CN105204524A - 控制遥杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制遥杆，包括壳体、角位移传动部件、控制手柄以及用于根据角度变化输出相应控制指令的角度采集控制部件；壳体上设有通槽；角位移传动部件设置在壳体内，角位移传动部件包括圆形齿轮和与所述圆形齿轮啮合连接的扇形齿轮；控制手柄一端穿过通槽伸入壳体与扇形齿轮的旋转中心连接，另一自由端用于控制；角度采集控制部件包括磁体，与磁体相对设置的磁性传感器；与磁性传感器电连接的磁感控制电路，其中，磁体同心设置在圆形齿轮上。通过扇形齿轮和圆形齿轮的啮合连接，将控制手柄转动的角度细分为齿轮啮合的齿数，通过增加相同角度内扇形齿轮和圆形齿轮的齿数，从而提高对控制手柄角位移传动的精密度，减小传递过程中产生的误差。

Description

控制遥杆

技术领域

本发明涉及一种控制遥杆，具体涉及一种控制遥杆。

背景技术

在机械控制设备中，控制遥杆是一种最为常见的机械控制设备，能方便地应用于对各种机械执行机构的控制。现有控制遥杆的内部大多采用扭簧进行对控制遥杆变化角度的传递，但是扭簧在长时间受力的状态下，其机械传动性能和回复弹力会逐渐减小，致使扭簧不仅不能够准确的传递控制遥杆的转动角度，同时其回复位置偏移原始中轴位置，造成零位偏移，降低了控制遥杆的灵敏度，还容易输出错误指令，造成安全隐患和影响生产效率。同时由于扭簧需要横向设置进行机械控制，造成控制遥杆的体积较大，不利于机械操作台的空间利用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够对控制遥杆的转动角度进行精确传递、同时避免回复偏移的控制遥杆。

一种控制遥杆，包括一壳体、一角位移传动部件、一控制手柄以及一用于根据角度变化输出相应控制指令的角度采集控制部件；其中，

所述壳体上设有一通槽；

所述角位移传动部件设置在所述壳体内，所述角位移传动部件包括一圆形齿轮和一与所述圆形齿轮啮合连接的扇形齿轮；

所述控制手柄一端穿过所述通槽伸入壳体与所述扇形齿轮的旋转中心连接，另一自由端用于控制；

所述角度采集控制部件包括一磁体，一与磁体相对设置的磁性传感器；一与磁性传感器电连接的磁感控制电路，其中，所述磁体同心设置在所述圆形齿轮上。

优选的，所述通槽沿控制手柄摆动方向的长度大于同一水平位置上控制手柄的最大摆动幅度。

优选的，所述控制手柄上固定套设一角度控制块，当控制手柄摆动至最大角度时，所述角度控制块的一端与所述壳体抵接，限制控制手柄继续摆动。

优选的，所述壳体上设有一凹槽，所述通槽设置在所述凹槽的底部，所述角度控制块具有弧形下表面，所述弧形下表面抵接在所述通槽的槽口；当角度控制块在控制手柄的带动下摆动至最大角度时，所述角度控制块的一端与所述凹槽的侧壁抵接，限制控制手柄继续摆动。

优选的，所述控制手柄与所述壳体之间设有一环形弹性部件，所述环形弹性部件的上端抵接于所述控制手柄的自由端，下端抵接在所述壳体上。

优选的，所述环形弹性部件的半径由上至下逐渐增大。

优选的，所述壳体具有两个并列设置的第一中空内腔和第二中空内腔，所述控制手柄、扇形齿轮、圆形齿轮以及同心磁体设置在第一中空内腔中，所述磁感控制电路设置在第二中空内腔中。

优选的，所述第二中空内腔内的磁感控制电路通过树脂灌浆进行密封隔离。

优选的，所述控制手柄与所述壳体之间通过一柔性密封件进行密封。

优选的，所述磁感控制电路包括一双路输出的微处理器，当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置顺时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向其中第一路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第二路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变；当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置逆时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向第二路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第一路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变。

