JPH06348405A - 非接触ジョイスティック - Google Patents

非接触ジョイスティック

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JPH06348405A
JPH06348405A JP6105385A JP10538594A JPH06348405A JP H06348405 A JPH06348405 A JP H06348405A JP 6105385 A JP6105385 A JP 6105385A JP 10538594 A JP10538594 A JP 10538594A JP H06348405 A JPH06348405 A JP H06348405A
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axis
spherical body
control shaft
conductive plates
control
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JP6105385A
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Thomas M Baker
エム ベイカー トーマス
George Codina
コーディナ ジョージ
Larry H Franzen
エイチ フランゼン ラリー
John F Szentes
エフ センテス ジョン
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Caterpillar Inc
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    • Y10T74/20012—Multiple controlled elements
    • Y10T74/20201—Control moves in two planes

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、改良されたジョイスティックを提供
することを目的とする。 【構成】非接触ジョイスティック(100) は、Ｚ軸の周り
を自在に動かせる制御シャフト(105) を備える。球形の
導電性胴体(115) が、制御シャフト(105) の端部に取り
付けられている。複数の導電性プレート(120) が球形胴
体(115) の周辺に配置されている。電力源が球形胴体(1
15) に第１極性の電気エネルギーを与え、複数の導電性
プレート(120) に第２極性の電気エネルギーを与える。
個々の導電性プレート(120) が球形胴体(115) と共に可
変コンデンサー(130) を形成する。個々の可変コンデン
サー(130) の電気容量値は、球形胴体(115) のＺ軸に対
する変位の関数である。回路が複数の位置信号を発生さ
せ、個々の位置信号は、それぞれの可変コンデンサー(1
30) の電気容量値に対応する。位置信号は、球形胴体(1
15) の相対的位置を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には非接触ジョ
イスティックに関し、より詳しくは、機械の作業器具を
制御する非接触ジョイスティックに関する。
【０００２】
【従来の技術】作業機械の分野では、特に掘削機、バッ
クホーローダー、フロントシャベルのような掘る又は積
む機能を行う機械では、作業器具は一般的には、他の機
械の制御装置に加えて、２つまたはそれ以上の運転者用
制御装置により手動で制御されている。手動制御装置
は、手で操作するレバーと共に足踏みペダルを含む場合
がしばしばある。この種の器具制御機構では、多数のレ
バーや足踏みペダルの操作からくる運転者のストレスと
疲れを緩和するような改良の余地がある。例えば、機械
の運転者は制御レバーと足踏みペダルをうまく操作し、
調和させるために、比較的高い程度の技能を保有するこ
とを要求される。生産性を高めるには、経験のない運転
者は、制御装置とこれに組み合わされた機能に精通する
ために長い訓練期間を要する。あまりレバーが多いと不
利であることに気付き、標準として２レバー制御機構を
採用した製造者もある。一般的に、２つの垂直に取り付
けられたジョイスティックで、作業器具のリンク機構
（ブーム、スティック、バケット）を制御する仕事を行
う。例えば、キャタピラー社の掘削機は、１つのジョイ
スティックをスティックと旋回の制御に、他のジョイス
