Джойстик для управления подвижным объектом

Область техники
Настоящая полезная модель относится к области устройств управления техническими или виртуальными объектами, а именно к джойстикам. Полезная модель может быть использована в авиастроении, робототехнике в качестве средства ручного управления для подвижных объектов, частями их оборудования или тренажеров, моделирующих функционирование подвижных объектов.
Уровень техники
Известен магнитный джойстик, раскрытый в патенте РФ на полезную модель № 171 081 (опубл. 19.05.2017). Известный джойстик содержит магнитный шар, на одном из полюсов которого закреплен рычаг. Рычаг установлен с возможностью поворота вокруг своего центра. Изменение положения датчика считывается магниточувствительными датчиками, выходные сигналы которых поступают на микроконтроллер. Микроконтроллер на основе сигналов от датчиков выдает управляющие сигналы на объект управления. Полезная модель позволяет увеличить диапазон поворота рычага, обеспечить самоустановку рычага в исходном положении и упростить конструкцию.
Известен силовой джойстик, раскрытый в патенте РФ на полезную модель № 192 186 (опубл. 05.09.2019). Известный джойстик содержит рычаг-рукоять, закрепленную на силовой платформе. Рукоять имеет насечки и выемки для пальцев рук пользователя. Элемент крепления рычага-рукояти к платформе представляет собой вакуумную присоску, в верхней части которой размещен рычаг управления ею. Полезная модель обеспечивает управление объектами путем варьирования величины усилий, развиваемых кистью руки человека.
Известен полиджойстик для гиперманевренного управления, раскрытый в патенте РФ на изобретение № 2 497 177 (опубл. 27.10.2013). Известный полиджойстик содержит ручки управления, в верхней части которых установлены миниджойстики на фигурных полках. Фигурные полки отходят в сторону указательного и среднего пальцев руки или огибают ручку управления. Средняя часть полиджойстика имеет форму, адаптированную для охвата кистью руки. Каждая ручка управления имеет возможность регулировки положения под длину рук пилота. Полезная модель позволяет быстро и легко формировать команды управления для летательных аппаратов в условиях действия сильных вибраций и перегрузок.
Известна рукоятка боковой ручки органа управления летательного аппарата, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2638049 (опубл. 11.12.2017, конвенционный приоритет: 28.11.2011 US 13/305,721) - прототип. Известная рукоятка содержит основание, продолговатую стойку рукоятки, головку у верхней концевой части этой стойки. Вбок и вверх относительно стойки простирается поверхность опоры большого пальца. Причем головка включает в себя разделенную лицевую поверхность, ограничивающую внутреннюю лицевую и наружную лицевую поверхности, расположенные в плане рядом друг с другом, и внутреннюю и наружную нажимные кнопки. При этом плоские верхние поверхности нажимных кнопок образуют между ними угол от 10 до 15 градусов. Полезная модель обеспечивает улучшенное качество оперирования и доступность различных функций управления, таких как функция быстрого отключения автопилота, связи, передача приоритета управления.
Одной из задач, которую решают известные аналоги, является снижение требуемых от пользователя усилий для получения ожидаемого результата, например, изменения ориентации в пространстве летательного аппарата. Однако при этом упомянутые выше аналоги не позволяют снизить утомляемость пользователя при продолжительном во времени управлении подвижным объектом, поскольку либо не рассчитаны на использование в течение длительного времени, либо в их основе лежит иная решаемая техническая задача. Например, в решении, выбранном в качестве прототипа, не предусмотрены выступы в рукоятке для более комфортного хвата рукой, отсутствует опора для кисти, однородная форма кнопок не предоставляет возможности разместить на лицевой части головки рукоятки большее их число различающимися функциями, поскольку в течение длительного времени использования тактильно они будут ощущаться пользователем одинаково, несмотря на модифицированную в этом аналоге форму головки.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в создании джойстика, предназначенного для управления реальными, виртуальными, подвижными объектами.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в снижении утомляемости руки пользователя при продолжительном во времени управлении реальными, виртуальными, подвижными объектами.
В качестве упомянутого реального, виртуального, подвижного объекта может выступать летательный, наземный, водный аппарат, тренажер, имитирующий эти аппараты.
Полезная модель раскрывает джойстик, содержащий продолговатую рукоятку, верхняя концевая часть которой снабжена головкой с размещенными на ее лицевой стороне кнопками, датчик положения, способный измерять отклонение рукоятки, основание, в котором размещена плата управления, связанная с кнопками и датчиком положения. В отличие от прототипа, в боковой поверхности рукоятки выполнены выемки для пальцев и кистевой упор в виде горизонтальной полки, при этом кнопки на головке рукоятки размещены на траектории движении большого пальца и часть из них выполнена с различающейся друг от друга фактурой поверхности.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящей полезной модели могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.
