JP2010003323A - Joystick - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グリップがケース内の2つの自由度を有する継手内に支承えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティック(操縦桿)に関する。 The present invention is such that the grip is supported in a joint with two degrees of freedom in the case and can be deflected in different directions from the starting position, in which case the grip is moved back to the starting position by a spring mechanism. And various positions of the grip are detected by a sensor device, which relates to a joystick that outputs signals that are used to control machine functions and / or vehicle functions.
継手としては玉継手またはカルダン継手が使用される。カルダン継手は回転ガイドによって連結された3つの継手部分からなっている。この回転カイドは多数の部品を必要とする。更に、組み立てコストが高くつく。玉継手は3つの自由度を有する。しかし、ジョイスティックの場合には、グリップ軸線回りの回転は所望されない。従って、このような回転は、ボールカップに固定されかつボールの垂直な溝に係合するピンによって阻止される。この解決策は勿論、摩耗しやすく、小さな負荷だけにしか耐えることができない。 A ball joint or a cardan joint is used as the joint. The cardan joint is composed of three joint parts connected by a rotating guide. This rotating guide requires a large number of parts. Furthermore, the assembly cost is high. The ball joint has three degrees of freedom. However, in the case of a joystick, rotation about the grip axis is not desired. Thus, such rotation is prevented by a pin that is fixed to the ball cup and engages the vertical groove of the ball. This solution is, of course, subject to wear and can only withstand small loads.
本発明の課題は、上述の欠点のないジョイスティックを提供することである。特に、ジョイスティックを低コストで製作可能にかつ簡単に組み立て可能にすべきである。 The object of the present invention is to provide a joystick which does not have the aforementioned drawbacks. In particular, the joystick should be manufacturable at low cost and easily assembled.
この課題は、グリップがケース内の2つの自由度を有する継手内に支承えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティックにおいて、カルダン継手中央部分がケース蓋の下面に回転可能に支えられ、このケース蓋の上面がグリップの方に向いており、カルダン継手中央部分の下面にカルダン継手内側部分が回転可能に支えられ、カルダン継手内側部分の下面が球面の形をし、この球面が収容台に形成された相補形の軸受部分に支えられていることによって解決される。本発明による継手は下側半分が切除されたカルダン継手である。それによって、差し込むことによって継手を簡単に組み立てることができる。収容台によって、自在継手はばらばらになることがない。 The challenge is that the grip is supported in a joint with two degrees of freedom in the case and can be displaced in different directions from the starting position, in which case the grip is moved back to the starting position by a spring mechanism. In the joystick, various positions of the grip are detected by a sensor device, which outputs signals used to control the machine function and / or the vehicle function. The upper surface of the case lid faces the grip, and the inner surface of the cardan joint is rotatably supported by the lower surface of the central part of the cardan joint. The lower surface of the inner part of the cardan joint is spherical. This spherical surface is supported by a complementary bearing portion formed on the receiving table. The joint according to the invention is a cardan joint with the lower half cut off. Thereby, the joint can be easily assembled by plugging. The universal joint does not fall apart due to the receiving table.
本発明の特別な実施形態は、グリップと反対のカルダン継手内側部分の側に、磁石が形成され、この磁石の動きがケースに取付けられた印刷回路基板上のセンサによって検出されることを特徴とする。それによって、グリップの偏位を簡単に検出することができる。更に、ジョイスティックの部品の数が少なくて済む。 A special embodiment of the invention is characterized in that a magnet is formed on the side of the cardan joint inner part opposite to the grip and the movement of this magnet is detected by a sensor on a printed circuit board attached to the case. To do. Thereby, the deviation of the grip can be easily detected. Furthermore, the number of joystick parts can be reduced.
本発明の他の特別な実施形態は、グリップがばねのためのストッパーを有するグリップ管備え、このばねがケース蓋に接触するばね受けに向けて付勢されていることを特徴とする。このばねにより、偏位した(振れた)グリップはその出発位置に戻される。ばねの力によって、継手部品は上方に引っ張られる。 Another special embodiment of the invention is characterized in that the grip comprises a grip tube with a stopper for the spring, which is biased towards a spring receiver that contacts the case lid. This spring returns the deflected (swung) grip to its starting position. The joint part is pulled upward by the force of the spring.
