成にした。
【００１３】
このように、力覚付与型入力装置のコントローラに、エンコーダから出力される信号パルスに基づいて操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、操作部に作用する回転角加速度に基づいて操作部の回転角速度情報を算出する第２の回転角速度演算部と、第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部とを備え、第１の回転角速度演算部から出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択して回転角演算部及びトルク演算部に出力すると、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部によって正確な回転角速度情報を算出することができるので、この回転角速度情報に基づいてトルク情報の粘性摩擦トルク成分を算出し、この粘性摩擦トルク成分を含むトルク情報にてトルク発生部の駆動を制御することにより、トルク発生部の暴走を確実に防止することができて、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記コントローラに前記トルク演算部から前記トルク発生部に出力されるトルク情報及び前記操作部の慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部を備え、前記第２の回転角速度演算部は、当該回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報に基づいて前記操作部の回転角速度を算出するという構成にした。
【００１５】
このように、回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報に基づいて第２の回転角速度演算部が操作部の回転角速度を算出すると、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合、操作部に作用している回転角加速度に即した粘性摩擦トルク成分をトルク発生部に付与できるので、トルク発生部の暴走を確実に防止することができ、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記第２の回転角速度演算部内に前記トルク発生部の最大トルク及び前記操作部の慣性モーメントを記憶し、前記第２の回転角速度演算部は、これら最大トルク及び慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角速度を算出するという構成にした。
【００１７】
トルク発生部の暴走は、コントローラが算出した操作部の操作速度よりも実際の操作部の操作速度の方が速い場合にのみ発生する。したがって、第２の回転角速度演算部内にトルク発生部の最大トルク及び操作部の慣性モーメントを記憶し、これに基づいて操作部の回転角速度を算出すれば、回転角速度選択部により第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報が選択されたとき、トルク発生部に最大の粘性摩擦トルク成分を付与することができるので、トルク発生部の暴走を確実に防止することができる。また、回転角加速度演算部による回転角加速度の算出が不要になるので、コントローラの回路構成を簡略化できると共に、演算速度の高速化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の第１例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【００１９】
図１に示すように、本例の力覚付与型入力装置も基本的な構成については図５に示した従来の力覚付与型入力装置と同じであり、操作者によって操作される操作部１と、操作部１の操作状態を検出するエンコーダ２と、操作部１に力覚を付与するトルク発生部３と、トルク発生部３の駆動を制御し、操作部１にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラ４とから主に構成されている。
【００２０】
操作部１は、操作者が手動にて操作するものであり、力覚付与型入力装置の用途に応じて、例えばロータリノブ、揺動レバー又はジョイスティックなどの適宜のものが用いられる。
【００２１】
エンコーダ２は、操作部１の操作量及び操作方向を電気量に変換して出力するものであり、通常は２相の信号パルスを出力可能な任意のエンコーダが用いられる。
【００２２】
トルク発生部３は、操作部１に所要の力覚を付与するものであり、回転モータ、リニアモータ又はソレノイドなどが用いられる。なお、トルク発生部３としてリニアモータやソレノイドを用いた場合には、トルク発生部３と操作部１との間に、トルク発生部３の直線運動を回転運動に変換して操作部１に伝達するための所要の動力伝達機構が備えられる。
【００２３】
コントローラ４には、図１に示すように、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａと、トルク発生部３に供給するトルク情報を算出するトルク演算部４ｂと、当該トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃと、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかより操作部１の回転角情報を演算する回転角演算部４ｆとが備えられており、回転角速度選択部４ｅは、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたとき、第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部４ｂ及び回転角演算部４ｆに出力する。トルク演算部４ｂは、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報及び回転角演算部４ｆから出力される回転角情報に基づいてトルク情報を算出し、これをトルク発生部３に出力する。前記回転角速度情報に基づいて算出されるトルク成分が粘性摩擦トルクであり、前記回転角情報に基づいて算出されるトルク成分がクリック感触などの操作部１に与えられる力覚である。
【００２４】
次に、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を図２に基づいて説明する。
【００２５】
