JP5603856B2 - 制動力を増大させた触覚インタフェース - Google Patents

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Description

本発明は、特に、触覚デバイスの分野並びに、仮想現実及び自動車の分野において用いられる、ユーザにフォースフィードバックを提供する感覚的なインタフェースに関する。
この種の触覚インタフェースは、例えば自動車に搭載される触覚インタフェースとして用いられ、車の運転手の役に立つ。このインタフェースは、フォースフィードバックを有するノブ状をしているため、ユーザは、例えばGPS(全地球測位システム)、ラジオ、空調などのような、様々な車載機又は装備品とやりとりをすることができる。
このようなノブは、実際には、最高級の車に用いられている。
このノブは、感覚的なフォースフィードバックを有していない。1つのノッチから次のノッチへと変えるのにユーザが感じる抵抗力は、不変であり、これはノブの設計中に予め規定されている。従って、フォースフィードバックの強度は一定であり、ノブ又は必要とされる制御機種の操作速度に無関係である。
ノブによって加えられる抵抗力は、減速ギアに関連するDCモータによって得られる。第1に、この種の抵抗発生器は、ユーザがその力を感じるほどの感度を提供していない。第2に、そのサイズ及び質量は無視することができない。このことが、搭載システムにおける用途を制限している。
磁気粘性流体を用いてフォースフィードバックを得る触覚インタフェースもある。この流体に磁界を印加することによって、その流体の見掛けの粘度が増加するため、ノブに固定されて、この流体中に浸漬された要素に制動力を加えることができる。この種のインタフェースは、特許文献1に記載されている。しかしながら、搭載システムに適用する場合に、既知の構造を有する既知のインタフェースは、そのサイズと、ノブによって発生させるトルクと、磁気粘性流体中に磁界を発生するための電力の消費量との間で魅力的な妥協点を見出すことができない。
米国特許出願公開第2002/0057152号明細書
従って、本発明の目的の1つは、コンパクトでありながら、高い制動力を付与することが可能なフォースフィードバックを有する、触覚インタフェースを提供することにある。
本発明の他の目的は、相互作用する、使いやすくて、直感的で、高性能なツールを提供するフォースフィードバックを有する、触覚インタフェースを提供することにある。
上述の目的は、ユーザによって操作されるノブの動きに対する抵抗力が磁気粘性流体と相互作用する要素により得られ、この流体の見かけの粘度の変更が磁気回路によって得られ、流体と相互作用する要素は、磁界の印加により粘性が増大した場合に、磁気粘性流体の変位に対する抵抗力を増大させるための穴及び/又はリブが設けられた、軸の周りを自由に回転する円筒状の回転壁を有する、触覚インタフェースによって達成される。
換言するに、相互作用要素は滑らかでなく、凸型又は凹型のレリーフ及び/又は穴を備えている。従って、磁界が印加された場合には、磁界が印加される間形成される磁気粘性流体内に含まれる磁気粒子鎖(magnetic particle chains)が、レリーフに位置して、レリーフの変位に対する障害物を形成し、相互作用要素によって粒子鎖にせん断力が加わる。
従って、このデバイスは、より小さな体積で、増大した制動力を提供する。
例えば、本発明によれば、耐久可能な水準にて、負荷の力なしに、高い抵抗を発生させることができる。磁気粘性流体に基づく回転式のブレーキを用いて、最大抵抗力と最小受動力との比を増大させることができる。システムの制御性は、かなり増大する。
さらに、本発明によれば、同じ磁界でより高い制動力が得られる。従って、より低い電力消費量にて、既存のインタフェースと正確に同じ作動範囲を保つことができ、あるいは、より広範囲の作動範囲を保持することができる。
本発明の一の有利な実施形態において、磁界を生成するシステムは、可変磁界を生成するシステムを備える。従って、電力の供給がない場合でさえ、ユーザは力学的な抵抗を感じる。永久磁石によってつくり出される磁界は、可変磁界生成システムを用いて、なくすか、あるいは、強化させることが可能であり、フォースフィードバックの値を固定させる電気モータを有する既存のインタフェースとは異なり、各種類のインタフェース動作に適用できるような広範囲にわたる抵抗トルクを生成するのに用いることができる。
例えば、磁石によって発生される磁界は、流体の見かけの粘度がノブのいかなる動きも阻止し、従って、インタフェースを電流がない状態にロックするのに十分である。このインタフェースは、可変磁界を生成するシステムを用いて磁界をかけることによってアンロックされる。既存のインタフェースとは異なり、これにより、ノブを阻止するのに磁界生成システムに電力を供給する必要がなくなり、あるいは、ノブをロック又はアンロックして、インタフェースを使用し難くし、直感的でなくするのに複雑な機構を必要としなくて済む。
