NL8004928A - Besturingsinrichting voor motoren. - Google Patents

Description

* V β i

VO 78T

Titel: Besturingsinrichting voor motoren.

De uitvinding heeft betrekking op een besturingsinriehting welke voorzien is van een in een behuizing geplaatste stuurknuppel en in het bijzonder een inrichting voor het besturen van de motoren van een rolstoel.

5 Besturingsinrichtingen kunnen voorzien zijn van een in een behui zing geplaatste stuurknuppel, welke stuurknuppel in de ruststand in in wezen verticale richting uit de behuizing uitsteekt en waarbij het in een bepaalde richting bewegen van de stuurknuppel de met de besturings-inrichting gekoppeldeaandrijfinrichting in een bepaalde richting doet 10 bewegen. De bekende stuurknuppels zijn hetzij ontworpen voor het besturen van zware werktuigen, zoals hijskranen, hetzij 'roor het besturen van bijvoorbeeld speelgoed.

Een stuurknuppel van de eerste soort is alleen al vanwege de afmetingen ervan ongeschikt om te gebruiken bij relatief kleine besturings-15 eenheden, zoals o.a. in elektrisch aangedreven rolstoelen worden toegepast. De stuurknuppels van de andere soort hebben als bezwaar, dat zij zijn uitgevoerd met potentiometers welke voorzien zijn van een contact-element dat over een weerstandsbaan kan bewegen. Aangezien stuurknuppels in hoofdzaak worden gebruikt in standen rond de centrale nulstand, zijn 20 de weerstandsbanen rond de plaats waar het contact element zich in de ruststand bevindt sterk aan slijtage onderhevig en treden na relatief korte gebruikstijd storingen op. Daarnaast zijn deze stuurknuppels relatief temperatuurgevoelig en daardoor is o.a. het nulpunt in de centrale stand niet eenduidig gedefinieerd. Een onnauwkeurig gedefinieerd nulpunt heeft 25 als bezwaar, dat de motoren ook in de ruststand gestuurd kunnen worden, waardoor in het geval van een motorisch aangedreven rolstoel een ongewenste beweging kan ontstaan. Om dit probleem te ondervangen zijn de bekende besturingen voorzien van een relatief groot onwerkzaam gebied rond de nulstand zodat voor een besturing in een bepaalde richting de 30 stuurknuppel over een eerste onwerkzaam gedeelte moet worden bewogen voordat de besturing in werking treedt, dit maakt de besturing vanzelfsprekend onnauwkeurig.

Het is bij een besturing voor een rolstoel ongewenst wanneer een beweging van de stuurknuppel in zijdelingse richting een even grote snel-35 heids verandering geeft als een beweging van de stuurknuppel in voor- of 8004928 * V* -2- achterwaartse richting,, omdat in dat geval een kantelen van de rolstoel op kan treden. Bij de bekende stuurknuppels is dit probleem opgelost door te voorzien in een van een opening voorziene plaat,, waarin de stuur-knuppel kan bewegen, waarbij de vorm van de opening aan het gewenste 5 bewegingspatroon is aangepast. Dit heeft bij een besturing voor een rolstoel het bezwaar, dat de . stuurkarakteristiek vast ligt en niet aan de specifieke eisen van de rolstoelgebruiker, die door diens handicap worden bepaald, kan worden aangepast.

Tenslotte zijn bij de bekende stuurknuppels de potentiometers’ 10 zodanig geplaatst, dat bij een beweging in voorwaartse richting van de stuurknuppel beide potentiometers worden bediend. Hiertoe zijn deze ten opzichte van de bedieningsrichting voor een beweging in voorwaartse richting elk onder een hoek van ^5° ten opzichte van die bedieningsrichting geplaatst. Tevens is voorzien in veren om de stuurknuppel bij 15 het loslaten daarvan in de ruststand terug te brengen. Door de plaatsing van die veren is bij de bekende stuurknuppel de veerdruk die moet worden overwonnen bij een beweging in voorwaartse richting groter dan die in een richting welke een hoek van 45° met de voorwaartse richting. Ook dit is -bij het toepassen van de stuurknuppel voor een rolstoelbesturing zeer 20 nadelig omdat een gehandicapte dikwijls slechts een zeer geringe kracht uit kan oefenen op de stuurknuppel en bij de bekende stuurknuppels eerder een beweging in bijvoorbeeld een richting schuin voorwaarts zou veroorzaken dan een beweging in de gewenste richting recht vooruit.

De uitvinding beoogt derhalve te voorzien in een besturingsinrich-25- -ting met- een in een behuizing geplaatste stuurknuppel, die wat afmetingen betreft geschikt is om toe te passen bij bijvoorbeeld een besturing voor een rolstoel, di^^edrijfszeker is en waarbij voorzien is in een duidelijk gedefinieerd.en temperatuuronafhankelijk nulpunt.

De uitvinding heeft tevens tot doel te voorzien in een stuurknuppel 30 met een instelbare stuurkarakteristiek en tenslotte heeft de uitvinding tot doel te voorzien in een stuurknuppel waarvan de bedieningskracht aangepast kan worden aan de eisen van de gebruiker.

De besturingsinrichting volgens de uitvinding wordt hiertoe gekenmerkt doordat in de behuizing voorzien is in elementen die licht kunnen 35 uitstralen en elementen die dit uitgestraalde licht kunnen detecteren en doordat met de stuurknuppel een orgaan is gekoppeld, dat het uitgestraalde 8004928 V i -3- licht kan afschermen in een richting naar de elementen voor het detecteren van het licht toe.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is voorzien in vier paar elementen voor het uitstralen respectievelijk detecte-5 ren van het licht en zijn deze paren onder hoeken van 90° ten opzichte van elkaar geplaatst rond een punt dat gelegen is in het verlengde van de as van de stuurknuppel, waarbij het orgaan voor het onderbreken van het licht tussen de paren elementen bewogen kan worden.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader beschreven worden 10 aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening, hierin toont.

fig. 1 een aanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van de stuurknuppel met bijbehorende behuizing voor het besturingsstelsel volgens de uitvinding; 15 fig· 2 een hlokschema van het besturingsstelsel voor een van de motoren; fig. 3 een schematische weergave, van een aantal mogelijke stuur-karakteristieken, welke met het besturingsstelsel volgens de uitvinding kunnen worden gerealiseerd en van de stuurkarakteristiek van een bekende 20 stuurknuppel.

Fig. 1 toont de stuurknuppel met bijbehorende behuizing volgens de uitvinding,bestaande uit een*bedieningsknop 13, die “bevestigd is aan een bedieningsas 1, een rubberen balg 1h, welke een stofdichte afsluiting van het inwendige van de behuizing 15 waarborgt en een vrijelijke bewe-25 ging van de knop 13 met de as 1 mogelijk maakt. Het eigenlijke besturings-gedeelte van de stuurknuppel, dat bewegingen van de as 1 met de knop 13 omzet in daarmee evenredige uitgangssignalen is geplaatst in de behuizing 15» welke aan de onderzijde is afgesloten met behulp van een deksel' 12.

De as 1 is aan de onderzijde via een lager 2 binnengevoerd in de 30 behuizing 15 en via een kogel 3 gekoppeld met een centreerschijf 9·

Deze schijf 9 ligt aan de omtrek aan tegen segmenten 5 waarin een ringvormige veer 6 is opgenomen. De veersegmenten 5 zijn beweegbaar binnen een uit twee slijtplaten k en 7 opgebouwd ringvormig huis.

Door de werking van de veer 6 en de segmenten 5 zal de stuurknuppel, 35 wanneer deze wordt losgelaten steeds in de centrale nulstand terugkeren. Tevens is de veerkracht, die bij het bedienen van de stuurknuppel wordt ondervonden, in alle richtingen even groot.

