使用力觉传感器的操作系统、操作方法以及程序与流程

1.本发明涉及一种使用力觉传感器的操作系统、操作方法以及程序。


背景技术：

2.例如，对于乘用车等，随着车载装备的电动化的发展，在车内配置了很多的操作开关。但是，若操作开关多则需要的配置位置也多。但是，如果在车内存在大量的操作开关，则给予驾驶员操作复杂的印象，还存在难以知晓哪个操作开关在哪里的问题。因此，优选的是操作开关的数量尽可能地少。
3.另外，在操作开关多的情况下，存在操作开关被配置在离方向盘远的位置的情况。在离方向盘远的位置的操作开关可能会需要驾驶员确认该操作开关的位置。但是，在车辆行驶的过程中确认操作开关的位置意味着将视线从前方移开，还存在危险。
4.例如，在专利文献1中，公开了一种代替多轴计算机输入装置的低成本且结实的代替物、例如六轴计算机输入装置和高分辨率的转换器元件(transducer element)。由此，认为能够提供例如由尽可能少的组件构成的简单且易于制造的六轴计算机输入装置。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2011-090707号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.然而，专利文献1所公开的现有技术具体是使用例如由一个以上的发光体及一个以上的光检测器构成的光转换器阵列、或者一个以上的离子传导性元件等。但是，期望一种结构比这样的现有技术的结构更简单且能够减少操作开关的数量的操作系统。
10.本发明的一个方式的目的在于实现一种结构比现有技术的结构简单且减少操作开关的数量的操作系统、操作方法以及程序。
11.用于解决问题的方案
12.本发明的一个方式所涉及的操作系统具备：力觉传感器；棒状体，其将所受到的力或力矩传递到所述力觉传感器的应变发生体；以及控制部，其基于所述力觉传感器的输出，检测所述棒状体所受到的力或力矩的方向，并生成与检测到的所述方向相应的针对操作对象物的操作信号。
13.本发明的一个方式所涉及的操作方法包括以下工序：根据力觉传感器的输出，来检测施加于所述力觉传感器的力或力矩的方向；以及生成与检测到的所述方向相应的针对操作对象物的操作信号。
14.本发明的一个方式所涉及的操作装置具备：力觉传感器；以及棒状体，其将所受到的力或力矩传递到所述力觉传感器的应变发生体。
15.本发明的各方式所涉及的控制部也可以通过计算机来实现，在该情况下，通过使
计算机作为控制部所具备的各部(软件要素)进行动作来通过计算机实现所述控制部的操作系统的操作程序、以及记录有该操作程序的计算机可读记录介质也归入本发明的范畴。
16.发明的效果
17.根据本发明的一个方式，能够实现结构比现有技术的结构简单且减少操作开关的数量的操作系统、操作方法以及程序。
附图说明
18.图1是本发明的实施方式1所涉及的操作系统的整体结构图。
19.图2是示出实施方式1所涉及的操作部的结构、以及六轴力觉传感器检测到的力的方向的图。
20.图3是示出实施方式1所涉及的操作部的配置的图。
21.图4是示出实施方式1所涉及的操作显示部的配置的图。
22.图5是使用计算机来构成控制部的情况下的一个结构例。
具体实施方式
23.[实施方式1]
[0024]
下面，使用附图来详细地说明本发明的一个实施方式。图1是本发明的实施方式1所涉及的操作系统1的整体结构图。操作系统1被用于控制移动体(例如车辆等)的车载装备的状态。如图1所示，操作系统1具备六轴力觉传感器10(权利要求书中的“力觉传感器”的一例)、棒状体15以及控制部30。此外，将包括六轴力觉传感器10和棒状体15的构件也称为操作部(或操作装置)20。六轴力觉传感器10包括应变发生体11和基部12。棒状体15借助支承部16而被固定于应变发生体11。控制部30与六轴力觉传感器10连接以能够接收六轴力觉传感器10的输出。此外，本实施方式的“棒状体”是指操作者能够用手指推倒或按压的大致棒状的操作件，但不对该操作件的形状进行限定。如下述那样，棒状体只要能够构成为将所受到的力或力矩传递到六轴力觉传感器10的应变发生体11即可。
[0025]
棒状体15以相对于应变发生体11而言直立的状态配置。在图1中，作为棒状体15，例示了上端部被扩径的圆筒形状的钢体。棒状体15被构成为将所受到的力或力矩传递到六轴力觉传感器10的应变发生体11。
[0026]
具体地说，在俯视观察六轴力觉传感器10的情况下，棒状体15被支承部16支承为能够如操纵杆那样由操作者(例如驾驶员)向上、下、左、右的方向推(推倒)、或者绕圆筒的轴转动。操作者也能够向下推棒状体15以对应变发生体11进行按压。当操作者松开手时，棒状体15即返回到原来的直立的状态。在本实施方式中，力是指施加于棒状体15的向上、下、左、右的方向以及下方向的力。另外，力矩是指施加于棒状体15的使该棒状体15沿绕轴的方向旋转的力。在下面的说明中，有时会将力和力矩合起来仅称为“力”。
[0027]
支承部16例如利用螺钉被安装于应变发生体11，将棒状体15所受到的力或力矩传递到应变发生体11。六轴力觉传感器10将与给予应变发生体11的力或力矩的方向及其大小相应的输出信号输出到控制部30。例如在应变发生体11是十字梁型的情况下，棒状体15被固定于十字梁的中央部。
[0028]
(控制部)
[0029]
控制部30基于六轴力觉传感器10的输出，检测棒状体15所受到的力或力矩的方向，并生成与检测到的方向相应的针对操作对象物的操作信号。另外，控制部30基于六轴力觉传感器10的输出，检测棒状体15所受到的力或力矩的大小，并生成与检测到的力或力矩的方向及大小相应的操作信号。通过这样的结构，控制部30能够除了棒状体15所受到的力或力矩的方向以外，还根据力或力矩的大小来变更操作内容以及该操作的速度或操作量等。关于操作对象物的详细内容在后面记述。
[0030]
控制部30具备方向检测部31、力量检测部32、操作信号生成部33、显示信号生成部34以及输入输出部35。方向检测部31基于六轴力觉传感器10的输出，检测棒状体15所受到的力的方向，并将该力的方向输出到操作信号生成部33。力量检测部32基于六轴力觉传感器10的输出，检测棒状体15所受到的力的大小，并将该力的大小输出到操作信号生成部33。
[0031]
操作信号生成部33根据从方向检测部31获取到的力的方向和从力量检测部32获取到的力的大小，来生成针对操作对象物的操作信号。操作信号是用于控制移动体的车载装备的状态的信号。根据该结构，能够通过少的操作部来控制例如乘用车等的大量的车载装备的状态。操作信号生成部33将所生成的操作信号经由输入输出部35向外部输出。另外，操作信号生成部33也向显示信号生成部34输出操作信号。显示信号生成部34根据从操作信号生成部33获取到的力的方向来生成显示信号。
[0032]
输入输出部35接收六轴力觉传感器10的输出并将该输出发送到方向检测部31和力量检测部32。另外，输入输出部35输出操作信号生成部33所生成的操作信号以及显示信号生成部34所生成的显示信号。
[0033]
接着，对方向检测部31检测的力的方向进行说明。图2是示出操作部20的结构和六轴力觉传感器10检测的力的方向的图。六轴力觉传感器10检测的力的方向根据应变发生体11的结构来决定，在本实施方式1中，设为2001中所示那样的方向。具体地说，正交的三个轴的x方向(+方向和-方向，下同)、y方向、z方向、以及绕x轴的力矩即mx方向、绕y轴的力矩即my方向、绕z轴的力矩即mz方向。通过六轴力觉传感器10来在这些方向上检测操作者对棒状体15施加的力的大小。
[0034]
另一方面，方向检测部31检测的力(力矩除外)的方向如下面那样。在以xy平面观察的情况下，如2002所示的那样，在六轴力觉传感器10检测到的力(力矩除外)的x方向与y方向的合力矢量处于区域a的情况下，方向检测部31检测为力的方向为-y方向。如以上那样，由于方向检测部31将规定的范围内的方向全部检测为规定的一个方向，因此也称为方向检测部31“确定”方向。在x方向与y方向的合力矢量处于区域b的情况下，方向检测部31确定力的方向为-x方向。另外，在x方向与y方向的合力矢量处于区域c的情况下，方向检测部31确定力的方向为+y方向。另外，在x方向与y方向的合力矢量处于区域d的情况下，方向检测部31确定力的方向为+x方向。此外，区域a至区域d的各边界均相对于x轴以及y轴处于45度的角度，下面同样地设定边界。
[0035]
另外，在以xz平面观察的情况下，如2003所示的那样，在六轴力觉传感器10检测到的力的x方向与z方向的合力矢量处于区域e的情况下，方向检测部31确定力的方向为-z方向。另外，在x方向与z方向的合力矢量处于区域b的情况下，方向检测部31确定力的方向为-x方向。另外，在x方向与z方向的合力矢量处于区域f的情况下，方向检测部31确定力的方向为+z方向。另外，在x方向与z方向的合力矢量处于区域d的情况下，方向检测部31确定力的