この広範囲の抵抗トルクは、最大の抵抗力を生成するのに必要とされる磁界の一部又は全部が、永久磁石によって、電力を消費せずに生成されるため、低消費電力にて得られると共に、サイズも制限される。
磁気システムが永久磁石を備える場合には、電力は、磁石の磁界に加えられ、従って、知覚されるトルクの大きさを増大させる磁界を生成するか、あるいは、磁石の磁界に対抗し、磁石の効果を相殺する磁界を生成するのに用いられる。一定の電力での使用範囲は2倍となる。
従って、開発した触覚インタフェースは、サイズをより小さくし、電力消費量をより低くしながら、磁気粘性流体により、ノブにかかる力を半能動的に制御して、異なる感覚を生成することができる。「半能動システム」とは、「能動システム」と「受動システム」との間で兼ね合いを取るシステムを意味する。それは、リアルタイムで制御することができるが、エネルギーは、制御システムに注入されない。それは、所定の制御則に従って、エネルギーを吸収/散逸することによる反応によって、ユーザが感知する触覚フィードバックを制御する。
一の特に有利な実施形態では、磁界を生成する手段は、相互作用要素の円筒状の壁から半径方向の磁界を生成する。
本発明の主題は、主として、ユーザと相互作用する要素と、該ユーザ相互作用要素が回転するように固定される、縦軸を有する回転シャフトと、流体と相互作用し、前記シャフトに回転するように固定される要素と、磁気粘性タイプである前記流体と、前記流体中に磁界を生成するシステムと、磁界を変えるために前記磁界生成システムに命令を生成することができる制御ユニットと、を備える触覚インタフェースであって、前記相互作用要素は、開口部が形成され、及び/又は、レリーフの及び/又は凹型のパターンが形成され、縦軸を有する、少なくとも1つの円筒状の壁を有することを特徴とする、触覚インタフェースにある。
開口部及び/又はレリーフのパターンが縦軸に沿って延び、さらに制動力を増大させるのが有利である。
一の例示的な実施形態では、流体相互作用要素は、互いに間隔をあけて、ヘッド部に固定される、数個の同心状の側壁を備え、総サイズを制限しつつも流体との相互作用面積を増大させる。
相互作用要素の円筒状の壁が非磁性材料でつくられ、相互作用要素への回転誘導応力を低減させるのが特に有利である。
磁界生成システムが放射状の磁界を生成可能であり、この磁界により、鎖が相互作用要素の壁に直交して、さらに制動力を増大させるのが有利である。
本発明による触覚インタフェースは、前記シャフトに対する、少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は、角加速度センサを備え、前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの位置、速度、及び/又は、加速度センサによって提供される情報の関数として命令を生成することもできる。
制御ユニットは、使用モードに応じて一定又は可変である所定時間間隔にて、磁界生成システムへの命令を生成することもできる。
一の有利な実施形態では、磁界生成システムは、可変磁界を生成する手段と、永久的な磁界を生成する手段とを備え、同一の消費電力でより広範囲の使用範囲を得ることができる。
例えば、永久磁界を生成する手段は、少なくとも1つの永久磁石を備え、可変磁界を生成する手段は、少なくとも1つの電磁コイルを備える。
一の変形例では、永久磁界を生成する手段は、流体相互作用要素の内部に配置され、該要素に対して不動であり、且つ可変磁界を生成する手段は、流体相互作用要素の内部に配置され、該要素に対して不動である。コイルは、永久磁石を包囲する。
一の変形例では、永久磁石は、コイルを包囲する少なくとも1つのスリーブを備える。
他の変形例では、永久磁界を生成する手段は、相互作用要素の2つの同心状の側壁の間に配置され、これらの側壁に対して不動である。
さらに別の変形例では、永久磁界を生成する手段は、流体と相互作用する要素に固定され、且つ可変磁界を生成する手段は、該要素に対して不動であり、前記永久磁界を生成する手段は、開口部と相互作用する要素に沿って開口部によってせん孔される。
可変な磁界を生成する手段は、相互作用要素の内部に配置され、該要素に対し不動である。
他の例示的な変形例では、シャフトは、磁界生成システムを貫通する。
例えば、シャフトに回転するように固定される部分と、シャフトに対して不動である部分とを備える、角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサが、シャフトの縦方向一端に設けられる。シャフトに固定される部分を光学ホイールとし、且つ不動部分を光学フォークとすることができる。
このインタフェースは、シャフトを片側から反対側へと貫通し、縦方向に動くことができるロッドと、該ロッドの変位を検出するデバイスとを備えるのが有利である。
このインタフェースは、ユーザ相互作用要素の温度を変えることができる、少なくとも1つのペルチェ・セルを備える熱デバイス、及び/又は、ユーザ相互作用要素を振動させることが可能なデバイスを備えることができる。
本発明の主題は、フレームと、このフレームに取り付けられる、本発明によるインタフェースとを備え、前記インタフェースは、シャフトの軸に沿って自由に動く、触覚アセンブリにもある。
このインタフェースは、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの方向に沿って自由に並進可能、及び/又は、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの方向を中心に自由に回転可能である。
本発明の触覚アセンブリは、縦軸に対して直角の、少なくとも1つの軸に沿って動くか、あるいは、縦軸を中心に回転する間に抵抗に抗する、フォースフィードバック・デバイスを備えることもできる。
本発明は、以下の記載及び添付の図面を読んだ後に、よりよく理解されるであろう。
図1Aは、本発明による触覚インタフェースの第1の例示的な実施形態の縦方向概略断面図である。 図1Aに示すインタフェースの産業的な実施形態の透視縦方向断面図である。 本発明による相互作用要素の部分概略斜視図である。 本発明による相互作用要素の部分概略斜視図である。 図1A及び図1Bのインタフェースの第2の変形例の縦方向片側断面図である。 ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、本発明による触覚インタフェースの第2の例示的な実施形態の縦方向片側断面図である。 ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図3に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。 ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図3に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。 ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図3に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。 ノブ回転シャフトが内部固定子を貫通する、図3に示すインタフェースの変形例の縦方向片側断面図である。 シャフトは中空で、シャフトの下方にクリック・タイプのノブを位置させるのに用いられ、図3と同一のインタフェースに、ノブの縦変位を統合した、縦方向断面図である。 電力が供給された場合にのみ磁界が現れる、本発明によるインタフェースの別の例示的な実施形態の縦方向断面図である。 並進デバイスに関連する、本発明によるインタフェースの斜視図である。 回転デバイスに関連する、本発明によるインタフェースの斜視図である。
本発明による触覚インタフェースについての例示的な実施形態について詳細に説明する。
この触覚インタフェースは、一般にインタフェース用の回転軸を成すX軸を中心に少なくとも1度の回転を有する。
図1A及び図1Bは、ユーザによって操作され、X軸の周りを自由に回転するシャフト2に回転するように固定された、以下「ノブ」と称する、要素1と、シャフト2の回転に抗する抵抗力を生成するデバイス4とを備えた、本発明によるインタフェースの第1の例示的な実施形態を示す。
このデバイス4は、磁界によって特性が変えられる流体と、ハウジング8内に入れる、磁界を生成するシステム6とを備えている。流体は、例えば、磁気粘性流体5とすることができる。
ハウジング8は、側壁8.1、底部ヘッド8.2及び、頂部ヘッド8.3によって円筒状に形成される。
シャフト2は、頂部ヘッド8.3を貫通して、ハウジング8の内部まで達する。
ハウジング8は磁気粘性流体5を閉じ込める密封チャンバ10を画定し、このチャンバの全部又は一部は、システム6が発生する磁界に曝される。
デバイス4は、シャフト2に回転するように固定されると共に、漏れ止めチャンバ10内に収容される要素12も備えている。この要素は、磁気粘性流体5と相互作用し、要素12の回転は、磁気粘性流体5によって、その見掛けの粘度に依存して多少遅くなる。
図示例では、要素12は、円筒状のベル形状をしており、側壁12.1とヘッド部12.2とで形成される円形断面を有する。密封チャンバの形状は、ベル12の形状に相当し、これは、流体の必要量を低減する。流体と相互作用する要素12の縦断面は、逆U字型である。
ヘッド部12.2は、密封チャンバ10に達しているシャフト2の端部に固定される。
要素12の側壁12.1は、磁性又は非磁性材料とすることができる。側壁12.1は、要素12の回転に対する誘導応力を低減させることができる非磁性材料でつくるのが有利である。磁性材料によれば、磁極と側壁12.1との間に磁気引力がなく、従って、要素12が磁石によって引き付けられない。要素12が回転するように誘導するのは簡単であり、体積の大きい誘導手段を用いる必要がない。
