JP2016513312A - 可変感触及び保持フィードバック、自動化較正、及び学習可能な性能最適化を伴う操作者制御型電気出力信号装置 - Google Patents

Abstract

パイロット制御ジョイスティックに類似した操作者力フィードバックを提供する出力信号装置及び方法である。これらの力フィードバック領域は、フリープレイ、変調の不感帯開始、変調、事前警告バンパ、及び最大角度近傍の保持を含む。又、この出力信号装置は、事前警告感触及び保持位置を任意の角度となるように変化させてもよい。この出力信号装置は、力検知を信号として使用しており、且つ、出力信号の自動較正として使用される力スロープの変化を有する。この結果、信号精度が改善され、且つ、サービス予想信号が提供される。予想信号は、冗長センサを起動するべく、使用されてもよい。可変力フィードバックは、粗い地形上における動作を改善しうる。力フィードバックは、相対的に生産的な動作位置の学習を許容しうる。この結果、この出力信号装置との対話型の通信により、生産性と、燃料使用量などのその他の重要なジョブサイト基準と、の最適化が可能となる。

Description

関連出願に対する相互参照
本出願は、「Operator Controlled Electrical Output Signal Device With Variable Feel and Hold Feedback and Automated Calibration and Learnable Performance Optimization」という名称の２０１３年１月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６１／７５８，４８９号の利益を主張するものであり、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

本発明は、一般に、操作者制御型信号出力装置に関する。更に詳しくは、本発明は、可変感触及び保持フィードバック、自動化較正、及び学習可能な性能最適化を有するこの種の装置に関する。

いくつかの従来技術による装置は、米国特許第５，８７５，６８２号明細書に示されている「Operator Controlled Electrical Output Signal Devices」のような可変感触を提供することができる。但し、現在の装置に伴う欠点は、電磁的な保持が小モーメントアームによって生成されるという点にある。これは、大きな電気コイルを必要とし、大きな電気コイルは、空間や費用を所要し、且つ、熱を放出する。その一方で、コイルが小さく維持された場合には、保持力が小さくなりすぎる。

更には、しばしば、制御対象である車両の外部的な衝突により、位置が保持に向かって移動する場合がある。これは、操作者にとって好ましくはないであろう。

この懸念に対処するべく、当技術分野においては、コイル面内に切欠きを追加している。これは、スムーズでないと共に望ましくもないクリック状のフィードバックを操作者に対して生成しうる。

又、本技術分野においては、力検知抵抗器をも使用しており、力検知抵抗器は、ねじりばね上において構成されている。この構成は、単一の予め負荷が印加されたばねに基づいている。これは、操作者に対する力フィードバックが、パイロット入力装置において一般的である通常のフリープレイ、不感帯、及びばね力範囲の開始を有していないことを意味している。このねじりばねは、大部分の現在のパイロット制御入力装置と異なっている。これは、現在のパイロット制御ジョイスティックと共通した部分が存在していないことを意味しており、これは、操作者の訓練の容易性と制御の直観的理解にとって望ましくない。又、ねじりばねは、力検知抵抗器と完全にアライメントしない場合があり、この結果、センサ寿命を望ましいレベル未満に低減する応力を生成しうる。或いは、この代わりに、従来技術においては、力検知を使用してもよいが、多くの場合に、望ましい動作力フィードバックを生成するための複数のばねを有していないであろう。又、従来技術は、望ましい動作力フィードバックを有しうるパイロット制御を使用してもよいが、これには、運転席の空間を占有すると共にシステム費用を増大させるパイロット供給及びタンクラインが必要とされる。

いくつかの電子出力装置は、機具のフロートなどの機能をトリガするべく、ボタンを使用している。但し、これは、デテント事前警告バンパを有するパイロット制御と比べた場合に、不注意による機具の突然の落下運動を生成しうる。

その他の電気出力装置は、ホール効果又はその他のタイプの位置センサなどのその他のタイプのセンサを使用している。これらの電気出力装置は、精度の改善のための自動較正が可能ではない。又、これらは、第２検知システムを必要とする用途の場合に、冗長的検知を構成することが困難である。

更には、これらの入力装置は、操作者に、可変感触フィードバックを提供しておらず、且つ、レバー位置の最適化及び学習可能なフィードバックをも提供していない。

米国特許第５８７５６８２号明細書

本発明の実施形態のうちの１つ又は複数は、パイロット制御ジョイスティックに類似した操作者力フィードバックを提供するジョイスティック電子システム（Joystick Electronic system：ＪＳＥ）を提供している。これらの力フィードバック領域は、フリープレイ、変調の不感帯開始、変調、事前警告バンパ、及び最大角度近傍の保持を含む。又、ＪＳＥは、事前警告感触及び保持位置を任意の角度を有するように変化させてもよい。ＪＳＥは、力検知を信号として使用しており、且つ、出力信号の自動較正として使用される力スロープの変化を有する。この結果、信号精度が改善され、且つ、サービス予想信号が提供される。予想信号は、冗長センサを起動するべく使用されてもよい。

本発明の第１実施形態によるジョイスティック電子システム（ＪＳＥ）の一実施形態の外観図を示す。 図１のＪＳＥの回転された断面図を示す。 図１のＪＳＥの詳細な断面図を示す。 入力トルク対角度の作動曲線を示す図である。 ＪＳＥの第２実施形態の詳細な断面図を示す。 図４に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線を示す図である。 ＪＳＥの第３実施形態の外観図を示す。 図７のＪＳＥの回転された断面図を示す。 のＪＳＥの詳細な断面図を示す。 図６に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線を示す図である。 上述の実施形態のうちの任意のものに追加されうる自動較正、予想、及び冗長センサを示す。 第１ゼロ変曲点及び第２ゼロ変曲点を含むＦＳＲ電圧対角度の曲線を示す図を示す。 本ＪＳＥを使用してジョブサイトにおいて建設機器を遠隔操作することができる方法を示す。 図１０に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線を示す図である。 本発明の一実施形態によるコンパクトＪＳＥの外観図を示す。 図１５のコンパクトＪＳＥの詳細図を示す。

本発明の１つ又は複数の実施形態は、当技術分野の上述の欠点、課題、及び懸念に対処している。又、以下においては、本発明の１つ又は複数の実施形態は、ジョイスティック電子システム又はＪＳＥと呼称される場合がある。

ＪＳＥは、負荷の（ねじれではなく）線形の印加の際の力検知を使用している。この結果、回動メカニズムは、現在のパイロット出力ジョイスティックと共通性を有することができる。次いで、回動メカニズムは、接続されている様々な線形ばね及び負荷を有する線形プランジャを作動させる。これらのばね負荷は、戻り、付勢、変調、及び規格対応型の負荷を含む。この結果は、（当技術分野において周知である）現在のパイロット制御ジョイスティック及び単一レバー装置に類似した通常の感触フィードバックである。

更に後述するように、デテントバンパメカニズム及び保持コイルが含まれてもよい。これは、不注意によるフルレバー運動を防止すると共に操作者性能を改善するべく、力フィードバックの更なる機能を提供する。

この結果、フルレバー運動の際に、保持コイルは、操作者によって必要とされている腕の力を低減又は除去する位置においてレバーを保持しうる。フルレバー位置におけるこの保持を電気的に起動又は起動解除することにより、更なる機能を提供してもよい。

可変保持及び力フィードバックコイルは、大きな球状カップ上において構成されている。これは、車両が外部ｇ負荷を有する際に運動しないように保持力が十分に大きくなるように、腕の保持モーメントを増大させる。又、この相対的に大きな力は、しばしば、操作者に対するフィードバックにとって望ましい。

可変保持力は、操作者に対する警告バンパ感触のためのみならず、様々な角度におけるハンドルレバーの可変保持としても、使用されてもよい。可変警告バンパは、その他のＪＳＥからの、又は車両からの、又はジョブサイトからの、入力を使用してもよい。この結果、中央処理装置（ＣＰＵ）は、最適な且つ／又は望ましい位置において警告バンパ感触ドフィードバックを位置決めすることができる。これは、例えば、エンジンラグを低減し、生成される燃料雑音を最適化し、或いは、車両性能を最適化するべく、使用されてもよい。可変保持機能は、操作者信号位置を特定の建設サイクルにおいて相対的に最適な低減された位置に低減してもよい。

