JP2011154497A - Joy stick device for control of vehicle or the like - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操縦装置の操作量を電気信号により伝達し、スロットル、ブレーキ、ステアリングなどを制御するいわゆるバイワイヤ方式の車両等の操縦に関わるジョイスティック装置に関係する。 The present invention relates to a joystick device related to the operation of a so-called by-wire vehicle or the like that transmits an operation amount of a control device by an electric signal and controls throttle, brake, steering, and the like.
近年バイワイヤ方式の操縦装置を備えるタイプの車両や船舶が提案されている。バイワイヤ方式の操縦装置では電気信号により操作量が伝達されるため、従来のステアリングホイールやアクセルペダルのように操縦装置と制御対象が機械的に連結している必要がない。そのため、バイワイヤ方式の操縦装置として様々な形態が考案されている。特にスティックを前後左右に操作し、スティックの操作変位(角度)もしくは操作力を操作量とするジョイスティック方式が知られている。 In recent years, vehicles and ships of a type equipped with a by-wire control device have been proposed. Since the operation amount is transmitted by an electric signal in the by-wire type control device, it is not necessary to mechanically connect the control device and the controlled object like a conventional steering wheel or accelerator pedal. Therefore, various forms have been devised as a by-wire control device. In particular, there is known a joystick system in which a stick is operated in the front / rear and left / right directions and the operation displacement (angle) or operation force of the stick is used as an operation amount.
スティックの操作変位(角度)を操作量とする方法としては、特許文献1(特開2002−157034号公報)に示されるような構成が知られている。スティックの操作量に応じてスロットル、ブレーキ、ステアリングのアクチュエータを制御して車両を操縦するものである。また、各操作軸に設けられた反力モータによって適切な操作反力が操作者に与えられている。 As a method for using the operation displacement (angle) of the stick as an operation amount, a configuration as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-157034) is known. The vehicle controls the throttle, brake and steering actuators according to the amount of stick operation. Further, an appropriate operation reaction force is given to the operator by a reaction force motor provided on each operation shaft.
しかしながら、スティックに操作量を与えるためには、それ相応にスティックを変位させる必要があるため、操作時における操作者の動作が大きくなり、操作部に相応のスペースを確保する必要がある。 However, in order to give the operation amount to the stick, it is necessary to displace the stick accordingly, so that the operation of the operator at the time of operation increases, and it is necessary to secure a corresponding space in the operation unit.
動作が小さくて済み、操作部の必要スペースを抑制できる方法として、スティックに加えられた操作力を操作量とする方式も知られている。この方式の操作力入力方式のジョイスティックの先行技術としては特許文献2(特開平8−123614号公報)があり、球面軸受で揺動可能に支持されたスティックがコイルばねによって直立しており、スティックが操作されるとアームの突起が感圧センサを押し、操作力がセンサ出力として得られる。 As a method that requires only a small amount of motion and can reduce the space required for the operation unit, there is also known a method in which an operation force applied to a stick is used as an operation amount. As a prior art of an operation force input type joystick of this type, there is Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-123614). A stick supported so as to be swingable by a spherical bearing is upright by a coil spring. Is operated, the projection of the arm pushes the pressure sensor, and the operation force is obtained as the sensor output.
しかし、特許文献2の構成では、1軸の入力に対して感圧センサが2つ必要であるという欠点がある。これは、感圧センサが圧縮方向の感度のみを有しているため、圧縮方向の入力のみで1軸上の2方向の入力を得るためには、感圧センサが2つ必要となり、通常求められる2軸4方向に対応するためには前記の通り感圧センサが4つ必要となる。 However, the configuration of Patent Document 2 has a drawback that two pressure sensitive sensors are required for one axis input. This is because the pressure-sensitive sensor has only the sensitivity in the compression direction, so that two pressure-sensitive sensors are required in order to obtain the input in two directions on one axis only by the input in the compression direction. As described above, four pressure-sensitive sensors are required in order to correspond to the two directions and four directions.
また、特許文献2に記載の構成では、ベースに固定された感圧センサに圧縮荷重を加えて操作力を測定している。したがって、アームの突起が感圧センサに接触するまでは不感帯となってしまう。さらに、アームの突起と感圧センサが接触した後は操作力を増減してもスティックは感圧センサが荷重によって変形するだけの極わずかな量しか変位することができず、調整することも不可能である。すなわち、操作感に影響を与える操作反力を調整することができない。操作反力の調整が出来ていないと、感圧センサに過大な荷重が加わり、感圧センサを破損してしまう可能性がある。 In the configuration described in Patent Document 2, the operation force is measured by applying a compressive load to the pressure-sensitive sensor fixed to the base. Therefore, it becomes a dead zone until the projection of the arm contacts the pressure sensor. In addition, after the arm protrusion and the pressure sensor are in contact, the stick can be displaced only by a slight amount that the pressure sensor is deformed by the load even if the operating force is increased or decreased, and adjustment is not possible. Is possible. That is, the operation reaction force that affects the operational feeling cannot be adjusted. If the operation reaction force is not adjusted, an excessive load is applied to the pressure sensor, and the pressure sensor may be damaged.