ティックをブームとバケットの制御に使っている。しか
し、現在工業的に使われている２レバー制御機構は、よ
り生産性を上げるためさらに改良の余地がある。
【０００３】この種のジョイスティックの１つの欠点
は、接触スイッチを使用することである。例えば、ジョ
イスティックの接触スイッチは、動く方向を制御するた
めに使われる。しかし、このようなスイッチは磨耗し易
く、スイッチの交換又は修理を必要とする。従って、こ
のようなジョイスティックの長期的なコストは極めて高
い。更に、ジョイスティックが適正に作動しないと、機
械を使用できない。この殆どの作業に影響する時間制限
のため機械の所有者又は賃借者にとって、「ダウンタイ
ム」が予期しない負担として加わる。接触式ジョイステ
ィックの問題を克服するため、幾つかの企図がされた。
例えば、米国特許第４，４３４，４１２号の非接触制御
ハンドル、米国特許第４，６５４，５７６号の制御信号
発生機は、それぞれ制御シャフトの中立位置からの変位
を検出するため、誘導センサーを使用することを教えて
いる。しかし、このような誘導センサーは、電磁的干渉
に影響されやすく、製造が複雑で、作動させるのに高価
な駆動回路を必要とする。他の種類の非接触ジョイステ
ィックは、米国特許第４，４８９，３０３号に示され、
制御シャフトの中立位置からの位置を検出するため、ホ
ール効果素子を使用することを教えている。しかし、ホ
ール効果素子は上述の誘導センサーと同様の問題があ
る。さらに、この特定のジョイスティック配置は、制御
シャフトの個々の位置を限られた数しか検出できない。
例えば、制御シャフトに配置された磁石は、任意の特定
の時にホール効果スイッチを１つしか動かすことができ
ない。従って、その結果得られる位置の情報は、分解能
が低く、正確でない。
【０００４】さらに、上述の装置は制御シャフトを中立
位置に「センターリングする」ために複合バネ構造を必
要とする。長期間の使用で、これらの複合バネ構造のバ
ネの力は減少し、再現性が落ちるようになる。さらに、
上述の装置はどれも２軸方向の検出しかできない。従っ
て、上述の機械で作業器具を制御するためには、２つ以
上の装置が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
の１つ又はそれ以上を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様で
は、非接触ジョイスティックは、Ｚ軸の周りを自在に動
かせる制御シャフトを備える。球形の導電性胴体が、制
御シャフトの一端部に取り付けられている。複数の導電
性プレートが球形胴体の周辺に配置されている。電力源
が球形胴体に第１極性の電気エネルギーを与え、複数の
導電性プレートに第２極性の電気エネルギーを与える。
個々の導電性プレートが球形胴体と共に可変コンデンサ
ーを形成する。個々の可変コンデンサーの電気容量値
は、球形胴体のＺ軸に対する変位の関数である。回路が
複数の位置信号を発生させ、個々の位置信号は、それぞ
れの可変コンデンサーの電気容量値に対応する。位置信
号は、球形胴体の相対的位置を示す。本発明の他の態様
では、非接触ジョイスティックは機械の作業器具を制御
するように使用される。ジョイスティックは、Ｚ軸の周
りを自在に動かせる制御シャフト、及び制御シャフトの
一端部に取り付けられた球形の導電性胴体を備える。複
数の導電性プレートが球形の胴体の周辺に配置されてい
る。電力源が球形胴体に第１極性の電気エネルギーを与
え、導電性プレートに第２極性の電気エネルギーを与え
る。都合のよいことに、個々の導電性プレートが球形胴
体と共に可変コンデンサーを形成する。個々の可変コン
デンサーの電気容量値は、球形胴体のＺ軸に対する変位
と方向の関数である。回路が可変コンデンサーの電気容
量値に対応する複数の位置信号を発生させる。位置信号
は、球形胴体の相対的位置を示す。マイクロプロセッサ
ーが、位置信号を受け取るのに応答して、複数の作業器
具制御信号を作動手段に送る。作動装置が応答して、制
御シャフトのＺ軸に対する変位と方向に比例して、作業
器具を動かす。
【０００７】
【実施例】本発明をよりよく理解するため、図面を参照
して説明する。本発明の好適な実施例が示されている図
面を参照すると、図１は非接触ジョイスティック１００
を示す。ジョイスティック１００は非導電性材料で形成
された球形ハウジング１０３を備えている。制御シャフ
ト１０５が球形ハウジング１０３を通って延び、Ｚ軸の
周りを自在に動かすことができる。運転者ハンドル１１
０が制御シャフト１０５の一端に取り付けられ、球形導
