JP4160843B2 - 力覚付与型入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動操作される操作部に電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、ジョイスティック形入力装置の操作部に機構の摩擦力に近似した力覚を付与する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、操作部の操作状態を機械的な機構を介して被制御部に伝達する機械式の入力装置に代えて、操作部の操作状態を電気信号に変換して被制御部に伝達すると共に、電動モータなどのアクチュエータの駆動を制御することにより操作部に所要の力覚を付与する力覚付与型バイワイヤ方式の入力装置（本明細書においては、これを「力覚付与型入力装置」という。）が提案され、応用範囲を広げつつある。この力覚付与型入力装置には、操作部を一方向にのみ往復移動操作可能なスライド形又はレバー形、操作部を一軸の廻りにのみ往復回転操作可能なロータリ形及び操作部を任意の方向に操作可能なジョイスティック形などがある。
【０００３】
力覚付与型入力装置は、アクチュエータの駆動を制御することにより操作部に多種多様な力覚を付与することが可能であり、これによって操作者に操作部の操作状態に応じた力覚を体感させることができるが、未だに機械式の入力装置の操作部を操作したときに体感される機構の摩擦力に近似した力覚を再現性良く付与できるものは提案されていない。
【０００４】
力覚付与型入力装置において、操作部に機構の摩擦力に近似した力覚を付与することは、機械式の入力装置を力覚付与型入力装置に変更した場合における操作感触の相違を軽減し、不慣れによる操作部の誤操作や操作遅れ等を回避する上で特に重要であり、その実現が嘱望されている。
【０００５】
なお、先行技術文献情報については、本発明に関連のある記載が開示された文献を現在までのところ見出し得ないのが実状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、力覚付与型入力装置の操作部に機械式の入力装置の操作部を操作したときに体感される機構の摩擦力に近似した力覚を付与するためには、スライド形又はレバー形及びロータリ形の力覚付与型入力装置については、
（１）操作部を操作開始位置より一方向に操作したとき、操作部の操作方向と反対方向にアクチュエータの駆動力、即ち、操作部に対する外力が作用すること、
（２）操作開始から操作停止までの間、操作部に作用する外力の大きさがほぼ一定であること、
（３）操作停止後、操作部が安定に保持されること、
という諸条件を満たす必要があり、ジョイスティック形の力覚付与型入力装置については、これに加えて、
（４）操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合にも、前記（１）〜（３）の条件が満たされること、
という条件を満たす必要がある。
【０００７】
条件（１）、（２）については、スライド形又はレバー形及びロータリ形の力覚付与型入力装置もジョイスティック形の力覚付与型入力装置も、操作部の操作方向及び操作量を位置センサにて検出し、操作部の操作方向と反対方向に摩擦力に相当する所定の外力が付与されるように制御部が位置センサより出力される位置信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御するという構成をとることにより、比較的容易に実現することができる。
【０００８】
しかしながら、かかる構成によると、操作を停止した後も操作部に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与され続けるので、操作者が操作部より手を離すと、操作部がその外力によって停止前の操作方向と反対方向に戻され、この戻り動作の動作方向と動作量とが位置センサにて検出されてアクチュエータより戻り方向と反対方向に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与されるという動作が繰り返されることになり、操作部を操作位置に安定に保持すること、即ち、条件（３）を満たすことができない。
【０００９】
また、ジョイスティック形の力覚付与型入力装置については、上述の不都合の他に、操作部の操作方向が操作中に変更された場合、操作部の操作方向と反対方向に一定の外力を付与することができなくなるという不都合が生じ、条件（１）〜（３）を満たすことができない。
【００１０】
即ち、操作部の操作方向及び操作量を位置センサにて検出し、操作部の操作方向と反対方向に摩擦力に相当する所定の外力が付与されるように制御部が位置センサより出力される位置信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御すると、操作部をＸ軸方向に操作し、次いでそのＸ方向位置より操作部をＹ方向に操作した場合、操作部には位置センサより出力される位置信号に基づいて、Ｘ軸方向への操作量に応じた外力とＹ軸方向への操作量に応じた外力との合力〔各方向への外力の大きさをＦｍａｘとした場合、（√２）・Ｆｍａｘ〕がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度の方向に付与されるので、条件（１）、（２）を満たすことができなくなる。また、操作者が操作部より手を離した場合に、操作部が操作部に作用する前記合力によってＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度の方向に戻され、この戻り動作の動作方向と動作量とが位置センサにて検出されてアクチュエータより戻り方向と反対方向に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与されるという動作が繰り返されることになり、操作部を操作位置に安定に保持すること、即ち、条件（３）を満たすことができない。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ジョイスティック形の操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができて使用感が良好な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、前記の目的を達成するため、力覚付与型入力装置を、ジョイスティック形の操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に外力を付与するアクチュエータと、前記位置センサより出力される位置信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記位置信号より前記操作部の操作量と操作方向とを算出し、前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときには、前記操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは前記操作量の増加に伴って増加する外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し、前記操作部の操作量が前記所定の操作量に達した後は前記所定の操作量に達したときの外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し続け、前記操作部が停止されたときは前記操作部に付与する外力を前記操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、前記操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに前記操作部への外力の付与を停止し、前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときには、操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさが前記所定の操作量に達したときの前記操作部に付与される外力の大きさと等価で、操作方向変更後における前記操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸減し、操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増する外力の付与方向を繰り返し算出し、算出された前記外力の付与方向に前記合力に相当する外力が付与されるように前記アクチュエータの駆動を制御するという構成にした。
【００１３】
このように、操作部が操作開始位置より一方向に操作された場合において、操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し、操作部の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し続けると、前記（１）、（２）の条件を満たすことができるので、操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部が停止された場合において、操作部に付与する外力を操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部への外力の付与を停止すると、操作部の発振が防止され、操作部を操作後の位置に安定に保持することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを前記所定の操作量に達したときの操作部に付与される外力の大きさと等価にすると、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させると、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときにおいて、前記操作部の操作量が前記操作開始位置から前記所定の操作量に達するまでの前記外力の増加及び前記操作部の戻り量が前記停止位置から前記所定の戻り量に達するまでの前記外力の減少を、傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出するという構成にした。
【００１５】
このように、操作部の操作量が操作開始位置から所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出すると、１次関数の傾きを適宜設定することにより、操作部の操作が開始されるとほぼ同時に操作部に所要の外力を付与することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときにおいて、前記外力の付与方向を、指数が１より大きい指数関数にしたがって算出するという構成にした。
【００１７】
このように、操作部の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出すると、操作部に対する外力の付与方向を変更後の操作部の操作方向に円滑に移行することができるので、操作部の操作に違和感が生じにくく、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【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一実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を一方向から見た断面図、図３は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を前記一方向と直交する方向から見た断面図、図４は操作部を操作開始位置から一方向に操作した場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図、図５は操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図、図６は操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における外力の大きさと方向の変化とを示すグラフ図である。
【００１９】
図１に示すように、本例の力覚付与型入力装置は、揺動レバー１ａを有する機構部１と、揺動レバー１ａの先端部に取り付けられた操作部２と、揺動レバー１ａを介して操作部２に力覚を付与する第１及び第２のアクチュエータ３，４と、揺動レバー１ａの操作方向及び操作量を検出する第１及び第２の位置センサ５，６と、第１及び第２の位置センサ５，６から出力される位置信号ａ，ｂを取り込んで第１及び第２のアクチュエータ３，４の駆動信号ｃ，ｄを生成する制御部７とから主に構成されている。
【００２０】
機構部１は、図２及び図３に示すように、揺動レバー１ａと、ケース１１と、ケース１１に回転可能に保持されたレバー保持軸（Ｘ軸）１２と、スイングアーム（Ｙ軸）１３とからなる。レバー保持軸１２とスイングアーム１３とは、互いに直交する方向に配置され、レバー保持軸１２には、揺動レバー１ａがスイングアーム１３の回転方向にのみ回転できるように取り付けられる。なお、図中の符号１ｂは、揺動レバー１ａの揺動中心軸を示している。一方、スイングアーム１３には長溝１３ａが開設されており、揺動レバー１ａの下端部が貫通される。前記長溝１３ａの溝幅は、揺動レバー１ａの下端部の直径よりも若干大きい程度に形成され、揺動レバー１ａをレバー保持軸１２の回転に伴って揺動する方向（Ｘ−Ｘ方向）に揺動した場合には、長溝１３ａ内を揺動レバー１ａの下端部が自由に摺動でき、揺動レバー１ａを揺動中心軸１ｂの回転に伴って揺動する方向（Ｙ−Ｙ方向）に揺動した場合には、スイングアーム１３が揺動レバー１ａと一体となって揺動するようになっている。
【００２１】
このように構成されていることから、揺動レバー１ａはレバー保持軸１２及び揺動中心軸１ｂを中心として任意の方向に揺動することができる。そして、レバー保持軸１２は、揺動レバー１ａのＸ−Ｘ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転され、スイングアーム１３は、揺動レバー１ａのＹ−Ｙ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転される。
【００２２】
操作部２は、操作者によって操作可能な形状及びサイズに形成される。
【００２３】
第１のアクチュエータ３は、前記レバー保持軸１２に連結され、第２のアクチュエータ４は、前記スイングアーム１３に連結される。これら第１及び第２のアクチュエータ３，４としては、モータやソレノイドなどの電動装置を用いることができる。アクチュエータ３，４としてリニアモータやソレノイドなどの直動装置を用いた場合には、アクチュエータ３とレバー保持軸１２との間又はアクチュエータ４とスイングアーム１３との間に、レバー保持軸１２又はスイングアーム１３の回転運動を直線運動に変換して伝達するための所要の動力伝達機構が備えられる。
【００２４】
第１及び第２の位置センサ５，６は、回転軸の回転方向と回転量とを検出し、それに応じた電気信号に変換して出力するものであって、例えばロータリエンコーダや回転型可変抵抗器などが用いられる。第１の位置センサ５は、その回転軸が前記レバー保持軸１２に連結され、第２の位置センサ６は、その回転軸が前記スイングアーム１３に連結される。
【００２５】
