RU2497177C1 - Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control - Google Patents

Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control Download PDF

Info

Publication number
RU2497177C1
RU2497177C1 RU2012110549/08A RU2012110549A RU2497177C1 RU 2497177 C1 RU2497177 C1 RU 2497177C1 RU 2012110549/08 A RU2012110549/08 A RU 2012110549/08A RU 2012110549 A RU2012110549 A RU 2012110549A RU 2497177 C1 RU2497177 C1 RU 2497177C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
joystick
mini
hand
joysticks
Prior art date
Application number
RU2012110549/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012110549A (en
Inventor
Владимир Степанович Никитин
Роман Борисович Белов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор"
Priority to RU2012110549/08A priority Critical patent/RU2497177C1/en
Priority to PCT/RU2012/000448 priority patent/WO2013141746A1/en
Publication of RU2012110549A publication Critical patent/RU2012110549A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497177C1 publication Critical patent/RU2497177C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0338Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: device includes at least two joysticks, in the top part of which there is at least one mini-joystick; the middle part has a shape adapted for gripping with the hand; each joystick is immovably connected to the control object with the possibility of adjusting the position under the length of the hands of the pilot, such that they are used as unloading levers, wherein the pilot is able, while holding them, to remove the overload on his body and hands, while focusing on control with fingers; the shape of the joysticks is in form of figures from the top part of which at least one shaped shelf, on which at least one mini-joystick is mounted, moves away towards the index finger and middle finger of the hand or envelopes the joystick.
EFFECT: design of a device which enables extremely fast and easy generation of control commands for hyper-manoeuvre high-speed aircraft and spacecraft in conditions of strong vibrations and overload.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для ввода информации в ЭВМ. The invention relates to computing, in particular to devices for entering information into a computer.

Оно может быть использовано для ввода информации в ЭВМ в скоростных летательных или космических аппаратах и других транспортных или иных средствах, хотя бы временно подвергающихся действию сильных вибраций и перегрузок, для управления этими аппаратами, а также для высокоточного наведения управляемого оружия, в том числе и размещенного на этих аппаратах.It can be used to enter information into computers in high-speed aircraft or spacecraft and other vehicles or other vehicles, at least temporarily exposed to strong vibrations and overloads, to control these devices, as well as for high-precision guidance of guided weapons, including those placed on these devices.

Известен и широко применяется способ ввода информации в ЭВМ с использованием клавиатуры и джойстика, при котором задействованы дисплей и блок управления. Known and widely used is the method of entering information into a computer using a keyboard and joystick, in which a display and a control unit are involved.

Нажимая на клавиши клавиатуры или на джойстик, оператор инициирует передачу соответствующих электронных кодов на блок управления. Получая электронные коды, блок управления генерирует соответствующие управляющие команды. By pressing the keys of the keyboard or the joystick, the operator initiates the transfer of the corresponding electronic codes to the control unit. Receiving electronic codes, the control unit generates the corresponding control commands.

Известен патент США US7170420 «Эргономичный пульт дистанционного управления телевидения» для передачи управляющих сигналов на телевизор, видеомагнитофон или DVD. На пульте (по патенту ручке управления) расположено множество переключателей для управления телевизором одной рукой, позволяющих управлять громкостью звука телевизора, отключением звука, переключением каналов (вверх и вниз). Ручка управления может быть запрограммирована пользователем. Микропроцессор сохраняет выбранные пользователем, программирует телевизионные каналы и позволяет включать их указательным пальцем. Known US patent US7170420 "Ergonomic remote control television" for transmitting control signals to a TV, VCR or DVD. On the remote control (according to the patented control knob) there are many switches for controlling the TV with one hand, which allow you to control the TV volume, mute, switch channels (up and down). The control knob can be programmed by the user. The microprocessor saves the user-selected ones, programs the television channels and allows you to turn them on with your index finger.

Известен патент США US 7379052 «Наручные устройства управления компьютером», по которому устройство крепится к руке ремнем или другими способами, а управляющим элементом устройства может быть трекбол, джойстик, сенсорная панель или другое устройство, которым можно управлять большим пальцем пользователя и в сочетании с одним или несколькими переключателями нажимаемыми кончиками пальцев, что обеспечивает функциональную эквивалентность стандартной компьютерной мыши или трекбола. Known US patent US 7379052 "Wrist computer control device", in which the device is attached to the arm with a belt or other methods, and the control element of the device may be a trackball, joystick, touchpad or other device that can be controlled by the user's thumb and in combination with one or multiple switches with pushable fingertips, which ensures functional equivalence of a standard computer mouse or trackball.

Недостатками аналогов является функциональная неравномерность нагрузки на пальцы. Практически все функции пульта выполняются большим пальцем руки, а остальные пальцы руки бездействуют. Это снижает эффективность и скорость управления.The disadvantages of analogues is the functional unevenness of the load on the fingers. Almost all the functions of the remote control are performed by the thumb, and the rest of the fingers are inactive. This reduces the efficiency and speed of control.