電性胴体１１５が制御シャフト１０５の他端に取り付け
られている。制御シャフト１０５と運転者ハンドル１１
０は非導電性材料で作られるのが好ましい。複数の導電
性プレート１２０が、球形胴体１１５の周辺のハウジン
グ１０３の内側表面に取り付けられている。導電性プレ
ート１２０は球形であることが好ましい。個々の導電性
プレート１２０は、球形胴体１１５と共に可変コンデン
サー１３０を形成する。個々の可変コンデンサー１３０
の電気容量は、球形胴体１１５のＺ軸に対する変位の関
数である。電力手段１２５が球形胴体１１５に第１極性
の電気エネルギーを与え、複数の導電性プレート１２０
に第２極性の電気エネルギーを与える。電力手段１２５
は、例えば５ボルト又は２４ボルトの電力源を含む。
【０００８】運転者が制御ハンドル１１０を離すと、シ
ャフト１０５を水平方向の中立位置（Ｚ軸と一致する）
に戻す電磁力を発生させるための電磁手段２５０が供給
される。電磁手段２５０については後述する。ハウジン
グ１０３は、好適な減衰特性を得るため、圧力油のよう
な流体で満たすことができることに注意されたい。図２
はジョイスティック１００の球状導電性胴体１１５に沿
った横方向断面図である。図示するように、直交するＸ
軸とＹ軸がＺ軸に垂直なＸ−Ｙ平面を定める。４枚の導
電性プレート１２０が環状にほぼ９０°間隔で配列さ
れ、Ｘ−Ｙ平面を四分円に分割している。４枚の導電性
プレート１２０は個々に、球形胴体１１５と共にそれぞ
れの可変コンデンサー１３０を形成する。個々の可変コ
ンデンサー１３０の電気容量値は、球形胴体１１５の所
定のＸ−Ｙ平面の四分円に対する変位を表す。図３は、
識別手段３００のブロック線図である。識別手段３００
は複数の位置信号を発生し、個々の位置信号は個々の可
変コンデンサー１３０の電気容量値を示す。識別手段３
００は、周波数変調形式の位置信号を発生するタイミン
グ手段３０５を備える。位置信号の周波数は個々の可変
コンデンサー１３０の電気容量値を示す。より詳しく
は、位置信号の周波数は、コンデンサー１２５と抵抗Ｒ
1、Ｒ2 により決まるＲＣ時定数の関数である。従っ
て、位置信号は球形胴体１１５の相対的位置を表す。タ
イミング手段３０５は、ナショナルセミコンダクターに
より生産されたＬＭ５５５タイマー回路を含むことがで
きる。表示手段３１５は、位置信号を受信し、これに応
答して電子波形を所定のＸ−Ｙ平面の四分円に対する位
置を表す見える表示に変換する。これは、図４により詳
細に示す。図４では、球形胴体１１５は中立位置にある
（制御シャフト１０５はＺ軸に一致する）ことを示す。
図５では、表示手段３１５はＸ−Ｙ平面での球形胴体１
１５の相対的位置を図示する。図６では、表示手段３１
５はＸ−Ｙ平面での球形胴体１１５の他の位置を図示す
る。表示手段３１５の構成は例示の目的のためだけであ
る。明らかに、表示手段３１５は種々の構成をとること
ができる。
【０００９】図３に戻って、表示手段３１５は周波数変
調された位置信号を受信し、位置信号を電圧レベル信号
に変換する周波数電圧（Ｆ／Ｖ）変換機３１０を含むこ
とができる。例えば、Ｆ／Ｖ変換機３１０はナショナル
セミコンダクターにより生産されたＬＭ２９１７ＩＣを
含むことができる。電圧レベル信号はＬＥＤ表示３２０
を駆動するＬＥＤドライバー３２５に送られる。図４、
５、６に示すように表示手段３１５は４つのＬＥＤ表示
を含む。例えば、ＬＥＤドライバー回路３２５はナショ
ナルセミコンダクターにより生産されたモデルナンバー
ＬＭ３９１４でもよい。１０セグメントのＬＥＤ表示は
ヒューレットパッカードにより供給されるモデルナンバ
ーＨＬＣＰ−Ｊ１００でもよい。ここでは、ＬＥＤ表示
が示されているが、当業者に明らかなように他の種類の
表示装置に置き換えることもできる。ジョイスティック
１００は垂直に動くようにすることもできる。図７にシ
ャフト１０５の垂直及びピボット（旋回）動きを行わせ
るための機械的ベアリング組立体２００を示す。機械的
ベアリング組立体２００はベアリング２０５を含み、ベ
アリング保持部材２０７に「プレスばめ」されている。
ベアリング２０５はシャフト１０５を受ける穴を形成す
る。シャフト１０５はベアリング２０５に対し、制限さ
れた垂直方向の動きを行うことができる。
【００１０】磁石組立体２１０がシャフト１０５を（Ｘ
−Ｙ平面での球形胴体１１５の位置と調整された）垂直
の中立位置にあわせるための磁力を提供する。磁石組立
体２１０は複数のリング状永久磁石を含む。図示するよ
うに、２つのリング状永久磁石２１５ａ、ｂがシャフト