操作部１が操作されると、第１の回転角速度演算部４ａは、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし（手順Ｓ１）、式θｄｏｔ１＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１を算出する（手順Ｓ２）。なお、式中のΔθは、エンコーダ２の分解能である。次いで、回転角加速度演算部４ｃは、トルク演算部４ｂからトルク発生部３に与えられるトルク情報Ｔと操作部１の慣性モーメントＪとから、式θｄｏｔｄｏｔ＝Ｔ／Ｊに従って操作部１の回転角加速度情報θｄｏｔｄｏｔを算出する（手順Ｓ３）。次いで、第２の回転角速度演算部４ｄは、手順Ｓ３で求められた操作部１の回転角加速度情報θｄｏｔｄｏｔに基づき、式θｄｏｔ２＝θｄｏｔ２Ｏｌｄ＋θｄｏｔｄｏｔ・Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ２を算出する（手順Ｓ４）。なお、当該式中のθｄｏｔ２Ｏｌｄは、前回のθｄｏｔ２を示す。しかる後に、回転角速度選択部４ｅは、手順Ｓ２で算出された操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１が予め定められた一定値以上であるか否かを判定し（手順Ｓ５）、一定値以上でないときには操作部１の回転角速度情報θｄｏｔとしてθｄｏｔ１を出力し（手順Ｓ６）、一定値以上であるときには手順Ｓ４で算出されたθｄｏｔ２を出力する（手順Ｓ７）。
【００２６】
本例の力覚付与型入力装置は、コントローラ４に、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａと、トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃと、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅとを備え、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部４ｂ及び回転角演算部４ｆに出力するので、操作部１の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部４ａによっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部４ｄによって算出された操作部１の操作速度に即した回転角速度情報に基づいてトルク発生部３の駆動を制御することができ、トルク発生部３の暴走を確実に防止できて、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００２７】
なお、操作部１に回転角演算部４ｆより出力される回転角情報に基づいて算出される力覚を付与する技術については、本願出願人が先に提案した特開２００２−１４９３２４に記載の技術を利用することができる。前記公知文献に記載のアクチュエータの制御システム、手動操作部３、アクチュエータ１４、エンコーダ２５は、それぞれ本願のコントローラ４、操作部１、トルク発生部３、エンコーダ２に相当する。
【００２８】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の第２例を、図３及び図４に基づいて説明する。図３は第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図４は第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【００２９】
図３から明らかなように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、回転角加速度演算部４ｃを備えず、第２の回転角速度演算部４ｄにてトルク発生部の回転角加速度成分を加味した回転角速度の算出を行うことを特徴とする。第２の回転角速度演算部４ｄには、トルク発生部３の最大トルク及び操作部１の慣性モーメントが記憶されている。その他の構成については、第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３０】
次に、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を図４に基づいて説明する。
【００３１】
操作部１が操作されると、第１の回転角速度演算部４ａは、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし（手順Ｓ１１）、式θｄｏｔ１＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１を算出する（手順Ｓ１２）。次いで、第２の回転角速度演算部４ｄは、予め記憶されたトルク発生部３の最大トルクＴと操作部１の慣性モーメントＪとから、式θｄｏｔ２＝θｄｏｔ２Ｏｌｄ＋Ｔｍａｘ／Ｊ・Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ２を算出する（手順Ｓ１３）。しかる後に、回転角速度選択部４ｅは、手順Ｓ１２で算出された操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１が予め定められた一定値以上であるか否かを判定し（手順Ｓ１４）、一定値以上でないときには操作部１の回転角速度情報θｄｏｔとしてθｄｏｔ１を出力し（手順Ｓ１５）、一定値以上であるときには手順Ｓ１３で算出されたθｄｏｔ２を出力する（手順Ｓ１６）。
【００３２】
トルク発生部３の暴走は、コントローラ４が算出した操作部の操作速度よりも実際の操作部の操作速度の方が速い場合にのみ発生するので、第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置のように、第２の回転角速度演算部４ｄ内にトルク発生部３の最大トルク及び操作部１の慣性モーメントを記憶し、これに基づいて操作部１の回転角速度を算出すると、回転角速度選択部４ｅにより第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報が選択されたとき、トルク発生部３に最大の粘性摩擦トルク成分を付与することができるので、トルク発生部３の暴走を確実に防止することができる。また、回転角加速度演算部による回転角加速度の算出が不要になるので、コントローラ４の回路構成を簡略化できると共に、演算速度の高速化を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の力覚付与型入力装置は、コントローラに、エンコーダから出力される信号パルスより操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、トルク演算部から出力されるトルク情報より操作部の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部と、当該回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報より操作部の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部と、第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部とを備え、第１の回転角速度演算部から出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部及び前記回転角演算部に出力するようにしたので、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部によって算出された正確な回転角速度情報に基づいてトルク情報の粘性摩擦トルク成分を算出することができる。