出力信号を生成するべく使用される入力は、好ましくは、線形力検知である。これは、例えば、力検知抵抗器（Force Sensing Resistor：ＦＳＲ）を使用することにより、実行されてもよい。これらのＦＳＲパッドは、信号生成の信頼性が非常に高くなるように、多くのセルを有する。セルのうちのいくつかが損傷した場合には、ＪＳＥは、出力信号を自動的に調節してもよく、且つ、残っているセルを使用してもよい。又、この自動較正機能も、装置の精度を改善する。

しばしば、用途によっては、信号生成が冗長的なものとなることが必要とされる。この種類の並行ロジックは、余分なＦＳＲパッドを主ＦＳＲ信号パッドと直列において積層することにより、実現されてもよい。

又、自動較正機能は、サービス予想として、且つ、第１センサから第２センサに信号をスイッチングするべく、使用されてもよい。入力パッドの直列積層は、位置検知を使用しているすべてのその他の電気出力信号装置と比べた場合に、構成上の利点を有する。

ＪＳＥの一実施形態は、添付の図面に示されているように、回動メカニズム、ばね及びプランジャメカニズム、並びに、力検知メカニズムを含む。回動法は、例えば、ジョイスティック用の通常のＵ継手又は単軸装置用の回動ピンであってもよい。この実施形態は、保持機能を含んではおらず、且つ、可変感触フィードバック機能をも含んでいない（これらは、それぞれ、後述する第２及び第３実施形態に含まれている）。この第１実施形態のレバー作動力トルク対角度は、通常のフリープレイ、不感帯、変調範囲、及びジャンプアップ領域を含む。これは、現在のパイロット出力ジョイスティック装置に類似している。これらのレバー作動力における変動は、操作者には既知であり、且つ、電気出力信号装置において望ましい。

ＪＳＥの第２実施形態は、既定の角度における保持と、操作者に対する事前警告「バンパ」フィードバック力と、を含む。この場合にも、これらの機能は、パイロット出力ジョイスティックを使用することにより、操作者にとって既知であり、且つ、電気出力信号装置の用途において望ましい。この事前警告力フィードバックにより、操作者は、機具のフロート位置などの突然の運動のトリガを回避することができる。次いで、保持機能により、操作者は、事実上、フロートなどの特殊な利用状態を維持することができる。この結果、必要とされる腕の力が低減され、且つ、従って、操作者の疲労が低減される。この実施形態は、アライメントする必要がありうる保持コイルを有する。従って、回動メカニズムは、望ましくない運動を低減するべく、球状回動継手であってもよい。球状回動メカニズムは、ねじれ運動を防止又は制限するべく、スロット内にピンを有してもよい。

ＪＳＥの第３実施形態は、可変力フィードバックを含む。この実施形態においては、操作者によって感じ取られる力は、任意の角度において、ゼロからフルまでの任意の値に変化させられてもよい。フル角度における保持は、任意の角度において設定されてもよい。又、「バンプ」機能も、その他の車両パラメータを使用することにより、プログラムされてもよい。例えば、車両の運動が滑らかである際には、感触フィードバック力は、小さくてもよい。車両の運動が粗い際には、力フィードバックは、増大させられてもよい。いくつかの操作者は、相対的に軽い作動力を好み、且つ、その他の者は、相対的に重い作動力を好む。更には、操作されている機械は、取り扱われている様々な物質及び様々な用途を有してもよい。感触フィードバックの値は、更に後述するように、操作者、機械、物質、及び様々な用途に伴って変化させられてもよい。更には、いくつかの用途は、ウインチモーターの最大速度などの安全性限度を有する。既定の安全限度を上回る動作を防止するべく、可変力が使用されてもよい。いくつかの動作限度は、温度などのその他のパラメータに伴って変化する。コンポーネントの損傷を防止するべく、安全動作限度は、動作温度などのパラメータに伴って変化してもよい。レーザープレーン、ＧＰＳ（全地球位置検知）、形状切削（cut-to-contour）、ビジョンシステム、及びその他のものは、いずれも、１つの及び複数の機械上のＪＳＥとの間において信号を送受信してもよい。ジョイスティックを運動させるための可変力は、望ましくない機械動作の防止を支援するべく、使用されてもよく、且つ、実行される望ましい作業を最適化するべく、使用されてもよい。このタイプのフィードバックは、安全であり、その理由は、操作者が、ＪＳＥに対して相対的に大きなプッシュ又はプル力を印加することにより、可変力をオーバーライドしうるからである。

レバーは、解放された際に、通常、ゼロ保持位置をオーバーシュートしてもよく、且つ、反対方向に作動しうる。更には、レバーのオーバーシュートは、別のレバーのオーバーシュートを実際に生成する機械運動を生成しうる。これは、角度位置の変化レートと、レバーが反対方向において作動することができないようにゼロの近傍においてプログラムされた力と、によって検知されてもよい。様々な値の運動保持力を印加するべく、球状カップと回動点のアライメントが使用される。従って、この実施形態は、ねじれ運動を制限するべく、ピン又はボールを有する球状回動部を使用してもよい。

ＪＳＥの第４構成は、第１、第２、及び第３、及び第６実施形態に適用される。更に詳しくは、安全性又はその他の既知の理由から、用途が余分な信頼性を必要としている際には、ＪＳＥは、計測されている方向のうちの１つ又は任意のものにおいて追加された１つ又は複数の冗長信号センサを有してもよい。これは、主力検知信号パットと直列において別の力検知パッドを追加することにより、実行される。力検知パッドの通常の精度は、１０％である。これは、出力信号のスロープの変化を使用することにより、約１％に低減されてもよい。スロープが開始位置において変化し、これにより、フリープレイ領域の後に変曲点が生成される際には、これは、電子ゼロ点調節を使用することにより、較正されてもよい。次いで、スロープが、ジャンプアップ位置において再度変化した際には、この第２変曲点も、検知されてもよい。ジャンプアップ及び開始変曲点位置の減算は、利得調節として使用されてもよい。この能動的なゼロ点及び利得調節は、通常の電子出力信号装置の全体精度を１０％から１％に改善する。次いで、時間に伴って、力検知セルのいくつかが損傷すると共に／又は、回動メカニズム及び／又は接触点が損耗した場合には、ゼロ点及び利得が継続的に調節されてもよい。次いで、ゼロ点及び利得が、例えば、１０％などのように、既定の値超だけ調節された際には、制御部は、予想サービス信号を送出してもよい。次いで、存在する場合に、制御部は、第１力検知信号から第２信号にスイッチングしてもよい。又、精度改善ロジックは、それぞれのＪＳＥの動作方向における単一の力検知パッドのみを伴って、実施形態１、２、３、及び６に直接的に適用されてもよい。

ＪＳＥの第５実施形態は、第３及び第４実施形態に適用される。この実施形態においては、アナログ又はデジタルの形態において１つ又は複数のＪＳＥから出力された信号は、有線又は無線通信により、１つ又は複数のＣＰＵに伝達されてもよい。更には、１つ又は複数の車両及び１つ又は複数の通常の建設ジョブサイトからのその他の入力及び出力も、既知の方式により、１つ又は複数のＣＰＵに伝達されてもよい。これらの入出力は、限定を伴うことなしに、ＪＳＥ、弁位置、ＧＰＳ（全地球位置検知）、その他のローカル位置検知信号、レーザープレーン、加速度計、エンジン速度、車両速度、音響センサ、回路圧力、シリンダ位置、ペダル位置、レバー位置、及びスイッチ位置などを含んでもよい。

