KR100480010B1 - 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조이스틱을 조작시 작동레버의 작동범위에 비례되어 탄성체의 변형이 이루어지고 그 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항값이 변하는 변형률을 측정 및 검출하도록 형성하므로서 상호 접촉에 의한 마모 및 오작동을 방지하도록 한 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 작업자의 조작에 의해 전·후 2방향으로 작동되는 조작레버; 상기 조작레버와 연결 설치되어 조작레버의 조작에 따라 전·후 2방향으로 가동되는 가동레버; 상기 가동레버 사이에 탄력 가능하게 설치되는 탄성체; 상기 가동레버와 탄성체 사이에 설치되어 조작레버의 조작에 따른 탄성력을 탄성체로 전달하는 탄성스프링; 상기 탄성체의 일면에 부설되어 상기 탄성체의 탄성변형에 의해 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형률을 검출하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지에 의해 측정된 값을 제어부로 출력하는 신호처리기; 를 포함하여 이루어진다.

Description

스트레인 게이지를 이용한 조이스틱{Joystick for strain gage}

본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 조이스틱을 조작시 작동레버의 작동범위에 비례되어 탄성체의 변형이 이루어지고 그 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항값이 변하는 변형률을 측정 및 검출하도록 형성된 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것이다.

일반적으로 조이스틱(joystick)은 막대(bar)모양의 레버(손잡이)를 원하는 방향으로 움직여 2차원 좌표값을 지정하는 장치로서, 이를 이용하여 게임기, 다관절 로봇 또는 굴삭기와 같은 중장비의 조정장치 등에 폭넓게 사용되고 있다.

이와 같은 조이스틱은 조작레버의 작동범위를 검출하기 위하여 슬라이드식 또는 회전식 가변저항을 이용하는 경우가 대부분이다. 그 일예로서 다관절로 이루어진 굴삭기와 같은 중장비에 사용되는 전기식 조이스틱에는 조작레버의 작동 정도에 따라 저항값이 변하는 가변저항이 장착되므로서, 조작레버를 작동시 그 정도에 따라 배터리 등의 전원으로부터 공급되는 정전압이 가변저항의 저항값에 의해 소정크기로 분압된 후 각각의 제어대상으로 인가되어 중장비가 제어된다.

그러나 이와 같이 가변저항을 이용한 조이스틱은 저항체 위에 섭동자가 마찰되면서 움직이기 때문에 저항체와 섭동자의 마모현상이 발생될 뿐만 아니라, 그로부터 접촉불량에 의한 오작동 등 여러 문제점이 발생된다.

한편, 상기와 같이 가변저항을 이용한 조이스틱의 문제점을 개선하기 위하여 광학식, 자기식, 정전용량식 등의 비 접촉식 조이스틱이 제공되기도 하였으나, 이와 같은 비접촉식 조이스틱은 그 내부로 침투되는 이물질이나 분진 등에 의한 오염에 매우 취약하다는 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 주된 목적으로는 조이스틱을 조작시 작동레버의 작동범위에 비례되어 탄성체의 변형이 이루어지고 그 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항값이 변하는 변형률을 측정 및 검출하도록 형성된 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스트레인 게이지를 통해 오작동이나 잔고장을 방지하여 조이스틱의 사용수명이 향상되도록 함과 아울러, 조작레버의 정확한 작동신호가 검출되도록 하여 장비의 정확한 조작이 가능하도록 형성된 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 제공하려는 것이다.

나아가, 본 발명의 전술한 목적들 이외에 장비의 정확한 조작이 이루어짐에 따라 작업환경의 안전성이 보다 향상되도록 한 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 제공하려는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

작업자의 조작에 의해 전·후 2방향으로 작동되는 조작레버; 상기 조작레버와 연결 설치되어 조작레버의 조작에 따라 전·후 2방향으로 가동되는 가동레버; 상기 가동레버 사이에 탄력 가능하게 설치되는 탄성체; 상기 가동레버와 탄성체 사이에 설치되어 조작레버의 조작에 따른 탄성력을 탄성체로 전달하는 탄성스프링; 상기 탄성체의 일면에 부설되어 상기 탄성체의 탄성변형에 의해 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형률을 검출하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지에 의해 측정된 값을 제어부로 출력하는 신호처리기; 를 포함하여 이루어진다.

즉, 조작레버의 조작신호가 탄성스프링을 통해 탄성체로 전달되어 미소하게 변형되고, 상기 탄성체의 변형값이 스트레인 게이지를 통해 검출됨으로서, 조작레버의 작동에 따른 정확한 작동신호가 검출된다.

이하, 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 보인 사시도이다.

이와 같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱은 도 1에 도시된 바와 같이, 조작레버(11)의 하부에 가동레버(12)가 형성된 상태에서 상기 가동레버(12)의 중앙 양측에 힌지(13)가 회전 가능하도록 돌출 형성된다.

이때, 상기 조작레버(11)는 조이스틱(10)의 외부를 구성하는 하우징(도시하지 않음)의 외측으로 노출되도록 설치된다.

이어, 가동레버(12)의 내부 중앙에는 탄성체(16)가 설치되는 바, 상기 탄성체(16)는 그 일측이 고정체(15)에 고정된 상태에서 그 타측의 자유단이 가동레버(12) 사이의 중앙에 설치된다.

이때, 가동레버(12) 사이에 설치되는 탄력 가능한 탄성체(16)는 외력 즉, 가동레버(12)의 동작과 관계되어 전·후 2방향으로 일정범위 휘어지면서 탄성변형이 이루어지도록 형성된다.

이어, 상기 가동레버(12)의 대향되는 내부 양측에는 조작레버(11)의 동작을 탄성체(16)에 전달하기 위한 탄성스프링(14)이 설치된다.

이때, 탄성스프링(14)을 통해 탄성체(16)에 가해지는 힘은 조작레버(11)의 작동범위에 비례되는 바, 이와 같이 조작레버(11)의 큰 움직임은 탄성스프링(14)의 완충력에 의해 탄성체(16)가 미소한 범위로 휘어지면서 변형된다.

한편, 상기와 같이 일정범위 가동된 가동레버(12)는 조작레버(11)에 전해지는 외력이 해제됨과 동시에 탄성스프링(14)의 자체 복원력 및 탄성체(16)의 복원력에 의해 원위치로 복원된다.

이어, 상기 탄성체(16)의 일면에는 탄성체(16)의 변형에 따른 전기적 저항의 변형률을 측정 및 검출하는 스트레인 게이지(17)를 설치되고, 상기 스트레인 게이지(17)의 일측에는 측정 및 검출된 저항값을 전기적인 신호로 변환하여 아날로그 신호 및 가동방향 신호 등의 출력값을 제어부(도시하지 않음)로 출력하는 신호처리기(18)가 설치된다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱(10)에 의하면 먼저, 작업자가 제어대상(굴삭기의 버켓이나 아암, 컴퓨터상의 커서 및 게임기 등의 대상물 등)을 작동시키기 위해 조작레버(11)를 밀면 상기 가동레버(12)가 힌지(13)를 축으로 조작레버(11)와 반대방향으로 동작된다.

이어 상기 가동레버(12)가 조작레버(11)와 반대방향으로 동작시 가동레버(12)의 내부 양측에 설치된 탄성스프링(14)이 가동레버(12)와 동일방향으로 작용되면서 그와 밀착된 탄성체(16)를 일정한 탄력으로 밀어 일정범위 휘어지도록 변형시킨다.

이때, 상기 탄성체(16)가 일정범위 변형시 탄성체(16)의 일면에 부설된 스트레인 게이지(17)로부터 탄성체(16)의 변형에 따른 전기적 저항의 변형률을 검출하고, 검출된 변형률은 신호처리기(18)를 통해 제어부(도시하지 않음)로 출력된다. 이와 같이 탄성체(16)의 탄성변형에 따라 변화된 전기적 저항값을 인가받은 제어부(도시하지 않음)는 값에 따라 제어대상물을 제어하게 된다.

또한, 상기 조작레버(11)에 작용되는 힘을 해제하면 상기 변형된 탄성체(16) 및 탄성스프링(14)이 그 자체 탄력에 의해의 복원되면서, 가동레버(12)와 조작레버(11)를 원위치시킨다. 이때 상기 조작레버(11)가 원위치되면 제어대상물 역시 정지된다.

한편, 이와같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱(10)은 2방향은 물론, 4방향 또는 여러 방향으로 조작이 가능하다. 도 2는 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱이 4방향에 적용된 것을 나타낸 것이다.

이와 같은 스트레인 게이지를 이용한 4방향 조이스틱(10')에 의하면, 조작레버(11)의 작동에 따라 가동되는 가동레버(12')의 형상이 전·후·좌·우 4면을 갖도록 형성되고, 상기 가동레버(12')의 각 면에는 탄성스프링(14)의 일측이 고정지지된 상태로 설치되며, 상기 각 탄성스프링(14)의 타측에는 탄성체(16)가 밀착된 상태로 설치된다. 따라서 상기 조작레버(11)의 작동에 의해 가동레버(12)가 4방향(전·후·좌·우)으로 동작되면서 탄성스프링(14)에 의해 탄성체(16)가 변형되는 것이다.

이때, 조작레버(11)의 지주에는 조작레버(11)이 4방향으로 원활하게 작동될 수 있도록 볼 또는 바렐 등을 설치함이 바람직하다.

