FI77334C - Styranordning. - Google Patents

Description

1 77334

Ohjauslaite - Styranordning

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannossa lähemmin määritelty ohjauslaite.

Keksinnön kohteena olevia ohjauslaitteita käytetään useilla tekniikan aloilla esim. toimilaitteiden asennon säätämiseksi.

5 Tavallisimmin tällaiset ohjauslaitteet ovat ohjausvipuja, jotka on sovitettu liikkumaan tai kiertymään ohjausvivuston rungon suhteen. Tästä liikkeestä tai kiertymisestä saadaan vivun yhteydessä olevalle esivahvistimelle esim. lineaarista liikettä tai kiertoliikettä mittaavalla anturilla tieto käyttäjän halua-10 masta ohjeesta. Esivahvistimelta saatava tieto siirretään teho-vahvistimelle ja tavallisimmin muunnetaan tehovahvistimelle sopivaan muotoon. Tehovahvistin, esim. hydrauliventtiili puolestaan ohjaa toimilaitetta, esim. hydraulista sylinteriä, joka sijoittaa toimilaitteeseen kytketyn työvälineen ohjeen mukai-15 seen asentoon. Tällaisella järjestelmällä toimilaitteen asento ja siten työvälineen asento saadaan vastaamaan käyttäjän anta-maa ohjetta.

Useimmissa käytännön sovellutuksissa tällaiset ohjauslaitteet ovat kuitenkin epätyydyttävästi konstruoituja erityisesti ot-20 taen huomioon tarkat ohjausliikkeet ja sen, että käyttäjän on pystyttävä antamaan lähes samanaikaisesti ohjeita useammalle toimilaitteelle. Tiettyjä ratkaisuja ergonomian huomioonottamiseksi ohjainlaitteissa on esitetty. Eräs tällainen on esitetty GB-patentissa 1 343 078. Tästä julkaisusta tunnettu ohjauslaite 25 on kuitenkin tarkoitettu lentokoneessa käytettävän tutkan sää-töön. Tavallisimmissa käytännön sovellutuksissa kuten kaivinkoneissa ja vastaavissa on nykyisin käyttäjällä edessään lukuisa joukko vipuja, joista useimmat on tarkoitettu ohjeviestien aikaansaamiseen yhdelle laitteiston monista toimilaitteista. 30 Käyttäjältä vaaditaan suurta harjaantumista, että hän pystyy samanaikaisesti ja peräkkäin käyttämään toimilaitteita, joiden ohjausvipujen liikkeillä ei ole useinkaan minkäänlaista yhtymäkohtaa toimilaitteiden ja työvälineiden liikesuuntien kanssa.

2 77334

Useimmiten lisäksi tällaisten laitteiden käyttö johtaa ergonomisesti epäedullisiin työasentoihin ja siten mahdollisesti työperäisiin sairauksiin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää ohjauslaite, jolla 5 saadaan aikaan ihmisen raajojen luonnollisiin liikeratoihin pe rustuvat ohjausliikkeet. Keksintö lähtee siitä ajattelusta, että ohjauslaite rakennetaan ikäänkuin raajan toimivaksi osaksi siten, että ohjauslaitteessa olevat niveljärjestelyt on sijoitettu mahdollisimman lähelle raajan, esim. käden niveliä, eri-10 tyisesti rannetta ja kyynärniveltä sekä mahdollisesti myös ol kaniveltä. Keksinnölle pääasiassa tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusosassa.

Keksinnön mukaisessa ohjauslaitteessa on tukipinnat tai vastaavat raajan esim. käden ainakin kahdelle osalle kuten kämmenelle 15 ja kyynärvarrelle ja/tai kyynärvarrelle ja olkavarrelle jne.

Nämä kaksi raajanosaa tukeutuvat molemmat omia vastaavia tuki-pintojaan vasten. Tukipintojen väliin on sijoitettu niveljär-jestely siten, että se sijoittuu oleellisesti edellä mainittujen raajanosien välisen nivelen kohdalle. Edelleen niveljärjes-20 telyn yhteyteen on sijoitettu ainakin yksi esivahvistin kuten esim. elektroninen anturi, joka on sovitettu antamaan ohjaussignaalin toimilaitetta ohjaavalle tehovahvistimelle, kuten venttiilille tarvittaessa sopivan muuntimen kautta. Ohjaussignaali saadaan tukipintojen keskinäisen aseman perusteella.