8004928 ψ V» -fc-

Door veren 5 met verschillende, gecalibreerde veereigenschappen toe te passen, is het mogelijk de kracht in te stellen die nodig is om de stuurknuppel heen en veer te bewegen. Dit is in het bijzonder van belang indien de stuurknuppel wordt toegepast bij een rolstoelbesturing omdat 5 er bij gehandicapten, die van een dergelijke rolstoel gebruik maken, een groot verschil kan bestaan in de kracht welke zij op de stuurknuppel kunnen uitoefenen. Bij een veer 6 met een zeer geringe veerkracht is het bedienen van de stuurknuppel met een minimale hoeveelheid kracht mogelijk; bij bestaande stuurknuppels moet altijd de vrijvingskracht tussen de 10 lopers en de weerstandsbanen van de potentiometers als extra kracht worden overwonnen, zodat daarbij altijd een relatieve grote kracht nodig is.

Aan de onderzijde van de centreerschijf 9 is een besturingsschijf 10 bevestigd. Deze schijf 10 kan evenals de centreerschijf 9 door middel van het bewegen van de as 1 met de knop 13 heen en weer worden bewogen.

15 De besturingsschijf 10 is daarbij geplaatst tussen, twee van elektronische componenten voorziene platen respectievelijk 8 en 11. De plaat 8 bijvoorbeeld kan elementen dragen die licht uit kunnen stralen, zoals licht emitterende diodes, terwijl de plaat 11 dan elementen draagt die dit licht kunnen detecteren,zoals lichfgevoelige veerstanden, een opstelling in omgekeerde "20 zin is vanzelfsprekend ook mogelijk. Om een besturing evenredig met de • verplaatsing van de schijf 10 mogelijk te maken is een aantal licht uit- « stralende elementen op de plaat in een lijn geplaatst. Ook is het mogelijk een lijnvormig licht uitstralende bron toe te passen. Ook de tegenover gelegen licht detecterende elementen zijn lijnvormig of bestaan uit 25 een aantal in lijn geplaatste afzonderlijke licht ontvangende elementen.

Om een juiste besturing mogelijk te maken is voorzien in vier paar elementen voor het uitstralen respectievelijk ontvangen van het licht en zijn deze paren tegenover elkaar onder hoeken van 90° ten opzichte van elkaar op respectievelijk de platen 8 en 11 symmetrisch rond het ver-30 lengde van de as 1 geplaatst.

Onder verwijzing naar fig. 2 zal nu het besturings stelsel en in het bijzonder de werking van de stuurknuppel worden besproken.

In fig. 2 is met 20 de stuurknuppel schematisch in bovenaanzicht . .de .

