JP2013045311A - Vibration generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、質量が偏った錘をモータで回転させて振動を発生する振動発生装置に係り、特に、錘が１回転する間の速度制御を行えるようにして、振動を効率良く発生させることができる振動発生装置に関する。 The present invention relates to a vibration generating apparatus that generates vibration by rotating a weight with a mass biased by a motor, and in particular, can efficiently generate vibration by performing speed control during one rotation of the weight. The present invention relates to a vibration generator that can be used.
ゲーム装置用のコントローラや携帯用情報端末機器などに振動発生装置が搭載されている。この振動発生装置は、機器の筐体の内部に、モータの回転軸に重心が偏った錘が取り付けられており、錘が回転するときの慣性力によって筐体に振動が与えられる。 A vibration generator is mounted on a controller for a game device or a portable information terminal device. In this vibration generator, a weight having a center of gravity biased to the rotation shaft of a motor is attached inside the housing of the device, and vibration is applied to the housing by an inertial force when the weight rotates.
以下の特許文献１には、振動発生装置に関する発明が開示されている。
この振動発生装置は、重心が偏った２個の回転子を回転させ、２つの回転子の位相および回転速度を制御することで、筐体を保持した手に与える感触を制御するというものである。特に、２個の回転子の回転速度を急激に増速する期間と、この期間に続いて緩慢に減速する期間とを交互に繰り返すように制御することで、筐体を保持している手に、振動感覚に加えてトルク感覚と力感覚を与える技術的事項が記載されている。
The following
This vibration generator controls the feel given to the hand holding the casing by rotating two rotors with a biased center of gravity and controlling the phase and rotational speed of the two rotors. . In particular, by controlling the period in which the rotational speeds of the two rotors are rapidly increased and the period in which the rotational speed is slowly reduced following this period to be alternately repeated, the hand holding the casing can be controlled. In addition to the vibration sensation, technical matters that give a torque sensation and a force sensation are described.
特許文献１の図３や図４などに、回転速度を急激に増速する期間と緩慢に減速する期間を設定するための回転子の回転速度の制御方法が記載されている。これによると、回転子が１回転する期間の最初に正側の一定の大きさの回転トルクが与えられ、その後に負側の一定の大きさの回転トルクが与えられる。
3 and 4 of
しかし、この制御方法では、回転子に対し正側の一定の大きさの回転トルクを一定期間与えるために、１回転の開始時に回転トルクを負側から正側へ瞬時に向けるために大きなエネルギーが必要になり、この回転を繰り返すことで大きな消費電力が必要になる。また、特許文献１に示すものは、一定の大きさの正側の回転トルクと負側の回転トルク繰り返すという単純な制御しかできず、回転子に対し、効率の良い低電力の回転速度変化を与える制御を行うことができない。
However, in this control method, a large amount of energy is required to instantaneously direct the rotational torque from the negative side to the positive side at the start of one rotation in order to give the rotor a certain amount of rotational torque on the positive side for a certain period. It becomes necessary, and large power consumption is required by repeating this rotation. In addition, the technique disclosed in
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、錘が取り付けられた回転軸が１回転する間の回転速度の変化を、低消費電力などを実現しやすい理想的な速度変化プロファイルやトルク変化プロファイルに近づけることができる振動発生装置を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an ideal speed change profile or torque that can easily realize low power consumption or the like with respect to a change in rotational speed during one rotation of a rotating shaft to which a weight is attached. An object of the present invention is to provide a vibration generator that can be approximated to a change profile.
本発明は、手で保持可能な大きさの筐体に、重心が回転中心から偏った錘が回転軸に取り付けられたモータと、前記回転軸の回転速度に応じて周波数が変化する速度検出パルスが得られるエンコーダと、前記モータに与える駆動電流を制御する制御部とが搭載されて、前記錘の回転によって前記筐体に振動が与えられる振動発生装置において、
前記制御部では、前記回転軸が１回転する間の速度変化を示す速度変化プロファイルが保持されており、前記速度検出パルスから得られた速度変化の検知情報を前記速度変化プロファイルにフィードバックするフィードバック制御が行われて、前記検知情報と前記速度変化プロファイルとの誤差を回復した補正速度情報が生成され、
前記補正速度情報が反映されたデューティ比を有する駆動パルスを生成するＰＷＭ制御部と、前記駆動パルスのデューティ比に応じた駆動電流を前記モータに与えるモータドライバが設けられ、前記モータが駆動され前記錘が回転して振動が発せられることを特徴とするものである。
The present invention relates to a motor in which a weight whose center of gravity deviates from the center of rotation is attached to a rotating shaft in a case that can be held by a hand, and a speed detection pulse whose frequency changes in accordance with the rotational speed of the rotating shaft. In the vibration generator in which the encoder that obtains the above and the control unit that controls the drive current applied to the motor are mounted, and the casing is vibrated by the rotation of the weight,
The control unit holds a speed change profile indicating a speed change during one rotation of the rotating shaft, and feeds back speed change detection information obtained from the speed detection pulse to the speed change profile. Is performed, and corrected speed information in which an error between the detection information and the speed change profile is recovered is generated,
A PWM control unit that generates a drive pulse having a duty ratio reflecting the correction speed information, and a motor driver that supplies the motor with a drive current corresponding to the duty ratio of the drive pulse are provided, and the motor is driven to The weight rotates to generate vibration.
