CH699586B1 - Vorrichtung für einen Joystick. - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung für einen Joystick, mit einem Betätigungsorgan (20), welches von einer Nulllage aus in mindestens zwei entgegengesetzten Richtungen (+x, –x) bewegbar ist, umfasst einen Sperrmechanismus (1, 11–14, 23) mit folgenden Stellungen: einer Freigabestellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) zum Bewegen in den beiden Richtungen (+x, –x) freigegeben ist, einer ersten Sperrstellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) gegen ein Bewegen in den beiden Richtungen gesperrt ist, und mindestens einer zweiten Sperrstellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) gegen ein Bewegen in eine (+x) der beiden Richtungen gesperrt und zum Bewegen in der anderen Richtung (–x) freigegeben ist. Zum Umschalten zwischen den Stellungen dient ein Aktuator (25), welcher ein bewegbares, auf den Sperrmechanismus wirkendes Stellorgan (25a) aufweist. Die beiden Organe (20, 25a) sind voneinander entkoppelt angeordnet, um eine Übertragung der Bewegung des jeweiligen einen Organs auf das jeweilige andere Organ zu verhindern.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen Joystick gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Joysticks sind Zeigegeräte («pointing device»), welche zur Eingabe von Daten ein in mindestens zwei entgegengesetzten Richtungen bewegbares Betätigungsorgan aufweisen, wobei die Bewegung z.B. durch Schwenken oder durch eine geradlinige Verschiebung erfolgt. Derartige Zeigegeräte werden in unterschiedlichsten Gebieten angewendet, um Softwareprogramme, Maschinen etc. zu steuern. So sind z.B. Kraftfahrzeuge mit einem Bordcomputer bekannt, der mittels eines Joysticks bedienbar ist. Aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit und/oder der Sicherheit sollte die Bedingung so erfolgen, dass eine visuelle Kontrolle nur im geringen Mass erforderlich ist. Dazu können Vorrichtungen eingesetzt werden, welche dem Benutzer bei der Betätigung des Joysticks eine taktile Rückmeldung liefern.

[0003] Aus der EP 1 180 736 A1 ist es bekannt, einen Aktuator zu verwenden, um beim Bewegen des Betätigungsorgans einen Widerstand zu erzeugen, welcher dem Benutzer eine taktile Rückmeldung liefert. Der Aufbau ist relativ kompliziert, da u.a. zur Kraftübertragung ein Getriebe vorzusehen ist. Nachteilig ist auch, dass zur Realisierung eines Anschlags für das Betätigungsorgan ein kräftiger Aktuator eingesetzt werden muss, mit welchem ein genügend hohes Drehmoment erzeugt werden kann. Durch die Kopplung des Aktuators an das Betätigungsorgan besteht jedoch auch in diesem Fall die Gefahr, dass ein Benutzer bei genügender Kraftanwendung das Betätigungsorgan über den Anschlag hinaus bewegt.

[0004] Aus der DE 19 926 576 A1 ist es bekannt, das Betätigungsorgan über ein selbsthemmendes Getriebe an den Aktuator zu koppeln. Durch diese einseitige Kopplung ist nur eine Kraftübertragung vom Aktuator auf das Betätigungsorgan möglich. Im Betrieb wird das bei der Bewegung des Betätigungsorgans erzeugte Drehmoment erfasst und der Aktuator in Abhängigkeit davon mittels einer Steuereinheit angesteuert. Ein Anschlag kann realisiert werden, indem die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass der Aktuator nicht angesteuert wird, wenn das Betätigungsorgan eine bestimmte Stellung erreicht. Auch hier ist der Aufbau durch das Vorsehen eines speziellen Getriebes relativ kompliziert.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem einfacheren Aufbau zu schaffen, welche die Handhabung eines Joysticks erleichtert.

[0006] Eine Vorrichtung, die diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen und einen Joystick sowie ein Kraftfahrzeug an.

