Vorrichtung zum Steuern einer Einrichtung

Abstract

 Bei einervorrichtung zum Steuern einer Einrichtung wie bspw. Flugzeug, Flugsimulator, Roboter od. dgl., mit einem Handgriff (10) welcher um zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen (A, B) bewegbar ist, soll dem Handgriff (10) zumindest ein Kraftsensor (11.1, 11.2) zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung von Führungselementen (3.1, 3.2) auf den Achsen (A, B) zugeordnet sein und die in den Achsen (A, B) gelagerten Führungselemente (3.1, 3.2) separat über jeweils eine in diesen integrierte Antriebseinrichtung (4.1, 4.2) antreibbar sein.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Einrichtung, wie bspw. Flugzeug, Flugzeugsimulator, Roboter od. dgl., mit einem Handgriff, welcher um zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen bewegbar ist.

[0002] Derartige Vorrichtungen sind in vielfältigster Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und gebräuchlich. Sie dienen in erster Linie zur Steuerung eines Flugzeuges, Flugsimulators, Roboters od. dgl. Element.

[0003] Dabei ist ein Handgriff im wesentlichem um zwei Achsen verschwenkbar um eine Steuerung einer entsprechenden Einrichtung vorzunehmen.

[0004] Nachteilig bei herkömmlichen Vorrichtungen ist, dass diese äusserst gross und komplex ausgebildet sind, wenn diese bspw. mit Antriebsmotoren für die entsprechenden beiden Bewegungsachsen bestückt sind, um eine Bewegung des Handgriffes nachzuführen und/oder zu steuern. Zudem sind diese Einrichtungen viel zu komplex und teuer aufgebaut, so dass diese nur begrenzten Einsatz und Anwendung finden.

[0005] Nach der WO 81/02208 ist eine Vorrichtung zum Steuern von Flüssigkeitstransporteinrichtungen beschrieben. Diese Vorrichtung weist einen Steuerknüppel auf, welcher um zwei versetzt zueinander liegende Achsen bewegbar ist.

[0006] Die US 4,520,355 beschreibt einen Joystick, welcher mit einer Mehrzahl von Potentiometer in den jeweiligen Achsen versehen ist, um über einen entsprechenden Verdrehwinkel ein Signal zu erzeugen. Die EP 0 151 479 beschreibt einen Joystick, welchem Dehnungsmessstreifen zugeordnet sind. Wird der Joystick bewegt, so erzeugen die Bewegungsmessstreifen Signale, welche auf einem Bildschirm darstellbar sind.

[0007] Die US 4,772,836 offenbart eine motorisierte elektrisch beschriebene Steuerungseinrichtung für stabilisierte Waffen in einem Panzer, insbesondere zur Bewegung von Rohren von Maschinenkanonen von Panzern. Dabei wird eine Bewegung eines Steuerknüppels über extern anschliessende Motoren gebremst.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt und mit welcher auf einfache und kostengünstige Weise eine vorrichtung zum exakten Steuern von Einrichtungen aller Art möglich ist.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale des Patentanspruches 1.

[0010] Bei der vorliegenden Erfindung ist von Bedeutung, dass ein Handgriff zur Steuerung der Einrichtung um zwei Achsen, die senkrecht zueinanderstehen jederzeit möglich ist. Dabei soll eine exakte Steuerung und Bewegung des Handgriffes möglich sein.

[0011] Es hat sich als besonders günstig erwiesen, den Drehpunkt des Handgriffes in den Schnittpunkt der beiden Achsen zu legen, um eine exakte Bewegung des Handgriffes gegenüber den Achsen zu gewährleisten.

[0012] Um die Einbaugrösse der entsprechenden Vorrichtung zu reduzieren schliesst an ein Führungselement ein Haltearm an, an welchen senkrecht zur Achse ein weiteres Führungselement, auf welchem auch der Haltegriff sitzt, drehbar um die Achse lagert.

[0013] Die beiden Führungselemente können innerhalb Antriebselemente, Antriebsmotoren beinhalten, welche die Bewegung des Haltegriffes unterstützen und ggf. rechnergesteuert und zwangsgeführt sind, damit eine entsprechende Bewegung nicht zu schnell ausgeführt wird.