１０５の周りに配置されている。１つのリング磁石２１
５ａはシャフト１０５に取り付けられ、他のリング磁石
２１５ｂはベアリング２０５に取り付けられている。磁
石２１５の磁極は図示する方向を向いている。その結
果、永久磁石の磁力は、運転者がハンドル１１０を離す
のに応答してシャフト１０５を垂直方向の中立位置にあ
わせるのに必要な力を提供する。ジョイスティック１０
０にはシャフト１０５の垂直方向動きを物理的に制限す
るストップ部材（図示せず）を含ませることができる。
図示するように、第５導電性プレート２７０が球形胴体
１１５のＺ軸に沿った垂直方向動きを検出するため提供
される。第５導電性プレート２７０は、Ｘ−Ｙ平面と平
行で、形は丸い。第５導電性プレート２７０は、球形胴
体１１５と共に第５可変コンデンサー２７５を形成す
る。第５可変コンデンサー２７５の電気容量値は、球形
胴体１１５のＺ軸に沿った垂直方向動きの関数である。
【００１１】電磁手段２５０について、図７を参照して
さらに詳細に説明する。電磁手段２５０は、（運転者が
ハンドル１１０を離すと、）シャフト１０５を水平方向
の中立位置にあわせる電磁力を発生する。さらに、電磁
手段２５０により生じた電磁力はシャフトを垂直方向の
中立位置にセンターリングするのを助ける。電磁手段２
５０は、磁石構造体２５５と電子エネルギーを送る複数
のコイル２６０を含む。磁石構造体２５５は図示するよ
うな形をとるのが好ましい。電流増幅器２６５が、示さ
れる極性を有する電磁場を生じるためにコイル２６０に
電圧をかける。シャフト１０５の下側端部は、磁性材料
で構成する必要があることに注意されたい。電磁力を強
化するために、永久磁石２６７を含ませることもでき
る。電磁石２５０が作動しない場合、永久磁石２６７は
シャフト１０５を水平方向の中立位置へ戻すのに必要な
力を提供する。最後に、ジョイスティック１００は回転
動きを行うようにすることができる。従って、機械的ベ
アリング組立体２００は、シャフト１０５の回転動きを
提供する。図１に戻って、シャフト１０５の回転動きを
検出するために、第６、第７導電性プレート１５０、１
５３が備えられている。第６、第７導電性プレート１５
０、１５３は可変コンデンサー１５４を形成し、その電
気容量はシャフト１０５がＺ軸の周りを回転するのに応
答して変化する。第６、第７導電性プレート１５０、１
５３はそれぞれ球形であり、極性は反対である。図示す
るように、第６導電性プレート１５０はハウジング１０
３に取り付けられ、第７導電性プレート１５３はシャフ
ト１０５に取り付けられ、該シャフトと共に回転する
（第７導電性プレート１５３はハンドル１１０と一体成
形されてもよい）。
【００１２】第６、第７導電性プレート１５０、１５３
は、非導電性材料で構成し、部分的に導電性材料の層を
形成したものでもよい。例えば、導電性材料を非導電性
材料に結合し、導電プレートの上にパターンを形成して
もよい。パターンを形成すると、シャフト１０５の回転
による容量変化を強調する。例えば、図８に示すように
第６、第７導電性プレート１５０、１５３の隣接する表
面の半分は、導電性材料の層が形成されている（斜めの
ハッチングで示す）。第７導電性プレート１５３のパタ
ーンを図８に示し、第６導電性プレート１５０のパター
ンを図９に示す。従って、電気容量の変化は導電プレー
トの上の重なったパターンによる。重なったパターンの
例を図１０に示し、これはシャフト１０５が９０°回転
したことを示す。検出可能な電気容量変化を強調するた
め種々のこのようなパターンを使うことができること
は、当業者には理解できるであろう。本発明は、図示し
た特定のパターンに限られるものではない。第６、第７
導電性プレート１５０、１５３の電気容量値は、シャフ
ト１０５の回転動きに応答するだけでなく、シャフト１
０５の垂直動きにも応答することに注意されたい。従っ
て、第６、第７導電性プレート１５０、１５３の電気容
量値の位置データは、シャフト１０５の垂直動きを表す
位置データに対応して変化する。この変更は、マイクロ
プロセッサーに基づくシステムにより最もよく行われ
る。
【００１３】本発明の作用は、特に掘削機、バックホー
ローダー、フロントシャベルのような掘る又は積む機能
を行う機械の作業器具を制御する使用に関して、最もよ
く記述される。図１１を参照すると、制御されている作
業器具４００は一般に、ブーム４０５、スティック４１
０、バケット４１５のようなリンク機構からなる。リン
ク機構は作動手段４１７により作動可能である。作動手
段４１７は、油圧シリンダー、電磁アクチュエーター、