本发明所述的控制遥杆，通过扇形齿轮和圆形齿轮的啮合连接，将控制手柄转动的角度细分为齿轮啮合的齿数，通过增加相同角度内扇形齿轮和圆形齿轮的齿数，从而提高对控制手柄角位移传动的精密度，减小传递过程中产生的误差。相较现有技术中采用扭簧进行角度传递容易产生误差的问题，本发明所述的控制遥杆结构简单，角位移传动精密度高，从而使控制遥杆的控制更加精确。

附图说明

图1为本发明所述控制遥杆的剖视图；

图2为图1沿A-A方向的剖视图；

图3为本发明所述控制手柄的转动角度与磁感控制电路的输出电压的关系变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明提供一种控制遥杆，其包括一壳体10，所述壳体10上设有一通槽11；一设置在所述壳体10内的角位移传动部件20；一端通过通槽11伸入壳体10内与角位移传动部件20连接的控制手柄30；一与所述角位移传动部件20连接、用于根据角度变化输出相应控制指令的角度采集控制部件40。

其中，所述角位移传动部件20包括一圆形齿轮21和一与所述圆形齿轮21啮合连接的扇形齿轮22，所述角度采集控制部件40包括一磁体41；一与磁体41相对设置的磁性传感器42；一与磁性传感器42电连接的磁感控制电路43；其中，所述磁体41同心设置在所述圆形齿轮21上。具体的，所述控制手柄30一端与所述扇形齿轮22的旋转中心连接。所述通槽11为控制手柄30提供角度摆动行程，且通槽11沿控制手柄30摆动方向的长度大于同一水平位置上控制手柄30的最大摆动幅度。具体的，由于控制手柄30为作用力的施力部件，因此为保证控制遥杆的使用寿命，所述控制手柄30优选采用刚性较强的金属制成。

通过扇形齿轮22和圆形齿轮21的啮合连接，使控制手柄30转动的角度能够进行精确的传递，并采用同心磁体41建立磁场，通过磁性传感器42对磁场中的旋转变化进行采集，当所述控制手柄30发生转动，使扇形齿轮22带动圆形齿轮21旋转，同心磁体41在圆形齿轮21的带动下与磁性传感器42之间发生相对旋转位移，在切割磁感线的运动中产生感应电流，磁性传感器42检测到感应电流，使磁感控制电路43根据所述感应电流输出相应的电压，从而控制机械执行机构的运动，采用齿轮传递消除了现有技术中扭簧的弹性消耗问题，且精度高，使用寿命长。

所述磁感控制电路43的输出电压与所述控制手柄30转动角度的变化关系如图3所示。由图3可知，当控制手柄30相对中轴初始位置转动的角度越大，磁感控制电路43的输出电压就越大，从而控制机械执行机构的运动速度。当控制手柄30反方向摆动时，执行机构则向反方向做一维运动。因此，通过多个本发明的直线手柄的组合可以控制机械执行机构的多维运动。

具体的，所述壳体10包括一基座101和设置在基座下方的密封底壳102，所述扇形齿轮22、圆形齿轮21、磁体41以及磁感控制电路43均设置在所述密封底壳102内。所述基座101上设有一凹槽103，所述通槽11设置在凹槽103底部。

由于控制手柄30直接与壳体10碰撞抵接，容易造成控制手柄30使用寿命的缩减，因此，在所述控制手柄30上固定套设一角度控制块31，所述角度控制块31具有一弧形下表面311，所述弧形下表面311相对所述通槽11抵接在凹槽103底部，当控制手柄30摆动角度达到预定最大角度，所述角度控制块31的一端与凹槽103的侧壁抵接，从而控制了控制手柄30的最大摆动角度，也避免了控制手柄30与所述壳体10直接碰撞，造成控制手柄30损坏的问题。

