KR101241717B1 - Contactless joysticks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기센서를 이용한 자속밀도 변화의 감지 및 그의 좌표발생방법에 대한 구형관절구조의 비접촉식 조이스틱에 관한 것으로, 다중자로가 형성된 자속밀도검출용부재와 이에 결합된 X축 Y축방향의 2축 자기를 감지가능한 자기센서를 통하여 조이스틱에 결합되는 자석을 초소형으로 제조하여 제조 및 사용이 용이하고, 또한 소형화가 가능하며, 정밀한 자속밀도변화의 측정을 통한 조이스틱의 제어성능향상을 제공하는 비접촉식 조이스틱에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-contact joystick having a spherical joint structure for detecting magnetic flux density change using a magnetic sensor and a method of generating the coordinates thereof, wherein the magnetic flux density detecting member is formed with a multiplier and two axes in the X-axis and Y-axis directions coupled thereto. It is easy to manufacture and use by miniaturizing the magnet which is connected to the joystick through a magnetic sensor that can detect magnetism, and it can be miniaturized, and it is a non-contact joystick that provides an improved controllability of the joystick through precise measurement of magnetic flux density change. It is about.
자속밀도변화를 감지하는 비접촉식 조이스틱은 현재 주로 게임기에 다수 사용되고 있으며, 노트북, 컴퓨터, 핸드폰과 엠피쓰리(MP3) 플레이어, 장애인용전동휠체어용 조이스틱 등에 사용이 확대되고 있고, 최근에는 핸드폰 등에 게임 등의 엔터테인먼트 기능이 강화되면서 비접촉식 조이스틱의 사용이 더욱 확대되고 있다. Contactless joysticks that detect changes in magnetic flux density are currently used mostly in game machines, and are increasingly being used in laptops, computers, cell phones and MP3 players, and joysticks for electric wheelchairs for the disabled. Increasing functionality further extends the use of contactless joysticks.
종래의 기술을 살펴보면 '단일 홀 센서를 이용한 구형관절구조의 비접촉식전자조이스틱'(출원번호 10-2006-0034362)의 도1은 종래의 2개의 센서구조를 가진 전자조이스틱 구조를 나타낸 외형 사시도이다. Looking at the prior art, Figure 1 of the 'non-contact electronic joystick of the spherical joint structure using a single Hall sensor' (application number 10-2006-0034362) is a perspective view showing the structure of the conventional electronic joystick having two sensor structure.
도1에 제시된 바와 같이, 종래의 비접속식 전자조이스틱은 홀 센서를 조이스틱 봉의 회전축 x, y 방향에 장착하고 각 축에 대응되는 영구자석의 회전각 정보를 2차원 벡터로 하는 방법을 사용하고 있다. 이런 구조는 측정신호의 정확도를 향상시킬 수 있고 복잡한 신호처리 및 보상과정이 필요없어 실시간성을 보장할 수 있다는 장점이 있지만 홀 센서출력 신호와 조이스틱 봉 말의 2차원 움직임 사이에는 비선형 관계가 존재한다. As shown in FIG. 1, the conventional non-connected electronic joystick uses a method in which the Hall sensor is mounted on the rotation axis x and y directions of the joystick rod and the rotation angle information of the permanent magnet corresponding to each axis is a two-dimensional vector. . This structure has the advantage of improving the accuracy of the measurement signal and guaranteeing real-time because no complicated signal processing and compensation process is required, but there is a nonlinear relationship between the Hall sensor output signal and the two-dimensional movement of the joystick seal. .
또한, 2개의 홀 센서 구조는 회전각 측정을 위하여 영구자석이 각 회전축에 장착되어 설계 치수가 증가되고 진동내구성을 고려한 기구설계의 복잡성도 따라서 증가하게 된다는 문제점이 있다. 상기 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 도 2와 같은 회전체 구조를 가진 조이스틱이 제안되고 있다. In addition, the two Hall sensor structure has a problem that the permanent magnet is mounted on each rotating shaft for the measurement of the rotation angle, the design dimension is increased and the complexity of the mechanical design considering the vibration durability is also increased. In order to solve the problem, a joystick having a rotating body structure as shown in FIG. 2 has recently been proposed.