方向为+x方向。
[0036]
另外，在以yz平面观察的情况下，如2004所示的那样，在六轴力觉传感器10检测到的力的y方向与z方向的合力矢量处于区域e的情况下，方向检测部31确定力的方向为-z方向。另外，在y方向与z方向的合力矢量处于区域a的情况下，方向检测部31确定力的方向为-y方向。另外，在y方向与z方向的合力矢量处于区域f的情况下，方向检测部31确定力的方向为+z方向。另外，在y方向与z方向的合力矢量处于区域c的情况下，方向检测部31确定力的方向为+y方向。
[0037]
以上在以三个平面观察的情况下对合力矢量的方向进行了说明，但实际上是三维地规定区域a至区域f的6个区域。因而，方向检测部31能够根据三维的合力矢量属于三维的区域a至区域f中的哪一个区域来确定力的方向。
[0038]
此外，在本实施方式中，方向检测部31只检测区域a、区域b、区域c、区域d以及区域f的方向的力并进行输出。另外，关于力矩，方向检测部31只检测绕z轴的力矩(
±
mz)并进行输出。
[0039]
力量检测部32检测在方向检测部31检测的力的方向上的力的大小。也就是说，力量检测部32检测操作者施加于棒状体15的三维的合力矢量的大小(标量)。
[0040]
此外，在上述的检测方法中，合力矢量大幅地远离x轴方向以及y轴方向双方的情况被认为是误操作，因此方向检测部31也可以确定为不能检测方向。另外，代替上述的检测方法，方向检测部31也可以简单地检测x轴、y轴或z轴方向中的分力矢量最大的方向。另外，力量检测部32也可以检测x轴、y轴或z轴方向的分力矢量的标量来代替合力矢量的标量。这是因为操作者通常是有意地向所决定的轴方向施加力，因此在该轴方向上施加大的力、该轴方向以外的方向的分力很小。
[0041]
另外，力量检测部32也可以代替上述的三维的合力矢量的大小而将各轴方向的最大的分力确定为操作者施加于棒状体15的力的大小。
[0042]
通过本实施方式1的操作部20能够检测的力矩只有绕z轴的力矩
±
mz。该力矩是通过向右旋转或向左旋转地扭转棒状体15的操作而产生的。但是，也可以是还能够检测绕x轴或绕y轴的力矩并利用的操作部。例如，也可以设为如下的结构(未图示)：能够在六轴力觉传感器10的应变发生体11的侧面安装把手，通过扭转把手来施加绕x轴或绕y轴的力矩。
[0043]
(操作部的配置)
[0044]
接着，参照附图来说明操作部20的配置和操作对象物。图3是示出操作部20的配置的图。在本实施方式中，如图3的3001所示，两个操作部20a、20b配置在车辆的方向盘40(steering wheel)上。通过这样的结构，乘用车等的驾驶员能够不从前方移开视线地操作车载装备。具体地说，两个操作部20a、20b设置于方向盘40的左右的辐条部42的正面侧。通过设置于方向盘40的辐条部42，具有驾驶员在对操作部20a、20b进行操作时无需将视线从前方移开的优点。操作部20a、20b均是，将面向图时的左右方向设为
±
x方向、将上下方向设为
±
y方向。此外，在图3中，仅图示了方向盘40的正面侧，但在左右的辐条部42的背面侧也配置有两个操作部20c、20d(未图示)。下面，在是指每个操作部20的情况下，如“操作部20a”那样标注具体的标记来记载，在概括地指多个操作部20a、20b
···
的情况下记载为“操作部20”。
[0045]
另外，如图3的3002所示，操作部20e被配置于驾驶席的左侧的中控台50。中控台50
处于驾驶员垂下左手就能够触摸到的位置，因此具有驾驶员在对操作部20e进行操作时无需将视线从前方移开的优点。另外，还具有坐在副驾驶席的人能够对操作部20e进行操作的优点。但是，优选的是，不对操作部20e设定驾驶员应进行的操作。此外，操作部20的配置不限于上述的例子。例如，操作部20也可以安装于驾驶席侧的车门的内侧。
[0046]
(操作部的操作对象物)
[0047]
操作部20a至20d的操作对象物和针对该操作对象物的操作内容例如下面那样那样进行设定。
[0048]
[表1]
[0049][0050]
另外，操作部20e的操作对象物和针对该操作对象物的操作内容例如下面那样进行设定。
[0051]
[表2]
[0052][0053]