Известно устройство по патенту РФ №2024048. Это устройство, не являясь предметом указанного патента, упоминается как вспомогательное средство и представляет собой двухслойные перчатки, между слоями которых монтируются контактные датчики, а также соединяющие их провода. Изобретение предназначено для ввода в ЭВМ информации о положении рук водителя на ободе рулевого колеса. Вспомогательное средство в форме перчатки применяется с целью фиксации датчиков касания на внутренней поверхности кисти руки водителя. Недостатком устройства является его избыточность. Несмотря на то, что в нем все пальцы руки могли бы быть функционально нагружены равномерно, такое устройство кроме управляющих сигналов передает множество помех, которые возникают при естественном шевелении пальцев оператора. Отличить, где сигнал управления, а где ошибка в таких устройствах, достаточно сложно.A device is known according to the patent of the Russian Federation No. 2024048. This device, not being the subject of this patent, is referred to as an auxiliary tool and is a two-layer glove, between the layers of which contact sensors are mounted, as well as the wires connecting them. The invention is intended to enter into the computer information about the position of the driver's hands on the steering wheel rim. An auxiliary tool in the form of a glove is used to fix touch sensors on the inner surface of the driver’s hand. The disadvantage of this device is its redundancy. Despite the fact that in it all the fingers of the hand could be functionally loaded uniformly, such a device, in addition to control signals, transmits a lot of interference that occurs during the natural movement of the fingers of the operator. It is quite difficult to distinguish where the control signal is and where the error is in such devices.

Прототипом является решение, изложенное в патенте РФ №2333527 «Устройство ввода информации в ЭВМ - противоперегрузочный полиджойстик». The prototype is the solution set forth in RF patent No. 2333527 "Computer input device - anti-boot poly-joystick."

Согласно патенту №2333527 устройство содержит внешнюю оболочку, охватывающую кисть руки, внутри которой расположена внутренняя оболочка, имеющая форму кисти руки, а между оболочками напротив поверхности фаланг пальцев расположены чувствительные элементы. На нижней внутренней поверхности внешней оболочки напротив нижних поверхностей конечных фаланг пальцев руки расположены управляющие датчики, соединенные своими чувствительными элементами в этих местах с эластичной внутренней оболочкой устройства. В качестве управляющих датчиков используются двухкоординатные или однокоординатные джойстики, или кнопки, или различные комбинации разных джойстиков и кнопок.According to patent No. 2333527, the device comprises an outer shell covering the hand, inside which is located an inner shell having the shape of a hand, and sensitive elements are located between the shells opposite the surface of the phalanx of the fingers. On the lower inner surface of the outer shell opposite the lower surfaces of the final phalanges of the fingers of the hand are located control sensors connected by their sensitive elements in these places to the elastic inner shell of the device . As control sensors, two-axis or single-axis joysticks, or buttons, or various combinations of different joysticks and buttons are used.

В прототипе внешняя оболочка неподвижно соединена или с прочным элементом корпуса средства, в котором ведется ввод информации в ЭВМ, например транспортного средства или управляемого объекта, или с гиростабилизированной поверхностью, в зоне удобной досягаемости оператора.In the prototype, the outer shell is fixedly connected either with a strong element of the body of the tool, in which information is input into a computer, for example, a vehicle or a controlled object, or with a gyro-stabilized surface, in the zone of convenient reach of the operator.

Недостатком прототипа является высокий уровень помех и неудобство пользования, так как руки быстро устают, постоянно находясь в положении, показанном на рисунках к описанию патента.The disadvantage of the prototype is the high level of interference and inconvenience of use, as the hands quickly get tired, constantly being in the position shown in the figures to the description of the patent.

Известны устройства ввода информации в бортовые ЭВМ, содержащие две ручки управления в виде двух джойстиков. Такие системы управления используются в кабинах крупных самолетов («Boeing 737», «Airbus A320» и т.п.), или космических аппаратов («Шаттл», «Буран»), управляемых двумя пилотами (космонавтами). В них у кресла каждого пилота установлено по одной ручке управления в виде джойстика, средняя часть которого часть имеет форму, адаптированную для охвата кистью руки, а в верхней части каждого джойстика установлен, как правило, один двухкоординатный миниджойстик и другие средства управления, например многопозиционные переключатели, средства индикации в виде светодиодов или ламп. Ручки управления в виде джойстиков, на которых установлено больше одного двухкоординатного миниджойстика, неизвестны.Known devices for inputting information into on-board computers containing two control knobs in the form of two joysticks. Such control systems are used in the cockpits of large aircraft (Boeing 737, Airbus A320, etc.), or spacecraft (Shuttle, Buran), controlled by two pilots (astronauts). In each pilot’s seat, they have one control stick in the form of a joystick, the middle part of which has a shape adapted to be covered by the hand, and at the top of each joystick there is usually one two-axis mini-joystick and other controls, for example multi-position switches , means of indication in the form of LEDs or lamps. The control sticks in the form of joysticks on which more than one two-axis mini-joystick is installed are unknown.

Недостатком таких решений является сложность управления аппаратом, совершающим маневры с высокими перегрузками. The disadvantage of such solutions is the difficulty of controlling the apparatus, performing maneuvers with high overloads.

В патенте РФ №2333527 «Устройство ввода информации в ЭВМ - противоперегрузочный полиджойстик» на рисунках показаны два симметричных устройства для левой и правой руки, содержащие по пять миниджойстиков. Однако они не имеют формы ручек управления. Это приводит к появлению высокого уровня помех от случайного перемещения пальцев и является недостатком устройства.In the patent of the Russian Federation No. 23353527 "Information input device in a computer - anti-boot poly-joystick" the figures show two symmetric devices for the left and right hands, containing five mini-joysticks. However, they do not have the shape of control knobs. This leads to a high level of interference from accidental movement of the fingers and is a disadvantage of the device.