도2는 종래의 단일 홀 센서구조를 가진 전자조이스틱 구조를 나타낸 외형 사시도이다. 도 2에서처럼 홀 센서를 조이스틱 봉의 회전체 구형 중심에 위치시키고 봉의 하단부에는 막대 형태의 영구자석을 설치한 구조이다. 이러한 구조에서는 영구자석의 자력선은 항상 회전중심을 향하게 되며, 회전체의 구 중심에 위치한 홀 센서에 의해 조이스틱 봉에 대한2차원 감지영역을 형성하게 된다. 홀 센서의 출력신호는 조이스틱 봉에 대한 2차원 감지영역을 형성하게 된다. 홀 센서의 출력신호는 영구자석에 의해 생성된 자기장의 수평벡터와 비례되며 조이스틱 봉의 회전범위를 수직 축을 기준으로 ± 30°로 제한하면 수평면상의 ± 360°전 방향에서 높은 선형성을 띄게 된다. Figure 2 is a perspective view showing an electronic joystick structure having a conventional single hall sensor structure. As shown in FIG. 2, the Hall sensor is positioned at the center of the spherical body of the joystick rod, and a rod-shaped permanent magnet is installed at the lower end of the rod. In this structure, the line of magnetic force of the permanent magnet always faces the center of rotation, and forms a two-dimensional sensing area for the joystick rod by the Hall sensor located in the center of the sphere of the rotor. The output signal of the hall sensor forms a two-dimensional sensing area for the joystick rod. The output signal of the Hall sensor is proportional to the horizontal vector of the magnetic field generated by the permanent magnet. If the range of rotation of the joystick rod is limited to ± 30 ° based on the vertical axis, the Hall sensor has high linearity in the direction of ± 360 ° on the horizontal plane.
하지만, 이런 구조는 회전체가 전체 기구부에서 상당한 부피를 차지하고, 각 회전체에 의하여 지지되어야 하므로 마찰력, 진동내구성을 고려하면 고 강성재질을 사용해야만 한다. 또한, 자력선의 방향이 회전중심을 향하여야만 선형성을 유지하게 되므로 기구가공에 있어서 높은 정밀도를 요구하게 된다. 긴 시간 사용 후, 회전축의 마모에 의하여 영구자석의 자력선은 홀 센서평면의 중심을 지나지 않고 일정한 편차를 유지하게 되므로 정확도에 직접 영향을 주게 된다. 이런 편차는 사용자 또는 사용환경에 따라서 불확실성을 띄게 되므로 실시간에 보상의 구현은 가능하지 않다.
However, such a structure requires a high rigidity material in consideration of frictional force and vibration durability since the rotating body occupies a considerable volume in the entire mechanism and must be supported by each rotating body. In addition, since the direction of the magnetic force line to maintain the linearity only toward the center of rotation, high precision is required in the machining. After long time use, the line of magnetic force of the permanent magnet is maintained by the wear of the rotating shaft and maintains a constant deviation without passing through the center of the hall sensor plane, which directly affects the accuracy. Since this deviation is uncertain depending on the user or the use environment, it is not possible to implement compensation in real time.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 다중자로에 삽입형성된 자속밀도검출용부재와 이에 결합된 X축 Y축방향의 2축 자기를 감지 가능한 자기센서를 통하여 정밀한 자속밀도변화의 측정을 통한 조이스틱의 제어성능이 향상된 비접촉식 조이스틱을 제공하는데 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and its object is to provide a magnetic flux density detecting member inserted into a multiplexer and a magnetic sensor capable of detecting two-axis magnetism in the X-axis Y-axis direction coupled thereto. The purpose of the present invention is to provide a non-contact joystick with improved control performance of the joystick by measuring magnetic flux density changes.
본 발명의 다른 목적은, 조이스틱에 결합되는 자석을 초소형으로 제조하여 제조 및 사용이 용이하고, 소형화가 가능한 비접촉식 조이스틱을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a non-contact joystick that is manufactured and used easily and can be miniaturized by manufacturing a magnet coupled to the joystick to a very small size.
본 발명의 또 다른 목적은, 구형관절부에 구체지지부재를 더 구비하여 수직봉 자체의 자전을 방지함으로써, 조이스틱의 방향제어, 이동제어의 정확성을 높일 수 있는 비접촉식 조이스틱을 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide a non-contact joystick which is further provided with a spherical support member at the spherical joint to prevent the vertical rod itself from rotating, thereby increasing the accuracy of the direction control and the movement control of the joystick.
본 발명의 또 다른 목적으로, 구형관절부에 각도제함부를 더 구비하여, 손잡이부의 회동각도의 한계를 설정함으로써 조이스틱의 갑작스러운 회동각도 변화에 따른 피제어물의 이동속도의 급속한 변화를 방지하여 피제어물의 이동의 안전성을 높일 수 있는 비접촉식 조이스틱을 제공하는데 있다.
