BRPI0719194A2 - Manche de controle, e, mola composta. - Google Patents

Manche de controle, e, mola composta. Download PDF

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John D Kopp
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    • B64C13/0421—Initiating means actuated personally operated by hand control sticks for primary flight controls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

“MANCHE DE CONTROLE, E, MOLA COMPOSTA” Campo técnico
A presente invenção refere-se geralmente ao campo de manches de controle (por exemplo, alavancas de comando, manches laterais, etc.) que são adaptados para uso em sensorear e transmitir comandos manuais do operador para um objeto-a-ser-movido (por exemplo, superfícies de aerofólio, etc.) em resposta a tais comandos, para sistemas de ligação melhorados para uso na montagem de tais manches de controle em suportes apropriados, e a molas compostas melhoradas que são particularmente adaptadas para uso nos mesmos. Uma aplicação particular contempla a transmissão de comandos de piloto ou co-piloto para várias superfícies de aerofólio por sistemas de controle de vôo por sinais elétricos.
Técnica Anterior
Alavancas de comando são dispositivos bem conhecidos para transferir comandos de entrada manuais do piloto para várias superfícies de controle de vôo de aeronave. Em suas formas mais antigas, alavancas de comando foram usualmente montados sobre o piso de cabine de pilotagem entre as pernas do piloto. Eles eram tipicamente montados eles eram tipicamente montados de forma a permitir movimento pivotante composto do manche em tomo de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares, representando os eixos geométricos de picada e rolamento da aeronave. Todavia, a posição e tamanho dessas alavancas de comando freqüentemente interferiram com outros dispositivos e liberdades, e requereram considerável espaço para acomodar a amplitude de movimento permissível do manipulo.
Originalmente, tais alavancas de comando eram conectadas com várias superfícies de aerofólio por meio de ligações mecânicas e cabos. Esses acoplamentos eram desnecessariamente pesados e volumosos, e não permitiam facilmente a redundância.
A medida que o desempenho, controle e sofisticação de aeronave aumentaram, sistemas por sinais elétricos foram desenvolvidos. Nesses sistemas, várias entradas ou alimentações manuais para o manipulo de alavanca de comando são primeiramente transduzidas para sinais elétricos, e estes são então transmitidos ao longo de vários percursos redundantes para 5 um ou mais computadores, e então to motores e acionadores dispostos remotamente que controlam o movimento das várias superfícies de aerofólio. Assim, transmissões mecânicas a partir de alavancas de comando e rodas de coluna têm ocasionado transmissões elétricas de transdutores associados com as manches.
Nos últimos anos, manches laterais foram desenvolvidos.
Essas são tipicamente montadas à frente de um apoio de braço posicionado sobre os lados externos dos assentos do piloto e co-piloto. O piloto tipicamente assenta-se no assento esquerdo, e o co-piloto no assento esquerdo. Assim, o manche lateral do piloto está usualmente em sua esquerda, e o 15 manche lateral do co-piloto está usualmente à sua direita. Portanto, o piloto tipicamente apoiará seu braço esquerdo sobre seu apoio de braço esquerdo e controlará seu manche lateral com sua mão esquerda, enquanto o co-piloto tipicamente apoiará seu braço direito sobre seu apoio de braço direito e controlará seu manche lateral com sua mão direita. Em muitos casos, a 20 inclinação do manche em tomo do eixo geométrico apropriado foi sensoreada como uma função de posição (ver, por exemplo, as Patentes US No. 5.125.602 e 5.291.113). Em outros casos, ela foi sensoreada como uma função de força ou torque (ver, por exemplo, as Patentes US Nos. 6.028.409; 5.694.010 e 5.347.204).
Alguns destes manches laterais eram montados sobre
suspensões à cardan para permitir o movimento onidirecional ou movimento pivotante composto em tomo eixos geométricos de picada e rolamento (ver, por exemplo, Patentes US No. 5.291.113 e 5.694.014).
Manches laterais são tipicamente imaginados como sendo ou "passivos" ou "ativos". Uma unidade de manche lateral “passivo” ("PSSU") sensoreia os comandos de picada e rolamento do piloto ou co-piloto como funções do deslocamento de inclinação do manche de controle associado em tomo de eixos geométricos apropriados. Esses comandos são então fornecidos para um ou mais computadores de controle de vôo, os quais, por sua vez, controlam o movimento de várias superfícies de aerofólio para controlar a picada e rolamento da aeronave. O manche de controle pode fornecer sinais de comando redundantes para o computador. Alguns destes dispositivos usam várias molas para aplicar vários gradientes de sensação de força no manipulo do manche de controle para proporcionar ao piloto e co-piloto uma sensação táctil e sentimento de várias condições (ver, por exemplo, a Patente US No. 5.125.602).
Uma unidade de manche lateral "ativo" ("ASSU") é similar a uma PSSU, mas ainda incorpora motores para acoplar as posições dos manches laterais do piloto e co-piloto. Se o piloto está ativamente controlando a aeronave, e o co-piloto tem sua mão fora do manche, o manche o co-piloto será impulsionado para trás para seguir e duplicar os vários movimentos posicionais que o piloto fomece a seu manche. Assim, os manches do piloto e do co-piloto se inclinarão simultaneamente em paralelo e em uníssono, como se um fora escravo do outro. De forma contrária, se o co- piloto está ativamente controlando a aeronave, e o piloto tem sua mão fora de seu manche, o manche do piloto seguirá e duplicará os comandos posicionais fornecidos pelo co-piloto a seu manche. Isto é algumas vezes conhecido como "recopiagem de posição" (ver, por exemplo, a Patente US No. 5.125.602), ou uma “interconexão cruzada de cabine de comando elétrica” ("electrical cross- cockpit interconnect") (ver, por exemplo, a Patente US No. 5.456.428), ou simplesmente "acoplamento cruzado" (ver, por exemplo, a Patente US No. 5.694.014).
Se a aeronave é provida com um piloto automático, o piloto automático pode gerar sinais elétricos que são fornecidos aos motores associados com os manches de controle do piloto e do co-piloto para impelir para trás ambos esses manches.
É também conhecido prover tais manches laterais com várias sensações de força de realimentação que simularam a "sensação" da resistência das superfícies de aerofólio aos vários comandos de entrada, ou as transições entre as várias condições operacionais, ou até mesmo a vibração, no caso de uma emergência. E também conhecido amortecer tais manches de controle de forma a impedir que o manche se mova livremente de uma posição comandada manualmente Se o operador tivesse que largar o manche (ver, por exemplo, Patentes US No. 5.125.602; 6.459.228 e 4.069.720). As declarações agregadas de cada das patentes precedentes são aqui incorporadas por referência.