Технический результат, получаемый от предлагаемого изобретения, заключается в создании устройства, позволяющего чрезвычайно быстро и легко формировать команды управления для гиперманевренных скоростных летательных и космических аппаратов, как в условиях действия сильных вибраций и перегрузок, так и при дистанционном управлении.The technical result obtained from the present invention is to create a device that allows extremely quickly and easily generate control commands for hyper-maneuverable high-speed aircraft and spacecraft, both under conditions of strong vibrations and overloads, and with remote control.

Термин «сверхманевренность» в Википедии определяется как «способность некоторых самолетов сохранять устойчивость и управляемость на закритических углах атаки с высокими перегрузками…» http://ru.wikipedia.org/wiki/сверхманевренность)The term “over-maneuverability” in Wikipedia is defined as “the ability of some aircraft to maintain stability and controllability at supercritical angles of attack with high overloads ...” http://ru.wikipedia.org/wiki/ super-maneuverability)

В статье «Беспилотникам принадлежит будущее военной авиации? [Интернет-издание "Военный паритет",15.10.11, http://www.militaryparitet.com/perevodnie/data/ic_perevodnie/1735] термин «гиперманевренность» раскрывается как «чрезвычайно высокая маневренность, особенно по боковым ускорениям, выдержать которые пилот не может». В данном описании термин «гиперманевренность» применяется именно в таком понимании.In the article “Do drones own the future of military aviation?” [Internet publication Military Parity, 10/15/11, http://www.militaryparitet.com/perevodnie/data/ic_perevodnie/1735] the term "hypermaneuverability" is disclosed as "extremely high maneuverability, especially for lateral accelerations that the pilot can withstand, can not". In this description, the term "hypermaneuverability" is used in this sense.

В свое время технология «стелс» стала базовой идеей истребителей «невидимок» 5-го поколения. Теоретически американский истребитель «невидимка» F-22 способен расстрелять целое звено МиГ-31 еще до того, как будет обнаружен. Это существенно изменило тактику воздушного боя. Современные воздушные сражения ведутся по принципу «первым увидел - первым сбил». Маневренность была отодвинута на второй план. С появлением у конкурентов технологии «стелс» ее преимущества постепенно нивелируются. При схватке F-22 с новейшим российским истребителем 5-го поколения Т-50 (ПАК-ФА) «невидимка» теряет свои преимущества. Поэтому многие эксперты считают, что исход сражения двух малозаметных истребителей вновь будет определяться их маневренностью. Многие эксперты считают, что гиперманевренностью будут обладать, прежде всего, беспилотные аппараты. At one time, stealth technology became the basic idea of fifth-generation invisible fighters. Theoretically, the F-22 “invisible” American fighter is capable of shooting an entire MiG-31 unit even before it is detected. This significantly changed the tactics of air combat. Modern air battles are conducted on the principle of "first saw - first shot down." Maneuverability was pushed into the background. With the emergence of rival stealth technology, its advantages are gradually leveled. When the F-22 fights with the latest Russian fifth-generation fighter T-50 (PAK-FA), the "invisibility" loses its advantages. Therefore, many experts believe that the outcome of the battle of two stealth fighters will again be determined by their maneuverability. Many experts believe that unmanned aerial vehicles will possess hypermaneuverability, first of all.

Особенностью современных зенитных ракет является их способность поражать цели, маневрирующие с ускорениями, не превышающими 15-17g. Но они и не проектировались для этого. Задача ракеты - догнать цель и поразить ее издалека широким пучком поражающих элементов. Если цель будет способна маневрировать с ускорениями, превышающими 17-20 g, и вовремя увидит подлетающую ракету, то она успеет выйти из зоны поражения. Следовательно, если добиться маневренности самолета, превышающей 17-20 g, - он станет неуязвим для ракет противника. A feature of modern anti-aircraft missiles is their ability to hit targets maneuvering with accelerations not exceeding 15-17g. But they were not designed for this. The missile's task is to catch up with the target and hit it from afar with a wide beam of damaging elements. If the target will be able to maneuver with accelerations exceeding 17-20 g, and in time to see a flying rocket, then it will have time to leave the affected area. Consequently, if we achieve maneuverability of an aircraft exceeding 17-20 g, it will become invulnerable to enemy missiles.

Однако управлять аппаратом, совершающим маневры с высокими перегрузками, с помощью ручек управления (РУ) в виде джойстиков становится очень сложно. Даже если производится управление беспилотником, время перемещения ручки управления из одного крайнего положения в другое должно составлять десятые доли секунды. Практика показывает, что скоростные маневры, требующие многократно и быстро произвести полный ход ручки управления в виде джойстика, очень трудно осуществлять даже в условиях, когда на пилота не действует перегрузка. У обычного джойстика слишком большой полный ход - при переводе из одного крайнего положения в другое он равен примерно 150 мм. При скорости руки в 2 м/с время каждого перехода составит tд = 0,15 / 2,0 = 0,075 c. А осуществить многократные перемещения ручки управления из одного крайнего положения в другое при маневрах в условиях действия большой перегрузки будет чрезвычайно сложно. Полноценное управление в таких условиях становится невозможным.However, it becomes very difficult to control the apparatus performing maneuvers with high overloads using the control sticks (RU) in the form of joysticks. Even if the drone is being controlled, the time it takes to move the control handle from one extreme position to another should be tenths of a second. Practice shows that high-speed maneuvers, requiring repeatedly and quickly to complete the full course of the control stick in the form of a joystick, is very difficult to carry out even in conditions when the pilot is not overloaded. The usual joystick has too much full stroke - when moving from one extreme position to another, it is approximately 150 mm. At a hand speed of 2 m / s, the time of each transition will be t d = 0.15 / 2.0 = 0.075 s. And to carry out multiple movements of the control handle from one extreme position to another during maneuvers in conditions of large overload will be extremely difficult. Full management in such conditions becomes impossible.