制御部７は、図１に示すように、第１の位置センサ５から出力される第１の位置信号ａ、第２の位置センサ６から出力される第２の位置信号ｂを取り込む入力部２１と、第１の位置信号ａ及び第２の位置信号ｂに基づいて操作部２に所要の力覚を付与するための第１及び第２のアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを算出する演算部２２と、演算の基礎となる関数や係数それに所定の操作量などが記憶された記憶部２３と、演算部２２から出力される駆動信号ｅ，ｆに応じた駆動電力ｃ，ｄを出力して第１及び第２のアクチュエータ３，４を駆動するドライバ回路２４，２５と、これらの各部２１〜２５を制御するＣＰＵ２６とから構成されている。なお、本実施形態においては、前記関数として、第１及び第２の位置信号ａ，ｂを変数とする傾きが０より大きい１次関数及び第１及び第２の位置信号ａ，ｂを変数とする指数が１より大きい指数関数が記憶部２３に記憶されている。
【００２６】
演算部２２は、操作部２に付与される力覚に関し、入力部２１に取り込まれた第１及び第２の位置信号ａ，ｂ並びに記憶部２３に記憶された関数、係数及び所定の操作量に基づいて、以下の各演算を行う。
【００２７】
（１）位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の操作量と操作方向とを算出する。
【００２８】
（２）操作部２が操作開始位置より一方向に操作されたときには、操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達するまで、記憶部２３に記憶された正の１次関数に基づいて、操作部２の操作方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００２９】
（３）操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達した後は、操作部２の操作量の増加に関わりなく、アクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを、操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達したときの駆動信号ｅ，ｆとする。
【００３０】
（４）操作部２が停止された場合には、位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の戻り量と戻り方向（Ａ点方向）とを算出し、操作部２の戻り量が記憶部２３に記憶された前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達するまで、記憶部２３に記憶された負の１次関数に基づいて、操作部２の戻り方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００３１】
（５）操作部２の戻り量が前記所定の戻り量に達したときは、操作部２への外力の付与を停止する。
【００３２】
したがって、図４（ａ）に示すように、操作部２が操作開始位置ＡよりＰ０，Ｂを通ってＰ１まで一直線状に操作され、Ｐ１において停止されて操作者の手指が離れた場合、図４（ｂ）に示すように、操作開始位置Ａから記憶部２３に記憶された所定の操作量に相当するＰ０点まで操作部２が操作される間においては、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の操作量に応じて０より漸増し、Ｐ０点に達した段階で上限値Ｆｍａｘとなる。その後、操作部２が停止点Ｐ１に達するまで、上限値ＦｍａｘがＡ点方向に付与される。そして、操作部２が停止点Ｐ１に達し、操作部２より操作者の手指が離れたときは、停止点Ｐ１から記憶部２３に記憶された所定の戻り量に相当するＢ点まで操作部２が戻される間において、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が、操作部２の戻り量に応じて上限値Ｆｍａｘより漸減し、Ｂ点に達した段階で０となる。これにより、操作部２の操作中においては操作部２の操作に一定の抵抗感が付与され、かつ、操作部の操作終了後においては操作部２を確実に停止することができるので、操作部２に機構の摩擦力が作用しているかのような力覚を付与することができ、操作部２の使用感を良好なものにすることができる。
【００３３】
（６）操作部２の操作方向がその操作途中において変更されたときには、記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて、操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさが前記上限値Ｆｍａｘとなり、かつ、操作方向変更後における操作部２の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸減し、操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。この演算により、図６に示すように、操作方向変更後における操作部２の戻り位置Ｂｎ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・）が一義的に求められる。
【００３４】
（７）操作部２が停止された場合には、位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の戻り量と戻り方向（Ｂｎ点方向）とを算出し、操作部２の戻り量が記憶部２３に記憶された前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達するまで、記憶部２３に記憶された負の１次関数に基づいて、操作部２の戻り方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００３５】
（８）操作部２の戻り量が前記所定の戻り量に達したときは、操作部２への外力の付与を停止する。
【００３６】
したがって、図５（ａ）に示すように、操作部２が操作開始位置ＡよりＰ０，Ｂを通ってＰ１まで一直線状に操作された後に操作方向を変更してＰ２まで操作され、Ｐ２において停止されて操作者の手指が離れた場合、図５（ｂ）に示すように、操作開始位置Ａから記憶部２３に記憶された所定の操作量に相当するＰ０点まで操作部２が操作される間においては、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の操作量に応じて０より漸増し、Ｐ０点に達した段階で上限値Ｆｍａｘとなる。その後、操作部２が停止点Ｐ２に達するまで、上限値ＦｍａｘがＡ点方向に付与される。但し、操作部２の操作方向が変更された後においては、図６に示すように、外力（上限値Ｆｍａｘ）の付与方向が操作部２の操作量に応じて順次変更され、変更後の操作部２の操作方向と反対方向の分力が記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて漸増し、変更前の操作部２の操作方向と反対方向の分力が記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて漸減する。これにより、操作部２には常に一定の外力が付与され、かつ、その付与方向が変更前の操作部２の操作方向と反対方向より変更後の操作部２の操作方向と反対方向に円滑に切り替えられるので、操作部２に機構の摩擦力が作用しているかのような力覚を付与することができ、操作部２の使用感を良好なものにすることができる。また、操作部２が停止点Ｐ２に達し、操作部２より操作者の手指が離れたときは、停止点Ｐ２から記憶部２３に記憶された所定の戻り量に相当するＢｎ点まで操作部２が戻される間において、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の戻り量に応じて上限値Ｆｍａｘより漸減し、Ｂ点に達した段階で０となる。
【００３７】
本例の力覚付与型入力装置は、操作部２が操作開始位置Ａより一方向に操作された場合において、操作部２の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部２の操作方向と反対方向に付与し、操作部２の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力（上限値Ｆｍａｘ）を操作部２の操作方向と反対方向に付与し続けるので、操作部２に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部２が停止された場合において、操作部２に付与する外力を操作部２の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部２の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部２への外力の付与を停止するので、操作部２の発振が防止され、操作部２を操作後の位置に安定に保持することができて、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部２の操作中に操作部２の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを上限値Ｆｍａｘとするので、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができ、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部２の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させるので、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００３８】
また、本例の力覚付与型入力装置は、操作部２の操作量が操作開始位置Ａから所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出するので、１次関数の傾きを適宜設定することにより、操作部２の操作が開始されるとほぼ同時に操作部に所要の外力を付与することができて、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００３９】
さらに、本例の力覚付与型入力装置は、操作部２の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出するので、操作部２に対する外力の付与方向を変更後の操作部の操作方向に円滑に移行することができ、操作部２の操作に違和感が生じにくく、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００４０】
なお、前記実施形態例においては、操作部２の操作量が操作開始位置Ａから所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出すると共に、操作部２の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の関数に基づいて算出することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、操作部が操作開始位置より一方向に操作された場合において、操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し、操作部の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し続けるので、操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部が停止された場合において、操作部に付与する外力を操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部への外力の付与を停止するので、操作部の発振が防止され、操作部を操作後の位置に安定に保持することができて、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを前記所定の操作量に達したときの操作部に付与される外力の大きさと等価にするので、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させるので、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図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】実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を一方向から見た断面図である。
【図３】実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を前記一方向と直交する方向から見た断面図である。
【図４】操作部を操作開始位置から一方向に操作した場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図である。
【図５】操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図である。
【図６】操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における外力の大きさと方向の変化とを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 機構部
１ａ 揺動レバー
２ 操作部
３，４ アクチュエータ
５，６ 位置センサ
７ 制御部
１２ レバー保持軸（Ｘ軸）
１３ スイングアーム（Ｙ軸）
２１ 入力部
２２ 演算部
２３ 記憶部
２４，２５ ドライバ回路
２６ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動操作される操作部に電気制御された力覚を付与する力覚付与型入力装置に係り、特に、ジョイスティック形入力装置の操作部に機構の摩擦力に近似した力覚を付与する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、操作部の操作状態を機械的な機構を介して被制御部に伝達する機械式の入力装置に代えて、操作部の操作状態を電気信号に変換して被制御部に伝達すると共に、電動モータなどのアクチュエータの駆動を制御することにより操作部に所要の力覚を付与する力覚付与型バイワイヤ方式の入力装置（本明細書においては、これを「力覚付与型入力装置」という。）が提案され、応用範囲を広げつつある。この力覚付与型入力装置には、操作部を一方向にのみ往復移動操作可能なスライド形又はレバー形、操作部を一軸の廻りにのみ往復回転操作可能なロータリ形及び操作部を任意の方向に操作可能なジョイスティック形などがある。
【０００３】
力覚付与型入力装置は、アクチュエータの駆動を制御することにより操作部に多種多様な力覚を付与することが可能であり、これによって操作者に操作部の操作状態に応じた力覚を体感させることができるが、未だに機械式の入力装置の操作部を操作したときに体感される機構の摩擦力に近似した力覚を再現性良く付与できるものは提案されていない。
【０００４】
力覚付与型入力装置において、操作部に機構の摩擦力に近似した力覚を付与することは、機械式の入力装置を力覚付与型入力装置に変更した場合における操作感触の相違を軽減し、不慣れによる操作部の誤操作や操作遅れ等を回避する上で特に重要であり、その実現が嘱望されている。
【０００５】
なお、先行技術文献情報については、本発明に関連のある記載が開示された文献を現在までのところ見出し得ないのが実状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、力覚付与型入力装置の操作部に機械式の入力装置の操作部を操作したときに体感される機構の摩擦力に近似した力覚を付与するためには、スライド形又はレバー形及びロータリ形の力覚付与型入力装置については、
（１）操作部を操作開始位置より一方向に操作したとき、操作部の操作方向と反対方向にアクチュエータの駆動力、即ち、操作部に対する外力が作用すること、
（２）操作開始から操作停止までの間、操作部に作用する外力の大きさがほぼ一定であること、
（３）操作停止後、操作部が安定に保持されること、
という諸条件を満たす必要があり、ジョイスティック形の力覚付与型入力装置については、これに加えて、
（４）操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合にも、前記（１）〜（３）の条件が満たされること、
という条件を満たす必要がある。
【０００７】
条件（１）、（２）については、スライド形又はレバー形及びロータリ形の力覚付与型入力装置もジョイスティック形の力覚付与型入力装置も、操作部の操作方向及び操作量を位置センサにて検出し、操作部の操作方向と反対方向に摩擦力に相当する所定の外力が付与されるように制御部が位置センサより出力される位置信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御するという構成をとることにより、比較的容易に実現することができる。
【０００８】
しかしながら、かかる構成によると、操作を停止した後も操作部に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与され続けるので、操作者が操作部より手を離すと、操作部がその外力によって停止前の操作方向と反対方向に戻され、この戻り動作の動作方向と動作量とが位置センサにて検出されてアクチュエータより戻り方向と反対方向に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与されるという動作が繰り返されることになり、操作部を操作位置に安定に保持すること、即ち、条件（３）を満たすことができない。
【０００９】
また、ジョイスティック形の力覚付与型入力装置については、上述の不都合の他に、操作部の操作方向が操作中に変更された場合、操作部の操作方向と反対方向に一定の外力を付与することができなくなるという不都合が生じ、条件（１）〜（３）を満たすことができない。
【００１０】
即ち、操作部の操作方向及び操作量を位置センサにて検出し、操作部の操作方向と反対方向に摩擦力に相当する所定の外力が付与されるように制御部が位置センサより出力される位置信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御すると、操作部をＸ軸方向に操作し、次いでそのＸ方向位置より操作部をＹ方向に操作した場合、操作部には位置センサより出力される位置信号に基づいて、Ｘ軸方向への操作量に応じた外力とＹ軸方向への操作量に応じた外力との合力〔各方向への外力の大きさをＦｍａｘとした場合、（√２）・Ｆｍａｘ〕がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度の方向に付与されるので、条件（１）、（２）を満たすことができなくなる。また、操作者が操作部より手を離した場合に、操作部が操作部に作用する前記合力によってＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度の方向に戻され、この戻り動作の動作方向と動作量とが位置センサにて検出されてアクチュエータより戻り方向と反対方向に前記摩擦力に近似する所定の外力が付与されるという動作が繰り返されることになり、操作部を操作位置に安定に保持すること、即ち、条件（３）を満たすことができない。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ジョイスティック形の操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができて使用感が良好な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、前記の目的を達成するため、力覚付与型入力装置を、ジョイスティック形の操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に外力を付与するアクチュエータと、前記位置センサより出力される位置信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記位置信号より前記操作部の操作量と操作方向とを算出し、前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときには、前記操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは前記操作量の増加に伴って増加する外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し、前記操作部の操作量が前記所定の操作量に達した後は前記所定の操作量に達したときの外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し続け、前記操作部が停止されたときは前記操作部に付与する外力を前記操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、前記操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに前記操作部への外力の付与を停止し、前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときには、操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさが前記所定の操作量に達したときの前記操作部に付与される外力の大きさと等価で、操作方向変更後における前記操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸減し、操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増する外力の付与方向を繰り返し算出し、算出された前記外力の付与方向に前記合力に相当する外力が付与されるように前記アクチュエータの駆動を制御するという構成にした。
【００１３】
このように、操作部が操作開始位置より一方向に操作された場合において、操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し、操作部の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し続けると、前記（１）、（２）の条件を満たすことができるので、操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部が停止された場合において、操作部に付与する外力を操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部への外力の付与を停止すると、操作部の発振が防止され、操作部を操作後の位置に安定に保持することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを前記所定の操作量に達したときの操作部に付与される外力の大きさと等価にすると、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させると、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときにおいて、前記操作部の操作量が前記操作開始位置から前記所定の操作量に達するまでの前記外力の増加及び前記操作部の戻り量が前記停止位置から前記所定の戻り量に達するまでの前記外力の減少を、傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出するという構成にした。
【００１５】
このように、操作部の操作量が操作開始位置から所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出すると、１次関数の傾きを適宜設定することにより、操作部の操作が開始されるとほぼ同時に操作部に所要の外力を付与することができるので、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の目的を達成するため、前記構成の力覚付与型入力装置において、前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときにおいて、前記外力の付与方向を、指数が１より大きい指数関数にしたがって算出するという構成にした。
【００１７】
このように、操作部の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出すると、操作部に対する外力の付与方向を変更後の操作部の操作方向に円滑に移行することができるので、操作部の操作に違和感が生じにくく、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【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一実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の構成図、図２は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を一方向から見た断面図、図３は実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を前記一方向と直交する方向から見た断面図、図４は操作部を操作開始位置から一方向に操作した場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図、図５は操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図、図６は操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における外力の大きさと方向の変化とを示すグラフ図である。
【００１９】
図１に示すように、本例の力覚付与型入力装置は、揺動レバー１ａを有する機構部１と、揺動レバー１ａの先端部に取り付けられた操作部２と、揺動レバー１ａを介して操作部２に力覚を付与する第１及び第２のアクチュエータ３，４と、揺動レバー１ａの操作方向及び操作量を検出する第１及び第２の位置センサ５，６と、第１及び第２の位置センサ５，６から出力される位置信号ａ，ｂを取り込んで第１及び第２のアクチュエータ３，４の駆動信号ｃ，ｄを生成する制御部７とから主に構成されている。
【００２０】
機構部１は、図２及び図３に示すように、揺動レバー１ａと、ケース１１と、ケース１１に回転可能に保持されたレバー保持軸（Ｘ軸）１２と、スイングアーム（Ｙ軸）１３とからなる。レバー保持軸１２とスイングアーム１３とは、互いに直交する方向に配置され、レバー保持軸１２には、揺動レバー１ａがスイングアーム１３の回転方向にのみ回転できるように取り付けられる。なお、図中の符号１ｂは、揺動レバー１ａの揺動中心軸を示している。一方、スイングアーム１３には長溝１３ａが開設されており、揺動レバー１ａの下端部が貫通される。前記長溝１３ａの溝幅は、揺動レバー１ａの下端部の直径よりも若干大きい程度に形成され、揺動レバー１ａをレバー保持軸１２の回転に伴って揺動する方向（Ｘ−Ｘ方向）に揺動した場合には、長溝１３ａ内を揺動レバー１ａの下端部が自由に摺動でき、揺動レバー１ａを揺動中心軸１ｂの回転に伴って揺動する方向（Ｙ−Ｙ方向）に揺動した場合には、スイングアーム１３が揺動レバー１ａと一体となって揺動するようになっている。
【００２１】
このように構成されていることから、揺動レバー１ａはレバー保持軸１２及び揺動中心軸１ｂを中心として任意の方向に揺動することができる。そして、レバー保持軸１２は、揺動レバー１ａのＸ−Ｘ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転され、スイングアーム１３は、揺動レバー１ａのＹ−Ｙ方向への揺動量に比例する回転量だけ揺動レバー１ａの揺動方向に回転される。
【００２２】
操作部２は、操作者によって操作可能な形状及びサイズに形成される。
【００２３】
第１のアクチュエータ３は、前記レバー保持軸１２に連結され、第２のアクチュエータ４は、前記スイングアーム１３に連結される。これら第１及び第２のアクチュエータ３，４としては、モータやソレノイドなどの電動装置を用いることができる。アクチュエータ３，４としてリニアモータやソレノイドなどの直動装置を用いた場合には、アクチュエータ３とレバー保持軸１２との間又はアクチュエータ４とスイングアーム１３との間に、レバー保持軸１２又はスイングアーム１３の回転運動を直線運動に変換して伝達するための所要の動力伝達機構が備えられる。
【００２４】
第１及び第２の位置センサ５，６は、回転軸の回転方向と回転量とを検出し、それに応じた電気信号に変換して出力するものであって、例えばロータリエンコーダや回転型可変抵抗器などが用いられる。第１の位置センサ５は、その回転軸が前記レバー保持軸１２に連結され、第２の位置センサ６は、その回転軸が前記スイングアーム１３に連結される。
【００２５】
制御部７は、図１に示すように、第１の位置センサ５から出力される第１の位置信号ａ、第２の位置センサ６から出力される第２の位置信号ｂを取り込む入力部２１と、第１の位置信号ａ及び第２の位置信号ｂに基づいて操作部２に所要の力覚を付与するための第１及び第２のアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを算出する演算部２２と、演算の基礎となる関数や係数それに所定の操作量などが記憶された記憶部２３と、演算部２２から出力される駆動信号ｅ，ｆに応じた駆動電力ｃ，ｄを出力して第１及び第２のアクチュエータ３，４を駆動するドライバ回路２４，２５と、これらの各部２１〜２５を制御するＣＰＵ２６とから構成されている。なお、本実施形態においては、前記関数として、第１及び第２の位置信号ａ，ｂを変数とする傾きが０より大きい１次関数及び第１及び第２の位置信号ａ，ｂを変数とする指数が１より大きい指数関数が記憶部２３に記憶されている。
【００２６】
演算部２２は、操作部２に付与される力覚に関し、入力部２１に取り込まれた第１及び第２の位置信号ａ，ｂ並びに記憶部２３に記憶された関数、係数及び所定の操作量に基づいて、以下の各演算を行う。
【００２７】
（１）位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の操作量と操作方向とを算出する。
【００２８】
（２）操作部２が操作開始位置より一方向に操作されたときには、操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達するまで、記憶部２３に記憶された正の１次関数に基づいて、操作部２の操作方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００２９】
（３）操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達した後は、操作部２の操作量の増加に関わりなく、アクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを、操作部２の操作量が記憶部２３に記憶された所定の操作量に達したときの駆動信号ｅ，ｆとする。
【００３０】
（４）操作部２が停止された場合には、位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の戻り量と戻り方向（Ａ点方向）とを算出し、操作部２の戻り量が記憶部２３に記憶された前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達するまで、記憶部２３に記憶された負の１次関数に基づいて、操作部２の戻り方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００３１】
（５）操作部２の戻り量が前記所定の戻り量に達したときは、操作部２への外力の付与を停止する。
【００３２】
したがって、図４（ａ）に示すように、操作部２が操作開始位置ＡよりＰ０，Ｂを通ってＰ１まで一直線状に操作され、Ｐ１において停止されて操作者の手指が離れた場合、図４（ｂ）に示すように、操作開始位置Ａから記憶部２３に記憶された所定の操作量に相当するＰ０点まで操作部２が操作される間においては、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の操作量に応じて０より漸増し、Ｐ０点に達した段階で上限値Ｆｍａｘとなる。その後、操作部２が停止点Ｐ１に達するまで、上限値ＦｍａｘがＡ点方向に付与される。そして、操作部２が停止点Ｐ１に達し、操作部２より操作者の手指が離れたときは、停止点Ｐ１から記憶部２３に記憶された所定の戻り量に相当するＢ点まで操作部２が戻される間において、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が、操作部２の戻り量に応じて上限値Ｆｍａｘより漸減し、Ｂ点に達した段階で０となる。これにより、操作部２の操作中においては操作部２の操作に一定の抵抗感が付与され、かつ、操作部の操作終了後においては操作部２を確実に停止することができるので、操作部２に機構の摩擦力が作用しているかのような力覚を付与することができ、操作部２の使用感を良好なものにすることができる。
【００３３】
（６）操作部２の操作方向がその操作途中において変更されたときには、記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて、操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさが前記上限値Ｆｍａｘとなり、かつ、操作方向変更後における操作部２の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸減し、操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。この演算により、図６に示すように、操作方向変更後における操作部２の戻り位置Ｂｎ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・）が一義的に求められる。
【００３４】
（７）操作部２が停止された場合には、位置信号ａ，ｂの変化量より操作部２の戻り量と戻り方向（Ｂｎ点方向）とを算出し、操作部２の戻り量が記憶部２３に記憶された前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達するまで、記憶部２３に記憶された負の１次関数に基づいて、操作部２の戻り方向と反対方向に付与する外力を発生するに必要なアクチュエータ３，４の駆動信号ｅ，ｆを繰り返し算出する。
【００３５】
（８）操作部２の戻り量が前記所定の戻り量に達したときは、操作部２への外力の付与を停止する。
【００３６】
したがって、図５（ａ）に示すように、操作部２が操作開始位置ＡよりＰ０，Ｂを通ってＰ１まで一直線状に操作された後に操作方向を変更してＰ２まで操作され、Ｐ２において停止されて操作者の手指が離れた場合、図５（ｂ）に示すように、操作開始位置Ａから記憶部２３に記憶された所定の操作量に相当するＰ０点まで操作部２が操作される間においては、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の操作量に応じて０より漸増し、Ｐ０点に達した段階で上限値Ｆｍａｘとなる。その後、操作部２が停止点Ｐ２に達するまで、上限値ＦｍａｘがＡ点方向に付与される。但し、操作部２の操作方向が変更された後においては、図６に示すように、外力（上限値Ｆｍａｘ）の付与方向が操作部２の操作量に応じて順次変更され、変更後の操作部２の操作方向と反対方向の分力が記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて漸増し、変更前の操作部２の操作方向と反対方向の分力が記憶部２３に記憶された指数関数に基づいて漸減する。これにより、操作部２には常に一定の外力が付与され、かつ、その付与方向が変更前の操作部２の操作方向と反対方向より変更後の操作部２の操作方向と反対方向に円滑に切り替えられるので、操作部２に機構の摩擦力が作用しているかのような力覚を付与することができ、操作部２の使用感を良好なものにすることができる。また、操作部２が停止点Ｐ２に達し、操作部２より操作者の手指が離れたときは、停止点Ｐ２から記憶部２３に記憶された所定の戻り量に相当するＢｎ点まで操作部２が戻される間において、アクチュエータ３，４の駆動によりＡ点方向に付与される外力が操作部２の戻り量に応じて上限値Ｆｍａｘより漸減し、Ｂ点に達した段階で０となる。
【００３７】
本例の力覚付与型入力装置は、操作部２が操作開始位置Ａより一方向に操作された場合において、操作部２の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部２の操作方向と反対方向に付与し、操作部２の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力（上限値Ｆｍａｘ）を操作部２の操作方向と反対方向に付与し続けるので、操作部２に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部２が停止された場合において、操作部２に付与する外力を操作部２の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部２の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部２への外力の付与を停止するので、操作部２の発振が防止され、操作部２を操作後の位置に安定に保持することができて、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部２の操作中に操作部２の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを上限値Ｆｍａｘとするので、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができ、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部２の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部２の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させるので、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００３８】