本発明の振動発生装置は、モータの回転軸および錘が１回転する間の理想的なまたは目標となる速度変化を示す速度変化プロファイルのデータが予め保持されており、実際のモータの回転速度と速度変化プロファイルの速度変化との差を回復できるようにモータの回転速度が制御される。その結果、モータの回転速度の変化によって筐体に対して振動と共にいずれかの向きの力を与えることなどが可能になり、しかもこのような動作を最少の電力消費で効率的に行わせる速度制御が可能になる。 In the vibration generator of the present invention, data of a speed change profile indicating an ideal or target speed change during one rotation of the rotation shaft and the weight of the motor is held in advance. The rotational speed of the motor is controlled so that the difference between the speed change profile and the speed change can be recovered. As a result, it is possible to apply a force in any direction along with vibrations to the housing by changing the rotation speed of the motor, and speed control that allows such operations to be performed efficiently with minimal power consumption. Is possible.
さらに、本発明は、前記制御部には、前記回転軸が１回転する間に前記モータへ与えるべきトルクの変化を示すトルク変化プロファイルが保持されており、前記フィードバック制御と共に、前記トルク変化プロファイルでフィードフォワード制御が行なわれて、前記補正速度情報が得られるものである。 Further, according to the present invention, the control unit holds a torque change profile indicating a change in torque to be applied to the motor during one rotation of the rotating shaft. Feed-forward control is performed to obtain the corrected speed information.
フィードバック制御では、速度変化プロファイルで与えられる目標速度に対する回転速度の遅れなどを回復できる一方で、フィードフォワード制御は位相進み補償となるため、フィードバック制御のみを実施するものに比較して、フィードバック制御とフィードフォワード制御の双方を行うことで、外乱に作用されずに理想的なトルク変化を発生させることができる。 In feedback control, while it is possible to recover a delay in rotational speed with respect to the target speed given by the speed change profile, feedforward control is phase advance compensation. By performing both feedforward controls, an ideal torque change can be generated without being affected by disturbance.
本発明は、前記トルク変化プロファイルの時間に対するトルク変化は、１回転の期間の最初にトルクが徐々に上昇する上昇区間と、トルクが正方向から負方向へ時間軸に対して垂直に変化する急変区間とを有しており、前記急変区間のトルク変化によって、前記錘が１回転する途中で前記筐体に力が与えられることが好ましい。 According to the present invention, the torque change with respect to time of the torque change profile includes a rising section in which the torque gradually increases at the beginning of one rotation period, and a sudden change in which the torque changes from the positive direction to the negative direction perpendicular to the time axis. It is preferable that a force is applied to the housing in the course of one rotation of the weight due to a torque change in the sudden change section.
上記のトルク変化プロファイルは、一回転の開始初期にトルクが徐々に高くなる上昇区間を有しているが、この上昇区間ではトルク変化が緩やかであるため、トルク変化に伴う振動感を和らげながら、正のトルク区間において遠心力を蓄積することができる。そして、急変区間でトルクを正側から負側へ急激に変化させることで、筐体を保持している手に、急激なトルク変化に伴う振動を感じさせることで、いずれかの方向へ向く力を感じさせることが可能になる。 The above torque change profile has a rising section where the torque gradually increases at the beginning of one rotation, but since the torque change is gentle in this rising section, while reducing the vibration feeling associated with the torque change, Centrifugal force can be accumulated in the positive torque section. And, by changing the torque suddenly from the positive side to the negative side in the sudden change section, the hand holding the housing feels the vibration accompanying the sudden torque change, and the force directed in either direction Can be felt.
また、１回転の開始初期にトルクが徐々に高くなる上昇区間を有し、正側のトルクが徐々に増加するため、この正側のトルクを蓄積するのに要するエネルギーを節約でき、消費電力を低下させることが可能になる。 In addition, there is a rising section in which the torque gradually increases at the beginning of one rotation, and the positive torque gradually increases. Therefore, energy required for accumulating the positive torque can be saved, and power consumption can be reduced. It can be reduced.
本発明は、前記急変区間では、負側のトルクの絶対値が一時的に大きくなり、前記急変区間を超えると、前記絶対値が徐々に小さくなるものが好ましい。
この構成により、急変区間でのトルクの変化量を大きくできる。
In the present invention, it is preferable that the absolute value of the negative torque temporarily increases in the sudden change section, and gradually decreases after the sudden change section.
With this configuration, the amount of torque change in the sudden change section can be increased.
本発明は、前記筐体に姿勢の変化を検知する加速度センサが設けられ、前記トルク変化プロファイルのトルク変化が、前記加速度センサの検知出力で補正される。または、前記筐体に角速度センサが設けられ、前記トルク変化プロファイルのトルク変化が、前記角速度センサの検知出力で補正されるものとして構成できる。 In the present invention, an acceleration sensor for detecting a change in posture is provided in the housing, and a torque change in the torque change profile is corrected by a detection output of the acceleration sensor. Alternatively, the housing may be provided with an angular velocity sensor, and the torque change of the torque change profile may be corrected by the detection output of the angular velocity sensor.
上記のように加速度センサや角速度センサを設けていると、手で保持した筐体の姿勢や動きを検知できる。その検出データによってトルク変化プロファイルを補正することにより、動いて姿勢が変化している途中であっても、筐体から手に目的となるトルク変化の感触、すなわち力の変化の感触を与えることができるようになる。 When the acceleration sensor and the angular velocity sensor are provided as described above, the posture and movement of the housing held by the hand can be detected. By correcting the torque change profile based on the detected data, it is possible to give the touch of the target torque change, that is, the feel of the force change, from the housing to the hand even while the posture changes while moving. become able to.