Указанный технический результат достигается за счет применения миниджойстиков с малым ходом управляющих рукояток, расположенных на ручке управления.The specified technical result is achieved through the use of mini-joysticks with a small stroke of the control handles located on the control handle.

Основные отличия заявляемого изобретения заключаются в следующем.The main differences of the claimed invention are as follows.

Отличия по п.1 формулыThe differences according to claim 1 of the formula

1.1 Каждая ручка управления выполнена в виде фигуры, от верхней части которой отходит в сторону или огибает ручку управления фигурная полка. На фигурной полке ручки управления установлено не менее одного миниджойстика.1.1 Each control handle is made in the form of a figure, from the upper part of which moves to the side or goes around the control handle of a figured shelf. At least one mini-joystick is installed on the curly shelf of the control handle.

Во всех известных реализациях джойстиков миниджойстики устанавливались в верхней части ручки управления и приводились в действие одним большим пальцем руки. В предлагаемом варианте миниджойстики дополнительно расположены на фигурной полке в области досягаемости подушечки первой фаланги среднего или указательного пальцев руки пилота, охватывающей ручку управления. Это отличие позволяет дополнительно включить в процесс управления указательный или безымянный палец, что расширяет маневренные возможности системы управления.In all known joystick implementations, the mini-joysticks were mounted on the top of the control handle and actuated with one thumb. In the proposed embodiment, the mini-joysticks are additionally located on the curly shelf in the reach of the pillows of the first phalanx of the middle or index finger of the pilot’s hand, covering the control handle. This difference allows you to additionally include the index or ring finger in the control process, which expands the maneuverability of the control system.

1.2. В нижней части места отхода фигурной полки от средней части ручки управления установлен, по крайней мере, еще один миниджойстик.1.2. At least one more mini-joystick is installed in the lower part of the place where the curly shelf departs from the middle part of the control handle.

Во всех известных реализациях джойстиков в верхней части ручки управления в зоне досягаемости указательного пальца размещались различные курки для управления оружием или кнопки. Установка в этой области миниджойстика позволяет расширить функциональность системы за счет более полного использования возможностей указательного пальца. Используя миниджойстик, можно формировать более сложные и функциональные сигналы управления. Например, при использовании миниджойстика вместо курка, можно подавать не только сигналы типа «0» и «1», но и сигналы, дифференцированные по направлению, т.е. «Х» и «У» Система понимает, что произведено нажатие вниз, влево или право. Это позволяет формировать более сложные сигналы управления. В известных системах управления этого нет. Следовательно, отличий 1.1 и 1.2 нет в известных решениях, поэтому они могут считаться новыми.In all known implementations of the joysticks, various triggers for controlling weapons or buttons were placed at the top of the control handle in the reach of the index finger. The installation in this area of the mini-joystick allows you to expand the functionality of the system due to a more complete use of the capabilities of the index finger. Using the mini-joystick, it is possible to form more complex and functional control signals. For example, when using the mini-joystick instead of the trigger, it is possible to send not only signals of the “0” and “1” type, but also signals differentiated in direction, i.e. “X” and “U” The system understands that a down, left or right push has been made. This allows the formation of more complex control signals. In known control systems, this is not. Therefore, there are no differences between 1.1 and 1.2 in the well-known solutions, therefore, they can be considered new.

Отличия по п.2 формулыDifferences in claim 2 of the formula

2. Устройство содержит ручку управления для левой руки и ручку управления для правой руки, которые являются зеркальными копиями друг друга, а их функции разделяются на «основную» и «вспомогательную» в зависимости от того, является ли оператор левшой либо правшой, и устанавливаются оператором программным путем.2. The device contains a control knob for the left hand and a control knob for the right hand, which are mirror copies of each other, and their functions are divided into “main” and “auxiliary” depending on whether the operator is left-handed or right-handed, and are set by the operator programmatically.

2.1. В известных системах управления, например, самолетами, как правило, используется по одному джойстику на пилота. При этом джойстики установлены либо посередине, либо справа от пилота, и не дифференцированы для управления левой или правой рукой. От этого ухудшается функциональность устройства. В предлагаемом решении ручки управления установлены по две штуки на одного пилота, что позволяет полностью задействовать возможности его рук по управлению аппаратом. Зеркальность создает максимальные удобства для пилота, так как ручки управления адаптированы к анатомическим особенностям каждой руки. 2.1. In known control systems, for example, airplanes, as a rule, one joystick is used per pilot. In this case, the joysticks are installed either in the middle or to the right of the pilot, and are not differentiated to control the left or right hand. This affects the functionality of the device. In the proposed solution, the control sticks are installed in two pieces per pilot, which allows you to fully use the capabilities of his hands to control the device. Mirroring creates maximum comfort for the pilot, as the control knobs are adapted to the anatomical features of each hand.