In still another object of the present invention, an angle limiting part is further provided on the spherical joint to prevent a rapid change in the moving speed of the controlled object due to a sudden change in the rotational angle of the joystick by setting a limit of the rotational angle of the handle. It is to provide a non-contact joystick that can increase the safety of movement.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱은, 수직봉의 하단에 영구자석 또는 자석이 결합 형성되고, 자석을 둘러싸는 구체가 일체형성 된 수직봉과 수직봉을 수용하는 손잡이케이스로 이루어진 선회가능하게 탄성적으로 지지된 손잡이부; 손잡이부 하측에 배치되어 있으며, 조이스틱의 회동에 따라 수직봉의 하단에 결합된 자석이 함께 회동하고, 자석의 회동에 따라 자속밀도감지부재에 자속변화가 유도되며, 자속밀도감지부재에 결합된 X축과 Y축의 자속변화 감지가능한 자기센서를 통하여 자속밀도변화를 감지하는 자속밀도감지부; In order to achieve the above object, the non-contact joystick according to the present invention includes a permanent magnet or a magnet coupled to a lower end of the vertical rod, and a pivot made of a handle case accommodating a vertical rod and a vertical rod integrally formed with a sphere surrounding the magnet. A handle portion elastically supported; It is arranged on the lower side of the handle, and the magnet coupled to the lower end of the vertical rod rotates together with the rotation of the joystick, and the magnetic flux change is induced in the magnetic flux density sensing member according to the rotation of the magnet, and the X axis coupled to the magnetic flux density sensing member A magnetic flux density sensing unit for sensing magnetic flux density changes through a magnetic sensor capable of detecting magnetic flux changes on the Y-axis;
손잡이부 하측에 배치되어 있으며, 구체가 삽입되는 구체삽입부가 중앙에 형성되고 구체삽입부의 외주면에서 일정간격 이격하여 다중자로가 형성되고 자속밀도검출용부재가 삽입형성된 구형관절부;를 포함한다. It is disposed under the handle portion, the sphere is inserted into the sphere is inserted into the spherical joint portion is formed in the center and formed at multiple intervals spaced apart from the outer peripheral surface of the sphere insertion portion, the magnetic flux density detection member is formed.
그리고 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 자속밀도감지부재는 다중자로에 삽입 가능한 4개의 금속편으로 이루어짐에 특징이 있다. In addition, the magnetic flux density sensing member of the non-contact joystick according to the present invention is characterized in that it consists of four metal pieces that can be inserted into a multiplexer.
그리고 본 발명에 따른 자기센서는 선형성 보강을 위한 X축방향 자기센서와 Y축방향 자기센서가 상호 수직 배치됨에 특징이 있다. In addition, the magnetic sensor according to the present invention is characterized in that the X-axis magnetic sensor and the Y-axis magnetic sensor for vertical reinforcement are arranged vertically.
그리고 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 구형관절부는 수직봉 자체의 자전을 방지하는 구체지지부재를 더 구비하고, 구체에는 구체지지부재가 결합되는 수직홈이 형성되는 것을 특징이 있다. And the spherical joint portion of the non-contact joystick according to the present invention is further provided with a sphere support member for preventing the rotation of the vertical bar itself, characterized in that the sphere is formed with a vertical groove to which the sphere support member is coupled.
또한 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 구형관절부는 손잡이부의 회동각도를 제한하는 각도제한부가 더 포함되는 것을 특징이 있다. In addition, the spherical joint portion of the non-contact joystick according to the invention is characterized in that it further comprises an angle limiting portion for limiting the rotation angle of the handle portion.
전체동작원리를 설명하면 조이스틱의 회동에 따라 수직봉의 하단에 결합된 자석이 함께 회동하고, 자석의 회동에 따라 자속밀도감지부재에 자속변화가 유도되고, 자속밀도감지부재에 결합된 X축과 Y축의 자속변화감지가능한 자기센서에 의해 자속밀도변화를 감지하여 조이스틱에 의해 제어되는 피제어물의 이동방향, 이동거리, 이동속도 등을 정밀하게 제어한다.
When explaining the whole operation principle, the magnet coupled to the bottom of the vertical rod rotates together with the rotation of the joystick, and the magnetic flux change is induced in the magnetic flux density sensing member according to the rotation of the magnet, and the X axis and Y coupled to the magnetic flux density sensing member. The magnetic flux sensor detects the change in magnetic flux density, and precisely controls the moving direction, distance, and speed of the controlled object controlled by the joystick.