よって、トルク発生部の暴走を確実に防止することができ、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図２】第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【図３】第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図４】第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【図５】従来例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図６】従来例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 操作部
２ エンコーダ
３ トルク発生部
４ コントローラ
４ａ 第１の回転角速度演算部
４ｂ トルク演算部
４ｃ 回転角加速度演算部
４ｄ 第２の回転角速度演算部
４ｅ 回転角速度選択部
４ｆ 回転角演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部にその操作状態に応じた力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、操作部に力覚を付与するトルク発生部の暴走防止手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばバイワイヤ方式の車載電気機器集中制御装置、ステアリング装置、ギアシフト装置又はブレーキ装置などに適用される入力装置として、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置検出部と、前記操作部に力覚を付与するトルク発生部と、前記トルク発生部の駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた力覚を付与するコントローラとを備えた力覚付与型入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この力覚付与型入力装置によれば、トルク発生部を駆動することにより、操作部にその操作方向や操作量等に応じた種々の力覚を付与することができるので、バイワイヤ方式の各種装置における操作部の操作に所要の操作感を付与することができる。
【０００４】
ところで、この種の力覚付与型入力装置においては、トルク発生部の暴走、即ち、操作者が操作部から手を離したときにトルク発生部が発振して操作部がその可動範囲内で振れ続ける現象の発生を防止するため、単に位置検出部から出力される位置情報に応じたトルク情報をトルク発生部に出力するのではなく、当該位置情報に応じたトルク情報と前記位置信号の変化率から算出される操作部の操作速度に応じたトルク情報との合成トルク情報をトルク発生部に出力するという制御方法がとられている。なお、前記操作部の操作速度に応じたトルク情報は、操作部の操作に粘性摩擦に類似した抵抗感を付与するので、「粘性摩擦トルク」と呼ばれることがある。
【０００５】
図５は本願出願人が先に提案したこの種の力覚付与型入力装置の構成図であって、操作者によって操作される操作部１と、操作部１の操作状態を検出するエンコーダ２と、操作部１に力覚を付与するトルク発生部３と、トルク発生部３の駆動を制御し、操作部１にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラ４とから主に構成されている。
【０００６】
コントローラ４には、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する回転角速度演算部４ａと、トルク発生部３に供給するトルク情報を算出するトルク演算部４ｂと、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報より操作部１の回転角情報を演算する回転角演算部４ｆとが備えられており、回転角速度演算部４ａは、算出された回転角速度情報をトルク演算部４ｂと回転角演算部４ｆとに出力する。トルク演算部４ｂは、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報及び回転角演算部４ｆから出力される回転角情報に基づいてトルク情報を算出し、これをトルク発生部３に出力する。前記回転角速度情報に基づいて算出されるトルク成分が粘性摩擦トルクであり、前記回転角情報に基づいて算出されるトルク成分がクリック感触などの操作部１に与えられる力覚である。
【０００７】
回転角速度演算部４ａは、図６に示すように、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし、式θｄｏｔ＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔを算出する。なお、式中のΔθは、エンコーダ２の分解能である。
【０００８】
かように本構成の力覚付与型入力装置は、トルク発生部３に供給されるトルク情報に回転角速度情報に基づく粘性摩擦トルク成分を加えるので、エンコーダ２から出力される信号パルスを正確にカウントできる限り、トルク発生部３の暴走を防止することができる。
【０００９】
【特許文献】
特開２００２−１４９３２４（図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構成の力覚付与型入力装置は、回転角速度演算部４ａにて常にエンコーダ２から出力される信号パルスを正確にカウントできることを前提に構成されているが、実際には、操作部１の操作速度が速く、一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎが多くなると、信号パルスの誤カウントが増加して、実際の操作部１の回転角速度に応じた回転角速度情報を算出できなくなり、操作部１の操作が不安定になったり、最悪の場合にはトルク発生部３が暴走するという不都合を生じることがあった。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであり、その課題とするところは、トルク発生部の暴走を確実に防止可能で、操作性及び信頼性に優れた力覚付与型入力装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、力覚付与型入力装置を、操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出するエンコーダと、前記操作部に力覚を付与するトルク発生部と、前記トルク発生部の駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラとを有し、前記コントローラには、前記エンコーダから出力される信号パルスに基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、前記操作部に作用する回転角加速度に基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第２の回転角速度演算部と、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部と、当該回転角速度選択部から出力される回転角速度情報に基づいて前記操作部の回転角情報を演算する回転角演算部と、前記回転角速度選択部から出力される回転角速度情報及び前記回転角演算部から出力される回転角情報に基づいて前記トルク発生部に付与するトルク情報を算出するトルク演算部とが備えられ、前記回転角速度選択部は、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報が予め定められた所定値を超えたとき、前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択して前記回転角演算部及び前記トルク演算部に出力するという構成にした。
【００１３】
このように、力覚付与型入力装置のコントローラに、エンコーダから出力される信号パルスに基づいて操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、操作部に作用する回転角加速度に基づいて操作部の回転角速度情報を算出する第２の回転角速度演算部と、第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部とを備え、第１の回転角速度演算部から出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択して回転角演算部及びトルク演算部に出力すると、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部によって正確な回転角速度情報を算出することができるので、この回転角速度情報に基づいてトルク情報の粘性摩擦トルク成分を算出し、この粘性摩擦トルク成分を含むトルク情報にてトルク発生部の駆動を制御することにより、トルク発生部の暴走を確実に防止することができて、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記コントローラに前記トルク演算部から前記トルク発生部に出力されるトルク情報及び前記操作部の慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部を備え、前記第２の回転角速度演算部は、当該回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報に基づいて前記操作部の回転角速度を算出するという構成にした。
【００１５】
このように、回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報に基づいて第２の回転角速度演算部が操作部の回転角速度を算出すると、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合、操作部に作用している回転角加速度に即した粘性摩擦トルク成分をトルク発生部に付与できるので、トルク発生部の暴走を確実に防止することができ、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記第２の回転角速度演算部内に前記トルク発生部の最大トルク及び前記操作部の慣性モーメントを記憶し、前記第２の回転角速度演算部は、これら最大トルク及び慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角速度を算出するという構成にした。
【００１７】
トルク発生部の暴走は、コントローラが算出した操作部の操作速度よりも実際の操作部の操作速度の方が速い場合にのみ発生する。したがって、第２の回転角速度演算部内にトルク発生部の最大トルク及び操作部の慣性モーメントを記憶し、これに基づいて操作部の回転角速度を算出すれば、回転角速度選択部により第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報が選択されたとき、トルク発生部に最大の粘性摩擦トルク成分を付与することができるので、トルク発生部の暴走を確実に防止することができる。また、回転角加速度演算部による回転角加速度の算出が不要になるので、コントローラの回路構成を簡略化できると共に、演算速度の高速化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の第１例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【００１９】
図１に示すように、本例の力覚付与型入力装置も基本的な構成については図５に示した従来の力覚付与型入力装置と同じであり、操作者によって操作される操作部１と、操作部１の操作状態を検出するエンコーダ２と、操作部１に力覚を付与するトルク発生部３と、トルク発生部３の駆動を制御し、操作部１にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラ４とから主に構成されている。
【００２０】
操作部１は、操作者が手動にて操作するものであり、力覚付与型入力装置の用途に応じて、例えばロータリノブ、揺動レバー又はジョイスティックなどの適宜のものが用いられる。
【００２１】
エンコーダ２は、操作部１の操作量及び操作方向を電気量に変換して出力するものであり、通常は２相の信号パルスを出力可能な任意のエンコーダが用いられる。
【００２２】
トルク発生部３は、操作部１に所要の力覚を付与するものであり、回転モータ、リニアモータ又はソレノイドなどが用いられる。なお、トルク発生部３としてリニアモータやソレノイドを用いた場合には、トルク発生部３と操作部１との間に、トルク発生部３の直線運動を回転運動に変換して操作部１に伝達するための所要の動力伝達機構が備えられる。