冒頭に述べたジョイスティックの場合には、グリップの位置がセンサによって電気信号として出力される。この信号は機械の機能と車両の機能を制御するために利用される。ジョイスティックのグリップ内には、たいていの場合複数のスイッチが設けられている。このスイッチのためのケーブルはなるべく継手の適当な凹部を通って案内される。ジョイスティックが農業機械や土木建設機械で使用されるときには、ジョイスティックは大きな負荷に耐えることができるようにしなければならない。従って、ジョイスティックの継手は頑丈に採寸しなければならない。継手を通って案内されるケーブルのための凹部によって、ジョイスティックの寸法はもう一度増大する。従来のジョイスティックの場合、センサは継手の外側に取付けられている。ホールセンサを使用する場合には、磁石がグリップ管に固定されている。この磁石はケースに固定されたセンサの近くにある。グリップの位置、ひいては磁石の位置に応じて、センサの電圧が変化する。磁石とセンサを継手の外側に取付けることによって、磁石とセンサの間に比較的に大きな間隔が生じる。その結果、ジョイスティックの申し分のない機能を保証するために、非常に大きな磁石を使用しなければならなくなる。 In the case of the joystick described at the beginning, the position of the grip is output as an electric signal by the sensor. This signal is used to control machine functions and vehicle functions. Within the joystick grip, there are usually a plurality of switches. The cable for this switch is guided as much as possible through a suitable recess in the joint. When a joystick is used in agricultural machinery or civil engineering machinery, the joystick must be able to withstand heavy loads. Therefore, joystick joints must be ruggedly measured. Due to the recess for the cable guided through the joint, the dimensions of the joystick increase once again. In the case of a conventional joystick, the sensor is attached to the outside of the joint. When using a Hall sensor, a magnet is fixed to the grip tube. This magnet is near the sensor fixed to the case. The voltage of the sensor changes according to the position of the grip and thus the position of the magnet. By attaching the magnet and sensor to the outside of the joint, a relatively large distance is created between the magnet and the sensor. As a result, very large magnets must be used to ensure the perfect functioning of the joystick.
そこで、本発明の他の課題は、ジョイスティックのケースの寸法を低減することである。特に、磁石とセンサの間の間隔を低減すべきである。 Then, the other subject of this invention is reducing the dimension of the case of a joystick. In particular, the spacing between the magnet and the sensor should be reduced.
この課題は、グリップがケース内の2つの自由度を有する継手内に支えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティックにおいて、センサ装置が継手内に配置されていることによって解決される。これは、ホールセンサを使用する場合に、磁石とセンサの間隔が小さくなるという利点がある。更に、ジョイスティックのケースの外側からの電磁的な影響によって故障しにくくなる。 The challenge is that the grip is supported in a joint with two degrees of freedom in the case and can be displaced in different directions from the starting position, in which case the grip is moved back to the starting position by a spring mechanism. In a joystick, various positions of the grip are detected by a sensor device and this sensor device outputs a signal that is used to control the function of the machine and / or the function of the vehicle. It is solved by being. This has the advantage that when the Hall sensor is used, the distance between the magnet and the sensor is reduced. Furthermore, it becomes difficult to break down due to electromagnetic influence from the outside of the joystick case.
本発明の特別な実施形態は、継手が、ケースに支えられたほぼリング状のカルダン継手中央部分と、回転ガイドによってカルダン継手中央部分に支えられかつ二叉状に形成されたカルダン継手内側部分とを備えたカルダン継手であることを特徴とする。カルダン継手内側部分の二叉状の形成により、センサ装置のためのスペースがカルダン継手内に形成されることになる。 In a special embodiment of the present invention, the joint comprises a substantially ring-shaped cardan joint central part supported by a case, and a cardan joint inner part formed in a bifurcated shape and supported by the rotation part of the cardan joint central part. It is a cardan joint provided with. Due to the bifurcated formation of the cardan joint inner part, a space for the sensor device is formed in the cardan joint.