aangegeven, waarbij reeksen lichtgevoelige elementen als rechthoekige 35 segmenten 21 t/m 2h zijn aangegeven.Ta1 -verdóddijkiDg v.d.wakirg v.d.stuurknuppel wordt aangenomen dat een beweging van de stuurknuppel in de richting van het segment 21 overeen moet komen met een besturing van de rolstoel in voorwaartse richting, daarbij komt dan een beweging in de 8004928 *ί> ? -5- richting van de segmenten 22, 23 en 2b overeen met respectievelijk een besturing van de rolstoel naar rechts, naar achteren en naar links. Het zal duidelijk zijn dat deze. keuze geheel arbitrair is en naar behoefte kan worden gewijzigd. Bij het bewegen van de stuurknuppel in de richting 5 van het segment 21, zal de hoeveelheid licht, die door het schijfvormige orgaan 10 (fig. 1) wordt afgeschermd voor het segment 21 toenemen, voor het segment 23 af nemen en voor de segmenten 22 en 2b eveneens toenemen, maar zodanig, dat de verhouding van de hoeveelheid licht die deze segmenten ontvangen gelijk blijft. De lichtgevoelige segmenten 21 t/m 2b 10 zijn zodanig uit gevoerd dat de impedantie ervan afhankelijk van de hoeveelheid opvallend licht varieert. Een beweging, van de stuurknuppel in de richting van het segment 2b zal dan ook de verhouding van de impedan-ties van de segmenten 22 en 2b ten opzichte van elkaar doen veranderen, terwijl de verhouding van de impedanties van de segmenten 21 en 23 aan 15 elkaar gelijk blijft- Het paar segmenten met lichtgevoelige elementen 21 en 23 is opgenomen in een elektronische keten welke een uitgangssignaal afgeeft, dat evenredig is met de verhouding van de impedanties van de lichtgevoelige segmenten en ook het paar segmenten 22 en 2b is in een dergelijke keten opgenomen. Het uitgangssignaal van de keten voor de 20 segmenten 21 en 23 verschijnt op de aansluitklem 25 van de stuurknuppel en het uitgangssignaal van de segmenten 22 en 2b verschijnt op de aansluitklem 26. Wanneer men de uitgangssignalen op de klem 25 en 26 via een geschikte mengketen rechtstreeks toe zou voeren aan de linker en rechter mot or aandrijving, zou een beweging van de stuurknuppel, vanuit 25 een stand waarin de aandrijving van de motoren in voorwaartse richting maximaal is,naar links of naar rechts resulteren in een ongewenst snelle verandering van richting waardoor een omkiepen van bijvoorbeeld de rolstoel zou kunnen plaatsvinden. Ook bij andere standen van de stuurknuppel kan bij het snel naar links veranderen van'richting een ongewenst snelle 30 verandering optreden. Bij bestaande stuurknuppels,welke zijn uitgevoerd met potentiometers wordt dit probleem opgelost door de as van de stuurknuppel op te nemen in een ruitvormige uitsparing zoals die aangegeven is in fig. 3A. Hierdoor zijn veranderingen van bijvoorbeeld een richting vooruit naar een zijwaartse richting slechts mogelijk via de begrenzing 35 van de uitwendige opening en zijn derhalve te snelle variaties in zijwaartse richting uitgesloten. Fig. 3B toont de stuurkarakteristiek welke 8004928 -6- verkregen zou -worden wanneer men de uitgangssignalen 25 en 26 na menging rechtstreeks toe zou voeren aan de motoren. Fig. 3C toont een stuurkarak-teristiek welke verkregen kan worden na een geschikte correctie van het uitgangssignaal op klem 26. Deze correctie wordt uit gevoerd in het. "blok 5 27 en kan afhankelijk van de specifieke eisen afgeregeld worden op elk van de met stippellijnen aangegeven stuurkarakteristieken en vanzelf- · sprekend ook de tussenliggende karakteristieken. De schijf 10 welke het licht naar de segmenten 21 t/m 2k onderbreekt is daarbij zo gekozen, dat deze in de ruststand de lichtstralen in het geheel niet onderbreekt.

10 Fig. 3D toont een aantal ellipsvormige stuurkarakteris tieken welke door een geschikte instelling van het blok 27 kunnen worden verkregen, wanneer de schijf 10 in de matst and de segmenten 21 t/m 2k voor ongeveer 50% overlapt. Door een andere keuze voor de schijf 10 kunnen vanzelfsprekend ook stuurkarakteristieken met weer andere vormen wor-15 den verkregen.

Het uitgangssignaal van de correctieketen 2T wordt in de mengketen 28 op geschikte wijze gecombineerd met het signaal op de uitgangsklem. 25 en via de klemmen 29 en 30 toegevoerd aan respectievelijk de besturings-keten voor de linker motor en de besturingsketen voor de rechter motor.

20 Aangezien deze beide besturingsketens volledig aan elkaar, gelijk zijn is uitsluitend de keten welke is aangesloten op klem 29 getoond. Met de uitgangsklem 29 is een keten 31 verbonden, welke tot doel heeft snelle variatie in het aan de klem 29 aanwezige signaal te detecteren. Bij gehandicapten is bij het besturen van een rolstoel nl. een plotselinge 25 beweging van de stuurknuppel ten gevolge van een spastische beweging niet onwaarschijnlijk. Dit zou kunnen leiden tot een ongewenste beweging van de rolstoel of, bij het reeds in beweging zijn van de rolstoel, tot een ongewenste richting- of snelheids verandering. De keten 31 vóórziet nu in middelen welke een variatie met een tevoren bepaalde, ongewenste 30 grootte kunnen detecteren en ‘daarop de besturing van de rolstoel volledig kunnen uitschakelen totdat de stuurknuppel weer in de ruststand is gebracht. Hiertoe kan bijvoorbeeld het uitgangssignaal op klem 29, zowel rechtstreeks toegevoerd worden aan de eerste ingang van een verschilver-sterker als via een geschikt RC-netwerk toegevoerd worden aan de tweede 35 ingang van diezelfde verschilversterker. Zolang de variaties in het signaal op klem 29 nu niet te snel zijn, zal het ingangssignaal op beide gang-klemmen van de verschilversterker gelijk zijn en zal er geen signaal‘aan 8004928 -7- de uitgang ervan aanwezig zijn. Zodra het signaal op klem 29 echter een te snelle variatie toont, zal het signaal door de RC-keten vertraagd worden doorgegeven, zodat tussen de ingangen van de verschilversterker een ver-schilsignaal is. Hierdoor zal tevens een uitgangssignaal ontstaan, dat 5 benut kan worden om het signaal op klem 29 te blokkeren.