入力される感触は、操作者からの入力トルクが増大するか又は操作者によって感じ取られるように、任意の角度において、ＣＰＵによって増大させられてもよい。この力の増大は、操作者に対するバンパ感触フィードバックとして機能してもよい。単純な例は、１つのＪＳＥが大きな入力を有する際に、システムフローの優先順位がその他のＪＳＥ入力機能のうちの１つに移動しうるように、別のＪＳＥが、低減されたバンパ感触フィードバック位置を有しうるというものである。又、操作者が入力を実行したら、ＣＰＵは、その入力用の相対的に最適な位置を算出してもよい。

この代表的な例は、反復される負荷印加サイクルである。バケットが既定の水平位置に近接している際には、ラックバックレバー位置は、相対的に小さな角度に低減された保持を有してもよい。この結果、バケットが水平であり、且つ、ラックバックが保持位置に摺動した際に、ラック運動のバケットの停止が、相対的に滑らかとなり、これにより、土の落下を防止しうる。このラックバックの低減は、操作者の手によって感じ取られてもよく、且つ、操作者は、これを使用し、リバースからフォワードへのシフトなどのその他の入力を実施してもよい。又、操作者は、類似のサイクルにおける操作者の入力が改善されるように、改善されたレバー位置を学習してもよい。

又、バケットが水平になったら、バケットは、通常、投棄高さまで上昇する必要がある。これは、通常、車両が前方に移動している間に実行される。これは、エンジンのパワー管理を必要とする。相対的に大きなエンジンパワーを車両の推進に提供するべく、上昇速度は、低減された位置に摺動されてもよい。又、パワー管理は、燃料、雑音、及び排ガスを改善するべく、使用されてもよい。又、上昇速度は、車両がトラック又はホッパーにおける停止を要する直前において、パケットを投棄高さに配置する位置に摺動されてもよい。又、操作者は、バンパ又は保持位置を生成又はターンオフするようにＣＰＵに通知するべく、ハンドルボタンを押下してもよい。いずれの場合にも、入力は、安全であり、その理由は、入力が車両制御操作者によって開始されるからである。又、操作者は、常に、レバーセンタリング力を印加することにより、或いは、保持解放ボタンを押下することにより、所定の角度においてレバーをオーバーライドしてもよい。

従って、第１実施形態は、多くの用途において現在使用されているパイロット圧力出力信号のものに非常に類似したこの電気出力信号装置の感触曲線を生成しうるジョイスティックを示している。曲線は、フリープレイ、不感帯、変調範囲、及びジャンプアップ領域における代表的なトルク値及び角度値を示している。

第２実施形態は、事前警告バンパ及びフル角度近傍の保持を含むジョイスティック構成を示している。レバー作動力対角度の曲線は、事前警告バンパ負荷及びフル角度近傍の保持を負の負荷として追加している。

第３実施形態は、可変力フィードバック機能を含むジョイスティック構成を示している。レバー作動力の曲線は、様々な用途において変化してもよい。保持は、任意の角度におけるものであってもよい。事前警告バンプは、任意の角度におけるものであってもよい。レバー運動の速度は、ハンドルが反対方向においてオーバーシュートすることを防止する保持に近い保持力を生成するべく使用されてもよい。

第４実施形態は、３つの第１実施形態のいずれか、第６実施形態、或いは、任意のその他の実施形態を使用する。制御モジュールは、開始位置の垂直方向に近いスロープを検出してもよい。これは、ゼロ点を調節するべく使用されてもよい。次いで、信号が中間点超であり、且つ、スロープが、再度、垂直方向に近いものとして検出された際には、ジャンプアップ位置が認知されてもよい。次いで、ジャンプアップ位置から開始位置を減算したものが利得として認知されてもよい。次いで、このゼロ点及び利得調節は、装置の精度を改善するべく使用されてもよい。又、これは、ユニットがサービスを必要としている際に予想信号を送信するべく使用されてもよい。又、これは、使用される信号を第１センサから第２センサにスイッチングするべく使用されてもよい。更に多くの又は少ない数の冗長センサが作動方向において構成されてもよい。

第５実施形態は、可変保持実施形態３及び４に適用される。ＣＰＵは、フィードバックを既定の位置における入力バンプ感触の形態で操作者に提供してもよい。又、ＣＰＵは、レバーが低減された既定の角度に摺動するように可変保持電圧を低減することにより、入力レバー位置を低減してもよい。このレバーハンドルの摺動は、車両の機能の最適化を支援するための操作者に対するフィードバックの別の形態である。操作者は、バンプをターンオン又はオフし、特徴を摺動させ、且つ、これらの特徴を新しいレバー位置において設定するべく、ボタンを使用してもよい。

図１は、本発明の第１実施形態によるジョイスティック電子システム（Joystick Electronic System、ＪＳＥ）１００の一実施形態の外観図を示している。ＪＳＥ１００は、ユーザーやり取り部分（user interaction portion）１１０と、曲がりやすいブーツ１２０と、アタッチメントプレート１３０と、制御部分１４０と、を含む。更には、ユーザーやり取り部分１１０は、第１上部ボタン１１２と、第２上部ボタン１１４と、トリガボタン１１６と、を含む。

図２は、図１のＪＳＥ１００の回転された断面図を示している。又、図２は、図３のクローズアップ図において提示されている詳細領域２１０をも示している。

図３は、図１のＪＳＥ１００の詳細な断面図を示している。図３に示されているように、ＪＳＥ１００は、ハンドル組立体３０５と、ブーツ３１０と、回動組立体３１５と、回動点３１７と、力検知カートリッジなどの変位システム３１８と、本体３０と、ＦＳＲ信号コネクタ３８５と、制御モジュール３９０と、ワイヤハーネスコネクタ３９５と、を含む。力検知カートリッジ３１８は、プラグ３２０と、変位止めねじピン３２２と、戻りばね３２５と、プランジャ３３０と、ばねリテーナ３３５と、スリットリテーナ３４０と、変調ばね（modulation spring）３４５と、カップ３５０と、付勢ばね３５５と、規格対応ワッシャ（compliant washer）３６０と、力検知抵抗器（ＦＳＲ）リテーナ３６５と、ＦＳＲ３７０と、アダプタ３７５と、を含む。

動作の際に、ハンドル組立体３０５は、ユーザーやり取り部分１１０に接続し、且つ、ユーザーやり取り部分１１０のユーザーによる変位に応答する。ハンドル組立体は、好ましくは、作動を含み、且つ、先程示されているように、ボタンを含んでもよい。

ブーツ３１０は、図３に示されているその他のコンポーネントを取り囲んでおり、且つ、埃及び湿気カバーとして機能する。

回動組立体３１５により、ハンドル組立体３０５は、本体３８０との関係において回動点３１７を中心として回動することができる。回動組立体は、例えば、Ｕ継手であるか又は球状タイプの継手であってもよい。

力検知カートリッジ３１８は、変位止めねじピン３２２との接触状態又は準接触状態にあるプラグ３２０を含む。変位止めねじピン３２２は、ハンドル組立体に堅固に接続されている。従って、プラグ３２０は、変位止めねじピン３２２を圧接状態においてプッシュしてハンドル組立体を運動させしてもよく、且つ、ハンドルの運動は、ピン３２２を運動させてもよい。更に後述するように、回動点３１７の両側には、プラグ３２０が存在している。これらのプラグ３２０は、回動点３１７を中心としてハンドル組立体３０５を回動させるべく、上向き又は下向きに変位させられてもよい。例えば、図３に示されている実施形態においては、ハンドル組立体を反時計回りに回動させるべく、右側のプラグは、フリープレイ位置に到達し、次いで、ハンドルが保持中心位置に位置する時点まで、上向きに変位させられてもよい。反時計回りに回動されたハンドルは、左プラグが、そのフリープレイ領域に到達し、且つ、再度、ハンドルが保持位置に位置する時点まで、時計回りに運動させられてもよい。操作者は、ハンドルを反時計回りの方向において運動させてもよく、且つ、左プラグ３２０は、左カートリッジ３１８と接触し、且つ、その下向きの運動を生成し、且つ、ハンドルに対する時計回りの運動は、右プラグ３２０と接触し、且つ、右カートリッジの下向きの運動を生成する。

