KR20150015428A - 조이스틱을 이용한 위치제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조이스틱을 이용하여 물체의 위치를 제어할 수 있는 위치제어장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 물체에 작용하는 압력을 감지하여 압력이 작용할 경우 물체의 움직임을 제한할 수 있는 조이스틱을 이용한 위치제어장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치는 스틱수단과, 감지수단과, 모터와, 가압수단을 포함한다. 상기 스틱수단은 일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한다. 상기 감지수단은 상기 스틱수단의 회전의 위치를 감지한다. 상기 모터는 압력센서로부터 압력이 측정되면 구동된다. 상기 가압수단은 상기 압력이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 모터의 구동으로 압력을 가한다.
본 발명에 의하면, 스틱바의 회전으로 압력이 감지되면 모터가 작용하여 제1기어 및 제2기어를 회전시킨다. 그러면 스프링이 수축하여 스틱바에 압력을 가한다. 이로 인하여 스틱바를 작동시키는 조작자에게 압력이 전달되어 조작자가 그 압력을 감지할 수 있다. 또한, 이 경우 물체를 움직이기 위하여 스틱바를 움직이는데 더 큰 하중이 들어가므로 조작자의 오동작을 막을 수 있다.

Description

조이스틱을 이용한 위치제어장치{Position control apparatus using by joystic}

본 발명은 조이스틱을 이용하여 물체의 위치를 제어할 수 있는 위치제어장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 물체에 작용하는 압력을 감지하여 압력이 작용할 경우 물체의 움직임을 제한할 수 있는 조이스틱을 이용한 위치제어장치에 대한 것이다.

로봇팔 등을 제어하거나 물체의 위치를 제어하는데에도 조이스틱이 이용된다. 즉 조이스틱을 움직여서 물체나 로봇팔 등의 위치를 제어한다. 조작자가 조이스틱을 회전시키면 조이스틱이 회전된 위치를 검출하여 조이스틱이 이동한 거리에 비례하여 로봇팔 등을 움직여서 로봇팔 등을 제어한다.

공개특허 제10-1994-0000955호는 이러한 조이스틱 및 이를 이용한 위치검출방법에 대한 것이며, 공개특허 제10-1999-0061783호는 조이스틱의 조작에 의한 물체 구동방법에 대한 것이다.

그런데 종래의 경우 조이스틱을 움직여서 물체나 로봇팔 등을 제어할 때 물체가 다른 물체에 접촉하여 압력이 가해지면 조작자가 시각적으로 확인할 수 있을 뿐 감각적으로 느낄 수 없다. 그래서 조작자가 시각적으로 확인하지 못하여 계속 조이스틱을 동작시킬 경우 로봇팔 등에 과도한 압력이 작용할 수 있다. 이 경우 로봇팔 등이 과도한 하중으로 인하여 손상이 될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 물체에 압력이 가해진 경우 압력을 전달받아서 조작자가 조이스틱을 조작할 때 압력을 감각적으로 느낄 수 있는 조이스틱을 이용한 위치제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 물체에 압력이 가해진 경우 압력을 전달받아서 조이스틱의 움직임을 물리적으로 제한할 수 있는 조이스틱을 이용한 위치제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치는 스틱수단과, 감지수단과, 모터와, 가압수단을 포함한다. 상기 스틱수단은 일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한다. 상기 감지수단은 상기 스틱수단의 회전의 위치를 감지한다. 상기 모터는 압력센서로부터 압력이 측정되면 구동된다. 상기 가압수단은 상기 압력이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 모터의 구동으로 압력을 가한다.

또한, 상기의 위치제어장치에 있어서, 상기 가압수단은 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 스틱바의 회전각도를 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 위치제어장치에 있어서, 상기 스틱수단의 상기 스틱바는 상기 일지점에 볼이 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 스틱수단은 상기 스틱바의 상기 일단이 삽입되고 상기 타단이 노출되며, 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 볼이 결합되는 하우징을 더 구비한다.

또한, 상기의 위치제어장치에 있어서, 상기 하우징은 상부에 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 스틱바를 감싸는 돌기가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 가압수단은 상기 돌기를 감싸서 상기 돌기와 나사결합하는 제1기어와, 상기 모터에 의하여 회전하며 상기 제1기어를 상기 돌기를 따라 이동시켜 상기 제1기어와 상기 스틱바의 일단과의 거리가 조절되도록 상기 제1기어와 이물림하는 제2기어와, 일단은 상기 스틱바에 지지되고 상기 제1기어가 상기 스틱바의 일단으로 이동하면 상기 스틱바에 힘을 가할 수 있도록 상기 제1기어에 의하여 압축되는 스프링을 구비한다.

또한, 상기의 위치제어장치에 있어서, 상기 가압수단은 상기 제1기어의 상부에서 슬라이딩을 할 수 있게 상기 스프링의 타단을 지지하여 상기 스틱바를 감싸는 환형링을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 위치제어장치에 있어서, 상기 감지수단은 상기 스틱바의 타단에 결합된 자석과, 상기 자석의 위치를 감지할 수 있도록 상기 하우징에 창착된 복수의 마그네틱 센서를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 스틱바의 회전으로 압력이 감지되면 모터가 작용하여 제1기어 및 제2기어를 회전시킨다. 그러면 스프링이 수축하여 스틱바에 압력을 가한다. 이로 인하여 스틱바를 작동시키는 조작자에게 압력이 전달되어 조작자가 그 압력을 감지할 수 있다. 또한, 이 경우 물체를 움직이기 위하여 스틱바를 움직이는데 더 큰 하중이 들어가므로 조작자의 오동작을 막을 수 있다.

또한, 압력이 감지되면 제1기어가 이동하여 스틱바의 회전각도를 물리적으로 제한한다. 즉 스틱바가 과도하게 회전하는 것을 방지시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 배면도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 일부를 절개한 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 분리사시도,
도 5는 도 1에 도시된 실시예의 분리정면도,
도 6은 도 1에 도시된 실시예의 단면도,
도 7은 도 1에 도시된 실시예가 동작한 단면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치는 스틱수단(10)과, 감지수단(20)과, 모터(25)와, 가압수단(30)을 포함한다.

스틱수단(10)은 스틱바(11)와, 하우징(17)을 구비한다.

스틱바(11)는 일단(12)과 타단(13)의 사이에 볼(14)이 형성되어 있다. 그리고 볼(14)과 일단(12)의 사이에는 돌기된 지지편(15)을 구비한다.

하우징(17)은 스틱바(11)의 일단(12)이 외부로 노출되고 타단(13)이 내부로 삽입될 수 있도록 관통공이 형성된다. 또한 하우징(17)은 관통공에서 스틱바(11)를 감쌀 수 있도록 돌기(18)가 외부로 돌출된다. 스틱바(11)는 볼(14)을 중심으로 회전할 수 있도록 볼(14)이 관통공에 결합된다. 스틱바(11)가 회전될 수 있어야 되므로 돌기(18)와 스틱바(11)의 사이에는 일정한 간격이 있어야 한다. 그래서 조작자가 스틱바(11)의 일단(12)을 잡고 이동시키면 스틱바(11)가 볼(14)을 중심으로 회전하여 타단(13)이 이동된다.

감지수단(20)은 스틱바(11)가 볼(14)을 중심으로 회전하면 그 회전 각도를 측정하는 역할을 한다. 이를 위하여 감지수단(20)은 자석(21)과 복수의 마그네틱센서(23)를 구비한다. 자석(21)은 스틱바(11)의 타단(13)에 결합된다.

마그네틱센서(23)는 자석(21)의 위치를 감지할 수 있도록 하우징(17)의 바닥에 설치된다. 본 실시예의 경우 네 개의 마그네틱센서(23a, 23b, 23c, 23d)가 설치되어 자석(21)의 위치를 감지한다. 즉 스틱바(11)가 회전하면 자석(21)의 위치가 달라지므로 자기장이 변화한다. 네 개의 마그네틱센서(23a~23d)는 자기장을 측정하여 자석(21)의 위치를 감지할 수 있다. 그래서 스틱바(11)의 타단(13)의 이동거리 및 스틱바(11)의 회전 각도를 계산할 수 있다. 감지수단(20)에서 스틱바(11)의 타단(13)의 이동거리가 계산되면 스틱바(11)의 이동거리에 비례하여 물체나 로봇팔 등을 이동시킬 수 있다. 이때 만약 물체나 로봇팔 등이 이동하여 다른 물체에 접촉하면 압력센서(미도시)에 의하여 그 압력이 측정된다. 그래서 스틱바(11)가 계속 회전하면 그 압력은 계속 증가하게 된다.

모터(25)는 상기 압력센서에 의하여 압력이 측정되면 구동된다. 즉 모터(25)은 압력센서로부터 압력이 전달되면 구동된다.

가압수단(30)은 압력이 증가하는 방향으로 스틱바(11)가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 모터(25)의 구동으로 스틱바(11)에 압력을 가할 뿐만 아니라, 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 스틱바(11)의 회전각도를 제한하는 역할을 한다.

이를 위하여 가압수단(30)은 제1기어(31)와, 제2기어(33)와, 스프링(35)과, 환형링(37)을 구비한다.

제1기어(31)는 돌기(18)를 감싸며 돌기(18)와 나사결합한다. 그래서 제1기어(31)를 회전하면 제1기어(31)는 돌기(18)를 따라서 화살표 1 또는 화살표 3의 방향으로 이동할 수 있다.

제2기어(33)는 모터(25)에 의하여 회전하도록 결합되며, 제1기어(31)와 이물림을 한다. 그래서 제2기어(33)가 회전하면 제1기어(31)가 회전하여 돌기(18)를 따라 이동한다.

스프링(35)은 일단이 스틱바(11)의 지지편(15)에 지지되도록 지지편(15)과 제1기어(31)의 사이에 장착된다.

환형링(37)은 제1기어(31)의 상부에서 슬라이딩을 할 수 있게 제1기어(31)의 상부에 위치하여 스프링(35)의 타단을 지지한다. 그래서 제1기어(31)가 상승하면 환형링(37)이 상승하여 스프링(35)이 수축된다. 그리고 제1기어(31)가 하강하면 환형링(37)이 하강하여 스프링(35)이 원래의 모양으로 복귀한다.

이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 본 실시예의 동작을 설명한다. 제1기어(33)가 상승하지 아니한 경우에는 스틱바(11)는 도 6의 각도 a 만큼 회전할 수 있다. 스틱바(11)를 회전시켰을 때 압력센서에서 압력이 감지되어 모터(25)가 동작하면 제2기어(33)가 회전하고 이로 인하여 제1기어(31)가 화살표 1의 방향으로 상승한다. 그러면 도 7과 같이 스프링(35)이 수축한다. 스프링(35)이 수축하면 스프링(35)은 지지편(15)으로 압력을 가하므로 압력은 스틱바(11)로 전달되어 조작자에게 감지된다. 조작자는 물체를 이동시키도록 스틱바(11)를 회전시키기 위해서는 더 큰 힘을 가해야만 스틱바(11)를 회전시킬 수 있다. 따라서 스틱바(11)의 회전이 더욱 어려워진다. 한편 이 경우 제1기어(31)가 상승하므로 스틱바(11)는 각도 b 만큼 회전시킬 수 있다. 따라서 회전시킬 수 있는 각도가 줄어든다. 그래서 제1기어(31)가 상승하면 스틱바(11)의 회전각도가 제한될 뿐만 아니라 스프링(35)이 수축되어 스틱바(11)에 압력을 가하므로 스틱바(11)를 회전시키기가 힘들어진다.

스틱바(11)를 복귀시키도록 이동시키면 압력센서에서 측정되는 압력은 작아지므로 모터(25)가 반대로 회전하여 제1기어(31)가 화살표 3의 방향으로 이동한다. 그러면 스프링(11)은 원래의 길이로 복귀하므로 스틱바(11)에 작용하는 압력은 줄어들고 스틱바(11)를 회전시킬 수 있는 각도는 도 6과 같이 늘어난다.

따라서 본 실시예에 의하면 압력센서에 압력이 작용하면 스틱바(11)의 회전각도를 구속할 뿐 아니라 스틱바(11)에 압력을 가하여 그 회전을 힘들게 할 수 있다.

10 : 스틱수단 11 : 스틱바
12 : 일단 13 : 타단
14 : 볼 15 : 지지편
17 : 하우징 18 : 돌기
20 : 감지수단 21 : 자석
23 : 마그네틱센서 25 : 모터
30 : 가압수단 31 : 제1기어
33 : 제2기어 35 : 스프링
37 : 환형링

Claims (4)

1. 일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한 스틱수단과,
   상기 스틱수단의 회전의 위치를 감지하는 감지수단과,
   압력센서로부터 압력이 측정되면 구동되는 모터와,
   상기 압력이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 모터의 구동으로 압력을 가하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조이스틱을 이용한 위치제어장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 가압수단은
   상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 스틱바의 회전각도를 제한하는 것을 특징으로 하는 조이스틱을 이용한 위치제어장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 스틱수단은
   상기 스틱바는 상기 일지점에 볼이 형성되고,
   상기 스틱바의 상기 일단이 삽입되고 상기 타단이 노출되며, 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 볼이 결합되는 하우징을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조이스틱을 이용한 위치제어장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 감지수단은
   상기 스틱바의 타단에 결합된 자석과,
   상기 자석의 위치를 감지할 수 있도록 상기 하우징에 창착된 복수의 마그네틱 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 조이스틱을 이용한 위치제어장치.
   

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