KR20020009540A - 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)의 하단에 기립설치되는 한 쌍의 고정판(15)과; 상기 기립설치되는 한 쌍의 고정판(15)사이에 회전가능하게 결합되며, 상부가 상기 조작레버(11)와 연결설치되어 조작레버(11)의 조작에 따라 회전되는 가동구(12)와; 하부가 상기 한 쌍의 고정판(15) 일측면에 통상의 고정수단을 통해 고정되며, 상부가 상기 가동구(12) 일측의 회전축(13)에 나사결합되어 조작레버(11)의 조작에 따라 탄성변형되는 탄성체(16)와; 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(19)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 작업환경의 안전성이 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 조이스틱의 일실시예를 보인 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 조이스틱 11 ; 조작레버

12, 12' ; 가동구 13 ; 회전축

14 ; 나사부 15 ; 고정판

16 ; 탄성체 17 ; 스트레인 게이지

18 ; 고정수단 19 ; 신호처리기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

작업자의 조작에 의해 작동되는 조작레버와; 상기 조작레버의 하단에 기립설치되는 한 쌍의 고정판과; 상기 기립설치되는 한 쌍의 고정판사이에 회전가능하게 결합되며, 상부가 상기 조작레버와 연결설치되어 조작레버의 조작에 따라 회전되는 가동구와; 하부가 상기 한 쌍의 고정판 일측면에 고정수단을 통해 고정되며, 상부가 상기 가동구 일측의 회전축에 나사결합되어 조작레버의 조작에 따라 탄성변형되는 탄성체와; 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 탄성체 상부의 나사공에 나사결합된 가동구의 회전축 회전을 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)를 양측에 회전축(13)이 돌출형성되는 가동구(12)의 상부와 연결설치하여 가동구(12)가 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되도록 한다.

이어, 상기 조작레버(11)의 하단에는 판상으로되어 상부 양측에 통공(15')이 형성된 한 쌍의 고정판(15)을 기립설치하되, 고정판(15)의 상부 양측에 형성되는 통공(15')에 상기 가동구(12) 양측의 회전축(13)이 결합되도록 하여 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동구(12)가 기립되는 한 쌍의 고정판(15) 사이에서 회전가능토록 한다.

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

또한, 가동구(12)의 양측에 돌출되게 형성되는 회전축(13)의 일측단부에는 나사부(14)를 형성한다.

이어, 기립설치되는 한 쌍의 고정판(15) 일측면 하단에는 통공(15')을 형성하고, 그 통공(15')에는 탄성체(16)의 하부를 통상의 고정수단(18)을 통해 고정판(15)에 고정되도록 하여 조작레버(11)의 조작에 따른 가동구(12)의 회전에 따라 탄성체(16)가 탄성변형되도록 한다.

이때, 고정판(15)일측에 탄력가능하게 설치되는 탄성체(16)의 상부에는 나사공(16')을 형성하여 상기 가동구(12) 일측의 회전축(13)에 형성되는 나사부(14)에 나사결합되도록 한다.

또한, 상기 탄성체(16)는 외력에 의해 탄성되는 것으로, 이와같이조작레버(11)의 조작에 따라 가동구(12)의 회전축(13)을 통해 탄성체(16)에 가해지는 힘은 조작레버(11)의 작동량에 비례하게 되며, 이와같이 조작레버(11)에서의 큰 움직임은 가동구(12)에 형성되어 단부에 나사부(14)가 형성되는 회전축(13)을 통해 탄성체(16)에 전달되면서 그 탄성체(16)를 미소하게 변형시키게 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(19)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 움직이게 되면, 상기 조작레버(11)와 연결되어 양측에 돌출형성된 회전축(13)을 통해 고정판(15) 상부의 통공(15')에 회전가능하게 결합된 상태의 가동구(12)가 기립설치된 한 쌍의 고정판(15) 사이에서 회전하게 된다.

상기 작용으로 가동구(12)가 한 쌍의 고정판(15) 사이에서 회전하게 되면, 하단부가 통상의 고정수단을 통해 고정되고, 상부가 나사공(16')을 통해 회전축(13) 일측의 나사부(14)와 나사결합된 상태의 탄성체(16)가 조작레버(11)의 조작에 따른 가동구(12)의 회전방향과 반대방향으로 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(19)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 탄성체(16)와 나사결합된 가동구(12)가 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, 하단에 탄성체(16)의 하부가 통상의 고정수단(18)을 통해 고정되는 고정판(25)의 형상을 전·후·좌·우 4면을 갖는 사각형상으로 형성하고, 그 고정판(25)의 상부에는 조작레버(11)의 조작에 따라 가동되는 가동구(22)를 결합하여 전·후·좌·우 방향으로 가동되도록 한다.

또한, 상기 고정판(25)의 연속되는 면에는 단부에 나사부(14)가 형성된 회전축(13)을 돌출형성한다.

이와같이, 상기 고정판(25)의 연속되는 면 각각의 하단에 형성된 통공(25')에 탄성체(16)의 하부가 통상의 고정수단(18)을 통해 고정되고, 탄성체(16) 자유단의 나사공(16')이 고정판(25)의 회전축(13)에 나사결합되도록 구성한 상태에서 조작레버(11)의 조작에 의해 고정판(25)의 상부에 결합된 가동구(22)가 4방향(전·후·좌·우)으로 가동되면 고정판(25)의 회전축(13)이 회전함에 따라 회전축(13) 단부의 나사부(14)에 나사결합된 탄성체(16)의 자유단이 가동구(22)의 가동방향과 반대방향으로 탄성변형될 수 있도록 한 것이다.

이와같은 구성의 4방향 조이스틱(10)에 의하면, 조작레버(11)를 4방향(전·후·좌·우)로 일정범위 조작하게 되면 조작레버(11)의 조작에 따라 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(19)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 제거하게 되면 탄성변형된 탄성체(16)는 그 자체의 복원력에 의해 원위치되고, 이에 따라 탄성체(16)와 나사결합된 고정판(25)의 회전축(13) 역시 탄성체(16)의 복원력에 의해 복원되면서 조작레버(11)를 원위치시키게 된다. 이처럼 조작레버(11)가 원위치되면 제어대상물 역시 정지하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 조작레버(11)의 움직임 즉, 조작신호를탄성체(16)와 나사결합된 회전축(13)의 나사부(14)의 회전을 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)의 하단에 기립설치되는 한 쌍의 고정판(15)과;

   상기 기립설치되는 한 쌍의 고정판(15)사이에 회전가능하게 결합되며, 상부가 상기 조작레버(11)와 연결설치되어 조작레버(11)의 조작에 따라 회전되는 가동구(12)와;

   하부가 상기 한 쌍의 고정판(15) 일측면에 통상의 고정수단을 통해 고정되며, 상부가 상기 가동구(12) 일측의 회전축(13)에 나사결합되어 조작레버(11)의 조작에 따라 탄성변형되는 탄성체(16)와;

   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(19)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조이스틱이 4방향 조이스틱일 경우 하단에 탄성체(16)의 하부가 통상의 고정수단(18)을 통해 고정되는 고정판(25)은 전·후·좌·우 4면의 형태로 이루어져 그 연속되는 면의 각각에는 단부에 나사부(14)가 형성된 회전축(13)이 돌출되게 설치되고, 그 회전축(13) 단부의 나사부(14)에는 탄성체(16) 자유단의 통공(16')을 나사결합되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 조이스틱.