В частности, рукоятка выполнена полой.
В частности, внутренняя поверхность рукоятки снабжена ребрами жесткости.
В частности, джойстик дополнительно может содержать по меньшей мере одну кнопку, размещенную на боковой поверхности рукоятки.
В частности, боковая поверхность рукоятки может быть снабжена фрикционной накладкой, размещенной в области контакта ладони с рукояткой.
В частности, тыльная сторона головки рукоятки может быть снабжена курком, связанным с платой управления. При этом спуск курка может быть выполнен с выемкой для пальца.
В частности, рукоятка может быть жестко соединена с датчиком положения, при этом место соединения закрыто защитным кожухом.
В частности, датчик положения может быть снабжен карданным шарниром.
В частности, по меньшей мере одна из кнопок, размещенных на головке рукоятки, может быть выполнена двухпозиционной.
В частности, по меньшей мере одна из кнопок, размещенных на головке рукоятки, может быть выполнена многопозиционной.
В частности, плата управления дополнительно снабжена системой обработки сигналов и поддерживает протоколы информационного взаимодействия с внешними устройствами вычислительной техники.
В частности, плата управления содержит RC-цепь с возможностью защиты от дребезга контактов электротехническим способом.
В частности, плата управления выполнена с возможностью программного регулирования задержки после первого срабатывания одной из кнопок. Это также обеспечивает возможность защиты от дребезга контактов.
В частности, плата управления выполнена с возможностью программного регулирования зоны нечувствительности отклонения ручки.
В частности, джойстик выполнен с нулевым механическим люфтом.
Под термином «подвижный объект» понимается объект, способный двигаться в широком смысле слова. Например, при употреблении этого термина к тренажеру, имитирующему реальный объект, очевидно, что тренажер не обязательно является движущемся в пространстве. Однако сам по себе виртуальный объект, выполняемый посредством программных инструкций на тренажере (компьютере), является подвижным в программной среде.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - иллюстрирует чертеж заявленного джойстика в виде спереди.
Фиг.2 - иллюстрирует чертеж заявленного джойстика в виде сбоку.
Фиг.3 - иллюстрирует чертеж заявленного джойстика с более детальным изображением курка.
Описание варианта осуществления полезной модели
Описание варианта осуществления полезной модели может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания ее сущности и изложено с ссылками на Фиг.1, которая иллюстрирует чертеж заявленного джойстика в виде спереди, и Фиг.2, которая иллюстрирует чертеж заявленного джойстика в виде сбоку. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность полезной модели, а сделать ее более ясной.
В соответствии с Фиг.1, джойстик содержит основание 1, служащее одновременно корпусом для платы управления. Непосредственно сверху на основании 1 установлен датчик 2 положения рукоятки. Датчик 2 снабжен карданным шарниром, обеспечивающим его подвижность относительно основания, и магниточувствительным элементом, например, датчиком Холла. Датчик Холла изменяет сопротивление в зависимости от направления и величины магнитного поля. За счет этого датчик 2 измеряет отклонение рукоятки по двум осям, преобразуя его в электрический сигнал, которые затем передает на плату управления. С датчиком 2 жестко соединена продолговатая рукоятка 4, при этом место их соединения закрыто защитным кожухом 3. Рукоятка 4 простирается вверх относительно основания 1. Верхняя концевая часть рукоятки 4 снабжена головкой. На ориентированной навстречу взгляду пользователя лицевой стороне головки размещены кнопки 7, электрически связанные с платой управления для обеспечения возможности отправки электрического сигнала на эту плату. На тыльной стороне головки, по большей части скрытой от взгляда пользователя, размещен курок 8, электрически связанный с платой управления для обеспечения возможности отправки электрического сигнала на эту плату. Спуск курка 8 выполнен изогнутым, с выемкой. Это способствует более надежному контакту с указательным пальцем, снижает риск соскальзывания пальца при манипулировании джойстиком.
