CZ201195A3

CZ201195A3 - Rukojet se senzorem uchopení

Info

Publication number: CZ201195A3
Application number: CZ20110095A
Authority: CZ
Inventors: Butora@Peter
Original assignee: Befra Electronic, S. R. O.
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-07-04
Also published as: CZ303271B6

Abstract

Rukojet se používá zejména pro rízení motorem ovládaných stroju, integrován senzor pracující na kapacitním principu. Senzor je schopen detekovat dotyk ruky a vyhodnocovat intenzitu uchopení rukojeti. Rukojet je opatrená válcovitým telesem (1) rukojeti a na nem usporádaným elastickým potahem (2) rukojeti. Nad alespon cástí nevodivého vnejšího povrchu telesa (1) rukojeti je alespon jedna první vodivá vrstva (5). V odstupu od ní je na vnitrní ploše nevodivého elastického potahu (2) rukojeti proti první vodivé vrstve (5) usporádána druhá vodivá vrstva (4). Mezi první a druhou vodivou vrstvou (5 a 4) je vytvorena alespon jedna šterbina (7). První a druhá vodivá vrstva (5 a 4) vytvárejí elektrody kondenzátoru, který tvorí senzor uchopení a který je vodive pripojen k mericí a vyhodnocovací jednotce (9), jejíž datový výstup je pripojen k ovládací jednotce (10). Mezi první a/nebo druhou vodivou vrstvou (5, 4) a šterbinou (7) je izolacní vrstva (6).

Description

Rukojeť se senzorem uchopení

Oblast techniky

Vynález se týká rukojeti se senzorem uchopení, zejména rukojeti pro řízení motorem ovládaných strojů, opatřené válcovitým tělesem rukojeti a na něm uspořádaným elastickým potahem rukojeti.

Dosavadní stav techniky

U mnoha strojů, například sekaček na trávu, sněžných fréz apod., je z bezpečnostních důvodů potřebné zajistit, aby jejich obsluha stála vůči stroji v předepsané poloze a držela rukama jeho rukojeti. Toho lze dosáhnout tím, že je rukojeť opatřena senzorem uchopení. V případě, že obsluha rukojeť/rukojeti pustí, dojde k vypnutí motoru stroje.

Nejčastěji se k detekci přítomnosti ruky na rukojeti používají mechanické páčky v blízkosti rukojeti. Zmáčknutím páčky dojde k sepnutí bezpečnostního spínače. Aby byl motor stroje v chodu, je nutné trvale držet páčku přimáčknutou k rukojeti.

Při využití kapacitního funkčního principu mají známá řešení jako vnitřní elektrodu připojeny řidítka, která jsou elektricky spojena se zemí. Vnější elektroda se nachází pod povrchem rukojeti. Mezi elektrodami se nachází dielektrikum. Dotek ruky změní vlastnosti dielektrika kondenzátoru, což je možné detekovat. Nevýhodou tohoto řešení je citlivost na vnější vlivy počasí a terénu (sníh, déšť, typ podloží) a také na oblečení obsluhy (rukavice, typ bot).

Dotek ruky je možné detekovat také pomocí drátkových, foliových anebo polovodičových tenzometrických snímačů umístěných pod elastickým potahem rukojeti. Tyto senzory uchopení reagují na deformaci rukojeti při uchopení v

změnou elektrického odporu. Časté je také využití vodivých, tzv. piezorezistivních eleastomerů, které při deformaci mění svůj elektrický odpor.

í

I

D2901

9.2. 20H

-2K rozpoznání doteku ruky na rukojeti je možné využít také několik dalších fyzikálních principů, například senzory uchopení na bázi piezoelektrických materiálů, senzory uchopení s optickými vlákny, senzory uchopení využívající ultrazvuk a podobně.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky kapacitního funkčního principu podle dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje rukojeť se senzorem uchopení, zejména pro řízení motorem ovládaných strojů, opatřená válcovitým tělesem rukojeti a na něm uspořádaným elastickým potahem rukojeti, nad alespoň částí nevodivého vnějšího povrchu tělesa rukojeti je alespoň jedna první vodivá vrstva a v odstupu od ní je na vnitřní ploše nevodivého elastického potahu rukojeti proti první vodivé vrstvě uspořádána druhá vodivá vrstva, přičemž první a druhá vodivá vrstva vytvářejí elektrody kondenzátoru, tvořícího senzor uchopení, který je vodivě připojen k měřicí a vyhodnocovací jednotce, jejíž datový výstup je připojen k ovládací jednotce, kde podstatou vynálezu je, že mezi první a druhou vodivou vrstvou je vytvořena alespoň jedna štěrbina a mezi první a/nebo druhou vodivou vrstvou a štěrbinou je izolační vrstva.

Ve výhodném provedení rukojeti se senzorem uchopení překrývá izolační vrstva celou plochu první vodivé vrstvy, přičemž štěrbina je vytvořena mezi izolační vrstvou a druhou vodivou vrstvou.

Přitom může být výhodné, je-li první vodivá vrstva vytvořena selektivní metalizací alespoň části vnějšího povrchu tělesa rukojeti nebo pokovenou plastovou fólií nalepenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa rukojeti nebo kovovou fólií nalepenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa rukojeti nebo kovovou vrstvou napařenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa rukojeti nebo elektricky vodivým plastem/elastomerem vstříknutým na alespoň část vnějšího povrchu tělesa rukojeti.

D290&~

9.2.2011

-3 Výhodné rovněž je, je-lí druhá vodivá vrstva elastická, je-li vytvořena vstřikováním elektricky vodivého elastického materiálu a je-li pevně spojena s nevodivým elastickým potahem rukojeti.

V dalším výhodném příkladném provedení je měřicí a vyhodnocovací jednotka integrována do tělesa rukojeti.

Konečně v dalším výhodném příkladném provedení je nad vnějším nevodivým povrchem tělesa rukojeti více od sebe oddělených prvních vodivých vrstev, v odstupu od nich jsou na vnitřní ploše nevodivého elastického potahu rukojeti proti prvním vodivým vrstvám uspořádány od sebe oddělené druhé vodivé vrstvy pro vytvoření několika nezávislých kondenzátorů ve vzájemně nezávislých senzorických oblastech, přičemž vývody nezávislých kondenzátorů jsou vodivě připojeny k měřicí a vyhodnocovací jednotce.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je v částečném řezu znázorněno příkladné provedení rukojeti podle vynálezu, na obr. 2 je znázorněn detail A z obr. 1 a na obr. 3 je znázorněno příkladné provedení tělesa rukojeti podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je schematicky v částečném řezu znázorněno příkladné provedení rukojeti podle vynálezu. Na válcovitém tělese 3 řídítek je upevněno těleso X rukojeti, přes které je převlečen nevodivý elastický potah 2 rukojeti.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn detail A z obr. 1. Nad nevodivým vnějším povrchem tělesa X rukojeti je první vodivá vrstva 5. V odstupu od ní je na vnitřní ploše nevodivého elastického potahu 2 rukojeti proti první vodivé vrstvě 5 uspořádána druhá vodivá vrstva 4. Mezi první a druhou vodivou vrstvou 5 a 4 je vytvořena štěrbina 7. První a druhá vodivá vrstva 5 a 4 přitom vytvářejí elektrody kondenzátorů, tvořícího senzor uchopení. Tento kondenzátor

D2902

9, 2.201

-4je vodivě připojen k měřicí a vyhodnocovací jednotce 9 prostřednictvím propojení 8, viz obr. 1. Mezi první vodivou vrstvou 5 a štěrbinou 7 je izolační vrstva 6. Datový výstup měřicí a vyhodnocovací jednotky 9 je připojen k ovládací jednotce 10.

Na obr. 3 je schematicky znázorněno těleso 1 rukojeti se zahloubenými oblastmi 11.

Těleso 1 rukojeti je v příkladném provedení vyhotovené z konstrukčního termoplastu a má na svém povrchu jednu nebo více zahloubených oblastí 11 specifického tvaru a zakřivení, například ve tvaru válce, šroubovice, a podobně, a to konkávního nebo konvexního zakřivení. Na povrchu těchto zahloubených oblastí 11 se nacházejí první vodivé vrstvy 5 tvořící vnitřní elektrody. Tyto první vodivé vrstvy 5 mohou být propojeny do jedné společné první vodivé vrstvy 5 anebo fungovat jako samostatné první vodivé vrstvy 5 pro vzájemně nezávislé senzorické oblasti. První vodivé vrstvy 5 jsou pevně spojeny s tělesem 1 rukojeti. Mohou být vyhotoveny například selektivní metalizací tělesa 1 rukojeti nebo nalepením pokovené plastové fólie na těleso 1. rukojeti nebo nalepením měděné pásky na těleso 1 rukojeti nebo napařením kovové vrstvy na těleso 1 rukojeti nebo vstřiknutím elektricky vodivého plastu/elastomeru na těleso 1 rukojeti.

Na vnitřní straně elastického potahu 2 rukojeti vyhotoveného z elektricky nevodivého termoplastického eleastomeru se nachází druhá vodivá vrstva 4, tvořící druhou elektrodu, která je pevně spojena s elastickým potahem 2 rukojeti. Druhá vodivá vrstva 4 je vyhotovena z elektricky vodivého elastického materiálu například technologií vstřikování a je tvořena jednou válcovou oblastí a nebo více oblastmi specifických tvarů a zakřivení, které svým tvarem a polohou odpovídají zahloubeným oblastem 11.