また、本例の力覚付与型入力装置は、操作部２の操作量が操作開始位置Ａから所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出するので、１次関数の傾きを適宜設定することにより、操作部２の操作が開始されるとほぼ同時に操作部に所要の外力を付与することができて、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００３９】
さらに、本例の力覚付与型入力装置は、操作部２の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出するので、操作部２に対する外力の付与方向を変更後の操作部の操作方向に円滑に移行することができ、操作部２の操作に違和感が生じにくく、操作部２に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【００４０】
なお、前記実施形態例においては、操作部２の操作量が操作開始位置Ａから所定の操作量に達するまでの外力の増加及び操作部の戻り量が停止位置から所定の戻り量に達するまでの外力の減少を傾きが０より大きい１次関数にしたがって算出すると共に、操作部２の操作方向が変更された場合における外力の付与方向を指数が１より大きい指数関数にしたがって算出したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の関数に基づいて算出することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、操作部が操作開始位置より一方向に操作された場合において、操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは操作量の増加に伴って増加する外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し、操作部の操作量が所定の操作量に達した後は所定の操作量に達したときの外力を操作部の操作方向と反対方向に付与し続けるので、操作部に摩擦力に近似した力覚を付与することができる。また、操作部が停止された場合において、操作部に付与する外力を操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに操作部への外力の付与を停止するので、操作部の発振が防止され、操作部を操作後の位置に安定に保持することができて、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。さらに、操作部の操作中に操作部の操作方向が変更された場合において、操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさを前記所定の操作量に達したときの操作部に付与される外力の大きさと等価にするので、操作方向の変化の前後における外力の大きさを一定に保つことができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。また、操作方向変更後における操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力を漸減し、操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増させるので、外力の付与方向を滑らかに操作方向変更前の操作部の操作方向と反対方向から操作方向変更後の操作部の操作方向と反対方向に移行することができ、操作部に摩擦力が作用しているかのような操作感触を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図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】実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を一方向から見た断面図である。
【図３】実施形態例に係る力覚付与型入力装置の機構部を前記一方向と直交する方向から見た断面図である。
【図４】操作部を操作開始位置から一方向に操作した場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図である。
【図５】操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における操作部の動作軌跡と操作部に作用する外力の変化とを示す説明図である。
【図６】操作部の操作方向が操作途中で変更された場合における外力の大きさと方向の変化とを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 機構部
１ａ 揺動レバー
２ 操作部
３，４ アクチュエータ
５，６ 位置センサ
７ 制御部
１２ レバー保持軸（Ｘ軸）
１３ スイングアーム（Ｙ軸）
２１ 入力部
２２ 演算部
２３ 記憶部
２４，２５ ドライバ回路
２６ ＣＰＵ
Claims (3)
- ジョイスティック形の操作部と、当該操作部の操作状態を検出する位置センサと、前記操作部に外力を付与するアクチュエータと、前記位置センサより出力される位置信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記位置信号より前記操作部の操作量と操作方向とを算出し、前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときには、前記操作部の操作量が予め定められた所定の操作量に達するまでは前記操作量の増加に伴って増加する外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し、前記操作部の操作量が前記所定の操作量に達した後は前記所定の操作量に達したときの外力を前記操作部の操作方向と反対方向に付与し続け、前記操作部が停止されたときは前記操作部に付与する外力を前記操作部の停止位置からの戻り量の増加に伴って減少し、前記操作部の戻り量が前記所定の操作量に相当する所定の戻り量に達したときに前記操作部への外力の付与を停止し、
前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときには、操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力と操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力との合力の大きさが前記所定の操作量に達したときの前記操作部に付与される外力の大きさと等価で、操作方向変更後における前記操作部の操作量の増加に伴って操作方向変更前の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸減し、操作方向変更後の前記操作部の操作方向と反対方向に付与される外力が漸増する外力の付与方向を繰り返し算出し、算出された前記外力の付与方向に前記合力に相当する外力が付与されるように前記アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする力覚付与型入力装置。 - 前記操作部が操作開始位置より一方向に操作されたときにおいて、前記操作部の操作量が前記操作開始位置から前記所定の操作量に達するまでの前記外力の増加及び前記操作部の戻り量が前記停止位置から前記所定の戻り量に達するまでの前記外力の減少を、傾きが０より大きい１次関数にしたがって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。
- 前記操作部の操作中に前記操作部の操作方向が変更されたときにおいて、前記外力の付与方向を、指数が１より大きい指数関数にしたがって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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