又、力検知カートリッジ３１８は、保持位置からフルシフト位置に下向きにプラグ３２０によってプッシュされうるプランジャ３３０をも含む。図３に示されているように、プランジャ３３０は、プラグ３２０に接続されており、且つ、従って、プラグ３２０は、プランジャ３３０と共に運動する。戻りばね３２５は、更に後述するように、プラグ３２０上における下向きの負荷が、ばね３２５、３４５、３５５及び規格対応ワッシャ３６０からの上向きの負荷を下回っている際には、プランジャ３３０を保持位置にリセットするように動作する。

ばねリテーナ３３５及びリテーナスプリット３４０は、変調ばね３４５に予め負荷を印加するべく、協働する。変調ばね３４５は、線形の力入力のために使用される。

カップ３５０は、ばねリテーナ３３５及び付勢ばね３５５をセンタリングする。ピン３２２とプラグ３２０の間のギャップは、フリープレイ領域（free-play region）であり、且つ、接触が発生した際に、不感帯領域（dead band region）が始まる。不感帯の開始点における力は、戻りばね３２５上における事前の負荷印加に起因して、相対的に大きい。

プラグ３２０がリテーナ３５５、３４０を下方に運動させるのに伴って、ばね３４５及びカップ３５０は、付勢ばね３５５を圧縮する。カップ３５０が規格対応ワッシャ３６０に接触した際に、不感帯領域が終了し、且つ、変調領域が始まる。力の変化レートは、この変調領域の開始点において、スロープの変化を有する。プラグ３２０がスプリットリテーナ３４０を下方に変調ばね３４５に圧接した状態でプッシュした際に、変調ばね３２５の圧縮が発生する。リテーナ３４０及び３３５の間のギャップは、低減される。接触がリテーナ３４０の底部と３３５の中間部の段差部（ステップ）の間において発生した際に、規格対応ワッシャ３６０上において直接的な接触が発生する。規格対応ワッシャ３６０の有効ばね定数は、ばね３４５及び３５５よりも格段に大きくてもよい。規格対応ワッシャ３６０上における大きなばね定数によって生成されるスロープのこの突然の増大がジャンプアップ領域を開始している。この第２力変曲点は、変調領域の末尾に位置している。従って、変調領域の開始点及び終了点において、力スロープの変曲点が存在している。

ＦＳＲ３７０は、ハンドル組立体３０５の回動変位との関係において力検知信号を提供する。この力信号は、上述の運動及びメカニズムによって生成される変調範囲の開始点における１つ又は複数の開始変曲点及び変調範囲の終了点におけるジャンプアップ変曲点を有する。ＦＳＲ３７０は、アダプタ３７５及びＦＳＲリテーナ３６５によって位置が維持されている。

ＦＳＲ信号コネクタ３８５は、ＦＳＲ信号をＦＳＲ３７０から制御モジュール３９０に中継している。ワイヤハーネスコネクタ３９５は、制御モジュール３９０を以下に示されているＣＰＵに接続している。

ＪＳＥの動作の一例においては、ハンドル組立体３０５は、ユーザーによって運動させられ、且つ、回動組立体３１５と上部プラグ３２０の間において調節されたクリアランス又はフリープレイを占有している。これは、フリープレイ領域と呼称される。

プラグ３２０との接触により、プランジャ３３０は、戻りばね３２５に圧接した状態で下方に運動する。この結果、不感帯領域が始まる。換言すれば、この偏向の角度においては、以下の図４に示されている力対角度の曲線は、不感帯領域として識別される領域内に位置している。次に、角度変位の増大に伴って、ばねリテーナ３３５との接触状態にある内側部分（リテーナスプリット３４０、変調ばね３４５、及びカップ３５０）は、いずれも、付勢ばね３５５に圧接した状態で一緒に下方に運動する。カップ３５０が規格対応ワッシャ３６０に接触した際に、不感帯領域が終了し、且つ、変調範囲が始まる。

次いで、スプリットばねリテーナ３４０は、カップ３５０上において摺動し、これにより、変調ばね３４５を圧縮する。この変調範囲は、スプリットリテーナ３４０の底部がカップ３５０上の肩部に接触する時点まで、継続する。次いで、これは、変調ばね３４５から規格対応ワッシャ３６０のものへとばね定数を変化させる。このばね定数の突然の増大は、図４に示されている曲線のジャンプアップ領域を開始する。

図４は、入力トルク対角度の作動曲線４１０を示す図４００である。水平方向軸は、その初期位置からのハンドル組立体の角度変位の程度を示している。垂直方向軸は、ニュートン−メートルを単位として計測された入力トルクを示している。図４に示されているように、図４００は、フリープレイ領域４２０、不感帯領域４３０、変調領域４４０、及びジャンプアップ領域４５０という４つの領域を含む。

フリープレイ領域４２０においては、ユーザーは、ハンドル組立体の最小の角度偏向を伴って、ＪＳＥに印加されたトルクをゼロから０．４０Ｎｍに増大させてもよい。従って、小さなトルク力は、そのほとんどが、ＪＳＥにより、無視されると共に／又は、フィルタリングによって除去される。これは、ユーザーにとって望ましいものであり、その理由は、これにより、ユーザーがハンドル組立体を望ましくない方式で変位させるようにしうる作業場所においてしばしば発生する運転席の衝突及び動揺がハンドル組立体の角度運動に変換されないからである。

不感帯領域４３０において、角度偏向は、印加されたトルクの小さな増大に伴って迅速に変化する。これは、望ましい迅速な「ターンオン」効果をユーザーに対して生成しうる。この結果、その他の車両の運動の実装を生成する信号をＪＳＥが生成しようとしているという力フィードバックのトルクが操作者の手に対して提供される。フリープレイから不感帯への、そして、不感帯から変調への、トルクの差は、パイロット制御において一般的であると共に生産的な車両の動作において非常に有用である操作者に対するなじみ深い「位置について−用意−ドン」型のフィードバックを形成している。

変調領域（modulation region）４４０においては、角度変位は、トルクの増大に伴って、実質的に均一に進行している。従って、変調領域とは、ユーザーがＪＳＥを動作させていてもよい通常の「作業領域（working region）」を表している。

ジャンプアップ領域（jump-up region）４５０においては、角度変位を生成するべく必要とされるトルクが大幅に増大している。従って、ジャンプアップ領域４５０は、例えば、制御対象の運動がその動作可能範囲の末尾に近接しつつあるという触覚フィードバックを操作者に対して提供するべく使用されてもよい。

戻りばねは、任意の角度において、ハンドルをフリープレイ領域内に位置した保持位置に戻しうる。戻りは、操作者によって入力された力が、正味のばね３２５、３４５、３５５及びワッシャの力３６０並びにブーツ３１０及びその他の可動部分の摩擦力未満である際には、常に発生する。又、相対的に小さな角度への戻りは、操作者が、プッシュ力の代わりに、プルをハンドル３０５上に対して印加することにより、実行されてもよい。レバーの自由状態は、操作者の手の力が除去され、且つ、ばね力３４５及び３５５がハンドルを保持又はフリープレイ位置に戻りした際に発生する。

図５は、ＪＳＥの第２実施形態の詳細な断面図を示している。図３に示されているＪＳＥと同様に、ＪＳＥ５００も、ハンドル組立体５０５と、ブーツ５１０と、回動組立体５１５と、回動点５１７と、力検知カートリッジなどの変位システム５１８と、本体５８０と、ＦＳＲ信号コネクタ５８５と、制御モジュール５９０と、ワイヤハーネスコネクタ５９５と、を含む。力検知カートリッジ５１８は、プラグ５２０と、変位止めねじピン５２２と、戻りばね５２５と、プランジャ５３０と、ばねリテーナ５３５と、リテーナスリット５４０と、変調ばね５４５と、カップ５５０と、付勢ばね５５５と、規格対応ワッシャ５６０と、力検知抵抗器（ＦＳＲ）リテーナ５６５と、ＦＳＲ５７０と、アダプタ５７５と、を含む。これらの要素は、そのいずれもが、図３のＪＳＥ１００との関係において上述したものとほぼ同様に機能する。

但し、ＪＳＥ５００は、デテントバンパシステム５０１と、保持コイルシステム５０２と、を更に含む。保持コイルシステム５０２は、保持コイルワイヤ５９６と、保持コイル組立体５９７と、保持クラッパプレート（clapper plate）５９８と、クラッパばね（clapper spring）５９９と、を含む。デテントバンパシステム５０１は、作動ピン５９１と、デテントバンパ組立体５９２と、デテントばね５９３と、を含む。

動作の際には、保持コイル組立体５９７は、起動された際に、ハンドル組立体の角度変位を試みる力に対する抵抗力を提供するべく、保持クラッパプレート５９８との間において磁気吸引力を生成する電磁保持コイルであってもよい。保持コイル組立体５９７は、保持コイルワイヤ５９６によって提供される電力によって作動させられてもよい。保持クラッパプレート５９８は、クラッパばね５９９によってセンタリングされてもよい。

クラッパプレート５９８は、作動ピン５９１上の球状部分によって保持されている。この結果、保持コイルの磁気力は、ハンドル５０５を既定の位置において保持することができる。ハンドルのこの部分は、保持コイル５９７への電力が低減されるか又は操作者がハンドルを保持領域（hold region）の外に引っ張る時点まで、保持されることになる。このプルアウト領域は、短く、且つ、保持領域から戻り領域（return region）への遷移部である。

更には、デテントバンパ組立体（detent bumper assembly）は、事前警告バンプイン力（forewarning bump in force）をユーザーに対して提供してもよい。これは、デテントバンパ組立体５９２及びデテントばね５９３によって提供されてもよい。デテントバンパ組立体５９２は、クラッパワッシャ５９８の上部に接触している。デテントばね５９３は、バンプ力（bump force、衝突力）を生成する事前負荷印加を有する。

ＪＳＥの第２実施形態の動作の一例においては、ハンドル組立体５０５は、左に運動させられ、且つ、上述のように、フリープレイ、不感帯、及び変調領域を通過する。次いで、保持クラッパプレート５９８は、保持コイル組立体５９７の上部に接触し、且つ、回動を開始する。次いで、これは、デテントバンパ組立体５９２の底部先端との間のクラッパプレート５９８の接触を生成する。

デテント５９２の内部には、予め負荷印加されたばね５９３が存在している。次いで、この接触が事前警告バンパ感触領域（forewarning bumper feel region）を開始する。このデテントバンパ５９２は、調節可能であり、且つ、通常は、ジャンプアップ領域の直前において調節される。ジャンプアップ領域については、上述したとおりである。ハンドルの更なる運動により、クラッパ５９８は、保持コイル５９７とアライメントすることができる。次いで、磁気力が、図６に示されている曲線の保持領域を開始する。プルアウト領域内のコイルのラッチを解除するには、プル力が必要とされる。次いで、戻りばね３２５は、ハンドル上の正の力により、保持又はフリープレイ領域へのハンドル組立体の戻りの角度又は制御を保持する。

図６は、図４に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線６１０を示す図６００である。図４と同様に、水平方向軸は、その初期位置からのハンドル組立体の変位角度の程度を示している。垂直方向軸は、ニュートン−メートルを単位として計測された入力トルクを示している。図６に示されているように、図６００は、図４に示されている４つの領域（フリープレイ領域４２０、不感帯領域４３０、変調領域４４０、及びジャンプアップ領域４５０）のみならず、事前警告バンパ感触領域６６０、保持領域６７０、プルアウト領域６８０、及び戻り領域６９０の追加をも含んでいる。

事前警告バンパ感触領域６６０においては、角度変位を生成するべく必要とされるトルクが大幅に増大している。従って、事前警告バンパ感触領域６６０は、例えば、制御対象の運動がその動作可能範囲の末尾に接近しているという触覚事前警告を操作者に対して提供するべく使用されてもよい。又、これは、ジャンプアップ領域がすぐに始まることをも事前警告する。ジャンプアップ領域は、しばしば、機具のフロート（float、浮動体）などの突然の車両機具の運動を作動させる。例えば、ブレードのような車両機具が地面によって支持されている際には、フロート機能は突然なものではない。しかしながら、機具が地面の上方に位置している際にフロートが作動された場合には、突然の不注意による落下が発生しうる。事前警告バンプフィードバック力は、不注意による落下を防止しうる。

保持領域６７０においては、フル変位角度に到達したら、ユーザーは、もはや、角度を維持するべく力を印加する必要はない。更には、ユーザーがハンドル組立体を保持領域の外に移動させることを所望した場合には、ユーザーは、ハンドル組立体の変位方向とは反対方向において力を印加しなければならない。これは、曲線の下部部分において示された負の力として図６に示されている。更には、図示のように、保持領域は、保持が解放される前に、１〜５％の角度などように、実際の保持位置からある程度の変位を許容している。

ユーザーが、角度変位を保持フル角度領域６７０の外に運動させるべく十分な力を印加しようとしても、ハンドルは、戻り領域内に位置する。この領域内においては、操作者は、ハンドル５０５に対して正の力を印加しなければならず、さもなければ、ハンドルは、保持又はフリープレイ位置に戻ることになる。

図７は、ＪＳＥの第３実施形態の外観図を示している。図７のＪＳＥ７００は、図１のＪＳＥ１００にほぼ類似しており、且つ、図１に示されているコンポーネントを含むが、更に後述されるように、更なるコンポーネントをも含んでいる。

図８は、図７のＪＳＥ７００の回転された断面図を示している。又、図８は、図９のクローズアップ図において提示されている詳細領域８１０をも示している。

図９は、図７のＪＳＥ７００の詳細な断面図を示している。図１に示されているＪＳＥと同様に、ＪＳＥ７００は、ハンドル組立体９０５と、回動組立体９１５と、回動点９１７と、力検知カートリッジなどの変位システム９１８と、本体９８０と、ＦＳＲ信号コネクタ９８５と、制御モジュール９９０と、ワイヤハーネスコネクタ９９５と、を含む。力検知カートリッジ９１８は、プラグ９２０と、変位止めねじピン９２２と、戻りばね９２５と、プランジャ９３０と、ばねリテーナ９３５と、リテーナスプリット９４０と、変調ばね９４５と、カップ９５０と、付勢ばね９５５と、規格対応ワッシャ９６０と、力検知抵抗器（ＦＳＲ）リテーナ９６５と、ＦＳＲ９７０と、アダプタ９７５と、を含む。これらの要素は、そのいずれもが、図３のＪＳＥ１００との関連において上述したものとほぼ同様に機能する。

但し、図９のＪＳＥ９００においては、ブーツ３１０が球状カップ９１０によって置換されている。

更には、ＪＳＥ９００は、球状面コイル組立体９９６、コイルブラケット９９７、スナップリテーナリング９９８、ブラケットボルト９９９、プラスチックカバー９９１、及びカバーボルト９９２を含む可変フィードバック感触トルク及びラッチシステム９０１を含む。

動作の際には、球状面コイル組立体９９６は、電力によってエネルギー供給されてもよい。この結果、カップ９１０とコイル９９６の間に吸引力が生成される。コイル９９６の面は、カップの内部のものと整合するように球状である。

動作の際には、ハンドル組立体９０５を任意の方向において運動させることにより、力検知カートリッジ９１８のうちの１つ又は２つを偏向させてもよく、且つ、出力信号を生成させてもよい。球状カップ９１０は、好ましくは、ハンドル組立体９０５の変位を制限及び／又は制御するべく、球状コイル９９６が大きな吸引力を生成しうるように、磁性材料から製造される。この力は、結果的に得られるトルクが、任意の角度においてハンドル組立体を保持するべく十分に大きくなるように、大きな半径におけるものであってもよい。スナップリテーナリング９９８は、コイル及びカップに向かう電流が存在している際に、これらが接触し、且つ、中心をアライメントさせるように、球状カップ９１０の近傍においてコイル９９６を保持する。この結果、隣接する作動方向が垂直方向において運動させられうる状態において、１つの作動方向を任意の角度において保持することができる。或いは、この代わりに、隣接する作動方向が任意の角度において保持されてもよい。任意の角度における保持は、可変保持領域を形成する。一実施形態においては、操作者は、ハンドルを運動させることにより、或いは、磁気保持力を解放又は低減するべくボタンを押下することにより、この保持をオーバーライドしてもよい。

