CN106919219A - 一种人机工程操纵手柄装置 - Google Patents

Abstract

一种人机工程操纵手柄装置，包括枢接在装置主体上的左转把、与左转把连接的左转把随动组件、枢接在装置主体上的右转把、与右转把连接的右转把随动组件、主电位器和同步电位器；主电位器贯通轴与右转把随动组件连接，右转把随动组件与装置主体之间设有主动作弹性件；同步电位器外壳与主电位器贯通轴固定连接，同步电位器贯通轴与左转把随动组件连接，左转把随动组件与主电位器贯通轴之间设有同步弹性件；同步弹性件的弹性力大于主动作弹性件的弹性力。单独转动左转把或右转把时，被控设备直线前进或后退，另外一只手可作其他工作。双手操作可精确的控制设备转向，或行进，或转弯，可灵活，快速的调整设备，将其置于预计的位置。

Description

一种人机工程操纵手柄装置

技术领域

本发明涉及主从式遥操作结构的机器人或设备，具体涉及主操作装置。

背景技术

在操作员或驾驶员不能随被操作设备或车辆同平台行进时，多数会采用遥控式的操纵盒，或是在设备、车辆行走速度较慢时，采用地面行走，操作车体上就近部分的手柄，来进行操纵。常规上，此两类操作手柄装置都要有多个不同旋转机构与按钮来配合完成操纵过程，如前进，后退，转向，或运动组合。在这种情况下，设计在车辆上的控制手柄的旋转机构在控制行进速度的同时，也要考虑转向控制，因为此种人员跟随操作，方向不易控制。

发明内容

本发明所解决的技术问题：如何将操作手柄装置的转弯、前进、倒退功能集中为一体。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种人机工程操纵手柄装置，包括枢接在装置主体上的左转把、与所述左转把连接的左转把随动组件、枢接在装置主体上的右转把、与所述右转把连接的右转把随动组件、主电位器和同步电位器；所述主电位器包括配合设计的主电位器外壳和主电位器贯通轴，所述同步电位器包括配合设计的同步电位器外壳和同步电位器贯通轴；主电位器外壳固定连接在装置主体上，主电位器贯通轴与右转把随动组件连接，右转把随动组件与装置主体之间设有主动作弹性件；同步电位器外壳与主电位器贯通轴固定连接，同步电位器贯通轴与左转把随动组件连接，左转把随动组件与主电位器贯通轴之间设有同步弹性件；同步弹性件的弹性力大于主动作弹性件的弹性力。

上述技术方案中，主电位器、同步电位器均为电位器；电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成；当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。主电位器贯通轴相当于所述电刷，主电位器外壳相当于所述电阻体。同步电位器贯通轴相当于所述电刷，同步电位器外壳相当于所述电阻体。

按上述技术方案，初始无动作时，主动作弹性件用于定位右转把、右转把随动组件、主电位器贯通轴的角度，使得整个手柄装置在没有人为干预的初始情况下，主电位器回中位；同时，因同步电位器外壳与主电位器贯通轴固定连接，在同步弹性件的作用下，同步电位器也处于中位。

按上述技术方案，单独转动左转把或右转把时，因同步弹性件的弹性力远大于主动弹性件的弹性力，所以，左转把和右转把可认为“虚拟同轴”，此时，同步电位器没有输出信号，主电位器有输出信号。此时，被控设备直线前进或后退。

按上述技术方案，双手不同步的转动左转把和右转把时，两侧轴不再是“虚拟同步”，而是在主电位器贯通轴产生转动的前提下，又以同步电位器的两侧为分界，产生相对转角，使得不仅主电位器输出行进信号，同步电位器也同时输出转角信号，此时，被控设备转弯行进。

通过上述技术方案，本发明所述手柄装置单手操作即可完成被控设备的直线行进，操作者可站在偏左或偏右一侧操作，操作者也可方便的侧身观察操作。同时，另外一只手可以操作其它的按钮或完成其它工作。

