KR20020009538A - 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조이스틱의 조작레버를 조작할 경우 조작레버의 작동범위를 탄성체의 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정하여 검출할 수 있도록 함으로써 접촉에 의한 마모가 발생하지 않도록 하여 오작동이 발생하지 않도록 한 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 작업자의 조작에 의해 작동되는 조작레버(11)와; 상기 조작레버(11)와 연결설치되어 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동레버(12)와; 상기 가동레버(12)의 사이에 탄력가능하게 설치되는 탄성체(16) 및 그 탄성체(16)에 조작레버(11)의 조작에 따른 탄성력을 전달하는 탄성스프링(14)과; 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 이루어진다.

Description

스트레인 게이지를 이용한 조이스틱{Joystick for strain gage}

본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조이스틱을 조작할 경우 레버의 작동범위를 탄성체의 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정하여 검출하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에 관한 것이다.

일반적으로 조이스틱(joystick)은 막대(bar)모양의 레버(손잡이)를 원하는 방향으로 움직여 시스템의 2차원 좌표값을 지정하는 장치로 이를 이용하여 오락용 게임기, 다관절 로봇 및 단관절 굴삭기 등과 같은 중장비의 조정장치로 폭넓게 사용되고 있다.

이와 같은 조이스틱에는 조작레버의 작동범위를 검출하기 위하여 슬라이드식 혹은 회전식 가변저항을 이용하는 경우가 대부분이다. 그 한 예로 다관절로 이루어진 굴삭기와 같은 중장비 등의 작업장치를 조작시 사용되는 전기식 조이스틱은 운전자에 의한 조작레버의 조작량에 따라 그 저항값이 가변되는 가변저항이 장착되어 배터리 등의 전원으로부터 공급되는 정전압이 가변저항의 저항값에 의해 소정크기로 분압된 후 각각의 제어대상으로 인가됨에 따라 조이스틱의 조작량에 대응하는 분압된 전압값에 따라 작업장치의 기능이 제어된다.

그러나, 이와 같이 가변저항을 이용한 방식의 조이스틱은 저항체 위를 섭동자가 마찰하면서 움직이므로 필연적인 마모현상이 발생하게 되고, 이에 따라 접촉에 의한 오작동 및 마모로 인한 수명이 단축되는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 상기와 같은 종래 가변저항을 이용한 방식의 조이스틱이 가지고 있는 문제점을 개선하기 위해 비접촉식으로 개선한 구조의 광학식, 자기식, 정전용량식 등의 비접촉구조의 조이스틱이 사용되고는 있으나, 이러한 비접촉식 구조의 조이스틱은 광학식, 자기식, 정전용량식의 구조로 이루어져 있기 때문에 오염에는 매우 취약하다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적으로는 조이스틱의 조작레버를 조작할 경우 조작레버의 작동범위를 탄성체의 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정하여 검출할 수 있도록 함으로써 접촉에 의한 마모가 발생하지 않도록 하여 오작동이 발생하지 않도록 한 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 문제점으로 지적된 접촉에 의한 마모가 발생하지 않도록 하여 마모에 의한 오동작이나 잔고장이 발생되지 않도록 함으로써 조작레버의 정확한 작동신호를 검출할 수 있도록 하여 정확한 작업이 이루어지도록 함은 물론, 조이스틱의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있도록 하는 데 있다.

나아가, 본 발명의 전술한 목적들 이외에 조작레버의 정확한 작동신호를 검출할 수 있도록 하여 정확한 작업이 이루어질 수 있도록 함으로써 보다 작업환경의안전성이 확보될 수 있도록 하는 데 있다.

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

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

작업자의 조작에 의해 작동되는 조작레버와; 상기 조작레버와 연결설치되어 조작레버의 조작에 따라 가동되는 가동레버와; 상기 가동레버의 사이에 탄력가능하게 설치되는 탄성체 및 그 탄성체에 조작레버의 조작에 따른 탄성력을 전달하는 탄성스프링과; 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 신호처리기를 포함하여 이루어진다.