圧電アクチュエーター等を含んでもよい。器具の構成
は、機械によって異なる。ある機械、例えば掘削機で
は、作業器具は機械の中心軸にそって回転可能である。
ここに、作業器具４００は一般に垂直平面で作動し、機
械の操作台上で回転するか、ブーム４０５上の回転基板
で旋回することにより、水平面上を旋回可能である。ブ
ーム４０５は、作業器具４００を上下動可能にする２つ
の油圧シリンダー４２１、４２２により作動する。ステ
ィック４１０は油圧シリンダー４２５により機械の内
方、外方へ引っ張られる。他の油圧シリンダー４３０
が、バケット４１５を「開閉」する。油圧シリンダーへ
の油の流れは、油圧制御弁４３３、４３４、４３５、４
３６により調節される。
【００１４】作業器具４００を制御するための運転者イ
ンターフェースは、一つのジョイスティック１００だけ
である。有利なことに、ジョイスティック１００は「４
つ」の動きの軸を持つ。例えば、Ｘ−Ｙ平面でのＺ軸に
対するピボット動き、Ｚ軸に沿った上下の垂直動き、Ｚ
軸の周りの回転動きである。ジョイスティック１００
は、個々のそれぞれの動きの軸に対し、少なくとも１つ
の位置信号を発生し、個々の信号はジョイスティックの
Ｚ軸からの変位の方向と速度を表す。位置信号は制御手
段４４０により受信され、該制御手段はこれに応答して
複数の作業器具制御信号を油圧制御弁４３３、４３４、
４３５、４３６に出す。例えば、図３を参照すると、タ
イミング手段３０５は、位置信号をパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）変換回路３３０へ送り、該変換回路は周波数変調形
式の位置信号からＰＷＭ形式に公知の方法で変換する。
その後、ＰＷＭ位置信号は制御手段４４０へ送られる。
制御手段４４０はマイクロプロセッサーに基づくシステ
ムであることが好ましい。図１２を参照すると、ジョイ
スティック制御のブロック線図が示されている。ジョイ
スティック１００は複数の位置信号を発生し、個々の位
置信号は作業器具４００の望ましい速度を示す。位置信
号が制御手段４４０へ送られる。位置信号は、ジョイス
ティックの動きの軸に対応するデカルト座標を表す。制
御手段４４０はまた、公知の連結角度解析機、ＲＦシリ
ンダー位置センサーのようなセンサー５０５からリンク
機構の位置データを受け取る。制御手段４４０は、構成
とリンク機構の位置に基づいて、表示するデカルト座標
を他の座標系に変換することができる。リチャードＰ．
ポールの「ロボットマニピュレーター：数学、プログラ
ム及び制御」ＭＩＴプレス（１９８１）を参照された
い。ハダンクらに与えられた米国特許第５，００２，４
５４号の、デカルト軸からリンク機構軸への変換につい
ての図４及び関連する記述を参照されたい。この記述は
ここに参照として組み入れる。また、比例流量制御を用
いるのが望ましい。これは、例えば、エンジン速度、機
械の道程等の現在の作動条件の下での器具に使える流体
の流量の計算を含む。比例流量制御についても、ハダン
クらに与えられた米国特許第４，７１２，３７６号に記
述されていて、ここに参照として組み込む。
【００１５】ジョイスティック１００は、作業器具４０
０を次のように制御する。ジョイスティック１００は、
制御シャフト１０５のＸ−Ｙ平面に沿った水平方向動き
に対応する位置信号の第１セットを発生する。制御手段
４４０が位置信号の第１セットを受け取り、複数の作業
器具制御信号を個々の油圧シリンダーに出し、制御シャ
フト１０５のＸ軸に沿った方向の動きに比例して、ブー
ム４０５を垂直方向の運動を生じる。さらに、スティッ
ク４１０の水平方向運動は、制御シャフト１０５のＹ軸
に沿った動きに比例して生じる。ジョイスティック１０
０は、制御シャフト１０５のＺ軸に沿った垂直方向動き
に対応する位置信号の第２セットを発生する。制御手段
４４０が、位置信号の第２セットを受け取るのに対応し
て、１つの作業器具制御信号を油圧シリンダー４３０に
出す。これにより、制御シャフト１０５のＺ軸に沿った
方向の動きの大きさに比例して、バケット４１５をすく
い上げる運動を生じる。ジョイスティック１００は、制
御シャフト１０５のＺ軸の周りの回転方向に対応する位
置信号の第３セットを発生する。制御手段４４０が位置
信号の第３セットを受け取り、これに応答して複数の作
業器具制御信号を作動手段４１７に出す。これにより、
制御シャフト１０５のＺ軸の周りの回転動きに比例し
て、作業器具４００を回転させる運動を生じる。
【００１６】運転者に圧力フィードバックを提供するの