通过上述技术方案，因双手操作会有较为精确的控制，所以操作者可以精确的控制设备转向，或行进，或行进中进行转弯，可灵活，快速的调整设备，将其置于预计的到达位置。

所述主动作弹性件为主动作扭簧；所述右转把随动组件包括设置在其末端的主动作扭簧扣件；所述装置主体包括设置在基座上的主动作扭簧定位件；所述主动作扭簧连接在主动作扭簧扣件和主动作扭簧定位件之间；所述主电位器贯通轴与所述主动作扭簧扣件连接。

所述装置主体包括设置在基座上的主电位器固定座，所述主电位器外壳安装在主电位器固定座上；所述主电位器贯通轴穿过主动作扭簧定位件和主电位器固定件而与所述同步弹性件连接。具体地，主电位器贯通轴与主动作扭簧定位件枢接，主电位器贯通轴与主电位器固定件枢接，其端部与所述同步弹性件连接。主动作扭簧定位件方便主动作扭簧的安装，主电位器固定件用于安装主电位器。

所述同步弹性件为同步扭簧；主电位器贯通轴末端设有第一同步扭簧扣件；所述左转把随动组件包括设置在其末端的第二同步扭簧扣件；所述同步扭簧连接在第一同步扭簧扣件和第二同步扭簧扣件之间；所述同步电位器贯通轴与所述第二同步扭簧扣件连接且枢接在第一同步扭簧扣件上。所述第一同步扭簧扣件与所述主电位器贯通轴的端部固定连接。作用于左转把上的扭力通过左转把随动组件传递给同步电位器贯通轴和同步扭簧；作用于右转把上的扭力通过右转把随动组件传递给主电位器贯通轴和主动作扭簧；同步电位器贯通轴和主电位器贯通轴之间存在旋转后的角度差，该角度差反映在同步电位器外壳与同步电位器贯通轴发生相对转动，同步电位器外壳与同步电位器贯通轴发生相对转动的同步电位器输出的信号使被控设备转弯。上述设计可使操作者简单、有效而精确地控制设备直线行进和转弯。

所述装置主体包括设置在基座上的左支撑限位座和右支撑限位座；左支撑限位座上安装有左把芯，右支撑限位座上安装有右把芯；所述左转把活动套设在左把芯上，所述右转把活动套设在右把芯上；所述左转把随动组件枢接在左支撑限位座上，所述右转把随动组件枢接在右支撑限位座上；左支撑限位座上设有对左转把随动组件旋转幅度进行限位的左限位结构，右支撑限位座上设有对右转把随动组件旋转幅度进行限位的右限位结构。上述左限位结构可有效地避免左转把旋转过度而损伤左转把、左转把随动组件和同步电位器，尤其是，可有效地延长同步扭簧的使用寿命；相应地，上述右限位结构可有效地避免右转把旋转过度而损伤右转把、右转把随动组件和主电位器，尤其是，可有效地延长主动作扭簧的使用寿命。

左转把随动组件包括枢接在左支撑限位座中的左枢接轴、安装在左枢接轴上的左限位法兰、通过左万向联轴器与所述左限位法兰连接的第二同步扭簧扣件；所述左转把与所述左枢接轴连接；所述左限位法兰上设有与所述左限位结构配合设计的左限位法兰限位结构。关于左枢接轴与左转把的连接结构，可作如下设计：左把芯与左支撑限位座固定连接，枢接在左支撑限位座中的左枢接轴沿轴向突出左把芯，突出左把芯的左枢接轴上安装有连接件，活动套设在左把芯上的左转把与所述连接件固定连接，如此，左转把旋转，通过所述连接件带动所述左枢接轴旋转，左枢接轴带动整个左转把随动组件同步旋转。所述左限位法兰限位结构可以为径向设置在所述左限位法兰外围的法兰凸块，所述左限位结构可以为轴向突出所述左支撑限位座的限位凸块，左限位法兰旋转角度达最大值时，法兰凸块与限位凸块相抵。

