CN103186163A - 力回馈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种力回馈装置，其利用多个组合螺栓套设弹簧，穿过顶盖四周的顶压槽孔，将顶盖锁入底座。弹簧停留在阶梯状的顶压槽孔中，挤压在组合螺栓的栓头与顶盖间，并通过组合螺栓的栓身高于顶压槽孔预定高度，在栓头与顶盖间预留一吸收间隙，使摇杆操作顺畅。

Description

力回馈装置
技术领域
本发明涉及一种力回馈装置，尤其是涉及游戏或车辆等使用摇杆，用以操作多轴控制的输入界面。
背景技术
力回馈装置(Force Feedback Device)主要利用摇杆操作多轴的位移，需要精确的移动控制及滑顺的操作手感，才能正确控制物件到达定位。
如图1所示，为美国公告的US4733214专利案，揭露先前技术的力回馈装置10，在底座11上形成槽穴12，槽穴12周边设置感测器13，并置入一圆球14，圆球14的外径与槽穴12的外形相配合。再覆上顶盖15在圆球14上，顶盖15具有顶罩16，顶罩16中心设操作孔17，顶罩16内侧外形配合圆球14的外径。通过组合螺栓18将顶盖15锁固在底座11上，使底座11的槽穴12与顶盖15的顶罩16，由上下支撑圆球14转动。摇杆19穿过顶盖15的操作孔17连接在圆球14，经由摇杆19带动圆球14转动，利用感测器13侦测圆球14的位移，并传送摇杆19的操作位移，以控制物件移动。
然而，先前技术的力回馈装置10的槽穴12与顶罩16，需球形包覆支撑圆球14转动。由于真圆度的制造困难及公差，组装完成后，圆球14与槽穴12、顶16的间隙可能太大或过于紧密。间隙太大使圆球14无法精确定位，降低摇杆19移动精密度，而间隙过于紧密则使圆球14不易滑动，影响摇杆19的操作手感。尤其对多轴控制的力回馈装置，因需多层轴堆叠，前述问题更加严重。因此，力回馈装置在组装结构上，仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力回馈装置，通过在组合螺栓与顶盖间预留一吸收间隙，并在组合螺栓套上弹簧，利用弹簧吸收组装后误差，以提升控制精度及操作的顺畅。
为了达到前述发明的目的，本发明力回馈装置，在底座凹设一槽穴，并在槽穴的周边分设数个螺孔。轴杆单元包含至少一轴杆件，轴杆件一端具有力回馈连接端，中段设弧形杆，弧形杆的中央沿轴杆件长轴方向挖设位移槽孔，并可转动跨设在槽穴上。力回馈单元，相对轴杆件数设置力回馈机构，力回馈机构具有步进马达，经由一齿轮组，连接至轴杆件的力回馈连接端，提供轴杆件位移的侦测及力回馈驱动的动力来源。顶盖凸出的顶罩设操作孔，四周设有数个顶压槽孔。摇杆由顶盖的操作孔，穿入轴杆件的位移槽孔，可多方向性移动连结在槽穴。多个组合螺栓配合顶压槽孔的数目设置组合螺栓，组合螺栓依序形成栓头、栓身及螺纹部，并套设一弹簧，穿过顶压槽孔，将螺纹部锁入底座的螺孔，栓头压住弹簧停留顶压槽孔中，通过栓身高于顶压槽孔预定高度，使栓头与顶盖间预留一吸收间隙。
附图说明
图1为现有技术力回馈装置的示意图；
图2为本发明第一实施例力回馈装置的立体图；
图3为本发明第一实施例力回馈装置的零件分解图；
图4为本发明第一实施例力回馈装置的示意侧剖视图；
图5为本发明第一实施例组合螺栓结合顶压槽孔的局部侧剖视图；
图6为本发明第二实施例力回馈装置的示意侧剖视图。
主要元件符号说明
20             第一实施例力回馈装置
21             底座
211            槽穴
212            螺孔
22             圆球
221            结合孔
23             轴杆单元
23a            X轴杆件
23b            Y轴杆件
231a、231b     力回馈连接端
232a、232b     弧形杆
233a、233b    位移槽孔
24            力回馈单元
24a           X轴力回馈机构
24b           Y轴力回馈机构
241           步进马达
242           齿轮组
25            顶盖
251           顶罩
252           操作孔
253           顶压槽孔
26            组合螺栓
261           弹簧
27            摇杆
28            封套
30            第二实施例力回馈装置
31            连结装置
具体实施方式
有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举较佳实施例，并配合附图加以说明如下。
请参阅图2及图3，图2为本发明第一实施例力回馈装置20的立体图，图3为本发明第一实施例力回馈装置20的零件分解图。本发明力回馈装置20主要包含底座21、圆球22、轴杆单元23、力回馈单元24、顶盖25、组合螺栓26及摇杆27。其中，底座21上凹设一槽穴211，并在槽穴211的周边分设数个螺孔212。圆球22设在槽穴211中转动，圆球22上设一结合孔221。
轴杆单元23包含至少一轴杆件，依据力回馈装置20的控制轴数而定，本发明以X及Y轴两控制轴为实施例，因此轴杆单元23包含X轴杆件23a及Y轴杆件23b。各轴杆件一端具有力回馈连接端231a、231b，中段具有弧形杆232a、232b，弧形杆232a、232b中央沿各轴杆件长轴方向挖设位移槽孔233a、233b，并依各控制轴方向将各轴杆件可转动跨设在底座21的槽穴211上，且弧形杆232a、232b上下层堆叠在圆球22上。本发明以Y轴杆件23b为下层，X轴杆件23a为上层为例，使位于下层Y轴杆件23b的弧形杆232b配合圆球22的外径覆盖圆球22，而上层X轴杆件23a的弧形杆232a的外径配合下层Y轴杆件23b的弧形杆232b，覆盖下层的弧形杆232b。
力回馈单元24相对轴杆单元23的轴杆件数设置力回馈机构，本发明以X及Y轴两控制轴为实施例，因此力回馈单元24包含X轴力回馈机构24a及Y轴力回馈机构24b。每一力回馈机构，具有步进马达241，经由齿轮组242，分别连接至各X轴杆件23a的力回馈连接端231a及Y轴杆件23b的力回馈连接端231a，提供各轴杆件位移的侦测及力回馈驱动的动力来源。
顶盖25具有顶罩251，顶罩251中心设操作孔252，四周设有数个顶压槽孔253，顶罩251内侧配合覆盖上层X轴杆件23a的弧形杆232a的外径。配合顶压槽孔253的数目利用多个组合螺栓26，每一组合螺栓26套设一弹簧261，穿过顶压槽孔253，锁入底座21的螺孔212，将顶盖25锁固在底座21上。此外，摇杆27由顶盖25的操作孔252，穿入各轴杆件的位移槽孔233，连接在圆球22的结合孔221。另外，顶盖25的操作孔252可选择利用一封套28，穿套摇杆27盖住操作孔252，防止异物进入顶盖25的操作孔252，以避免影响摇杆27的操作。
如图4及图5所示，图4为本发明第一实施例力回馈装置20的示意侧剖视图，图5为本发明第一实施例组合螺栓26结合顶压槽孔253的局部侧剖视图。本发明第一实施例力回馈装置20利用组合螺栓26将顶盖25锁固在底座21时，顶盖25的顶罩251依序压挤X轴杆件的弧形杆232a、Y轴杆件的弧形杆232b及圆球22陷入槽穴211中而形成堆叠状态。摇杆27固定在圆球22的结合孔221，而圆球22陷入槽穴211中滑动，使摇杆27可多方向移动以推动各轴杆件的位移槽孔233a、233b，利用各轴杆件的弧形杆232a、232b间弧球面的滑动，带动各轴杆件的位移。
为了防止组装完成后，顶罩251、各弧形杆232a、232b、圆球22与槽穴211堆叠的间隙太大或过于紧密，本发明第一实施例力回馈装置20将顶盖25的顶压槽孔253，形成包含第一阶梯部254与第二阶梯部255至少两段阶梯状的槽孔，第一阶梯部254的外径较第二阶梯部255大，且可容置弹簧261。再将组合螺栓26依序形成栓头262、栓身263及螺纹部264三段阶梯状外径，组合螺栓26的外径由大至小排列为栓头262、栓身263、螺纹部264。栓头262的外径较弹簧261的外径大，但栓身263可穿入弹簧261与第二阶梯部255，栓身263的高度高于顶压槽孔253一预定高度。因此组合螺栓26套设弹簧261，穿过顶压槽孔253，将螺纹部264锁入底座21的螺孔212时，栓头262压住弹簧261，使弹簧261停留在两段阶梯状顶压槽孔253中的第一阶梯部254，并挤压第二阶梯部255顶住顶盖25，而通过栓身263高于顶压槽孔253预定高度，使栓头262与顶盖25间预留一吸收间隙G。
由于栓头262与顶盖25间预留的吸收间隙G，可吸收顶罩251、各弧形杆232a、232b、圆球22与槽穴211堆叠的间隙，间隙太大时，顶盖25受弹簧261挤压，即可减少堆叠的间隙，提高摇杆27位移的精确度。反之，堆叠过紧时，顶盖25挤压弹簧261可在吸收间隙G移动，而预留调整堆叠过紧的空间，让摇杆27的操作手感更加顺畅。同时，本发明力回馈装置通过预留的吸收间隙G，也可容许较大的制造公差，不仅降低制造成本，且可降低降低堆叠真圆度的困难性。
另外请参考图6，为本发明第二实施例力回馈装置30的示意侧剖视图。本发明第二实施例力回馈装置30基本架构与前述第一实施例力回馈装置相同，为简化说明，相同构件采用同一件号标示。两实施例的差异主要在于，第二实施例力回馈装置30简化第一实施例力回馈装置的圆球，使摇杆27可多方向性移动的连结在槽穴211，该可多方向性移动的连结为一连结装置31，以减少顶罩251与各弧形杆232a、232b间多层堆叠的滑动阻力。该连结装置31本实施例以万向轴表示，但不拘限于万向轴，例如前述第一实施例不填满槽穴211的小直径圆球轴等也可达到本发明可多方向性移动连结的目的。
以上所述者，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该等较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，于不脱离本发明的精神下，皆属本发明申请专利的范围。

Claims (9)

1.一种力回馈装置，包含：
底座，凹设一槽穴，并在槽穴的周边分设数个螺孔；
轴杆单元，包含至少一轴杆件，该轴杆件一端具有力回馈连接端，中段设弧形杆，弧形杆的中央沿轴杆件长轴方向挖设位移槽孔，并可转动跨设在槽穴上；
力回馈单元，力回馈机构具有步进马达，经由一齿轮组，连接至轴杆件的力回馈连接端，提供轴杆件位移的侦测及力回馈驱动的动力来源；
顶盖，具有顶罩，顶罩设操作孔，四周设有数个顶压槽孔；
摇杆，由顶盖的操作孔，穿入轴杆件的位移槽孔，可多方向性移动连结在槽穴；以及
多个组合螺栓，配合顶压槽孔的数目设置组合螺栓，组合螺栓依序形成栓头、栓身及螺纹部，并套设一弹簧；
其中，该组合螺栓套设弹簧，穿过顶压槽孔，将螺纹部锁入底座的螺孔，栓头压住弹簧停留顶压槽孔中，通过栓身高于顶压槽孔预定高度，使栓头与顶盖间预留一吸收间隙，以吸收顶罩与轴杆件的间隙。
2.如权利要求1所述的力回馈装置，其中该轴杆单元包含X轴杆件与Y轴杆件两控制轴数，各轴杆件的弧形杆依各控制轴方向上下层堆叠。
3.如权利要求1所述的力回馈装置，其中该顶压槽孔形成包含第一阶梯部与第二阶梯部至少两段阶梯状的槽孔，第一阶梯部的外径较第二阶梯部大，以容置弹簧。
4.如权利要求3所述的力回馈装置，其中该组合螺栓由大至小依序形成栓头、栓身及螺纹部三段阶梯状外径。
5.如权利要求4所述的力回馈装置，其中该栓头的外径较弹簧的外径大，而栓身可穿入弹簧与第二阶梯部。
6.如权利要求5所述的力回馈装置，其中该栓头压住弹簧，使弹簧停留在顶压槽孔的第一阶梯部，并挤压第二阶梯部以顶住顶盖。
7.如权利要求1所述的力回馈装置，其中该槽穴置入一圆球转动，圆球设一结合孔与摇杆连结，顶盖的顶罩覆盖弧形杆、圆球与槽穴形成堆叠。
8.如权利要求1所述的力回馈装置，其中该堆叠的间隙太大时，顶盖受弹簧挤压以减少堆叠的间隙，堆叠过紧时，顶盖挤压弹簧在吸收间隙移动。
9.如权利要求1所述的力回馈装置，其中该摇杆以一万向轴连结在槽穴。
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