První vodivá vrstva 5 a druhá vodivá vrstva 4 spolu tvoří kondenzátor. Mezi nimi se nachází dielektrikum, které je tvořeno izolační vrstvou 6 a vzduchovou nebo plynovou štěrbinou 7. Izolační vrstva 6 přikrývá minimálně

02902^9, 2. 2OU

-5plochu prvních vodivých vrstev 5, může však pokrývat i povrch tělesa 1 rukojeti.

Činnost rukojeti je následující: Při uchopení rukojeti rukou se vlivem působení síly deformuje elastický potah 2 rukojeti spolu s druhou vodivou vrstvou 4. Tím dojde k zmenšení vzduchové štěrbiny 7 a k přiblížení druhých a prvních vodivých vrstev 4 a 5. To má za následek zvýšení kapacity kondenzátoru. Změna kapacity kondenzátoru je vyhodnocována pomocí měřící a vyhodnocovací jednotky 9, která je pomocí vodivého propojení 8 napojena na kondenzátor tvořený první a druhou vodivou vrstvou 5 a 4, které představují vnitřní a vnější elektrodu kondenzátoru.

Měřící a vyhodnocovací jednotka 9 je propojena s ovládací jednotkou 10 stroje přes příslušné rozhraní a je umístěna mimo rukojeť anebo je integrována do tělesa 1 rukojeti.

Pokud kapacita kondenzátoru přesáhne nastavenou mez a stochasticky se pohybuje ve stanoveném rozsahu, znamená to, že ruka drží rukojeť. Pokud kapacita kondenzátoru klesne v stanoveném čase pod nastavenou mez, znamená to, že ruka nedrží rukojeť.

Rukojeť je navržena tak, že určitá intenzita stlačení, případně definované intervaly stlačení rukojeti, mohou být využity jako řídicí a ovládací povely.

Průmyslová využitelnost

Rukojeť podle vynálezu je možno použít jako bezpečnostní prvek, sloužící k rozpoznání uchopení rukojeti rukou při řízení strojů nebo jako ovládací prvek s využitím hmatových řídících povelů nebo i pro měření intenzity stlačení/uchopení, např. pro rehabilitační účely.

Claims

Patentové nároky

1. Rukojeť se senzorem uchopení, zejména pro řízení motorem ovládaných strojů, opatřená válcovitým tělesem (1) rukojeti a na něm uspořádaným elastickým potahem (2) rukojeti, kde nad alespoň částí nevodivého vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti je alespoň jedna první vodivá vrstva (5), v odstupu od ní je na vnitřní ploše nevodivého elastického potahu (2) rukojeti proti první vodivé vrstvě (5) uspořádána druhá vodivá vrstva (4), přičemž první a druhá vodivá vrstva (5 a 4) vytvářejí elektrody kondenzátoru, tvořícího senzor uchopení, který je vodivě připojen k měřicí a vyhodnocovací jednotce (9), jejíž datový výstup je připojen k ovládací jednotce (10). vyznačující se tím, že mezi první a druhou vodivou vrstvou (5 a 4) je vytvořena alespoň jedna štěrbina (7) a mezi první a/nebo druhou vodivou vrstvou (5, 4) a štěrbinou (7) je izolační vrstva (6).
2. Rukojeť podle nároku 1, vyznačující se tím, že izolační vrstva (6) překrývá celou plochu první vodivé vrstvy (5), přičemž štěrbina (7) je vytvořena mezi izolační vrstvou (6) a druhou vodivou vrstvou (4).
3. Rukojeť podle nároku 1, vyznačující se tím, že první vodivá vrstva (5) je vytvořena selektivní metalizací alespoň části vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti nebo pokovenou plastovou fólií nalepenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti nebo kovovou fólií nalepenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti nebo kovovou vrstvou napařenou na alespoň část vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti nebo elektricky vodivým plastem/elastomerem vstříknutým na alespoň část vnějšího povrchu tělesa (1) rukojeti.

D2WJÍ

9-2

-Ί -
4. Rukojeť podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhá vodívá vrstva (4) je elastická, je vytvořena vstřikováním elektricky vodivého elastického materiálu a je pevně spojena s nevodivým elastickým potahem (2) rukojeti.
5. Rukojeť podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřicí a vyhodnocovací jednotka (9) je integrována do tělesa (1) rukojeti.
6. Rukojeť podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad vnějším nevodivým povrchem tělesa (1) rukojeti je více od sebe oddělených prvních vodivých vrstev (5), v odstupu od nich jsou na vnitřní ploše nevodivého elastického potahu (2) rukojeti proti prvním vodivým vrstvám (5) uspořádány od sebe oddělené druhé vodivé vrstvy (4) pro vytvoření několika nezávislých kondenzátorů ve vzájemně nezávislých senzorických zahloubených oblastech (11), přičemž vývody nezávislých kondenzátorů jsou vodivě připojeny k měřicí a vyhodnocovací jednotce (9).