同时，所述控制手柄30与所述基座101之间还设有一环形弹性部件32，所述环形弹性部件32套装在所述控制手柄30上，其上端抵接于所述控制手柄30的自由端，下端抵接在所述基座101上。当未向控制手柄30施加外力或施加的外力小于环形弹性部件32的回复弹力时，所述控制手柄30处于中轴初始位置，当向控制手柄30施加的外力大于环形弹性部件32的回复弹力，从而使其左右摆动时，所述环形弹性部件32一侧被压缩，另一侧即被拉伸，因此，当松开控制手柄30时，控制手柄30就会在回复弹力的作用下回复至中轴初始位置。

当控制手柄30做回复运动时，控制手柄30相对中轴初始位置转动的角度迅速减小，且回复时间非常短，几乎可以忽略不计，从而磁感控制电路43输出的控制信号非常小，因此当机械执行机构到达指定位置后，松开控制手柄30，机械执行机构不会发生明显位移。

更优选的，所述环形弹性部件32的半径由上至下逐渐增大，形成横截面为三角形的弹性支撑面，所述控制手柄30的中轴初始位置位于所述弹性支撑面的中心线上，根据三角支撑的稳定性，控制手柄30在自由状态下，由弹性部件32的回复力控制其回复至中轴初始位置，避免控制手柄30回复位置偏移，使磁感控制电路43输出错误信号，提高了控制遥杆的控制精度。

将控制手柄30不发生摆动时的磁性传感器42输出电压设置为不为零的最小输出电压值，从而进一步避免了由于弹性部件老化，致使控制手柄30不能回复至标准的中轴初始位置时，磁感控制电路43输出错误电压控制执行机构继续运动的问题。一般可以将控制手柄30的回复误差角度设置为2°。

所述壳体10具有两个并列设置的第一中空内腔110和第二中空内腔120，所述控制手柄30、扇形齿轮22、圆形齿轮21以及同心磁体41设置在第一中空内腔110中，所述磁感控制电路43设置在第二中空内腔120中，通过将机械部件与电气部件分开设置，避免了机械部件在动能传递的过程中对电气部件造成的影响。

同时向所述第二中空120内腔灌入树脂，对磁感控制电路43进行全面密封隔离，以此延长磁感控制电路43的工作寿命，避免磁感控制电路43受潮或由于震动导致电路连接中断，影响控制遥杆的正常使用。由于本发明所述控制遥杆采用磁体磁场的变化来检测角度的变化，因此即使同心磁体41和磁性传感器42不在同一中空内腔中，磁性传感器42仍能够通过同心磁体41的磁场变化来检测控制手柄30的角度变化情况。

所述控制手柄30与所述壳体10之间通过一柔性密封件33进行密封，具体的，所述柔性密封件33为一密封橡胶套，所述密封橡胶套与所述控制手柄30、壳体10之间通过粘胶密封连接，且其具有良好的韧性，不易拉扯损坏，保障控制遥杆内部不被空气和雨水腐蚀从而老化的问题，进一步延长控制遥杆的使用寿命。

进一步的，为精确的匹配控制手柄的摆动方向及磁感控制电路的输出信号之间的控制关系，所述磁感控制电路包括一双路输出的微处理器，当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置顺时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向其中第一路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第二路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变；当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置逆时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向第二路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第一路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变。

具体的，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向其中第一路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向PWM控制信号，同时向第二路输出路径输出占空比小于某一阀值的信号并且保持不变；当所述磁体环相对控制手柄的中轴初始位置逆时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向第二路输出路径输出一负与手柄行程成比例的正向PWM控制信号，同时向第一路输出路径输出占空比小于某一阀值的信号并且保持不变。

更进一步的，也可以将第一路和第二路输出的差值作为输出信号，当手柄运动并对应磁体顺时针（或逆时针）转动时，输出与转动角度大小成比例的正电压信号，当手柄运动并对应磁体逆时针(或顺时针)转动时，输出与转动角度大小成比例的负电压信号。

具体的，当手柄运动并对应磁体顺时针（或逆时针）转动时输出与转动角度大小成比例的正占空比变化信号-正PWM信号，当手柄运动并对应磁体逆时针(或顺时针)转动时输出与转动角度大小成比例的负占空比变化信号-负PWM信号。