[0007] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen <tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemässen Sperrvorrichtung von oben; <tb>Fig. 2<sep>eine perspektivische Ansicht des Sperrmechanismus der Sperrvorrichtung gemäss Fig. 1von unten; <tb>Fig. 3<sep>eine Draufsicht des Sperrrings des Sperrmechanismus gemäss Fig. 2; <tb>Fig. 4<sep>eine perspektivische Ansicht eines Joysticks mit einer Sperrvorrichtung gemäss Fig. 1von unten; und <tb>Fig. 5<sep>eine perspektivische Ansicht des Joysticks gemäss <tb>Fig. 4<sep>ohne Gehäuse und Lager.

[0008] Die in Fig. 1 gezeigte Sperrvorrichtung umfasst einen Sperrring 1, dessen Innenfläche Freigabebereiche 1a sowie Sperrbereiche 1b aufweist, und vier Sperrelemente 11–14, deren Enden in Abhängigkeit der Lage des Sperrrings 1 auf einen Freigabebereich 1a oder einen Sperrbereich 1b zeigen.

[0009] Die vier Sperrelemente 11–14 sind in Form eines Kreuzes angeordnet, in dessen Mitte sich das Ende einer quer zum Kreuz verlaufenden Schwenkachse 20 befindet. Diese dient als Betätigungsorgan. In Fig. 1ist ein kartesisches Koordinatensystem durch gestrichelte Linien dargestellt, wobei der Nullpunkt des Koordinatensystems der Nulllage der Schwenkachse 20 entspricht. Diese ist im vorliegenden Beispiel so gelagert, dass sie jeweils in positiver sowie negativer x- und y-Richtung, d.h. insgesamt in vier Richtungen schwenkbar ist. Die Schwenkachse 20 ist demnach in zwei zueinander orthogonal angeordneten Schwenkebenen schwenkbar.

[0010] Das erste 11 und das dritte Sperrelement 13 sind auf der x-Achse linear verschiebbar angeordnet, während das zweite 12 und das vierte Sperrelement 14 auf der y-Achse linear verschiebbar angeordnet sind. Die Sperrelemente 11–14 weisen seitliche Leisten auf (siehe z.B. Leiste 11a in Fig. 1 oder 2), welche zum Halten und Führen dienen. Auf dem jeweiligen Sperrelement 11–14 ist eine Feder 23 angeordnet, welche zum Vorspannen des Sperrelements 11–14 in Richtung der Nulllage dient.

[0011] Der Sperring 1 ist relativ zu den Sperrelementen 11–14 und zu der Schwenkachse 20 drehbar gelagert. Zum Drehen dient ein Aktuator mit einem Elektromotor 25, wobei die Antriebswelle 25a das Stellorgan bildet. Der Elektromotor 25 ist in Form eines bürstenlosen Motors, z.B. eines Schrittmotors oder bürstenlosen Gleichstrommotors, oder eines anderen geeigneten Motors ausgebildet. Die Antriebswelle 25a des Elektromotors 25 ist mit einem Rad versehen, welches den Sperrring 1 kontaktiert. Die Achse, um welche die Antriebswelle 25a drehbar ist, ist quer zur Richtung angeordnet, in welche sich die Schwenkachse 20 erstreckt. Der Elektromotor 25 ist mittels einer Steuerelektronik ansteuerbar, um die Lage der Antriebswelle 25a und somit die Lage des Sperrrings 1 gesteuert einzustellen.

[0012] Je nach der Drehlage des Sperrings 1 relativ zu den Sperrelementen 11–14 sind diese entweder verschiebbar oder gesperrt. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Sperrrings 1 weisen die Enden der Sperrelemente 11, 12 und 14 jeweils auf einen Freigabebereich in Form einer Ausnehmung 1a hin, während das Ende des Sperrelements 13 in einem Sperrbereich 1b liegt. Die Schwenkachse 20 ist demnach in Richtung der negativen x-Achse sowie in Richtung der positiven und negativen y-Achse schwenkbar, während ein Schwenken in der positiven x-Achse nicht möglich ist (vgl. Fig. 2, in welcher beispielhaft die Sperrachse 20 in Richtung der negativen y-Achse geschwenkt und somit das Sperrelement 12 in Richtung der positiven y-Achse verschoben ist).

