CONTROL ASSEMBLY

Abstract: 1. Control device for the representation on the display screen of a visual display unit using output signals of electric sensors (5...13) of a flexible control rod (1), which are controlled by the motion of the control rod (1), whereby a flexible part (2) of the control rod (1) is securely mounted at one point and is otherwise able to bend in at least one direction of motion and the sensors (5...13) which are sensitive to power or motion are attached in such a way to the control device that with movement of the control rod (1) in at least one direction of motion a control of the sensors (5...13) is able to be achieved, characterised in that the sensors (5...13) are applied directly on the surface of the flexible part (2) and detect a change in the surface of the flexible part (2) in such a way that with the control of the sensors (8, 9, 10, 11) with movement transverse to the longitudinal axis (7) the direction of motion of a cursor (17) on the screen is able to be altered, by compressing the control rod (1) an en-largement or diminution of the scale of the pictorial representation and with extension an alteration of the scale opposed up to this is able to be reached and that with rotation of the control rod (1) a displacement and/or rotation of the picture represented on the display screen (15) of the visual display unit is able to be carried out.

Description: Steuervorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für die Umsetzung von mechanischen Bewegungen und/oder Kräften in elektrische Signale gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art (DE-A20 30 048) werden die Ausgangssignale der kraft- bzw. bewegungsempfindlichen Sensoren zur Steuerung von Elektromotoren herangezogen, die wiederum mit Richtmitteln für Zielverfolgungsinstrumente zusammenwirken. Es können somit bei der bekannten Steuervorrichtung Handbewegungen einer steuernden Person in entsprechende mechanische Bewegungen eines Objekts umgewandelt werden. Es ist weiterhin bereits bekannt, von Hand bedienbare Steuerstäbe (sogenannte Joysticks) so aufzubauen, dass an einem beweglich gehaltenen Ende beispielsweise Potentiometer, Drehwinkelgeber oder Schalter angebracht werden, deren Widerstandswerte oder Schaltzustände bei einer Betätigung des Steuerstabs verändert werden können. Die Bewegung kann hier auch in mehreren Freiheitsgraden erfolgen, wobei für jede Bewegungsrichtung beispielsweise ein Potentiometer angebracht ist. Steuerstäbe mit einem solchen Aufbau werden z. B. bei Funkfernsteuerungen für Modellflugzeuge verwendet. Die Nachteile dieser Steuerstäbe sind insbesondere die Verwendung von beweglichen Teilen - z. B. die Schleifer der Potentiometer -, die störanfällig sind, und der eingeschränkte Bewegungsspielraum, der durch die Konstruktion des Steuerstabes mit den mechanisch gekoppelten Potentiometern oder Schaltern vorgegeben ist. Der Erfindung liegt die Aufhabe zugrl!nde, eine Steuer- vorrichtung für die Umsetzung von mechanischen Bewegungen und/oder Kräften in elektrische Signale zu schaffen, bei der eine störsichere Ubertragung von mechanischen Betatigungen des Steuerstabes in elektrische Signale und eine optimale Ausnutzung aller Bewegungsmöglichkeiten des Steuerstabes durch Auswertung der Signale in elektronischen Darstellungsmitteln möglich sind. Zur Losung dieser Aufgabe weist eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 auf. Besonders bei der Steuerung einer Bilddarstellung auf Sichtgeraten ist es wünschenswert, eine Vielzahl von Steuerungsparametern ausnutzen zu können. Beispielsweise bei der Steuerung eines Cursors auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes ist es vorteilhaft, nicht nur die Bewegungsrichtung, sondern auch die Bewegungsgeschwindigkeit des Cursors über die Sensoren zu beeinflussen. Bei der erfindungsgemassen Anordnung kann dies leicht durch Erfassung des Ausmasses der Beeinflussung der Sensoren erreicht werden. Auch eine Ver änderung der Bilddarstellung an sich, z. B. hinsichtlich der Lage oder des Massstabs der Darstellung, ist hier durch die Vielzahl der Bewegungskomponenten des Steuerstabes möglich, so dass durch eine Betätigung des freien Endes des Steuerstabes mit einer Hand alle diese Steuerfunktionen ausgeführt werden können. Es ist auch denkbar, mit der erfindungsgemässen Anordnung in einer Bewegungsrichtung ein Verschlusssignal (Lock) für eine Fixierung der Bilddarstellung zu detektieren, wodurch entweder die Stellung des Cursors oder sonstige Eigenschaften der Darstellung festgehalten werden können. In vorteilhafter Weise sind die genannten Sensoren sogenannte Mehrkomponenten-Kraftsensoren, nämlich Dehnungsmessstreifen, wahlweise Halbleiter- oder konventionelle Metall Dehnungsmessstreifen, die bei Dehnung eine Änderung ihrer elektrischen Werte erfahren. Um eine komfortable Bildschirmsteuerung zu erreichen, weist die erfindungsgemässe Steuervorrichtung in vorteilhafter Weise die Merkmale nach einem der Unteransprüche 2 bis 4 oder einer Kombination dieser Ansprüche auf. Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei Figur 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Steuervorrichtung, Figur 2 Schnittdarstellungen durch verschiedene Schnittebenen des flexiblen Teilstücks eines Steuerstabes, Figur 3 einen Anwendungsfall zur Steuerung eines Cursors auf einem Bildschirm, Figur 4 eine Zerlegung der Kraft- bzw. Bewegungskomponenten des Steuerstabes und Figur 5 ein elektrisches Blockschaltbild für eine Anwendung des Steuerstabes zur Steuerung der Darstellung auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes zeigen. Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Steuerstabes 1 ist ein flexibles Teilstück 2 an einer Halterung 3 fest montiert; das andere Ende des Teilstücks 2 trägt einen Griff 4, mit dem der Steuerstab 1 von Hand betätigbar ist. Das flexible Teilstück 2 trägt die Dehnungsmessstreifen aus Halbleitermaterial als kraftbzw. bewegungsempfindliche Sensoren. Dehnungsmessstreifen 5 und 6 (Dehnungsmessstreifen 6 hier nicht sichtbar, da er auf der gegenüberliegenden Seite des Teilstücks 2 liegt) liegen hier im oberen Teil quer zur Längsachse 7 des Steuerstabs 1. Parallel zum Verlauf der Längsachse 7 sind Dehnungsmessstreifen 8, 9, 10 und 11 angebracht (Dehnungsmessstreifen 11 hier nicht sichtbar, da er dem Dehnungsmessstreifen 9 auf der anderen Seite des Teilstücks 2 gegen überliegt). Weiterhin befinden sich zusätzliche Dehnungs messstreifen 12 und 13 auf dem Teilstück ,j die jeweils in 450 zur Längsachse 7 gekreuzt übereinander angeordnet sind. In der Figur sind ferner Schnittebenen A-A', B-B' und C-C' angegeben, wobei diese Schnittdarstellungen in der Figur 2 gesondert gezeichnet sind. Im Teil a) der Figur 2 ist der Schnitt A-A' sichtbar, wodurch die Lage der beiden Dehnungsmessstreifen 5 und 6 am Teilstück 2 erkennbar ist. Im Teil b) ist der Schnitt B-B' mit den Dehnungsmessstreifen 8, 9, 10 und 11 dargestellt, und im Teil c) ist der Schnitt C-C' gezeichnet, wobei die beiden Dehnungsmessstreifen 12 und 13 übereinanderliegend angegeben sind. Im Teil d) der Figur 2 sind die Kräfte eingezeichnet, die auf den Steuerstab 1 und somit auf das flexible Teilstück 2 aufbringbar sind. Die Kraft Kl ist in Richtung der Längsachse 7 wirksam, wobei sie in der hier angegebenen Darstellung in die Zeichenebene hineinwirkt, sie kann jedoch auch in entgegengesetzter Richtung wirksam sein. Die Kräfte K2 und K3 wirken jeweils quer zur Längsachse 7 und befinden sich in einem Winkel von 900 zueinander. Ausserdem kann noch ein Drehmoment M1 aufgebracht werden, mit dem eine Torsionsbewegung des flexiblen Teilstücks 2 und somit des Steuerstabs in der hier dargestellten Richtung, aber auch in der entgegengesetzten Richtung durchgeführt werden kann. Alle diese Betätigungskräfte können in ihrem Ausmass an die menschliche Hand angepasst wer den, mit der die Bedienung des Steuerstabs vorgenommen wird. Aus den Darstellungen nach der Figur 2 ist entnehmbar, dass beispielsweise bei einer durch eine entsprechende Bewegung des Steuerstabs verursachten Kraft K1 die Dehnungsmessstreifen 12 und 13 auf Dehnung beansprucht werden und somit eine Vfränderung ihrer elektrischen Eigenschaften und die Erzeu L,ng eines entsprechenden elektrischen Signals bewirkt werden kann. Bei Einwirkung einer Kraft K2 durch eine entsprechende Bewegung des Steuerstabs 1 wird insbesondere der Dehnungsmessstreifen 9 (vergleiche Teil b) der Figur 2) auf Dehnung beansprucht und der Dehnungsmessstreifen 11 gestaucht, wodurch auch mit diesen Dehnungsmessstreifen entsprechende elektrische Signale erzeugt werden können. Bei Einwirkung einer Kraft K3 wird insbesondere der Dehnungsmessstreifen 8 auf Dehnung und der Dehnungsmessstreifen 10 auf Stauchung beansprucht, wodurch auch diese Bewegung des Steuerstabs 1 detektiert und in ein elektrisches Signal umgesetzt werden kann. Eine Torsionsbewegung aufgrund des Drehmomentes M1 führt zu einer Dehnung bzw. Stauchung der beiden Dehnungsmessstreifen 12 bzw. 13 und somit zu einem entsprechenden drehmomentabhängigen, elektrischen Signal. In der Figur 3 ist ein Anwendungsfall des erfindungsgemä ssen Steuerstabs 1 dargestellt, wobei auf einem Bildschirm 15 eines Sichtgeräts 16 ein Cursor genannter Markierungspunkt 17 in seiner Lage auf dem Bildschirm verschoben werden soll. Die hierfür erforderlichen Kräfte am Steuerstab 1 sind in der Figur 4 dargestellt, wobei bei der in der Figur 3 angedeuteten Bewegung von links unten nach rechts oben die von den Dehnungsmessstreifen 8 ... 