非磁性材料からなる粘性が可変な流体と相互作用することが意図され、開口部及び/又はレリーフを備えた要素を用いることにより、隣接する機械的構造、特に、誘導に用いる手段を著しく簡単化しつつも、磁気部分によって得ることができるのと等価の制動力が得られる。
本発明によれば、側壁12.1にパターン12.3が設けられ、図1C及び図1Dの例では、これらのパターンは事前に切り抜いておく。例えば、これらのパターン12.3は、円形の開口部(図1C)又は縦溝形状の開口部(図1D)とすることができる。
任意の形状の開口部、例えば、四角形の開口部やベルの軸に対して傾いた開口部を設けることができる。これらのパターンは、要素12の制動能力、従って、ユーザが受けるトルクを増大させることができる。
例えば、縦方向のリブのような、レリーフのパターンとすることもできる。
相互作用要素を開口部とレリーフとを同時に有するようにつくることもできる。
図示例では、密封チャンバ10は、磁気粘性流体5で完全に満たされている。従って、ベル12は、磁気粘性流体5内に完全に浸される。特に、側壁12.1の内面及び外面は、磁気粘性流体5に接触する。しかし、側壁12.1のみを磁気粘性流体5に浸してもよい。
シャフト2は、磁気粘性流体5から密封分離した軸受部14.1、14.2によって支持される。図1Bにて見ることができる封止素子16が、密封チャンバ10と、軸受部14.1、14.2を収容している箇所との間に設けられている。この封止手段は、回転シャフト2を包囲するものであり、回転シャフト2を包囲して動的封止をする内側リップ16.1と、ハウジングに静的に接する外側リップ16.2とを備えている。
漏れ止めは、従来の、他の任意タイプのシールか、例えば、永久磁石によって定位置に保持される、磁性流体のような他のシールによって達成することができる。
磁界生成システム6は、可変磁界を生成して、磁気粘性流体5の見かけの粘性を変えることができる。
一の特に有利な実施例においては、システム6は、例えば永久磁石のような、電力の供給がない場合に永久磁界を生成する手段18と、可変磁界を生成可能な手段20とを備える。
単純化のため、永久磁化手段18を永久磁石と称するが、かような磁化を提供する他の任意のデバイスも本発明の範囲内である。
図示例では、磁石は、ベル12の内側に配置されるディスクで形成する。
可変磁界を生成する手段20は、例えば、ベル12の内側に配置され、永久磁石18を包囲する少なくとも1つのコイルによって形成される。1つ又は複数のコイルは、縦軸Xと一致する軸を有する。
さらに、システム6は、磁力線がベル12の側壁12.1を通過し、ハウジングの側壁8.1の内部で閉成するように磁界を案内する磁気回路を備え、磁気粘性流体5に含まれる磁気粒子の鎖は、側壁12.1を通過する。一般の方法では、永久磁石18及びコイル20は、磁力線が流体を通過し、磁石及びコイルにて閉成する磁界を生成することができる。
磁界生成システムは、磁力線がその経路の一部に沿う側壁12.1に直交し、鎖を側壁に直交させ、さらに、鎖をせん断するのに必要な力を増大させるのが有利である。
磁気回路は、磁界を伝導することができる材料製で、ベルの内部に位置付けられ、永久磁石18とコイル20とを内部に位置させるコアを形成する部分22を備えている。
図示例では、通常の円柱状のコア22は、下側部分22.1及び上側部分22.2を有しており、磁石及びコイルがこれら2つの部分22.1と22.2との間に挟まれる。この磁石及び2つの部分22.1及び22.2は互いに固定される。
チャンバ10は、第1に、コア22の外側面、ハウジングの外側側壁8.1及び回転シャフト2が貫通する上側の隔離壁25によって画定される。
特に、図示例では、部分22.1及び22.2の各々は、大径部と小径部との間に画定された肩部23.1、23.2を備え、磁石18は、小径部の遊端間に配置され、コイル20は、2つの軸端を経て、肩部23.1、23.2にもたれて小径部の周りに取り付けられる。
磁気回路は、密封チャンバ10の外壁を形成する、ハウジング8の外壁8.1も備える。
外壁8.1の全体ではなく、外壁8.1の内側部分のみを磁性材料製とし、磁界をさらに閉じ込めるようにすることもできる。
磁気回路は、触覚デバイスの外側の囲いを成す包囲体9内に収まる。
側壁12.1が磁性材料でつくられる場合には、磁気回路は、ベル12の側壁12.1によっても形成される。
磁石の磁力線LCAは、コアの上側部分22.2、次いで、ベル12の側壁12.1を経てチャンバ10、ハウジング8の外側側壁8.1、コア22の下側部分22.1を通過して、磁石18にて閉成する。
コイル20の磁力線LCBは、永久磁石18の磁力線LCAと同じ磁気回路を辿る。
本発明によるこの構造は、磁石18及びコイル20によって生成される磁界を極めて良好に案内する。
従って、コイル20を流れる電流の方向及び強度を制御して、磁石18によって発生される磁界を増幅させるか、又は低減させるか、又はなくすことさえもできる。
中央のコア22及び側壁8.1は固定子を形成し、X軸の周りを回転するベル12は、回転子を形成する。