즉, 조작레버의 조작신호를 탄성스프링을 통해 전달하여 탄성체를 미소하게 변형시키고, 그 탄성체의 변형값을 스트레인 게이지를 통해 검출토록 하므로서, 조작레버의 정확한 작동신호를 검출할 수 있게 되어 접촉에 의한 마모가 발생하지 않게 된다. 따라서, 오작동이나 잔고장이 발생되지 않게 되고, 정확한 작업이 이루어지게 됨은 물론, 조이스틱의 수명을 연장할 수 있게 된다.

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.

이와같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱은 도 1에 도시한 바와같이, 먼저 작업자가 제어대상물을 제어하기 위하여 손으로 조작하는 조작레버(11)의 하부에 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동레버(12)를 힌지(13)를 통해 결합하여 서로 회전가능하게 설치한다.

이때, 상기 조작레버(11)는 조이스틱(10)의 외부를 구성하는 하우징(도시한 바 없음)의 외측으로 노출되게 설치한다.

이어, 가동레버(12)에는 그 일단이 고정체(15)의 고정되고 타단의 자유단은 가동레버(12)의 사이에 위치되는 탄성체(16)를 탄력가능하게 설치한다.

이때, 가동레버(12)의 사이에 탄력가능하게 설치되는 탄성체(16)는 외력에 의해 탄성되는 것으로, 이러한 탄성체(16)는 조작레버(11)의 조작에 따라 발생되는 외력으로 탄성변형되도록 한다.

이어, 상기 가동레버(12)에는 조작레버(11)의 조작에 따른 탄성력을 탄성체(16)에 전달하는 탄성스프링(14)을 설치한다.

이때, 탄성스프링(14)을 통해 탄성체(16)에 가해지는 힘은 조작레버(11)의 작동량에 비례하게 되며, 이와같이 조작레버(11)에서의 큰 움직임은 탄성스프링(14)을 통해 탄성체(16)에 전달되면서 그 탄성체(16)를 미소하게 변형시키게 된다.

한편, 상기와 같은 탄성스프링(14)은 조작레버(11)에서 전해지는 외력이 해제되게 되면 탄성스프링(14) 자체의 복원력 및 탄성체(16)의 복원력을 통해 가동레버(12)를 원위치시키게 된다.

이어, 상기 탄성체(16)의 일면에는 탄성체(16)의 탄성변형에 의해 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형률을 검출하는 스트레인 게이지(17)를 부설하고, 그 스트레인 게이지(17)의 일측에는 측정된 값을 전기적인 신호로 변환하여 아날로그 신호 및 가동방향신호 등의 출력값을 제어부(도시한 바 없슴)로 출력하는 신호처리기(18)를 연결하여 이루어진다.

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 손으로 일정방향으로 움직이면 상기 조작레버(11)와 힌지(13)를 통해 회전가능하게 결합된 가동레버(12)가 조작레버(11)의 조작방향과 반대방향으로 움직이게 된다.

상기 작용으로 가동레버(12)가 조작레버(11)의 조작방향과 반대방향으로 움직이게 되면, 가동레버(12)에 설치된 탄성스프링(14)이 가동레버(12)의 가동방향과 동일방향으로 움직이게 되고, 그 탄성스프링(14)의 일단 즉, 자유단이 접촉된 탄성체(16)의 자유단이 탄성스프링(14)의 가동방향과 동일방향으로 일정범위 탄성변형된다.

상기 작용으로 탄성체(16)가 일정범위 탄성변형하게 되면, 탄성체(16)의 일면에 부설된 스트레인 게이지(17)는 탄성체(16)의 탄성변형에 따른 전기적 저항의 변화된 값으로부터 변형률을 검출하고, 검출된 변형률은 신호처리기(18)를 통해 제어부(도시하지 않음)로 출력하게 된다. 이처럼 탄성체(16)의 탄성변형에 따라 변화된 전기적 저항값을 출력받은 제어부(도시하지 않음)는 변화된 저항값에 따라 제어대상물을 제어하게 된다.

또, 상기 조작의 다음 단계로 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, 이와같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱(10)은 2방향은 물론, 4방향 또는 여러방향으로 조작될 수 있도록 변형가능한 것으로 도 2는 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱이 4방향에 적용된 것을 나타낸 것이다.