本発明は、前記筐体に、それぞれが前記錘を有するモータが２個設けられ、それぞれのモータに設けられたエンコーダから回転軸の位相を検知する位相検出パルスが得られ、前記制御部では、２つのモータから得られる前記位相検出パルスの位相差を回復するフィードバック制御が行われるものとして構成される。 In the present invention, the housing is provided with two motors each having the weight, and a phase detection pulse for detecting the phase of the rotating shaft is obtained from an encoder provided in each motor. The feedback control for recovering the phase difference between the phase detection pulses obtained from the two motors is performed.
上記振動発生装置は、２つのモータの回転位相と回転速度を制御することで、筐体に対して種々のモードの振動を与えることができる。この場合に、２つのモータの位相差を常に適正に設定することが可能である。 The vibration generating device can apply various modes of vibration to the housing by controlling the rotational phase and rotational speed of the two motors. In this case, the phase difference between the two motors can always be set appropriately.
本発明の振動発生装置は、理想的なまたは目標となる速度変化プロファイルに合わせてモータの回転速度を制御しているため、一方向へ向けられた力を感じさせるような振動モードを常に安定して発揮させることができ、またトルク変化を理想的に且つ省電力で実現できる。 Since the vibration generator of the present invention controls the rotational speed of the motor in accordance with an ideal or target speed change profile, the vibration mode that makes a force directed in one direction always feel stable. The torque change can be realized ideally and with low power consumption.
図１に示す本発明の第１の実施の形態の振動発生装置１は、ゲーム装置用などのコントローラとして使用されるものである。
The
図１に示す振動発生装置１は、筐体２を有している。筐体２は人が両手で保持するのに適した大きさであり、右側部２ａが右手で保持され、左側部２ｂが左手で保持される。筐体２の表面には、ゲーム装置などを遠隔で操作するための各種操作部材が設けられており、筐体２の内部には、ゲーム装置などの機器本体との間で操作情報やフィードバック情報を交信するために交信装置が設けられている。
A
筐体２の内部に第１のモータＭ１と第２のモータＭ２が、Ｘ方向に間隔を空けて搭載されている。第１のモータＭ１の回転軸３ａと第２のモータＭ２の回転軸３ｂは互いに平行で、共にＺ方向に延びている。第１のモータＭ１の回転軸３ａに錘４ａが固定され、第２のモータＭ２の回転軸３ｂに錘４ｂが固定されている。図２に示すように、錘４ａはその重心が回転軸３ａの軸芯から偏った位置にあり、錘４ｂはその重心が回転軸３ｂの軸芯から偏った位置にある。
A first motor M1 and a second motor M2 are mounted in the
なお、第１のモータＭ１ならびに第２のモータＭ２として、モータの内部のロータ部が回転軸の軸芯から偏った位置にあって、重心が回転軸から偏った錘を有するモータと実質的に同じ機能を発揮するものを使用してもよい。このモータはモータの構造部の内部に偏芯錘が構成されていることとなり、錘が外部に出ていないために機器を小型に構成しやすくなる。 The first motor M1 and the second motor M2 are substantially the same as a motor having a weight in which the rotor portion inside the motor is deviated from the axis of the rotating shaft and the center of gravity is deviated from the rotating shaft. You may use what exhibits the same function. In this motor, an eccentric weight is formed inside the structure of the motor, and the weight is not exposed to the outside, so that the device can be easily made compact.
図５に示すように、筐体２の内部に、第１のモータＭ１の回転によってパルスを出力するエンコーダ５ａと、第２のモータＭ２の回転によってパルスを出力するエンコーダ５ｂが設けられている。エンコーダ５ｂは第１のモータＭ１の後部に取り付けられ、エンコーダ５ｂは第２のモータＭ２の後部に取り付けられている。
As shown in FIG. 5, an
エンコーダ５ａ，５ｂのそれぞれは、回転軸３ａ，３ｂと共に回転する回転板と、この回転板に円周方向へ向けて一定のピッチで形成されたスリットと、前記スリットを検知する光学検知素子とを有している。それぞれのエンコーダ５ａ，５ｂからは、回転軸３ａ，３ｂが１回転する間に１５０個発生する速度検出パルスが得られる。回転軸３ａ，３ｂが等速回転しているとき、検出される速度検出パルスの周波数は一定であり、回転軸３ａ，３ｂの回転速度が変化すると、これに比例して速度検出パルスの周波数が変化する。速度検出パルスは位相が互いに９０度相違するＡ相パルスとＢ相パルスを有しており、回転軸３ａ，３ｂの回転方向を検出できる。
Each of the
なお、本明細書での「回転速度」や「速度」は、モータの回転軸の「角速度」と同じ意味である。 In the present specification, “rotational speed” and “speed” have the same meaning as “angular speed” of the rotating shaft of the motor.