本発明の他の特別な実施形態は、回転ガイドが軸受けピンを備え、この軸受けピンがカルダン継手内側部分に取付けられ、かつカルダン継手中央部分に固定されたスライドブッシュ内に案内されていることを特徴とする。スライドブッシュ内に軸受けピンを案内することによって、ジョイスティックの機能が容易となり、ほとんど摩耗しなくなる。 Another special embodiment of the invention is that the rotation guide comprises a bearing pin, which is mounted on the inner part of the cardan joint and guided in a slide bush fixed to the central part of the cardan joint. Features. By guiding the bearing pin in the slide bush, the function of the joystick is facilitated and hardly worn.
本発明の他の特別な実施形態は、カルダン継手内側部分に環状磁石が取付けられ、この環状磁石が印刷回路基板に取付けられたセンサと協働し、この印刷回路基板が環状磁石の下方でホルダーによってケースに固定されていることを特徴とする。グリップが偏位すると、カルダン継手内側部分に取付けられた環状磁石がグリップの偏位に対応する運動を行う。近くに配置されたセンサによって、環状磁石の動きが検出される。 Another special embodiment of the invention is that an annular magnet is attached to the inner part of the cardan joint, this annular magnet cooperating with a sensor attached to the printed circuit board, the printed circuit board being held under the annular magnet It is characterized by being fixed to the case. When the grip is displaced, the annular magnet attached to the inner part of the cardan joint performs a movement corresponding to the displacement of the grip. The movement of the annular magnet is detected by a nearby sensor.
本発明の他の特別な実施形態は、印刷回路基板がケース内に収納された電子評価装置と協働することを特徴とする。ジョイスティックのケース内にセンサ装置を配置することにより、不適切な操作または汚れの作用による、センサ装置の個々の部品の損傷が確実に防止される。 Another special embodiment of the invention is characterized in that the printed circuit board cooperates with an electronic evaluation device housed in a case. Placing the sensor device in the case of the joystick ensures that the individual parts of the sensor device are not damaged by improper operation or dirt action.
本発明の他の特別な実施形態は、グリップがカルダン継手内側部分に成形されたグリップ管を備えていることを特徴とする。それによって、損傷を生じることなく、非常に大きな力をグリップに加えることができる。 Another special embodiment of the invention is characterized in that the grip comprises a grip tube formed on the inner part of the cardan joint. Thereby, a very large force can be applied to the grip without causing damage.
本発明の他の特別な実施形態は、機械の機能およびまたは車両の機能を制御する働きをする少なくとも1個のスイッチがグリップに取付けられ、このスイッチがグリップ管、環状磁石およびホルダーを通って案内された少なくとも1本のケーブルを介して、電子評価装置に接続されていることを特徴とする。 Another special embodiment of the invention is that at least one switch, which serves to control the function of the machine and / or the function of the vehicle, is mounted on the grip, which switch is guided through the grip tube, the annular magnet and the holder. It is connected to the electronic evaluation device through at least one cable.
環状磁石を通ってケーブルを案内することにより、所望なあらゆる設計についてジョイスティックの確実な機能が保証される。 Guiding the cable through the annular magnet ensures a reliable function of the joystick for any desired design.