본 발명은 다중자로에 삽입형성된 자속밀도검출용부재와 이에 결합된 X축 Y축방향의 2축 자기를 감지 가능한 자기센서를 통하여 정밀한 자속밀도변화의 측정을 통해 조이스틱의 제어성능향상된 비접촉식 조이스틱을 제공할 수 있는 효과가 있다. The present invention provides a non-contact joystick with improved controllability of a joystick by measuring magnetic flux density through a magnetic sensor capable of detecting magnetic flux density inserted into a multiplexer and a two-axis magnetism in the X-axis and Y-axis directions coupled thereto. It can work.
또한, 조이스틱에 결합되는 자석을 초소형으로 제조하여 제조 및 사용이 용이하고, 소형화가 가능한 비접촉식 조이스틱을 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, it is possible to provide a non-contact joystick that can be manufactured and used easily and miniaturized by manufacturing a magnet coupled to the joystick in a very small size.
또한, 구형관절부에 구체지지부재를 더 구비하여 수직봉 자체의 자전을 방지함으로써, 조이스틱의 방향제어, 이동제어의 정확성을 높일 수 있는 비접촉식 조이스틱을 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, the spherical joint is further provided with a concrete support member to prevent the rotation of the vertical bar itself, there is an effect that can provide a non-contact joystick that can increase the accuracy of the direction control, movement control of the joystick.
또한, 구형관절부에 각도제함부를 더 구비하여, 손잡이부의 회동각도의 한계를 설정함으로써 조이스틱의 갑작스러운 회동각도 변화에 따른 피제어물의 이동속도의 급속한 변화를 방지하여 피제어물의 이동의 안전성을 높일 수 있는 비접촉식 조이스틱을 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, the angle limiting portion is further provided in the spherical joint, and by setting the limit of the rotation angle of the handle portion to prevent the rapid change of the moving speed of the controlled object caused by the sudden rotation angle of the joystick to increase the safety of the movement of the controlled object. There is an effect that can provide a non-contact joystick.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
도 1은 KR 10-2007-0102767 도1로 종래기술로 기재된 2개이 홀센서를 조이스틱 봉의 회전축에 장착하는 방식의 사시도
도 2는 KR 10-2007-0102767 도2로 종래기술로 기재된 1개의 홀센서를 조이스틱과 연결된 영구자석 아래에 장착하는 방식의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 상부에서 바라본 분해사시도
도 4는 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 하부에서 바라본 분해사시도
도 5는 구형관절부의 하부에서 바라본 구체, 자속밀도검출용부재, 다중자로, 구체지지부재의 결합관계를 상세히 나타낸 도면
도 6은 조이스틱의 이동에 따른 자석의 N극 S극의 배치 및 자속밀도검출용부재의 유도된 자속의 변화를 나타낸 도면
도 7은 비접촉식 조이스틱의 종방향 단면도
도 8은 비접촉식 조이스틱의 각도제한부를 표시한 도면
도 9는 자석의 이동에 따른 자속밀도검출용부재에 유도되는 자속밀도변화를 나타낸 도면Figure 1 is a KR 10-2007-0102767 perspective view of a method of mounting the two Hall sensors described in the prior art in Figure 1 in the rotary shaft of the joystick rod
Figure 2 is a KR 10-2007-0102767 perspective view of a method for mounting one Hall sensor described in the prior art as shown in Figure 2 under the permanent magnet connected to the joystick
Figure 3 is an exploded perspective view seen from the top of the non-contact joystick according to the invention
Figure 4 is an exploded perspective view as viewed from the bottom of the non-contact joystick according to the invention
5 is a view showing in detail the coupling relationship between the sphere, the magnetic flux density detection member, the multiplex, the sphere support member viewed from the lower portion of the spherical joint;
6 is a view showing the arrangement of the N pole S pole of the magnet and the induced magnetic flux change of the magnetic flux density detection member according to the movement of the joystick;