本発明は、上記先行技術の有する問題に鑑み、応答性に優れ、操作反力及び操作量を適正な範囲に調整でき、破損等の少ないジョイスティックを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a joystick that is excellent in responsiveness, can adjust an operation reaction force and an operation amount to an appropriate range, and is less likely to break.
上記課題を解決するために、本発明の第1の発明に係るジョイスティック装置は、把持部と、把持部と連結して把持部下部に配置されたアーム板と、ベースと、アーム板をベースに対して揺動自在に連結する締結部材と、弾性部材を有し、前記アーム板と前記ベースを介して該弾性部材に予圧する押圧部と、を備え、押圧部は、感圧素子を有するものと、感圧素子を有さないものとが、一対となって、同一直線方向に配置されていることを特徴とするものである。これにより、一つの感圧素子で同一直線方向における正反対となる2方向の力を感知することができる。また、本発明の第2の発明に係るジョイスティック装置は、把持部と、把持部と連結して把持部下部に配置されたアーム板と、ベースと、アーム板をベースに対して揺動自在に連結する締結部材と、弾性部材を有し、前記アーム板と前記ベースを介して該弾性部材に予圧する押圧部と、ベースを支持する固定部と、を備え、押圧部と前記固定部とは、一対となって、同一感度方向に配置されていることを特徴とするものである。これにより、一つの感圧素子で同一直線方向における1方向の力を感知することができる。 In order to solve the above-mentioned problems, a joystick device according to a first aspect of the present invention includes a gripping portion, an arm plate connected to the gripping portion and disposed at a lower portion of the gripping portion, a base, and the arm plate as a base. A fastening member that is swingably coupled to the elastic member, and an elastic member, and a pressing portion that preloads the elastic member via the arm plate and the base, and the pressing portion includes a pressure-sensitive element. And those having no pressure sensitive element are arranged in the same linear direction as a pair. Thereby, it is possible to sense forces in two directions that are opposite to each other in the same linear direction with a single pressure-sensitive element. A joystick device according to a second aspect of the present invention includes a gripping portion, an arm plate connected to the gripping portion and disposed at a lower portion of the gripping portion, a base, and an arm plate that is swingable with respect to the base. A fastening member to be coupled; an elastic member; a pressing portion that preloads the elastic member via the arm plate and the base; and a fixing portion that supports the base. The pair is arranged in the same sensitivity direction. Thereby, the force of one direction in the same linear direction can be detected with one pressure-sensitive element.
本発明のジョイスティック装置は、感圧素子を下部からコイルばねを介して、操作入力の変化範囲を超える圧縮荷重で予圧している。これにより操作入力が加えられても感圧素子には常に圧縮荷重が作用されている。また、1つの感圧センサで1軸1方向若しくは2方向の力を計測することができる。さらに、不感帯が存在しないため応答性に優れる。また、感圧素子をベースに対して軸方向に移動可能なようにコイルばねで付勢しているため、操作力によりスティックが変位することができ、さらに弾性材のばね定数を変えることで変位量を調整することができる。また、感圧素子が過大な荷重によって破損することを防ぐことができるという効果がある。 In the joystick device of the present invention, the pressure sensitive element is preloaded from below with a coil spring with a compressive load exceeding the change range of the operation input. Thereby, even if an operation input is applied, a compressive load is always applied to the pressure sensitive element. Moreover, it is possible to measure a force in one direction or one direction with one pressure sensor. Furthermore, since there is no dead zone, the response is excellent. In addition, the pressure sensitive element is biased by a coil spring so that it can move in the axial direction relative to the base, so that the stick can be displaced by operating force, and further, the displacement can be changed by changing the spring constant of the elastic material. The amount can be adjusted. In addition, the pressure sensitive element can be prevented from being damaged by an excessive load.