Todavia, as rodas de coluna, alavancas de comando e manches laterais desenvolvidos até agora envolveram várias ligações mecânicas e acoplamentos que introduziram fricção, folga mecânica, e similares no movimento do manche de controle. Acredita-se que estes projetos tenham sido pesados e volumosos. Acredita-se que eles interferiram com a suave transmissão contínua de sinais de entrada de piloto manual do manche de controle para o computador de controle de vôo, e com a suave transmissão contínua dos vários sinais elétricos para impelir para trás o manche de controle de acordo com os movimentos e forças comandados eletricamente.
Por conseguinte, acredita-se ser uma necessidade demonstrada e inexistente há muito tempo a provisão de manches de controle melhorados que são adaptados para uso tanto em sistemas de controle de vôo por sinais elétricos "passivos" quanto "ativos", e para sistemas de ligação melhorados para uso com tais manches de controle melhorados, e para molas de torção compostas melhoradas para possível uso nos mesmos. Declaração da Invenção
Com referência parentética às correspondentes partes, porções ou superfícies das forma(s) de construção exposta(s), meramente para finalidades de ilustração e não a título de limitação, a presente invenção 5 amplamente provê um manche de controle melhorado (20), uma articulação melhorado (27) para uso em um manche de controle, e uma mola composta melhorada (38).
Em um aspecto, a invenção provê uma melhora em um manche de controle (20) montado em um suporte (21) e adaptado para 10 controlar o movimento de um objeto (não mostrado). A melhora amplamente inclui: um suporte (21); e uma articulação (27) para montar um manipulo (24) no suporte para seletivo movimento pivotante composto em tomo de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares (xurXui> Xm-Xm) para prover uma entrada para o manche de controle. A articulação inclui: uma primeira 15 suspensão à cardan (22) montada sobre o suporte; um membro superior (23) montado sobre o primeira suspensão à cardan, o membro superior tendo um manipulo (24) arranjado acima da primeira suspensão à cardan, e tendo uma porção inferior (25) arranjada abaixo da primeira suspensão à cardan; um membro intermediário (26); uma segunda suspensão à cardan (28) conectando 20 os membros superior e intermediário; e um membro inferior (29), um dos membros intermediário e inferior sendo movelmente montado sobre o outro dos membros intermediário e inferior para permitir movimento relativo entre eles quando o manipulo é movido em relação ao suporte; uma terceira suspensão à cardan (30) conectando o membro inferior com o suporte; e um 25 membro resiliente (31), tal como uma mola de coluna, arranjado para solicitar a direção de movimento relativo entre os membros intermediário e inferior. O manipulo pode ser segurado e seletivamente movido em relação ao suporte para prover uma entrada para a articulação.
O membro resiliente (31) pode ser arranjado para exercer uma força que substancialmente remove toda folga mecânica da articulação. O membro resiliente pode impelir o manipulo para se mover em direção à posição de ponto morto em relação ao suporte.
A melhora pode ainda incluir um objeto-a-ser-movido (por exemplo, uma superfície de aerofólio), e pelo menos um transdutor (32, 32, 32) montado no suporte para sensorear a posição de uma porção da articulação e para produzir um sinal elétrico proporcional a tal posição sensoreada. O manipulo é adaptado a ser movido em relação à suporte para fazer com que o transdutor proveja um sinal de comando para mover o objeto. A melhora pode ainda incluir uma pluralidade de molas (33,
33, 34, 34) que atuam entre o suporte e a articulação. Essas molas têm diferentes características de força-para-deflexão. Pelo menos uma das molas pode ser uma mola composta (38).
No manche de controle melhorado, a extensão de movimento entre os membros intermediário e inferior quando o manipulo é movido para fora da posição de ponto morto pode ser uma função da relação de: (a) a distância (A) entre os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (b) a distância (B) entre os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, quando o manipulo está em sua posição de ponto morto. O ângulo de deflexão entre: (i) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (ii) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, pode ser substancialmente igual à soma de: (a) o ângulo de deflexão do membro superior em relação a uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan, e (b) o ângulo de deflexão do membro inferior em relação à linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan.
A melhora pode ainda incluir um detentor magnético (35) que atua entre o suporte e a articulação para requerer que uma força seja exercida sobre o manipulo para mover o manipulo para fora da posição de ponto morto.
A melhora pode ainda incluir um amortecedor (36) que atua entre o suporte e a articulação para amortecer a velocidade do manipulo. Este amortecedor pode ser um amortecedor de correntes de Foucault.
A melhora pode ainda incluir um motor (não mostrada) que atua entre o suporte e a articulação para fazer com que a articulação se mova como uma função de um sinal fornecido ao motor.
O manche de controle melhorado pode ser montado em uma aeronave tendo um sistema de controle por sinais elétricos, e o manche de controle melhorados pode ser montado na estação do piloto e na estação do co-piloto. Os manches de controle do piloto e do co-piloto podem ser são acoplados de forma cruzada para se mover conjuntamente. A aeronave pode ter um piloto automático, e os manches de controle do piloto e do co-piloto podem ser movidos conjuntamente em resposta a um sinal fornecido pelo piloto automático.
Em outro aspecto, a invenção provê uma melhora em um manche de controle (20) adaptado para controlar o movimento de um objeto. A melhora inclui: um suporte (21); um membro superior (23) pivotadamente montado no suporte, o membro superior tendo uma porção inferior (25) arranjada debaixo de sua conexão pivotante com o suporte; um membro intermediário (26) tendo uma porção superior pivotadamente conectada com a porção inferior de membro superior, e tendo uma porção inferior; e um membro inferior (29) tendo uma porção inferior pivotadamente montado no suporte, e tendo uma porção superior; e pelo que porção inferior de membro intermediário é movelmente montada sobre a porção superior de membro inferior de modo que movimento pivotante do porção superior de membro superior em relação ao suporte produzirá movimento pivotante dos membros intermediário e inferior em relação ao suporte; e um membro resiliente (31) arranjado para solicitar a direção de movimento relativo entre os membros intermediário e inferior.
O membro superior pode ser montado no suporte para movimento pivotante em torno de um eixo geométrico (xui-xm, ou Xm-Xm) no intermédio do comprimento do membro superior, o membro superior pode ter uma porção superior arranjada acima do eixo geométrico e arranjada para funcionar como um manipulo (24), e o manipulo pode ser segurado e seletivamente manipulado para prover uma entrada para a articulação.
O membro superior pode ser montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares (xui-Xu2, ou xm-xm) em relação à suporte.
A força exercida pelo membro resiliente pode impelir o membro superior para se mover em direção à posição de ponto morto em relação ao suporte. O membro resiliente pode ser arranjado para exercer uma força que substancialmente elimina toda folga mecânica da articulação. A força exercida pelo membro resiliente pode ser ajustável.