Следует заметить, что в прототипе, на рисунке к патенту №2333527, тоже показаны две симметричные части полиджойстика. Хотя в формуле изобретения и описании патента ничего не сказано о функциональном смысле симметричности противоперегрузочного полиджойстика, тем не менее, наличие двух симметричных частей прототипа может считаться зеркальностью конструкции, а значит, в какой-то степени может считаться известным решением. Однако в рамках ограничительной части формулы изобретения настоящей заявки, по которой заявляется «устройство ввода информации, содержащее не менее двух ручек ручек управления, … средняя часть которых имеет форму, адаптированную для охвата кистью руки», это отличие является новым, так как у прототипа вообще отсутствуют ручки управления, охватываемые кистями рук, что порождает множество помех, являющихся его ключевыми недостатками. It should be noted that in the prototype, the figure for the patent No. 2333527, also shows two symmetrical parts of the joystick. Although the claims and the description of the patent do not say anything about the functional sense of the symmetry of the anti-boot poly-joystick, nevertheless, the presence of two symmetrical parts of the prototype can be considered a mirror design, and therefore, to some extent, can be considered a well-known solution. However, in the framework of the restrictive part of the claims of the present application, which claims to be an “information input device containing at least two control knobs, the middle part of which has a shape adapted to be covered by the hand,” this difference is new, since the prototype generally there are no control knobs covered by the hands, which causes a lot of interference, which are its key shortcomings.

2.2. Пилот в зависимости от своих анатомических особенностей сам выбирает, какая ручка у него будет «основная», а какая «вспомогательная» в зависимости от того, является ли он левшой либо правшой. В зависимости от выбора оператора функции ручек устанавливаются программным путем. Это позволяет максимально адаптировать систему управления к особенностям пилота и повышает маневренность аппарата в целом. 2.2. Depending on his anatomical features, the pilot himself chooses which handle he will have “primary” and which “auxiliary” depending on whether he is left-handed or right-handed. Depending on the choice of the operator, the functions of the handles are set programmatically. This allows you to adapt the control system to the characteristics of the pilot and increases the maneuverability of the device as a whole.

Отличий 2.1 и 2.2 нет в известных решениях, поэтому они могут считаться новыми.There are no differences 2.1 and 2.2 in the well-known solutions, therefore they can be considered new.

3. Функции миниджойстиков, расположенных на ручках управления, устанавливаются оператором программным путем. В принципе изменение функций отдельных приборов программным путем известны. Но в рамках пункта 2.2 отличие 3 может считаться дополняющим и новым.3. The functions of the mini-joysticks located on the control sticks are set by the operator by software. In principle, changes in the functions of individual devices are known by software. But under paragraph 2.2, difference 3 can be considered complementary and new.

4. Ручки управления соединены с объектом управления неподвижно или с возможностью регулировки их положения. 4. The control knobs are connected to the control object motionlessly or with the possibility of adjusting their position.

Во всех известных устройствах ручки управления подвижны и должны отклоняться для управления аппаратом. В предложенном устройстве все управление аппаратом осуществляется миниджойстиками, расположенными на ручках управления, поэтому необходимость в подвижности ручек управления отпадает и они используются как разгрузочные ручки, за которые пилот может держаться при действии на него перегрузок, и снимающие нагрузку с рук. Для управления гиперманевренными аппаратами (ГМА) в условиях непосредственного пилотирования и действия перегрузок ручки управления могут быть прочно соединены с объектом управления (с возможностью регулировки их расположения перед полетом), при этом пилот имеет возможность, держась за них, снимать перегрузки, действующие на его тело и руки, сосредотачиваясь на управлении пальцами. In all known devices, the control knobs are movable and must be tilted to control the apparatus. In the proposed device, all control of the device is carried out by mini-joysticks located on the control knobs, so there is no need for mobility of control knobs and they are used as unloading handles, for which the pilot can hold under the influence of overloads, and remove the load from the hands. To control hyper-maneuverable devices (GMA) in the conditions of direct piloting and the action of overloads, the control knobs can be firmly connected to the control object (with the possibility of adjusting their location before the flight), while the pilot has the ability, holding on to them, to remove overloads acting on his body and hands, focusing on controlling the fingers.

Такого отличия в известных решениях в рамках ограничительной части нет, поэтому оно может считаться новым.There is no such difference in the known solutions in the framework of the restrictive part, therefore, it can be considered new.

5. Ручки управления установлены неподвижно на общем или на раздельных основаниях, имеющих возможность свободного перемещения. Такой вариант устройства удобно применять при управлении беспилотными летательными аппаратами с земли. Для условий дистанционного управления и компьютерных игр ручки управления могут быть установлены на общем или на раздельных основаниях, имеющих возможность свободного перемещения по рабочему столу оператора.5. The control knobs are mounted motionless on a common or on separate bases, with the possibility of free movement. This version of the device is convenient to use when controlling unmanned aerial vehicles from the ground. For conditions of remote control and computer games, the control knobs can be installed on a common or on separate bases, with the ability to freely move around the operator’s desktop.

