CN110891658A - 一种运动系统的控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于输入设备。本发明的设备包括按钮和壳体，所述壳体与具有曲线支承面的、H形框架结构的控制元件牢固地连接在一起，其中按钮和滚轮沿着控制元件的前部的侧边彼此相对地布置。在壳体内部安装有铰链，铰链上牢固地固定着杆。夹具安装在H形框架结构的控制元件上，其曲线支承面之间。控制铰链转动刚度的调节器设置在壳体内部。踏板和运动传感器通过有线或无线连接与控制元件相连。杆与具有可调节夹具的固定支架牢固地连接在一起。曲线支承面上配有调节器，用于调整在控制元件上各部件的位置。两个附加控制元件通过有线或无线与控制元件连接，并具有沿着其前部的侧边彼此相对布置的按钮和滚轮。

Description

一种运动系统的控制设备
本发明属于计算机技术，尤其是属于输入设备，并且可以使用在计算机游戏中，以及在机械制造、飞机制造、航天技术、水下和水上运输领域中用于控制电子计算机模拟空间中的对象。
在2005年2月15日的实用新型专利No.45843中描述IPC分类号为G06 F3/033的计算机操纵器，2005年5月27日该描述被刊登在No.15通报中而被众所周知。该操纵器包括按钮、壳体安装在壳体内部的铰链和牢固地固定在铰链上杆以将其安装在操作者方便的任何位置。壳体与具有曲线支承面的、H形框架结构的控制元件牢固地连接在一起。操作者的前臂可支配其随铰链3而运动。同时，用于灵活控制运动系统的按钮和滚轮侧面彼此相对地位于控制元件的前部。
缺点：运动系统中受控功能数量、质量、可靠性和准确性的指标不够高。杆与操作者座椅之间没有刚性连接，缺少对控制元件高度的精确调整和对操作者与控制元件之间距离的精确调整，并且缺少对腿部的控制元件，缺少监控操作者头部、手臂和肩膀位置的运动传感器。控制元件无法将H形框架调整为操作者肩膀的宽度，无法根据操作者的体重和运动系统中发生的情况来调整铰链转动刚度。
已知的最接近的技术解决方案是2014年7月1日俄罗斯联邦专利No.2556498发明(运动系统的控制设备，IPC分类号为G06 F3/00计算机操纵器)的描述，2015年7月10日该描述被刊登在No.19通报中。该设备包括按钮、壳体。壳体与具有曲线支承面的、H形框架结构的控制元件牢固地连接在一起。按钮和滚轮侧面彼此相对地位于控制元件的前部。在壳体内部安装有铰链，铰链上牢固地固定着杆。杆在H形框架结构的控制元件上。曲线支承面之间安装有夹具，而壳体内部安装有调节器，其可调整铰链的转动刚度。为了控制运动系统，另外安装了踏板和运动传感器，通过有线或无线通信将其连接到控制元件上，并且将杆牢固地连接到具有可调节夹具的固定支架上。
缺点：运动系统中受控功能数量、质量、可靠性和准确性的指标不够高。曲线支承面不能对操作者身体和控制元件位置角度准确调整，以及操作者前臂的重量相对于控制元件精确分布。每只手的单独操作对运动系统中受控功能的数量、质量、可靠性和准确性不能够达到很高的指标。
技术效果：提高运动系统中受控功能数量、质量、可靠性和准确性的指标。
该运动系统的控制设备的技术效果如下：该设备包括按钮、壳体；壳体与具有曲线支承面的、H形框架结构的控制元件牢固地连接在一起；按钮和滚轮沿着控制元件的前部的侧边彼此相对地布置；在壳体内部安装有铰链，铰链上牢固地固定着杆；杆在H形框架结构的控制元件上，曲线支承面之间安装有夹具，而壳体内部安装有调节器，其可调整铰链的转动刚度。为了控制运动系统，在设备中安装了踏板和运动传感器，通过有线或无线通信将它们连接到控制元件上，并且将杆牢固地连接到具有可调节夹具的固定支架上。为了实现这一目的，需要在曲线支承面上配有调节器，其可调整在控制元件上曲线支承面的位置，而为了在附加的模拟和混合模式下控制运动系统，安装了至少两个附加控制元件，通过有线或无线通信将其与其他控制元件连接在一起，按钮和滚轮同样侧面彼此相对地位于该控制元件的前部。同时，每个附加控制元件的形状在体积和结构上有所不同，对于在特定游戏或运动系统控制设备的特定应用环境下必须是曲线人机工程学形状。
本发明的设备与类似设备不同，通过在曲线支承面上配有调节器，其可以最精确地设置曲线支承面相对于操作者身体和控制元件的位置角度，从而为操作者创造最舒适的操作环境，并通过增加设备准确、可靠和无故障工作时间来提高工作质量，并且调节器还可以相对于操作者前臂和控制元件最准确地选择曲线支承面的中心支撑点。这可以使操作者在控制元件上最精确地分布其前臂重量，在执行任务时，可以提高运动系统中受控功能的稳定性，数量、质量和准确性的指标。