A extensão de movimento entre os membros intermediário e inferior quando O membro superior é movido para fora da posição de ponto morto pode ser uma função da relação de: (a) a distância (A) entre o eixo geométrico pivotante entre O membro superior e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro intermediário e o suporte, e (b) a distância (B) entre o eixo geométrico pivotante entre o membro intermediário e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro inferior e o suporte, quando O membro superior está em sua posição de ponto morto. O ângulo de deflexão entre: (i) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (ii) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, pode ser substancialmente igual à soma de (a) o ângulo de deflexão do membro superior em relação a uma linha imaginária que une o eixo geométrico pivotante entre o membro superior e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro inferior e o suporte e (b) o ângulo de deflexão do membro inferior em relação à linha imaginária que une o eixo geométrico pivotante entre O membro superior e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro inferior e o suporte.
O membro superior e o suporte podem ser conectados por uma junta universal, tal como um mecanismo de suspensão à cardan (22).
O membro intermediário (26) pode ser montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos perpendiculares (xMrxM1, XM2-XM2) em relação ao membro superior.
Os membros superior e intermediário podem ser conectados por uma junta universal, tal como um mecanismo de suspensão à cardan (28).
O membro inferior (29) pode ser montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares (Xli-Xli5 XL2-XL2) em relação ao suporte.
O membro inferior e o suporte podem ser conectados por uma junta universal, tal como um mecanismo de suspensão à cardan (30).
O porção inferior de membro intermediário pode ser deslizavelmente recebida no porção superior de membro inferior.
O membro resiliente pode contribuir para o gradiente de sensação de força da porção de manipulo.
A melhora pode ainda incluir pelo menos um primeiro sensor de posição (32, 32, 32) montado no suporte e engatando a porção inferior de membro superior para prover um primeiro sinal de saída como uma função de a posição do porção inferior de membro superior em torno de um dos eixos geométricos, e possivelmente pelo menos um segundo sensor de deslocamento (32, 32, 32) montado no suporte e engatando a porção inferior de membro superior para prover um segundo sinal de saída como uma função de a posição do porção inferior de membro superior em torno do outro dos eixos geométricos.
A melhora pode ainda incluir uma primeira mola superior (33), tal como uma mola composta, que atua entre O membro superior e suporte para afetar a força requerida para mover o manipulo em torno de um dos eixos geométricos, e possivelmente uma segunda mola superior (33), tal como uma mola composta, que atua entre o membro superior e suporte para afetar a força requerida para mover o manipulo em torno do outro dos eixos geométricos.
A melhora pode ainda incluir uma primeira mola intermediária (34), tal como uma mola composta, que atua entre o membro intermediário e suporte para afetar a força requerida para mover o manipulo em torno de um dos eixos geométricos, e possivelmente uma segunda mola intermediária (34), tal como uma mola composta, que atua entre o intermediário e suporte para afetar a força requerida para mover o manipulo em torno do outro dos eixos geométricos. A primeira mola intermediária provê uma alteração distinta no gradiente de sensação de força para alertar um operador de uma alteração no deslocamento do manipulo.
A melhora pode ainda incluir um dispositivo de arranque (35) para exercer uma pequena força sobre o membro intermediário que é requerida que seja superada por um operador que segura o manipulo, para arranque da posição de ponto morto. O dispositivo de arranque pode incluir uma pluralidade de ímãs montados no suporte e membro intermediário.
A melhora pode ainda incluir um amortecedor (36) que atua sobre o membro inferior para amortecer a velocidade do manipulo. O amortecedor pode ser um amortecedor de correntes de Foucault.
Em outro aspecto, a invenção provê um manche de controle (20) que amplamente inclui: um suporte (21); uma articulação (27) tendo um manipulo (24) e sendo montado sobre o suporte; e uma pluralidade de sensores de posição (32, 32, 32) montados no suporte e engatando a articulação em vários locais sobre o mesmo, cada dos sensores de posição sendo adaptado para produzir um sinal de saída como uma função de a posição do locais de articulação em relação ao suporte; uma pluralidade de molas (33, 33, 34, 34) que atuam entre o suporte e a articulação para afetar as características de sensação de força da articulação; um detentor magnético (35) que atua entre o suporte e a articulação para requerer que um operador aplique uma força ao manipulo para mover o manipulo para fora da posição de ponto morto; e um amortecedor (36) que atua entre o suporte e a reticulação para amortecer a velocidade do manipulo.
Cada das molas pode ter sua própria característica de força- para-deflexão individual, e a característica de sensação de força da articulação pode ser uma função das várias características de força-para-deflexão individuais das molas. Na forma de construção preferida, a característica de sensação de força da articulação é uma função da soma das várias características de força-para-deflexão individuais das molas e a geometria da articulação.
As molas podem solicitar o manipulo para se mover em direção à posição de ponto morto em relação ao suporte, e uma das molas pode ser disposta para exercer uma força que substancialmente remove toda folga mecânica da articulação.
Em ainda outro aspecto, a invenção provê uma mola composta (38), que amplamente inclui: uma primeira porção tubular (40) tendo uma primeira parede estendendo-se entre uma primeira extremidade (41) e uma segunda extremidade (42); pelo menos uma primeira fenda (43) estendendo- se através da primeira parede e definida entre paredes de fenda opostas de modo que, quando a primeira e a segunda extremidades são giradas uma em relação à outra, a mola terá uma característica de força-para-deslocamento quando as paredes de fenda são espaçadas uma da outra e terá outra característica de força-para-deslocamento quando as paredes de fenda contatarem uma com a outra; e uma terceira característica de força-para- deslocamento quando a primeira e segunda extremidades são flexionadas uma em relação à outra em um plano comum.
A primeira fenda pode ser alongada em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da primeira porção tubular. Pode estar presente uma pluralidade das primeiras fendas, e estas podem ser espaçadas circunferencialmente umas das outras em torno da primeira porção tubular.
A mola pode ainda incluir uma segunda porção tubular (44) disposta dentro da primeira porção tubular e tendo uma segunda parede estendendo-se entre a segunda extremidade (42) e a terceira extremidade (45). A segunda porção tubular pode ter pelo menos uma segunda fenda (46) estendendo-se através da segunda parede e definida entre paredes de fenda opostas. A segunda fenda pode ser alongada em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal do segundo porção tubular, e uma pluralidade de as segundas fendas podem ser espaçadas circunferencialmente umas das outras em torno da segunda porção tubular.
A terceira extremidade (45) pode ser disposta próxima à primeira extremidade (41).
Por conseguinte, o objetivo geral da invenção é prover um manche de controle melhorado.
Outro objetivo é prover uma articulação melhorada para uso em um manche de controle.
Ainda outro objetivo é prover uma mola composta melhorada que é particularmente adaptada para uso em um manche de controle.