Wanneer de keten 31 niet geactiveerd is, is het signaal op klem 29 via de keten 32, waarvan de functie in het hiernavolgende besproken zal worden, verbonden zowel de ketens 33,3^· en 1*0. De ketens 33 en 3^ zetten het analoge signaal om in digitale signalen. Deze signalen zijn via de 10 klemmen 38 en 39 aangelegd aan blok 1*2 en bepalen de draairichting van de met de-besturing verbonden motor. Keten 1*0 zet het analoge signaal eveneens om in een digitaal signaal, welk signaal eveneens via klem 1*1 met blok 1*2 is gekoppeld. Het signaal op klem 1*2 bepaald de draaisnelheid van de motor. Aan de uitgang 1+3 van blok 1*2 is het volledige besturingssignaal 15 voor een van de motoren aanwezig.

De digitale uitgangssignalen van de blokken 33 en 3l+ worden vergeleken door de keten 35 en deze keten geeft een uitgangssignaal op de uitgangsklem ervan die verbonden is met de keten 36, wanneer de signalen aan de uit gangs klemmen van de ketens 33 en 3l* niet aan 20 elkaar gelijk zijn. De ketens 35 5 36 , 37 en 32 vormen de nulpunt sinstel ling van het besturingsstelsel.

Om het besturingsstelsel onafhankelijk te maken van omgevingsinvloeden, zoals temperatuur en vochtigheid en om een minimaal onderhoud te waarborgen is de stuurkauppel voorzien van een nulpuntsdetectie, welke een 25 aantal, bijvoorbeeld 2, licht uitstralende elementen en een gelijk aantal lichtgevoelige elementen, die zodanig geplaatst zijn dat zij het licht van de licht uitstralende elementen kunnen ontvangen, omvat. De elementen zijn zodanig geplaatst, dat in de ruststand van de stuurknuppel, dat wil zeggen wanneer de as van de stuurknuppel in het midden staat 30 van het cirkelvormige bewegingsvlak van de knuppel, de lichtbundels van de licht uitstralende elementen zijn onderbroken. De licht uitstralende en de lichtgevoelige elementen kunnen hiertoe bijvoorbeeld bevestigd zijn op plaat 8,tegenover elkaar rond een verlengstuk 16 Taa as 1 .waneer de lich±xtndels van de licht uitstralende elementen zijn onderbroken wordt "/ia de keten 35 37 een bekrachtigingssignaal aangelegd aan keteis 36. Alleen wanneer keten 36 is bekrachtigd, is deze werkzaam om het uitgangssignaal van keten 35, dat een digitaal signaal is, cm te zetten in een analoog uitgangsssignaal 8004928 -8- dat verbonden is met de tweede ingangsklem van keten 32. De keten 32 is zodanig uitgevoerd dat deze in de ruststand van de stuurknuppel het uitgangssignaal naar de ketens33 en 3¼ zodanig regelt, dat de keten 35 geen verschil detecteert aan de uitgangen van de keters 33 en 3^. Hierdoor is 5 het signaal op de klemmen 38 en 39 voor de motor gelijk en is de besturing 4*ond de ruststand van de stuurknuppel altijd nauwkeurig symmetrisch. Op deze wij kunnen alle temperatuurinvloeden, verouderingsverschijnselen en dergelijke door de lus bestaabde uit de ketens 35 5 36 en 32 worden gecorrigeerd.