11 detektierten Teilkräfte K2 und K3 zu einer Gesamtkraft K führen, die durch die Grösse der Teilkräfte K2 und K3 in ihrer Richtung und in ihrem Betrag festgelegt ist. Die Steuerung des Cursors 17 kann in einfacher Weise derart vorgenommen werden, dass aus der Vektorrichtung der Gesamtkraft K die Cursorbewegungsrichtung und aus der Vektorlänge der Gesamtkraft K die Cursorbewegungsgeschwindigkeit erfasst werden kann. In der Figur 4 sind ausserdem noch die Kräfte K1 und M1 dargestellt, mit denen beispielsweise eine Verschiebung oder eine Drehung der gesamten Darstellung auf dem Bildschirm 15 durch das Drehmoment M1 oder eine Veränderung des Massstabs der Darstellung auf dem Bildschirm 15 mit der Kraft K1 erreicht werden kann. Bei dem in der Figur 5 dargestellten elektrischen Blockschaltbild sind die einzelnen Sensoren bz. Dehnungsmessstreifen 5 ... 13 (vergleiche Figur 1) schematisch in einem Baustein 20 dargestellt. Die Dehnungsmessstreifen werden von einem Speisegerät 21 mit einer Spannung versorgt und können beispielsweise innerhalb des Bausteins 20 in einer Brückenschaltung so zusammengeschaltet werden1 dass sie bei einer Krafteinwirkung auf die Sensoren bzw. Dehnungsmessstreifen ein entsprechendes elektrisches Signal am Ausgang 22 erzeugen. In einem Messverstärker 23, der auch eine integrierende Wirkung aufweisen kann, werden diese Signale verstärkt und in einem A/D-Wandler 24 in eine entsprechende binäre Information umgewandelt. Der daran angeschlossene Mikroprozessor 25 formt die Signale in entsprechende Informationen für die hier geforderte zeilenmässige Bilddarstellung um und ermittelt beispielsweise die aus der Vektorrrichtung bzw. der Vektorlänge der Gesamtkraft K zu berechnenden Bewegungsrichtungs- und Geschwindigkeitsgrössen. Die Ausgangssignale des Mikroprozessors 25 werden über eine Sichtgerätesteuerung 26 den Signalverarbeitungsteilen des Sichtgeräts 16 zugeführt, so dass auf dem Bildschirm 15 die anhand der Figuren 2 bis 4 dargelegten Auswirkungen auf den beweglichen Cursor 17 bzw. auf die Veränderung der Bilddarstellung im Sichtgerät 16 durchgeführt werden können. 4 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Steuervorrichtung für die Umsetzung von mechanischen Bewegungen und/oder Kräften in elektrische Signale mit - elektrischen Sensoren (5 ... 13) an einem Steuerstab (1), die von der Bewegung des Steuerstabs (1) beeinflusst wer den und die entsprechende elektrische Signale abgeben, - einem flexiblen Teilstück (2), das an einem Ende fest montiert ist und über sein anderes Ende in mindestens einer Bewegungsrichtung verbiegbar ist und - mit mindestens einem am flexiblen Teilstück (2) derart angebrachten kraft- bzw. bewegungsempfindlichen Sensor (5 ... 13), dass bei einer Bewegung in der mindestens ei nen Bewegungsrichtung eine Beeinflussung des Sensors (5 ... 13) erreichbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - zur Steuerung der Bewegung eines Cursors (17) und der Darstellung auf dem Bildschirm (15) eines Sichtgerätes die Ausgangssignale des Steuerstabs (1) derart ausge wertet werden, dass - mit der Beeinflussung der Sensoren (8, 9, 10, 11) für Bewegungen quer zur Längsachse (7) die Bewegungsrich tung des Cursors (17) veränderbar ist, - bei Stauchung des Steuerstabs (1) eine Vergrösserung oder Verkleinerung des Massstabs der Bilddarstellung und bei Dehnung eine hierzu entgegengesetzte Anderung des Massstabs erreichbar ist und dass - mit einer Drehung des Steuerstabs (1) eine Verschie bung und/oder Drehung des auf dem Bildschirm (15) des Sichtgeräts dargestellten Bildes durchführbar ist. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Ausgangssignale der Sensoren (5 ... 13) derart ver arbeitet werden, dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Cursors bzw. die Änderungsgeschwindigkeit der Bild schirmdarstellung mit dem Grad der Auslenkung der Sen soren (5 ... 13) verändert. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i n h n e t , dass - bei Beendigung der Auslenkung der Sensoren (5 .. 13) der Cursor bzw. die Bildschirmdarstellung im zuletzt erreich ten Zustand verbleibt. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Ausgangssignale der Sensoren (5 ... 13) von einem in tegrierenden Verstärker (23) verarbeitet werden.

Inventors: FRITZ, HARALD, DIPL.-ING., WURLL, PETER, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1985
Main classification: G06K11
IPC codes: C21D8, C21D3, G05G9