CN112306144B - 一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆及操纵方法 - Google Patents

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Abstract

一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆及操纵方法，包括操纵杆手柄和装在操纵杆手柄底端的操纵机构，操纵机构设有外壳，外壳上设有供操纵杆手柄运动的开口，开口处装有球面密封机构，外壳内装有X轴转向机构和Y轴转向机构；X轴转向机构上装有使操纵杆在X轴向任意位置实现驻停的X轴阻尼器，X轴转轴设有与X轴阻尼器配合的X轴凸起，Y轴转向机构上装有使操纵杆在Y轴向任意位置实现驻停的Y轴阻尼器，Y轴转轴设有与Y轴阻尼器配合的Y轴凸起。本发明采用一种可锁紧的摩擦式阻尼器，既保证了阻尼力的可调节性，又满足了阻尼力在强振动环境下的可靠保持；采用球面密封机构实现外壳的防尘防水，实现了微小颗粒异物和灰尘等的侵入防护。

Description

一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆及操纵方法
技术领域
本发明属于操纵杆设计领域，特别涉及一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆及操纵方法。
背景技术
现在市场上的任意驻停式操纵杆的驻停实现形式主要有摩擦式阻尼器、阻尼脂式阻尼器、电磁阻尼器等，应用最多的主要为摩擦式阻尼器。摩擦式阻尼器的实现构造相对简单，但现有的摩擦式阻尼器对振动环境下的耐受程度差，难以在剧烈振动环境下在满足阻尼力可调节性的情况下保证阻尼力的可靠维持。目前，任意驻停式操纵杆大多采用间隙式防尘措施，对小颗粒异物的防护效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构合理、可靠性高、防尘防水效果好的任意驻停式球面二维自由度操纵杆。
本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用上述操纵杆实现任意驻停的操纵方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆，包括操纵杆手柄和装在操纵杆手柄底端的操纵机构，操纵机构设有外壳，外壳上设有供操纵杆手柄运动的开口，开口处装有球面密封机构，外壳内装有X轴转向机构和Y轴转向机构；
所述球面密封机构设有半球形罩，半球形罩通过衬套和密封圈与外壳活动密封；
所述的X轴转向机构包括X轴固定支架和内转动框架，内转动框架两侧固定安装有X轴转轴，X轴转轴通过轴承装在X轴固定支架上，X轴固定支架与设在外壳内的底座固定相接；
所述的Y轴转向机构包括Y轴固定支架和滑桥，滑桥两侧固定安装有Y轴转轴，Y轴转轴通过轴承装在Y轴固定支架上，在半球形罩内固定有切换转轴，切换转轴通过轴承装在内转动框架上，切换转轴上固定有穿过滑桥的拨杆，滑桥上设有对拨杆进行导向和限位的长槽；
其特点是，在所述X轴转向机构上装有使操纵杆在X轴向任意位置实现驻停的X轴阻尼器，X轴转轴设有与X轴阻尼器配合的X轴凸起，在Y轴转向机构上装有使操纵杆在Y轴向任意位置实现驻停的Y轴阻尼器，Y轴转轴设有与Y轴阻尼器配合的Y轴凸起；
所述的X轴阻尼器和Y轴阻尼器均包括固定在X轴固定支架或Y轴固定支架上的阻尼器壳体，阻尼器壳体上开有供X轴凸起或Y轴凸起穿过的开口，阻尼器壳体内设有夹在X轴凸起或Y轴凸起两侧的第一摩擦片和第二摩擦片，第一摩擦片上设有压板，阻尼器壳体内设有调节压板与第一摩擦片间松紧度的压力调节机构。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述的压力调节机构包括与与阻尼器壳体螺纹连接的调节螺钉和与压板正对的调节块，调节块与压板之间设有碟形弹簧，调节螺钉依次穿过调节块、碟形弹簧、压板、第一摩擦片、X轴凸起或Y轴凸起与第二摩擦片相接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述内转动框架为中空的长方体，内转动框架两侧设有用于容纳半球形罩部分球面的凹口。