右转把随动组件包括枢接在右支撑限位座中的右枢接轴、安装在右枢接轴上的右限位法兰、通过右万向联轴器与所述右限位法兰连接的主动作扭簧扣件；所述右转把与所述右枢接轴连接；所述右限位法兰上设有与所述右限位结构配合设计的右限位法兰限位结构。关于右枢接轴与右转把的连接结构，可类比于左枢接轴与左转把的连接结构。

主电位器贯通轴的旋转中心线、同步电位器贯通轴的旋转中心线位于同一直线上。上述设计，可有效地使存在连接关系的主电位器贯通轴和同步电位器贯通轴因旋转而产生的角度差准确地转化为同步电位器的电信号，进而，所述电信号可准确地控制设备的动作。反之，主电位器贯通轴的旋转中心线、同步电位器贯通轴的旋转中心线不处于同一直线上，则主电位器贯通轴旋转角度与同步电位器贯通轴旋转角度之间的差值不能准确地转化成同步电位器的电信号，导致被控设备产生不必要的动作误差。

左转把旋转中心线和右转把旋转中心线之间的夹角小于一百八十度，符合人机工程学的要求，使得操作简便又舒适。

常规的此类手柄装置，两侧转柄一体化(即左转把与左转把随动组件一体化，右转把与右转把随动组件一体化，且左转把、左转把随动组件、右转把、右转把随动组件一体化)，只能同轴转动，完成直线行进，不能转弯；常规的此类手柄装置一般设计为基座可旋转，以得到转向信号。

本手柄装置与常规手柄不同，将左转把和右转把分轴设置，如此，无需设计基座旋转机构，一套手柄装置即可独立完成行进与转向功能，操作灵活，整体性好。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明一种人机工程操纵手柄装置的结构示意图；

图2为图1中从右下角观察所述的人机工程操纵手柄装置所得的结构示意图；

图3为图2中从右上方观察所述的人机工程操纵手柄装置所得的结构示意图；

图4为图3中从左侧观察所述的人机工程操纵手柄装置所得的结构示意图；

图5为图1中从右下方观察所述的人机工程操纵手柄装置所得的平面结构示意图。

图中符号说明：

1、左转把；2、左把芯；3、左支撑限位座；4、左限位法兰；5、左万向联轴器；6、基座；7、右万向联轴器；8、右支撑限位座；9、右限位法兰；10、右把芯；11、右转把；12、主动作扭簧扣件；13、主动作扭簧；14、主动作扭簧定位件；15、主电位器；16、主电位器固定座；17、第一同步扭簧扣件；18、同步电位器；19、同步扭簧；20、第二同步扭簧扣件。

具体实施方式

参考图1至图4，一种人机工程操纵手柄装置，包括枢接在装置主体上的左转把1、与所述左转把连接的左转把随动组件、枢接在装置主体上的右转把2、与所述右转把连接的右转把随动组件、主电位器15和同步电位器18；所述主电位器包括配合设计的主电位器外壳和主电位器贯通轴，所述同步电位器包括配合设计的同步电位器外壳和同步电位器贯通轴。主电位器外壳固定连接在装置主体上，主电位器贯通轴与右转把随动组件连接，右转把随动组件与装置主体之间设有主动作弹性件。同步电位器外壳与主电位器贯通轴固定连接，同步电位器贯通轴与左转把随动组件连接，左转把随动组件与主电位器贯通轴之间设有同步弹性件。同步弹性件的弹性力大于主动作弹性件的弹性力。

关于主动作弹性件的安装设计，所述主动作弹性件为主动作扭簧13；所述右转把随动组件包括设置在其末端的主动作扭簧扣件12；所述装置主体包括设置在基座6上的主动作扭簧定位件14；所述主动作扭簧连接在主动作扭簧扣件12和主动作扭簧定位件之间；所述主电位器贯通轴与所述主动作扭簧扣件连接。

关于主电位器的安装设计，所述装置主体包括设置在基座6上的主电位器固定座16，所述主电位器外壳安装在主电位器固定座上；所述主电位器贯通轴穿过主动作扭簧定位件14和主电位器固定件16而与所述同步弹性件连接。

