DE102017105008A1 - Control lever with active feedback unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44), welche eine Montageplattform (14) umfasst, auf der eine Nachführvorrichtung (16) mit Rahmen und/oder Gehäuse (18) angeordnet ist. Ein Steuerhebel (24) ist schwenkbar in einem Gelenk um eine Achse (22) gelagert, wobei das Gelenk (23) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) vorgesehen ist. Ein Führungsgeber (28) erfasst die Auslenkung (ω) des Steuerhebels (24) und erzeugt ein der Auslenkung (ω) zugeordnetes Signal. Das Signal wird von einer Auswerte- und Verarbeitungseinheit (53) verarbeitet und die Maschine entsprechend der Auslenkung (ω) ansteuert. Ein Rückholmechanismus (30) führt den Steuerhebel (24) in eine Ausgangsposition (32) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) zurück.The invention relates to a manual control transmitter (12) for controlling a machine (44), which comprises an assembly platform (14) on which a tracking device (16) with frame and / or housing (18) is arranged. A control lever (24) is pivotally mounted in a hinge about an axis (22), wherein the hinge (23) in the frame and / or housing (18) of the tracking device (16) is provided. A master encoder (28) detects the deflection (ω) of the control lever (24) and generates a signal associated with the deflection (ω). The signal is processed by an evaluation and processing unit (53) and controls the machine according to the deflection (ω). A return mechanism (30) returns the control lever (24) to an initial position (32) in the frame and / or housing (18) of the tracking device (16).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine, enthaltend
- a) eine Montageplattform,
- b) eine Nachführvorrichtung mit Rahmen und/oder Gehäuse, welche auf der Montageplattform angeordnet ist,
- c) einen Steuerhebel, welcher in einem Gelenk um eine Achse schwenkbar gelagert ist, wobei das Gelenk in dem Rahmen und/oder Gehäuse der Nachführvorrichtung vorgesehen ist,
- d) einen Führungsgeber, welcher die Auslenkung ω des Steuerhebels erfasst und ein der Auslenkung ω zugeordnetes Signal erzeugt,
- e) eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit, welche das Signal von dem Führungsgeber verarbeitet und die Maschine entsprechend der Auslenkung ω ansteuert,
- f) einen Rückholmechanismus, welcher den Steuerhebel in eine Ausgangsposition in dem Rahmen und/oder Gehäuse der Nachführvorrichtung zurückführt.
- a) an assembly platform,
- b) a tracking device with frame and / or housing, which is arranged on the mounting platform,
- c) a control lever, which is pivotally mounted in a hinge about an axis, wherein the hinge is provided in the frame and / or housing of the tracking device,
- d) a guide transmitter which detects the deflection ω of the control lever and generates a signal associated with the deflection ω,
- e) an evaluation and processing unit which processes the signal from the leading encoder and drives the machine according to the deflection ω,
- f) a return mechanism which returns the control lever to an initial position in the frame and / or housing of the tracking device.
Beschreibungdescription
Solche Handsteuergeber werden häufig zur Steuerung von schweren Maschinen eingesetzt. Beispielsweise werden sie zur Steuerung von Kränen, Radladern, Baggern, Gabelstaplern oder als Fahrtenregler für Schienenfahrzeuge und Schiffe eingesetzt. Sie lassen sich wie ein Joystick bedienen. Grundsätzlich lassen sich viele Arten von Maschinen, die manuell bedient werden, mit einem Handsteuergeber steuern. Modulare Bauweise unterstützt die Verwendung eines Handsteuergebers in vielen Anordnungen für Maschinensteuerungen.Such hand control transmitters are often used to control heavy machinery. For example, they are used to control cranes, wheel loaders, excavators, forklifts or as a travel controller for rail vehicles and ships. They can be operated like a joystick. Basically, many types of machines that are manually operated can be controlled with a hand control transmitter. Modular design supports the use of a manual control transmitter in many machine control arrangements.
Die Steuerung erfolgt über die jeweilige Winkellage der Steuerwelle, die mit dem Steuerhebel verbunden ist. Die Winkellage lässt sich dabei berührungslos oder auch berührungsbehaftet erfassen. Es ist bekannt, die Winkellage beispielsweise optisch mittels einer kodierten Scheibe zu ermitteln. Die Winkellage lässt sich z.B. aber auch über ein Potentiometer elektronisch ermitteln.The control takes place via the respective angular position of the control shaft, which is connected to the control lever. The angular position can be detected without contact or touch. It is known, for example, to determine the angular position optically by means of a coded disc. The angular position can be e.g. but also electronically via a potentiometer.