本発明の他の特別な実施形態は、ジョイスティックの偏位範囲が第1の範囲と第2の再押圧範囲を含み、第1の範囲においてグリップの戻し力の増大が比較的に小さく、第2の再押圧範囲においてグリップが押圧点に打ち勝った後で少しだけ突然動き、付勢された弧状の板ばねが保持部材によってグリップ管に固定されていることを特徴とする。従来知られている解決策の場合には、ばねで付勢された係止突棒が各々の軸に固定されている。この係止突棒はばねによって、ケースに固定された傾斜部材に押し付けられている。傾斜部材の形状によって、グリップの戻しの力−ストローク−状態に影響を与えることができる。グリップの戻し力は、突棒の移動方向に対する傾斜部材の角度に依存して変化する。この従来の解決策はグリップの運動軸線の分離を必要とする。更に、運動軸線の近くに傾斜部材のためのスペースが必要である。それによって、ジョイスティックの組み込み寸法が増大する。この欠点は、本発明に従って、付勢された弧状の板ばねをグリップ管に固定することにより、回避される。本発明による解決策は更に、従来の解決策よりも部品の数が少なくて済む。 In another special embodiment of the present invention, the displacement range of the joystick includes the first range and the second re-pressing range, and the increase in the return force of the grip is relatively small in the first range. In this re-pressing range, the grip suddenly moves slightly after overcoming the pressing point, and the biased arc-shaped leaf spring is fixed to the grip tube by the holding member. In the case of the solutions known in the art, a spring-biased locking protrusion is fixed to each shaft. The locking protrusion is pressed against the inclined member fixed to the case by a spring. Depending on the shape of the inclined member, it is possible to influence the return force-stroke-state of the grip. The return force of the grip changes depending on the angle of the inclined member with respect to the moving direction of the projecting rod. This conventional solution requires separation of the grip movement axis. Furthermore, a space for the inclined member is required near the movement axis. This increases the built-in dimensions of the joystick. This disadvantage is avoided by fixing a biased arcuate leaf spring to the grip tube in accordance with the present invention. The solution according to the invention further requires fewer parts than conventional solutions.
本発明の特別な実施形態は、変形した板ばねを収容するための凹部が保持部材に設けられていることを特徴とする。凹部の大きさによってばね変位が制限される。ばね変位を制限することによって、ばねの跳ね返りが回避される。 A special embodiment of the invention is characterized in that the holding member is provided with a recess for accommodating a deformed leaf spring. The spring displacement is limited by the size of the recess. By limiting the spring displacement, spring bounce is avoided.
本発明の特別な実施形態は、ジョイスティックの偏位範囲が第1の範囲と第2の再押圧範囲を含み、第1の範囲においてグリップの戻し力の増大が比較的に小さく、第2の再押圧範囲においてグリップが押圧点に打ち勝った後で少しだけ突然動き、ばねで付勢された少なくとも1個の突棒がグリップに摺動可能に支えられ、この突棒が連結部材のエッジに形成された係止輪郭部と協働し、この係止輪郭部がグリップの偏位を制限することを特徴とする。係止輪郭部の形状によって、グリップを端位置で係止するかまたは弾性的に戻すかどうかを定めることができる。 In a special embodiment of the present invention, the displacement range of the joystick includes a first range and a second re-pressing range, and in the first range, the increase in the return force of the grip is relatively small, In the pressing range, the grip suddenly moves slightly after overcoming the pressing point, and at least one projecting rod biased by a spring is slidably supported by the grip, and this projecting rod is formed at the edge of the connecting member. In cooperation with the locking contour, this locking contour limits the displacement of the grip. Depending on the shape of the locking contour, it can be determined whether the grip is locked in the end position or elastically returned.
本発明によるジョイスティックは低コストで製作可能でかつ簡単に組み立て可能であるという利点がある。更に、ジョイスティックのケースの寸法、特に磁石とセンサの間の間隔を低減することができるという利点がある。 The joystick according to the present invention has the advantage that it can be manufactured at low cost and can be easily assembled. Furthermore, there is an advantage that the dimensions of the joystick case, in particular, the distance between the magnet and the sensor can be reduced.
本発明の他の効果、特徴および詳細は次の記載から明らかになる。次に、図を参照して、本発明のいろいろな実施の形態を詳細に説明する。その際、特許請求の範囲および明細書に記載した特徴はそれぞれ単独でも任意の組み合わせでも本発明にとって重要である。 Other effects, features and details of the present invention will become apparent from the following description. Next, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In so doing, the features described in the claims and specification are important to the present invention either individually or in any combination.
図1〜3に示したジョイスティックは図示していないグリップを支持するグリップ管1を備えている。このグリップ管1はリング2を収容する働きをする。このリングはグリップ管1上でばね4のストッパーを形成している。図2,3のみに示したばね4はばね受け3を付勢している。ばね受け3は蓋5に載っている。この蓋はグリップ管1の枢着支承部(自在継手)を取り囲むケースに属する。
The joystick shown in FIGS. 1 to 3 includes a
ケース5の下面には半円筒状の2つの凹部が設けられている。この両凹部のうちの1つが図1において参照符号10で示してある。この半円筒状の凹部10は軸受けピン11,12を収容する働きをする。この軸受けピンはカルダン継手中央部分6に一体成形されている。それによって、カルダン継手中央部分6は軸受けピン11,12を通って延びる軸線の回りに傾くことができる。カルダン継手中央部分6の下面には、半円筒状の2つの凹部13,14が軸受けピン11,12に対して90°ずらして形成されている。半円筒状のこの凹部13,14は、カルダン継手内側部分7に形成された2本の軸受けピン15,16を収容する働きをする。
Two semi-cylindrical recesses are provided on the lower surface of the
図2,3から判るように、カルダン継手内側部分7には球面が一体成形されている。この球面は収容台8内にカルダン継手内側部分7を支えるために役立つ。そのために、収容台8には、カルダン継手内側部分7の球面に対して相補形の軸受部が形成されている。収容台8は内側に貫通穴を有し、印刷回路基板9に立設されている。収容台8の貫通穴内には、カルダン継手内側部分7として形成された直方体状の磁石が挿入されている。
As can be seen from FIGS. 2 and 3, a spherical surface is integrally formed in the cardan joint inner portion 7. This spherical surface serves to support the cardan joint inner part 7 in the receiving table 8. For this purpose, the
組み立て状態で、グリップ管1はカルダン継手内側部分7を通過している。カルダン継手内側部分7はピンによってグリップ管1に固定されている。それによって、カルダン継手内側部分7はグリップ管1と同じ運動を行う。グリップ管1を偏位した後で、ばね4により、グリップ管1はその出発位置に戻される。ばね4はばね受け3を介してケース蓋5に支持されている。継手は軸受けカルダン継手である。このカルダン継手は下側半分が切除されている。軸受け個所としての働きをする、カルダン継手中央部分6とカルダン継手内側部分7の凹部は、下方に向かって開放している。それによって、差込みによってこの継手を簡単に組み立てることができる。ばね4の力により、個々の継手部材は上方に引っ張られる。それによって、継手がばらばらになることが回避される。勿論、ばね力に打ち勝つことによって継手を下方に押すことができる。これは下側から継手を支えている収容台8によって阻止される。グリップ位置の形成は印刷回路基板上に配置されたホールセンサによって行われる。このホールセンサはカルダン継手内側部分7に一体成形された磁石の位置に応答する。
In the assembled state, the
図4,5に示したジョイスティックはカルダン継手内に支えられたグリップ管41を備えている。カルダン継手はリング状のカルダン継手中央部分46と二叉状のカルダン継手内側部分47を備えている。このカルダン継手中央部分と自在継手内側部分はケース45内に収容されている。カルダン継手中央部分46は回転ガイドによってケーシング45に回転可能に支えられている。回転ガイドは2本の軸受けピン55,56によって形成されている。この軸受けピンはカルダン継手中央部分に取付けられ、スライドブッシュ53,54内に案内されている。軸受けピン55,56とスライドブッシュ53,54はグリップ管41の縦軸線に対して垂直な軸線に沿って配置されている。
The joystick shown in FIGS. 4 and 5 includes a
図5に示すように、2個のスライドブッシュ49,50がグリップ管41の縦軸線に対して垂直でかつ軸受けピン55,56を通る軸線に対して垂直な軸線に沿って、カルダン継手中央部分46内に配置されている。スライドブッシュ49,50は2本の軸受けピン51,52を収容する働きをする。この軸受けピンはカルダン継手内側部分47に取付けられている。カルダン継手内側部分47はグリップ管41に固定連結されている。それによって、グリップ管41が偏位する(振れる)ときに、カルダン継手内側部分47はグリップ管と同じ動きをする。
As shown in FIG. 5, the central portion of the cardan joint extends along the axis perpendicular to the axis passing through the bearing pins 55 and 56, with the two