表1以及表2所示的操作对象物和操作内容只是一例，针对各操作部20的各方向分配何种操作是任意的。另外，在例如是电动车窗的开闭、空调的风量等能够调节操作速度或操作量的操作的情况下，能够根据推棒状体15的力的大小来变更该操作的速度或量。也就
是说，推棒状体15的力越大，则能够使电动车窗的开闭速度或空调的风量的变更量越大。但是，对于发动机的开启关闭、汽油注油口的打开、雨刷的操作等，推棒状体15的力的大小与操作内容无关。
[0054]
(防止误操作)
[0055]
优选的是在使用操作部20进行操作时能够防止误操作。在本实施方式1中，通过对操作部20进行多个阶段的操作来防止误操作。具体地说，操作信号生成部33在方向检测部31多次检测到力或力矩的方向之后生成操作信号。通过这样的结构，能够防止误操作。
[0056]
例如，操作者在向被分配了要执行的操作的方向推棒状体15之后松开手。棒状体15一次返回到原来的位置。在该时间点，方向检测部31检测施加于该方向的力。该阶段为操作的选择阶段。然后，接下来沿z轴方向推棒状体15。也就是说向下推棒状体15。在该时间点，方向检测部31检测向下方施加的力。该阶段为操作内容的确定阶段。然后，接下来，驾驶员再次向被分配了要执行的操作的方向推棒状体15。在该时间点，方向检测部31检测向该方向施加的力。在该阶段，操作信号生成部33生成操作信号。也就是说，在该阶段执行操作。通过设为像这样多次对棒状体15施加力来执行操作的结构，从而即使仅误推一次棒状体15也不会执行操作。
[0057]
另外，也可以有取消操作的方法。例如，也可以构成为：在向某个方向推棒状体15之后，通过向下方以外的不同的方向推棒状体15来取消前一操作。另外，也可以构成为：在最初的操作之后不进行任何操作地经过了一定的时间后，该操作被取消。此外，多个阶段操作不限于上述的方法。另外，优选的是驾驶员能够确认自己所进行的操作的种类。并且，如下面说明的那样，优选的是驾驶员能够确认操作的选择阶段、操作的确定阶段以及执行阶段。
[0058]
(显示信号)
[0059]
接着，对显示信号生成部34的功能进行说明。显示信号生成部34生成显示信号，该显示信号用于显示操作信号生成部33所生成的操作信号的种类。根据这样的结构，操作者能够确认自己所操作的内容。例如，显示信号生成部34在操作者最初向某个方向推了棒状体15的情况下，生成用于将与该方向对应的操作内容(例如“右车窗打开”的字符)显示于操作显示部62的信号。这是选择操作内容的阶段。接着，显示信号生成部34在操作者按压了棒状体15的情况下，生成例如改变显示颜色的信号。这是确定操作内容的阶段。接着，显示信号生成部34在操作者向最初的方向再次推了棒状体15的情况下，生成例如使显示闪烁的信号。这是执行操作的阶段。如以上那样，操作者能够目视确认自己所操作的内容处于哪个阶段。
[0060]
图4是示出实施方式1所涉及的操作显示部62的配置的图。如图4所示，操作显示部62配置在例如位于驾驶席的前面的仪表板60上。图4示出了在操作显示部62上作为操作内容的“右车窗打开”的字符被白色显示的状态。这意味着是操作信号生成部33选择了打开右车窗(驾驶席侧车窗)的操作的阶段。也就是说，在最初向+x方向推了操作部20a的棒状体15的情况下，该字符被白色显示(选择阶段)。接着，在向下方按压了棒状体15的情况下，该字符被红色显示(确定阶段)。接着，在向与最初相同的+x方向推了棒状体15的情况下，使该字符闪烁(执行阶段)。通过这样的结构，操作者能够目视确认操作处于哪个阶段。此外，显示信号生成部34也可以代替生成显示于操作显示部62的信号，而生成例如语音信号，来通过
声音或者语音向操作者提示操作阶段。
[0061]
根据以上的实施方式1所涉及的操作系统1，能够通过一个操作部20a例如针对三个操作对象物执行6个操作。因此，能够使结构比现有技术的结构简单且减少车内的操作开关的数量。另外，操作部20均位于如方向盘以及中控台那样的触手可及的位置，因此即使在驾驶中也不需要将视线从前方移开。
[0062]
(变型例1)
[0063]
在上述的实施方式1中，操作信号生成部33基于棒状体15所受到的力的方向和该力的大小来生成操作信号。但是，操作信号生成部33也可以只基于棒状体15所受到的力的方向来生成操作信号。在该情况下，操作信号生成部33只生成用于进行规定的操作的信号，而不包括操作速度的大小、操作量的大小等的信号。