이와같은 스트레인 게이지를 이용한 4방향 조이스틱(10')에 의하면, 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동레버(12')의 형상을 전·후·좌·우 4면을 갖도록 형성하고, 그 가동레버(12')의 각각의 면에 탄성스프링(14)의 일단이 고정지지되도록 하고 타단은 자유단을 이루도록 형성하며, 각 탄성스프링(14)의 자유단은 고정체(15)에 의해 일단이 지지고정된 탄성체(16)의 자유단 일면이 접촉된 상태로 위치되도록 구성하여 조작레버(11)의 조작에 의해 가동레버(12)가 4방향(전·후·좌·우)으로 가동되면 탄성스프링(14)에 의해 탄성체(16)의 자유단이 가동레버(12)의 가동방향으로 탄성변형될 수 있도록 한 것이다.

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

이와같은 구성의 4방향 조이스틱(10)에 의하면, 조작레버(11)를 4방향(전·후·좌·우)로 일정범위 회전시키게 되면 조작레버(11)의 회전방향과 반대되는 방향으로 작용하는 외력에 의해 탄성체(16)의 자유단이 탄성변형되고, 이에 따라 스트레인 게이지(17)에 의해 탄성체(16)의 탄성변형에 따른 전기적 저항의 변화된 값으로부터 변형률이 검출되어 신호처리기(18)를 통해 제어부로 출력된다.

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

또한, 조작레버(11)를 조작하여 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, 이와같은 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱에서 조작레버(11)의 조작신호를 탄성체(16)에 전달하기 위한 수단으로 본 발명에서는 탄성스프링(14)을 사용하였고, 이를 설명하기 위한 도 1내지 도 2에서는 압축코일스프링으로 예시하였으나, 꼭 이에 한정하지 않고, 도 3a 내지 도 3c에서와 같이 핀형, 태엽형 등 다양한 형상으로 형성할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 조작레버(11)의 움직임 즉, 조작신호를 탄성체(16)에 탄성스프링(14)을 통해 전달되도록 하고, 이에 따른 탄성체(16)의 변형에 따라 스트레인 게이지(17)의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정하여 검출할 수 있도록 함으로써 접촉에 의한 마모가 발생하지 않도록 하여 오작동을 방지할 수 있다.

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

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 조이스틱의 조작레버를 조작할 경우 조작레버의 작동범위를 탄성체의 변형에 따라 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하는 것으로부터 변형율을 측정하여 검출할 수 있도록 함으로써 접촉에 의한 마모가 발생하지 않게 되어 오작동이 발생하지 않게 된다.

또, 본 발명은 종래 기술의 문제점으로 지적된 접촉에 의한 마모가 발생하지 않도록 하여 마모에 의한 오동작이나 잔고장이 발생되지 않도록 함으로써 조작레버의 정확한 작동신호를 검출할 수 있도록 하여 정확한 작업이 이루어질 수 있음은 물론, 이로 인한 조이스틱의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 조작레버의 정확한 작동신호를 검출할 수 있으므로서, 정확한 작업이 이루어지게 되어 보다 작업환경의 안전성이 확보될 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 작업자의 조작에 의해 작동되는 조작레버(11)와;

   상기 조작레버(11)와 연결설치되어 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동레버(12)와;

   상기 가동레버(12)의 사이에 탄력가능하게 설치되는 탄성체(16) 및 그 탄성체(16)에 조작레버(11)의 조작에 따른 탄성력을 전달하는 탄성스프링(14)과;

   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. 제 1항에 있어서, 상기 조이스틱이 4방향 조이스틱일 경우 상기 가동레버(12')는 전·후·좌·우 4면의 형태로 이루어져 그 각각의 면에 상기 탄성스프링(14)이 설치되고, 상기 탄성스프링(14)의 자유단 각각의 대향되는 위치에는 상기 탄성체(16)의 자유단이 위치되어 그 일면에 상기 탄성스프링(14)의 자유단 각각이 접촉되게 구성되며, 상기 조작레버(11)의 조작에 의해 상기 가동레버(12')가 4방향(전·후·좌·우)으로 가동되면 상기 탄성스프링(14)에 의해 상기 탄성체(16)의 자유단이 상기 가동레버(12')의 가동방향으로 탄성변형될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱.