CN109634351B - 一种操纵杆结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操纵杆结构，包括PCBA组件、PCBA固定座、球体固定座、X轴转动球座、球体、Y轴转动球座、基座和摆动轴；PCBA组件与PCBA固定座固定连接，PCBA固定座分别与球体固定座和基座固定连接；球体卡接在X轴转动球座与Y轴转动球座之间，X轴转动球座、球体、Y轴转动球座均卡接在球体固定座与基座之间，且X轴转动球座、球体、Y轴转动球座绕球体的球心均可转动设置；摆动轴的一端部贯穿基座和Y轴转动球座设置，且与球体固定连接；PCBA组件与X轴转动球座、PCBA组件与Y轴转动球座均组成霍尔组件。本发明具有测量精度高、使用寿命长、对偏心率要求较低的优点，提高了操纵杆的稳定性。

Description

一种操纵杆结构

技术领域

本发明属于工业操纵杆技术领域，具体地讲涉及一种操纵杆结构。

背景技术

目前工业操纵杆广为应用的为基于接触式技术原理的，依靠转轴带动电刷在碳墨电阻层上滑动，通过测量电位器的阻值变化，进而反馈操纵者的意图。但是这种接触式技术原理的操纵杆的缺点也很明显，如寿命次数有限、长久稳定性差、测量精度有限等；且接触式技术原理的操纵杆还有一个技术缺陷：当手柄的转轴与传感器的转轴出现偏心时，传感器里面的碳刷和PCB板碳墨层之间极易出现短路或者断路等接触不良的情况，严重影响输出线性度和稳定性，即偏心率要求比较高，对于装配和结构要求非常严格。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种操纵杆结构，其具有测量精度高、使用寿命长、对偏心率要求较低的优点，提高了操纵杆的稳定性。

本发明采用以下技术方案：

一种操纵杆结构，包括依次同轴设置的PCBA组件、PCBA固定座、球体固定座、X轴转动球座、球体、Y轴转动球座、基座和摆动轴；所述PCBA组件与PCBA固定座固定连接，PCBA固定座分别与球体固定座和基座固定连接；所述球体可转动的卡接在X轴转动球座与Y轴转动球座之间，所述X轴转动球座、球体、Y轴转动球座均卡接在球体固定座与基座之间，且X轴转动球座、球体、Y轴转动球座绕球体的球心均可转动设置；所述摆动轴贯穿基座、Y轴转动球座、球体设置，且摆动轴的底部与X轴转动球座限位配合设置，所述摆动轴绕球体的球心可转动设置；

还包括均用于限定X轴转动球座沿X轴方向转动、限定Y轴转动球座沿Y轴方向转动的限位结构；

所述基座与摆动轴之间还设有用于复位摆动轴的弹性结构；

所述PCBA组件与X轴转动球座、PCBA组件与Y轴转动球座均组成霍尔组件，PCBA组件输出摆动轴的摆动角度信号。

优选的，所述PCBA组件包括第一PCBA板、第二PCBA板、第三PCBA板，所述第一PCBA板分别连接第二PCBA板、第三PCBA板，且第二PCBA板与第三PCBA板相互垂直设置；所述第一PCBA板与PCBA固定座固定连接，第二PCBA板、第三PCBA板均卡接在第一PCBA板与基座之间；所述第二PCBA板与X轴转动球座、第三PCBA板与Y轴转动球座均组成霍尔组件，第一PCBA板输出摆动轴的摆动角度信号。

更进一步优选的，所述X轴转动球座包括下半球座和设置在下半球座两侧的左翼板Ⅰ、右翼板Ⅰ，所述Y轴转动球座包括上半球座和设置在上半球座两侧的左翼板Ⅱ、右翼板Ⅱ；所述球体卡接在下半球座与上半球座构成的球形空腔内；所述下半球座抵靠在球体固定座上，所述上半球座抵靠在基座上；

所述左翼板Ⅰ靠近第二PCBA板设置，且左翼板Ⅰ上设有X轴磁铁，所述左翼板Ⅱ靠近第三PCBA板设置，且左翼板Ⅱ上设有Y轴磁铁，所述X轴磁铁与第二PCBA板、Y轴磁铁与第三PCBA板均组成霍尔组件。

更进一步优选的，所述球体固定座在其轴线位置处设有圆形状通孔，且球体固定座的圆形状通孔直径小于下半球座的直径，所述下半球座抵靠在球体固定座的圆形状通孔的边缘处；所述基座在其轴线位置处设有圆形状通孔，且基座的圆形状通孔直径小于上半球座的直径，所述上半球座抵靠在基座的圆形状通孔的边缘处；所述下半球座和上半球座绕球体的球心均可转动设置，且下半球座的转动面和上半球座的转动面相互垂直。

更进一步优选的，所述限位结构包括设置在下半球座上的限位槽、设置在上半球座上的椭圆形通孔、设置在球体的球面上的滑槽和设置在下半球座上的凸块；所述限位槽呈长方形，其长度方向垂直于下半球座的转动面，且所述摆动轴的底部可沿着限位槽的长度方向滑动设置；所述椭圆形通孔的长轴方向平行于下半球座的转动面，所述摆动轴贯穿限位槽且沿着限位槽的长度方向可滑动设置；所述滑槽沿着球体的圆周方向、且平行于上半球座的转动面设置；所述凸块设置在与滑槽相应的位置上，且凸块沿着滑槽可滑动的卡接在滑槽内。

更进一步优选的，所述左翼板Ⅰ、右翼板Ⅰ关于轴线对称且平行设置，所述左翼板Ⅱ、右翼板Ⅱ关于轴线对称且平行设置；所述左翼板Ⅰ和右翼板Ⅰ两者之间的连线，与左翼板Ⅱ和右翼板Ⅱ两者之间的连线相垂直；所述下半球座、左翼板Ⅰ、右翼板Ⅰ以球体的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅰ；所述上半球座、左翼板Ⅱ、右翼板Ⅱ以球体的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅱ；所述左翼板Ⅰ与第二PCBA板平行设置，左翼板Ⅱ与第三PCBA板平行设置。

更进一步优选的，所述第二PCBA板在与X轴磁铁相应的位置上设有霍尔芯片，第三PCBA板在与Y轴磁铁相应的位置上设有霍尔芯片；所述第二PCBA板上的霍尔芯片与X轴磁铁、第三PCBA板上的霍尔芯片与Y轴磁铁均组成霍尔组件。

更进一步优选的，所述弹性结构包括均套设在摆动轴上、且由下往上依次设置的滑动弹簧座、压簧和压簧座；所述滑动弹簧座呈台阶状，且其直径由下往上逐渐变小；所述滑动弹簧座的下端部抵靠在基座上表面，所述压簧的下端部套接在滑动弹簧座的上端部，压簧的上端部抵靠在压簧座的下部；所述压簧座的上部抵靠在摆动轴上的卡簧上，所述压簧设置为压缩状态。

更进一步优选的，所述摆动轴的顶端设有用于固定外部手柄的开口销；所述开口销贯穿摆动轴设置，且其与摆动轴垂直设置。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的PCBA组件与PCBA固定座固定连接，PCBA固定座分别与球体固定座和基座固定连接；所述球体卡接在X轴转动球座与Y轴转动球座之间，所述X轴转动球座、球体、Y轴转动球座均卡接在球体固定座与基座之间，且X轴转动球座、球体、Y轴转动球座绕球体的球心均可转动设置；所述摆动轴的一端部贯穿基座和Y轴转动球座设置，且与球体固定连接；所述基座与摆动轴之间还设有用于复位摆动轴的弹性结构；所述PCBA组件与X轴转动球座、PCBA组件与Y轴转动球座均组成霍尔组件，PCBA组件输出摆动轴的摆动角度信号。通过控制摆动轴，从而带动X轴转动球座和Y轴转动球座转动，霍尔芯片检测到X轴转动球座上的X轴磁铁和Y轴转动球座上的Y轴磁铁的旋转角度量，将旋转角度量转换为电信号并经处理后产生霍尔信号，进而输出至控制端；通过上述结构的设置，本发明为霍尔式操纵杆结构，相对于接触式技术原理的操纵杆结构，本发明的操纵杆结构具有测量精度高、使用寿命长、对偏心率要求较低的优点，提高了操纵杆的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构爆炸图。

图2为本发明的正面图。

图3为本发明的剖视图。

图4为本发明沿着Y轴方向的局部剖视图。

图5为本发明沿着X轴方向的局部剖视图。

图6为本发明的X轴转动球座、球体和Y轴转动球座的结构图。

附图标记：1-PCBA组件，2-PCBA固定座，3-球体固定座，4-X轴转动球座，5-球体，6-Y轴转动球座，7-基座，8-摆动轴，9-弹性结构，10-限位结构，11-第一PCBA板，12-第二PCBA板，13-第三PCBA板，41-下半球座，42-左翼板Ⅰ，43-右翼板Ⅰ，44-X轴磁铁，61-上半球座，62-左翼板Ⅱ，63-右翼板Ⅱ，64-Y轴磁铁，81-卡簧，82-开口销，91-滑动弹簧座，92-压簧，93-压簧座，101-限位槽，102-椭圆形通孔，103-滑槽，104-凸块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，一种操纵杆结构，包括依次同轴设置的PCBA组件1、PCBA固定座2、球体固定座3、X轴转动球座4、球体5、Y轴转动球座6、基座7和摆动轴8；所述PCBA组件1与PCBA固定座2固定连接，PCBA固定座2分别与球体固定座3和基座7固定连接；所述球体5可转动的卡接在X轴转动球座4与Y轴转动球座6之间，所述X轴转动球座4、球体5、Y轴转动球座6均卡接在球体固定座3与基座7之间，且X轴转动球座4、球体5、Y轴转动球座6绕球体5的球心均可转动设置；所述摆动轴8贯穿基座7、Y轴转动球座6、球体5设置，且摆动轴8的底部与X轴转动球座4限位配合设置，所述摆动轴8绕球体5的球心可转动设置；

还包括均用于限定X轴转动球座4沿X轴方向转动、限定Y轴转动球座6沿Y轴方向转动的限位结构10；

所述基座7与摆动轴8之间还设有用于复位摆动轴8的弹性结构9；

所述PCBA组件1与X轴转动球座4、PCBA组件1与Y轴转动球座6均组成霍尔组件，PCBA组件1输出摆动轴8的摆动角度信号。

所述PCBA组件1包括第一PCBA板11、第二PCBA板12、第三PCBA板13，所述第一PCBA板11分别连接第二PCBA板12、第三PCBA板13，且第二PCBA板12与第三PCBA板13相互垂直设置；所述第一PCBA板11与PCBA固定座2固定连接，第二PCBA板12、第三PCBA板13均卡接在第一PCBA板11与基座7之间；所述第二PCBA板12与X轴转动球座4、第三PCBA板13与Y轴转动球座6均组成霍尔组件，第一PCBA板11输出摆动轴8的摆动角度信号。

所述X轴转动球座4包括下半球座41和设置在下半球座41两侧的左翼板Ⅰ42、右翼板Ⅰ43，所述Y轴转动球座6包括上半球座61和设置在上半球座61两侧的左翼板Ⅱ62、右翼板Ⅱ63；所述球体5卡接在下半球座41与上半球座61构成的球形空腔内；所述下半球座41抵靠在球体固定座3上，所述上半球座61抵靠在基座7上；

所述左翼板Ⅰ42靠近第二PCBA板12设置，且左翼板Ⅰ42上设有X轴磁铁44，所述左翼板Ⅱ62靠近第三PCBA板13设置，且左翼板Ⅱ62上设有Y轴磁铁64，所述X轴磁铁44与第二PCBA板12、Y轴磁铁64与第三PCBA板13均组成霍尔组件。

所述球体固定座3在其轴线位置处设有圆形状通孔，且球体固定座3的圆形状通孔直径小于下半球座41的直径，所述下半球座41抵靠在球体固定座3的圆形状通孔的边缘处；所述基座7在其轴线位置处设有圆形状通孔，且基座7的圆形状通孔直径小于上半球座61的直径，所述上半球座61抵靠在基座7的圆形状通孔的边缘处；所述下半球座41和上半球座61绕球体5的球心均可转动设置，且下半球座41的转动面和上半球座61的转动面相互垂直。

如图4、图5、图6所示，所述限位结构10包括设置在下半球座41上的限位槽101、设置在上半球座61上的椭圆形通孔102、设置在球体5的球面上的滑槽103和设置在下半球座41上的凸块104；所述限位槽101呈长方形，其长度方向垂直于下半球座41的转动面，且所述摆动轴8的底部可沿着限位槽101的长度方向滑动设置；所述椭圆形通孔102的长轴方向平行于下半球座41的转动面，所述摆动轴8贯穿限位槽101且沿着限位槽101的长度方向可滑动设置；所述滑槽103沿着球体5的圆周方向、且平行于上半球座61的转动面设置；所述凸块104设置在与滑槽103相应的位置上，且凸块104沿着滑槽103可滑动的卡接在滑槽103内。

所述左翼板Ⅰ42、右翼板Ⅰ43关于轴线对称且平行设置，所述左翼板Ⅱ62、右翼板Ⅱ63关于轴线对称且平行设置；所述左翼板Ⅰ42和右翼板Ⅰ43两者之间的连线，与左翼板Ⅱ62和右翼板Ⅱ63两者之间的连线相垂直；所述下半球座41、左翼板Ⅰ42、右翼板Ⅰ43以球体5的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅰ42；所述上半球座61、左翼板Ⅱ62、右翼板Ⅱ63以球体5的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅱ62；所述左翼板Ⅰ42与第二PCBA板12平行设置，左翼板Ⅱ62与第三PCBA板13平行设置。

所述第二PCBA板12在与X轴磁铁44相应的位置上设有霍尔芯片，第三PCBA板13在与Y轴磁铁64相应的位置上设有霍尔芯片；所述第二PCBA板12上的霍尔芯片与X轴磁铁44、第三PCBA板13上的霍尔芯片与Y轴磁铁64均组成霍尔组件。

所述弹性结构9包括均套设在摆动轴8上、且由下往上依次设置的滑动弹簧座91、压簧92和压簧座93；所述滑动弹簧座91呈台阶状，且其直径由下往上逐渐变小；所述滑动弹簧座91的下端部抵靠在基座7上表面，所述压簧92的下端部套接在滑动弹簧座91的上端部，压簧92的上端部抵靠在压簧座93的下部；所述压簧座93的上部抵靠在摆动轴8上的卡簧81上，所述压簧92设置为压缩状态。

所述摆动轴8的顶端设有用于固定外部手柄的开口销82；所述开口销82贯穿摆动轴8设置，且其与摆动轴8垂直设置。

本发明在使用时，本操纵杆结构有第一PCBA板11、第二PCBA板12、第三PCBA板13，其中第二PCBA板12和第三PCBA板13上各有一片霍尔芯片，第二PCBA板12上的霍尔芯片与X轴磁铁44、第三PCBA板13上的霍尔芯片与Y轴磁铁64均组成霍尔组件。

摆动轴8一端部固定在球体5上，当摆动轴8沿着椭圆形通孔102的长轴方向前后摇动时，摆动轴8带动球体5转动，同时由于下半球座41的凸块104卡接在滑槽103中，摆动轴8的底部卡接在限位槽101中，且摆动轴8的摇动方向均垂直于滑槽103和限位槽101的走向，因此，随着摆动轴8的前后摇动，下半球座41沿着X轴转动，使得X轴磁铁44发生位移，而上半球座61不转动；