当本发明的设备通过为其配备在模拟和混合模式下可控制运动系统的至少两个额外控制元件而工作时，操作者可以两只手握住所有额外的控制元件，或者一只手握住一个额外的控制元件，而另一只手放在另一个控制元件上。当用每只手完成单独的任务时，由于操作者与位于附加控制元件上的按钮、滚轮相互作用，则在必要时可以提高同时完成两个不同任务可靠性，增加同时完成任务的数量。由于可以用独立的双手握住所有附加控制元件或某一个控制元件来完成一个任务，通过操作者与附加控制元件上按钮和滚轮的相互作用(附加控制元件允许操作者在模拟模式下使用经典模式的功能)可以减少任务的完成总时间和提高任务的完成质量。
因与原型设备在本质特征上存在区别，所以所述技术解决方案可以认为是新技术。
现有技术阐述的技术方案，由于其特征与本发明设备的独特特征不相同，因此，本发明设备满足了创造性的标准。
所发明设备在工业中实施的可能性可以认为其符合工业适用性标准。
运动系统的控制设备如下图所示，其中：
图1示出该设备的总体图；
图2示出该设备在经典、模拟和混合模式下的工作情况，其中每个控制元件以枪的形式制成。
运动系统的控制设备包括按钮1、壳体2、安装在壳体2内的铰链3，牢固地固定在铰链3上的杆4。杆4与操作者的座椅13和带有夹具15的支架14牢固地连接在一起，并且壳体2与具有曲线支承面6的、H形框架结构的控制元件5牢固地连接在一起。操作者的前臂可支配铰链3的运动。铰链转动刚度可以根据操作者的意愿使用壳体2中的调节器12进行调节，或根据运动系统中发生的情况自动调节。按钮1、铰链按钮8、多触点按钮9、可靠和精确控制运动系统的滚轮10沿着控制元件5的前部7的侧边彼此相对地布置，并且控制元件5可以随H形框架上夹具11相对曲线支承面6间距离的改变来调整H形框架。曲线支承面6上配有调节器18，其可调整在控制元件5上曲线支承面6的位置。为了控制运动系统，设备上配有踏板16和运动传感器17，通过有线或无线通信将它们连接到控制元件5上。为了控制运动系统，还至少配备两个附加控制元件19，其在附加的模拟和混合模式下可控制运动系统，并且通过有线或无线通信将其与控制元件5连接在一起。按钮20、多触点按钮21、铰链按钮23和滚轮22同样侧面彼此相对地位于该控制元件19的前部。每个附加控制元件19的形状在体积和结构上各有不同，可以做成枪的形状，也可以做成其他武器形状，对于在特定游戏或特定应用环境下必须是曲线人机工程学形状。
设备操作：
运动系统的控制设备按以下方式操作。操作者通过带有夹具15的支架14尽可能准确地选择控制元件5的支点。与铰链3牢固连接在一起的杆4牢固地固定在控制元件上。操作者坐在壳体2前面的座椅13上，手的前臂放在具有曲线支承面6的，H形框架结构的控制元件5上，操作者的前臂可支配其随铰链3而运动，如图所示，该铰链通过杆4和带夹具15的支架14牢固地固定在座椅13上。操作者使用夹具11将控制元件5调整到适合自己的宽度，使用调节器18将曲线支承面6相对于操作者身体和控制元件5调整到适合的位置角度，使用调节器18将曲线支承面6相对于操作者前臂和控制元件5调整到适合的位置点。控制元件5与壳体2牢固地连接在一起，在壳体2中安装有铰链，控制元件5随铰链而运动，并且在壳体2中安装有调节器12，其可调整铰链3的转动刚度，并且在开始操作之前，操作者应使用调节器12来设置铰链3转动刚度所需水平。通过放在曲线支承面6上的操作者前臂，放在控制元件5前部7上的操作者的手，操作者踩踏板16的脚，操作者的头部、臂部和肩部运动经运动传感器17，握住附加控制元件19的操作者的手分别控制部分运动系统。因为在操纵器的工作期间，位于壳体2中的调节器12根据运动系统中的情况自动调整壳体2中铰链3的转动刚度，所以操作者产生了“反馈”效应，并且对运动系统有更清晰的认识，而在混合控制模式下，控制器12仅在一个旋转轴上留下自由行程，从而将控制元件5变成类似汽车方向盘。因为部分运动系统由操作者踩踏板16的脚进行控制，所以操作者会更深地融入到电子计算机(以下简称为计算机)模拟的空间内，操作者产生了“存在于计算机模拟空间内”的效应。因为部分运动系统通过操作者的头部、臂部和肩部运动经运动传感器17进行控制，所以操作者在运动系统中具有新的功能。因为部分运动系统由握住附加控制元件19的操作者的手进行控制，所以在模拟和混合模式下，操作者可以控制双手同时完成不同的任务或者控制双手完成同一任务，为了精确地控制运动系统，操作者的手指分别控制侧面彼此相对地位于控制元件5前部7的按钮1、铰链按钮8、多触点按钮9和滚轮10，甚至为了实现此目的，操作者的手指也分别控制侧面彼此相对地位于附加控制元件19(至少两个)前部的其按钮20、多触点按钮21、铰链按钮23和滚轮22。
示例1：
操作者通过带有夹具15的支架14尽可能准确地选择控制元件5的支点，与铰链3牢固连接在一起的杆4牢固地固定在控制元件上。操作者坐在壳体2前面的座椅13上，手的前臂放在具有曲线支承面6的，H形框架结构的控制元件5上，操作者的前臂可支配其随铰链3而运动，该铰链通过杆4和带夹具15的支架14牢固地固定在座椅13上。操作者使用夹具11将控制元件5调整到适合自己的宽度，使用调节器18将曲线支承面6相对于操作者身体和控制元件5调整到适合的位置角度，使用调节器18将曲线支承面6相对于操作者前臂和控制元件5调整到适合的位置点。
在开始操作之前，操作者应使用调节器12来设置铰链3转动刚度所需水平。通过放在曲线支承面6上的操作者前臂，放在控制元件5前部7上的操作者的手，操作者踩踏板16的脚，操作者的头部、臂部和肩部运动经运动传感器17，握住附加控制元件19的操作者的手分别控制部分运动系统。因为在操纵器的工作期间，位于壳体2中的调节器12根据运动系统中的情况自动调整壳体2中铰链3的转动刚度，所以操作者产生了“反馈”效应，并且对运动系统有更清晰的认识。因为部分运动系统由操作者踩踏板16的脚进行控制，所以操作者会更深地融入到计算机模拟的空间内，操作者产生了“存在于计算机模拟空间内”的效应。操作者使用踩踏板16的脚控制与脚部相关的功能，例如“走和跑，向前或向后”或者移动交通工具“向前或向后”。因为部分运动系统通过操作者的头部、臂部和肩部运动经运动传感器17进行控制，所以操作者在运动系统中具有新的功能。运动系统中新的功能之一是无需移动受控对象的身体即可“四处观看”的能力，操作者会偏转身体，而控制其头部、臂部和肩部位置的运动传感器17在计算机模拟的空间中会产生这种效应。因为部分运动系统由握住附加控制元件19的操作者的手进行控制，所以在模拟和混合模式下，操作者可以控制双手同时完成不同的任务或者控制双手完成同一任务，一个新的功能是当操作者使用其手指控制附加控制元件19的按钮20、多触点按钮21、滚轮22和铰链按钮23执行其他功能时，同时可以对两个不同的目的立即进行“射击”，或者在混合模式下，一只手“驾驶汽车”，另一只手进行“射击”，操作者自己决定在哪种模式下控制运动系统，并且在模拟模式下，操作者仍然可以通过其手指控制附加控制元件19的按钮20、多触点按钮21、滚轮22和铰链按钮23使用经典模式下的各种功能。
例如，在控制无人飞行器时，操作者可以在经典模式下飞向所需的对象，以所需的高度和距离停在该对象的前面，然后进入模拟模式，用双手开始完成既定任务，此时，控制元件可以是运动系统的控制设备在特定应用环境下所需的曲线人机工程学形状。为了可靠和精确地控制运动系统，操作者的手指分别控制侧面彼此相对地位于控制元件5前部7的按钮1、铰链按钮8、多触点按钮9和滚轮10，甚至为了实现此目的，操作者的手指也分别控制侧面彼此相对地位于附加控制元件19(至少两个)前部的其按钮20、多触点按钮21、铰链按钮23和滚轮22。
技术和经济指标：
使用本发明的设备可以增加运动系统中受控功能数量、质量、可靠性和准确性的指标。

Claims (1)

1.发明的表述
运动系统的控制设备
运动系统的控制设备包括按钮、壳体；壳体与具有曲线支承面的，H形框架结构的控制元件牢固地连接在一起，按钮和滚轮沿着控制元件的前部的侧边彼此相对地布置，在壳体内部安装有铰链，铰链上牢固地固定着杆，在H形框架结构的控制元件上，曲线支承面之间安装有夹具，而壳体内部安装有调节器，其可调整铰链的转动刚度。为了控制运动系统，在设备中安装了踏板和运动传感器，通过有线或无线通信将它们连接到控制元件上，并且将杆牢固地连接到具有可调节夹具的固定支架上。该设备的特点是在曲线支承面上配有调节器，其可调整在控制元件上曲线支承面的位置，而为了在附加的模拟和混合模式下控制运动系统，安装了至少两个附加控制元件，通过有线或无线通信将其与其他控制元件连接在一起，按钮和滚轮同样侧面彼此相对地位于该控制元件的前部。同时，每个附加控制元件的形状在体积和结构上有所不同，对于在特定游戏或运动系统控制设备的特定应用环境下必须是曲线人机工程学形状。
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