[0064]
(变型例2)
[0065]
在上述的实施方式1中，棒状体15借助支承部16而被固定于应变发生体11，但棒状体15也可以通过焊接等被直接固定于应变发生体11。此外，由于应变发生体11的形变小，因此棒状体15也可以具有一定程度的弹性。通过像这样构成，棒状体15能够根据所受到的力而形变，并将与所受到的力相应的力传递到应变发生体11。操作者能够识别棒状体15形变的方向从而确认自己的操作。
[0066]
(变型例3)
[0067]
在上述的实施方式1中，例示了棒状体15呈上端部被扩径的圆筒形。但是，棒状体15的形状、特别是上端部的形状只要是易于操作者进行操作的形状即可，该形状不限。例如，棒状体15的上端部也可以呈圆角的矩形，以易于操作者传递四个方向以及绕轴的力。
[0068]
[利用软件实现的例子]
[0069]
控制部30的控制块(特别是方向检测部31、力量检测部32、操作信号生成部33以及显示信号生成部34)也可以通过形成于集成电路(ic芯片)等的逻辑电路(硬件)来实现，还可以通过软件来实现。在后者的情况下，控制部30的各功能例如通过执行作为软件的程序p的命令的计算机来实现。
[0070]
在图5中示出这样的计算机的一例(下面记载为计算机c)。计算机c具备至少一个处理器c1和至少一个存储器c2。在存储器c2中记录有用于使计算机c作为控制部30进行动作的程序p。在计算机c中，处理器c1通过从存储器c2读取该程序p并执行程序来实现控制部30的各功能。
[0071]
作为处理器c1，例如能够使用cpu(central processing unit：中央处理单元)、gpu(graphic processing unit：图形处理单元)、dsp(digital signal processor：数字信号处理器)、mpu(micro processing unit：微处理单元)、fpu(floating point number processing unit：浮点处理单元)、pu(physics processing unit：物理处理单元)、微控制器、或它们的组合等。作为存储器c2，例如能够使用快闪存储器、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)、ssd(solid state drive：固态驱动器)、或它们的组合等。
[0072]
此外，计算机c也可以还具备ram(random access memory：随机存取存储器)，该ram用于将程序p在执行时展开、暂时性地存储各种数据。另外，计算机c也可以还具备用于与其它装置之间发送和接收数据的通信接口。另外，计算机c也可以还具备用于连接键盘、鼠标等输入设备和/或显示器、打印机等输出设备的输入输出接口。
[0073]
另外，程序p能够记录在计算机c能够读取的非暂时性的有形的记录介质m中。作为这样的存储介质m，例如能够使用磁带、光盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。计算机c能够经由这样的记录介质m来获取程序p。另外，程序p能够经由传输介质进行传输。作为这样的传输介质，例如能够使用通信网络、或广播波等。计算机c能够经由这样的传输介质来获取程序p。
[0074]
[附记事项]
[0075]
本发明不限定于上述的各实施方式，能够在权利要求所示出的范围内进行各种变更，针对不同的实施方式分别适当地组合公开的技术方案所得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。例如，在上述的实施方式中，使用六轴力觉传感器作为力觉传感器进行了说明。但是，力觉传感器不限定于六轴力觉传感器。例如，也可以是三轴力觉传感器。另外，检测的力或力矩的组合也是任意的。例如，也可以是检测x轴方向的力、绕y轴的力矩以及绕z轴的力矩的三轴力觉传感器，还可以是检测绕x轴的力矩、y轴方向的力以及z轴方向的力的三轴力觉传感器。
[0076]
附图标记说明
[0077]
1：操作系统；10：六轴力觉传感器；11：应变发生体；12：基部；15：棒状体；16：支承部；20：操作部；30：控制部；31：方向检测部；32：力量检测部；33：操作信号生成部；34：显示信号生成部；35：输入输出部；50：中控台；60：仪表板；62：操作显示部。