また、エンコーダ５ａ，５ｂのそれぞれからは、回転軸３ａ，３ｂが１回転する度に１個の位相検出パルス（インデックスパルス）が得られる。図５では、エンコーダ５ａ，５ｂのそれぞれから得られる位相検出パルスがＺ相パルスとして記載されている。
Further, one phase detection pulse (index pulse) is obtained from each of the
前記位相検出パルスが得られたときの位相を基準として回転軸３ａ，３ｂに錘４ａ，４ｂを固定することで、２個のモータＭ１，Ｍ２に設けられた錘４ａ，４ｂの相対位置を常に制御することができる。
By fixing the
図１に示すように、振動発生装置１の筐体２の内部に制御部１０が設けられている。
制御部１０はＣＰＵやメモリを主体に構成されており、予め格納されたプログラムに基づいて第１のモータＭ１と第２のモータＭ２の回転速度や回転位相を制御する制御動作が行われる。図１０には、制御部１０で実行される制御動作が処理ブロック図として示されている。
As shown in FIG. 1, a
The
制御部１０にＰＷＭ制御部２９が設けられており、前記制御部１０での制御動作に基づいて、ＰＷＭ制御部２９から第１のモータ用の駆動パルス１１ａと第２のモータ用の駆動パルス１１ｂが出力される。第１のモータ用の駆動パルス１１ａと第２のモータ用の駆動パルス１１ｂは、制御動作によってデューティ比が制御されたパルス信号である。
A
図６に示すように、制御部１０には、第１のモータ駆動部１２ａと第２のモータ駆動部１２ｂが接続されている。制御部１０から出力された第１のモータ用の駆動パルス１１ａが、第１のモータ駆動部１２ａに与えられると、駆動パルス１１ａが積分回路１３ａで積分されて平滑化され、ゲイン設定回路１４ａでゲインが調整されて、第１のモータドライバ１５ａに与えられる。制御部１０から出力された第２のモータ用の駆動パルス１１ｂも、第２のモータ駆動部１２ｂ内の積分回路１３ｂで積分されて平滑化され、ゲイン設定回路１４ｂでゲインが調整されて、第２のモータドライバ１５ｂに与えられる。
As shown in FIG. 6, the
また、積分回路１３ａ，１３ｂによる平滑化回路を用いずに、Digital Analog Convertor（Ｄ／Ａ変換回路）を用いて、ＰＷＭ信号をアナログ値に変換して第１のモータドライバ１５ａと第２のモータドライバ１５ｂに与えてもよい。
Further, the
第１のモータＭ１と第２のモータＭ２はＤＣモータであり、第１のモータＭ１は第１のモータドライバ１５ａによって回転駆動され、第２のモータＭ２は第２のモータドライバ１５ｂによって回転駆動される。
The first motor M1 and the second motor M2 are DC motors, the first motor M1 is rotationally driven by the
図５に示すように、第１のモータＭ１に接続されたエンコーダ５ａから得られるＡ相とＢ相の速度検出パルスおよびＺ相の位相検出パルスは制御部１０に与えられ、第２のモータＭ２に接続されたエンコーダ５ｂから得られるＡ相とＢ相の速度検出パルスおよびＺ相の位相検出パルスも制御部１０に与えられる。これにより、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２の回転制御がフィードバック制御によって行われる。
As shown in FIG. 5, the A-phase and B-phase speed detection pulses and the Z-phase phase detection pulse obtained from the
図１と図５に示すように、振動発生装置１の筐体２に加速度センサ１８と角速度センサ１９が搭載されている。加速度センサ１８は、加速度に反応する質量とその質量の変位量を検知する検知手段とを有しており、互いに直交するｘ軸とｙ軸およびｚ軸方向の加速度を個別に検知できる。加速度センサ１８により検知されたｘ軸の加速度成分とｙ軸の加速度成分およびｚ軸の加速度成分が制御部１０に与えられる。この加速度センサ１８により、重力の加速度の向きが検知され、重力方向に対する筐体２の姿勢が検出される。または、筐体２が手で急激に動かされるなど筐体２に加速度が与えられたときも、この加速度が検出される。
As shown in FIGS. 1 and 5, an
角速度センサ１９は振動型ジャイロなどであり、筐体２が手で保持されて動かされたときのコリオリ力の変化に反応して角速度に比例した出力が得られる。振動型ジャイロでは、ｘ軸周り角速度とｙ軸周りの角速度およびｚ軸周りの角速度が検出され、それぞれの検出信号が制御部１０に与えられる。
The
制御部１０では、筐体２に設けられた操作部材で遠隔操作を行うときの操作情報や、ゲーム装置の本体から送られてくる振動の発生指令と停止指令、さらには振動の種別指令などに基づいて、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２とを駆動する。
In the
図２（Ａ）に示す制御例では、第１のモータＭ１の錘４ａと第２のモータＭ２の錘４ｂが、互いに位相が一致した状態で時計方向へ回転駆動される。重心が偏った２つの錘４ａ，４ｂが同じ周期で回転することで筐体２に比較的振幅の大きい振動を与えることができる。
In the control example shown in FIG. 2A, the
図２（Ｂ）に示す制御例では、第１のモータＭ１の錘４ａと第２のモータＭ２の錘４ｂが、位相が１８０度相違した状態を保ちながら、同じ方向へ回転駆動される。この場合、筐体２に比較的振幅の小さい振動を与えることができる。
In the control example shown in FIG. 2B, the
図２（Ｃ）に示す制御例は、第１のモータＭ１の錘４ａと第２のモータＭ２の錘４ｂが、図示左右方向に離れた位置関係が１回転に１度発生する位相関係を維持して、互いに逆方向へ回転駆動される。この場合、筐体２に対して、Ｙ方向の振幅が比較的大きく、Ｘ方向の振幅が比較的小さい振動が与えられる。
In the control example shown in FIG. 2C, the
また、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２の１回転の間の速度（角速度）を変化させることにより、図２（Ａ）の回転例において、筐体２を保持している手に対して一定の向きの力が作用する感触を与えることができる。 Further, by changing the speed (angular speed) between one rotation of the first motor M1 and the second motor M2, in the rotation example of FIG. It is possible to give a feeling that a force in a certain direction is applied.