【００２３】
コントローラ４には、図１に示すように、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａと、トルク発生部３に供給するトルク情報を算出するトルク演算部４ｂと、当該トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃと、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかより操作部１の回転角情報を演算する回転角演算部４ｆとが備えられており、回転角速度選択部４ｅは、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたとき、第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部４ｂ及び回転角演算部４ｆに出力する。トルク演算部４ｂは、回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報及び回転角演算部４ｆから出力される回転角情報に基づいてトルク情報を算出し、これをトルク発生部３に出力する。前記回転角速度情報に基づいて算出されるトルク成分が粘性摩擦トルクであり、前記回転角情報に基づいて算出されるトルク成分がクリック感触などの操作部１に与えられる力覚である。
【００２４】
次に、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を図２に基づいて説明する。
【００２５】
操作部１が操作されると、第１の回転角速度演算部４ａは、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし（手順Ｓ１）、式θｄｏｔ１＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１を算出する（手順Ｓ２）。なお、式中のΔθは、エンコーダ２の分解能である。次いで、回転角加速度演算部４ｃは、トルク演算部４ｂからトルク発生部３に与えられるトルク情報Ｔと操作部１の慣性モーメントＪとから、式θｄｏｔｄｏｔ＝Ｔ／Ｊに従って操作部１の回転角加速度情報θｄｏｔｄｏｔを算出する（手順Ｓ３）。次いで、第２の回転角速度演算部４ｄは、手順Ｓ３で求められた操作部１の回転角加速度情報θｄｏｔｄｏｔに基づき、式θｄｏｔ２＝θｄｏｔ２Ｏｌｄ＋θｄｏｔｄｏｔ・Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ２を算出する（手順Ｓ４）。なお、当該式中のθｄｏｔ２Ｏｌｄは、前回のθｄｏｔ２を示す。しかる後に、回転角速度選択部４ｅは、手順Ｓ２で算出された操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１が予め定められた一定値以上であるか否かを判定し（手順Ｓ５）、一定値以上でないときには操作部１の回転角速度情報θｄｏｔとしてθｄｏｔ１を出力し（手順Ｓ６）、一定値以上であるときには手順Ｓ４で算出されたθｄｏｔ２を出力する（手順Ｓ７）。
【００２６】
本例の力覚付与型入力装置は、コントローラ４に、エンコーダ２から出力される信号パルスより操作部１の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部４ａと、トルク演算部４ｂから出力されるトルク情報より操作部１の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部４ｃと、当該回転角加速度演算部４ｃから出力される回転角加速度情報より操作部１の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部４ｄと、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部４ｅとを備え、第１の回転角速度演算部４ａから出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部４ｂ及び回転角演算部４ｆに出力するので、操作部１の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部４ａによっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部４ｄによって算出された操作部１の操作速度に即した回転角速度情報に基づいてトルク発生部３の駆動を制御することができ、トルク発生部３の暴走を確実に防止できて、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【００２７】
なお、操作部１に回転角演算部４ｆより出力される回転角情報に基づいて算出される力覚を付与する技術については、本願出願人が先に提案した特開２００２−１４９３２４に記載の技術を利用することができる。前記公知文献に記載のアクチュエータの制御システム、手動操作部３、アクチュエータ１４、エンコーダ２５は、それぞれ本願のコントローラ４、操作部１、トルク発生部３、エンコーダ２に相当する。
【００２８】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の第２例を、図３及び図４に基づいて説明する。図３は第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図４は第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【００２９】
図３から明らかなように、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置は、回転角加速度演算部４ｃを備えず、第２の回転角速度演算部４ｄにてトルク発生部の回転角加速度成分を加味した回転角速度の算出を行うことを特徴とする。第２の回転角速度演算部４ｄには、トルク発生部３の最大トルク及び操作部１の慣性モーメントが記憶されている。その他の構成については、第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３０】
次に、本実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を図４に基づいて説明する。
【００３１】