軸受部14.1、14.2、シャフト2及び、ベルのヘッド部12.2があるハウジングの上部を非磁性材料でつくり、ハウジングの底部ヘッド8.2も非磁性材料でつくり、磁力線が分散しないようにすることができる。
ベル12、従って、ノブ1の角度位置及び/又は角速度/及び/又は角加速度を測定するための手段28も設けられている。例えば、これらの手段は、2つの軸受部14.1と14.2との間に配置され、シャフト2と一緒に回転するように固定するエンコーダホイール28.1によって形成される光学エンコーダタイプの回転センサと、ハウジングに固定する光学フォーク28.2とによって形成される。
ベル12の位置、速度、及び/又は、加速度のロジック又はアナログ画像を提供することができる任意のセンサが本発明の範囲内である。
センサ28は、その測定値を送信する制御ユニット(図示せず)に接続される。
コイル20は、制御ユニットによって制御される電流源(図示せず)に接続され、センサ28によって測定される、ベル12、従ってノブ1の位置の関数として、コイル内の電流の強度及び方向を変える。
本発明、特に図1A及び図1Bに例示的に示した触覚インタフェースの動作について説明する。
ユーザがノブ1を操作すると、特に彼がノブ1を、X軸を中心に一方向又は他方向へ回転させると、回転センサ28がシャフト2の回転を検出し、この情報並びに、シャフト2、従ってベル12の角変位、角速度、及び/又は、角加速度の測定値を制御ユニットに送信する。
受け取った情報の関数として、制御ユニットは、電源に命令を生成し、予め記録したモデルの関数として、又は、例えば、自動車のGPSシステムのような外部システムとの通信の関数として、所定の強度を有する、所定の方向への電流をコイル20に送る。
制御ユニットが、永久磁石18によって発生される磁界が、流体5の見掛けの粘度を変えて、ベル12に十分な抵抗力を生成するのに十分であると決定する場合には、この電流を零とすることができる。
この電流は、磁界を、従って、流体の見掛けの粘度を、結果として、ベル12への抵抗力を増大させる。
この電流により、コイル20が永久磁石18によって発生される磁界の方向とは反対方向の磁界を生成し、2つの磁界が一緒になって、永久磁石18のみによって発生される磁界の強度より低い強度、又は零強度の合成磁界が得られるようにすることもできる。
コイルに送られる電流の特性は、ノブ1を回す速度に依存してもよい。センサは、角度変位、角速度、又は角加速度センサとすることができる。動きに関する情報は、制御ユニットによって処理され、電源デバイスに送信する設定値を規定する。
この電流により、永久磁石の磁界に重ね合わされる磁界が現れ、この磁界が磁気粘性流体に印加され、流体に含まれる磁気粒子鎖は、鎖を形成する磁界の力線に沿って整列する。これらの鎖は、磁界が強い場合に、より強い。これらの磁気粒子鎖はベルの開口部を通過して、ベルの回転に対抗し、従って、流体内のベルを変位させる、すなわち、ノブを変位させるのに必要なせん断力を増大させる。磁力線は、この磁力線が流体で満ちたチャンバを通過する場合に半径方向であるのが有利であり、従って、形成される鎖はベルの側壁の表面にほぼ直交し、従って、ベルの変位に対する制動としてより効果的である。
パターンがレリーフで形成される場合は、このパターンはベルの回転に対する障害物を形成して、ベルの変位に必要な力を増大させる。
磁界生成システムが永久磁石と少なくとも1つのコイルとを備える、有利な例示的実施形態では、電流がない場合でも、抵抗力を発生させることができる。従って、永久磁石の磁界が流体の見掛けの粘度を変えて、ベルにかかる抵抗力がノブを固定させるように、永久磁石(特にそれが発生する磁界)を選定することにより、何ら電気を消費することなくインタフェースをロックさせることができる。
さらに、永久磁石とコイルとを対にすることによって、高い磁界の値を達成することができ、従って、インタフェースのサイズ及び必要電力を制限すると共に、高い抵抗トルクをベルに加えることができる。
図2は、ベルを二重にして、流体との相互作用表面積を増大させる、本発明によるインタフェースの他の変形例を示す。
図示例では、ベル12は、ヘッド部12.2に互いに離間して固定される、同心の円筒状の外側及び内側の側壁12.1’及び12.1’’を備え、これらを2つの壁の間に流体が入ることができる。
本発明によれば、壁12.1’及び12.1’’は、図1C及び図1Dに示したのと同様の開口部及び/又はレリーフのパターンを有する。
流体は、2つの同心の側壁の各側部に位置し、これらの側壁を通過し、流体の共有面は、図1A及び図1Bに示すインタフェースの約2倍となる。2つ以上の同心側壁を設けることが可能であり、特に、その数が最大必要サイズに依存することは明らかである。
図示例では、永久磁石18’’は、2つの側壁12.1’と12.1’’との間に配置され、ハウジング8の底部ヘッド8.2に固定され、ベルの2つの側壁12.1’と12.1’’との間に挿設されるスリーブを形成するため、ベルに対して不動である。