Такого отличия в известных решениях в рамках ограничительной части нет, поэтому оно может считаться новым.There is no such difference in the known solutions in the framework of the restrictive part, therefore, it can be considered new.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 1-3:The invention is illustrated by figures 1-3:

- на фиг.1 и 2 показаны ручки управления с миниджойстиками;- figure 1 and 2 show the control sticks with mini joysticks;

- на фиг.3 показан вариант управления с использованием указательного и безымянного пальцев;- figure 3 shows a control option using the index and ring fingers;

- на фиг.4 показаны ручки управления устройства, соединеные с объектом управления.- figure 4 shows the control knobs of the device connected to the control object.

- на фиг.5 показаны ручки управления устройства, установленные на раздельных основаниях.- figure 5 shows the control knobs of the device mounted on separate bases.

На фигурах 1-4 цифрами обозначены:In figures 1-4, the numbers denote:

1 - ручка управления;1 - control knob;

2 - средняя часть ручки управления;2 - the middle part of the control knob;

3 - миниджойстик;3 - mini-joystick;

4 - фигурная полка;4 - figured shelf;

5 - место отхода фигурной полки; 5 - place of departure of the figured shelf;

6 - ручка управления для левой руки;6 - control knob for the left hand;

7 - ручка управления для правой руки;7 - control knob for the right hand;

8 - объектом управления (корпус управляемого аппарата);8 - the control object (the body of the controlled apparatus);

9 - общее или раздельное основание ручки управления.9 - a common or separate base of the control handle.

Варианты устройства, показанные на рисунках 1-4, состоят из двух ручек управления 1. Средняя часть ручек управления 2 имеет форму, адаптированную для охвата кистью руки. В верхней части ручек управления установлены два миниджойстика 3.The device options shown in Figures 1-4 consist of two control knobs 1. The middle part of the control knobs 2 has a shape adapted to be covered with a hand. Two mini-joysticks 3 are installed in the upper part of the control knobs.

Каждая ручка управления 1 выполнена в виде фигуры, от верхней части которой отходит в сторону или огибает ручку управления фигурная полка 4, на которой тоже установлено два миниджойстика 3. В нижней части места отхода фигурной полки 5 от средней части ручки управления 2 установлен еще один миниджойстик. Всего каждая ручка управления содержит 5 миниджойстиков.Each control handle 1 is made in the form of a figure, from the top of which leans to the side or bends around the control handle of the figured shelf 4, on which two mini-joysticks are also installed 3. At the bottom of the place where the figured shelf 5 moves away from the middle part of the control handle 2, there is another mini-joystick . In total, each control knob contains 5 mini-joysticks.

Устройство содержит ручку управления для левой руки 6 и ручку управления для правой руки 7, которые являются зеркальными копиями друг друга, а их функции разделяются на «основную» и «вспомогательную» в зависимости от того, является ли оператор левшой либо правшой, и устанавливаются оператором программным путем.The device comprises a control knob for the left hand 6 and a control knob for the right hand 7, which are mirror copies of each other, and their functions are divided into “main” and “auxiliary” depending on whether the operator is left-handed or right-handed, and are set by the operator programmatically.

Функции миниджойстиков 3, расположенных на ручках управления 6 и 7, устанавливаются оператором программным путем. The functions of the mini-joysticks 3 located on the control knobs 6 and 7 are set by the operator programmatically.

Заявляются два варианта устройства. В первом варианте (фиг. 4) ручки управления 6 и 7 соединены с объектом управления неподвижно или с возможностью регулировки их положения. Этот вариант предназначен для использования в летательных аппаратах, подвергающихся действию перегрузок.Two variants of the device are claimed. In the first embodiment (Fig. 4), the control knobs 6 and 7 are connected to the control object motionlessly or with the possibility of adjusting their position. This option is intended for use in aircraft subject to overload.

Во втором варианте (фиг.5) ручки управления 6 и 7 установлены на общем или на раздельных основаниях, имеющих возможность свободного перемещения. Этот вариант предназначен для использования в комфортных условиях, в игровых симуляторах, дистанционного управления гиперманевренными беспилотными аппаратами в условиях, когда оператор не подвергается действию перегрузок.In the second embodiment (figure 5), the control knobs 6 and 7 are installed on a common or on separate bases, with the possibility of free movement. This option is intended for use in comfortable conditions, in game simulators, remote control of hyper-maneuverable drones in conditions when the operator is not exposed to overloads.

Устройство работает следующим образом. Перед сеансом управления, оператор выбирает какая ручка у него будет «основная», а какая «вспомогательная» в зависимости от того, является ли он левшой либо правшой. В зависимости от выбора оператора функции ручек управления 6 и 7 устанавливаются программным путем. Это позволяет максимально адаптировать систему управления к особенностям пилота и повышает маневренность аппарата в целом. Затем в зависимости от вида выполняемых задач оператором программным путем по известным алгоритмам устанавливаются функции всех десяти миниджойстиков 3, расположенных на ручках управления 6 и 7. Обычно это функции управления разнообразными агрегатами и системами самолета, космического аппарата и т.п. Процессы назначения функций и управление ЛА и КА с использованием заявляемого устройства относятся к способам управления, а поэтому подробно в рамках настоящей заявки на устройство не рассматриваются. После назначения функций оператор производит управление аппаратом. The device operates as follows. Before the control session, the operator chooses which handle he will have “primary” and which “auxiliary” depending on whether he is left-handed or right-handed. Depending on the choice of the operator, the functions of the control knobs 6 and 7 are set by software. This allows you to adapt the control system to the characteristics of the pilot and increases the maneuverability of the device as a whole. Then, depending on the type of tasks performed by the operator, the functions of all ten mini-joysticks 3 located on the control knobs 6 and 7 are installed using the known algorithms in a programmatic way. Typically, these are functions for controlling various units and systems of an airplane, spacecraft, etc. The processes of function assignment and control of the aircraft and spacecraft using the inventive device relate to control methods, and therefore are not considered in detail in the framework of this application for the device. After assigning functions, the operator controls the device.