Esses e outros objetivos e vantagens ficarão aparentes da descrição precedente e da presente descrição por escrito, dos desenhos e das reivindicações anexas. Breve Descrição dos desenhos
A figura 1 é uma vista esquemática de uma forma de ligação mecânica de um manche de controle melhorado, esta vista mostrando as posições dos membros superiores, intermediários e inferiores quando o manipulo está em sua posição de ponto morto em relação ao suporte.
A figura 2 é uma vista esquemática da estrutura mostrada na figura 1, mas mostrando as posições dos membros superiores, intermediários e inferiores depois de o manipulo ter sido movido para uma posição fora da posição de ponto morto.
A figura 3 é um esquema simplificado mostrando os ângulos entre os vários membros de ligação quando o manipulo foi movido para uma posição fora da posição de ponto morto.
A figura 4 é um esquema simplificado mostrando as forças e momentos que atuam sobre os vários membros de ligação quando o manipulo foi movido para uma posição fora da posição de ponto morto.
A figura 5 é um esquema simplificado da articulação de manche de controle, mostrando as várias molas, sensores e amortecedores que atuam entre o suporte e os vários membros.
A figura 6 é uma série de traçados de características de força (ordenada) vs. ângulo de rotação (abscissa) da mola básica, as funções de parada suave e diferenciais das molas secundárias, a mola de coluna, e ainda mostrando a função adicionada ou superposta de todas das molas precedentes.
A figura 7 é uma vista isométrica de uma forma de uma mola de torção composta melhorada.
A figura 8 é uma elevação lateral da mola mostrada na figura 7.
A figura 9 é uma vista seccional horizontal da mesma, tomada geralmente na linha 9-9 da figura 8.
A figura 10 é uma vista isométrica de uma forma comercial do manche de controle melhorado com o manipulo mostrado como tendo sido inclinado para uma posição fora da posição de ponto morto, esta vista mostrando a compacticidade do empacotamento desta forma de construção particular.
Descrição das Formas de Construção Preferidas
De início, deve ser claramente entendido que os mesmos números de referência são destinados a identificar os mesmos elementos estruturais, porções ou superfícies consistentemente em todas das várias figuras dos desenhos, como tais elementos, porções ou superfícies podem ser ainda descritos ou explicados em toda declaração escrita, da qual esta descrição detalhada é uma parte integral. A menos que indicado ao contrário, os desenhos são destinados a serem lidos (por exemplo, hachuras cruzadas, arranjo de partes, proporção, grau, etc.) conjuntamente com a declaração, e devem ser considerados como uma porção da declaração escrita inteira desta invenção. Quando usados na seguinte descrição, os termos "horizontal", "vertical", "esquerdo", "direito", "para cima" e "para baixo", bem como derivados adjetivos e adverbiais dos mesmos (por exemplo, "horizontalmente", "para a direita", "para cima", etc.), simplesmente se referem à orientação da estrutura ilustrada quando a figura de desenho particular está voltada para o leitor. Similarmente, os termos "para dentro" e "para fora" geralmente se referem à orientação de uma superfície em relação a seu eixo geométrico de alongamento, ou eixo geométrico de rotação, quando apropriado.
Com referência agora aos desenhos, a presente invenção provê certas melhoras em um manche de controle. Um tal manche de controle poderia ser uma alavanca de comando, um manche lateral, ou algum outro tipo de dispositivo de controle para controlar remotamente um objeto. Nos desenhos acompanhantes, o manche de controle melhorado é representado como sendo um manche lateral para uso com uma aeronave para controlar as várias superfícies de aerofólio sobre a mesma. Todavia, isto é somente ilustrativo e não é limitativo do escopo das reivindicações anexas. Uma forma da articulação mecânica do manche de controle melhorado é mostrada principalmente nas figuras 1, 2 e 5.
Com referência agora às figuras 1 e 2, o manche de controle melhorado, geralmente indicado com 20, é mostrado como sendo montado em um suporte apropriado, geralmente indicado com 21. Em um ambiente de aeronave, o manche de controle 20 seria tipicamente montado na cabine de pilotagem de uma aeronave, e usado para controlar o movimento de um objeto remoto, tal como os flapes, lemes de direção e ailerons.
O arranjo mostrado nas figuras 1 e representa esquematicamente a articulação (27) como incluindo um mecanismo de três suspensões à cardan. Quando usado aqui, a "suspensão à cardan" é um dispositivo que tem dois anéis montados em ângulos retos um com relação ao outro de modo que um objeto pode permanecer suspenso no mesmo, independentemente de movimento do suporte sobre o qual ele é montado. Ele é uma espécie particular de uma classe mais ampla de juntas e conexões que permitem movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares. Outras juntas e conexões desta classe incluem juntas universais, juntas de rótula que permitem o movimento pivotante onidirecional de um membro em relação a outro, e similares. Mais particularmente, a articulação melhorada amplamente inclui uma primeira suspensão à cardan ou suspensão à cardan superior 22. Um membro superior 23 é montado sobre o primeiro suspensão à cardan montado no suporte para movimento pivotante composto em torno de eixos geométricos mutuamente perpendiculares Xui-Xui e Xm-Xu2· O membro superior tem um manipulo 24 arranjado acima do primeiro suspensão à cardan, e tem uma porção inferior arranjada abaixo do primeiro suspensão à cardan. A articulação é mostrada como ainda incluindo um membro intermediário 26, e um segundo suspensão à cardan 28 conectando a porção de extremidade marginal superior do membro intermediário com a porção de extremidade marginal inferior do membro superior para movimento pivotante composto em torno de eixos geométricos mutuamente perpendiculares Xmi-Xmi e Χμ2-Χμ2· O dispositivo é ainda mostrado como tendo um membro inferior 29. Um dos membros intermediários intermediário e inferior é movelmente montado sobre o outro dos membros intermediário e inferior. No arranjo mostrado, a porção de extremidade marginal inferior do membro intermediário 26 é deslizavelmente e telescopicamente recebida no membro inferior 29, mas este arranjo poderia ser revertido, se desejado. A porção de extremidade marginal inferior do membro inferior 29 é montada no suporte por meio de uma terceira suspensão à cardan 30 para movimento pivotante composto em torno de eixos geométricos mutuamente perpendiculares Xli-Xli e Xlu-Xl2· Uma mola helicoidal 31 é arranjada para atuar entre o membro inferior e o membro intermediário. Esta mola está em constante compressão, e continuamente impele o membro intermediário para se mover para baixo em relação ao membro inferior. Isto tem o efeito prático de remover substancialmente toda folga mecânica da articulação de três membros.