操作部１が操作されると、第１の回転角速度演算部４ａは、エンコーダ２から出力される一定時間Δｔ当たりの信号パルスの数ｎをカウントし（手順Ｓ１１）、式θｄｏｔ１＝Δθ・ｎ／Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１を算出する（手順Ｓ１２）。次いで、第２の回転角速度演算部４ｄは、予め記憶されたトルク発生部３の最大トルクＴと操作部１の慣性モーメントＪとから、式θｄｏｔ２＝θｄｏｔ２Ｏｌｄ＋Ｔｍａｘ／Ｊ・Δｔに従って操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ２を算出する（手順Ｓ１３）。しかる後に、回転角速度選択部４ｅは、手順Ｓ１２で算出された操作部１の回転角速度情報θｄｏｔ１が予め定められた一定値以上であるか否かを判定し（手順Ｓ１４）、一定値以上でないときには操作部１の回転角速度情報θｄｏｔとしてθｄｏｔ１を出力し（手順Ｓ１５）、一定値以上であるときには手順Ｓ１３で算出されたθｄｏｔ２を出力する（手順Ｓ１６）。
【００３２】
トルク発生部３の暴走は、コントローラ４が算出した操作部の操作速度よりも実際の操作部の操作速度の方が速い場合にのみ発生するので、第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置のように、第２の回転角速度演算部４ｄ内にトルク発生部３の最大トルク及び操作部１の慣性モーメントを記憶し、これに基づいて操作部１の回転角速度を算出すると、回転角速度選択部４ｅにより第２の回転角速度演算部４ｄから出力される回転角速度情報が選択されたとき、トルク発生部３に最大の粘性摩擦トルク成分を付与することができるので、トルク発生部３の暴走を確実に防止することができる。また、回転角加速度演算部による回転角加速度の算出が不要になるので、コントローラ４の回路構成を簡略化できると共に、演算速度の高速化を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の力覚付与型入力装置は、コントローラに、エンコーダから出力される信号パルスより操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、トルク演算部から出力されるトルク情報より操作部の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部と、当該回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報より操作部の回転角速度を算出する第２の回転角速度演算部と、第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部とを備え、第１の回転角速度演算部から出力される回転角加速度情報が予め定められた所定値を超えたときに第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択してトルク演算部及び前記回転角演算部に出力するようにしたので、操作部の操作速度が速いために第１の回転角速度演算部によっては正確な回転角速度情報が得られない場合にも、第２の回転角速度演算部によって算出された正確な回転角速度情報に基づいてトルク情報の粘性摩擦トルク成分を算出することができる。よって、トルク発生部の暴走を確実に防止することができ、力覚付与型入力装置の操作性及び信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図２】第１実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【図３】第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図４】第２実施形態例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【図５】従来例に係る力覚付与型入力装置の構成図である。
【図６】従来例に係る力覚付与型入力装置における回転角速度情報の算出手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 操作部
２ エンコーダ
３ トルク発生部
４ コントローラ
４ａ 第１の回転角速度演算部
４ｂ トルク演算部
４ｃ 回転角加速度演算部
４ｄ 第２の回転角速度演算部
４ｅ 回転角速度選択部
４ｆ 回転角演算部
Claims (3)
- 操作者によって操作される操作部と、当該操作部の操作状態を検出するエンコーダと、前記操作部に力覚を付与するトルク発生部と、前記トルク発生部の駆動を制御し、前記操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与するコントローラとを有し、
前記コントローラには、前記エンコーダから出力される信号パルスに基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第１の回転角速度演算部と、前記操作部に作用する回転角加速度に基づいて前記操作部の回転角速度情報を算出する第２の回転角速度演算部と、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報又は前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報のいずれかを選択する回転角速度選択部と、当該回転角速度選択部から出力される回転角速度情報に基づいて前記操作部の回転角情報を演算する回転角演算部と、前記回転角速度選択部から出力される回転角速度情報及び前記回転角演算部から出力される回転角情報に基づいて前記トルク発生部に付与するトルク情報を算出するトルク演算部とが備えられ、
前記回転角速度選択部は、前記第１の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報が予め定められた所定値を超えたとき、前記第２の回転角速度演算部から出力される回転角速度情報を選択して前記回転角演算部及び前記トルク演算部に出力することを特徴とする力覚付与型入力装置。 - 前記コントローラに前記トルク演算部から前記トルク発生部に出力されるトルク情報及び前記操作部の慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角加速度情報を算出する回転角加速度演算部を備え、前記第２の回転角速度演算部は、当該回転角加速度演算部から出力される回転角加速度情報に基づいて前記操作部の回転角速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の力覚付与型入力装置。
- 前記第２の回転角速度演算部内に前記トルク発生部の最大トルク及び前記操作部の慣性モーメントを記憶し、前記第２の回転角速度演算部は、これら最大トルク及び慣性モーメントに基づいて前記操作部の回転角速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の力覚付与型入力装置。
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