一実施形態においては、保持領域について選択される偏向角度は、ハンドル組立体のユーザーによって選択されてもよい。例えば、ユーザーは、ハンドル組立体を望ましい角度において位置決めし、且つ、次いで、ボタン又はスイッチを作動させることにより、角度選択モードに入ってもよい。選択される角度は、力検知カートリッジによって判定されてもよく、且つ、次いで、保存されてもよい。例えば、選択された角度は、ローカル制御システム、メモリ、又はオンボードのＣＰＵ内において保存されてもよく、或いは、ＪＳＥ９００が内部的に調節されてもよい。或いは、この代わりに、選択された角度は、保存及び／又はＪＳＥの制御のために、リモート通信及び／又は制御システムに中継されてもよい。

コイルブラケット９９７は、コイル９９６がカップ９１０に接触するように、コイル９９６を位置決めする。スナップリテーナリング９９８は、コイル９９６をコイルブラケット９９７上に保持する。ブラケットボルト９９９は、コイルブラケット９９７をＪＳＥに装着する。プラスチックカバー９９１は、埃及び湿気カバーとして機能する。カバーボルト９９２は、プラスチックカバー９９１をＪＳＥに接続している。

図１０は、図６に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線１０１０を示す図１０００である。図６と同様に、水平方向軸は、その初期位置からのハンドル組立体の変位角度の程度を示している。垂直方向軸は、ニュートン−メートルを単位として計測された入力トルクを示している。図１０に示されているように、図１０００は、フリープレイ領域４２０、不感帯領域４３０、変調領域４４０、及びジャンプアップ領域４５０を含む図６に示されている領域を含む。同様に、図６の事前警告バンパ感触領域６６０も示されている。但し、図１０は、可変保持領域（variable hold region）１０６５、プルアウト領域１０７０、及び戻り領域１０７５をも含んでいる。

動作の際には、事前警告バンパ感触領域６６０は、図６の事前警告バンパ感触領域６６０とほぼ同様に動作するが、図６の事前警告バンパ感触領域６６０は、最大角度変位の事前警告を提供し、図１０の事前警告バンパ感触領域６６０は、ユーザーが、事前警告バンパ感触の受け取りを開始するべく任意の角度変位を選択してもよいことを通知している。これは、車両によって処理される雪などの軽量物質の場合に相対的に生産的であろう。

同様に、可変保持領域１０６５は、図６の保持領域６７０とほぼ同様に動作するが、図６の保持領域６７０は、最大角度変位においてＪＳＥを保持するが、可変保持領域１０６５は、ＪＳＥが任意のユーザー選択された変位角度において保持するようにユーザーがしてもよいことを通知している。

更には、プルアウト領域１０７０は、可変保持領域のユーザーの選択内容に応じて、角度変位が変化することがわかるであろう。プルアウト領域１０７０においては、ユーザーは、特定の角度変位におけるハンドル組立体の保持を克服するべく、負のトルクを印加する。次に、戻り領域１０７５において、ユーザーによって印加されるトルクは、再度、角度変位に比例したものとなる。一般に、事前警告バンパは、任意の角度において電子的に生成されてもよい。通常、これは、フロートや、急激な落下などの突然の運動を有する他の機能の直前において実行される。次いで、一旦フロート機能となったら、ハンドルは、保持コイルによって保持されてもよい。この結果、フロート機能は、動作条件においてより効率的でありながら、事前警告を維持すると共に、予め設定されたフロートの特徴を保持しうる任意の位置において、発生することができる。フロートは、その独自の事前警告感触を伴って１つの角度において設定され、次いで、急激な落下は、その独自の事前警告感触を伴って別の角度において設定されてもよい。その間、フロートと急激な落下の一方又は両方が、手を保持特性（hold feature）からＯＦＦの状態において維持する。又、その保持は、ハンドルが新しい低減された角度の保持位置に摺動するように、低減されてもよい。これは、例えば、性能を最適化するか又はエンジンラグ（engine lug、過負荷減速）を制限するべく、使用されてもよい。このハンドルの摺動動作は、操作者に対するフィードバックの別の形態である。これは、雑音、排ガス、及び燃料使用量などのその他の基準の性能を最適化するべく、反復サイクルにおいて使用されてもよい。

図１１は、上述の実施形態のうちのいずれかに追加されうる自動較正、予想、及び冗長センサを示している。図１１は、第１ＦＳＲ １１１０と、第２ＦＳＲ １１２０と、第１ＦＳＲワイヤ接続１１１２と、第２ＦＳＲワイヤ接続１１２２と、を含む。この代わりに、ＦＳＲのいずれか又は両方は、歪ゲージであってもよい。但し、ＦＳＲは、多くのセルを有しており、且つ、漸進的障害モード（gradual failure mode）のものを有してもよい。

上述のように、ＪＳＥは、冗長ＦＳＲを有してもよい。スロープが開始位置において変化した際に、これは、電子ゼロ点調節（electric null adjustment）を使用することにより、較正されてもよい。次いで、スロープがジャンプアップ位置において再度変化した際には、こちらも検知されてもよい。ジャンプアップ及び開始位置の減算は、利得調節として使用されてもよい。

一実施形態においては、信頼性を改善するべく、第１ＦＳＲ １１１０には、１つ又は複数の第２ＦＳＲ １１２０が伴っていてもよい。これらのセンサ１１１０及び１１２０は、互いに上下に又は直列に積層されてもよい。力検知の冗長性は、直列であり、位置センサの冗長性は、並列である。第１ＦＳＲ １１１０の自動較正は、出力信号を第２ＦＳＲ １１２０にスイッチングするべく使用されてもよい。図１４に示されている出力信号における初期の垂直方向に近接したスロープは、スロープが大幅に変化している点１２２０を判定することによってスロープの変化点を見出すべく、使用されてもよい。この点は、電子ゼロ点調節として使用される。出力は、点１２３０において、再度スロープを変化させている。これらの２つの点１２２０及び１２３０の間の差は、利得を算出するべく使用される。ゼロ点及び利得調節は、信号の精度を改善するべく、使用される。これは、例えば、劣化について補償するべく利得を上向きに徐々に調節することにより、正常な及び異常な損耗について調節してもよい。次いで、合計調節が既定のレベルに到達した際に、予想信号が生成されてもよい。これは、操作者に通知するか又はサービス又はサービスログにコンタクトするべく、使用されてもよい。又、予想信号は、第１ＦＳＲ １１１０から第２ＦＳＲ １１２０にスイッチングするべく、使用されてもよい。

図１２は、第１ゼロ変曲点１２２０及び第２ゼロ変曲点１２３０を含むＦＳＲ電圧対角度の曲線１２１０を示す図１２００を示している。上述のように、第２ゼロ点１２３０からの第１ゼロ点１２２０の減算は、利得調節及び／又は較正を提供し、これは、この場合には、約３．５ボルトである。

更には、ゼロ点又は利得調節の一方又は両方が既定の量を超過した際には、システムは、ＪＳＥが障害に接近していると共に／又は交換を要すると認識してもよく、且つ、予想サービス信号を、例えば、制御システム又は保守システムに対して送信してもよい。これに加えて、又はこの代わりに、ＪＳＥは、冗長ＦＳＲにスイッチングしてもよい。

図１３は、本ＪＳＥが、ジョブサイトにおいて建設機器を遠隔操作するべく使用されうる方法を示している。図１３は、ＪＳＥ１３１０と、ＣＰＵ通信リンク１３１５上においてＪＳＥ１３１０との通信状態にある中央処理装置（ＣＰＵ）１３２０と、リモート機械通信リンク１３２５を通じてＣＰＵとの通信状態にある建設車両などのリモート機械１３３０と、を含む。

図１３に示されているように、ＣＰＵは、弁位置などの遠隔機械からのいくつかのセンサ読み取り及び／又はその他のデータ、ＧＰＳ又はその他の測位、レーザプレーン、加速度計、エンジン速度、車両速度、音響センサ、回路圧力、シリンダ位置、ペダル及び／又レベル位置、及びスイッチ位置のいずれかを受け取ってもよい。センサ読み取り及び／又はその他データは、フィードバック力をＪＳＥに提供するべく、ＣＰＵによって解釈されてもよい。相互に、ＣＰＵは、シリンダ位置、車両速度、又は先程識別されたセンサ読み取り及び／又はデータを生成するその他のシステムのうちのいずれかを変化させるなどのように、遠隔機械のシステムのうちの１つ又は複数を作動させるべく、ＪＳＥからの信号をコマンドに変換してもよい。

更には、１つ又は複数のＪＳＥは、１つ又は複数の遠隔機械を制御するべく、利用されてもよい。又、複数のＣＰＵが利用されてもよい。

図１４は、図１０に示されているものに類似した入力トルク対角度の作動曲線を示す図１４００である。図１４は、上述の図６に示されているものと同様に、ジャンプアップ領域４５０、プルアウト領域１０７０、及び戻り領域１０７５を含む。

但し、図１４に示されているように、任意の角度領域１４６０における事前警告バンパ感触は、ＣＰＵによって判定される任意の角度において発生するべく、ＣＰＵによって制御されてもよく、且つ、ＣＰＵによって選択されうる角度のいくつかの例が、点線において示されている。更には、任意の角度領域１４７０における保持も、ＣＰＵによって判定された任意の角度において発生するように、ＣＰＵによって制御されてもよく、且つ、ＣＰＵによって選択されうる角度のいくつかの例が、点線において示されている。

図１４において示されているように、ＣＰＵロジックは、バンパ感触を特定の用途において最適でありうる判定された位置に変化させてもよい。更には、ＣＰＵロジックは、保持を低減された位置に摺動させてもよい。

任意の角度領域１４６０における事前警告バンパ感触及び任意の角度領域１４７０における保持が発生する角度を構成するＣＰＵの能力は、ＪＳＥのリモートユーザーにとっては、特に有用なものであり、その理由は、リモートユーザーが、自身が機械を直接的にオンサイトで動作させているかのように感じ取ることを許容しうる力フォードバックをＪＳＥが提供しうるからである。

換言すれば、力対入力レバー角度の曲線は、事前警告バンパ感触の位置が変化させられてもよいことを示している。又、保持位置におけるレバーは、レバーが低減された角度保持位置に摺動する時点まで、低減された保持を有してもよい。ＣＰＵ及び操作者は、車両及びジョブサイト性能を最適化するべく、様々なバンパ感触角度及び様々な保持位置を調節してもよい。

図１５は、本発明の一実施形態によるコンパクトＪＳＥ１５００の外観図を示している。コンパクトＪＳＥ１５００は、ユーザーやり取り部分１５１０と、曲がりやすいブーツ１５２０と、制御部分１５４０と、を含む。更には、ユーザーやり取り部分１５１０は、第１上部ボタン１５１２と、第２上部ボタン１５１４と、第３上部ボタン１５１６と、トリガボタン１５１８と、を含む。このトリガは、クレーンなどの車両用の所謂「デッドマン」スイッチとして使用されてもよい。又、当産業において既知のその他の比例スイッチが構成されてもよい。

図１６は、図１５のコンパクトＪＳＥ１５００の詳細図を示している。図１６において示されているように、コンパクトＪＳＥ１５００は、付勢ばね及び力検知カートリッジ内のその他の部分を除去している。又、コンパクトＪＳＥ１５００は、いくつかのその他の実施形態において示されているＵ継手スタイルの回動とは対照的に、球状スタイルの回動組立体をも示している。更には、コンパクトＪＳＥ１５００は、本明細書において開示されている任意の実施形態と同様に機能するべく置換されてもよい。

図１６に示されているように、コンパクトＪＳＥ１５００は、ハンドル組立体１６０５と、ブーツ１６１０と、回動組立体１６１５と、力検知カートリッジ１６２０と、プラグ１６２１と、規格対応ワッシャ１６２５と、ＦＳＲセンサ１６３０と、回路基板１６３５と、本体１６４０と、電子回路コンテナ１６４５と、を含む。

動作の際に、プラグ１６２１は、ハンドル組立体１６０５の角度変位を増大させることにより、下方に強制移動させられる。この力又はトルクは、力検知カートリッジ１６２０によって直接的に検知される。次いで、力検知カートリッジ１６２０は、検知された力を示す信号を電子回路コンテナ１６４５に中継し、そこから、信号は、更に送信されてもよい。

一実施形態においては、図１６は、本明細書においてＪＳＥＣと呼称されているコンパクト電子ジョイスティックを示している。この実施形態は、その他の実施形態において概説されている機能を実行するべく、変更されてもよい。ＪＳＥＣは、相対的に小型であり、且つ、相対的に少ない数の部品を有する。図示の回動継手は、ハンドル組立体１６０５のねじれ運動を抑制するべく、ボール又はピンを有する球状タイプであってもよい。この回動継手は、通常のＵ継手スタイルの回動における６つの部品の代わりに、３つの部分を有する。更には、中心回動位置は、Ｕ継手よりも更に正確である。ブーツ１６０１は、球状カップによって置換されており、これにより、中心の相対的に良好なアライメントを許容しうる。力検知カートリッジ１６２０は、カップ及び付勢ばねを除去している。規格対応ワッシャ１６２５は、サイクル寿命を改善するべく、鋼の当接面を有してもよい。ＦＳＲ１６３０は、リードワイヤ接続ストリップ内において鋭い曲がりを有しておらず、これにより、耐久性が改善されている。回路基板１６３５は、保護ボックス１６４５内においてパッケージ化されている。本体１６４０は、サイズが小型である。

一例においては、建設機器は、操作者入力装置用のパイロットジョイスティック及び単軸パイロット制御部を使用してもよい。操作者に対する通常の小さな作動力及び感触フィードバックは、相対的に少ない操作者の疲労と、相対的に高い生産性と、をもたらす。このＪＳＥは、同一の小さな作動力及び操作者感触フィードバックを生成しうるが、電気又は電子出力信号を生成しうる。これは、遠隔制御又は相対的に低費用のワイヤ対パイロットラインのルーティングのために使用されてもよい。

又、電子信号は、更なる特徴のために、車両上においてその他の信号によって変更されてもよい。これらには、自動化サイクルと、レーザープレーンを使用した切削による勾配生成（cut to grade）と、が含まれる。フル角度における保持は、ホイールローダー及びブルドーザーなどの建設車両において使用される機能である。これは、機具の高さ及び角度を既定することにより、作業サイクルの自動化を支援する。又、これは、フロート位置における機具の保持をも支援する。これは、腕の疲労を低減し、その理由は、所定の角度において保持するための負荷が保持コイルによって実行されるからである。油圧駆動（hystat drive）においては、最大角度において保持を提供することにより、生産性の利益を有しうる入力ジョイスティックを使用している。パイロットコントローラ上におけると同様に、ボタンがハンドル上において含まれてもよい。

任意の角度における可変感触フィードバック及び保持は、より多くの車両機能を提供する。例えば、移動が滑らかである場合には、腕の負荷が低減されてもよい。移動が荒い場合には、入力トルクが増大させられてもよい。更には、ウインチ及び／又はクレーンなどの可変速度ユニットは、電子制御によって保持されるか又は呼び出される望ましい機具速度を有してもよい。

又、操作者は、感触の好みを有する場合があり、従って、車両は、予め設定されているレベルを呼び出してもよい。操作者は、感触をカスタマイズすると共に性能を最適化するべく感触フィードバックの値及び位置を調節するために、その他のボタン又は制御部を使用してもよい。

更には、異なる建設ジョブが同一の車両によって実行されている。この場合には、異なる車両ジョブ機能ごとに、最適な入力感触変数が変更されてもよい。

又、車両及びジョブサイトのタスク性能は、可変バンパ感触フィードバック及び可変保持と、低減されたより最適な位置へのレバー摺動と、を使用することにより、学習及び改善されてもよい。この結果、相対的に初心の操作者は、移動された土、使用された燃料、生成された雑音、及び望ましい最終的な地形を生成するための時間などの改善された車両性能計測値により、より専問的な操作者となるべく、より迅速に学習することができる。

先程識別された実施形態のうちの１つ又は複数においては、電子回路は、最大で１０〜１５％だけドリフトしうるが、ＪＳＥの自動較正により、１〜２％以内に自動較正しうる。

先程識別された実施形態のうちの１つ又は複数においては、オーバーシュート及び反対方向における偶発的な動作を防止するべく、ＪＳＥは、レーザーがゼロを通過する際を判定してもよく、且つ、反対方向における作動を防止するべく、１秒未満の保持力のスパイク（spike、尖頭）が提供されるようにプログラムされてもよい。又、更には、ＪＳＥは、レバーがゼロに接近している際を検出してもよく、且つ、次いで、操作者の選択による力関数をダイアル入力してもよく、或いは、既定の力関数を提供してもよい。

先程識別された実施形態のうちの１つ又は複数においては、ＪＳＥ力フィードバックは、取り扱われている物質に基づいて調節されてもよい。例えば、相対的に軽量の物質を移動させる際には、操作者は、相対的に大きな力フィードバックを所望する場合がある。これにより、物質の「感触」の相対的に大きな感覚を操作者に対して提供しうる。

先程識別された実施形態のうちの１つ又は複数においては、例えば、操作者が特定の形状にｖ字溝を掘削している際には、溝の形状は、通常、同一である。この結果、操作者は、作動の容易性を目的として、ＪＳＥに対して形状をプログラムしてもよい。ＪＳＥは、操作者が所望しているその他のサイクルについて、更にトレーニングされてもよい。

更には、ＪＳＥは、操作者による制御を伴うことなしに、観察を通じて、このようなサイクルを学習してもよい。例えば、バケットの上昇及び降下と車両の加速度計を監視することにより、例えば、操作者が類似したサイクルを実行しているとＪＳＥが認識した場合には、ＪＳＥは、操作者の緊張／作動力を低減するべく、力フィードバック曲線に対する変更を提供してもよい。変更は、自動的に提供されてもよく、変更が発生している際を操作者に通知するべく構成されてもよく、且つ／又は、操作者によって選択可能な選択肢であってもよい。

例えば、ＪＳＥは、４〜５回の反復シーケンスを観察してもよく、且つ、次いで、所望の位置に摺動し、且つ、次いで、保持するべく自動較正されてよい。一実施形態においては、操作者は、ＪＳＥレバー並びにバケット又はブレードなどのツールが、例えば、予め学習されている位置に又はその近傍に移動している際には、これを放置してもよい。

更には、ＪＳＥは、観察されているサイクルにとってより最適なより小さい位置にスライドするべく、既定のシーケンスを使用してもよい。例えば、操作者が投棄高さを相当にオーバーシュートしている場合には、ＪＳＥは、正しい投棄高さにスライドしてもよい。

又、ユーザーに力フィードバックを提供するための電磁システムを含む図５との関連におけるものなどの上述のシステムは、電磁力フィードバックシステムと呼称されてもよい。

以上、本発明の特定の要素、実施形態、及び用途について図示及び記述したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、その理由は、特に、上述の教示内容に鑑み、変更が当業者によって実施されうるからであることを理解されたい。従って、このような変更をカバーすると共に本発明の精神及び範囲に含まれる特徴を内蔵することが添付の請求項によって想定されている。

Claims (19)

1. ジョイスティック電子システムであって、
   回動組立体に装着され、且つ、回動点を中心として回転するハンドル組立体と、
   プラグ及び力検知抵抗器を含む力検知カートリッジであって、前記ハンドル組立体は、前記回動組立体を前記プラグとの接触状態に移動させるべく前記回動点を中心として回転させられ、
   前記ハンドル組立体の継続した回転は、前記回動組立体が前記プラグに対してトルクを作用させるようにし、
   前記力検知抵抗器は、前記プラグに対して作用した前記トルクを判定する、力検知カートリッジと
   電磁力フィードバックシステムであって、前記プラグに対して作用した前記トルクの通知を受け取り、且つ、前記トルクを使用して前記ハンドルシステムを角度変位させるために必要とされるトルクの量を制御する、電磁力フィードバックシステムと、
   を有するジョイスティック電子システム。
2. 前記力検知カートリッジは、自動的に較正される請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
3. 前記電磁力フィードバックシステムは、事前警告バンパのユーザーに対する触覚感触を提供する請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
4. 前記電磁力フィードバックシステムは、複数の角度において増大させられうる作動感触を提供する請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
5. 前記電磁力フィードバックシステムは、選択された角度において前記ハンドル組立体を保持するべく角度保持を提供する請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
6. 前記電磁力フィードバックシステムは、より小さな保持角度への摺動戻りフィードバックをも提供する請求項５に記載のジョイスティック電子システム。
7. 前記力検知カートリッジが自動的に較正される際に、前記自動化された較正が既定の調節レベルを超過した調節を含む際にサービス予想信号が提供される請求項２に記載のジョイスティック電子システム。
8. 学習可能な性能最適化を更に提供する請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
9. 前記ジョイスティック電子システムは、車両コンピュータとの間において、且つ、生産性、安全性、燃料、雑音、排ガス、又はその他の望ましい基準のうちの少なくとも１つを改善するジョブサイトコンピュータとの間において、通信する請求項１に記載のジョイスティック電子システム。
10. ハンドル組立体の角度変位に応じて、前記ハンドル組立体のユーザーに対して複数の触覚感触領域を提供する方法であって、
    フリープレイ領域を第１角度変位において提供する工程であって、前記フリープレイ領域は、前記ハンドル組立体を角度的に変位させるために、不感帯領域及び変調領域において必要とされる力より大きい力が、ユーザーによって必要とされる触覚感触を提供する、工程と、
    不感帯領域を第２角度変位において提供する工程であって、前記不感帯領域は、いずれの領域のうちで最小量の力が、前記ハンドル組立体を角度的に変位させるために、必要される触覚感触を提供する、工程と、
    変調領域を第３角度変位において提供する工程であって、前記変調領域は、前記ユーザーによって印加される力が、前記ハンドル組立体の角度変位との間において実質的に線形の関係にあり、且つ、前記フリープレイ領域内において必要とされる力より大きい触覚感触を提供する、工程と、
    ジャンプアップ領域を第４角度変位において提供する工程であって、前記ジャンプアップ領域は、前記変調領域におけるものよりも格段に大きな力が、前記ハンドル組立体の角度変位を生成するために、必要とされる触覚感触を提供する、工程と、
    を有する方法。
11. 力検知カートリッジを使用して前記ハンドル組立体の角度変位を検知する工程を更に含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記力検知カートリッジは、自動的に較正される請求項１１に記載の方法。
13. 事前警告バンパの触覚感触をユーザーに対して提供する工程を更に有する請求項１０に記載の方法。
14. 複数の角度において増大させられうる作動感触を提供する工程を更に含む請求項１０に記載の方法。
15. 前記ハンドル組立体を選択された角度において保持するべく角度保持を提供する工程を更に含む請求項１０に記載の方法。
16. より小さな保持角度への摺動戻りフィードバックを提供する工程を更に含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記力検知カートリッジが自動的に較正される際に、前記自動化された較正が既定の調節レベルを上回る調節を含んでいる際にサービス予想信号が提供される請求項１２に記載の方法。
18. 学習可能な性能最適化を提供する工程を更に含む請求項１０に記載の方法。
19. 車両コンピュータとの間において、且つ、生産性、安全性、燃料、雑音、排ガス、又はその他の望ましい基準のうちの少なくとも１つを改善するジョブサイトコンピュータとの間において、通信する工程を更に含む請求項１０に記載の方法。

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