ШАРОВОЙ МАНИПУЛЯТОР
TRACKBALL

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах отображения информации на экране растрового монитора для перемещения курсора, управления ориентацией изображений подвижных объектов на экране растрового монитора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является манипулятор шаровой, содержащий размещенные в корпусе и кинематически связанные между собой ведущий шар и два взаимно-перпендикулярных ведомых валика, на осях которых закреплены кодовые колеса и связанные с ними координатные преобразователи. В нижней части, под шаром, находится упругий прижимной элемент, обеспечивающий плотное прижатие с внутренней поверхностью отверстия корпуса (TRACK BALL DEVICE, патент US №2006/0092136 A1, МКИ G09G 5/08, авторы Kenji Nishimura, Tamotsu Yamamoto).
Недостаток известного манипулятора шарового - аналога заключается в том, что конструкция усложнена за счет применения упругого прижимного элемента и требует высококачественного изготовления сопрягаемых поверхностей шара и корпуса для обеспечения необходимой герметичности.
Известен манипулятор шаровой по патенту №2446440, содержащий размещенные в корпусе и кинематически связанные между собой ведущий шар и два взаимно-перпендикулярных ведомых валика, на осях которых закреплены кодовые колеса и связанные с ним координатные преобразователи. В нижней части шара находится нажимная планка, соединенная с подпружиненной тягой фиксатора, обеспечивающие плотное прижатие шара к внутренней поверхности отверстия с эластичным уплотняющим элементом.
Недостаток известного манипулятора шарового - аналога заключается в сложности конструкции, которая имеет кинематически связанные шар, ведомые валики, нажимную планку и подпружиненный фиксатор.
Предлагаемый манипулятор шаровой позволяет упростить конструкцию, обеспечить брызгозащищенность и снизить механическое воздействие при эксплуатационных вибрационных и ударных нагрузках на элементы конструкции, в частности, на подшипники ведомых валиков.
Целью данного изобретения является упрощение конструкции, с обеспечением брызгозащищенности и уменьшением механического воздействия на элементы конструкции.
Для этого в заявленном манипуляторе шаровом, герметично установленном в аппаратуре, в корпусе выполнено резьбовое отверстие, в котором установлена резьбовая втулка с рифленым буртиком в верхней части и коническим отверстием под ведущий шар, опирающийся (кинематически связанный) на два ведомых и один упорный валики. В зоне соприкосновения ведущего шара с конической поверхностью отверстия резьбовой втулки выполнена канавка, в которой закреплена кольцевая прокладка из эластичного материала. На резьбовой втулке под рифленым буртиком перед резьбой в канавке установлено резиновое кольцо, а в нижней части (за резьбой) выполнен ограничитель, например, в виде тонкостенного пояска, отгибаемого после установки шара.
Задача упрощения конструкции решена за счет исключения кинематически связанных прижимных и пружинных (упругих) элементов.
На фиг. 1 изображен манипулятор шаровой в брызгозащищенном (нерабочем) положении, т.е. с зафиксированным ведущим шаром.
На фиг. 2 изображен манипулятор шаровой в рабочем положении, т.е. с полностью расфиксированным ведущим шаром.
На фиг. 3 изображен манипулятор шаровой с маркировкой, указывающей на положения «ОТКРЫТ» «ЗАКРЫТ».
Манипулятор шаровой содержит корпус 1 с резьбовым отверстием в которое установлена резьбовая втулка 2 с рифленым буртиком в верхней части и коническим отверстием под ведущий шар 3, который опирается на кинематически связанные два взаимноперпендикулярных ведомых валика 4 и один упорный валик 5.
На осях ведомых валиков 4 установлены кодовые колеса 6, зубчатая часть поверхности которых находится внутри пазов координатных преобразователей 7, которые имеют соосно установленные светодиод и фотодиод.
На резьбовой втулке 2 также:
- под рифленым буртиком выполнена канавка, в которой установлено резиновое кольцо 8 для исключения проникновения воды и загрязнений через зазоры в резьбе в полость манипулятора и прибора;
- в зоне соприкосновения ведущего шара 3 с конической поверхностью отверстия выполнена канавка, в которой закреплена прокладка 9, выполненная из эластичного материала;
- в нижней части имеется ограничитель 10, выполненный, например, в виде тонкостенного пояска, разделенного вертикальными прорезами на отгибаемые после установки ведущего шара сегменты, для предотвращения больше необходимого вывертывания резьбовой втулки из корпуса.
- на наружной поверхности корпуса 1 имеется маркировка, определяющая два положения резьбовой втулки 2 с риской, при которых ведущий шар 3 полностью свободен для вращения (для перемещения курсора), и другое положение, когда втулка фиксирует шар (для обеспечения брызгозащищенности).
Манипулятор шаровой работает следующим образом.
На фиг. 1 показан манипулятор в брызгозащищенном положении (в положении «ЗАКРЫТ» фиг. 3), когда резьбовая втулка 2 ввернута в корпус 1 до упора ведущего шара 3 в прокладку 9, чем обеспечивается защита внутренней полости манипулятора от проникновения воды и загрязнений, а также плотно прижимает ведущий шар к ведомым 4 и упорному 5 валиком, что при эксплуатационных ударах и вибрациях снижает их динамическое воздействие на опоры (подшипники) валиков. Резиновое кольцо 8 защищает резьбу от воды и загрязнений.
Для перевода манипулятора в рабочее положение (в положение «ОТКРЫТ» фиг. 3) резьбовая втулка 2 с рифленым буртиком поворачивается на вывертывание до упора ограничителя 10 в корпус 1, см. фиг. 2. При этом резьбовая втулка 2 поднимается относительно корпуса 1 и ведущего шара 3, создавая зазор между ведущим шаром и конической поверхностью резьбовой втулки 2, что обеспечивает свободное вращение шара, работу манипулятора и перемещение курсора на мониторе.
При необходимости длительного удержания курсора в определенной точке на экране монитора резьбовая втулка 2 частично ввертывается в корпус 1 и незначительным прижатием ведущего шара 3 прокладкой 9 резьбовой втулки 2 происходит подтормаживание ведущего шара 1 и ведомых валиков 4 с кодовыми колесами 6, чем обеспечивается постоянное местоположение курсора.
Предложенный манипулятор шаровой промышленно реализуем, позволяет обеспечить брызгозащищенность, расширить функциональную возможность и область применения.