カルダン継手内側部分47は二叉状に形成されている。環状磁石48がグリップ管41と同心的にカルダン継手内側部分47の内部に取付けられている。環状磁石48は、グリップ管41が偏位するときに、グリップ管と共に動く。環状磁石48の運動は印刷回路基板59上に配置されたホールセンサによって検出される。環状磁石48と印刷回路基板59上のホールセンサとの間の間隔は、図4,5に示すように小さい。印刷回路基板59はホルダー58を介してケース45に固定されている。
The cardan joint
見やすくするために図示していないケーブルが、グリップ管41、カルダン継手内側部分47、環状磁石48、カルダン継手中央部分46、環状の印刷回路基板59およびホルダー58を通って電子評価装置44まで案内されている。
For ease of viewing, a cable (not shown) is guided to the
グリップ管41の偏位はケース45に固定された連結部材57によって制限される。
The displacement of the
図6には、異なる2つの偏位範囲を有するジョイスティックが示してある。第1の範囲では、グリップの戻し力が少しだけ増大する。この範囲の終わりに当接を感知することができる。第2の範囲では、グリップに大きな力を加えた後で、少しだけぴくっと(速く、急激に)動く。第2の範囲の終わりに、デジタル信号が発せられる。グリップの戻し力は大きく増大した後で再び低下するようにしなければならない。 FIG. 6 shows a joystick having two different displacement ranges. In the first range, the grip return force is slightly increased. A contact can be sensed at the end of this range. In the second range, after a large force is applied to the grip, it moves slightly (fast and sudden). At the end of the second range, a digital signal is emitted. The return force of the grip must be increased again after being greatly increased.
図6に示したジョイスティックの場合、両偏位範囲の間の作用点機能(押圧点機能)は、付勢された弧状の板ばね60によって達成される。この板ばねはホルダー62によってジョイスティックのグリップ管61に固定されている。ジョイスティックのケース65には連結部材67が固定されている。この連結部材はグリップ管61の偏位を制限する。板ばね60はグリップ管61から外側に湾曲している。グリップ管61の所定の偏位の際、板ばね60は連結部材67のエッジに接触する。グリップ管61を更に偏位させる際には、板ばね60のばね力に打ち勝たなければならない。この偏位に反作用する板ばね60のばね力は、板ばねが連結部材67のエッジの範囲でホルダー62に設けた凹部63内に湾曲して入るまで増大する。それによって、板ばね60の弾性変位が制限される。ばね変位をこのように制限しないと、下側の湾曲が上側の湾曲よりも大きくなるように板ばね60が操作される。このような場合、板ばね60は急に逆向きになる。逆向きになった位置から、板ばねはそれ自身で跳ね返ることはできない。
In the case of the joystick shown in FIG. 6, the action point function (pressing point function) between the two displacement ranges is achieved by the biased arc-shaped
図7に示したジョイスティックの場合には、各々の偏位方向のために突棒72がグリップ管71に摺動可能に支えられている。突棒72はばね73によって付勢されている。突棒72のストロークはストッパーによって制限される。突棒72の尖端は連結部材74のエッジと協働する。連結部材74のエッジは角度α,βによって描かれる所定の輪郭を有する。角度αに依存して、突棒72は弾性的に変位する。それによって、グリップ管71の偏向力が高まる。突棒72が連結部材74の係止輪郭のエッジを越えて移動すると、力は再び低下する。角度βの大きさに応じて、グリップ管71が端位置に係止するかまたは弾性的に戻るかどうかを定めることができる。
In the case of the joystick shown in FIG. 7, the projecting rod 72 is slidably supported by the grip tube 71 for each displacement direction. The projecting rod 72 is biased by a
1 グリップ管
3 ばね受け
4 ばね
5 ケース蓋
6 自在継手中央部分
7 自在継手内側部分
8 収容台
9 印刷回路基板
41 グリップ管
44 電子評価装置
45 ケース
46 自在継手中央部分
47 自在継手内側部分
48 センサ装置、環状磁石
49,50 スライドブッシュ
58 ホルダー
59 印刷回路基板
60 板ばね
62 保持部材
63 凹部
72 突棒
74 連結部材
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