В боковой поверхности рукоятки 4 выполнены выемки для пальцев, что позволяет выполнить обхват рукоятки, затратив меньшее количество усилий, при этом рука в процессе эксплуатации меньше соскальзывает под тяжестью своего веса, что также позволяет уменьшить утомляемость пользователя при манипулировании рукояткой 4 и взаимодействии с кнопками 7, спуском курка 8 (иллюстрирует Фиг.2). При этом в боковой поверхности рукоятки 4 выполнен кистевой упор 5 в виде горизонтально полки. Упор 5 простирается вбок относительно рукоятки 4 и служит для опоры кисти, дополнительно снижает эффект соскальзывания руки с рукоятки 4. Упор 5 выполнен в месте рукоятки 4, удобном для опоры кисти на него. Это может быть место, выбранное вблизи защитного кожуха 3, т.е. в нижней части рукоятки 4. На противолежащей стороне боковой поверхности рукоятки 4 в ее верхней части, ближе к головке, выполнен выступ, служащий опорой для большого пальца руки. На этом выступе также может быть размещена по меньшей мере одна кнопка, предпочтительно, одна. Помимо этого, боковая поверхность рукоятки 4 дополнительно снабжена фрикционной накладкой 6, размещенной в области контакта ладони с рукояткой 4, призванной дополнительно снизить эффект соскальзывания руки с рукоятки 4. Накладка 6 может иметь шероховатую или иного вида поверхность, увеличивающую трение при взаимодействии с рукой пользователя. Для того чтобы уменьшить вес джойстика и, как следствие, уменьшить количество усилий, необходимых для манипулирования им, рукоятка выполнена полой. Для того чтобы увеличить прочность полой рукоятки 4, на ее внутренней поверхности выполнены ребра жесткости.
Кнопки 7 на головке рукоятки 4 размещены по траектории движения большого пальца пользователя. Часть из кнопок 7 выполнена с различающейся друг от друга фактурой. Под фактурой понимается особенность отделки и/или строения поверхности кнопки. Различная фактура придает кнопкам 7 различные тактильные ощущения при соприкосновении с ними, что увеличивает скорость реакции пользователя при соприкосновении с кнопками. При этом кнопки могут быть различной конфигурации, размера, формы. Это упрощает поиск нужной кнопки 7, в особенности, если пользователь манипулирует джойстиком вслепую и требует скорости реакции при управлении летательным аппаратом. Предпочтительный вариант осуществления полезной модели предполагает, что на головке рукоятки 4 размещены шесть кнопок 7, при этом три из них имеют одинаковую конфигурацию и фактуру, две кнопки являются многопозиционными, в частности, четырехпозиционные, и имеют первый вид фактуры, одна кнопка является двухпозиционной и имеет второй вид фактуры.
Плата управления может быть сконфигурирована таким образом, чтобы сигнал, поступающий от изменения отклонения рукоятки 4, каждой кнопки 7 и курка 8 переводить из аналоговой формы в цифровую и приводить в соответствие с командной, назначенной на отклонение рукоятки 4, нажатие кнопки 7 и курка 8. Так, отклонение рукоятки 4 соответствует изменению направления визирования, нажатие курка соответствует команде сопровождения цели, нажатие той или кнопки активирует дополнительные функции реального, виртуального летательного аппарата. Кнопка, размещенная на выступе под большой палец, может служить для вызова команды остановки, уменьшения скорости.
Помимо этого, плата управления снабжена по меньшей мере одним цифровым интерфейсом. В качестве интерфейсов могут быть использованы стандартизированные цифровые интерфейсы. Эти интерфейсы необходимы для того, чтобы осуществлять обмен данными с внешним устройством вычислительной техники. При этом плата управления дополнительно снабжена системой обработки сигналов и поддерживает протоколы информационного взаимодействия с внешними устройствами вычислительной техники. Это обеспечивает возможность простой интеграции джойстика как средства управления в техническую систему, содержащую управляемый подвижный объект.
Для того чтобы обеспечить защиту от дребезга контактов, плата управления может содержать дополнительно RC-цепь с возможностью реализации такой функции электротехническим способом. Для достижения этой же цели плата управления может быть выполнена с возможностью программного регулирования задержки после первого срабатывания одной из кнопок.
Дополнительно плата управления выполнена с возможностью программного регулирования зоны нечувствительности отклонения ручки. Это позволяет эксплуатировать джойстик на разных типах технических объектов с различными вибрационными нагрузками на джойстик.
Перед использованием джойстик устанавливают на ровной поверхности при помощи фланца и крепежных элементов.
В соответствии с Фиг.3, курок 8 может быть приведенным в одно из следующих положений. Курок в положении 8 находится положении «работа», в этом положении на курок можно нажимать. Положение курка 8’ показывает то, на какую величину он перемещается при нажатии на него. Курок в положении 8’’ находится в положении «поход», в котором он повернут вверх, при этом кнопка курка защищена от случайного нажатия.
Таким образом, настоящая полезная модель позволяет снизить утомляемость руки пользователя при манипулировании частями джойстика - рукояткой, взаимодействии с кнопками, курком. В особенности положительные эффекты от осуществления настоящей полезной модели проявляются при продолжительном во времени управлении реальным или виртуальным летательным аппаратом. При этом следует понимать, что представленный выше предпочтительный вариант осуществления полезной модели только поясняет ее сущность и не должен быть истолкован как ограничивающий ее сущность. Полезная модель может быть дополнена иными деталями, свойствами, модификациями без отклонения от ее сущности, выраженной независимым пунктом формулы и уточненной зависимыми пунктами.