25 Edellä esitetyllä rakenteella saadaan aikaan se etu, että esi- vahvistimet voidaan sijoittaa niveljärjestelyn yhteyteen siten, että raajanosien toistensa suhteen tapahtuva liike saa aikaan vastaavan suuntaisen toimilaitteen liikkeen. Tämä on huomattava etu, jos ajatellaan useita käytännön sovellutuksia, kuten esim. 30 kauhakuormaimet, nosturit, manipulaattorit jne, joiden toimintoja voidaan keksinnön mukaisella ohjauslaitteella "matkia". Esimerkiksi kaivinkoneen tapauksessa käyttäjä voi tällöin rannetta pystytasossa kiertämällä saada aikaan kauhan kaivuuliik-keitä vastaavat toimilaitteen liikkeet ja edelleen kyynärvarren 77334 nostolla ja sivuttaisliikkeillä kauhan varren nostot ja sivut-taissiirrot jne.

Muut keksinnölle tunnusomaiset piirteet käyvät ilmi oheisista alivaatimuksista, joissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia 5 sovellutusmuotoja.

Keksinnön mukaista ohjauslaitetta havainnollistetaan lähemmin seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin. Piirustuksissa kuva 1 esittää keksinnön mukaista ohjauslaitetta päältä kat- 10 sottuna, kuva 2 esittää samaa osittaisleikkauksena sivulta katsottu na, kuva 3 esittää perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen ohjauslaitteen niveljärjestelyn ja esivahvistimien si-15 joittelun erästä toteutusvaihtoehtoa ja kuvat 4-6 esittävät ohjauslaitteen eräitä mahdollisia liikeratoja.

Piirustuksissa esitetty sovellutusmuoto on tarkoitettu kättä varten. Ohjauslaitteeseen kuuluu ensimmäinen tukipinta 1 käm-20 mentä varten, toinen tukipinta 2 kyynärvartta varten ja edelleen kolmas tukipinta 3, joka tässä tapauksessa on istuin, jossa käyttäjä istuu ohjauslaitteen käytön aikana. Tukipintojen 1 ja 2 samoin tukipintojen 2 ja 3 välissä on niveljärjestelyt 4 ja 5, jotka on suojattu joustavalla paljesuojuksella.

25 Käyttäjän istuessa kolmannen tukipinnan muodostavan istuimen päällä hänen kyynärpäänsä lepää taaemman niveljärjestelyn 5 kohdalla ja hänen kyynärvartensa lepää toisella tukipinnalla 2 ja kämmenensä on ensimmäisen tukipinnan 1 päällä sormet kiertyneinä tukipinnan 1 alapuolelle. Kuvassa 1 on esitetty ohjaus- 4 77334 laitteen vaakasuuntaiset kulmasäätömahdollisuudet toisaalta nivel j ärjestelyn 4 ja toisaalta niveljärjestelyn 5 ympäri. Näitä on käsitelty tarkemmin jäljempänä kuvan 5 yhteydessä.

Erityisesti kuvassa 3 on esitetty perspektiivikuvantona nivel-5 järjestelyä 4 sekä siihen liittyviä esivahvistimia. Kuvassa 3 esitetyssä toteutusmuodossa niveljärjestely on pallonivel 6, jonka kuoriosa 6a on kiinnitetty toisen tukipinnan muodostavaan kotelopalkkiin 2a vinottaisilla tukitangoilla 7. Tukitangot on kiinnitetty toisaalta palkkiin 2a ja toisaalta kuoriosaan 6a 10 esim. hitsaamalla. Pallonivelen pallo-osa 8, joka on sijoitettu kuoriosan sisäpuoliseen pallon muotoiseen pesään, on puolestaan kiinnitetty ensimmäisen tukipinnan 1 muodostavaan kotelo-osaan la tangon 9 välityksellä. Pallonivelen liikeratojen rajoittamiseksi kuvissa 4-6 esitettyjen liikkeiden toteuttamiseksi pallo-15 nivelen yhteyteen voidaan tehdä sopivat liikerajoittimet (ei esitetty kuvassa 3). Toisen tukipinnan 2 muodostavan palkin 2a sisään on sijoitettu kaksi anturia 10 ja 11. Esitetyssä suoritusmuodossa anturit ovat elektronisia ja niistä lähtee nivel-järjestelyn pallo-osaan 8 kiinnitetyn osoittimen 12 asemaan 20 verrannollinen sähköinen viesti johdotuksia 10a ja 11a pitkin muuntimelle tai suoraan tehovahvistimelle.

Esitetyssä suoritusmuodossa tanko 9 on kiinnitetty kotelo-osaan la mekaanisen elimen kuten kaasujousen 13 välityksellä. Tällä kaasujousella saadaan aikaan tukipintojen 1 ja 2 välinen suun-25 taisliike, jolloin niiden välillä oleva pallonivelen avulla ai kaansaatu kulma ei muutu. Kyseessä on siis suuntaissiirtymä kulloinkin pallonivelen määrittämän osien 1 ja 2 välisen kulman toista sivua pitkin. Tämän suuntaissiirtymän avulla saadaan aikaan ohjeviesti tehovahvistimelle, johon esivahvistimena toimi-30 va elektroninen anturi 14 on kytketty. Tämä anturi 14 on sijoi tettu ensimmäisen tukipinnan 1 muodostavan kotelo-osan la sisään ja kiinnitetty sen runkoon. Tankoon 9 voidaan kiinnittää esim. kuvassa 3 esitetty holkki 15, joka määrittelee elektronisen anturin 14 tuntopäiden välillä mitattavan, osien 1 ja 2 35 suhteelliseen asemaan verrannollisen viestin.

5 77334

Erityisesti kuviin 3 ja 4 viitaten laitteistoon kuuluu erilaisia kytkimiä, joiden yksityiskohtaisia konstruktioita ei ole tässä yhteydessä esitetty, koska useimmat niistä eivät kuulu varsinaisesti keksinnön kohteeseen. Toisen tukipinnan 2 yhtey-5 dessä voi olla erityinen uraosa 16, joka muodostuu kahdesta tukipinnan 2 tasosta kohoavasta reunalaipasta 17. Tämän uran 16 tarkoituksena on helpottaa käyttäjän niitä liikkeitä, jotka tapahtuvat toisen niveljärjestelyn ympäri erityisesti vaakasuunnassa. Laippoihin 17 voidaan edullisesti sijoittaa sähkösilmä, 10 joka lukitsee toiminnot, jos käyttäjän käsi poistuu tukipinnal-ta 2. Edelleen ensimmäisen tukipinnan 1 muodostavan kotelo-osan yhteyteen voidaan sijoittaa näppäimistö 18, joka sisältää esim. laitteen pääkytkimen, liikkeeen lukituskytkimen ja liikesarjan automaattisen toistokytkimen. Säätimellä 19 voidaan säätää tu-15 kipinnan 1 pituutta. Edelleen toisen tukipinnan muodostavan ko-telorakenteen yhteydessä on kyynärvarsiosan jousikevennyksen ja säädön käyttönuppi 20 ja edelleen kyynärvarsiosan pituuden säätönuppi 21. Tämän tapaisilla säädöillä saadaan aikaan se, että ohjauslaite on mahdollista sovittaa käyttäjän yksilöllisten 20 mittojen mukaiseksi siten, että ranne ja kyynärnivel ovat pystysuunnassa niveljärjestelyjen 4 ja 5 kohdalla.

Toinen niveljärjestely 5 vastaa olennaisesti kuvassa 3 esitettyä ensimmäistä niveljärjestelyä esivahvistinrakenteineen si-sältäem lisäksi kuvassa 6 esitetyn kyynärvarren pituussuunnan 25 ympäri tapahtuvan kiertomahdollisuuden.

Kuvassa 4 on havainnollistettu niitä pystysuuntaisia liikeratoja, jotka saadaan aikaan keksinnön mukaisen ohjauslaitteen esitetyllä sovellutusmuodolla. Ensimmäistä tukipintaa 1 voidaan kiertää vaaka-asennosta ylöspäin 30° ja alaspäin 45° palloni-·. 30 veltä 6 käyttäen. Tämän liikkeen ääriasentoja varten pallonive-len yhteydessä on rajoittimet. Tämä liike välittyy osoittimen 12 avulla esivahvistimelle 10, joka saa aikaan tukipintojen 1 ja 2 keskinäiseen asemaan verrannollisen sähköisen viestin. Tämä liikemahdollisuus on merkitty kuvaan 4 viitenumerolla LI. 35 Vastaavanlainen liikerata on mahdollista toteuttaa myös toisen 6 77334 niveljärjestelyn 5 avulla, käyttäen kuvaan 4 merkittyä liikerataa L2. Tällöin voidaan liikkua toista niveljärjestelyä käyttäen pystysuunnassa 90° ylöspäin vaakatasosta lähtien ja 30° alaspäin vastaavasti vaakatasosta lähtien. Niveljärjestelyn 5 5 yhteydessä on edellä esitettyä vastaava anturijärjestely toisen tukipinnan 2 ja kolmannen tukipinnan 3 väliseen kulma-asentoon verrannollisen ohjausviestin aikaansaamiseksi.

Kuvassa 5 on esitetty niveljärjestelyjen 4 ja 5 ympäri tapahtuvia vaakasuuntaisia liikeratoja. Kuvan 3 esittämän niveljärjes-10 telyn 6 ympäri voidaan vaakatasossa liikkua molempiin suuntiin 40°. Tämä liike välittyy esivahvistimelle 11. Tämä liikerata on merkitty piirustukseen 5 viitenumerolla L3 edelleen niveljärjestelyn 5 ympäri tapahtuva tukipinnan 2 kierto rungon 3 suhteen voi tapahtua oikealle 30° ja vasemmalle (piirustuksessa 15 esitetyssä toteutusmuodossa istuimeen päin) 90°. Tämä liikerata on merkitty piirustukseen 5 viitenumerolla L4.

Kuvassa 6 on esitetty erityisesti kuvan 3 esittämän suoritusmuodon mukaisella suuntaissiirrolla esim. kaasujousta 13 käyttäen aikaansaatava, osien la ja 2a välillä tapahtuva suuntais-20 siirto. Niveljärjestelyn 5 yhteydessä oleva elin kuten kaasu-jousi mahdollistaa toisen tukipinnan 2 muodostaman kotelora-kenteen 2a kierron kotelorakenteen 2a pituusakselin ympäri. Osia la ja 2a voidaan kiertää niveljärjestelyn 5 ympäri tukipinnan 2 vaaka-asennosta lähtien oikealle 90° ja vasemmalle 45° 25 (laitteen ollessa tarkoitettu toimimaan oikealla kädellä). Tämä liikerata on esitetty kuvassa 6 viitenumerolla L5. Suuntais-siirtomahdollisuus on esitetty viitenumerolla L6.

Erityisesti kuvissa 4-6 esitetyt liikeradat ovat olennaisesti käden ergonomisia maksimiliikeratoja.

30 On huomattava, että niveljärjestelyt 4 ja 5 ovat piirustuksissa esitetyssä sovellutusmuodossa päältä katsottuna ihmiskäden ni-velpisteiden kohdalle asetettavissa. Sen sijaan sivulta katsottuna on korkeussuunnassa niveljärjestelyjen 4 ja 5 sekä ihmis- ^ 77334 käden nivelten, erityisesti ranteen ja kyynärnivelen välillä tietty välimatka. Se voidaan kuitenkin tehdä mahdollisimman pieneksi. Konstruktiivisesti on mahdollista sijoittaa erityisesti pystysuunnassa tapahtuva tukipintojen välisen kiertymisen 5 kiertoakseli siten, että se sijoittuu tarkasti rannenivelen ja/tai kyynärnivelen nivelpisteen kohdalle esim. ristikkäis-niveljärjestelyn avulla. Tämä voidaan toteuttaa esim. sijoittamalla pystysuoran kiertoliikkeen aikaansaava niveljärjestely korvakkeisiin, jotka on kohotettu tukipintojen tasosta. Ohjaus-10 tapa voi olla suhteellinen tai absoluuttinen, ohjaustapahtuma voidaan toteuttaa minimilihasvoimalla käyttämällä ohjauslaitteen konstruktiossa jousitasapainotuksia sekä niveljärjestelyn kevennyksiä. Ohjauslaitteeseen voidaan järjestää lämmitys-ja/tai jäähdytyslaitteisto, jolla ylläpidetään tukipintojen 15 lämpötila kosketukselle miellyttävänä. Voidaan myös ajatella tukipintojen pinnoittamista sellaisella pinnoitteella, joka estää lämmön siirtymisen poispäin tukipinnoista, jolloin niiden lämpötila pysyy käyttäjälle miellyttävänä. Esivahvistimet voivat olla joko sähköisiä (kapasitiivisella, induktiivisella, 20 valosähköisellä tai resistiivisellä periaatteella toimivia), hydraulisia tai pneumaattisia esiohjausventtiileitä.

Claims (11)

1. Ohjauslaite, joka käsittää ensimmäisen tukipinnan (1) kämmentä varten ja toisen tukipinnan (2) kyynärvartta varten, 5. tukipintojen (1, 2) välisen ensimmäisen ni vel j ärjestelyn (4), joka on sijoitettu oleellisesti rannenivelen sijoittumiskoh-dalle, ja ensimmäisen niveljärjestelyn (4) yhteyteen 10 sijoitetun ainakin yhden etuvahvistimen, joka on sovitettu antamaan ohjausviestin ensimmäisen ja toisen tukipinnan (1, 2) keskinäisen aseman perusteella, tunnnettu siitä, että kyynärvartta varten 15 tarkoitettu toinen tukipinta (2) on kiinnitetty toisen niveljärjestelyn (5) välityksellä kolmanteen kiinteään tai liikkuvaan tukipintaan (3) ja että toisen niveljärjestelyn yhteyteen on sijoitettu ainakin yksi etuvahvistin, joka on sovitettu antamaan ohjaus-20 viestin toisen ja kolmannen tukipinnan (2, 3) keskinäisen aseman perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että kolmas tukipinta (3) on järjestetty kiinteäksi ollen esim. istuin, jolla 25 ohjauslaitteen käyttäjä istuu ohjauslaitteen käytön aikana. 9 77334

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että niveljärjestely (4, 5. käsittää elimet niveljärjestelyyn liittyvien tuki-pintojen (1, 2; 2, 3) kääntämiseksi ja/tai kiertämi- 5 seksi toistensa suhteen (6) ja/tai siirtämiseksi suuntansa säilyttäen (9, 13).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että ensimmäisen tukipin- nan (1) muodostaa kotelo-osa (la), jonka sisään on 10 sovitettu ainakin yksi esivahvistin (14), johon on kiinnitetty niveljärjestelyn (4) nivelistön osa (9) ja että toisen tukipinnan (2) muodostaa kotelopalkki (2a), johon on liitetty ranne- ja kyynärnivelen kohdalle sijoittuvien niveljärjestelyjen (4, 5) nivelen 15 vastinkappaleet (6a, 7).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että kotelopalkin (2a) si sään on sijoitettu ainakin yksi esivahvistin (10, 11), joka on sovitettu saamaan ohjausviestin aikaan- 20 saavan signaalin kotelo-osaan (la) liittyvän nivel- järjestelyn (4) vastinkappaleeseen liitetyn osan (12) välityksellä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että niveljärjestely (4, 25 5) käsittää kaasujousen (13) tai vastaavan ja että niveljärjestelyn (4, 5) yhteydessä on esivahvistin (14), jonka viesti saadaan aikaan kaasujousen tai vastaavan liikkeen perusteella. 10 77334

7 Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että ainakin yhdessä nivel järjestelyssä (4, 5) on ainakin kaksi vapausastetta (LI, L3, L6; L2, L4, L5) ja että vastaava määrä 5 etuvahvistimia on sijoitettu niveljärjestelyn yhteyteen.

8. Patenttivaatimusten 1 ja 7 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että rannenivelen kohdalle sijoittuvaan niveljärjestelyyn (4) liittyvä ensimmäi- 10 nen tukipinta (1) on järjestetty toisen tukipinnan (2) suhteen siirrettäväksi suuntaissiirrolla esim. kaasujousella, joka on sijoitettu niveljärjestelyn (4) yhteyteen ja että kyynärnivelen kohdalle sijoittuvaan niveljärjestelyyn (5) liittyvä toinen tukipin-15 ta (2) on järjestetty mainitun toisen tukipinnan (2) pituussuuntaisen akselin ympäri kiertyväksi.

8 77334

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen tukipinta (1, 2) on järjestetty siten, että kämmen ja 20 käsivarsi voidaan sijoittaa vastaavien tukipintojen päälle, jolloin ainakin ensimmäinen niveljärjestely (4) sijoittuu mainittujen käden osien alapuolelle.

10. Patenttivaatimusten 7 ja 9 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että ensimmäisen niveljär- 25 jestelyn (4) yhteyteen on järjestetty ensimmäisen ja toisen tukipinnan (1, 2) välinen liikemahdollisuus oleellisesti pystysuoran akselin ympäri.

11. Patenttivaatimusten 7 ja 9 mukainen ohjauslaite, tunnettu siitä, että toinen tukipinta (2) 30 on järjestetty siten, että siihen liittyvä toinen nivel järjestely (5) asettuu kyynärnivelen alapuolelle. 77334 Patentkrav;