Es gibt Handsteuergeber, die nur über eine Achse betrieben werden. Aber auch mehrachsige Handsteuergeber werden verwendet. Die mehrachsigen Handsteuergeber verfügen dementsprechend über mindestens zwei nicht-parallele Steuerwellen, die über ein geeignetes Getriebe angetrieben werden.There are manual control encoders that are only operated via one axis. But also multi-axis hand control encoders are used. Accordingly, the multi-axis manual control transmitters have at least two non-parallel control shafts, which are driven by a suitable gear.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Die
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine zu schaffen, bei der der Nutzer sofort anhand des Handsteuergebers eine Rückmeldung erfährt, z.B. in welche Richtung die Maschine oder Teile der Maschine steuern.The object of the invention is to avoid disadvantages of the prior art and to provide a manual control transmitter for controlling a machine in which the user immediately receives feedback from the manual control transmitter, e.g. in which direction the machine or parts of the machine are controlling.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine der eingangs genannten Art
- g) eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche einen Antrieb der Nachführvorrichtung um eine zugeordnete Position nachregelt, wobei durch die mit der Auslenkung ω angesteuerte Maschine die zugeordnete Position festgelegt wird.
- g) a control device is provided, which adjusts a drive of the tracking device by an associated position, wherein the associated position is determined by the driven with the deflection ω machine.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass der Steuerhebel des Handsteuergebers die ausgelenkte Position einnimmt, die auch der Maschine zugeordnet wird. Dazu wird der Steuerhebel nach einer Steuerungsanweisung immer in eine relative Ausgangsposition zurückgeführt. Diese Ausgangsposition des Steuerhebels wird dann separat ausgelenkt. Dazu wird die Wirkung der Steueranweisung ermittelt und eine Position des Steuerhebels zugeordnet. Bei einem Schienenfahrzeug kann durch Betätigen des Handsteuergebers beispielsweise die Geschwindigkeit festgelegt werden. Hierdurch wird ein Sollwert definiert. Wenn das Schienenfahrzeug nun die Geschwindigkeit erreicht hat, regelt die Regeleinrichtung den Steuerhebel um einen entsprechenden Winkel nach, der dieser Geschwindigkeit zugeordnet ist. Durch die vorliegende Erfindung sieht der Nutzer sofort, welcher Sollwert eingestellt wurde.The invention is based on the principle that the control lever of the manual control transmitter assumes the deflected position, which is also assigned to the machine. For this purpose, the control lever is always returned to a control position in a relative starting position. This starting position of the control lever is then deflected separately. For this purpose, the effect of the control instruction is determined and assigned a position of the control lever. In a rail vehicle, for example, the speed can be set by operating the manual control transmitter. This defines a setpoint. When the rail vehicle has now reached the speed, the control device regulates the control lever by a corresponding angle, which is assigned to this speed. By the present invention, the user sees immediately which setpoint has been set.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers ergibt sich dadurch, dass der Antrieb einen Rotor aufweist, welcher die Nachführvorrichtung um einen Winkel β nachführt, welcher durch die mit der Auslenkung ω angesteuerte Maschine zugeordnete Position festgelegt wird. Diese Maßnahme bewirkt, dass die Nachführvorrichtung sich mit dem Steuerhebel um einen zugeordneten Winkel mit dem Rotor dreht. Dies ist platzsparend und die jeweilige Position des Steuerhebels ist für den Anwender einfach zu erfassen.An advantageous embodiment of the manual control transmitter according to the invention results from the fact that the drive has a rotor, which tracks the tracking device by an angle β, which is determined by the associated with the deflection ω machine associated position. This action causes the tracking device to rotate with the control lever at an associated angle with the rotor. This saves space and the respective position of the control lever is easy for the user to capture.
In einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers weist der Antrieb der Nachführvorrichtung ein Getriebe auf. Oft drehen sich die Antriebe zu schnell, sodass die Geschwindigkeit durch ein Getriebe herabgesetzt werden kann.In a preferred embodiment of the manual control transmitter according to the invention, the drive of the tracking device has a transmission. Often the drives turn too fast, so the speed can be reduced by a gearbox.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers ist das Getriebe des Antriebs der Nachführvorrichtung selbsthemmend vorgesehen. Diese Maßnahme dient dazu, dass die Auslenkung des Steuerhebels besser an die tatsächlich durchgeführte Auslenkung angepasst wird.In a preferred embodiment of the hand control transmitter according to the invention, the transmission of the drive of the tracking device is provided self-locking. This measure serves to better adapt the deflection of the control lever to the actually performed deflection.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Rückholmechanismus eine Dämpfungseinheit aufweist, welche bei Auslenkung des Steuerhebels eine Dämpfung erzeugt. Um ein Überschwingen des Steuerhebels durch den Rückstellmechanismus zu vermeiden und die Haptik zu verbessern, wird die Auslenkung mittels der Dämpfungseinheit gedämpft. Dies wird beispielsweise über eine Motorbremse erreicht. Ein zusätzlicher Dämpfungsmotor wirkt bei Bedarf auf den Hebel. Als passive Bremse kann der Dämpfungsmotor zudem mit Bremswiderständen belastet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen Dämpfungsmotor auch aktiv zu betreiben, um z.B. als zusätzliches Force-Feedback-Element Rückstellkräfte, Rütteleffekte oder Ähnliches zu erzeugen. Der Dämpfungsmotor ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe mit dem Steuerhebel verbunden. Damit wird sichergestellt, dass bei Ausfall des Dämpfungsmotors der Steuerhebel mittels Federrückstellung in seine relative Mittelstellung zurückgeführt wird. In diesem Fall verändert sich die Haptik, aber die Funktionalität des Erfassens des Führungswinkels ω ist weiterhin gegeben. Vorzugsweise weist die Dämpfungseinheit daher eine Feder, einen Magneten, eine Motorbremse und/oder eine aktive Motorbremse auf, welche die Dämpfung erzeugt. Aber auch ein hydraulisches und/oder pneumatisches Dämpfelement kann durchaus vorteilhaft in der Dämpfungseinheit enthalten sein.A further advantageous embodiment of the invention is that the return mechanism has a damping unit, which generates a damping upon deflection of the control lever. In order to avoid overshooting of the control lever by the return mechanism and to improve the feel, the deflection is damped by means of the damping unit. This is achieved for example via an engine brake. An additional damping motor acts on the lever as needed. As a passive brake, the damping motor can also be loaded with braking resistors. In addition, it is also possible to actively operate a damper motor, e.g. as an additional force-feedback element to generate restoring forces, shaking effects or the like. The damping motor is connected in the present embodiment via a non-self-locking gear with the control lever. This ensures that in case of failure of the damping motor, the control lever is returned by means of spring return to its relative center position. In this case, the haptic changes, but the functionality of detecting the guide angle ω is still given. The damping unit therefore preferably has a spring, a magnet, an engine brake and / or an active engine brake, which generates the damping. But even a hydraulic and / or pneumatic damping element can be quite advantageously contained in the damping unit.
Eine besondere Variante des erfindungsgemäßen Handsteuergebers besteht darin, dass der Steuerhebel in dem Gelenk um wenigstens zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar ausgebildet ist, wobei jeder Achse wenigstens eine Dämpfungseinheit zugeordnet ist. Diese vorteilhafte Maßnahme bewirkt, dass der Steuerhebel des Handsteuergebers über mehr Freiheitsgrade verfügt. Diese Mehrzahl an Freiheitsgraden ermöglicht, eine Maschine komplexer zu steuern. So kann beispielsweise die eine Auslenkung für die Geschwindigkeit und die andere Auslenkung für die Lenkung eines Fahrzeugs herangezogen werden.A particular variant of the manual control transmitter according to the invention is that the control lever is pivotally formed in the joint about at least two mutually perpendicular axes, wherein each axis is associated with at least one damping unit. This advantageous measure causes the control lever of the manual control transmitter has more degrees of freedom. This plurality of degrees of freedom makes it possible to control a machine more complexly. Thus, for example, one deflection for the speed and the other deflection for the steering of a vehicle can be used.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers besteht darin, dass die Maschine als eine mobile Maschine, insbesondere als ein Schienenfahrzeug, ein Radlader oder ein Kran ausgebildet ist. Für solche Fahrzeuge sind diese Handsteuergeber besonders dienlich. Die Anwender können bei ihrer Arbeit mit diesen Fahrzeugen schnell erfassen, welche Lenkposition beispielsweise die Räder haben.A further advantageous embodiment of the manual control transmitter according to the invention is that the machine is designed as a mobile machine, in particular as a rail vehicle, a wheel loader or a crane. For such vehicles, these manual control are particularly useful. Users can work with these Detect vehicles quickly, which steering position, for example, have the wheels.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht alleine auf diese aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Sie dienen lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung soll sich auf alle Gegenstände beziehen, die jetzt und zukünftig der Fachmann als naheliegend zur Realisierung der Erfindung heranziehen würde.Further embodiments and advantages will become apparent from the subject of the dependent claims and the drawings with the accompanying descriptions. An embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings. The invention should not be limited solely to these listed embodiments. They are only intended to illustrate the invention. The invention is intended to refer to all objects which now and in the future the skilled person would take as obvious for the realization of the invention.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt in einer Prinzipskizze das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Handsteuergebers.1 shows in a schematic diagram of the basic principle of a hand control transmitter according to the invention. -
2 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Handsteuergeber von der Seite bei einer neutralen Auslenkung.2 shows in a schematic schematic diagram of a hand control transmitter according to the invention from the side at a neutral deflection. -
3 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze gemäß der2 einen erfindungsgemäßen Handsteuergeber von der Seite mit einer Auslenkung.3 shows in a schematic schematic diagram according to the2 a manual control transmitter according to the invention from the side with a deflection. -
4 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze das Funktionsprinzip der Regelungseinrichtung für den erfindungsgemäßen Handsteuergeber.4 shows a schematic schematic diagram of the principle of operation of the control device for the hand control transmitter according to the invention.
Bevorzugtes AusführungsbeispielPreferred embodiment
In
In dem Gehäuse
Die Nachführvorrichtung
In dem Rotor
In
Sobald der Steuerhebel
Die Auslenkung des Steuerhebels
In dem Gehäuse
In
In dem Gehäuse
Anhand von
Der Bediener kann mittels des federzentriertem Steuerhebels
Um ein Überschwingen des Steuerhebels
Außerdem besteht die Möglichkeit, einen Dämpfungsmotor auch aktiv zu betreiben, um z.B. als zusätzliches Force-Feedback-Element Gegenkräfte, Rückstellkräfte, Rütteleffekte oder Ähnliches erzeugen. Der Dämpfungsmotor ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe mit dem Steuerhebel
Die Nachführvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Grundschema des HandsteuergebersBasic diagram of the manual control transmitter
- 1212
- HandsteuergeberControl Transmitter
- 1414
- Montageplattformmounting platform
- 1616
- Nachführvorrichtungtracking device
- 1818
- Gehäusecasing
- 1919
- Steuereinheitcontrol unit
- 2020
- Steuerwellecontrol shaft
- 2222
- Achseaxis
- 2323
- Gelenkjoint
- 2424
- Steuerhebelcontrol lever
- 2626
- Steuerknaufcontrol knob
- 2727
- Öffnungopening
- 2828
- Führungsgeberlead donor
- 3030
- Rückholmechanismusreturn mechanism
- 3232
- Ausgangspositionstarting position
- 3434
- Stellantriebactuator
- 3636
- Motorantriebmotor drive
- 3838
- Getriebetransmission
- 4040
- Rotorrotor
- 4242
- Winkelgeberangle encoder
- 4444
- Radladerwheel loaders
- 4646
- Antriebsachsendrive axles
- 4848
- Lenkachsesteering axle
- 5050
- Vorderräderfront wheels
- 5252
- Hinterräderrear wheels
- 5353
- Auswerte- und VerarbeitungseinheitEvaluation and processing unit
- 5454
- Federnde ElementeSpringing elements
- 5656
- Dämpfungselementedamping elements
- 5757
- Regeleinrichtungcontrol device
- 5858
- Dämpfungseinheitdamping unit
- 5959
- Winkelgeberangle encoder
- 6060
- Lenkhydraulikhydraulic steering
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 0856453 A2 [0007]EP 0856453 A2 [0007]
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
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