[0014] Diese zwangsgeführte Bewegung, übertragen durch die Antriebseinrichtungen, die ggf. mit den Führungselementen jeweils separat in Verbindung stehen, gewährleisten dem Bediener eine exakte Führung.

[0015] Entsprechende mit dem Haltegriff und/oder mit dem Führungselement verbundene Kraftsensoren können Einfluss auf die Bewegung der Führungselemente nehmen.

[0016] Wird eine Kraft in einer bestimmten Richtung gemessen, so wird eine Drehbewegung durch die entsprechende Antriebseinrichtung zur Steuerung der Einrichtung mittels des Antriebsmotors unterstützt.

[0017] Ferner kann bspw. im Betrieb eines Autopiloten eines Flugzeuges eine entsprechende Bewegung des Handgriffes angezeigt und mittels der Antriebseinrichtungen mitgefahren werden.

[0018] Eine derartige Vorrichtung bietet vielerlei Einsatzmöglichkeiten, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. Die Erfindung soll allerdings nicht auf diese Anwendung beschränkt sein.

[0019] Es soll ferner auch möglich sein, eine erfindungsgemässe Vorrichtung an beliebige Einrichtungen, Flugsimulatoren, Roboter od. dgl. einzusetzen. Bspw. auch in der Medizintechnik ist hier eine exakte Führung und Steuerung eines Roboters bspw. als Operationshilfe möglich.

[0020] Ferner soll eine derartige Einrichtung auch für Fun-Parks, Spiele, mit einer entsprechenden Kraft- oder Drehmomentenrückführung sowie auch auf dem Gebiet der Telemanipulation eingesetzt werden können. Der Erfindung sei hier keine Grenze gesetzt.

[0021] Ferner gewährleisten entsprechende separat je Drehbewegung um die jeweilige Achse angeordnete Anschlagelemente sowie Stopperelemente eine Bewegungsfreiheit der beiden Achsen unabhängig voneinander.

[0022] Keine Bewegungsfreiheit der Anschläge der einen Achse beeinträchtigt die Bewegungsfreiheit der anderen Achse. Hier sind separate Anschlagelement sowie Stopperelemente vorgesehen.

[0023] Ferner ist von Vorteil, dass hierdurch eine kompakte, leichte Bauweise mit den Bauteilen des Antriebsmotors, des Getriebes sowie der Führungselemente gewährleistet ist, die insgesamt ein sehr geringes Gewicht hat.

[0024] Ferner können grosse Kippmomente der Führungselemente aufgenommen werden, auch bei einer einseitigen Lagerung der Führungselemente. Dies hat insbesondere Vorteile beim Einbau, wo es auf das Einbaugewicht und insbesondere die Einbaugrösse ankommt.

[0025] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine perspektivisch dargestellte Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Steuern einer Einrichtung in einer Ruhelage;

Figur 2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung zum Steuern einer Einrichtung gemäss Figur 1;

Figur 3 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch die Vorrichtung gemäss Figur 1;

Figur 4 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Figur 1;

Figur 5 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Figur 1;

Figur 6 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Figur 5 als weiteres Ausführungsbeispiel;

Figur 7 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Figur 5 als weiteres Ausführungsbeispiel;

Figur 8 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss den Figuren 5 bis 7;

Figur 9 eine schematisch dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung gemäss Figur 1 mit einem Anschlagelement;

Figur 10 eine schematisch dargestellte Draufsicht der Vorrichtung gemäss Figur 9 mit Anschlagelement;

Figur 11 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Funktionsweise der Anschlagelemente gegenüber zwei verdrehbaren Achsen;

Figur 12 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Funktionsweise der Anschlagelemente und Stopperelemente auf den beiden verdrehachsen.

[0026] Gemäss Figur 1 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung R₁ ein Gehäuse 1 auf, in welchem an einer Stirnwand 2 ein erstes Führungselement 3.1 um eine Achse A verdrehbar angeordnet ist.

[0027] Das Führungselement 3.1 steht mit einer Antriebseinrichtung 4.1, insbesondere einem vorzugsweise elektrisch betrieben Antriebsmotor 5.1 und einem anschliessenden Getriebe 6.1 in Verbindung, wie es näher in den Figuren 3 und 4 aufgezeigt ist.