A articulação mecânica é mostrada na figura 1 como estando em uma posição centralizada ou posição de ponto morto em relação ao suporte. Nesta posição, os eixos geométricos longitudinais de todos três membros 23, 26 e 29 são verticalmente alinhados. Na figura 2, o manipulo mais superior é mostrado como tendo sido inclinado para a esquerda em relação ao suporte, com um concomitante movimento para a direita da porção de extremidade marginal inferior do membro superior. Note também que este movimento é acomodado pelo movimento pivotante dos membros intermediário e inferior em tomo do eixo geométrico xL2-Xl2, e pelo movimento axial do membro intermediário em relação ao membro inferior, e por deslocamento compressivo adicional da mola 31.
Como notado acima, embora a presente invenção tenha sido mostrada como sendo implementada na forma de um manche lateral para um piloto e co-piloto, pessoas versadas nesta técnica apreciarão facilmente que um tal mecanismo poderia ser implementado na forma de um alavanca de comando, ou algum outro tipo de manche de controle para controlar um objeto. O objeto propriamente dito poderia ser as superfícies de aerofólio de uma aeronave, ou algum outro objeto.
A figura 3 é um outro esquema simplificado da articulação quando o manipulo foi deslocado para fora da posição de ponto morto. Enquanto um mecanismo de suspensões à cardan permite o movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares, a forma de construção esquematicamente mostrada na figura 3 representa movimento em torno de somente um tal eixo geométrico para cada suspensão à cardan. O ponto de pivô superior do primeiro suspensão à cardan é indicado com xU2, o ponto de pivô intermediário do segundo suspensão à cardan é indicado com xM2, e o ponto de pivô do suspensão à cardan inferior é indicado com xL2, de forma a serem consistentes com a nomenclatura precedente. A ligação entre pivôs intermediário e inferior Xm2 e xL2 é indicada pelos números de referência 26, 29 quando na posição de ponto morto, esta sendo o comprimento efetivo combinado dos membros intermediário e inferior, e pelos números de referência 26', 29' quando na posição fora da posição de ponto morto ilustrada.
Quando o manipulo está em sua posição de ponto morto, a articulação é verticalmente alinhada, como mostrada mais claramente na figura 1. Na figura 3, a distância entre os pivôs superior e intermediário 31, 32 é indicada pela distância A, e a distância entre os pivôs intermediário e inferior xM2, xl2 é indicada pela distância B. Quando o manipulo é deslocado da posição de ponto morto para uma posição fora da posição de ponto morto, como indicado com 24', a extremidade inferior do membro superior irá oscilar para a posição indicada com 25', e os membros intermediário e inferior irão se mover para as posições alternativas indicadas por 26', 29'. O ângulo A representa o ângulo incluso do manipulo deslocado para fora da posição de ponto morto. O ângulo B representa o ângulo incluso do eixo geométrico de membros intermediário e inferior 26', 29' fora da posição de ponto morto. O ângulo C é a soma dos ângulos A e Β. A dimensão dx representa a extensão do membro intermediário em relação ao membro inferior quando estes dois membros se movem da posição de ponto morto para a posição fora da posição de ponto morto, quando acomodado por meio de outra compressão da mola 31. As equações para os ângulos B e C, e distância dx são como segue:
sen (Ângulo/i) X A 1
Angulo S = taxi —r~-r--
B + c A - COSÍÂngulo A ) X A J
Ângulo C — Ângulo  + Ângulo B
dx =
sen (Ângulo A) X A sen {Ângulo B )
B
Com referência agora à figura 4, uma força Fu exercida pela mão do piloto através da distância de braço, GRP, do manipulo, irá criar um momento superior Mu em torno de ponto de pivô superior Xu2· A força exercida no segundo ponto de pivô será uma função das distâncias a e b. O momento em torno do pivô central, xM2, é calculável. Similarmente, a força exercida sobre o ponto de pivô intermediário é também calculável. Estas relações são expressas pelas seguintes equações:
F1
Mu
υ GRP
F - M» Xfl z GRPxb
Mu X(GRP-^-A) -Fm Χ A
Mm —FulÍGRP+A^A] M
ρ -_Μ
rM
(GRP+2 χ A)
Assim, A extensão de movimento entre os membros intermediário e inferior quando o manipulo é movido para fora da posição de ponto morto é uma função da relação de (a) a distância entre os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (b) a distância entre os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan. O ângulo de deflexão entre uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan e uma linha imaginária que une os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan é substancialmente igual ao ângulo de deflexão do membro superior em relação a uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan e o ângulo de deflexão do membro inferior em relação a uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan quando o manipulo está em sua posição de ponto morto.
A figura 5 é uma vista esquemática do manche de controle melhorado 20, mas ainda mostrando as várias molas, sensores e amortecedores fixados ao mesmo. Na figura 5, a articulação 27 é novamente mostrada como incluindo um membro superior 23 que tem um manipulo superior 24 e um braço inferior 25, um membro intermediário 26, e um membro inferior 29. A porção de extremidade marginal inferior do membro intermediário é representada como estando telescopicamente recebida no membro inferior 29. A mola helicoidal 31 continuamente impele o membro intermediário para se mover para baixo em relação ao membro inferior. Na figura 5, a articulação é mostrada como estando montado para movimento em somente um plano, isto sendo para simplicidade de ilustração. O membro superior 23 é montado no suporte 21 para movimento pivotante em torno do eixo geométrico xU2. A porção de extremidade marginal superior do membro intermediário é pivotadamente conectada com a porção de extremidade marginal inferior do membro superior para movimento pivotante em torno de eixo geométrico xM2- Finalmente, o membro inferior 29 é pivotadamente montado no suporte para movimento em torno de eixo geométrico xL2- Deve ser claramente entendido que este arranjo pode incluir os três suspensões à cardan, embora os detalhes de tais suspensões à cardan não estejam completamente mostrados.
Na figura 1, o movimento do membro superior 23 é sensoreado por meio de três sensores de posição redundantes, geralmente indicados com 32. Três destes sensores de posição são posicionados em posições diametralmente opostas. Também existiram três sensores de posição adicionais em cada lado do membro superior em um plano que também sai do papel. A função desses sensores de posição é sensorear e determinar a extensão de movimento de inclinação do membro superior em relação ao suporte. Estão presentes três de tais sensores de posição para prover redundância tripla. .
Dentro dos sensores de posição, está presente uma pluralidade de mols torsionais compostas, opostas, geralmente indicadas com 33. Aqui novamente, duas molas de torção opostas são representadas na figura 5, e estão presentes duas molas adicionais opostas no plano que sai do papel. A função dessas é prover alguma resistência à sensação de força ao movimento de inclinação do manipulo. A estrutura e operação dessas molas de torção compostas são mostradas mais claramente nas figuras 7-9, e descritas abaixo.