図1〜5を用いて本発明の実施例を説明する。ジョイスティック装置100は、図2に示す通り、ベース110と、操縦者(図示せず)が操作するスティック120と、前記スティック120と連結して前記スティック下部に配置されたアーム板130と、それらをベース110に対して揺動自由に連結するボールジョイント140と、2つの感圧素子150付き押圧部160と2つの感圧素子なし押圧部161からなる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the
スティック120に操作力が加えられると、アーム板130を介して押圧部160,161に加えられている荷重が増減する。アーム板130は4つの押圧部160,161の配置に対応した十字状形状であってもよいし、単純な円盤形状でもよい。また、実施例で示すようにスティック120とアーム板130との締結は、締結部材等で連結してもよいし、アーム板130とスティック120とを一体に形成してもよい。
When an operating force is applied to the
ベース110は下部ベース板111と側板112と上部ガイド板113からなる。下部ベース板111には中央から適当な距離をおいて等角度間隔に4つのめねじ170が形成されている。上部ガイド板113には、前記下部ベース板111のめねじ170と同軸に4つのガイド穴180が形成されている。下部ベース板111と上部ガイド板113は側板により適当な間隔をあけて、平行かつ前記めねじ170と前記ガイド穴180が同軸となるよう配置されている。なお、下部ベース板111、側板および上部ガイド板113は別体に形成してねじ等の締結部材で連結してもよいし、一体に形成してもよい。また、実施例で示すように、中央に支持柱190を配置してもよい。
The
上部ガイド板113の中央には図示しないめねじが形成されており、ボールジョイント140の一端をねじ込んで固定する。ボールジョイント140のもう一端を前記アーム板130に連結する。これにより、スティック120およびアーム板130とベース110が揺動自在に連結される。
A female screw (not shown) is formed at the center of the
図4に示す通り、感圧素子付き押圧部160は、感圧素子150と、押圧軸162と、弾性部材であるコイルばね163と、おねじ部材164から構成される。感圧素子150は、例えば半導体圧力センサ、感圧抵抗センサ、ロードセルなど圧縮方向に感度を有するものとする。押圧軸162は大径部165と小径部166を有する段付軸である。前記押圧軸162の大径部165の外径は、前記ガイド穴180とわずかなすきまができるようにする。おねじ部材164は外径部におねじが形成されており、一端にはコイルばね163をガイドするためのリング状突起167が、もう一端にはおねじ部材164をねじ込むためのナット部168が形成されている。さらに、中心には貫通穴169が設けられている。押圧軸162の小径部166の外径は、おねじ部材164の貫通穴169の内径とわずかなすきまができるようにする。
As shown in FIG. 4, the pressure-sensitive element-equipped
コイルばね163の外径は押圧軸162の大径部165の外径およびおねじ部材リング状突起167の内径よりも小さくする。コイルばね163の内径は押圧軸162の小径部166の外径より大きくする。
The outer diameter of the
感圧素子150とアーム板130を点接触に近い状態で接触させるため、感圧素子150は図4に示すように凸状の突起を有するものとする。または、感圧素子150が凸状の形状であることが望ましい。感圧素子150が凸状でない場合、図示しない凸状の補助部材を感圧素子150上またはアーム板130に配置することが好ましい。
In order to bring the pressure-
図5に示す通り、感圧素子なし押圧部161は、ダミー部材200と、押圧軸162と、コイルばね163と、おねじ部材164から構成される。ダミー部材200は一端が凸状の形状で、押圧軸162と連結したとき感圧素子150と同じ高さを有する部材である。ダミー部材200を用いることで、押圧軸162は感圧素子あり押圧部160と同じものを用いることができる。なお、ダミー部材200を用いず、感圧素子なし押圧部161用にダミー部材を一体に形成した押圧軸としてもよい。
As shown in FIG. 5, the pressure-sensitive elementless
押圧部160,161は下部ベース板111のめねじ170にねじ込む。感圧素子150またはダミー部材200がアーム板130に接した後、さらにおねじ部材164をねじ込むことにより、感圧素子150に予圧(圧縮荷重)を与えることができる。
The
感圧素子150の予圧荷重(fo)は、感圧素子150の測定可能な最大荷重(f c)の半分程度とすることで、感圧素子150の測定範囲を最も広く使うことができる。下記の式(1)に示すように、操作により感圧素子150に作用する最大荷重(fs)は、スティック120に加えられる最大操作力(fmax)とその作用箇所(アーム板130からの高さh)、スティック120の中心から押圧軸までの軸間距離(l)により求めることができる。
By setting the preload (fo) of the pressure
予圧荷重(fo)とあわせて感圧素子に作用する荷重(fs)が0より大きく(すなわち圧縮荷重が作用していること),かつ感圧素子の最大測定荷重(f c)を未満であればよい(すなわち、f c>fs>0)。
If the load (fs) acting on the pressure sensitive element together with the preload (fo) is greater than 0 (that is, a compressive load is acting) and less than the maximum measured load (fc) of the pressure sensitive element Good (ie, fc>fs> 0).
アーム板130と押圧部160,161は予圧により常に接触しているため、スティック120にくわえられる操作力に対して不感帯が存在せず、小さな操作力も計測することができる。意図的に不感帯を設けたい場合は、スティック120の操作量によって制御される制御装置(図示せず)においてソフトウエア側の処理で不感帯を設ければよい。
Since the
スティック120を操作したときのスティック120の変位はコイルばね163のばね定数に依存する。ばね定数が大きいほど変位が小さくなる。また、おねじ部材164のねじ込み量と感圧素子150の予圧荷重もばね定数に比例する。したがって、最大荷重および予圧荷重に応じてコイルばね163のばね定数と長さ、おねじ部材164のねじ部長さをある値以上にする必要がある。
The displacement of the
押圧軸162の大径部165の長さは、操作による荷重で押圧軸162が軸方向に変位しても上部ガイド板113のガイド穴180から抜けない長さでなければならない。また、押圧軸162の小径部166の長さも最大荷重の範囲内でおねじ部材164の貫通穴169から抜けない長さでなければならない。
The length of the large-
アーム板130下部にはストッパー210が設けられており、スティック120に過大な力が加えられるとストッパー210が上部ガイド板113に当たり、感圧素子150に過大な力が作用することを防ぐ。すなわち、ストッパー210で規定されるアーム板130の最大傾斜において感圧素子150にかかる荷重が感圧素子150の最大許容荷重よりも小さくなるようにすればよい。ストッパー210はアーム板130と一体に形成してもよいし、別体としてねじで固定または圧入してもよい。
A
本実施形態では、コイルばねを有する一対の押圧部(感圧素子付き押圧部160,感圧素子なし押圧部161)を、把持部を中心として同一直線方向の両側に配置するジョイスティック装置を採用している。押圧部160,161両方とも、予圧が掛けられたコイルばねを有する為、感圧素子は、直線方向における正反方向の力を識別することでき、例えば、操縦者は、前方と後方両方の操作方向の力を識別できる。
In the present embodiment, a joystick device is employed in which a pair of pressing portions having a coil spring (a
その他、本発明は、把持部を中心として、コイルばねを有する押圧部(感圧素子付き押圧部160)と固定部を同一直線方向の両側に配置する形態にしてもよい。ここで、固定部とは押圧部と同様に上部ガイド板113を通過してベース110に固定されている剛体である。この場合、押圧部のみ、予圧が掛けられたコイルばねを有する為、感圧素子は、直線方向における一方向のみの力を識別でき、例えば、操縦者は前方と後方のいずれか一つのみの操作方向の力を識別できる。
In addition, the present invention may be configured such that the pressing portion (the
なお、車両等の操作、操縦や運転時は、車両の運動によって操作者の身体に慣性力が生じる。ジョイスティックによる操縦の場合、ジョイスティックが上体を支える役割も兼ねることもある。たとえば、急ブレーキ等の場合は慣性力により意図しない操作をしてしまう可能性がある。そこで、車体またはベース110に配置した図示しない加速度センサによって車両の運動を計測し、慣性力による影響を低減させるようにしてもよい。 It should be noted that an inertial force is generated in the operator's body due to the movement of the vehicle during operation, steering or driving of the vehicle. When maneuvering with a joystick, the joystick may also support the upper body. For example, in the case of sudden braking or the like, there is a possibility that an unintended operation is performed due to inertial force. Therefore, the motion of the vehicle may be measured by an acceleration sensor (not shown) disposed on the vehicle body or the base 110 to reduce the influence of inertial force.
本発明は、操縦装置の操作量を電気信号により伝達し、スロットル、ブレーキ、ステアリングなどを制御するいわゆるバイワイヤ方式の車両等の操縦に関わるジョイスティック装置として好適に使用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a joystick device related to the operation of a so-called by-wire type vehicle or the like that transmits an operation amount of the control device by an electric signal and controls throttle, brake, steering, and the like.
100 ジョイスティック装置
110 ベース
120 スティック(把持部)
130 アーム板
150 感圧素子
160,161 押圧部
163 弾性部材
100
130
Claims (5)
前記押圧部は、感圧素子を有するものと、感圧素子を有さないものとが、一対となって、同一直線方向に配置されていることを特徴とするジョイスティック装置。 A gripping portion; an arm plate connected to the gripping portion and disposed at a lower portion of the gripping portion; a base; a fastening member that swingably connects the arm plate to the base; and an elastic member. And a pressing portion for preloading the elastic member via the arm plate and the base,
A joystick device in which the pressing portion includes a pressure-sensitive element and a pressure-sensitive element that does not have a pressure-sensitive element and are arranged in the same linear direction.
前記押圧部と前記固定部とは、一対となって、同一直線方向に配置されていることを特徴とするジョイスティック装置。 A gripping portion; an arm plate connected to the gripping portion and disposed at a lower portion of the gripping portion; a base; a fastening member that swingably connects the arm plate to the base; and an elastic member. And a pressing portion that preloads the elastic member via the arm plate and the base, and a fixing portion that supports the base,
The joystick device is characterized in that the pressing portion and the fixing portion are paired and arranged in the same linear direction.
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