이와 같은 구성의 4방향 조이스틱(10)에 의하면, 조작레버(11)를 4방향(전·후·좌·우)로 일정범위 회전시키게 되면 조작레버(11)의 회전방향과 반대되는 방향으로 가동레버(12')를 동작시켜 그 외측의 탄성스프링(14) 및 탄성체(16)가 동작된다. 따라서 스트레인 게이지(17)에 의해 탄성체(16)의 변형에 따른 전기적 저항의 변형률이 검출되어 신호처리기(18)를 통해 제어부로 출력된다.

상기 작용에 따라 제어부는 제어대상물을 설정된 방향(통상 조작레버의 조작방향)으로 작동시키게 된다.

또한, 조작레버(11)에 가해진 외력을 제거하면 탄성변형된 탄성체(16)는 그 자체의 복원력에 의해 원위치되고, 이에 따라 탄성스프링(14) 역시 자체의 복원력 및 탄성체(16)의 복원력에 의해 복원되면서 조작레버(11)를 원위치시키게 된다. 이처럼 조작레버(11)가 원위치되면 제어대상물 역시 정지하게 된다.

한편, 이와 같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에서 조작레버(11)의 조작신호를 탄성체(16)에 전달하기 위한 수단으로서 본 발명에서는 탄성스프링(14)이 사용되는 바, 이를 설명하기 위한 도 1내지 도 2에서는 압축 코일스프링으로 예시되었으나, 이에 한정하지 않고 도 3a 내지 도 3c와 같이 핀형, 태엽형 등 다양한 형상으로 형성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면 조작레버(11)의 작동이 탄성스프링(14)을 통해 탄성체(16)에 전달되고, 이에 따른 탄성체(16)의 변형이 스트레인 게이지(17)로부터 저항 변형율로 측정 및 검출됨으로서, 상호 접촉에 의한 마모의 발생 및 오작동의 발생이 방지된다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이와 같은 본 발명의 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 의하면 조작레버를 조작시 조작레버의 작동범위가 탄성체의 변형에 의해 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정 및 검출함으로서, 상호 접촉에 의한 마모 및 오작동의 발생을 방지하는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명은 마모 및 오작등을 방지함으로서 조이스틱의 사용수명이 향상되는 효과는 물론이고, 조작레버의 정확한 작동을 검출하여 보다 정확한 작업이 이루어지는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

따라서, 조작레버의 정확한 작동신호의 검출에 의해 정확한 작업이 이루어지게 되므로서 작업환경의 안전성이 보다 향상되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱이 4방향의 조이스틱으로 변형시킨 상태를 보인 사시도.

도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에서 조작레버의 조작신호를 탄성체에 전달하는 스프링의 다양한 실시예와 그 작동을 개략적으로 보인 사용상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 조이스틱 11 ; 조작레버

12, 12' ; 가동레버 13 ; 힌지

14 ; 탄성스프링 15 ; 고정체

16 ; 탄성체 17 ; 스트레인 게이지

18 ; 신호처리기

Claims (2)

1. 작업자의 조작에 의해 전·후 2방향으로 작동되는 조작레버(11);

   상기 조작레버(11)와 연결 설치되어 조작레버(11)의 조작에 따라 전·후 2방향으로 가동되는 가동레버(12);

   상기 가동레버(12) 사이에 탄력 가능하게 설치되는 탄성체(16);

   상기 가동레버(12)와 탄성체(16) 사이에 설치되어 조작레버(11)의 조작에 따른 탄성력을 탄성체(16)로 전달하는 탄성스프링(14);

   상기 탄성체(16)의 일면에 부설되어 상기 탄성체(16)의 탄성변형에 의해 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형률을 검출하는 스트레인 게이지(17); 및

   상기 스트레인 게이지(17)에 의해 측정된 값을 제어부로 출력하는 신호처리기(18); 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱.
2. 작업자의 조작에 의해 전·후·좌·우 4방향으로 작동되는 조작레버(11);

   상기 조작레버(11)와 연결 설치되며 전·후·좌·우 4면의 형태로 이루어져 조작레버(11)의 조작에 따라 4방향으로 가동되는 가동레버(12');

   상기 가동레버(12')의 각 네 면에 설치되는 탄성스프링(14);

   상기 각 탄성스프링(14)의 자유단과 접촉되도록 네 방향에 각각 위치되며, 상기 조작레버(11)의 조작에 의해 가동레버(12')가 작동시 탄성스프링(14)에 의해 탄성 변형되는 탄성체(16);

   상기 각 탄성체(16)의 일면에 각각 부설되어 상기 탄성체(16)의 탄성변형에 의해 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형률을 검출하는 스트레인 게이지(17); 및

   상기 스트레인 게이지(17)에 의해 측정된 값을 제어부로 출력하는 신호처리기(18); 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱.