JP2006114009A - ジョイスティック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイスティック装置を装着するとき、また無線信号伝送経路が使用されるときに、電気機能要素に必要とされる電気エネルギーを確実に供給する。
【解決手段】本発明は、エネルギー供給接続部と無線信号伝送経路の端点を有する少なくとも１つの電気機能要素を備える、基本ユニット（３）と可動なハンドル・ユニット（２）を備えるジョイスティック装置（１）に関する。装着を単純化することが試みられている。そのため、エネルギー供給接続部が、ハンドル・ユニット（２）内に配置された電力受信機（１６）に接続され、前記電力受信機（１６）が、無線電力伝送経路（２０）を介してエネルギーを供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源接続部と無線信号伝送経路の端点を有する少なくとも１つの電気機能要素を備える、基本ユニットと可動なハンドル・ユニットを備えるジョイスティック装置に関する。

このようなジョイスティック装置は、ＵＳＰ６，５５０，５６２から公知である。３本の電線を介して、電気機能要素が、基本ユニット内の制御デバイスに接続されている。３本の電線は、電圧、質量、シリアル・データ伝送電線を備える。データ伝送は無線であってもよい。

このようなジョイスティック装置は、油圧機械を制御するために使用されることがよくある。ハンドルとも呼ばれることがあるハンドル・ユニットを動かすことによって、油圧モータ、たとえばピストン・シリンダ・ユニットが、所望の方向に動作する。基本ユニットに対するハンドル・ユニットを活動化させることによって通常、モータが作動する速度に影響を与えることができる。自己推進式の機械においては、モータは、たとえば、掘削具上のアームの偏向、フォーク・リフトのロード・アームの上昇又は機械の駆動を助ける。

また、このようなハンドル・ユニットは、それによってオペレータが別の機能を制御することができるボタン、スイッチ、車輪などの形態の追加の機能要素を有する。基本ユニットに対するハンドル・ユニットの活動化は、基本ユニット内に組み込まれたセンサ装置によって通常判定され、追加の機能要素又は複数の機能要素からのこれらの信号が、評価システムへ伝送される。
ＵＳ ６，５５０，５６２ Ｂ２

ジョイスティック装置を装着するとき、また無線信号伝送経路が使用されるときにも、電気機能要素に、必要とされる電気エネルギーを確実に供給することが必要である。この目的のために、装着前に電線を接続するが、ハンドル・ユニットが基本ユニットに装着されるとき、できる限り見えないようにすることが必要である。このことは、設置者が、装着を行うのにかなり熟練していなければならないことを意味する。

本発明は、装着を簡単にするという課題に基づいている。

導入部で述べたようなジョイスティック装置によって、この課題は、エネルギー供給接続部がハンドル・ユニット内に配置された電力受信機に接続され、電力受信機が、無線電力伝送経路を介してエネルギーを供給されるようにすることで、解決される。

この実施態様では、基本ユニットと電気機能要素の間に接続部を作成するために、電線は全然必要とされない。ハンドル・ユニットを基本ユニットに機械的に装着すること、すなわちハンドル・ユニットを基本ユニットと接続すること、又はそうでない場合、基本ユニットの近くに配置することで十分である。機能要素の動作のために必要とされるエネルギー、たとえば電気エネルギーは無線で伝送され、したがって電線は不要である。ある限界内で、無線エネルギー伝送が問題なく可能である。特に、電気機能要素の電気エネルギー消費が制限されるとき、このようなエネルギー伝送は、大きな努力なしで無線で実現化されることができる。

エネルギー伝送経路は高周波数帯域を有することが好ましい。高周波数帯域では、電気エネルギーを、比較的良好な効率で、ある距離にわたって伝送することができる。「高周波数フィールド」という用語が、ここではかなり広い意味で使用される。これは、約１００ＫＨｚから２０ＭＨｚまで達する。周波数がより高いと、より多くの電力を伝送できる。エネルギーを、光で伝送することもできる。また「ブルートゥース」技術も想定されることができる。

他の方式で、たとえば音響的に又は圧力によってエネルギーを送ることもできる。この場合、電気エネルギーへのエネルギー変換は、ハンドル・ユニット内で行われる。

好ましくは、電力送信機が基本ユニット内に配置される。この場合、電力伝送経路は、自動的に短く保持される、すなわち、電力送信機と電力受信機の間の空間的距離が短いままである。特に、より高い周波数では、この実施態様は、外部環境へ透過する可能性がある干渉の危険性を小さく保持する。また、電力伝送の効率が増加する。

好ましくは、電力受信機は、たとえばバッテリ又はコンデンサなどのエネルギー蓄積器を有する。ある意味で、バッテリ又はコンデンサは、ある期間、電気エネルギーを必要な強度で送ることができないことを意味する、無線電力伝送経路を介しての電力伝送が妨害されたとき、エネルギ・バッファとして働く。通常動作中、バッテリは、必要とされる電力が常に確実に使用可能であるように、常に充電されている。

好ましくは、電気機能要素は、恒久的な可変メモリを有するハンドル・ユニット内の回路に接続されている。このメモリ内に、データが保管され、電力伝送の不具合又は故障の間に失われることはない。たとえば、ある動作パラメータを、個々の機械のためにサイズ調整されたメモリ内に保管しておくことができる。機械がオフにされたとき、電力送信機はもはや送信しない。しかし、動作パラメータは維持される。この保管はまた、装着を簡単にするためにも使用される。最終装着の前の製造工程では、ハンドル・ユニットが、機械の制御のために好ましい、必要とされるパラメータ、又はプログラムを供給される。次に、ハンドル・ユニットが基本ユニットに装着されたとき、機械の動作のためのプログラム又はデータは、直ちに使用可能となる。ハンドル・ユニットを、新しいデータ又はプログラムを備える別のハンドル・ユニットと交換することで、更新が容易に行われる。

好ましくは、信号伝送経路は、バス・インターフェイスに接続された第２の端点を有する。したがって、電気機能要素を、機械上に配置されたバス、たとえばＣＡＮバスと直接接続することが好ましい。このことは、ＣＡＮバスの使用が車両で一般的であるため、機械が自動推進式操縦機械であるとき特に有利である。したがって、ジョイスティックを介して、車両又は機械の全体システムに介入することが可能である。

好ましくは、ハンドル・ユニットは、基本ユニットと脱着自在に接続される。接続は、たとえば、スナップ又はキャッチ接続を用いて実現される。また、ある種のバヨネット接続も可能である。必要に応じて、たとえばフラップ又はユニオン・ナットなどの、容易に操作できる補助接続部品を使用することができる。ハンドル・ユニットが基本ユニットと脱着自在に接続されるとき、以下で説明するいくつかの利点が生じる。

たとえば、基本ユニットは、異なる実施態様を有するいくつかのハンドル・ユニットの１つとオプションで接続される。ユーザはしばしば、特別なボタン、スクロールボタン、調節ホイール、スイッチなど、これらの操作要素などの特別な位置を有するハンドル・ユニットを欲する。それは、基本ユニット上へのハンドル・ユニットの脱着自在な接続で容易に実現される。それぞれの場合、信号とエネルギーの伝送は、同じ実施態様、すなわち無線を用いることができる。使用者の望みに適応させるためには、それに対応する外部デザインを有するハンドル・ユニットを使用することで十分である。

基本ユニットが、個々の電気機能要素が異なる特徴を有するいくつかのハンドル・ユニットの１つとオプションで接続可能であることも、有利である。たとえば、電気機能要素を解放又は制御する活動装置の活動化とともに、様々な応答時間又は様々なランプ機能又はその他の様々な応答が構成される。ユーザはそのとき、ユーザに適応され、ユーザの望みを満足させるハンドル要素を有することができる。

ドライバ特有のデータが、少なくとも１つのハンドル・ユニット内に保管され、そのデータを、ハンドル・ユニットを装着するときに、基本ユニットに自動的に伝送可能であることが特に有利である。これらのドライバ特有のデータは、たとえば、上記で述べた応答時間又は機能などである。しかし、シート位置又は類似の車両上の状態も、ハンドル・ユニット内に保管することができる。そのとき、各ドライバは、ドライバ自身のハンドル・ユニットを有する。ドライバが自分のハンドル・ユニットを基本ユニットに装着するとき、車両又は操縦機械は、ドライバのプログラムされた設定に従って自動的に調節される。たとえば、シート位置を正確に設定することができ、シートの背もたれの傾斜をそれに応じて設定することができ、バック・ミラーの位置を設定することができる、など。追加の手段は必要とされない。ドライバが自分のハンドル・ユニットを基本ユニットに装着するだけで、十分である。

少なくとも１つの電気機能要素が、ハンドル・ユニットが装着されると動作しないようになる盗難防止機能を有するのも有利である。機械がたとえばトラクタであるとき、ドライバは、トラクタを離れるときハンドル・ユニットを携帯し、したがってトラクタが確実に盗難防止される。たとえば、トラクタのモータがもはや始動されることができないように、スタータ・キラーが活動化される。

基本ユニットが、車両又は操縦機械に脱着自在に装着されるのも有利である。これにより、遠隔操作を簡単な方式で実現できる。基本ユニットが、機械又は車両から外されるだけでよい。ドライバはそのとき、自分自身を機械の外側にいて、機械によって行われる機能のより良い視点をおそらくは有するであろう。

好ましくは、少なくとも１つの追加の基本ユニットを設け、ハンドル・ユニットが、基本ユニットの１つとオプションで連絡できるようにすることである。この場合、車両又は操縦機械を、異なる位置から制御することができる。たとえば、ハンドル・ユニットが基本ユニットから取り外されたとき、機械は確実に停止する。機械は、ハンドル・ユニットが別の基本ユニットと連絡するまで、再び動作されることはできない。ハンドル要素が、基本ユニットの位置に応じて、他の反応を生じさせることさえもできる。たとえば、オペレータの姿勢が考慮される。座っているとき、オペレータは立っているときとは異なるようにハンドル・ユニットを操作することになる。

ハンドル・ユニットがディスプレイを有することも有利である。このようなディスプレイは、たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤディスプレイ）であってもよい。このディスプレイでは、ユーザによって、実際には、たとえば携帯電話から公知であるような様々な機能を再設定させる、ボタン又は接触感受性のスポットが想定される。ボタン又はスイッチが活動化されたときにライトが点灯されるように、機能要素、たとえばボタン又はスイッチ内にライトを設けることも可能である。

好ましくは、機能要素を、信号伝送パスを介して構成させることである。機能要素は、たとえば、異なる車両又は操縦機械に適応されることができ、その接続では、前に保管されたユーザ特有の設定を考慮することがもちろん可能である。

以下では、図面とともに好ましい実施形態を基にして、本発明を説明する。

ジョイスティック装置１は、基本ユニット３上に脱着自在に固定されたハンドル・ユニット２を有する。この目的のために、基本ユニット３は、実線で示した位置から点線で示した位置へハンドル・ユニット２が変位できるように、ボール・ジョイントを介してハウジング６に支持されている装着プレート４を有する。一方向の変位が示されているが、実際には、ハンドル・ユニット２を、ハウジング６に対してランダムな方向に変位させることができる。

装着プレートは、ハンドル・ユニット２を挿入することができる装着開口７を有する。ハンドル・ユニット２を装着したとき、ハンドル・ユニット２上の半径方向ピン（詳細には図示せず）を係合させることができる、いくつかの半径方向に延びるくぼみ８を装着開口７の周囲に配置している。ハンドル・ユニット２を装着プレート４に挿入した後、安全な固定を補償するために、ハンドル・ユニット２を、装着プレート４に対してたとえば４５°だけ回転させなければならない。したがって、ハンドル・ユニット２は、ここではある種のバヨネット接続によって、基本ユニット３に脱着自在に固定される。他の種類の装着、たとえばユニオン・ネットなどよる接続も可能である。

詳細には図示されていいない方式で、ハンドル・ユニットと基本ユニットの間の機械的固定を省略することもできる。ハンドル・ユニットを室内で自由に移動させることができる。このことは、コンピュータ・マウスと比較される。マウスは２次元で移動できるだけである。ハンドル・ユニットを室内で自由に移動させる機会は快適な特徴を与える。ハンドル・ユニットと基本ユニットが互いに連絡することができることだけが必要とされる。

ハウジング６に対する変位によって、ハンドル・ユニット２は、油圧機械（詳細には図示せず）のいくつかの機能を制御する。この油圧機械は、いくつかの駆動部を備える。ハンドル・ユニット２のハウジング６に対するある方向での変位は、変位の方向に応じて、駆動部をある方向又はその他の方向に動作させる。変位の角度は、駆動部を動作させる電力に対する程度、たとえばピストン・シリンダ装置の伸長運動に対する程度、又はロータリー・モータが動作する速度に対する程度である。ハウジング６に対してハンドル・ユニット２をいくつかの方向に変位させることができるため、２つ以上のモータ、たとえば２つのモータを制御することも可能である。

ハンドル・ユニット２は、いくつかの追加の駆動要素、すなわち２つのボタン９、１０、２つのスイッチ１１、１２と調節ホイール１４、発光ダイオード１３を備える。ここに示した位置は一例に過ぎない。様々なユーザが異なった望みを有する。上述の駆動要素９〜１４は、たとえば、集積回路の形態を有することができる電気機能要素１５に接続されている。機能要素は、高周波数フィールドからエネルギーを得ることができるアンテナ１６に接続されている。以下で説明する高周波数フィールドは、１００ＫＨｚから約２０ＭＨｚの領域内で機能する。

好ましい周波数は、たとえば１２５ＫＨｚ又は１３ＭＨｚである。詳細には説明されない方式で、機能要素１５は、Ａ／Ｄ変換器、マイクロ・プロセッサ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、振動子、タイマ、カウンタを有してもよい。いくつかの駆動要素９〜１４が、機能要素１５に接続されるとき、マルチプレクサも可能である。機能要素１５は、たとえば、合衆国ニューハンプシャー州コンコルドの、Ｍｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓの構成要素群ＭＬＸ０１１１１であってもよい。

詳細には説明されないが、ハンドル・ユニットは、ディスプレイ、たとえばＬＣＤディスプレイを有することもできる。このディスプレイは、ユーザが様々な機能を入力することができる、又はユーザが異なる機能を再設定することができる接触感受性の領域を備えてもよい。したがって、ハンドル・ユニットの使用は極めて柔軟である。

図２を見ればわかるように、機能要素は、電力伝送のわずかな不具合が、高周波数フィールドを介して緩和されるように、バッテリ１７をさらに有している。

機能要素１５は切替可能である。一方では、高周波数フィールドが１３ＭＨｚで作動し、他方では１２５ＫＨｚでも作動する。それぞれの場合で、必要とされる電力を確実に伝送することができる。

電力は、ハウジング６内に配置された電力送信機１８によって供給される。電力送信機１８は、アンテナ１９に接続されている。アンテナ１９を、電力送信機１８内に組み込んでもよい。アンテナ１９を介して、電力送信機が、電力を機能要素１５に送信するために使用される高周波数フィールドを放射する。

電力送信機１８は、たとえば、Ｍｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓの構成要素群ＭＬＸ０１１１１であってもよい。

図２から明らかであるように、無線伝送経路２０が、機能要素１５と送信機１８の間に設けられている。この経路２０を介して、機能要素１５を駆動させるために必要とされる電力が伝送されるだけでなく、伝送経路２０は、機能要素９〜１４によって発生させられた信号をハウジング６へ伝送するために使用される。この目的のために、電力送信機１８はデータ受信装置を有する。機能要素１５はデータを送受信することができる。

電気的に高周波数のフィールドの代わりに、必要とされるエネルギーを、異なる方式で、たとえば光を用いて伝送することができる。この目的のために、発光ダイオードとそれに対応する光受信機、たとえば光感応性トランジスタが使用可能である。音響や低周波数の方式でのエネルギー伝送も可能である。原理的に、ハンドル・ユニット２と基本ユニット３の間の距離を大きくすることが可能であるように、「ブルートゥース」技術もまた想定される。ブルートゥースは、ギガヘルツ領域で動作する。

いずれの場合でも、エラー状態を引き起こす「偽」信号の判定を見つける確かさを１００％にするように、ある種のセキュリティが、ハンドル・ユニット２と基本ユニット３の間の通信に構築される。セキュリティをハードウェアを用いて確実にすることができる。しかし、ソフトウェアを用いて確実にすることも可能である。

このような非電気的伝送経路が使用可能であるとき、この経路を介して、エネルギーだけでなく、信号を伝送することももちろん可能である。この場合、非電気的信号を電気信号に、又はその逆に変換するエネルギー変換器が必要である。

電力受信機１８は、シリアル・バス２１を介してバス・インターフェイス２２に接続され、バス・インターフェイス２２はＣＡＮバス２３に接続されている。ジョイスティック装置は、車両に装着されているとき、ＣＡＮバスに、したがって、実際にＣＡＮバスに接続されている車両のすべての構成要素群に直接アクセスできる。

完全を期すために、ハウジング６が、たとえば電力送信機１８に供給するエネルギー供給源２４を有することが述べられている。

図１から明らかであるように、ハンドル・ユニット２が基本ユニット３に脱着自在であるだけでなく、基本ユニット３もフレーム２５に脱着自在に装着されている。フレーム２５はたとえば車両の一部である。ハンドル・ユニット２の付いた基本ユニット３をフレーム２５から取り外せば、いわば、制御される車両又は機械を遠隔操作することが可能である。安全レバー２６が、フレーム２５内の基本ユニットを固定する目的で機能する。基本ユニット３がフレーム２５内に挿入されたとき、プラグ接続（詳細には図示せず）が、エネルギー供給源２４とＣＡＮバスを基本ユニット３に確実に接続することができる。

ここに示した実施形態はいくつかの利点を与える。

ハンドル・ユニット２が基本ユニット３に脱着自在でないときも、電気的な接続が行われなくてよいため、装着はかなり簡単である。

しかし、ハンドル・ユニット２が基本ユニット３に脱着自在に装着されるとき、追加の利点を含む。たとえば、駆動要素９〜１４の異なる構成を備えるいくつかのハンドル・ユニット２を用意することができる。多くのユーザは、特別なボタン又はスイッチ又は特別なボタン位置を備えるハンドル・ユニットを欲しており、本明細書で説明した概念によると、このことは、簡単でコスト効果のある方式である。

ハンドル・ユニットによって、ＣＡＮバスを介して機械全体と連絡することが可能である。特に、車両内で使用されるとき、多くの可能性がある。最後に、油圧モータの駆動における介在だけでなく、たとえば、油圧消費物へ供給源として設けられているポンプを駆動するディーゼル・エンジン内への噴射への介在が可能である。このようにして、ジョイスティック装置は、その適用分野を広げている。

ここで、ハンドル・ユニット２を基本ユニット３から取り外せると、自動推進式操縦機械から離れるときハンドル・ユニット２を携帯することができ、操縦機械は、盗難防止（スターター・キル）され、ロックされる。操縦機械に戻ったとき、ハンドル・ユニット２を基本ユニット３に再び挿入すると、機械は作動の準備がなされる。

各ユーザは、たとえばシート位置、駆動バック・ミラー位置、速度プロファイルなどのユーザ特有のデータが保管されている、ユーザ自身の特別なハンドル・ユニット２を備えることができる。ここで、ドライバ又はオペレータが、ハンドル・ユニット２を基本ユニット３内に挿入すると、機械は、ドライバ又はオペレータの所望の設定を自動的に搭載することになる。

少なくとも１つの追加の基本ユニットを車両又は操縦機械に最初に設けることが可能である。ハンドル・ユニット２を最初の基本ユニット３から取り外し、追加の基本ユニット３に固定又は接続することができる。ハンドル・ユニットが取り外されたとき、望ましくない駆動が生じないように、全システムが基本ユニット３を同時に遮断するようになっており、また望ましくない駆動が基本ユニット内で生じたときも同様である。ハンドル・ユニットが次に他の基本ユニットに装着されたとき、特定の設定がここでも存在することができる。

新たなソフトウェアの実現化とともに、製造業者は、新たなハンドル・ユニット２を生み出すことができる。基本ユニット３内に装着されたとき、ハンドル・ユニット２から機械又は車両のＣＡＮバスへの接続が、無線伝送経路２０を介して存在するため、機械全体又は車両全体をそれぞれ容易に構成することができるソフトウェアの実現化が行われる。

ハンドル・ユニット２のある機能要素が、伝送経路２０を介して新規な機能を備えることができるように、ハンドル・ユニット２に対する更新が可能である。

ジョイスティック装置の概略図である。 ブロック概略図である。

符号の説明

１ ジョイスティック装置、２ ハンドル・ユニット、３ 基本ユニット、４ 装着プレート、６ ハウジング、７ 装着開口、８ くぼみ、９、１０ ボタン、１１、１２ スイッチ、１３ 発光ダイオード、１４ 調節ホイール、１５ 電気機能要素、１６ アンテナ、１８ 電力送信機、１９ アンテナ、２０ 無線伝送経路、２１ シリアル・バス、２２ バス・インターフェイス、２３ ＣＡＮバス、２４ エネルギー供給源、２５ フレーム、２６ 安全レバー

Claims (15)

1. エネルギー供給接続部と無線信号伝送経路の端点を有する少なくとも１つの電気機能要素を備える、基本ユニットと可動なハンドル・ユニットを備えるジョイスティック装置であって、前記エネルギー供給接続部が、前記ハンドル・ユニット（２）内に配置された電力受信機（１６）に接続され、前記電力受信機（１６）が、無線電力伝送経路（２０）を介してエネルギーを供給されることを特徴とする装置。
2. 前記エネルギー伝送経路（２０）が高周波数フィールドを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 電力送信機（１８）が、前記基本ユニット内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記電力受信機（１６）が、たとえばバッテリ又はコンデンサなどのエネルギー蓄積器（１７）を有することを特徴とする請求項１から３の一項に記載の装置。
5. 前記電気機能要素（１５）が、恒久的な可変メモリを有する前記ハンドル・ユニット（２）内の回路に接続されていることを特徴とする請求項１から４の一項に記載の装置。
6. 前記信号伝送経路が、バス・インターフェイス（２２）に接続された第２の端点を有することを特徴とする請求項１から５の一項に記載の装置。
7. 前記ハンドル・ユニット（２）が、前記基本ユニット（３）に脱着自在に接続されることを特徴とする請求項１から６の一項に記載の装置。
8. 前記基本ユニット（３）が、異なる実施形態を有するいくつかのハンドル・ユニット（２）の１つとオプションで接続されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記基本ユニット（３）が、前記個々の電気機能要素（１５）が異なる特徴を有するいくつかのハンドル・ユニット（２）の１つにオプションで接続されることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. ドライバ特有のデータが、少なくとも１つのハンドル要素（２）内に格納され、前記データが、前記ハンドル・ユニット（２）を装着するとき、前記基本ユニット（３）に自動的に移送可能であることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
11. 少なくとも１つの電気機能要素（１５）が、ハンドル・ユニット（２）が装着されたときにのみ動作しなくなる盗難防止機能を有することを特徴とする請求項７から１０の一項に記載の装置。
12. 前記基本ユニット（３）が、車両又は操縦機械（２５）上に脱着自在に装着されることを特徴とする請求項１から１１の一項に記載の装置。
13. 少なくとも１つの追加の基本ユニット（３）が設けられ、前記ハンドル・ユニット（２）が、前記基本ユニットの１つとオプションで連絡していることを特徴とする請求項１から１２の一項に記載の装置。
14. 前記ハンドル・ユニット（２）が、ディスプレイを有することを特徴とする請求項１から１３の一項に記載の装置。
15. 前記機能要素が、前記信号伝送経路を介して構成されることができることを特徴とする請求項１から１４の一項に記載の装置。
    

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