DE1133012B - Electrical forced control of any part from a distance with the help of a manually operated control stick that moves in several coordinates - Google Patents
Electrical forced control of any part from a distance with the help of a manually operated control stick that moves in several coordinatesInfo
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Description
Elektrische Zwangssteuerung eines beliebigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetätigten Steuerknüppels Die Erfindung betrifft eine elektrische Zwangssteuerung eines beliebigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetätigten Steuerknüppels, bei welcher die Lage eines federnd gelagerten, zentralen Steuergliedes kapazitiv oder induktiv abgetastet wird und die so erhaltenen elektrischen Meßwerte als Steuerimpulse für eine Hilfskraft dienen.Electrical forced control of any part from a distance with the help of a hand-operated joystick moved in several coordinates The invention relates to an electrical positive control of any part remotely with the help of a hand-operated joystick moved in several coordinates, in which the position of a spring-mounted, central control element is capacitive or is scanned inductively and the electrical measured values thus obtained as control pulses serve for an assistant.
Bekannte Steuervorrichtungen sind so ausgebildet, daß sie Steuerimpulse nach Maßgabe der Größe und Richtung der Auslenkung eines Steuerknüppels von einer Null-Lage liefern. Dabei ist es häufig erforderlich, die Größe und Richtung der Auslenkung des Steuerknüppels mit den Augen zu kontrollieren. Das ist bei vielen Anwendungsfällen, wo der Bedienungsmann ein Objekt mit den Augen verfolgen muß, sehr störend, weil er seine Aufmerksamkeit wenigstens von Zeit zu Zeit zwischen dem Objekt und dem Steuerglied teilen muß.Known control devices are designed so that they control pulses according to the size and direction of the deflection of a control stick from a Deliver zero position. It is often necessary to determine the size and direction of the Control the deflection of the joystick with your eyes. That is the case with many Use cases where the operator has to follow an object with his eyes, very annoying because he at least gets his attention from time to time between the object and the control member must share.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Bedienungsmann durch den auf den Steuerknüppel ausgeübten Druck erkennen, wie groß das Steuersignal ist, und dieses feinfühlig regulieren, ohne dabei das gesteuerte Objekt aus den Augen zu lassen. Er kann daher das Steuersignal nach Größe und Richtung genau auf die von ihm beobachtete Bewegung des gesteuerten Objektes abstimmen. Es wird dadurch eine wesentlich bessere Handsteuerung ermöglicht als bei bekannten Steuervorrichtungen, bei denen der Steuerknüppel eine makroskopische Bewegung ausführt und diese Bewegung induktiv abgetastet wird. Selbst wenn der Bedienunasmann dort die Bewegung der steuernden Hand registriert, so erfordert das doch eine Erinnerung an die Ausgangsstellung, von welcher die Stellbewegung ausging, und liefert nur ein ungenaues Maß für die Größe des Steuersignals. Die Folgen davon sind eine geteilte Aufmerksamkeit des Bedienungsmannes und überregelungen, weil das Steuersignal nicht feinfühlig genug an die beobachtete Bewegung angepaßt werden kann. Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden.In the arrangement according to the invention, the operator can through recognize the pressure exerted on the joystick, how big the control signal is, and regulate this sensitively, without losing sight of the controlled object allow. It can therefore adjust the control signal to the exact size and direction coordinate the movement of the controlled object observed by him. It becomes through it allows a much better manual control than with known control devices, in which the joystick performs a macroscopic movement and this movement is inductively scanned. Even if the operator there controls the movement of the controlling one Hand registered, it requires a reminder of the starting position, from which the actuating movement originated, and provides only an imprecise measure for the Size of the control signal. The consequences of this are the divided attention of the Operator and over-regulation, because the control signal is not sensitive enough can be adapted to the observed movement. These disadvantages are compounded with the arrangement according to the invention avoided.
Es sind an sich Kopierfräsinaschinen bekannt, bei denen ein Fühler, der an einer Vorlage oder einem Meisterstück entlangläuft, praktisch starr ausgebildet und gelagert ist und die mikroskopischen Verbiegungen des Fühlers induktiv abgetastet werden und Fühler und Fräser steuern. Dort kommt es natürlich darauf an, daß der Fühler stets eine genau definierte Lage relativ zu den übrigen Maschinenteilen einnimmt, so daß sich dort die starre Ausbildung des Fühlers praktisch von selbst ergibt. Bei der Erfindung hat dagegen die starre Ausbildung des Fühlers einen ganz anderen Zweck, nämlich den, die Größe des Steuersignals durch den auf den Steuerknüppel ausgeübten Druck an der steuernden Hand fühlbar werden zu lassen.There are known copy milling machines in which a sensor, which runs along a template or a masterpiece, practically rigid and is stored and the microscopic deflections of the sensor are inductively scanned and control sensors and milling cutters. There it is of course important that the The sensor always occupies a precisely defined position relative to the other machine parts, so that there the rigid design of the feeler results practically by itself. In the invention, however, the rigid design of the sensor has a completely different Purpose, namely, the size of the control signal through the on the joystick to let the pressure exerted on the controlling hand be felt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und beschrieben. Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine zugehörige Oberansicht; Fig. 3 ist ein Schaltschema der Anordnung zur kapazitiven Abtastung bei einer Steuervorrichtung nach der Erfindung; Fig. 4 ist eine Oberansicht einer abgewandelten Ausführungsforin der Erfindung; Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.An embodiment of the invention is shown and described schematically in the drawings. Fig. 1 is a section through a control device according to the invention, Fig. 2 is a corresponding top view; Fig. 3 is a circuit diagram of the capacitive sensing arrangement in a control device according to the invention; Fig. 4 is a top plan view of an alternate embodiment of the invention; Fig. 5 is a block diagram of a control device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung besteht aus einem zentralen Mittelstück 10, das an einem Steuerknüppel 11 sitzt. Der Steuerknüppel 11 ist federnd und an einer Grundplatte 12 befestigt, indem er in diese eingeschraubt ist. Um das Mittelstück 10 herum ist im Abstand davon eine Mehrzahl von Segmenten 13 angeordnet. Die Segmente 1.3 können in einem isolierenden Gehäuse 14 gelagert sein. Sie bilden zusammen mit dem Mittelstück 10 Kondensatoren. Der Steuerknüppel 11 trägt einen Handgriff 15. Die Oberansicht nach Fig. 2 zeigt vier in gleichen Abständen voneinander angeordnete Segmente 13 a, 13 b, 13 c und 13 d. The control device according to the invention consists of a central middle piece 10 which is seated on a control stick 11. The control stick 11 is resilient and attached to a base plate 12 by being screwed into it. A plurality of segments 13 are arranged around the center piece 10 at a distance therefrom. The segments 1.3 can be mounted in an insulating housing 14. Together with the middle piece, they form 10 capacitors. The control stick 11 carries a handle 15. The top view according to FIG. 2 shows four equally spaced segments 13 a, 13 b, 13 c and 13 d.
Die Segmente 13 können in Brückenschaltungen hegen, so daß sich Wechselstrominipulse ergeben, die nach Amplitude und Phase dem Betrag und der Richtung der auf den Steuerknüppel 11 und das Mittelstück 10 ausgeübten Kraft entsprechen. Eine solche Schaltanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Handgriff 15 ist in Fig. 3 schematisch so dargestellt, als ob er mechanisch mit Paaren von veränderbaren Kondensatoren 13 a, 13 b und 13 c, 13 d gekoppelt ist. Jedes Paar ist in eine abgeglichene Brücke geschaltet, die außerdem von festen Kondensatoren 16a, 16b bzw. 17a, 17b gebildet wird. An einem Poll8 liegt eine Wechselspannung gegen Erde an, welche die beiden kapazitiven Brücken speist.The segments 13 can lie in bridge circuits, so that alternating current impulses result which, in terms of amplitude and phase, correspond to the magnitude and direction of the force exerted on the control stick 11 and the center piece 10. Such a switching arrangement is shown in Fig. 3. The handle 15 is shown schematically in Fig. 3 as if it is mechanically coupled to pairs of variable capacitors 13 a, 13 b and 13 c, 13 d. Each pair is connected in a balanced bridge, which is also formed by fixed capacitors 16a, 16b and 17a, 17b , respectively. An alternating voltage to earth is applied to a Poll8, which feeds the two capacitive bridges.
Die so an den Brücken erzeugten Signale werden über geeignete abgeschirmte Leitungen 19 über Kopplungskondensatoren 20 auf die Gitter 21 von aufeinander abgestimmten Gegentaktverstärkern gegeben. Die Anodenkreise sind an Polen 22 mit einer Stromquelle verbunden, während die von den Gegentaktverstärkern erzeugten Ausgangssignale an den Kathodenwiderständen 23 abgegriffen werden. In den Gegentaktverstärkern sind Abgleichkondensatoren 24 vorgesehen.The signals generated in this way at the bridges are transmitted via suitable shielded lines 19 via coupling capacitors 20 to the grids 21 of mutually matched push-pull amplifiers. The anode circuits are connected to a current source at poles 22, while the output signals generated by the push-pull amplifiers are tapped at the cathode resistors 23. Adjusting capacitors 24 are provided in the push-pull amplifiers.
Das Gegentakt-Ausgangssignal an den Abgriffen 25 ist eine Wechselspannung, die eine Amplitude und Phase besitzt nach Maßgabe der Kapazitätsänderangen in der Brücke mit den Kondensatoren 13 a, 13 b, 16a und 16b. In ähnlicher Weise ist das Gegentakt-Ausgangssignal an den Abgriffen 26 eine Wechselspannung, deren Amplitude und Phase den Kapazitätsänderungen in der Brücke 13 c, 13 d, 17 a, 17 b entspricht. Die Kapazitätsänderungen in den zwei Brücken hängen ihrerseits von sehr geringen Bewegungen des zentralen Steuergliedes 10, 11 gegenüber den in gleichen Abständen um dieses herum angeordneten Segmenten ab. Durch steife Lagerung des zentralen Teils 10 kann seine maximale Auslenkung in irgendeiner Richtung beispielsweise in der Größenordnung von 1,5 mm oder weniger gehalten werden. Die Anordnung ergibt ein Signal für jede der Komponenten der Auslenkung, bezogen auf die durch die Platten 13 a, 13 b und 13 c, 13 d bestimmten Richtungen.The push-pull output signal at the taps 25 is an AC voltage having an amplitude and phase has in accordance with the Kapazitätsänderangen in the bridge with the capacitors 13 a, 13 b, 16a and 16b. Similarly, the push-pull output signal at the taps 26 is an alternating voltage, the amplitude and phase of which corresponds to the changes in capacitance in the bridge 13 c, 13 d, 17 a, 17 b. The changes in capacitance in the two bridges in turn depend on very small movements of the central control member 10, 11 with respect to the segments arranged around it at equal intervals. By rigidly mounting the central part 10 , its maximum deflection in any direction can be kept, for example, of the order of 1.5 mm or less. The arrangement produces a signal for each of the components of the deflection, based on the directions determined by the plates 13 a, 13 b and 13 c, 13 d.
Statt Kondensatoren 13 a, 13 b. 13 c, 13 d, 16 a, 16 b, 17 a, 17 b können gegebenenfalls auch Induktivitäten oder ohmsche Widerstände in sinngemäßer Weise vorgesehen werden.Instead of capacitors 13 a, 13 b. 13 c, 13 d, 16 a, 16 b, 17 a, 17 b , inductances or ohmic resistances can optionally also be provided in a corresponding manner.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Anordnung enthält, wie die nach Fig. 1 und 2, ein zentral angeordnetes Teil 30 und einander diametral gegenüberliegende Paare von als Kondensatorplatten wirkenden Seginenten 31 a, 31 b, 32 a, 32 b, 33 a, 33 b. In anderer Beziehung ist die Anordnung nach Fig. 4 identisch mit der nach Fig. 1 und 2. Eine Anordnung nach Fig. 4 kann so geschaltet werden, daß sie drei verschiedene Ausgangssignale hefert entsprechend den drei Achsen, welche durch die Paare von einander diametral gegenüberliegenden Segmenten bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit ist die, daß jedes Paar von Segmenten von einer Phase einer dreiphasigen Wechselspannung gespeist wird. Dann erhält man Ausgangssignale, deren vektorielle Darstellung in bezug auf die Segmentpaare dem Druck entspricht, der von Hand auf das Steuerglied ausgeübt wird.The embodiment according to FIG. 4 shows a modified embodiment of the invention. This arrangement contains, like that according to FIGS. 1 and 2, a centrally arranged part 30 and diametrically opposed pairs of segments 31 a, 31 b, 32 a, 32 b, 33 a, 33 b acting as capacitor plates. In other respects the arrangement of Fig. 4 is identical to that of Figs. 1 and 2. An arrangement of Fig. 4 can be switched so that it provides three different output signals corresponding to the three axes which are diametrically opposed by the pairs Segments are determined. Another possibility is that each pair of segments is fed by one phase of a three-phase alternating voltage. Output signals are then obtained whose vector representation in relation to the segment pairs corresponds to the pressure which is exerted by hand on the control member.
Die Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt schematisch eine Steuervorfichtung nach der Erfuidung, die auf verschiedene Weise betrieben werden kann. Eine Arbeitsweise gestattet einem Bedienungsmann die Steuervorrichtung in zwei Achsen zu bedienen, beispielsweise nach Azimut und Höhe. Bei der anderen Arbeitsweise erfolgt die Steuerung in der einen Dimension durch den einen und in der anderen Dimension durch einen anderen Bedienungsmann. Die Anordnung nach Fig. 5 enthält zwei Steuergeräte 35 und 36, von denen jedes ähnlich ausgebildet ist wie das, welches in Fig. 1 und 2 oder 4 dargestellt ist. Die Steuerglieder 37 und 38 der Steuergeräte werden von je einem Bedienungsmann betätigt. Die Bedienungsleute können erforderlichenfalls weit voneinander entfernt postiert sein. Eine Wechselstromquelle, z. B. ein 10-kHz-Generator 39, liefert jedem der Steuergeräte 35 und 36 eine Wechselspannung. In dem System sind zwei Brückenumformer 40 und 41 vorgesehen. Ein Brückenumformer 41 steht in direkter Verbindung mit dem Steuergerät 35. Der andere Umformer 40 ist mit einem Umschalter verbunden, der so angeordnet ist, daß er den Umformer 40 mit jedem der Steuergeräte 35 und 36 verbinden kann. Jeder Brückenumformer ist mit einem entsprechenden Demodulator 43 und 44 verbunden.The illustration according to FIG. 5 shows schematically a control device according to the invention, which can be operated in various ways. One mode of operation allows an operator to operate the control device in two axes, for example azimuth and altitude. In the other mode of operation, control is carried out in one dimension by one operator and in the other dimension by another operator. The arrangement according to FIG. 5 contains two control units 35 and 36, each of which is designed similarly to that which is shown in FIGS. 1 and 2 or 4. The control members 37 and 38 of the control units are each operated by an operator. The operators can be stationed far apart if necessary. An AC power source, e.g. B. a 10 kHz generator 39, each of the control units 35 and 36 supplies an alternating voltage. Two bridge converters 40 and 41 are provided in the system. A bridge converter 41 is in direct communication with the control device 35. The other converter 40 is connected to a changeover switch which is arranged so that it can connect the converter 40 to each of the control devices 35 and 36. Each bridge converter is connected to a respective demodulator 43 and 44.
Wenn man einmal der Anschaulichkeit halber annimmt, daß die beiden Achsen, um welche der Hilfsantrieb wirkt, Azimut und Höhe sind, so erzeugt einer der Demodulatoren, beispielsweise der Demodulator 43, ein Höhensignal. Die Steuergeräte 35 und 36 werden von einer üblichen Stromquelle 45 gespeist. Wenn der Schalter 42 sich in der rechten Schaltstellung befindet, wie das in Fig. 5 gezeigt ist, wird das Azimutsignal von dem Steuergerät 36 abgenommen, während das Höhensignal von dem Steuergerät 35 geliefert wird.If one assumes, for the sake of clarity, that the two axes about which the auxiliary drive acts are azimuth and altitude, one of the demodulators, for example demodulator 43, generates an altitude signal. The control units 35 and 36 are fed by a conventional power source 45. When the switch 42 is in the right switch position, as shown in FIG. 5 , the azimuth signal is picked up by the control device 36 , while the altitude signal is supplied by the control device 35 .
Bei einer anderen Arbeitsweise ist der Schalter 42 in der linken Stellung und das Steuergerät 36 ist vom Ausgangsteil des Systems getrennt, so daß sowohl die Azimut- als auch die Höhensignale von dem gleichen Steuergerät geliefert werden. Man kann die Anordnung erforderlichenfalls durch Überkreuzverbindungen zwischen den Steuergeräten 35 und 36 und den beiden Ausgangskanälen mittels geeigneter Umschaltvorrichtungen leicht so ausbilden, daß die Steuerimpulse für jede der Achsen oder für beide Achsen wahlweise von jedem einzelnen der Steuergeräte 35 und 36 erzeugt werden können.In another mode of operation, the switch 42 is in the left position and the controller 36 is isolated from the output portion of the system so that both the azimuth and altitude signals are provided by the same controller. If necessary, the arrangement can easily be designed by means of cross connections between the control units 35 and 36 and the two output channels using suitable switching devices so that the control pulses for each of the axes or for both axes can be optionally generated by each of the control units 35 and 36.
Die Steuervorrichtung nach der Erfindung läßt sich sehr stabil ausbilden und ist weitgehend unbeeinflußt von Fehlerquellen, die durch Schwingungen, plötzliche Beschleunigungen, Stoß od. dü bedingt sein könnten. Sie ist daher insbesondere auch fÜr niffitärische Anordnungen besonders geeignet.The control device according to the invention can be designed to be very stable and is largely unaffected by sources of error caused by sudden vibrations Accelerations, jolts or dü could be conditional. It is therefore particular too particularly suitable for niffitary arrangements.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1133012XA | 1958-05-28 | 1958-05-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1133012B true DE1133012B (en) | 1962-07-12 |
Family
ID=22348674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEP22745A Pending DE1133012B (en) | 1958-05-28 | 1959-05-06 | Electrical forced control of any part from a distance with the help of a manually operated control stick that moves in several coordinates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1133012B (en) |
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