DE19802983A1 - Beweglich gelagerter Handgriff zur fremdbeschleunigungsübertragungsfreien Steuerung einer Maschine oder eines Fahrzeugs oder Teilen davon - Google Patents

Description

Es existieren zur Steuerung von Fahrzeugen oder Flugzeugen oder Maschinen oder Teilen davon verschiedene Stellelemente, die zumeist jeweils eine definierte Funktion erfüllen. Diese Stellelemente dienen zur Steuerung der Bewegung in mehreren Dimensionen. Es existieren verschiedene Handgriff­ steuerungen (Joysticksteuerungen, Kreuzknüppelsteuerungen) zu verschiedenen Zwecken. Bei Baumaschinen sind jeweils verschiedene Kreuzknüppel sowohl für die Steuerung der Drehbewegung, als auch für die Bedienung der Arbeitselemente der Maschinen sowohl in Bezug auf Linear- als auch auf Drehbewegungen der Maschinen vorgesehen.

Damit sind feinfühlige und exakte Steuerungen von verschiedenen Funktionen möglich, solange die Maschine selbst, und somit die bedienende Person, sich nicht allzu stark bewegt. Diese Handgriff-, Kreuzknüppel- oder Joysticksteuerungen sind derart gestaltet, dass um einen Drehpunkt, der am Fusspunkt des Handgriffstückes liegt, Auslenkungen in ein, zwei oder drei Drehachsen (x, y, z) möglich sind, teilweise ergänzt durch eine lineare Schiebe-Bewegung auf der Mittelachse des Handgriffes. Es gibt sowohl die Zwangführung der Achsen, als auch die Möglichkeit des fliessenden Überführens von der einen Maximalposition in die Auslenkung der anderen Maximalposition, wobei auch beide Bewegungsachsen gleichzeitig eine maximale Auslenkung erfahren können.

Es gibt auch Anwendungen zur Steuerung von Fahrzeugen, vor allem bisher in Baumaschinen, wo diese sowohl für den Arbeitseinsatz zur Bedienung verschiedener Funktionselemente wie Ausleger, Kranarme, Laufkatzen und ähnliches eingesetzt als auch zur Steuerung der Fahrfunktionen wie Beschleunigen/Verzögern und Lenken benutzt werden. Es existieren Baumaschinen zum Transport von Baumaterialien wie Sand etc., die auf abgeschlossenen Baustellen ausschliesslich mit solchen Joysticks gefahren und gelenkt werden.

Der durch die Erfindung behobene Nachteil ist die Eigenschaft der bisherigen Handgriffssteuerungen, dass das Handgriffteil des gesamten Joysticks oder Kreuzknüppels bei der Bedienung einen Weg zurücklegt. Das kann nicht anders sein, da der Drehpunkt ja unterhalb, bzw. ausserhalb des Griffstückes liegt. Somit wird auch die bedienende Hand, und damit auch der entsprechende Arm zu einer synchronen Mitbewegung gezwungen. Das allein ist noch nicht der wesentliche Nachteil der bisherigen Lösungen, der wesentliche Nachteil ist der umgekehrte Fall: falls durch Beschleunigungen des Fahrzeugs oder der Maschine oder Teilen davon, die über den Kontakt der Person mit dem Fahrzeug oder der Maschine oder Teilen davon auf die bedienende Person übertragen werden oder werden können (z. B. in Kurven, durch Bodenwellen oder durch Erschütterungen der Maschine selbst, oder bei Luftfahrzeugen durch Luftbewegungen), und die von der bedienenden Person nicht beabsichtigt sind und auf diese einwirken, dann übertragen sich die Bewegungen des Körpers der Person unbeabsichtigt und in unbestimmter Grösse auch auf die variable Position des Handgriffstückes, und bewirken somit eine Steuerung des Fahrzeugs in nicht beabsichtigter Weise.

Die Erfindung definiert nun einen Handgriff, der auf seinem Umfang quasi auf einer Kreis- oder Kugelbahn derart gelagert ist, dass der sich ergebende Drehpunkt (siehe Anspruch 1) ausserhalb der Lagerung, aber innerhalb der geometrischen Mitte und idealerweise in der Mitte der bewegenden Hand liegt.

Die Erfindung definiert einen Handgriff, der maximal drei Drehachsen zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen bereitstellen kann, die voneinander unabhängig genutzt werden können, und deren wesentliches gemeinsames Merkmal der Verlauf aller Drehachsen durch oder nahe des Griffmittelpunktes ist, wobei der Mittelpunkt nicht typischerweise auch innerhalb des Materials des Griffes liegen muss, sondern auch ausserhalb davon liegen kann. Als Optimierung ist es denkbar, den Schnittpunkt der drei Achsen, oder den Bereich des gemeinsamen Zentrums der grösstmöglichen Annäherung der drei Achsen, falls sie keinen exakten gemeinsamen Schnittpunkt besitzen, soweit zu verschieben, dass er sich dem Drehmittelpunkt des Handgelenkes annähert oder deckt, wobei dann die Übertragungsfreiheit von Relativbewegungen des Fahrzeugs auf den Handgriff in dem Maße abgeschwächt wird, in dem sich der Schnittpunkt der drei Achsen vom Griffmittelpunkt entfernt.

Diese Konstruktion löst das Problem der ungewollten Bewegungsübertragung von Bewegungen des Körpers der Person über die Arme auf die Hand, und somit auf das Stellelement, bzw. den Handgriff. Das Problem wird deshalb gelöst, weil die Hand, bzw. deren Mittelpunkt, in keiner Weise einen Weg weder in der x-, noch in der y-, noch in der z-Achse zurücklegen muss, um das Handgriff­ stück in jeder der drei Drehrichtungen auszulenken, der Handmittelpunkt verbleibt stets an derselben Stelle, da alle Drehachsen durch diesen oder nahe bei diesem verlaufen. Die Erfindung nutzt die Eigenschaft der mensch­ lichen Hand, in den drei möglichen Achsen unabhängig voneinander und kon­ trolliert Betätigungen ausführen zu können, und sie ermöglicht der, ein Fahrzeug bewegenden und steuernden Person, sich mit den Händen festzuhalten, so dass der Körper der Person nicht zwingend fest fixiert sein muss.

Das ist bei herkömmlichen Betätigungsmitteln wie dem Lenkrad möglich, aber diese Betätigungsmittel wirken nur in einer Drehachse. Die Erfindung ermöglicht die sehr weitgehende und sichere Steuerung eines Fahrzeugs mit allein einer Hand, wobei die Verwendung der einen Drehachse der drei beschriebenen noch frei bleibt, solange nur ein normales Fahrzeug auf der Strasse bewegt werden soll. Beim Einsatz in Baumaschinen wie etwa einem Bagger ist dieser Freiheitsgrad z. B. für die Drehbewegung des Oberwagens auf dem Unterwagen nutzbar, wobei der Unterwagen in Beschleunigung/Verzögerung und Lenkung von den ersten beiden gesteuert wird.

Eine sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet eine Federbelastung der verschiedenen Auslenkungen, so dass eine Nullstellung mit der Hand wahrnehmbar wird.

Eine denkbare Anwendung zur vollständigen Steuerung eines Geländewagens in Kombination mit Ansteuerung von Fahrwerksteilen zur Hebung/Senkung des Fahrzeugs sähe wie folgt aus: die Drehbewegung des Handgriffes auf der y- Achse (siehe Anspruch 1 und 2) kann zur Ansteuerung der Geschwindigkeit vorwärts und rückwärts genutzt werden, wobei hier die Drehachse des Handgriffes relativ zum Fahrzeug feststehen soll. Ob eine Rückführung der vollen Auslenkung in die Nullstellung eine synchrone Bremsung oder nur einen nicht weiter angetriebenen Freilauf des Fahrzeugs beinhaltet, ist hierdurch nicht festgelegt, beides, und auch die darüber hinausgehende weitere intelligentere Verarbeitung und Übertragung der Bewegung des Handgriffes auf die Bewegung des Fahrzeugs ist möglich.

Die Lenkung in diesem Beispiel kann durch die Drehbewegung des Handgriffes in der z-Achse erfolgen, wobei hier sinnvollerweise die Drehachse relativ zum Handgriff selbst feststeht, d. h. der Handgriff wird auf seiner Mittelachse gedreht.

Die Bewegung des Fahrzeugs ist somit über den Handgriff in der x-Achse und abhängig von der Bewegung auf der x-Achse durch die Lenkung auch in der y- Achse möglich. Die verbleibende dritte Möglichkeit der Drehbewegung könnte hier etwa für eine Ansteuerung einer Fahrwerkseinrichtung genutzt werden, die das Fahrzeug abhängig von der Stellung des Handgriffes jeweils auf einer Seite hebt oder senkt. Dies kann, bei Vorhaltung von jeweils einem Handgriff für die rechte und die linke Hand, dazu genutzt werden, das Fahrzeug im Gelände flexibler zu steuern, oder bei seitlich abschüssigem Gelände, das Fahrzeug waagerecht zu halten.

Bei dieser zweiseitigen Vorsehung der Erfindung könnten die ersten beiden Freiheitsgrade bzw. Verstellmöglichkeiten für die beiden Handgriffe synchron gekoppelt sein, aber die dritte Verstellmöglichkeit könnte flexibel jeweils nur auf eine Fahrzeugseite wirken.

Die Erfindung erlaubt es weiter, die Freiheitsgrade und die relative Fixierung der Drehachsen entweder zum Fahrzeug oder zur Maschine oder Teilen davon oder relativ zum Handgriff selbst spezifisch nach den Anforderungen und der Sinnfälligkeit durch die verschiedene Konstruktion festzulegen, so dass die Bewegung des Handgriffes soweit wie möglich die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs oder der Maschine oder deren Teile widerspiegelt.

Claims (4)

1. Beweglich gelagerter Handgriff zur sicheren und fremdbeschleunigungs­ übertragungsfreien Beeinflussung und Steuerung einer Maschine, eines bewegten Fahrzeugs oder Teilen davon in bis zu drei untereinander unabhängigen Freiheitsgraden von Drehrichtungungen, bei der die steuernde Person Fremdbeschleunigungen in ein, zwei oder drei Achsen relativ zur oder gemeinsam mit der Maschine oder dem Fahrzeug unterliegen kann, die eine ungewollte Übertragung dieser durch die Beschleunigungen resultierenden Positionsänderungen des Körpers der Person auf den Handgriff zur Folge haben kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt der bis zu drei Drehachsen des Handgriffes zur Beeinflussung etwa der Beschleunigung oder Verzögerung sich in der oder nahe bei der Mitte des Handgriffes und somit im Griffmittelpunkt der bedienenden Hand oder im Drehpunkt des Handgelenkes der bedienenden Hand oder auf einer gedachten Linie zwischen dem Griffmittelpunkt und dem Handgelenksdrehpunkt, oder in der Nähe davon befindet und so der Hand in allen Freiheitsgraden der Drehbewegung gleichwohl einen räumlich festen Fixationspunkt bietet, der die Übertragung von Relativbewegungen somit wirksam verhindert.

2. Handgriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse zu der Steuerung etwa der Beschleunigung oder Verzögerung von Fahrzeugen oder Maschinen oder Teilen davon (entsprechend einer Drehbewegung auf Achse y oder der Linearbewegung auf Achse x oder z) etwa waagerecht quer zur Längsachse der Maschine oder des Fahrzeugs verläuft (entsprechend der Achse y), so dass die bedienende Person einen intuitiven Zusammenhang der Bewegung des Handgriffes zur Bewegung der Maschine oder des Fahrzeugs herstellen kann, wobei die Drehachse des Handgriffes entweder relativ zum Fahrzeug oder relativ zum Handgriff selbst unveränderlich sein kann.

3. Handgriff nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass die Drehachse zur Beeinflussung etwa des Lenkwinkels einer Richtungsänderungsvorrichtung oder einer seitlichen Bewegung oder Drehbewegung des Fahrzeugs oder einer Maschine oder anderer Teile davon (entsprechend der Drehbewegung auf Achse z oder Bewegung auf Achse y oder z) etwa senkrecht zur Längsachse der Maschine oder des Fahrzeugs verläuft (entsprechend der Achse z), so dass die bedienende Person einen intuitiven Zusammenhang zwischen der Bewegung des Handgriffes zur Bewegung der Maschine oder des Fahrzeugs herstellen kann, wobei die Drehachse des Handgriffes entweder relativ zum Fahrzeug oder relativ zum Handgriff selbst unveränderlich sein kann.

4. Handgriff nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass die Drehachse zur Beeinflussung etwa des seitlichen Neigungswinkels oder einer seitlichen Bewegung oder Drehbewegung des Fahrzeugs oder einer Maschine oder Teilen davon (entsprechend der Drehbewegung auf Achse x oder einer anderen Bewegung auf Achse y oder z) etwa senkrecht zur Längsachse der Maschine oder des Fahrzeugs verläuft (entsprechend der Achse z), so dass die bedienende Person einen intuitiven Zusammenhang zwischen der Bewegung des Handgriffes zur Bewegung der Maschine oder des Fahrzeugs herstellen kann, wobei die Drehachse des Handgriffes entweder relativ zum Fahrzeug oder relativ zum Handgriff selbst unveränderlich sein kann.