[0028] Das Führungselement 3.1 weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Haltearm 7 auf, welcher aus der Achse A in etwa rechtwinklig mittels einer Halteplatte 8 herausläuft und mit einer daran in etwa rechtwinklig anschliessenden Aufnahmeplatte 9 einen rechten Winkel bildet. Die Aufnahmeplatte 9 verläuft in etwa parallel zur Achse A.

[0029] An der Aufnahmeplatte 9 ist vorzugsweise rechtwinklig zur Achse A ein zweites Führungselement 3.2 gelagert, welches über eine zweite Antriebseinrichtung 4.2, insbesondere Antriebsmotor 5.2 drehbar um die Achse B gelagert ist.

[0030] In einem Schnittpunkt S, zwischen den beiden Achsen A und B befindet sich bevorzugt der Drehpunkt P eines Handgriffes 10, welcher in etwa mittig dem zweiten Führungselement 3.2 senkrecht nach oben abragend aufsitzt.

[0031] Dem Handgriff 10 und/oder dem Führungselement 3.2 kann zumindest ein Kraftsensor 11.1, 11.2 zugeordnet sein, wie es insbesondere in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist.

[0032] Der Kraftsensor 11.1, 11.2 hat die Aufgabe bei einem manuellen Bewegen des Handgriffes 10 eine Kraft- und eine Bewegungsrichtung zu erkennen, um eine zwangsweise Führung bzw. auch eine unterstützte Bewegung des Handgriffes 10 in die jeweilige gewünschte Richtung durch entsprechendes Verdrehen der Führungselemente 3.1, 3.2 mittels der Antriebseinrichtungen 4.1, 4.2 zuzulassen.

[0033] Zu diesem Zweck sind Kraftsensor 11.1, 11.2 sowie die Antriebseinrichtungen 4.1, 4.2 mit einer Steuerung 12, wie sie in Figur 1 angedeutet ist, verbunden.

[0034] Insbesondere zeigt das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 5, dass das Führungselement 3.1 über Lagerelemente 13 gegenüber dem Gehäuse 1 einseitig gelagert ist.

[0035] Von Vorteil ist, dass sehr grosse Lagerelemente 13 eingesetzt werden können, damit das Führungselement 3.1 einseitig um die Achse A verdrehbar gegenüber dem Gehäuse 1 gelagert werden kann. Die Lagerelemente 13 können grosse Kräfte aufnehmen.

[0036] An das Führungselement 3.1 schliesst als dessen Bestandteil der Haltearm 7 winkelig an. Dabei sitzt dem Führungselement 3.1 die Halteplatte 8 auf, an welche aussermittig zur Achse A und in etwa parallel zur Achse A die Aufnahmeplatte 9 anschliesst. Dort sind Lagerelemente 14 angeordnet, die das Führungselement 3.2 drehbar und verschwenkbar um die Achse B lagern.

[0037] In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 6 ist eine Vorrichtung R₂ aufgezeigt, bei welcher im wesentlichen alle oben beschriebenen Bauteile entsprechend den Figuren 1 bis 5 beinhaltet sind. Unterschiedlich ist, dass das Führungselement 3.2 mit integrierter Antriebseinrichtung 4.2 beiderends gegenüber dem Haltearm 7 über zusätzliche Lagerelemente 14 um die Achse B drehbar gelagert ist. Eine zweiseitige Lagerung ist hier realisiert. Hierzu schliesst eine weitere Aufnahmeplatte 9 andernends an die Halteplatte 8 an.

[0038] Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 7 ist eine Vorrichtung R₃ aufgezeigt, bei welcher entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 zwar die Führungselemente 3.2, beideseitig um die Achse B gelagert sind, jedoch der Haltearm 7 nicht nur einends über die Lagerelemente 13 sondern auch andernends über weitere Lagerelemente 13, wie hier schematisch angedeutet um die Achse A drehbar gelagert ist. An eine zweiseitige Lagerung ist hier gedacht.

[0039] In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Figur 8 ist eine Vorrichtung R₄ aufgezeigt, bei welcher das Führungselement 3.2 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung R₁ gemäss Figur 5 einseitig um die Achse B verdrehbar gelagert ist.