本发明所述控制遥杆，通过扇形齿轮22和圆形齿轮21的啮合连接，将控制手柄30的角位移细分为齿轮啮合的齿数，通过增加相同角度内扇形齿轮22和圆形齿轮21的齿数，提高对控制手柄30角位移传动的精密度，进而精确的捕捉控制手柄30发出的指令；减小传递过程中产生的误差，避免了现有技术中采用扭簧进行角度传递容易产生误差的问题。

同时采用同心磁体41将控制手柄30的机械转动角度转化为磁场变化，并通过磁性传感器42对磁场变化进行精确捕捉，将磁场变化转化为电信号，从而实现对执行机构的精准控制。本发明所述的控制遥杆结构简单，角位移传动精密度高，从而使控制遥杆的控制更加精确，且体积更小，空间利用率更高。

本发明所述控制遥杆，可以用于控制机械执行机构的一维运动，如左右平移、上下平移、伸缩、正反转动等运动控制，当磁感控制电路43的输出电压越大，执行机构的运动速度越快，当磁感控制电路43的输出电压小于最小电压时，执行机构的运动速度为零，即停止运动，当控制手柄30反方向摆动时，执行机构则向反方向做一维运动。更优的，还可以通过多个控制手柄30的联合，对执行机构继续二维、三维及多位的运动控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制遥杆，其特征在于，包括一壳体、一角位移传动部件、一控制手柄以及一用于根据角度变化输出相应控制指令的角度采集控制部件；其中，

所述壳体上设有一通槽；

所述角位移传动部件设置在所述壳体内，所述角位移传动部件包括一圆形齿轮和一与所述圆形齿轮啮合连接的扇形齿轮；

所述控制手柄一端穿过所述通槽伸入壳体与所述扇形齿轮的旋转中心连接，另一自由端用于控制；

所述角度采集控制部件包括一磁体，一与磁体相对设置的磁性传感器；一与磁性传感器电连接的磁感控制电路，其中，所述磁体同心设置在所述圆形齿轮上。

2.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述通槽沿控制手柄摆动方向的长度大于同一水平位置上控制手柄的最大摆动幅度。

3.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述控制手柄上固定套设一角度控制块，当控制手柄摆动至最大角度时，所述角度控制块的一端与所述壳体抵接，限制控制手柄继续摆动。

4.根据权利要求3所述的控制遥杆，其特征在于，所述壳体上设有一凹槽，所述通槽设置在所述凹槽的底部，所述角度控制块具有弧形下表面，所述弧形下表面抵接在所述通槽的槽口；当角度控制块在控制手柄的带动下摆动至最大角度时，所述角度控制块的一端与所述凹槽的侧壁抵接，限制控制手柄继续摆动。

5.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述控制手柄与所述壳体之间设有一环形弹性部件，所述环形弹性部件的上端抵接于所述控制手柄的自由端，下端抵接在所述壳体上。

6.根据权利要求5所述的控制遥杆，其特征在于，所述环形弹性部件的半径由上至下逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述壳体具有两个并列设置的第一中空内腔和第二中空内腔，所述控制手柄、扇形齿轮、圆形齿轮以及同心磁体设置在第一中空内腔中，所述磁感控制电路设置在第二中空内腔中。

8.根据权利要求7所述的控制遥杆，其特征在于，所述第二中空内腔内的磁感控制电路通过树脂灌浆进行密封隔离。

9.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述控制手柄与所述壳体之间通过一柔性密封件进行密封。

10.根据权利要求1所述的控制遥杆，其特征在于，所述磁感控制电路包括一双路输出的微处理器，当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置顺时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向其中第一路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第二路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变；当所述磁体相对控制手柄的中轴初始位置逆时针旋转超过阈值角度时，所述微处理器根据磁性传感器的采集信号向第二路输出路径输出一与手柄行程成比例的正向控制信号，同时向第一路输出路径输出小于某一阀值的信号并且保持不变。