数個の同心側壁で形成されるスカート部を有するベルを、図1A及び図1Bにおけるものと同一の構造で用いることもできる。
図3は、本発明によるインタフェースの他の例示的な実施形態を示す図であり、このインタフェースは、回転シャフトが固定子、特に磁界生成システムを貫通している点において、上述のものと異なる。
この例示的な実施形態を説明するために、図1A及び図1Bの説明に用いたものに100を加えたのと同じ参照符号を用いる。
このインタフェースは、ユーザによって操作されるノブが第1の端部102.1に固定される、縦軸Xを有するシャフト102を備えている。
シャフト102は、軸受部114.1及び114.2を用いて、ハウジング108内で自由に回転するように固定される。
ハウジング108は、固定子を形成し、シャフト102は、ベル112が固定され、磁界で変化し得る粘性特性を有する流体中に浸漬される、回転子を形成する。
図1A及び図1Bに示す実施例とは異なり、シャフトは、中央のコアを一方の側から他方の側へと貫通する。
ここに示す、位置、速度、又は加速度センサ128は、ノブ(図示せず)が固定される端部とは反対側のシャフト102.2の下端に位置する。センサ128は、上述のものと同一のタイプであり、例えば、エンコーダホイール128.1及び光学フォーク128.2を備える。センサは、軸受部114.2で流体から隔離される。
図示の磁気回路は、図1A及び図1Bに示す例と同様のものであり、コアの中央におけるリング状の永久磁石118と、コイル120とを備える。
ハウジングの側壁108.1及びコア122は、磁性材料でつくられる。
このインタフェースは、図1A及び図1Bに示すのと全く同じように作動するため、再度説明はしない。
図4は、永久磁石118がベル112の内側のコア内に位置せず、代わりに、ハウジングの側壁108.1内に位置する、インタフェースの第2の例示的な実施形態の変形例を示す。この構成において、磁石は、コイル120と半径方向に整列するリングの形状をなしている。側壁108.1は、磁界を伝導可能な材料でつくられる。
図3のインタフェースの他の変形例を図5に示し、この場合には、永久磁石118を、中央のコア122内と、ハウジング108の側壁108.1内との双方に位置させる。
図6は、永久磁石118を、コア122内に位置させるのではなく、コアの外層を成すコアの外側に位置させる、第2の例示的な実施形態の他の変形例を示している。
図示例では、中央コア122は、一体成形の磁性材料でできており、この中央コアは、コイル120が取り付けられる環状の溝を備えている。コイル120は、コアの半径方向の外周から半径方向に突出している。
磁石118は、2つの円筒状スリーブ118.1、118.2で形成され、その一方がコイルの上方に配置され、他方がコイルの下方に配置される。
ハウジングの側壁108.1内に永久磁石118を配置することもできる。
さらに、図7は、永久磁石118が中央コア122の外周上及び、ハウジングの側壁108.1内に配置されるインタフェースを示す。
側壁108.1は、磁界を伝導可能な材料でつくられる。
図2と同様の数個の同心のスカート部を有するベルを備える、第2の例示的な実施形態によるインタフェースも本発明の範囲内に含まれる。
図8は、自由度がノブに追加された、図3のインタフェースを示す。シャフト102は空洞であり、ロッド103は、シャフト102に軸方向に自由に動くように嵌合され、ロッド103は、第1の縦方向端部103.1にて制御ノブに対して並進するように固定され、シャフト102を一方の側から他方の側へと貫通する。ロッド103及びシャフト102は、回転するように互いに固定され、従って、ノブの回転は、ロッド103を介してシャフトに伝えられる。
軸変位センサ134は、ロッド103の軸方向変位量を検出するために設けられる。例えば、このセンサは、ロッド103の第2の縦方向端部103.2に対向している、ハウジングの下端108.2に配置する電気的接触器134とすることができる。ロッド103が、矢印135の方向に沿って軸方向に下方に動くと、このロッドは、接触器134を作動させる。この電気接触器を制御ユニットに接続して、例えば、確認システムとして用いることができる。
次いで、ユーザは、X軸の周りにノブを回転させてスライドを動かし、且つノブを押して、ロッド103を軸方向に変位させて、接触器134を切り替え、この選択を確認することによって、片手でメニューのタブを選ぶことができる。
軸変位センサ134は、例えば、光学的又は磁気的な、他の任意タイプのものとすることができる。
図示例では、ロッド103のみが、X軸に沿って変位する。しかしながら、ハウジング及びノブによって形成されるインタフェース全体が、X軸に沿って変位するようにすることもできる。この線形的な変位は、システムの残部の動作を乱すことなくノブ1に含めることができる。
この追加の自由度を、全ての例示的な実施形態に適用することができることは明らかである。
第2の例示的な実施形態は、使用されていないインタフェースの底部ヘッドを用いることにより、ノブの変位を容易に捕えることができるため、特に、ノブの縦変位の検出に適している。