[0040] Im Anschluss an das Führungselement 3.1 ist der Haltearm 7 beidseitig verdrehbar um die Achse A, wie schematisch angedeutet, über die weiteren Lagerelemente 13 gelagert. Auch diese Art der Lagerung soll vom vorliegenden Erfindungsgedanken umfasst sein.

[0041] In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 9 ist eine Vorrichtung R₅ aufgezeigt, die im wesentlichen von ihrem Aufbau der Vorrichtung gemäss den Figuren 1 bis 4 entspricht.

[0042] Dort ist an der Halteplatte 8 ein Anschlagelement 15.1 angeordnet, welches eine Drehbewegung des Führungselementes 3.2 bezüglich seiner Endlagen begrenzt. Entsprechende Stopperlemente 16.1, 16.2 können die Bewegung des Führungselementes 3.1, 3.2 begrenzen. Diese schliessen stirnseitig an das Führungselement 3.2 an.

[0043] In der entsprechenden Draufsicht sind Anschlagelement 15.1 und Stopperelement 16.1, 16.2 in etwa nahe der Achse A innerhalb der Halteplatte 8 des Haltearmes 7 angeordnet.

[0044] Ferner ist ein weiteres Anschlagelement 15.2 vorzugsweise an der Stirnwand 2 des Gehäuses 1 festgelegt, um mit den beiden radial an der Halteplatte 8 des Haltearmes 7 rückseitig angeordneten Stopperelementen 16.3, 16.4 eine Bewegungsrichtung des Führungselementes 3.1 um die Achse A zu beschränken. Von Vorteil bei der vorliegenden Erfindung ist, dass jede Bewegungsrichtung der Führungselemente 3.1, 3.2 entweder um die Achse A oder um die Achse B unabhängig ist und die beiden Anschlagelemente 15.1, 15.2 miteinander nicht gekoppelt sind.

[0045] In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 11 ist schematisch die Funktionsweise der Vorrichtung R₅ als Draufsicht dargestellt. Dort ist die Bewegung des Führungselementes 3.1, um die Achse A durch das Anschlagelement 15.2 welches endseits der Halteplatte 8 und/oder deren Aufnahmeplatte 9 angeordnet ist, gegenüber zwei an der Stirnwand 2 des Gehäuses 1 angeordneten Stopperelementen 16.3, 16.4, wie auch in Figur 12 dargestellt begrenzbar.

[0046] Dabei können die Stopperelemente 16.1 bis 16.4 entsprechende Justiereinrichtungen aufweisen, um einen genauen Anschlag entsprechend zu begrenzen.

[0047] Die Stopperelemente 16.1 bis 16.4 sowie auch die Anschlagelemente 15.1, 15.2 können aus Nylon, Metall od. dgl. Materialien auch in Kombination hergestellt sein. Es ist auch daran gedacht, die entsprechenden SLopperelemente 16.1 bis 16.4 zu dämpfen, um ein Auftreffen auf einen Anschlag zu dämpfen.

[0048] Ebenfalls ist aus den Figuren 11 und 12 ersichtlich, wie die entsprechenden Stopperelemente 16.1, 16.2 gegenüber dem Anschlagelement 15.1 die Drehbewegung um die Achse B entsprechend beschränken.

[0049] Wichtig ist allerdings, dass die Drehbewegungen der Führungselemente 3.1, 3.2 um die jeweiligen beiden Achsen A, B unabhängig voneinander durch die entsprechenden Stopperelemente 16.1 bis 16.4 gegenüber den Anschlagelementen 15.1, 15.2 möglich sind.

[0050] Dies gewährleistet einen universellen Einsatz der Vorrichtung R₅, so dass bspw. bei Anliegen an einem Anschlagelement des einen Führungselementes das andere Führungselement in seinem Drehbereich bzw. Schwenkbereich uneingeschränkt betätigt werden kann. Dies soll vom vorliegenden Erfindungsgedanken umfasst sein.