同理，当摆动轴8沿着椭圆形通孔102的短轴方向左右摇动时，摆动轴8带动球体5转动，同时由于下半球座41的凸块104卡接在滑槽103中，摆动轴8的底部卡接在限位槽101中，且摆动轴8的摇动方向均平行于滑槽103和限位槽101的走向，因此，随着摆动轴8的左右摇动，上半球座61沿着Y轴转动，使得Y轴磁铁64发生位移，而下半球座41不转动。两片霍尔芯片分别检测到X轴磁铁44和Y轴磁铁64的旋转角度量，进而产生模拟信号并将这个模拟信号传输给单片机，通过单片机处理计算、分析出摆动轴的摆动角度。

综上所述，本发明提供了一种操纵杆结构，其具有测量精度高、使用寿命长、对偏心率要求较低的优点，提高了操纵杆的稳定性。

Claims (6)

1.一种操纵杆结构，其特征在于：包括依次同轴设置的PCBA组件（1）、PCBA固定座（2）、球体固定座（3）、X轴转动球座（4）、球体（5）、Y轴转动球座（6）、基座（7）和摆动轴（8）；所述PCBA组件（1）与PCBA固定座（2）固定连接，PCBA固定座（2）分别与球体固定座（3）和基座（7）固定连接；所述球体（5）可转动的卡接在X轴转动球座（4）与Y轴转动球座（6）之间，所述X轴转动球座（4）、球体（5）、Y轴转动球座（6）均卡接在球体固定座（3）与基座（7）之间，且X轴转动球座（4）、球体（5）、Y轴转动球座（6）绕球体（5）的球心均可转动设置；所述摆动轴（8）贯穿基座（7）、Y轴转动球座（6）、球体（5）设置，且摆动轴（8）的底部与X轴转动球座（4）限位配合设置，所述摆动轴（8）绕球体（5）的球心可转动设置；

还包括均用于限定X轴转动球座（4）沿X轴方向转动、限定Y轴转动球座（6）沿Y轴方向转动的限位结构（10）；

所述基座（7）与摆动轴（8）之间还设有用于复位摆动轴（8）的弹性结构（9）；

所述PCBA组件（1）与X轴转动球座（4）、PCBA组件（1）与Y轴转动球座（6）均组成霍尔组件，PCBA组件（1）输出摆动轴（8）的摆动角度信号；

所述X轴转动球座（4）包括下半球座（41）和设置在下半球座（41）两侧的左翼板Ⅰ（42）、右翼板Ⅰ（43），所述Y轴转动球座（6）包括上半球座（61）和设置在上半球座（61）两侧的左翼板Ⅱ（62）、右翼板Ⅱ（63）；所述球体（5）卡接在下半球座（41）与上半球座（61）构成的球形空腔内；所述下半球座（41）抵靠在球体固定座（3）上，所述上半球座（61）抵靠在基座（7）上；

所述左翼板Ⅰ（42）靠近第二PCBA板（12）设置，且左翼板Ⅰ（42）上设有X轴磁铁（44），所述左翼板Ⅱ（62）靠近第三PCBA板（13）设置，且左翼板Ⅱ（62）上设有Y轴磁铁（64），所述X轴磁铁（44）与第二PCBA板（12）、Y轴磁铁（64）与第三PCBA板（13）均组成霍尔组件；

所述限位结构（10）包括设置在下半球座（41）上的限位槽（101）、设置在上半球座（61）上的椭圆形通孔（102）、设置在球体（5）的球面上的滑槽（103）和设置在下半球座（41）上的凸块（104）；所述限位槽（101）呈长方形，其长度方向垂直于下半球座（41）的转动面，且所述摆动轴（8）的底部可沿着限位槽（101）的长度方向滑动设置；所述椭圆形通孔（102）的长轴方向平行于下半球座（41）的转动面，所述摆动轴（8）贯穿限位槽（101）且沿着限位槽（101）的长度方向可滑动设置；所述滑槽（103）沿着球体（5）的圆周方向、且平行于上半球座（61）的转动面设置；所述凸块（104）设置在与滑槽（103）相应的位置上，且凸块（104）沿着滑槽（103）可滑动的卡接在滑槽（103）内；