が望ましい。例えば、図１２に示すように圧力センサー
５１５が油圧シリンダーにかけられる油圧を検知し、こ
れに応答して検知した油圧に比例した大きさの圧力信号
を発生する。電流増幅器２６５は圧力信号を受け取り、
これに応答して、圧力信号の大きさに比例した大きさの
電圧信号を発生する。電磁石２５０は、電圧信号を受け
取るのに応答して、電圧信号の大きさに比例した電磁力
を生じる。電磁力は、球形胴体１１５を移動させる運転
者の力に対抗して、作業器具にかせられた力の運転者フ
ィードバックを与える。従って、作業効率を高めるた
め、運転者は機械の動作の「感じ」を提供される。
【００１７】
【発明の効果】上述の論述はまず掘削機又は掘削機型の
機械に適する。しかし、本発明は作業機械と組み合わせ
る又は組み合わせない他の型の作業器具構成にも適する
ことは、当業者に明らかである。本発明の他の態様、目
的、利点は図面、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲
から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の非接触ジョイスティック
の縦断面図である。
【図２】ジョイスティックの球状の導電性胴体に沿った
横方向断面図である。
【図３】本発明の電子回路のブロック線図である。
【図４】ジョイスティックの位置を示す運転者用表示で
ある。
【図５】ジョイスティックの位置を示す運転者用表示で
ある。
【図６】ジョイスティックの位置を示す運転者用表示で
ある。
【図７】本発明の機械式ベアリング、永久磁石、電磁石
組立体である。
【図８】本発明の導電性プレートの表面の表示パターン
である。
【図９】本発明の導電性プレートの表面の表示パターン
である。
【図１０】本発明の導電性プレートの表面の表示パター
ンである。
【図１１】本発明の制御システムを作業器具と組み合わ
せた概略図である。
【図１２】本発明の制御機構のブロック線図である。
【符号の説明】
１００・・ジョイスティック １０３・・球形ハウジング １０５・・制御シャフト １１０・・ハンドル １１５・・球形胴体 １２０・・導電性プレート １２５・・電力手段 １３０・・可変コンデンサー １５０，１５３・・導電性プレート １５４・・可変コンデンサー ２０５・・ベアリング ２０７・・ベアリング保持部材 ２１０・・磁石組立体 ２１５ａ，ｂ・・リング磁石 ２５０・・電磁手段 ２５５・・磁石構造体 ２６０・・コイル ２６５・・電流増幅機 ２６７・・永久磁石 ２７０・・導電性プレート ２７５・・可変コンデンサー ３００・・識別手段 ３０５・・タイミング手段 ３１０・・周波数電圧変換機 ３１５・・表示手段 ３２０・・ＬＥＤ表示 ３２５・・ＬＥＤドライバー ３３０・・ＰＭＷ変換回路 ４００・・作業器具 ４０５・・ブーム ４１０・・スティック ４１５・・バケット ４１７・・作動手段 ４２１、４２２、４２５、４３０・・油圧シリンダー ４３３、４３４、４３５、４３６・・油圧制御弁 ４４０・・制御手段 ５０５・・センサー ５１０・・油圧シリンダー ５１５・・センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ コーディナ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 15882 ノース ハリウッド ピーオーボ ックス 15882 (72)発明者 ラリー エイチ フランゼン アメリカ合衆国 イリノイ州 61525 ダ ンラップ ウェスト ベネット コート 809 (72)発明者 ジョン エフ センテス アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア ウェスト オーヴァーヒル ロ ード 2715

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｚ軸の周りを自在に動かせる制御シャフ
    ト、 前記制御シャフトの一端部に取り付けられた球形の導電
    性胴体、 前記球形胴体の周辺に配置された複数の導電性プレー
    ト、及び、 前記球形胴体に第１極性の電気エネルギーを与え、前記
    複数の導電性プレートに第２極性の電気エネルギーを与
    える電力手段、を備え、 個々の導電性プレートが、前記球形胴体のＺ軸に対する
    変位の関数となる電気容量値を持った可変コンデンサー
    を前記球形胴体と共に形成し、 それぞれの可変コンデンサーの電気容量値に対応して複
    数の位置信号を発生させる識別手段、が設けられてい