Преимуществом устройства является возможность использования для управления трех ведущих и самых развитых пальцев руки одновременно. Этого нет ни в одном известном устройстве управления кроме игры на музыкальных инструментах. На фиг.3 слева показано одновременное управление большим, указательным и безымянным пальцами, а справа одновременное управление большим и указательным пальцами. Возможность одновременного управления сразу тремя пальцами каждой руки позволяет осуществлять управление ЛА и КА по сложнейшим траекториям, что должно повысить его шансы на победу в воздушном или космическом бою.The advantage of the device is the ability to use to control the three leading and most developed fingers at the same time. This is not found in any known control device other than playing musical instruments. Figure 3 on the left shows the simultaneous control of the thumb, index and ring fingers, and on the right the simultaneous control of the thumb and index finger. The ability to simultaneously control immediately with three fingers of each hand allows you to control the aircraft and spacecraft along the most complex trajectories, which should increase its chances of winning in air or space combat.

Известно, что 70-80 % поверхности кабин летательных аппаратов и космических кораблей заполнено коммутационными элементами в виде кнопок, тумблеров и переключателей. Большая часть их продублирована и используется редко, но в аварийных ситуациях они представляют собой травмоопасные элементы. Например, в системе управления орбитального комплекса «Буран» имелось 1037 коммутационных элементов различного типа в виде тумблеров, переключателей, регуляторов, а у «Шаттла» еще больше - 1666. Коммутационные элементы в кабине мешают размещению там подушек безопасности, которые могли бы спасти пилотов при аварийных посадках, снижают эргономичность систем управления, увеличивают их размеры и массу, усложняют управление в условиях дефицита времени, действия перегрузок и вибраций. Предложенное устройство ввода информации для гиперманевренных аппаратов при использовании многофункциональных или полиморфных переключателей поддерживает современную тенденцию виртуализации коммутационных элементов путем их отображения на дисплеях летательного аппарата. Чем больше кнопок, тумблеров и переключателей будут виртуальными, тем больше можно снизить вес систем управления. Например, суммарное сокращение веса систем управления «Бурана» и «Шаттла» за счет перевода всех коммутационных элементов в виртуальный вид могло бы достичь соответственно 300 и 500 кг. It is known that 70-80% of the surface of aircraft and spacecraft cabins is filled with switching elements in the form of buttons, toggle switches and switches. Most of them are duplicated and rarely used, but in emergency situations they are traumatic elements. For example, in the control system of the Buran orbital complex there were 1037 switching elements of various types in the form of toggle switches, switches, regulators, and the Shuttle had even more - 1666. The switching elements in the cockpit interfere with the placement of airbags there that could save pilots emergency landings, reduce the ergonomics of control systems, increase their size and weight, complicate management in the face of a shortage of time, the effects of overloads and vibrations. The proposed information input device for hypermaneuverable devices using multifunctional or polymorphic switches supports the current trend of virtualization of switching elements by displaying them on aircraft displays. The more buttons, toggle switches and switches are virtual, the more you can reduce the weight of control systems. For example, the total reduction in the weight of the Burana and Shuttle control systems by translating all the switching elements into a virtual form could reach 300 and 500 kg, respectively.

Чистое время формирования управляющей команды без учета времени реакции пилота складывается из времени перемещения руки к органу управления t м и времени непосредственного действия на орган управления t д , т. е. T = t м + t д. Эти параметры существенно зависят от конструкции органов управления и их размещения. Время перемещения зависит от скорости руки V руки, которая в среднем равна 2 м/с, и расстояния R i до i-го органа управления, т. е. t м = R i / V руки . Усредненное время доступа к органам управления истребителя при среднем расстоянии до них в 0,48 м составит 0,24 с. В то же время максимальное время доступа пальцев пилота к миниджойстикам предлагаемого устройства при среднем расстоянии до них 36 мм будет равно 0,018 с. Следовательно, применение полиджойстиков позволяет сократить время доступа к органам управления более чем в 12 раз. Минимальное время совершения маневра, требующего произвести полный ход ручки управления на основе джойстика (примерно 150 мм) из одного крайнего положения в другое, составит tд = 0,15 / 2 = 0,075 c. В то же время полный ход ручки миниджойстика, не превышает 10 мм, а значит, время действия при скорости перемещения пальца 2 м/с составит tд = 0,01 / 2 = 0,005 c. Это примерно в 15 раз быстрее, чем при управлении обычным джойстиком. The net time of the formation of the control team without taking into account the reaction time of the pilot is the sum of the time the hand moves to the control t m  and time of direct action on the governing body t d ,  i.e. T = t m + t d.These parameters significantly depend on the design of the controls and their location. Travel time depends on hand speedV hands, which averages 2 m / s, and distanceR i beforei-governing body, i.e. t m = R i / V hands .Average access time to fighter controls with an average distance to them of 0.48 m will be 0.24 s. At the same time, the maximum access time of the pilot’s fingers to the mini-joysticks of the proposed device with an average distance of 36 mm to them will be 0.018 s. Therefore, the use of multi-joysticks can reduce the time of access to the controls by more than 12 times. The minimum time required to complete a maneuver requiring a full stroke of the control stick based on the joystick (approximately 150 mm) from one extreme position to another is td = 0.15 / 2 = 0.075 s. At the same time, the full stroke of the handle of the mini-joystick does not exceed 10 mm, which means that the action time at a finger speed of 2 m / s will be td = 0.01 / 2 = 0.005 s. This is about 15 times faster than using a conventional joystick.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создавать системы ввода информации, пригодные для управления гиперманевренными летательными и космическими аппаратами, в том числе и БПЛА, значительно ускоряет формирование управляющих команд, снижает вес систем управления. Thus, the present invention allows the creation of information input systems suitable for controlling hyper-maneuverable aircraft and spacecraft, including UAVs, significantly speeds up the formation of control commands, reduces the weight of control systems.