例えば、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２を時計回りに回転させて、錘４ａと錘４ｂが＋Ｙ側に位置したときに反時計方向へ向く大きな加速度の変化を与えて時計方向への速度を減速させる。これにより、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２から筐体２に対して、錘の角速度の急激な減少で発生する反力に伴う回転振動と共に＋Ｘ方向への錘による慣性力が与えられて、筐体２を保持する手に対して、あたかも筐体２が＋Ｘ方向へ押されているような、または図２（Ａ）において時計回り方向へ捻られるような感触が与えられる。
For example, when the first motor M1 and the second motor M2 are rotated clockwise, when the
図２（Ｃ）の回転例は、第１のモータＭ１の錘４ａと、第２のモータＭ２の錘４ｂとが逆回転で、Ｘ方向成分が互いに打ち消されるために、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２の１回転の間の速度（角速度）を、例えば増速から減速へと変化させたときに、筐体２を保持する手に対して捩るような感触はあまり与えられず、錘の角速度の減少により発生する反力と、錘の慣性力によって、筐体２を保持している手に対して、振動と共に、＋Ｙ方向または―Ｙ方向に向けて強い力が与えられているような感触が与えられる。
In the example of rotation in FIG. 2C, the
以下においては、図２（Ａ）に示す回転例において、１回転に一度、筐体２に対して＋Ｘ方向への力を与え、その結果、筐体２があたかも＋Ｘ方向へ押されているかのような感触を得るための制御動作を説明する。
In the following, in the rotation example shown in FIG. 2A, a force in the + X direction is applied to the
図１０では、第１のモータＭ１とこれに接続されているエンコーダ５ａが１つのブロックで示され、第２のモータＭ２とこれに接続されているエンコーダ５ｂが１つのブロックで示されている。
In FIG. 10, the first motor M1 and the
以下で説明する制御動作では、図２（Ａ）に示すように、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２が同じ方向へ回転しているため、エンコーダ５ａから得られるＡ相の速度検出パルスとＺ相の位相検出パルスが使用され、エンコーダ５ｂから得られるＡ相の速度検出パルスとＺ相の位相検出パルスが使用されて、制御動作が行われる。
In the control operation described below, since the first motor M1 and the second motor M2 rotate in the same direction as shown in FIG. 2A, the A-phase speed detection pulse obtained from the
以下では第１のモータＭ１の回転速度を制御する制御動作を説明するが、第２のモータＭ２の回転速度の制御も同じである。 Hereinafter, a control operation for controlling the rotation speed of the first motor M1 will be described, but the control of the rotation speed of the second motor M2 is the same.
図７（Ｂ）は、第１のモータＭ１が１回転する間に発生させようとしているトルクの変化を示すトルク変化プロファイルＰｔを示しており、図７（Ａ）は、第１のモータＭ１を駆動するときの１回転の間の速度変化を示す速度変化プロファイルＰｖを示している。 FIG. 7B shows a torque change profile Pt indicating a change in torque that is to be generated while the first motor M1 makes one rotation, and FIG. 7A shows the first motor M1. A speed change profile Pv indicating a speed change during one rotation when driving is shown.
図７（Ｂ）に示すトルクは、第１のモータＭ１を駆動するエネルギーと同じ次元である。また、図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔは、第１のモータドライバ１５ａから第１のモータＭ１に与えられる駆動電流の変化と等価である。よって、図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔを、第１のモータＭ１を駆動するために駆動電流の変化を示す電流変化プロファイルと読み替えることもできる。また、図７（Ｂ）に示すトルク変化および駆動電流の変化は、第１のモータＭ１の回転軸３ａの加速度の変化と同じである。
The torque shown in FIG. 7B has the same dimension as the energy for driving the first motor M1. Further, the torque change profile Pt shown in FIG. 7B is equivalent to a change in drive current given from the
図１０に示すように、制御部１０内のメモリ内のテーブルＴ１に、図７（Ａ）に示す速度変化プロファイルＰｖが目標値（理想値）として書き込まれて保持されており、テーブルＴ２に、図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔが目標値（理想値）として書き込まれて保持されている。
As shown in FIG. 10, the speed change profile Pv shown in FIG. 7A is written and held as a target value (ideal value) in the table T1 in the memory in the
図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔでは、回転軸３ａの１回転の周期をτとしたときに、回転し始めて最初のほぼ（１／３）・τの期間で正側の回転トルクが発生し、その後の（２／３）・τの期間で負側の回転トルクが発生する。これに対応する速度変化プロファイルＰｖでは、最初のほぼ（１／３）・τの期間が増速区間であり、その後の（２／３）・τの期間が減速区間である。
In the torque change profile Pt shown in FIG. 7 (B), when the period of one rotation of the
トルク変化プロファイルＰｔの正側の回転トルクを発生させる区間の最初のτａが上昇区間であり、この上昇区間τａで正側の回転トルクが徐々に上昇する。そして、（１／３）・τの期間のうちの残りのτｂの区間では回転トルクが一定である。（１／３）・τを経過した後の急変区間τｃにおいて、正側の回転トルクから負側の回転トルクへ急激に変化する。このトルク変化は、図７（Ｂ）に示すように、時間軸に対してほぼ垂直に下がるように急激に変化する。そして、その後の（２／３）・τの期間では、負側の回転トルクの絶対値が徐々に小さくなっていく。 The first τa of the section for generating the positive rotational torque of the torque change profile Pt is the rising section, and the positive rotational torque gradually increases in this rising section τa. The rotational torque is constant in the remaining interval τb in the period (1/3) · τ. In the sudden change interval τc after elapse of (1/3) · τ, the torque rapidly changes from the positive rotational torque to the negative rotational torque. As shown in FIG. 7B, this torque change changes abruptly so as to drop substantially perpendicular to the time axis. Then, in the subsequent period (2/3) · τ, the absolute value of the negative rotation torque gradually decreases.