10 Ter extra beveiliging is het' uitgangssignaal van keten 37 eveneens verbonden met een ingang van keten 1*0. Keten ^0 is daarbij zodanig gedimensioneerd, dat deze is geblokkeerd wanneer keten 37 een uitgangssignaal afgeeft en dus de stuurknuppel in de ruststand is. Hierdoor is ten alle tijde verzekerd dat de motoren in de ruststand van de stuurknuppel niet 15 kunnen worden aangedreven.

Het zal duidelijk zijn dat er in het beschreven besturingsstelsel een groot aantal variaties aangebracht kunnen worden zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

20 8004928

Claims (7)

1. Besturingsinrichting voor motoren, omvattende een stuurknuppel die be-beweegbaar geplaatst is in een behandeling, met het kenmerk, dat. in de behuizing voorzien is in elementen die licht kunnen uitstralen en elementen die licht kunnen ontvangen, waarbij de impedantie van deze elementen afhan-5 kelijk is van de hoeveelheid ontvangen licht en dat met de stuurknuppel een orgaan is gekoppeld dat het uitgestraalde licht in een richting naar de licht .ontvangende elementen toe kan afschermen.

2. Besturingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voorzien is in een viertal stelsels licht uitstralende elementen en. een 10- viertal daarbij behorende stelsels licht ontvangende elementen, waarbij ieder paar stelsels tegenover elkaar, aan weerszijden van het bewegings— vlak van het af schermer gaan is geplaatst onder steeds een hoek van ongeveer 90° ten opzichte van elkaar en symmetrisch rond. de as van de stuurknuppel.. 15 3· Besturingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het afschermorgaan een cirkelvormige schijf is, welke zodanig is bemeten,, dat in de ruststand van de schijf het door de licht uitstralende elementen uitgestraalde licht de licht ontvangende elementen volledig kan bereiken. 20 li. Besturingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het afschermorgaan een cirkelvormige schijf is, welke zodanig is bemeten, dat in de ruststand van de schijf het door de licht uitstralende elementen uitgestraalde licht de licht ontvangende elemaifcen voor ongeveer 50$ kan bereiken. 25 5· Besturingsinrichting volgens êén der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de behuizing voorzien is in een verder stelsel licht uitstralende elementen en daarbij behorende licht ontvangende elementen, welke zodanig zijn aangebracht, dat in de ruststand van het afscherm-orgaan het licht van die licht uitstralende elementen volledig is afge- 30 schermd in een richting naar de licht ontvangende elementen toe.

6. Besturingsinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat voorzienig in een keten voor een automatische nulpunt sinstelling, omvattende een nuldetectieketen welke in de ruststand van de stuurknuppel een bekrachtigingssignaal af kan geven voor de nulpuntsinstelling. 8004928 -10-

7. Besturingsinrichting volgens een der conclusies 1 t/m ^et- • het kenmerk., dat de variaties in de impedantie van een eerste paar tegenover elkaar· gelegen licht ontvangende elementen via een verzwakkingsketen zijn gekoppeld naar een mengketen en dat de variaties in de impedanties 5 van een tweede paar licht ontvangende elementen tevens gekoppeld zijn met deze mengketen, -waarbij het uitgangssignaal van de mengketen gekoppeld is met een tweetal besturingsstelsels respectievelijk voor een linker motor en een rechter motor.

8. Besturingsinrichting volgens conclusie 7> met het kenmerk, 10 dat met uitgang van de mengketen een keten gekoppeld is voor het detecteren; van een te snelle variatie in het uitgangssignaal van de mengketen om bij een zodanige te snelle variatie de uitgang van de mengketen blokkeren.

9. Besturingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met 15 het kenmerk, dat de stuurknuppel gekoppeld is met een uitwisselbaar voorspanningsorgaan, dat zodanig is bemeten dat de bedieningskracht van de stuurknuppel in alle richtingen in hoofdzaak gelijk is.

10. Besturingsinrichting volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat het voorspanningsorgaan een gecalibreerde ringvormige veer is. 8004928