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述X轴固定支架上设有与内转动框架配合的X轴限位块，在Y轴固定支架设有与滑桥配合的Y轴限位块，在X轴限位块和Y轴限位块上均设有用于限制角度位移量的限位凸起。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述X轴转轴和Y轴转轴的一端装有角度传感器。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述外壳上固定安装有便于角度位置信号输出的印制板，印制板上设有与角度传感器连接的接插件。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述半球形罩顶端设有与操纵杆手柄配合安装的凸台，所述外壳设有面板，开口设在面板上。
本发明所要解决的另一技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆的操纵方法，其特点是，该方法采用上述任意驻停式球面二维自由度操纵杆，该方法为，
在Y轴方向上推动半球形罩，半球形罩带动切换转轴和拨杆转动，内转动框架不动，拨杆通过在滑桥长槽的部分带动滑桥和Y轴转轴一起转动，角度传感器输出操纵杆此时的Y轴角度位置，通过Y轴阻尼器实现操纵杆在Y轴方向上的任意位置驻停，Y轴阻尼器的工作过程为，
转动调节螺钉，调节块通过螺纹压紧碟形弹簧，使其产生一个压迫力经由压板传递到第一摩擦片上，和第二摩擦片一起夹紧Y轴凸起，使得操纵杆可以在任意位置驻停，锁紧此时的调节块，保持操纵杆在强振动下的紧固；
在X轴方向上推动半球形罩，半球形罩通过切换转动带动内转动框架转动，X轴转轴跟随内转动框架转动，角度传感器输出操纵杆此时的X轴角度位置，通过X轴阻尼器实现操纵杆在X轴方向上的任意位置驻停，X轴阻尼器的工作过程与Y轴阻尼器的工作过程相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在操纵杆的X轴转轴和Y轴转轴上采用一种可锁紧的摩擦式阻尼器，既保证了阻尼力的可调节性，又满足了阻尼力在强振动环境下的可靠保持；另外，本发明采用的球面密封机构实现外壳的防尘防水，实现了微小颗粒异物和灰尘等的侵入防护。
附图说明
图1为本发明的任意驻停式球面二维自由度操纵杆的结构示意图；
图2为本发明所述球面密封机构的安装图；
图3为本发明所述操纵杆的X轴断面示意图；
图4为本发明所述操纵杆的Y轴断面示意图；
图5为本发明所述X轴阻尼器或Y轴阻尼器的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以使本技术领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对本发明权利的限制。
参照图1-5，一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆，包括操纵杆手柄24和装在操纵杆手柄24底端的操纵机构，操纵机构设有带面板4的外壳21，面板4上设有供操纵杆手柄24运动的开口，开口处装有球面密封机构，外壳21内装有X轴转向机构和Y轴转向机构；
所述球面密封机构设有半球形罩1，半球形罩1通过衬套2和密封圈3与面板4活动密封，开口处通过所述半球形罩1实现操纵杆运动处的密封，衬套2为通过树脂成型的密封环，密封圈3采用O型圈，将O型圈固定在面板和衬套所形成的槽内，从而实现防尘防水，在所述半球形罩1顶端设有与操纵杆手柄13配合安装的凸台1.1；
所述的X轴转向机构包括X轴固定支架6、14和内转动框架8，内转动框架8两侧固定安装有X轴转轴5、13，X轴转轴5、13通过轴承20装在X轴固定支架6上，X轴固定支架6、14装在底座7上；
所述的Y轴转向机构包括Y轴固定支架和滑桥19，滑桥19两侧固定安装有Y轴转轴，Y轴转轴通过轴承装在Y轴固定支架上，在半球形罩内固定有切换转轴18，切换转轴18通过轴承装在内转动框架8上，切换转轴18上固定有穿过滑桥19的拨杆15，滑桥19上设有对拨杆15进行导向和限位的长槽，滑桥19为中间带有长槽的弧形结构；
在所述X轴转向机构上装有使操纵杆在X轴向任意位置实现驻停的X轴阻尼器，X轴转轴设有与X轴阻尼器配合的X轴凸起，在Y轴转向机构上装有使操纵杆在Y轴向任意位置实现驻停的Y轴阻尼器，Y轴转轴设有与Y轴阻尼器配合的Y轴凸起；
所述的X轴阻尼器和Y轴阻尼器均包括固定在X轴固定支架或Y轴固定支架上的阻尼器壳体23，阻尼器壳体23上开有供X轴凸起或Y轴凸起穿过的开口，阻尼器壳体23内设有夹在X轴凸起或Y轴凸起两侧的第一摩擦片11和第二摩擦片12，第一摩擦片11上设有压板25，阻尼器壳体23内设有调节压板25与第一摩擦片11间松紧度的压力调节机构。
所述的压力调节机构包括与与阻尼器壳体23螺纹连接的调节螺钉16和与压板25正对的调节块17，调节块17与压板25之间设有碟形弹簧22，碟形弹簧22采用螺纹压紧，调节螺钉16依次穿过调节块17、碟形弹簧22、压板25、第一摩擦片11、X轴凸起或Y轴凸起与第二摩擦片12相接，调节螺钉16通过锁紧所述的调节块17来实现阻尼力的可靠保持。
所述内转动框架8为中空的长方体，内转动框架8两侧设有用于容纳半球形罩部分球面的凹口8.1。
在所述X轴固定支架6上设有与内转动框架8配合的X轴限位块10，在Y轴固定支架设有与滑桥19配合的Y轴限位块，在X轴限位块10和Y轴限位块上均设有用于限制角度位移量的限位凸起10.1，限位凸起10.1设有两个，设置在内转动框架8或滑桥19的两侧，可以通过上述限位块的更换和调整来对内转动框架或滑桥进行限位角度的调节，从而实现运动范围的变换。
在所述X轴转轴5和Y轴转轴的一端装有角度传感器9，在所述外壳21上固定安装有便于角度位置信号输出的印制板26，印制板26上设有与角度传感器9连接的接插件。
一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆的操纵方法，该方法采用上述任意驻停式球面二维自由度操纵杆，该方法为，
在Y轴方向上推动半球形罩1，半球形罩带动切换转轴18和拨杆15转动，内转动框架8不动，拨杆15通过在滑桥19长槽的部分带动滑桥19和Y轴转轴一起转动，角度传感器输出操纵杆此时的Y轴角度位置，Y轴限位块通过限位凸起对滑桥进行限位，限制角度位移量，并可通过更换限位块进行限位角度的调节，同时，通过Y轴阻尼器实现操纵杆在Y轴方向上的任意位置驻停，Y轴阻尼器的工作过程为，
Y轴转轴的Y轴凸起安装在Y轴阻尼器的第一摩擦片11和第二摩擦片12之间，调节块17通过螺纹压紧碟形弹簧22产生一个压迫力经由压板25传递到摩擦片11、12上，摩擦片11、12一起夹紧Y轴凸起，使得操纵杆可以在任意位置驻停，调节螺钉16通过螺纹连接到阻尼器壳体23上，锁紧此时的调节块17，保持操纵杆在强振动下的紧固；
在X轴方向上推动半球形罩1，半球形罩通过切换转轴18带动内转动框架8转动，X轴转轴5、14跟随内转动框架8转动，角度传感器9输出操纵杆此时的X轴角度位置，X轴限位块通过限位凸起10.1对滑桥19进行限位，限制角度位移量，并可通过更换限位块进行限位角度的调节，同时，通过X轴阻尼器实现操纵杆在X轴方向上的任意位置驻停，X轴阻尼器的工作过程与Y轴阻尼器的工作过程相同；
操纵杆手柄上可安装多种开关和微操元器件，通过半球形罩连接到印制板上，角度传感器输出的角度位置信号也通过接插件连接到印制板上，通过印制板的处理电路处理后输出。
综上所述，本发明旨在提供一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆及操纵方法，能够在强振动环境下保持阻尼力，极大的增强操纵杆的各种恶劣环境适应性和寿命；并且采用了球面密封机构实现防尘防水，可以有效的防止小颗粒异物和灰尘的侵入。