关于同步弹性件的安装设计，所述同步弹性件为同步扭簧19；主电位器贯通轴末端设有第一同步扭簧扣件17；所述左转把随动组件包括设置在其末端的第二同步扭簧扣件20；所述同步扭簧连接在第一同步扭簧扣件和第二同步扭簧扣件之间；所述同步电位器贯通轴与所述第二同步扭簧扣件连接且枢接在第一同步扭簧扣件上。

关于左转把1和左转把随动组件、右转把11和右转把随动组件的结构设计，所述装置主体包括设置在基座6上的左支撑限位座3和右支撑限位座8；左支撑限位座上安装有左把芯2，右支撑限位座上安装有右把芯10；所述左转把1活动套设在左把芯上，所述右转把11活动套设在右把芯上；所述左转把随动组件枢接在左支撑限位座上，所述右转把随动组件枢接在右支撑限位座上；左支撑限位座上设有对左转把随动组件旋转幅度进行限位的左限位结构，右支撑限位座上设有对右转把随动组件旋转幅度进行限位的右限位结构。

关于左转把1和左转把随动组件、右转把11和右转把随动组件的结构设计，左转把随动组件包括枢接在左支撑限位座3中的左枢接轴、安装在左枢接轴上的左限位法兰4、通过左万向联轴器5与所述左限位法兰连接的第二同步扭簧扣件20；所述左转把与所述左枢接轴连接；所述左限位法兰上设有与所述左限位结构配合设计的左限位法兰限位结构；右转把随动组件包括枢接在右支撑限位座8中的右枢接轴、安装在右枢接轴上的右限位法兰9、通过右万向联轴器7与所述右限位法兰连接的主动作扭簧扣件12；所述右转把11与所述右枢接轴连接；所述右限位法兰上设有与所述右限位结构配合设计的右限位法兰限位结构。

关于整个手柄装置的结构设计，主电位器贯通轴的旋转中心线、同步电位器贯通轴的旋转中心线位于同一直线上。

参考图5，关于整个手柄装置的结构设计，左转把直径34mm，长度100mm，右转把直径34mm，长度100mm，左转把和右转把最外侧相距475mm，左转把与水平轴线夹角10度，右转把与水平轴线夹角10度，上述设计符合人机工程学的要求，使得操作简便又舒适，体现以“人为核心”的设计价值观。

实际操作中，操作方式有两种：

第一种操作方式，操作者用一只手，单手操作。

第一，如转动左转把1，则其带动左限位法兰4、左万向联轴器5、第二同步扭簧扣件20，通过同步扭簧19，带动第一同步扭簧扣件17、主电位器15的贯通轴转动；附带且同步地，主动作扭簧扣件12、右万向联轴器7、右限位法兰9、右转把11同步转动。

第二，如转动右转把11，则其带动右限位法兰9、右万向联轴器7、主动作扭簧扣件12、主电位器15的贯通轴转动。附带且同步地，第一同步扭簧扣件17，通过同步扭簧19，带动第二同步扭簧扣件20、左万向联轴器5、左限位法兰4、左转把1同步转动。

此装置单手操作即可完成设备的直线行进，操作者可站在偏左或偏右一侧操作，操作者也可方便的侧身观察操作，同时，另外一只手可以操作其它的按钮或完成其它工作。

第二种操作方式，操作者双手同时操作左转把1和右转把11。

第一，如操作者是两手同步的转动左转把1和右转把11，则左转把和右转把同步转动，此时，所完成的操作过程与单手操作时相同，即设备可直线行进，前进或后退。

第二，如操作者双手转动的角度不同，即左转把1的旋转角度不同于右转把11的旋转角度，则设备将视左转把1和右转把11的绝对转角与相对转角差情况不同，有不同的转向角度与行进速度。具体地，主电位器15控制设备直线行进，前进或后退，同步电位器18控制设备的转弯。更具体地，左转把1和右转把11的相对转角差转化为同步电位器18的电信号，由该电信号控制设备的转弯。

因双手操作控制手柄装置的精确度高，所以操作者可以精确的控制设备转向，或行进，或行进中进行转弯，可灵活，快速的调整设备，将其置于预计的到达位置。

在实际应用中，主动作扭簧13和同步扭簧19可能会因长时间受到交变应力而变形，使得中位有间隙，操作人员可通过对主动作扭簧定位件14和第一同步扭簧扣件17的调整来消除。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种人机工程操纵手柄装置，包括枢接在装置主体上的左转把(1)、与所述左转把连接的左转把随动组件、枢接在装置主体上的右转把(2)、与所述右转把连接的右转把随动组件、主电位器(15)和同步电位器(18)；所述主电位器包括配合设计的主电位器外壳和主电位器贯通轴，所述同步电位器包括配合设计的同步电位器外壳和同步电位器贯通轴；

其特征在于：主电位器外壳固定连接在装置主体上，主电位器贯通轴与右转把随动组件连接，右转把随动组件与装置主体之间设有主动作弹性件；

同步电位器外壳与主电位器贯通轴固定连接，同步电位器贯通轴与左转把随动组件连接，左转把随动组件与主电位器贯通轴之间设有同步弹性件；

同步弹性件的弹性力大于主动作弹性件的弹性力。

2.如权利要求1所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：所述主动作弹性件为主动作扭簧(13)；

所述右转把随动组件包括设置在其末端的主动作扭簧扣件(12)；

所述装置主体包括设置在基座(6)上的主动作扭簧定位件(14)；

所述主动作扭簧连接在主动作扭簧扣件(12)和主动作扭簧定位件之间；

所述主电位器贯通轴与所述主动作扭簧扣件连接。

3.如权利要求2所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：所述装置主体包括设置在基座(6)上的主电位器固定座(16)，所述主电位器外壳安装在主电位器固定座上；

所述主电位器贯通轴穿过主动作扭簧定位件(14)和主电位器固定件(16)而与所述同步弹性件连接。

4.如权利要求1所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：所述同步弹性件为同步扭簧(19)；

主电位器贯通轴末端设有第一同步扭簧扣件(17)；

所述左转把随动组件包括设置在其末端的第二同步扭簧扣件(20)；

所述同步扭簧连接在第一同步扭簧扣件和第二同步扭簧扣件之间；

所述同步电位器贯通轴与所述第二同步扭簧扣件连接且枢接在第一同步扭簧扣件上。

5.如权利要求1所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：所述装置主体包括设置在基座(6)上的左支撑限位座(3)和右支撑限位座(8)；左支撑限位座上安装有左把芯(2)，右支撑限位座上安装有右把芯(10)；

所述左转把(1)活动套设在左把芯上，所述右转把(11)活动套设在右把芯上；

所述左转把随动组件枢接在左支撑限位座上，所述右转把随动组件枢接在右支撑限位座上；

左支撑限位座上设有对左转把随动组件旋转幅度进行限位的左限位结构，右支撑限位座上设有对右转把随动组件旋转幅度进行限位的右限位结构。

6.如权利要求5所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：左转把随动组件包括枢接在左支撑限位座(3)中的左枢接轴、安装在左枢接轴上的左限位法兰(4)、通过左万向联轴器(5)与所述左限位法兰连接的第二同步扭簧扣件(20)；所述左转把与所述左枢接轴连接；所述左限位法兰上设有与所述左限位结构配合设计的左限位法兰限位结构；

右转把随动组件包括枢接在右支撑限位座(8)中的右枢接轴、安装在右枢接轴上的右限位法兰(9)、通过右万向联轴器(7)与所述右限位法兰连接的主动作扭簧扣件(12)；所述右转把(11)与所述右枢接轴连接；所述右限位法兰上设有与所述右限位结构配合设计的右限位法兰限位结构。

7.如权利要求1所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：主电位器贯通轴的旋转中心线、同步电位器贯通轴的旋转中心线位于同一直线上。

8.如权利要求7所述的一种人机工程操纵手柄装置，其特征在于：左转把(1)旋转中心线和右转把(11)旋转中心线之间的夹角小于一百八十度。