Certas molas de torção adicionais, indicadas com 34, 34 são ativas entre os membros superior e intermediário para prover certas funções de mola secundárias, e paradas suaves. Este arranjo pode também incluir um detentor magnético, indicado com 35, que iria afirmativamente requerer que o piloto exerça alguma força para mover a articulação para fora da posição de ponto morto.
Ainda com referência à figura 5, amortecedores opostos de correntes de Foucault, geralmente indicados com 36, são arranjados para atuar entre o suporte e o membro inferior para amortecer a velocidade de movimento da articulação. Aqui novamente, estão presentes atualmente quatro amortecedores de velocidade, arranjados em pares opostos. A figura 6 ilustra as funções individuais das várias molas mostradas na figura 5, e ilustra graficamente a função líquida que pode ser atribuída à sua soma. A função de mola básica é representada como estando uma linha reta entre a ordenada (força) e a abscissa (rotação). As molas secundárias 34 provêm as funções de parada suave e diferenciais, como indicado na figura 6. A mola de coluna 31 tem as características de força- deslocamento indicadas e mostradas. A curva rotulada "função líquida" é obtida por meio de superposição das outras quatro curvas mostradas na figura 6. A figura 6 ilustra que as várias molas podem ser cuidadosamente selecionadas de modo que suas propriedades, quando superpostas, podem fornecer qualquer função líquida que é desejada.
Com referência agora às figuras 7-9, uma das molas de torção compostas é geralmente indicada com 38. Esta mola é mostrada como tendo um flange de suporte 39 que é adaptado para ser conectado com uma estrutura apropriada, dependendo de sua aplicação. A mola ainda tem uma primeira porção tubular, indicada com 40, que é conectada com o flange que tem uma primeira extremidade 41 conectada com o flange e se estende para a direita a partir do mesmo para uma segunda extremidade 42. Esta primeira porção tubular é mostrada como tendo pelo menos uma fenda longitudinal, indicada com 43. Na forma mostrada, a primeira porção tubular tem uma pluralidade de tais fendas, e estas são espaçadas circunferencialmente em torno da primeira porção tubular.
A mola pode também ter uma segunda porção tubular 44 dentro da primeira porção tubular 40. A segunda porção tubular é fisicamente conectada com a primeira porção tubular na segunda extremidade 42, e se estende para a esquerda dentro da primeira porção tubular até uma terceira extremidade 45. A segunda porção tubular 44 tem pelo menos uma fenda estendendo-se longitudinalmente 46. Na forma mostrada, está presente uma pluralidade de tais fendas 46, estas são circunferencialmente espaçadas umas das outras em torno da segunda porção tubular. A razão das fendas é de proporcionar a capacidade de se ter uma característica de força-para- deslocamento quando uma força de torção é exercida sobre a mola entre a primeira extremidade e a terceira extremidade antes de as paredes de fenda opostas contatarem fisicamente uma com a outra, e uma segunda característica de força-para-deslocamento depois de tais paredes de fenda contatarem uma com as outras. Com efeito, as duas porções tubulares são mecanicamente conectadas em série, embora a segunda seja arranjada dentro da primeira. O espaçamento circunferencialmente entre as paredes que se estendem longitudinalmente opostas das fendas pode ser o mesmo ou diferente entre as duas porções tubulares, dependendo das particulares características de força-para-deslocamento desejadas. Além disto, uma única característica da mola melhorada é que ela não é uma pura mola de torção. Ao invés disto, ela pode atuar como uma mola de torção, e pode também ser sujeita a flexão em um plano, tal como o plano do papel. As várias molas de torção mostradas na figura 5 podem ser seletivamente projetadas para proporcionar as particulares características de força-para-deslocamento desejadas, de forma a contribuir para a função líquida total do dispositivo. Outra característica única da mola composta é que por ter o tubo interno posicionalmente revertido sobre o tubo externo, a mola é axialmente compacta. Isto proporciona grandes vantagens, porque ela permite a capacidade de prover o manche de controle dentro de um pequeno pacote ou invólucro, como mostrado na figura 10.
Por conseguinte, a presente invenção provê um manche de controle melhorado, uma articulação melhorada para uso no mesmo, e uma mola composta melhorada. Modificações
A presente invenção contempla que muitas alterações e modificações podem ser feitas. Por exemplo, enquanto uma forma utiliza uma ligação mecânica por três suspensões à cardan com os vários membros, outros tipos de conexões poderiam alternativamente ser usados. Na verdade, a conexão poderia ser simplificada para um tipo de junta de rótula, uma junta universal, ou alguma outra junta. Na verdade, embora a vantagem principal destas formas sejam que tais juntas e conexões permitem o movimento pivotante composto do manipulo em torno de mutuamente perpendicular eixos geométricos, em arranjos alternativos outros tipos de sistemas de ligação poderiam ser usados. Em alguns casos, a articulação pode ser afetada pela geometria das ligações. A mola de coluna é considerada ser particularmente útil para a
remoção de substancialmente toda da folga mecânica da articulação. Com efeito, ela continuamente solicita a articulação de forma a remover a sensação de folga mecânica. Todavia, tal mola de coluna, quando desejado, não é absolutamente crítica. Mostrados na figura 6, diferentes tipos de molas, sensores e
amortecedores podem ser associados com diferentes partes da articulação. Embora as molas primárias 33 sejam associadas com o membro superior e as molas secundárias são associadas com o membro intermediário, este arranjo não é invariável, e pode ser alterado. Também, a posição dos amortecedores de correntes de Foucault podem ser alterados. Similarmente, o local do detentores de arranque 35 pode também ser alterado ou modificado, quando desejado.
A mola de torção composta é também considerada ser única. Esta mola é considerada ser uma mola composta no sentido em que ela é operativamente arranjada para resistir tanto à torção em torno de seu eixo geométrico x-x, quanto à flexão em um plano particular, tal como (mas não limitado ao) o plano do papel. Em sua forma mais simples, a mola de torção simplesmente tem uma porção tubular provida com pelo menos uma, mas preferivelmente uma pluralidade de fendas circunferencialmente espaçadas e que se estendem longitudinalmente. A função dessas fendas é de modo que a mola terá uma característica de força-para-deslocamento quando a segunda extremidade é girada em relação à primeira extremidade e antes de as paredes de fenda contatarem umas com as outras, e uma segunda e diferente característica de força-para-deslocamento depois de as paredes de fenda contatarem umas com as outras. Por meio do espaçamento das fendas circunferencialmente em torno da primeira porção tubular, a mola é mais simétrica, e tem propriedades similares para resistir à flexão em qualquer direção particular. A mola pode também têm uma segunda porção revertida dentro da primeira porção. Pessoas versadas na técnica apreciarão facilmente que a primeira e segunda porções, sendo comumente conectadas na segunda extremidade, são mecanicamente conectadas em série uma com a outra. Todavia, a segunda porção interna ou segunda porção revestida permite um arranjo compacto, e isto é considerado ser particularmente útil onde o tamanho do invólucro é restrito, tal como em uma aeronave.