以上实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，本发明的保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所示技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆，包括操纵杆手柄和装在操纵杆手柄底端的操纵机构，操纵机构设有外壳，外壳上设有供操纵杆手柄运动的开口，开口处装有球面密封机构，外壳内装有X轴转向机构和Y轴转向机构；
所述球面密封机构设有半球形罩，半球形罩通过衬套和密封圈与外壳活动密封；
所述的X轴转向机构包括X轴固定支架和内转动框架，内转动框架两侧固定安装有X轴转轴，X轴转轴通过轴承装在X轴固定支架上，X轴固定支架与设在外壳内的底座固定相接；
所述的Y轴转向机构包括Y轴固定支架和滑桥，滑桥两侧固定安装有Y轴转轴，Y轴转轴通过轴承装在Y轴固定支架上，Y轴固定支架装在底座上，在半球形罩内固定有切换转轴，切换转轴通过轴承装在内转动框架上，切换转轴上固定有穿过滑桥的拨杆，滑桥上设有对拨杆进行导向和限位的长槽；
其特征在于：在所述X轴转向机构上装有使操纵杆在X轴向任意位置实现驻停的X轴阻尼器，X轴转轴设有与X轴阻尼器配合的X轴凸起，在Y轴转向机构上装有使操纵杆在Y轴向任意位置实现驻停的Y轴阻尼器，Y轴转轴设有与Y轴阻尼器配合的Y轴凸起；
所述的X轴阻尼器和Y轴阻尼器均包括固定在X轴固定支架或Y轴固定支架上的阻尼器壳体，阻尼器壳体上开有供X轴凸起或Y轴凸起穿过的开口，阻尼器壳体内设有夹在X轴凸起或Y轴凸起两侧的第一摩擦片和第二摩擦片，第一摩擦片上设有压板，阻尼器壳体内设有调节压板与第一摩擦片间松紧度的压力调节机构；
所述的压力调节机构包括与阻尼器壳体螺纹连接的调节螺钉和与压板正对的调节块，调节块与压板之间设有碟形弹簧，调节螺钉依次穿过调节块、碟形弹簧、压板、第一摩擦片、X轴凸起或Y轴凸起与第二摩擦片相接；
所述内转动框架为中空的长方体，内转动框架两侧设有用于容纳半球形罩部分球面的凹口。
2.根据权利要求1所述的任意驻停式球面二维自由度操纵杆，其特征在于：在所述X轴固定支架上设有与内转动框架配合的X轴限位块，在Y轴固定支架设有与滑桥配合的Y轴限位块，在X轴限位块和Y轴限位块上均设有用于限制角度位移量的限位凸起。
3.根据权利要求1所述的任意驻停式球面二维自由度操纵杆，其特征在于：在所述X轴转轴和Y轴转轴的一端装有角度传感器。
4.根据权利要求3所述的任意驻停式球面二维自由度操纵杆，其特征在于：在所述外壳上固定安装有便于角度位置信号输出的印制板，印制板上设有与角度传感器连接的接插件。
5.根据权利要求1所述的任意驻停式球面二维自由度操纵杆，其特征在于：在所述半球形罩顶端设有与操纵杆手柄配合安装的凸台。
6.根据权利要求1所述的任意驻停式球面二维自由度操纵杆，其特征在于：所述外壳设有面板，开口设在面板上。
7.一种任意驻停式球面二维自由度操纵杆的操纵方法，其特征在于：该方法采用权利要求1-6任一项所述任意驻停式球面二维自由度操纵杆，该方法为，
在Y轴方向上推动半球形罩，半球形罩带动切换转轴和拨杆转动，内转动框架不动，拨杆通过在滑桥长槽的部分带动滑桥和Y轴转轴一起转动，角度传感器输出操纵杆此时的Y轴角度位置，通过Y轴阻尼器实现操纵杆在Y轴方向上的任意位置驻停，Y轴阻尼器的工作过程为，
转动调节螺钉，调节块通过螺纹压紧碟形弹簧，使其产生一个压迫力经由压板传递到第一摩擦片上，和第二摩擦片一起夹紧Y轴凸起，使得操纵杆可以在任意位置驻停，锁紧此时的调节块，保持操纵杆在强振动下的紧固；
在X轴方向上推动半球形罩，半球形罩通过切换转动带动内转动框架转动，X轴转轴跟随内转动框架转动，角度传感器输出操纵杆此时的X轴角度位置，通过X轴阻尼器实现操纵杆在X轴方向上的任意位置驻停，X轴阻尼器的工作过程与Y轴阻尼器的工作过程相同。
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