上述のコイル及び/又は磁石の数は、決して制限されず、それらは構成に応じて変えることができることは明らかである。これらの形状、特に磁石の形状についても、決して制限されない。
図9は、磁界生成システムが、例えばコイルからなる、可変磁界を生成する手段を1つのみ備える、本発明による他の例示的な実施形態のインタフェースを示す。従って、電力の供給がなく、磁界が発生していない場合に、負荷なしでの力が小さいことを確実にする点で有利である。このことは、前述の全ての例示的な実施形態に適用できる。
図10は、シャーシ42に取り付けたデバイス40に統合させる、本発明によるインタフェースを示し、デバイス40は、シャーシ上をY及びZ軸に沿って並進可能に、従って、「ジョイスティック」タイプの制御器を形成するように取り付けられる。このデバイスは、これらY及びZ方向にフォースフィードバックシステムを備えることができる。
図11において、インタフェースは、Y及びZ軸の周りをそれぞれ矢印44、46の方向に沿って自由に回転するように取り付けられる。
例えば、こうした統合は、ノブが既に結合されている機能部を追加するのに用いることができる。
例えば、ペルチェ・セルを用いて、温度変化をシミュレーションするのに、熱デバイスをノブに組み込むことができる。従って、暖房調節システムの制御のために、温度降下を命じているユーザは、ノブを操作している彼の指で寒さの印象を感じ、温度上昇を命じる場合に、彼は、ノブを操作している彼の指で、熱さの印象を感じることになる。従って、ユーザに伝えられる情報は、より直観的となり、ユーザは、彼が感じるもののみに応じてノブを作動させることができる。ドライバは、もはやスクリーンに注目する必要はなく、従って、運転の安全性及び快適性が向上する。
ノブに振動を発生させるデバイスを設けて、ユーザに追加の情報を与えることもできる。例えば、ユーザがメニュー操縦している間に電話を受信する場合に、彼は振動により知らされる。
力又はトルクのセンサを用いて、ノブに加わる力又はトルクを測定し、抵抗をこの力又はこのトルクの設定値に適合させることもできる。例えば、トルクがノブに加わる場合には、流体によって発生する回転に抗する抵抗を、磁界の値を変えることによって変えることができる。
制御ユニットが、回転シャフトの角度位置、ノブの角加速度又は角速度以外の情報、例えば、制御ユニットに加わる圧力の情報、車両状態(例えば、速度、GPS位置、内部及び外部の温度など)に関する情報を受信して、流体に印加する磁界を制御することができることは明らかである。
適用するフィードバックは、例えば、タイムベースを用いて、外部情報に無関係とすることもできる。この場合、触覚フィードバックは、実際に成される動きでなく、時間に依存する。例えば、突然の触覚の変化は、回転速度に関係なく、一定の頻度で加えることができる。
外部情報とタイムベースとを結合して、磁界生成システムを制御することもできる。

Claims (25)

  1. ユーザと相互作用する要素(1)と、
    該ユーザ相互作用要素が回転するように固定される、縦軸(X)を有する回転シャフト(2、102)と、
    流体と相互作用し、前記シャフト(2、102)に回転するように固定される要素(12、112)と、
    磁気粘性タイプである前記流体と、
    前記流体と相互作用する要素(12,112)の位置及び／又は動きに関する情報を得るためのセンサと、
    前記流体中に磁界を生成するシステム(6)と、
    前記磁界を変えるために前記磁界生成システム(6)に命令を生成することができる制御ユニットと、を備える触覚インタフェースであって、
    前記流体と相互作用する要素(12,112)は、開口部(12.3、112.3)が形成され、及び／又は、レリーフの及び／又は凹型のパターンが形成され、縦軸(X)を有する、少なくとも1つの円筒状の壁を有し、
    前記制御ユニットは、電力の供給を制御して、前記磁界を生成するシステム(6)に電流を提供し、前記流体と相互作用する要素(12,112)の位置及び／又は動きの関数として、前記電流の強度及び方向を変えることを特徴とする、触覚インタフェース。
  2. 前記開口部及び／又はレリーフパターン及び／又は凹型パターンは、前記縦軸(X)に沿って延びる、請求項1に記載の触覚インタフェース。
  3. 前記流体相互作用要素(12)は、互いに間隔をあけて、ヘッド部(12.2)に固定される、数個の同心状の側壁(12.1’、12.1’’)を備える、請求項1又は2に記載の触覚インタフェース。
  4. 前記相互作用要素(12)の円筒状の壁は、非磁性材料でつくられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  5. 前記磁界生成システム(6)は、放射状の磁界を生成可能である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  6. 前記シャフト(2、102)に対する、少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は、角加速度センサ(28、128)を備え、