Por conseguinte, embora várias formas de construção simplificadas e progressivamente mais detalhadas da invenção tenham sido mostradas e descritas, e várias modificações e alterações das mesmas discutidas, pessoas versadas nesta técnica apreciarão facilmente que várias alterações e modificações adicionais podem ser feita sem fugir do espírito da invenção, como definida e diferenciada pelas seguintes reivindicações.

Claims (61)

1. Manche de controle montado em um suporte e adaptado para controlar o movimento de um objeto, caracterizado pelo fato de que o compreende: um suporte; uma articulação para suportar um manipulo sobre dito suporte para seletivo movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares para prover uma entrada para dito manche de controle, dita articulação incluindo: uma primeira suspensão à cardan montado sobre dito suporte; um membro superior montado sobre dito primeiro suspensão à cardan, dito membro superior tendo um manipulo arranjado acima de dito primeiro suspensão à cardan, e tendo uma porção inferior arranjada abaixo de dito primeiro suspensão à cardan; um membro intermediário; um segundo suspensão à cardan conectando ditos membros superior e intermediário; e um membro inferior, um de ditos membros intermediário e inferior sendo movelmente montado sobre o outro de ditos membros intermediário e inferior para permitir movimento relativo entre eles quando dito manipulo é movido em relação a dito suporte; uma terceira suspensão à cardan conectando dito membro inferior com dito suporte; e um membro resiliente arranjado para solicitar a direção de movimento relativo entre ditos membros intermediário e inferior; pelo que dito manipulo pode ser segurado e seletivamente movido em relação a dito suporte para prover uma entrada para dita articulação.
2. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito membro resiliente é arranjado para exercer uma força que substancialmente remove toda folga mecânica de dita articulação.
3. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito membro resiliente impele dito manipulo para se mover em direção à posição de ponto morto em relação a dito suporte.
4. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um objeto a ser movido; e pelo menos um transdutor montado em dito suporte para sensorear a posição de uma porção de dita articulação e para produzir um sinal elétrico proporcional a tal posição sensoreada; e em que dito manipulo é adaptado para ser movido em relação a dito suporte para fazer com que dito transdutor proveja um sinal de comando para mover dito objeto.
5. Manche de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de molas que atuam entre dito suporte e dita articulação.
6. Manche de controle de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que várias molas têm diferentes características de força-para-deflexão.
7. Manche de controle de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma de ditas molas é uma mola composta.
8. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extensão de movimento entre ditos membros intermediário e inferior quando dito manipulo é movido para fora da posição de ponto morto é uma função da relação de (a) a distância entre os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (b) a distância entre os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, quando dito manipulo está em sua posição de ponto morto.
9. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ângulo de deflexão entre (i) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (ii) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, é substancialmente igual à soma de (a) o ângulo de deflexão do membro superior em relação a uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan, e (b) o ângulo de deflexão do membro inferior em relação à dita linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e terceira suspensões à cardan.
10. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um detentor magnético que atua entre dito suporte e dita articulação para requerer que uma força seja exercida sobre dito manipulo para mover dito manipulo para fora da posição de ponto morto.
11. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um amortecedor que atua entre ditos suporte e articulação para amortecer a velocidade de dito manipulo.
12. Manche de controle de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que dito amortecedor é um amortecedor de correntes de Foucault.
13. Manche de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um motor que atua entre dito suporte e articulação para fazer com que dita articulação se mova como uma função de um sinal fornecido para dito motor.
14. Manche de controle de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito manche de controle é montado em uma aeronave que tem um sistema de controle por sinais elétricos, em que dito manche de controle é montado em uma estação do piloto e em uma estação do co-piloto, e em que os manches de controle do piloto e do co-piloto são acoplados de forma cruzada para se mover conjuntamente.
15. Manche de controle de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que dita aeronave tem um piloto automático, e em que ditos manches de controle do piloto e do co-piloto são movidos conjuntamente em resposta a um sinal fornecido por dito piloto automático.
16. Manche de controle adaptado para controlar o movimento de um objeto, caracterizado pelo fato de que compreende: um suporte; um membro superior pivotadamente montado em dito suporte, dito membro superior tendo uma porção inferior arranjada abaixo de sua conexão pivotante com dito suporte; um membro intermediário tendo uma porção superior pivotadamente conectada com dita porção inferior de membro superior, e tendo uma porção inferior; e um membro inferior tendo uma porção inferior pivotadamente montada em dito suporte, e tendo uma porção superior; e em que dita porção inferior de membro intermediário é movelmente montada sobre dita porção superior de membro inferior de modo que movimento pivotante de dita porção superior de membro superior em relação a dito suporte irá produzir movimento pivotante de ditos membros intermediário e inferior em relação a dito suporte; e um membro resiliente arranjado para solicitar a direção de movimento relativo entre ditos membros intermediário e inferior.
17. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que (a) dito membro superior é montado em dito suporte para movimento pivotante em torno de um eixo geométrico no intermédio do comprimento de dito membro superior, (b) dito membro superior tem uma porção superior arranjada acima de dito eixo geométrico e arranjada para funcionar como um manipulo, e (c) dito manipulo pode ser segurado e seletivamente manipulado para prover uma entrada para dita articulação.
18. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito membro superior é montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares em relação a dito suporte.
19. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a força exercida por dito membro resiliente impele dito membro superior para se mover em direção à posição de ponto morto em relação a dito suporte.
20. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito membro resiliente é arranjado para exercer uma força que substancialmente elimina toda folga mecânica de dita articulação.
21. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que força exercida por dito membro resiliente é ajustável.
22. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a extensão de movimento entre ditos membros intermediário e inferior quando dito membro superior é movido para fora da posição de ponto morto é uma função da relação de (a) a distância entre o eixo geométrico pivotante entre dito membro superior e dito suporte e o eixo geométrico pivotante entre dito membro intermediário e dito suporte, e (b) a distância entre o eixo geométrico pivotante entre dito membro intermediário e dito suporte e o eixo geométrico pivotante entre dito membro inferior e dito suporte, quando o membro superior está em sua posição de ponto morto.
23. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que (a) o ângulo de deflexão entre (i) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das primeira e segunda suspensões à cardan, e (ii) uma linha imaginária que une os eixos geométricos das segunda e terceira suspensões à cardan, é substancialmente igual à soma de (b) o ângulo de deflexão do membro superior em relação a uma linha imaginária que une o eixo geométrico pivotante entre o membro superior e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro inferior e o suporte e (c) o ângulo de deflexão do membro inferior em relação à dita linha imaginária que une o eixo geométrico pivotante entre o membro superior e o suporte e o eixo geométrico pivotante entre o membro inferior e o suporte.
24. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito membro superior e dito suporte são conectados por uma junta universal.
25. Manche de controle de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que dita junta universal é um mecanismo de suspensão à cardan.
26. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito membro intermediário é montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos perpendiculares em relação a dito suporte.
27. Manche de controle de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que ditos membros superior e intermediário são conectados por uma junta universal.
28. Manche de controle de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que dita junta universal é um mecanismo de suspensão à cardan.
29. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito membro inferior é montado para movimento pivotante composto em torno de dois eixos geométricos mutuamente perpendiculares em relação a dito suporte.
30. Manche de controle de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que dito membro inferior e dito suporte são conectados por uma junta universal.
31. Manche de controle de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que dita junta universal é um mecanismo de suspensão à cardan.
32. Manche de controle de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dita porção inferior de membro intermediário é deslizavelmente recebida em dita porção superior de membro inferior.
33. Manche de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que dito membro resiliente contribui para o gradiente de sensação de força de dita porção de manipulo.
34. Manche de controle de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: pelo menos um primeiro sensor de posição montado em dito suporte e engatando dita porção inferior de membro superior para prover um primeiro sinal de saída como uma função da posição de dita porção inferior de membro superior em torno de um de ditos eixos geométricos.
35. Manche de controle de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: pelo menos um segundo sensor de deslocamento montado em dito suporte e engatando dita porção inferior de membro superior para prover um segundo sinal de saída como uma função da posição de dita porção inferior de membro superior em torno do outro de ditos eixos geométricos.
36. Manche de controle de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira mola superior que atua entre dito membro superior e suporte para afetar a força requerida para mover dito manipulo em torno de um de ditos eixos geométricos.
37. Manche de controle de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que dita primeira mola superior é uma mola composta.
38. Manche de controle de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda mola superior que atua entre dito membro superior e suporte para afetar a força requerida para mover dito manipulo em torno do outro de ditos eixos geométricos.
39. Manche de controle de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que dita segunda mola superior é uma mola composta.
40. Manche de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira mola intermediária que atua entre dito membro intermediário e suporte para afetar a força requerida para mover dito manipulo em torno de um de ditos eixos geométricos.
41. Manche de controle de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que dita primeira mola intermediária é uma mola composta.
42. Manche de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda mola intermediária que atua entre dito intermédio e suporte para afetar a força requerida para mover dito manipulo em torno do outro de ditos eixos geométricos.
43. Manche de controle de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que dita segunda mola intermediária é uma mola composta.
44. Manche de controle de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que dita primeira mola intermediária provê uma alteração distinta em dito gradiente de sensação de força para alertar um operador de uma alteração no deslocamento de dito manipulo.
45. Manche de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um dispositivo de arranque para exercer uma pequena força sobre dito membro intermediário que é requerida para ser superada por um operador que segura dito manipulo para arranque da posição de ponto morto.
46. Manche de controle de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que dito dispositivo de arranque inclui uma pluralidade de ímãs montados em dito suporte e membro intermediário.
47. Manche de controle de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um amortecedor que atua sobre dito membro inferior para amortecer a velocidade de dito manipulo.
48. Manche de controle de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que dito amortecedor é um amortecedor de correntes de Foucault.
49. Manche de controle, caracterizado pelo fato de que compreende: um suporte; uma articulação tendo um manipulo e sendo montado em dito suporte; e uma pluralidade de sensores de posição montados em dito suporte e engatando dita articulação em vários locais do mesmo, cada de ditos sensores de posição sendo adaptado para produzir um sinal de saída como uma função de a posição de ditos locais de articulação em relação a dito suporte; uma pluralidade de molas que atuam entre dito suporte e articulação para afetar as características de sensação de força de dita articulação; um detentor magnético que atua entre dito suporte e articulação para requerer que um operador aplique uma força a dito manipulo para mover dito manipulo para fora da posição de ponto morto; e um amortecedor que atua entre dito suporte e dita articulação para amortecer a velocidade de dito manipulo.
50. Manche de controle de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que cada de ditas molas tem sua própria característica de força-para-deflexão individual, e em que a característica de sensação de força de dita articulação é uma função das várias características de força-para-deflexão individuais de ditas molas.
51. Manche de controle de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que a característica de sensação de força de dita articulação é uma função das várias características de força-para-deflexão individuais de ditas molas e da geometria de dita articulação.
52. Manche de controle de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que ditas molas impulsionam dito manipulo para se mover em direção à posição de ponto morto em relação a dito suporte.
53. Manche de controle de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que uma de ditas molas é arranjada para exercer uma força que substancialmente remove toda folga mecânica de dita articulação.
54. Mola composta, caracterizada pelo fato de que compreende: uma primeira porção tubular tendo uma primeira parede estendendo-se entre uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; pelo menos uma primeira fenda estendendo-se através de dita primeira parede e definida entre paredes de fenda opostas tal que quando ditas primeira e segunda extremidades sejam giradas uma em relação à outra, dita mola terá uma característica de força-para-deslocamento quando ditas paredes de fenda são espaçadas uma da outra e terá outra característica de força-para- deslocamento quando ditas paredes de fenda contatarem uma com a outra; e uma terceira característica de força-para-deslocamento quando dita primeira e segunda extremidades são flexionadas uma em relação à outra em um plano comum.
55. Mola composta de acordo com a reivindicação 54, caracterizada pelo fato de que dita primeira fenda é alongada em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal de dita primeira porção tubular.
56. Mola composta de acordo com a reivindicação 54, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de ditas primeiras fendas, e em que ditas primeiras fendas são espaçadas circunferencialmente uma da outra em torno de dita primeira porção tubular.
57. Mola composta de acordo com a reivindicação 54, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda porção tubular arranjada dentro de dita primeira porção tubular e tendo uma segunda parede estendendo-se entre dita segunda extremidade e uma terceira extremidade.
58. Mola composta de acordo com a reivindicação 57, caracterizada pelo fato de que dita segunda porção tubular tem pelo menos uma segunda fenda estendendo-se através de dita segunda parede e definida entre paredes de fenda opostas.
59. Mola composta de acordo com a reivindicação 58, caracterizada pelo fato de que dita segunda fenda é alongada em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal de dita segunda porção tubular.
60. Mola composta de acordo com a reivindicação 59, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de ditas segundas fendas, e em que ditas segundas fendas são espaçadas circunferencialmente umas das outras em torno de dita segunda porção tubular.
61. Mola de acordo com a reivindicação 57, caracterizada pelo fato de que dita terceira extremidade é arranjada próxima à dita primeira extremidade.
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