所述左翼板Ⅰ（42）、右翼板Ⅰ（43）关于轴线对称且平行设置，所述左翼板Ⅱ（62）、右翼板Ⅱ（63）关于轴线对称且平行设置；所述左翼板Ⅰ（42）和右翼板Ⅰ（43）两者之间的连线，与左翼板Ⅱ（62）和右翼板Ⅱ（63）两者之间的连线相垂直；所述下半球座（41）、左翼板Ⅰ（42）、右翼板Ⅰ（43）以球体（5）的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅰ（42）；所述上半球座（61）、左翼板Ⅱ（62）、右翼板Ⅱ（63）以球体（5）的球心为圆心均可转动设置，且转动面平行于左翼板Ⅱ（62）；所述左翼板Ⅰ（42）与第二PCBA板（12）平行设置，左翼板Ⅱ（62）与第三PCBA板（13）平行设置。

2.根据权利要求1所述的一种操纵杆结构，其特征在于：所述PCBA组件（1）包括第一PCBA板（11）、第二PCBA板（12）、第三PCBA板（13），所述第一PCBA板（11）分别连接第二PCBA板（12）、第三PCBA板（13），且第二PCBA板（12）与第三PCBA板（13）相互垂直设置；所述第一PCBA板（11）与PCBA固定座（2）固定连接，第二PCBA板（12）、第三PCBA板（13）均卡接在第一PCBA板（11）与基座（7）之间；所述第二PCBA板（12）与X轴转动球座（4）、第三PCBA板（13）与Y轴转动球座（6）均组成霍尔组件，第一PCBA板（11）输出摆动轴（8）的摆动角度信号。

3.根据权利要求1所述的一种操纵杆结构，其特征在于：所述球体固定座（3）在其轴线位置处设有圆形状通孔，且球体固定座（3）的圆形状通孔直径小于下半球座（41）的直径，所述下半球座（41）抵靠在球体固定座（3）的圆形状通孔的边缘处；所述基座（7）在其轴线位置处设有圆形状通孔，且基座（7）的圆形状通孔直径小于上半球座（61）的直径，所述上半球座（61）抵靠在基座（7）的圆形状通孔的边缘处；所述下半球座（41）和上半球座（61）绕球体（5）的球心均可转动设置，且下半球座（41）的转动面和上半球座（61）的转动面相互垂直。

4.根据权利要求1所述的一种操纵杆结构，其特征在于：所述第二PCBA板（12）在与X轴磁铁（44）相应的位置上设有霍尔芯片，第三PCBA板（13）在与Y轴磁铁（64）相应的位置上设有霍尔芯片；所述第二PCBA板（12）上的霍尔芯片与X轴磁铁（44）、第三PCBA板（13）上的霍尔芯片与Y轴磁铁（64）均组成霍尔组件。

5.根据权利要求1所述的一种操纵杆结构，其特征在于：所述弹性结构（9）包括均套设在摆动轴（8）上、且由下往上依次设置的滑动弹簧座（91）、压簧（92）和压簧座（93）；所述滑动弹簧座（91）呈台阶状，且其直径由下往上逐渐变小；所述滑动弹簧座（91）的下端部抵靠在基座（7）上表面，所述压簧（92）的下端部套接在滑动弹簧座（91）的上端部，压簧（92）的上端部抵靠在压簧座（93）的下部；所述压簧座（93）的上部抵靠在摆动轴（8）上的卡簧（81）上，所述压簧（92）设置为压缩状态。

6.根据权利要求1所述的一种操纵杆结构，其特征在于：所述摆动轴（8）的顶部设有用于固定外部手柄的开口销（82）；所述开口销（82）贯穿摆动轴（8）且与摆动轴（8）垂直设置。