[0013] Wie insbesondere Fig. 3zeigt, liegen die Sperrbereiche 1b des Sperrrings 1 auf der Mantelfläche eines Kreiszylinders. Die Freigabebereiche 1a sind Ausnehmungen mit einer vorgegebenen Tiefe, die am inneren Umfang des Sperrrings 1 gebildet und jeweils um einen bestimmten Winkel versetzt um die Drehachse des Sperrrings 1 herum angeordnet sind.

[0014] Die Anzahl der Ausnehmungen 1a sowie deren Anordnung am Sperrring 1 sind so gewählt, dass jede mögliche Variante der Sperrung bzw. Freigabe der Schwenkachse 20 einstellbar ist: In allen vier Richtungen schwenkbar, in der positiven x-Richtung schwenkbar und in den anderen Richtungen gesperrt, in der negativen x-Richtung schwenkbar und in den anderen Richtungen gesperrt etc. Im vorliegenden Beispiel soll die Schwenkachse 20 in vier Richtungen jeweils schwenkbar oder gesperrt sein. Es gibt demnach 2<4> = 16 verschiedene Einstellzustände, die mit der Sperrvorrichtung einzustellen sind.

[0015] Im vorliegenden Beispiel ist die Anzahl der Ausnehmungen 1a so gewählt, dass derselbe Einstellzustand nicht nur bei einer einzigen, sondern bei mehreren Relativstellungen von Sperrring 1 zu Sperrelementen 11–14 möglich ist. Ein Wechsel von einem Einstellzustand zu einem anderen Einstellzustand kann somit rascher erfolgen, da zur Drehung des Sperrrings 1 ein kleinerer Winkel nötig ist.

[0016] Fig. 4 zeigt die in einem Gehäuse 30 eingebaute Sperrvorrichtung, wobei der Bodendeckel des Gehäuses 30 nicht dargestellt ist. Zum Führen der Sperrelemente 11–14 sind an einer Platte 31 vier winkelförmige Führungselemente 32 fest angebracht. Diese sind um den Nullpunkt so angeordnet, dass sich zwischen zwei benachbarten Führungselementen 32 ein Zwischenraum ergibt, in welchen das Kopfende eines Sperrelements 11–14 greift.

[0017] Zwischen dem jeweiligen Führungselement 32 und dem Sperrring 1 ist ein Anschlagselement 33 fest an der Platte 31 angebracht. Jedes Anschlagselement 33 ist mit einer Ausnehmung versehen, durch welche das jeweilige Sperrelement 11–14 hindurchgeführt ist. Zwischen dem Anschlagselement 33 und dem Kopfende des jeweiligen Sperrelements 11–14 befindet sich die Feder 23. Verschiebt sich beim Betätigen der Schwenkachse 20 ein Sperrelement 11–14, so wird die entsprechende Feder 23 gespannt. Wird die Schwenkachse 20 zurück in die Nulllage gebracht, wird das entsprechende Sperrelement 11–14 aufgrund der Federkraft ebenfalls in die Nulllage zurückverschoben.

[0018] Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung bildet einen Joystick, der an einen Rechner anschliessbar ist, der zur Anzeige von Informationen mit einem Monitor verbunden ist. Der Joystick dient dabei zur Eingabe von Daten, die beispielsweise ein Bewegen eines Cursors auf dem Monitor bewirken, um so ein Menü bedienen zu können. Im Betrieb erzeugt der Rechner in Abhängigkeit der auf dem Monitor gezeigten Informationen Steuersignale, welche von der Steuerelektronik des Elektromotors 25 empfangen werden und ein Drehen des Sperrrings 1 bewirken, um die Schwenkachse 20 für ein Schwenken zu sperren oder freizugeben.

[0019] Im Falle, dass beispielsweise dem Benutzer durch eine taktile Rückmeldung angezeigt werden soll, dass bei der Bedienung eines Menüs eine Bewegung des Cursors in eine bestimmte Richtung wirkungslos ist, weil z.B. dort kein Menüpunkt auswählbar ist, erzeugt der Rechner Steuersignale, welche ein Sperren der Schwenkachse 20 in diese Richtung bewirken.

[0020] Die Sperrvorrichtung hat u.a. den Vorteil, dass durch die entkoppelte Anordnung von Schwenkachse 20 und Drehwelle 25a eine Übertragung der Bewegung in beiden Richtungen verhindert ist. Der Aufbau der Sperrvorrichtung kann dadurch relativ einfach gestaltet werden, da u.a. kein Getriebe zur Kräfteübertragung von der Drehwelle 25a auf die Schwenkachse 20 nötig ist.

[0021] Ein weiterer Vorteil ist, dass als Elektromotor 25 ein gängiger Motor ausreicht, da die Kräfte, die ein Benutzer beim Sperrvorgang auf die Schwenkachse 20 ausübt, auf den Sperrmechanismus 1, 11–14 und nicht auf den Elektromotor 25 übertragen werden. Die eigentliche Funktion der Sperrung übernimmt demnach der Sperrmechanismus 1, 11–14, welcher mechanische Mittel bildet, um die Schwenkachse 20 gegen ein Schwenken sicher sperren zu können.

[0022] Nebst der Sperrvorrichtung kann der Joystick optional mit weiteren Mitteln zur taktilen Rückmeldung ausgestattet sein. Dies ist in Fig. 5 ersichtlich, welche den Joystick aus Fig. 4ohne Gehäuse 30 und Lagerungen zeigt.

[0023] Die Schwenkachse 20 ist an ihrem Kopfende mit einem Bedienungsknopf 40 versehen. Auf einer Scheibe befinden sich Sensoren 41 in Form von Schaltern, die auf der x- bzw. y-Achse angeordnet sind. Die Sensoren 41 sind zusammen mit der Schwenkachse 20 schwenkbar gelagert. Bei einer Schwenkung in eine bestimmte Richtung wird der entsprechende Sensor 41 durch eine Kontaktierung des Gehäuses 30 betätigt, worauf der Sensor 41 ein entsprechendes Schwenksignal an den Rechner liefert.

[0024] Zur taktilen Rückmeldung an einen Benutzer ist ein weiterer Elektromotor 42 vorgesehen, durch welchen hindurch die Schwenkachse 20 verläuft. Der Elektromotor 42, welcher einen drehfest mit der Schwenkachse 20 verbundenen Rotor aufweist, ist zusammen mit der Schwenkachse 20 und dem Bedienungsknopf 40 durch eine geeignete Lagerung in x- und y-Richtung schwenkbar gelagert.

[0025] Ein im Elektromotor 42 angeordneter Sensor dient dazu, die Drehrichtung und den Drehwinkel zu erfassen, um welchen ein Benutzer die Schwenkachse 20 beim Betätigen dreht. Dadurch ist es möglich, zusätzlich zu den Schwenksignalen auch Drehsignale zu erzeugen, welche auf einer Drehung der Schwenkachse 20 um ihre Längsachse basieren.

[0026] Mittels des Elektromotors 42 kann zusätzlich zur taktilen Rückmeldung der Sperrvorrichtung eine weitere taktile Rückmeldung erzeugt werden, indem der Elektromotor 42 in vorgegebener Weise einen Widerstand erzeugt, welcher gegen ein Drehen der Schwenkachse 20 wirkt. Dadurch kann beispielsweise die Schwenkachse 20 festgehalten werden, wenn sie sich in einer bestimmten Drehposition befindet, oder es kann auch beim Drehen eine bestimmte Rastung vorgegeben werden, welche z.B. mit einzelnen Menüpunkten auf dem Monitor korrespondiert.

[0027] Der Joystick mit der erfindungsgemässen Sperrvorrichtung ist vielseitig anwendbar, um dem Benutzer eine taktile Rückmeldung zu geben, z.B. in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, bei Computerspielen, Maschinensteuerungen etc. Durch die taktile Rückmeldung lässt sich die Benutzerfreundlichkeit und/oder Sicherheit in der Bedienung und somit die Handhabung verbessern. So ist es z.B. möglich, einen Bordcomputer in einem Kraftfahrzeug mittels des Joysticks zu bedienen, ohne dass der Fahrer notwendigerweise eine visuelle Überprüfung vornehmen muss.

[0028] Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.

[0029] So ist u.a. die Sperrvorrichtung auch bei einem Joystick anwendbar, dessen Betätigungsorgan in Form einer mechanischen Achse ausgebildet ist, die geradlinig verschiebbar ist. Beispielsweise ist eine Verschiebung in Richtung der positiven und negativen x-Achse und/oder der positiven und negativen y-Achse gemäss Fig. 1 vorgesehen.

[0030] Die Bewegungsebenen, in denen das Betätigungsorgan durch Schwenken oder geradliniges Verschieben bewegbar ist, brauchen nicht unbedingt orthogonal aufeinanderzustehen. Auch kann die Anzahl der vorgesehenen Bewegungsebenen ein, zwei oder mehr betragen.

Claims (14)

1. Vorrichtung für einen Joystick mit einem Betätigungsorgan (20), welches von einer Nulllage aus in mindestens zwei entgegengesetzten Richtungen (+x, –x) bewegbar ist, gekennzeichnet durch einen Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) mit einer Freigabestellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) zum Bewegen in den beiden Richtungen (+x, –x) freigegeben ist, mit einer ersten Sperrstellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) gegen ein Bewegen in den beiden Richtungen gesperrt ist, und mit mindestens einer zweiten Sperrstellung, in welcher das Betätigungsorgan (20) gegen ein Bewegen in eine (+x) der beiden Richtungen gesperrt und zum Bewegen in der anderen Richtung (–x) freigegeben ist, und einen Aktuator (25) zum Umschalten zwischen den Stellungen, welcher ein bewegbares, auf den Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) wirkendes Stellorgan (25a) aufweist, wobei die beiden Organe (20, 25a) voneinander entkoppelt angeordnet sind, um eine Übertragung der Bewegung des jeweiligen einen Organs auf das jeweilige andere Organ zu verhindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) zum Einstellen der Freigabe- und Sperrstellungen einen Sperrring (1) aufweist, welcher relativ zum Betätigungsorgan (20) drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Sperrring (1) am inneren Umfang mindestens eine Ausnehmung (1a) aufweist, welche das Betätigungsorgan (20) zum Bewegen freigibt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) mindestens ein linear verschiebbares Sperrelement (11–14) aufweist, welches in Wirkverbindung mit dem Betätigungsorgan (20) steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) mindestens eine Feder (23) aufweist, welche auf das Sperrelement (11–14) wirkt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sperrmechanismus (1, 11–14, 23, 32, 33) mindestens eine dritte Sperrstellung aufweist, wobei das Betätigungsorgan (20) in der zweiten Sperrstellung gegen ein Bewegen in der positiven Richtung (+x) gesperrt und zum Bewegen in der negativen Richtung (–x) freigegeben ist und in der dritten Sperrstellung gegen ein Bewegen in der negativen Richtung (–x) gesperrt und zum Bewegen in der positiven Richtung (+x) freigegeben ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsorgan (20) in mindestens zwei Bewegungsebenen und/oder in mindestens zwei weiteren entgegengesetzten Richtungen (+y, –y) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die beiden Bewegungsebenen orthogonal zueinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Drehwelle (25a) eines Elektromotors (25) das Stellorgan bildet.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem weiteren Aktuator (42) mit einem Rotor, welcher drehfest mit dem Betätigungsorgan (20) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der weitere Aktuator (42) zusammen mit dem Betätigungsorgan (20) bewegbar gelagert ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Betätigungsorgan (20) in den mindestens zwei entgegengesetzten Richtungen (+x, –x) durch Schwenken oder geradliniges Verschieben bewegbar ist.

13. Joystick mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.

14. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder mit einem Joystick nach Anspruch 13.