Positionszahlenliste
1	Gehäuse	34		67
2	Stirnwand	35		68
3	Führungselement	36		69
4	Antriebseinrichtung	37		70
5	Antriebsmotor	38		71
6	Getriebe	39		72
7	Haltearm	40		73
8	Halteplatte	41		74
9	Aufnahmeplatte	42		75
10	Handgriff	43		76
11	Kraftsensor	44		77
12	Steuerung	45		78
13	Lagerelement	46		79
14	Lagerelement	47
15	Anschlagelement	48
16	Stopperelement	49
17		50		R1	Vorrichtung
18		51		R2	Vorrichtung
19		52		R3	Vorrichtung
20		53		R4	Vorrichtung
21		54		R5	Vorrichtung
22		55
23		56		A	Achse
24		57		B	Achse
25		58
26		59		P	Drehpunkt
27		60
28		61		S	Schnittpunkt
29		62
30		63
31		64
32		65
33		66

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Steuern einer Einrichtung wie bspw. Flugzeug, Flugsimulator, Roboter od. dgl., mit einem Handgriff (10) welcher um zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen (A, B) bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Handgriff (10) zumindest ein Kraftsensor (11.1, 11.2) zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung von Führungselementen (3.1, 3.2) auf den Achsen (A, B) zugeordnet ist und die in den Achsen (A, B) gelagerten Führungselemente (3.1, 3.2) separat über jeweils eine in diesen integrierte Antriebseinrichtung (4.1, 4.2) antreibbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff (10) um einen Drehpunkt (P) gelagert ist, welcher einem Schnittpunkt (S) der Achsen (A, B) entspricht, wobei ein Führungselement (3.1) in einem Gehäuse (1) gelagert ist, und ausserhalb des Gehäuses (1) ein winkelig angeordneter Haltearm (7), aussermittig zur Achse (A) vorgesehen ist, an welchen senkrecht zur Achse (A) das zweite Führungselement (3.2) drehbar um die Achse (B) anschliesst, und das erste Führungselement (3.1) über Lagerelemente (13) gegenüber dem Gehäuse (1) einseitig um die Achse (A) verdrehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Haltearm (7) senkrecht zur Achse (A) das zweite Führungselement (3.2) drehbar um die Achse (B) anschliesst.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4.1, 4.2) einen Antriebsmotor (5.1, 5.2) und ggf. ein Getriebe (6.1, 6.2) aufweist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen (4.1, 4.2), Antriebsmotoren (5.1, 5.2), Getriebe (6.1, 6.2) sowie der zumindest eine Kraftsensor (11.1, 11.2) mit einer Steuerung (12) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Führungselement (3.2) senkrecht zum ersten Führungselement (3.1) gegenüber dessen Haltearmen (7) über weitere Lagerelemente (14) gelagert ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Führungselement (3.2) einseitig am Haltearm (7) aussermittig der Achse (A) um die Achse (B) verdrehbar gelagert ist.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (7) beidseitig um die Achse (A) gelagert ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (7) u-förmig ausgebildet ist, zwischen welchem beidseitig das zweite Führungselement (3.2) aussermittig der Achse (A) um die Achse (B) verdrehbar gelagert ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (7) beidseitig um die Achse (A) und an diesem beidseitig das zweite Führungselement (3.2) um die Achse (B) verdrehbar gelagert ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungselement (3.1) mit einem Anschlagelement (15.2) gegenüber zumindest einem Stopperelement (16.3, 16.4) um die Achse (A) begrenzt verschwenkbar ist und/oder das zweite Führungselement (3.2) gegenüber zumindest einem Anschlagelement (15.1) mit zumindest einem Stopperelement (16.1, 16.2) um die Achse (B) begrenzt verschwenkbar ist, ohne dass jeweils die Bewegungsfreiheit der anderen Achse (A oder B) begrenzt oder beeinträchtigt und zur Begrenzung der Bewegung des Führungselementes (3.1) um die Achse (A) an einer Aufnahmeplatte (9) des Haltearmes (7) angeordnet ist, wobei zumindest ein entsprechendes Stopperelement (16.3, 16.4) einer Seitenwand (2) des Gehäuses (1) zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopperelemente (16.1 bis 16.4) einen Weg der Anschlagelemente (15.1, 15.2) einstellbar begrenzen und ggf. zur Feineinstellung der Endlagen mit einer Justiereinrichtung versehen sind.

Zeichnung