МАНИПУЛЯТОР ШАРОВОЙ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам, выполняющим функцию ввода информации, и применяется в изделиях специальной техники (авиационное и наземное применение).
Известно устройство ручного управления (патент на изобретение РФ № 2260834, опубл. 20.09.2005 г.), содержащее шар, фрикционно связанный с двумя валиками с взаимно перпендикулярными осями, размещенными в корпусе с возможностью вращения. На валиках закреплены диски с прорезями, которые взаимодействуют с датчиками декартовых координат. Технический результат достигается за счет введения плоских пружин, усилие поджатия которых создает момент трения, превышающий крутящий момент, передаваемый шаром на валики при вибрационных нагрузках, причем корпус устройства закреплен неподвижно. Недостатками такого решения являются низкая надёжность и точность электромеханического устройства.
Известен шаровой манипулятор (патент на полезную модель РФ № 159588, опубл. 10.02.2016 г.), включающий корпус с лицевой панелью, в котором размещены шар, датчик перемещения, соединенный с контроллером управления трекболом, прижимное кольцо, фиксирующее шар в корпусе. На лицевой панели вокруг шара размещены, по меньшей мере, три датчика приближения, каждый из которых содержит инфракрасный излучатель, излучающий световой поток импульсами с частотой излучения 30-50 кГц, и инфракрасный фотоприемник, фиксирующий отраженное от руки оператора излучение, соединенные с контроллером управления трекболом, который выполнен с возможностью приема сигнала об отраженном от руки оператора излучении и передачи сигнала о перемещении шара при наличии сигнала об отраженном от руки оператора излучении, совпадающим по фазе и частоте с излучающим излучением, и блокировки на передачу сигнала о перемещении шара при отсутствии сигнала об отраженном от руки оператора излучении. К недостаткам такого устройства можно отнести не надёжную работу при низких температурах, при интенсивной воздействующей вибрации, при воздействии сильных электромагнитных помех.
Задачей настоящей полезной модели является создание манипулятора шарового, отличающегося высокой надежностью и точностью работы при воздействии внешних факторов.
Технический результат заключается в повышении точности и стабильности вывода информации для применения в специальной технике.
Заявляемый технический результат достигается благодаря тому, что манипулятор шаровой состоит из корпуса, включающего лицевую панель и основание, двух кнопок, расположенных по бокам корпуса, трекбола, расположенного на лицевой панели, соединителя для подключения питания и выдачи сигналов, источника питания, и расположенного внутри корпуса модуля для формирования электрических сигналов, включающего в себя микроконтроллер, линзу, инфракрасный излучатель и сенсор с резисторами, расположенными на плате сенсора.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства, на фиг. 2 – общий вид манипулятора шарового. Позициями на фигурах обозначены:
1 – плата сенсора;
2 – соединитель;
3 – источник питания;
4 – микроконтроллер;
5 – сенсор;
6 – линза;
7 – буферы ввода-вывода;
8 – кнопка правая;
9 – кнопка левая;
10 – клавиша правая;
11 – клавиша левая;
12 – шар;
13 – трекбол;
14 – основание;
15 - панель лицевая
Манипулятор шаровой осуществляет формирование и выдачу электрических сигналов о положении шара трекбола и органов управления, расположенных на его лицевой поверхности, и выполняет функцию ввода информации для применения в изделиях специальной техники.
Манипулятор состоит из корпуса, включающего лицевую панель и основание, трекбола, расположенного на лицевой панели, двух кнопок, расположенных по бокам корпуса, модуля для формирования электрических сигналов, включающего в себя линзу, сенсор, и микроконтроллер, и соединителя для подключения питания и выдачи сигналов.
Трекбол представляет собой корпус, в котором размещены шар и плата сенсора, жестко закреплённого на лицевой панели манипулятора.
Основание конструктивно выполнено таким образом, чтобы манипулятор надежно крепился в устанавливаемое изделие на объекте.
На плате сенсора 1 манипулятора шарового расположен разъем для соединителя 2, через который подаётся питание на манипулятор, а так же осуществляется связь с другими изделиями и программирование манипулятора. С входного разъёма входное напряжение питания поступает на источник питания 3, который осуществляет преобразование входного напряжения в напряжения необходимые для питания микроконтроллера 4 и сенсора 5, на который установлена оптическая линза 6. Сенсор 5 расположен на плате сенсора 1 таким образом, что при установке платы сенсора 1 в трекбол 13 приемник сигнала сенсора 5, находится на оси вращения шара 12 на расстоянии, рекомендованном производителем сенсора 5 с линзой 6. На сенсоре 5 размещен инфракрасный излучатель. Инфракрасное излучение от излучателя сенсора 5, проходя через линзу 6, фокусируется на шаре 12, при вращение которого сенсор фиксирует (с частотой 8 кадров в секунду) изменения отраженного инфракрасного излучения, и с выхода сенсора информация о вращении передаётся на микроконтроллер 4. Микроконтроллер 4  по программе производит преобразование полученной информации от сенсора 5 в необходимый вид сигнала и через буфер ввода-вывода 7, выдаёт сигнал на соединитель 2. Также микроконтроллер 4 осуществляет контроль за работой резисторов, которые расположены на плате сенсора 1, и являются нагревательными элементами, поддерживающими необходимую температуру для работы сенсора 5. Кнопки 8 и 9 расположены на плате сенсора манипулятора и соединены с микроконтроллером 4. При нажатии клавиш, правой 10 или левой 11, показанных на фиг.2, осуществляется взаимодействие через толкатели с кнопками 8 и 9. В микроконтроллере 4 производится обработка сигнала нажатия клавиш.
Применение конструкции трекбола с минимальным количеством деталей и специально разработанным программным обеспечением, позволяет решить вопрос точности и надёжности при воздействии интенсивной вибрации. Применение специального электропроводящего покрытия манипулятора, позволяет решить вопрос работы при сильных электромагнитных помехах. Применение термоизоляционного покрытия, резисторов на плате сенсора и специальных программно-управляемых методов подогрева, позволяет решить вопрос работы при низких температурах.
Таким образом, применение оригинальных конструктивно-технологических методов, а также применение специальных покрытий и адаптированного под внешние воздействующие факторы программного обеспечения позволяет решить вопросы повышении точности и стабильности вывода информации для применения в специальной технике.