図７（Ａ）に示す速度変化プロファイルＰｖでは、上昇区間τａで回転速度が徐々に上昇して行き、τｂでは速度変化が一定加速度で上昇していく。そして急変区間τｃにおいて、トルクの正側から負側への反転に応じて、回転方向と逆向きの加速度が急激に作用する。その後は、回転速度が（２／３）・τの時間をかけて徐々に低下していく。 In the speed change profile Pv shown in FIG. 7A, the rotational speed gradually increases in the rising section τa, and the speed change increases at a constant acceleration in τb. In the sudden change section τc, acceleration in the direction opposite to the rotational direction acts abruptly according to the reversal of the torque from the positive side to the negative side. Thereafter, the rotational speed gradually decreases over time (2/3) · τ.
前記急変区間τｃでは、第１のモータＭ１のトルクが正側から負側へ急激に変化し、回転方向と逆向きの加速度が急激に作用するため、第１のモータＭ１から筐体２に対して正側トルクにより蓄えられた錘による慣性力と、錘の角速度の減少で発生する反力（モータのブレーキトルク）とが合致して、大きなベクトルが与えられる。急変区間τｃを、図２（Ａ）に示すように錘４ａが＋Ｙ側に至ったとき、あるいはそれよりも少し前のタイミングとなるように設定することで、筐体２を手で保持しているときに、手に対して回転振動と共にあたかも＋Ｘ方向へ押されているかのような感触を与えることができる。
In the sudden change section τc, the torque of the first motor M1 changes suddenly from the positive side to the negative side, and the acceleration in the direction opposite to the rotation direction acts suddenly. Thus, the inertial force generated by the weight stored by the positive side torque and the reaction force (motor brake torque) generated by the decrease in the angular velocity of the weight are matched to give a large vector. By setting the sudden change interval τc so that the
図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔは、第１のモータドライバ１５ａから第１のモータＭ１に与えられる駆動電流の変化と等価である。駆動電流を与える電流変化プロファイルでは、急変区間τｃにおいて、正側の電流値と負側の電流値との落差を大きくしているが、上昇区間τａでは急変区間τｃに至るまでに電流値を徐々に上昇させ、急変区間τｃを超えた後の（２／３）・τの時間で負側の電流値の絶対値を徐々に低下させている。そのため、急変区間τｃにおいて、正側の電流値と負側の電流値との落差を大きくでき、正側の回転トルクと負側の回転トルクとの落差を大きくできて、筐体２に大きな慣性力を与えることができる。その一方で、急変区間τｃの前後で電流値を徐々に変化させることで、１回転の間の消費電力を低減できるようになる。
The torque change profile Pt shown in FIG. 7B is equivalent to a change in drive current given from the
また、（１／３）・τの期間では、正側のトルクの蓄積に伴う反力が徐々に増加することにより、与えたい方向とは別な方向に作用する反力の影響を低減でき、これによりエネルギーの消費を低減できる。 Further, in the period of (1/3) · τ, the reaction force accompanying the accumulation of the positive torque gradually increases, so that the influence of the reaction force acting in a direction different from the desired direction can be reduced. Thereby, energy consumption can be reduced.
図８に示すトルク変化プロファイルＰｔａは、急変区間τｃにおいて、負側に大きなトルク変化Ｐｔ１を与えている。これにより、大きなブレーキトルクを与えて発生する反力を増加させることが可能である。また、モータ回転に伴う逆起電力も利用可能となるため、より強いブレーキトルクを利用することも可能となり、低トルクのモータを使用し低消費電力で大きな力を発生することができる。 The torque change profile Pta shown in FIG. 8 gives a large torque change Pt1 on the negative side in the sudden change section τc. Thereby, it is possible to increase the reaction force generated by applying a large brake torque. Further, since the back electromotive force accompanying the motor rotation can be used, it is possible to use a stronger brake torque, and a large force can be generated with low power consumption using a low torque motor.
また、急変区間τｃの直後では、負側のトルクの絶対値を小さくし、その絶対値を徐々に小さくすることで、消費エネルギーを少なくできるようになる。 Immediately after the sudden change interval τc, the absolute value of the negative torque is reduced, and the absolute value is gradually reduced, so that the energy consumption can be reduced.