    る、 ことを特徴とする非接触ジョイスティック。
  2. 【請求項２】Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ平面を定める直交する
    Ｘ軸とＹ軸を有し、 さらに、４枚の導電性プレートがほぼ９０°間隔で配列
    され、前記Ｘ−Ｙ平面を４つの四分円に分割し、前記４
    枚の導電性プレートは前記球形胴体と共に４つのそれぞ
    れの可変コンデンサーを形成し、個々の前記４つの可変
    コンデンサーの電気容量値は、前記球形胴体の所定のＸ
    −Ｙ平面の四分円に対する変位を表すことを特徴とする
    請求項１記載の非接触ジョイスティック。
  3. 【請求項３】前記識別手段は、周波数が個々の可変コン
    デンサーの電気容量値の関数であるように周波数変調さ
    れた位置信号を発生させるタイミング手段、及び、 前記位置信号を受信し、これに応答して前記位置信号を
    所定の前記Ｘ−Ｙ平面の四分円に対する前記球形胴体の
    位置の見える表示を表す情報に変換する表示手段、を備
    えることを特徴とする請求項１記載の非接触ジョイステ
    ィック。
  4. 【請求項４】前記制御シャフトがＺ軸に沿った垂直方向
    動きを行い、 前記Ｘ−Ｙ平面と平行に向いた第５導電性プレートを含
    み、 前記第５導電性プレートは、前記球形胴体と共に第５可
    変コンデンサーを形成し、前記第５可変コンデンサーの
    電気容量値は、前記球形胴体のＺ軸に沿った垂直方向動
    きの関数であることを特徴とする請求項２記載の非接触
    ジョイスティック。
  5. 【請求項５】前記制御シャフトがＺ軸の周りの回転動き
    を行い、 反対極性を有する第６、第７導電性プレートを含み、該
    第６、第７導電性プレートが第６可変コンデンサーを形
    成し、該コンデンサーの電気容量値は前記シャフトのＺ
    軸の周りの回転動きの関数であることを特徴とする請求
    項４記載の非接触ジョイスティック。
  6. 【請求項６】前記第６導電性プレートはハウジングに取
    り付けられ、前記第７導電性プレートは前記シャフトに
    取り付けられ、該シャフトと共に回転可能であり、 前記第６、第７導電性プレートは、前記シャフトが回転
    するのに応答して、前記第６可変コンデンサーの容量変
    化を強調するパターンを有する内側表面を備えることを
    特徴とする請求項５記載の非接触ジョイスティック。
  7. 【請求項７】さらに、個々の導電性プレートは、球形で
    あることを特徴とする請求項６記載の非接触ジョイステ
    ィック。
  8. 【請求項８】前記シャフトを垂直方向、水平方向の中立
    位置に位置させる磁力を発生させる永久磁石手段と、前
    記シャフトを水平方向の中立位置に位置させる電磁力を
    発生させる電磁手段を備えることを特徴とする請求項７
    記載の非接触ジョイスティック。
  9. 【請求項９】作動手段により可動の機械の作業器具を制
    御する非接触ジョイスティックにおいて、 Ｚ軸の周りを自在に動かせる制御シャフト、 前記制御シャフトの一端部に取り付けられた球形の導電
    性胴体、 前記球形胴体の周辺に配置された複数の導電性プレー
    ト、及び、 前記球形胴体に第１極性の電気エネルギーを与え、前記
    複数の導電性プレートに第２極性の電気エネルギーを与
    える電力手段、を備え、 個々の導電性プレートが、前記球形胴体のＺ軸に対する
    変位と方向の関数となる電気容量値を持った可変コンデ
    ンサーを前記球形胴体と共に形成し、 前記可変コンデンサーの電気容量値に対応する複数の位
    置信号を発生する手段及び、 前記位置信号を受け取るのに応答して、複数の作業器具
    制御信号を作動手段に送る制御手段、が設けられ、 前記作動手段は、前記制御シャフトのＺ軸に対する変位
    と方向に比例して、作業器具を動かすことを特徴とする
    非接触ジョイスティック。
  10. 【請求項１０】前記作業器具は、 機械に旋回（ピボット運動）可能に取り付けられたブー
    ム、 前記ブームに旋回可能に取り付けられたスティック、及
    び、 前記スティックに旋回可能に取り付けられたバケット、
    とを備え、 前記ブーム、スティック、バケットは個々に独立に制御
    可能で旋回可能であることを特徴とする請求項９記載の
    非接触ジョイスティック。
  11. 【請求項１１】Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ平面を定める直交す
    るＸ軸とＹ軸とを有し、 さらに、４枚の導電性プレートがほぼ９０°間隔で配列
    され、前記Ｘ−Ｙ平面を４つの四分円に分割し、前記４
    枚の導電性プレートは前記球形胴体と共に４つのそれぞ
    れの可変コンデンサーを形成し、個々の前記４つの可変
    コンデンサーの電気容量値は、前記球形胴体の所定のＸ
    −Ｙ平面の四分円に対する変位を表すことを特徴とする
    請求項１０記載の非接触ジョイスティック。
  12. 【請求項１２】前記制御シャフトのＸ−Ｙ平面に沿った
    水平方向動きに対応する位置信号の第１セットを発生す
    る手段を備え、 制御手段が位置信号の前記第１セットを受け取るのに応
    答して、複数の作業器具制御信号を前記作動手段に出
    し、前記制御シャフトのＸ軸に沿った方向の動きに比例
    して前記ブームの垂直方向運動を生じ、前記制御シャフ
    トのＹ軸に沿った動きに比例して前記スティックの水平
    方向運動を生じることを特徴とする請求項１１記載の非
    接触ジョイスティック。
  13. 【請求項１３】前記制御シャフトがＺ軸に沿った垂直方
    向動きを行い、 前記Ｘ−Ｙ平面と平行に向いた第５導電性プレートを含
    み、 前記第５導電性プレートは、前記球形胴体と共に第５可
    変コンデンサーを形成し、前記第５可変コンデンサーの
    電気容量値は、前記球形胴体のＺ軸に沿った垂直方向動
    きの関数であることを特徴とする請求項１２記載の非接
    触ジョイスティック。
  14. 【請求項１４】前記制御シャフトのＺ軸に沿った垂直方
    向動きに対応する位置信号の第２セットを発生する手段
    を備え、 前記制御手段が、位置信号の前記第２セットを受け取る
    のに対応して、１つの作業器具制御信号を前記作動手段
    に出し、前記制御シャフトのＺ軸に沿った方向の動きの
    大きさに比例して、前記バケットをすくい上げる運動を
    生じることを特徴とする請求項１３記載の非接触ジョイ
    スティック。
  15. 【請求項１５】前記制御シャフトはＺ軸の周りの回転運
    動を行い、前記ブーム、スティック、バケットは、中心
    軸の周りをピボット運動するように旋回可能であり、 前記制御シャフトのＺ軸の周りの回転方向に対応する位
    置信号の第３セットを発生し、位置信号の前記第３セッ
    トを受け取るのに応答して複数の作業器具制御信号を前
    記作動手段に出し、これにより、前記制御シャフトのＺ
    軸の周りの回転動きに比例して、前記作業器具を旋回さ
    せる運動を生じることを特徴とする請求項１４記載の非
    接触ジョイスティック。
  16. 【請求項１６】前記制御手段は、複数の作業器具制御信
    号の大きさを調節し、前記ブーム、スティック、バケッ
    トの移動速度が前記制御シャフトの変位の大きさに比例
    することを特徴とする請求項１５記載の非接触ジョイス
    ティック。
  17. 【請求項１７】前記作動手段は、 油圧シリンダー、及び、 前記油圧シリンダーにかけられる油圧を検知し、これに
    応答して検知された油圧に比例した大きさの圧力信号を
    発生するセンサー手段を備えることを特徴とする請求項
    １６記載の非接触ジョイスティック。
  18. 【請求項１８】前記圧力信号を受け取り、これに応答し
    て前記圧力信号の大きさに比例した大きさの電圧信号を
    発生する手段、及び、 前記電圧信号を受け取り、前記電圧信号の大きさに比例
    し、前記球形胴体を移動させるのに対抗する電磁力を生
    じる電磁石を備えることを特徴とする請求項１７記載の
    非接触ジョイスティック。
JP6105385A 1993-05-20 1994-05-19 非接触ジョイスティック Withdrawn JPH06348405A (ja)

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US08/064,301 US5421694A (en) 1993-05-20 1993-05-20 Non-contacting joystick
US08/064301 1993-05-20

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