    前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの角度位置、角速度、及び/又は、角加速度センサ(28、128)によって提供される情報の関数として命令を生成する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  7. 前記制御ユニットが、一定の又は可変の所定時間間隔にて、前記磁界生成システムへの命令を生成する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  8. 前記磁界生成システムは、可変磁界を生成する手段(20、120)と、永久磁界を生成する手段(18、18’’、118)とを備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  9. 前記永久磁界を生成する手段(18、18’、118)は、少なくとも1つの永久磁石を備える、請求項8に記載の触覚インタフェース。
  10. 前記可変磁界を生成する手段(20、120)は、少なくとも1つの電磁コイルを備える、請求項8又は9に記載の触覚インタフェース。
  11. 前記永久磁界を生成する手段は、前記流体相互作用要素(12)の内部に配置され、該要素(12)に対して不動であり、且つ前記可変な磁界を生成する手段(20)は、前記流体相互作用要素(12)の内部に配置され、該要素(12)に対して不動である、請求項8〜10のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  12. 前記コイル(20)は、前記永久磁石(18)を包囲する、請求項9に従属する請求項10に従属する請求項11に記載の触覚インタフェース。
  13. 前記永久磁石(18)は、前記コイル(20)を包囲する少なくとも1つのスリーブから形成される、請求項9に従属する請求項10に従属する請求項11に記載の触覚インタフェース。
  14. 前記永久磁界を生成する手段(18’’)は、ベル状の前記流体相互作用要素(12)の2つの同心状の側壁(12.1’、12.1’’)の間に配置され、これらの側壁に対して不動である、請求項8を組み合わせた請求項3に記載の触覚インタフェース。
  15. 前記シャフトは、前記磁界生成システムを貫通する、請求項1〜14のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  16. 前記角度位置、角速度、及び/又は角加速度センサ(28、128)は、前記シャフトの縦方向一端に設けられ、前記シャフトに回転するように固定される部分と、前記シャフトに対して不動である部分とを備える、請求項1〜15のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  17. 前記シャフト(2、102、202)に固定される部分は、光学ホイールであり、且つ前記不動部分は、光学フォークである、請求項16に記載の触覚インタフェース。
  18. 前記シャフト(102)を片側から反対側へと貫通し、縦方向に動くことができるロッド(103)と、該ロッド(103)の変位を検出するデバイス(134)とを備える、請求項1〜17のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  19. 前記ユーザ相互作用要素の温度を変えることができる熱デバイスを備える、請求項1〜18のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  20. 前記熱デバイスは、少なくとも1つのペルチェ・セルを備える、請求項19に記載の触覚インタフェース。
  21. 前記ユーザ相互作用要素を振動させることが可能なデバイスを備えた、請求項1〜20のいずれか一項に記載の触覚インタフェース。
  22. フレーム(42)と、該フレームに取り付けた、請求項1〜21のいずれか一項に記載のインタフェースとを備え、
    前記インタフェースは、前記シャフトの軸(X)に沿って自由に動く、触覚アセンブリ。
  23. 前記インタフェースは、前記縦軸(X)に対して直角の、少なくとも1つの方向(Y、Z)に沿って自由に並進する、請求項22に記載の触覚アセンブリ。
  24. 前記インタフェースは、前記縦軸(X)に対して直角の、少なくとも1つの方向(Y、Z)を中心に自由に回転する、請求項22又は23に記載の触覚アセンブリ。
  25. 前記縦軸に対して直角の、少なくとも1つの軸に沿って動くか、あるいは、前記縦軸を中心に回転する間に、抵抗に抗する、フォースフィードバック・デバイスを備えた、請求項23又は24に記載の触覚アセンブリ。
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