図１０に示すように、制御部１０の制御動作では、第１のモータＭ１が駆動されると、エンコーダ５ａからＡ相の速度検出パルス２１が得られる。回転速度算出部２２では、間欠的に送られてくる速度検出パルス２１の周期の変化から速度情報２３が求められる。この速度情報２３と、テーブルＴ１に保持されている図７（Ａ）に示す速度変化プロファイルＰｖとが比較され、その誤差情報２４に基づいて、比例補正部２５で比例補正が行われ、積分補正部２６で積分補正が行われる。
As shown in FIG. 10, in the control operation of the
比例補正部２５と積分補正部２６では、テーブルＴ１から与えられる速度変化プロファイルＰｖと実際の第１のモータＭ１の回転で得られた速度情報２３との誤差を回復させるフィードバック制御が行われる。比例補正部２５では、実際の回転速度が速度変化プロファイルＰｖに対して遅れたり進んでいるときに、その誤差に比例させて速度を回復させる補正情報が生成される。この場合、補正の残差が発生するが、積分補正部２６ではこの残差を累積させる補正が行われる。
The
比例補正部２５と積分補正部２６とで補正された補正速度情報２７に基づいてモータ駆動信号２８が生成され、これがＰＷＭ制御部２９に与えられて第１のモータ用の駆動パルス１１ａが生成される。図６に示すように、駆動パルス１１ａがモータ駆動部１２ａに与えられて、ＤＣ成分に変換されて第１のモータドライバ１５ａに与えられる。
A
図９（Ａ）（Ｂ）は、ＰＷＭ制御部２９で生成される駆動パルス１１ａと、モータ駆動部１２ａで平滑されて第１のモータドライバ１５ａから第１のモータＭ１に与えられる駆動電流Ｉとの関係を模式的に示している。図９（Ａ）に示す駆動方法では、駆動パルス１１ａは、（１／３）・τの期間で、２．５Ｖの基準電位とする正側のパルスがその周波数が徐々に高くなるように与えられ、その後、２．５Ｖを基準電位とする負側のパルスに反転し、負側のパルスの周波数が徐々に低下する。一方、図９（Ｂ）に示す駆動方法では、駆動パルスのデューティー比を変化させている。
9A and 9B show the drive pulse 11a generated by the
図９（Ａ）または（Ｂ）の駆動方法では共に、第１のモータドライバ１５ａから第１のモータＭ１に与えられる駆動電流Ｉが、図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔに追従する波形変化となる。
9A or 9B, the drive current I applied from the
上記の閉ループにより、目標となる速度変化プロファイルＰｖと、実際の第１のモータＭ１の回転速度の差を回復するようフィードバック制御が行われる。 By the above closed loop, feedback control is performed so as to recover the difference between the target speed change profile Pv and the actual rotational speed of the first motor M1.
さらに、図１０に示すように、テーブルＴ２に、図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔが保持されている。このトルク変化プロファイルＰｔは、第１のモータＭ１が発揮すべき目標となる理想的なトルク変化を示している。エンコーダ５ａから得られた速度検出パルス２１に基づく実際の速度情報を使用したフィードバック制御で補正された補正情報に、さらにトルク変化プロファイルＰｔが加算されて前記補正速度情報２７が得られる。
Further, as shown in FIG. 10, the torque change profile Pt shown in FIG. 7B is held in the table T2. The torque change profile Pt indicates an ideal torque change that is a target that the first motor M1 should exhibit. The corrected
このフィードフォワード制御により、予め理想状態として登録されているトルク変化プロファイルが与えられることになり、温度変化によるモータの回転特性の変動や、モータドライバなどの回路の動作の変動があったとしても、フィードフォワード補償に伴う位相進み補償による効果により、フィードバック補償ゲインを強くすることが可能となり、外部環境変化の影響を受けにくくなる。よって、よりトルク変化プロファイルＰｔに近づけるような補正速度情報２７を生成することができ、第１のモータＭ１の１回転中に筐体２に対して一定方向の力を与えるような駆動制御を安定して行うことができる。
By this feedforward control, a torque change profile registered in advance as an ideal state is given, and even if there are fluctuations in the rotation characteristics of the motor due to temperature changes, fluctuations in the operation of circuits such as motor drivers, Due to the effect of phase advance compensation accompanying feedforward compensation, it becomes possible to increase the feedback compensation gain and is less susceptible to changes in the external environment. Therefore, it is possible to generate the
図１０に示す第２のモータＭ２に対する駆動制御は、第１のモータＭ１に対するものと全く同じである。第２のモータＭ２の回転速度の変化は第１のモータＭ１と同じであるため、第２のモータＭ２の制御系統においてもテーブルＴ１に図７（Ａ）に示す速度変化プロファイルＰｖが保持され、テーブルＴ２に図７（Ｂ）に示すトルク変化プロファイルＰｔが保持される。 The drive control for the second motor M2 shown in FIG. 10 is exactly the same as that for the first motor M1. Since the change in the rotation speed of the second motor M2 is the same as that in the first motor M1, the speed change profile Pv shown in FIG. 7A is held in the table T1 in the control system of the second motor M2, A torque change profile Pt shown in FIG. 7B is held in the table T2.
図１０に示すように、第１のモータＭ１のエンコーダ５ａから得られた位相検出パルス３３ａが位相検出部３４ａに与えられ、位相検出部３４ａで位相検出パルス３３ａが得られてからの経過時間が計測される。同様に、第２のモータＭ２のエンコーダ５ｂから得られた位相検出パルス３３ｂが位相検出部３４ｂに与えられ、位相検出パルス３３ｂが得られてからの経過時間が計測される。比較部３５において、位相検出部３４ａで計測された経過時間と位相検出部３４ｂで計測された経過時間との差（位相差）が求められ、その位相差の情報が、第１のモータＭ１の制御系統の比例補正部２５と積分補正部２６に与えられて、第１のモータＭ１のための補正速度情報２７が得られる。
As shown in FIG. 10, the
これにより、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２が常に同じ位相で回転できるようになる。２つのモータＭ１，Ｍ２が、同じ位相で同期して同じ速度変化を有して回転するため、２つのモータＭ１，Ｍ２から筐体２に大きな振動と、さらに一定の向きの力を増幅して与えることができる。
As a result, the first motor M1 and the second motor M2 can always rotate in the same phase. Since the two motors M1 and M2 rotate in synchronism with the same phase and with the same speed change, a large vibration and a force in a certain direction are amplified from the two motors M1 and M2 to the
図１０に示すように、加速度センサ１８からの検出情報と、それぞれのエンコーダ５ａ，５ｂから得られる回転情報とが、トルク修正算出部４１に与えられる。トルク修正算出部４１では、モータＭ１，Ｍ２の回転特性と、偏心して回転する錘４ａ，４ｂの慣性モーメントなどから、筐体２の姿勢の変化や筐体の加速度の変化により発生したトルク修正情報が算出される。
As shown in FIG. 10, detection information from the
また、角速度センサ１９からの検出情報と、それぞれのエンコーダ５ａ，５ｂから得られる回転情報とが、トルク修正算出部４２に与えられる。トルク修正算出部４２では、モータＭ１，Ｍ２の回転特性と、筐体２に発生した角速度情報などからトルク修正情報が得られる。この２つのトルク修正情報が、修正情報４３として、それぞれのモータＭ１，Ｍ２の制御系統のテーブルＴ２のトルク変化プロファイルＰｔに加算される。
Further, detection information from the
例えば、手で保持されている筐体２が手の動きによって＋Ｘ方向へ急激に動かされているときに、モータＭ１，Ｍ２を図７（Ｂ）に示すトルク変化を示すように動作させて、＋Ｘ方向へ押すような力を発生させようとすると、手に感じる＋Ｘ方向の力が低下してしまう。この場合には、前記修正情報４３によりその分だけトルク変化を増強できるようにトルク変化プロファイルＰｔが修正される。これにより、筐体２から手に対して＋Ｘ方向へ押しているような感触を十分な大きさで与えることができる。
For example, when the
逆に、手の動きによって筐体２が−Ｘ方向へ急激に動かされているときは、前記修正情報４３によってトルク変化が低減するようにトルク変化プロファイルＰｔが修正される。
On the contrary, when the
本発明の振動発生装置は、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２の配置が、図１に示すものに限られるものではない。例えば、図３と図４に示す第２の実施の形態の振動発生装置１０１では、筐体１０２内において、第１のモータＭ１の回転軸３ａと第２のモータＭ２の回転軸３ｂとが同一線上に配置されている。図３では、回転軸３ａと回転軸３ｂが互いに逆向きに延びているが、回転軸３ａと回転軸３ｂが互いに向かい合うように、２つのモータＭ１，Ｍ２が配置されてもよい。
In the vibration generator of the present invention, the arrangement of the first motor M1 and the second motor M2 is not limited to that shown in FIG. For example, in the
この振動発生装置１０１は、筐体１０２を片手で保持するゲーム装置用のコントローラなどとして使用することができる。
The
さらに、図１に示す第１のモータＭ１の回転軸３ａと第２のモータＭ２の回転軸３ｂが、筐体２に対して垂直（図１の紙面に対して垂直）に向けられたものであってもよい。
Further, the
１，１０１ 振動発生装置
２，１０２ 筐体
３ａ，３ｂ 回転軸
４ａ，４ｂ 錘
５ａ，５ｂ エンコーダ
１０ 制御部
１１ａ 第１のモータ用の駆動パルス
１１ｂ 第２のモータ用の駆動パルス
１５ａ 第１のモータドライバ
１５ｂ 第２のモータドライバ
１８ 加速度センサ
１９ 角速度センサ
２３ 速度情報
２４ 誤差情報
２５ 比例補正部
２６ 成分補正部
２７ 補正速度情報
２９ ＰＷＭ制御部
３３ａ，３３ｂ 位相検出パルス
３４ａ，３４ｂ 位相検出部
Ｍ１ 第１のモータ
Ｍ２ 第２のモータ
Ｐｔ トルク変化プロファイル
Ｐｖ 速度変化プロファイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Vibration generator 2,102 Housing | casing 3a,
Claims (7)
前記制御部では、前記回転軸が１回転する間の速度変化を示す速度変化プロファイルが保持されており、前記速度検出パルスから得られた速度変化の検知情報を前記速度変化プロファイルにフィードバックするフィードバック制御が行われて、前記検知情報と前記速度変化プロファイルとの誤差を回復した補正速度情報が生成され、
前記補正速度情報が反映されたデューティ比を有する駆動パルスを生成するＰＷＭ制御部と、前記駆動パルスのデューティ比に応じた駆動電流を前記モータに与えるモータドライバが設けられ、前記モータが駆動され前記錘が回転して振動が発せられることを特徴とする振動発生装置。 A motor in which a weight whose center of gravity is offset from the center of rotation is attached to a rotating shaft in a case that can be held by a hand, and an encoder that can obtain a speed detection pulse whose frequency changes according to the rotational speed of the rotating shaft And a vibration generator that is mounted with a control unit that controls a drive current applied to the motor, and that vibrates the casing by the rotation of the weight.
The control unit holds a speed change profile indicating a speed change during one rotation of the rotating shaft, and feeds back speed change detection information obtained from the speed detection pulse to the speed change profile. Is performed, and corrected speed information in which an error between the detection information and the speed change profile is recovered is generated,
A PWM control unit that generates a drive pulse having a duty ratio reflecting the correction speed information, and a motor driver that supplies the motor with a drive current corresponding to the duty ratio of the drive pulse are provided, and the motor is driven to A vibration generator characterized in that a vibration is generated by rotation of a weight.
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