7 is a longitudinal cross section of a non-contact joystick;
8 is a view showing an angle limiting portion of the non-contact joystick;
9 is a view showing a magnetic flux density change induced in the magnetic flux density detection member according to the movement of the magnet
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부피를 최소화 할 수 있고, 자속밀도변화를 보다 정확히 감지함을 특징으로 하는 비접촉식 조이스틱을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도4는 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱의 하부에서 바라본 분해사시도를 나타내는 도면이다. 그리고 도 5는 구형관절부(300)의 하부에서 바라본 구체(120), 자속밀도검출용부재(210), 다중자로(320), 구체지지부재(350)의 결합관계를 상세히 나타낸 도면이고, 도 6은 조이스틱의 이동에 따른 자석의 N극 S극의 배치 및 자속밀도검출용부재(210)에 유도된 자속의 변화를 나타낸 도면이다. Hereinafter, a non-contact joystick, which can minimize the volume according to a preferred embodiment of the present invention and more accurately sense the magnetic flux density change, will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 4 is an exploded perspective view as viewed from the bottom of the non-contact joystick according to the present invention. And Figure 5 is a view showing in detail the coupling relationship between the
우선 비접촉식 조이스틱의 전체동작원리를 설명하면 조이스틱의 회동에 따라 수직봉(110)의 하단에 결합된 자석이 함께 회동하고, 자석의 회동에 따라 자속밀도감지부재(210)에 자속변화가 유도되고, 자속밀도감지부재(210)에 결합된 X축과 Y축의 자속변화감지가능한 자기센서(220)에 의해 자속밀도변화를 감지하여 조이스틱에 의해 제어되는 피제어물의 이동방향, 이동거리, 이동속도 등을 정밀하게 제어한다. First, the entire operation principle of the non-contact joystick will be described. A magnet coupled to the lower end of the
수직봉(110)의 하단에 결합된 영구자석은 상부는 N극 하부는 S극으로 형성될 수 있고, 반대로 상부가 S극 하부가 N극으로 형성될 수도 있다. 도6은 수직봉(110)의 하단에 결합된 영구자석이 상부는 N극 하부는 S극으로 형성상태의 경우이다. Permanent magnets coupled to the lower end of the
도6은 조이스틱의 이동방향에 따른 자속밀도의 변화를 나타낸 것으로서 조이스틱의 회동에 따른 자속밀도의 변화를 나타낸 도면이다. 청색으로 표시된 것이 S극이고 적색으로 표시된 것이 N극이다. 6 is a view showing a change in magnetic flux density according to a moving direction of the joystick, and showing a change in magnetic flux density according to the rotation of the joystick. The blue one is the S pole and the red one is the N pole.
도6의⑤의 경우는 조이스틱이 수직상태를 유지하는 경우로서, 자속밀도감지부재(210)의 수직축방향의 중심과 자석의 수직축 방향의 NS극 경계가 동일한 높이로 위치한 상태여서 자속밀도의 변화가 없는 상태이다. In the case of ⑤ in FIG. 6, the joystick is maintained in a vertical state, and the magnetic flux
도6의 개별도면의 조이스틱의 손잡이부(100)의 이동방향을 설명하면, 도6의①은 우측하방, 도6의②는 하측방향, 도6의③은 좌측하방, 도6의④는 우측방향, 도6의⑤는 조이스틱의 움직임이 없는 상태, 도6의⑥은 좌측방향, 도6의⑦은 우측상방, 도6의⑧은 상측방향, 도6의⑨는 좌측상방으로 조이스틱 손잡이부(100)가 이동시의 자석의 N,S극의 극성표시와 자속밀도검출용부재(210)에 유도된 극성을 표시한 것이다. 그리고 피제어물의 이동방향은 조이스틱이 이동방향과 동일한 방향으로 이동된다. Referring to the moving direction of the handle portion 100 of the joystick in the individual drawing of Figure 6, ① in Figure 6 is the lower right, ② in Figure 6 is the downward direction, ③ in Figure 6 is lower left, ④ in Figure 6 is the right 6, ⑤ in Fig. 6 shows no movement of the joystick, ⑥ in Fig. 6 is on the left side, ⑦ in Fig. 6 is on the upper right side, ⑧ in Fig. 6 is on the upper side, ⑨ in Fig. 6 is on the left side, and the joystick handle portion ( 100 indicates the polarity of the N and S poles of the magnet during movement and the polarity induced in the magnetic flux
도6의②는 도6의⑤상태에서 도면6도의 하측방향으로 조이스틱의 손잡이부(100)가 이동한 경우로서, 상측방향의 자속밀도감지부재(210)에 접한 부분은 자석의 N극이 우세해져서 상측방향의 자속밀도감지부재(210)는 S극으로 유도되고, 하측방향의 자속밀도감지부재(210)에 접한 부분은 자석의 S극이 우세해져서 상측방향의 자속밀도감지부재(210)는 N극으로 유도된다. ② of FIG. 6 is a case in which the knob portion 100 of the joystick is moved downward in the state of ⑤ of FIG. 6, and the N-pole of the magnet predominates in the portion in contact with the magnetic flux
도6의⑧은 도6의⑤상태에서 도면6도의 상측방향으로 조이스틱의 손잡이부(100)가 이동한 경우로서 상측방향의 자속밀도감지부재(210)에 접한 부분은 자석의 S극이 우세해져서 상측방향의 자속밀도감지부재(210)는 N극으로 유도되고, 하측방향의 자속밀도감지부재(210)에 접한 부분은 자석의 N극이 우세해져서 상측방향의 자속밀도감지부재(210)를 S극으로 유도된다. 8 in FIG. 6 is a case in which the handle portion 100 of the joystick is moved upward in the state of ⑤ in FIG. 6, and the S pole of the magnet is predominant in the portion in contact with the magnetic flux
도6에서 도6의②와 도6의⑧의 경우는 양자 간의 자속밀도변화의 절대값은 같아서 조이스틱에 의해 제어되는 피제어물의 이동속도, 이동거리는 동일하고, 다만 자속의 방향이 반대방향이라는 점에 차이가 있어서 피제어물의 이동방향이 반대방향이 되는 관계에 있다. 이와 유사한 원리로 도6의①과⑨, 도6의 ③과⑦, 도6의 ④와⑥경우도 도6의②와 도6의⑧과 같이 대칭되는 관계를 이루고 있다. 6 and 6 in FIG. 6 and 8 in FIG. 6, the absolute values of the magnetic flux density changes between the two are the same, so that the moving speed and the moving distance of the controlled object controlled by the joystick are the same, except that the magnetic flux is in the opposite direction. There is a difference in that the direction of movement of the controlled object is in the opposite direction. Similarly, ① and ⑨ of FIG. 6, ③ and ⑦ of FIG. 6, and ④ and ⑥ of FIG. 6 also have a symmetrical relationship as shown in ② and 6 of FIG.
도6도 ①-⑨의 각각의 상측방향과 우측방향에 자기센서(220)가 도시되어 있고, 자기센서(220)는 상측방향과 우측방향에 위치한 자속밀도감지부재(210)의 틈새에 결합되어 형성되어 자속변화의 출력을 검출한다. 가령 도6의⑤상태의 검출된 출력이 2.5V라면, 도6의②와 도6의⑧의 자속밀도변화량의 절대값은 1.5V인바, 도6의②의 경우는 4V, 도6의⑧의 경우는 1V의 출력이 검출될 수 있다. 다만 조이스틱의 출력은 예시한 전압에 국한되는 것은 아니며, PWM이나 통신상의 프로토콜 등 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 채용할 수있는 출력의 형태를 포함한다. 6 is a
도면 3 내지 5도를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉식 조이스틱은 손잡이부(100), 자속밀도감지부(200), 구형관절부(300)로 구성된다. 3 to 5, the non-contact joystick according to the present invention includes a handle part 100, a magnetic flux density detecting part 200, and a spherical
손잡이부(100)는 수직봉(110)의 하단에 (영구)자석이 결합 형성되고, 자석을 둘러싸는 구체(120)가 일체 형성된 수직봉(110)과 수직봉(110)을 수용하는 손잡이케이스(130)로 손잡이부(100)가 형성된다. 손잡이부(100)는 외력에 의해 용이하게 선회가능하게 회동하고 그 외력을 제거하면 즉시 초기상태로 복귀하도록 탄성적으로 지지된다. Handle portion 100 is a (permanent) magnet is coupled to the lower end of the
손잡이부(100)는 수직봉(100)의 하단에 자석이 결합 형성되고, 자석을 둘러싸는 구체(120)가 일체형성되어 수직봉(110)과 자석과 구체(120)는 일체로 하나의 부재를 형성한다. Handle portion 100 is a magnet coupled to the lower end of the vertical rod 100, the
탄성부재(140), 봉끼움부재(150)를 더 형성함으로서 손잡이부(100)는 외력에 의해 용이하게 선회가능하게 변형되고 그 외력을 제거하면 보다 효율적으로 초기상태로 복귀가능하다. 손잡이부(100)가 전후 좌우로 이동시 탄성부재(140)는 압축되고 탄성부재(140)의 복원력에 의해 손잡이부(100)가 수직상태을 유지하려는 복원력이 형성된다. 봉끼움부재(150)의 하단외경이 구형관절부(300)의 구체삽입부(310)의 외경보다 크게 형성되어 있어 탄성부재(140)의 복원시 손잡이부(100)가 수직을 유지할 수 있다. 탄성부재(140), 봉끼움부재(150)에 각각 수직봉(110)이 관통하는 관통공이 형성될 수 있다. 추가적으로 손잡이부(100)의 전체적인 결합구성의 일예를 하부에서 상부방향으로 설명하면 구체삽입부(310)에 구체(120)가 일체형성된 수직봉(110)이 끼움결합되고 수직봉(110)에 순차적으로 봉끼움부재(150), 탄성부재(140)가 끼움결합되고, 수직봉(110)상단에 손잡이케이스(130)가 결합되어 수직봉(110)을 수용하여 손잡이부(100)를 형성한다. By further forming the
손잡이결합부(160)는 손잡이케이스(130)와 상부구형관절부(330) 또는 상부케이스(410)에 결합될 수 있는 추가적인 부재이다.
자속밀도감지부(200)는 손잡이부(100)하측에 배치되어 있으며, 조이스틱의 회동에 따라 수직봉(110)의 하단에 결합된 자석이 함께 회동하고, 자석의 회동에 따라 자속밀도감지부재(210)에 자속변화가 유도되며, 자속밀도감지부재(210)에 결합된 X축과 Y축의 자속변화감지가능한 자기센서(220)를 통하여 자속밀도변화를 감지하는 것을 특징으로 한다. The magnetic flux density detecting unit 200 is disposed below the handle part 100, and the magnets coupled to the lower ends of the
자속밀도감지부재(210)는 손잡이부(100)의 회동에 따라 자석도 함께 회동하고 이에 의해 자속밀도감지부재(210)에도 자속변화가 유도된다. 나아가 자속밀도감지부재(210)는 도5에 도시된바와 같이 다중자로(320)에 삽입가능한 4개의 금속편(211)으로 이루어진 부재일 수 있다. The magnetic flux
자기센서(220)는 자속밀도감지부재(210)에 유도된 X축과 Y축의 자속변화를 감지하는 역할을 한다. 또한 자기센서(220)는 선형성 보강을 위해 2개의 자기센서를 X축방향 자기센서(미도시)와 Y축방향 자기센서(미도시)가 상호 수직 배치될 수 있다. 물론, X축방향의 자기센서와 Y축방향의 자기센서가 결합되는 기판형태의 구성이 추가로 부가될 수도 있다. 특히 하나의 센서를 활용시 발생할 수 있는 센서의 출력신호와 조이스틱 봉 말의 2차원 움직임 사이에 비선형관계가 존재의 문제점을 해결할 수 있고, 고감도의 하나의 센서사용시 비선형성의 문제는 해결가능하나 센서의 비용증가의 문제가 있는바, 상기 비용 및 비선형성의 문제의 동시 해결이 가능하다는 효과가 있다. The
본 발명의 자기센서(220)는 자이로센서 또는 가속도센서를 구비할 수 있다. 자이로센서(미도시)는 동작에 관한 정보를 센싱할 수 있다. 일예로, 자이로센서는 동작에 관한 정보를 X, Y, Z 축을 기준으로 센싱할 수 있다. 가속도센서는 이동속도 등에 관한 정보를 센싱할 수 있다. 다만 본 발명의 자기센서(220)의 종류는 상기한 자기센서에 한정되지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 널리 활용가능한 모든 종류의 자기센서를 포함한다. The
구형관절부(300)는 손잡이부(100) 하측에 배치되어 있으며, 구체(120)가 삽입되는 구체삽입부(310)가 중앙에 형성되고 상기 구체삽입부(310)의 외주면에서 일정간격 이격하여 다중자로(320)가 형성되고, 다중자로(320)에 자속밀도감지부재(210)가 삽입형성된다. The spherical
구체삽입부(310)는 손잡이부(100) 하단의 구체(120)가 구형관절부(300)에 끼워지는 부위이다. The
다중자로(320)는 자속밀도감지부재(210)가 삽입되는 부분이다. 물론 다중자로는 4개의 금속편(211)이 끼워지기 위한 형태일 수 있다. The
상부구형관절부(330)와 하부구형관절부(340)는 구형관절부(300)가 상하로 분리되어 형성될 경우 필요한 구성으로 양자는 끼움결합 또는 나사 등의 통상의 결합으로 결합가능하다. The upper spherical
구체지지부재(350)는 수직봉(110) 자체의 자전을 방지하는 역할을 한다. 조이스틱 회동시 수직봉(110) 자체가 자전할 경우 조이스틱의 방향제어, 이동제어의 정확성이 떨어질 수 있는 문제점이 있는바, 이를 방지하기 위해 구체지지부재(350)를 추가로 포함한다. 구체지지부재(350)는 도면 4,5에 도시된바와 같이 반원고리모양으로 형성될 수 있고, 구체지지부재(350)의 1개의 하단결합부(351)는 구형관절부(300)의 하부에 형성된 1개의 홈에 결합되고, 구체지지부재(350)의 반원고리부의 2개의 상단결합부는 구형관절부(300)의 구체삽입부(310)와 다중자로(320)의 사이에 형성된 2개의 홈에 결합된다. 구체(120)에는 구체지지부재(350)가 결합되는 수직홈(121)이 형성되는데 수직홈(121)은 구체지지부재(350)의 폭보다 넓게 형성되어 있어 조이스틱의 손잡이(100)부의 상하좌우로의 회동은 제약되지 않는다. The
각도제한부(360)는 손잡이부(100)의 회동각도의 한계를 설정하는 역할을 한다. 나아가 손잡이부(100)의 탄성부재(140), 봉끼움부재(150)와 함께 조이스틱의 갑작스러운 회동각도 변화에 따른 피제어물의 이동속도의 과도한 증가를 방지하여 피제어물의 이동의 안전성을 보장하는 역할을 한다. 도8과 같이 구형관절부(300)의 상단에 돌출되어 경사를 이루면서 형성된다. 다만 도8의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
케이스부(400)는 자속밀도감지부(200)와 구형관절부(300)를 수납하는 역할을 한다. 도면 3,4도로 참조하여 자속감지부(200)와 구형관절부(300)와 케이스부(400)의 결합 구성을 설명하면 상부케이스(410)에 상부구형관절(330)이 끼움결합되고, 상부구형관절(330)의 하부에 형성되는 다중자로(320)에 자속밀도감지부재(210)가 삽입되고, 하부구형관절부(340)가 상부구형관절(330)에 끼움결합되고, 하부구형관절부(340)의 하단에 자기센서(220)가 자속밀도감지부재(210)와 연결되어 형성되고, 하부케이스(420)가 상부케이스(410)와 결합되어 케이스부(400)는 자속밀도감지부(200)와 구형관절부(300)를 수용가능한바 정확한 자속밀도감지의 효과 외에도 소형화가 가능한 비접촉식 조이스틱의 구조를 제공한다. 상기 각 구성요소의 결합은 끼움결합 이나 나사결합 등에 한정되지 않고 통상의 결합방법이 모두 채용가능하다. The case part 400 serves to receive the magnetic flux density detecting part 200 and the spherical
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
100 ; 손잡이부
110 ; 수직봉 120 ; 구체 121 ; 수직홈 130 ; 손잡이케이스
140 ; 탄성부재 150 ; 봉끼움부재 160 ; 손잡이결합부
200 ; 자속밀도감지부
210 ; 자속밀도검출용부재 211 ; 금속편
220 ; 자기센서
300 ; 구형관절부
310 ; 구체삽입부 320 ; 다중자로 330 ; 상부구형관절부 340 ; 하부구형관절부
350 ; 구체지지부재 351 ; 상단결합부 352 ; 하단결합부 360 ; 각도제한부
400 ; 케이스부
410 ; 상부케이스 420 ; 하부케이스100; Handle
110;
140;
200; Magnetic flux density detector
210; Magnetic flux
220; Magnetic sensor
300; Spherical joint
310;
350;
400; Case part
410;
Claims (7)
상기 손잡이부 하측에 배치되어 있으며, 조이스틱의 회동에 따라 상기 수직봉의 하단에 결합된 자석이 함께 회동하고, 자석의 회동에 따라 자속밀도감지부재에 자속변화가 유도되며, 자속밀도감지부재에 결합된 X축과 Y축의 자속변화감지가능한 자기센서를 통하여 자속밀도변화를 감지하는 자속밀도감지부;
상기 손잡이부 하측에 배치되어 있으며, 상기 구체가 삽입되는 구체삽입부가 중앙에 형성되고 상기 구체삽입부의 외주면에서 일정간격 이격하여 다중자로가 형성되고 상기 자속밀도감지부재가 삽입형성된 구형관절부;
로 이루어진 비접촉식 조이스틱.A magnet portion coupled to a lower end of the vertical rod, the handle being pivotally elastically supported by the vertical rod and the handle case for accommodating the vertical rod integrally formed with a sphere surrounding the magnet;
It is disposed under the handle portion, the magnet coupled to the lower end of the vertical rod is rotated together in accordance with the rotation of the joystick, the magnetic flux change is induced to the magnetic flux density sensing member in accordance with the rotation of the magnet, coupled to the magnetic flux density sensing member A magnetic flux density sensing unit for sensing magnetic flux density changes through magnetic sensors capable of detecting magnetic flux changes in the X and Y axes;
A spherical joint part disposed below the handle part and having a spherical insert portion into which the spherical insert is formed at a center and spaced at a predetermined interval from the outer circumferential surface of the spherical insert portion to form a multiplier and inserting the magnetic flux density sensing member;
Contactless joystick consisting of.
The non-contact joystick according to claim 1 or 2, further comprising a case part accommodating the magnetic flux density detecting part and the spherical joint part.
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