Устройство может найти военное применение для управления гиперманевренными беспилотными летательными аппаратами.The device may find military applications for controlling hypermaneuverable unmanned aerial vehicles.

Claims (4)

1. Устройство ввода информации - полиджойстик для гиперманевренного управления, содержащее не менее двух ручек управления, в верхней части которых установлен, по меньшей мере, один миниджойстик, а средняя часть имеет форму, адаптированную для охвата кистью руки, отличающееся тем, что для управления гиперманевренными скоростными летательными и космическими аппаратами в условиях действия сильных вибраций и перегрузок каждая ручка управления соединена с объектом управления неподвижно с возможностью регулировки положения под длину рук пилота, так что они используются как разгрузочные ручки, при этом пилот имеет возможность, держась за них, снимать перегрузки, действующие на его тело и руки, сосредотачиваясь на управлении пальцами, а форма ручек управления выполнена в виде фигур, от верхней части которых отходит в сторону указательного и среднего пальцев руки или огибает ручку управления не менее одной фигурной полки, на которой установлено не менее одного миниджойстика.1. Information input device is a poly-joystick for hyper-maneuverable control, comprising at least two control knobs, at least one mini-joystick is installed in its upper part, and the middle part has a shape adapted to be covered by a hand, characterized in that it is hyper-maneuverable for control high-speed aircraft and spacecraft under conditions of strong vibrations and overloads, each control knob is connected to the control object motionlessly with the ability to adjust the position to the length of the arms pi ota, so that they are used as unloading handles, while the pilot is able to hold onto them to remove overloads acting on his body and hands, focusing on the control of his fingers, and the shape of the control handles is made in the form of figures, from the top of which moves away to side of the index and middle fingers or bends around the control knob of at least one curly shelf, on which at least one mini-joystick is installed. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит ручку управления для левой руки и ручку управления для правой руки, которые являются зеркальными копиями друг друга, а их функции разделяются на «основную» и «вспомогательную» в зависимости от того, является ли оператор левшой либо правшой, и устанавливаются оператором программным путем.2. The device according to claim 1, characterized in that it contains a control knob for the left hand and a control knob for the right hand, which are mirror copies of each other, and their functions are divided into "main" and "auxiliary" depending on whether the operator is left-handed or right-handed, and are set by the operator programmatically. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части места отхода фигурной полки от средней части ручки управления установлен, по крайней мере, еще один миниджойстик.3. The device according to claim 1, characterized in that at least one more mini-joystick is installed in the lower part of the place of departure of the figured shelf from the middle part of the control handle. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что функции миниджойстиков, расположенных на ручках управления, устанавливаются оператором программным путем. 4. The device according to claim 2, characterized in that the functions of the mini-joysticks located on the control sticks are set by the operator programmatically.
RU2012110549/08A 2012-03-19 2012-03-19 Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control RU2497177C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110549/08A RU2497177C1 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control
PCT/RU2012/000448 WO2013141746A1 (en) 2012-03-19 2012-06-08 Information input device - polyjoystick for hypermanoeuver control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110549/08A RU2497177C1 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012110549A RU2012110549A (en) 2013-09-27
RU2497177C1 true RU2497177C1 (en) 2013-10-27

Family

ID=49223066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012110549/08A RU2497177C1 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2497177C1 (en)
WO (1) WO2013141746A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722651C1 (en) * 2019-12-06 2020-06-02 Александр Викторович Атаманов Device for control of manned aircrafts of vertical take-off and landing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163159C2 (en) * 1995-05-10 2001-02-20 Нинтендо Ко., Лтд. Control device with analog joystick (modifications)
US20060012574A1 (en) * 2000-01-20 2006-01-19 Oliver Kauk Data entry device
US7170420B2 (en) * 2003-11-13 2007-01-30 James Phifer Ergonomic television remote control
US20090090208A1 (en) * 2007-10-03 2009-04-09 Caterpillar Inc. Joystick offset controls
US20110282519A1 (en) * 2009-01-20 2011-11-17 Husqvarna Ab Control system for a remote control work machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163159C2 (en) * 1995-05-10 2001-02-20 Нинтендо Ко., Лтд. Control device with analog joystick (modifications)
US20060012574A1 (en) * 2000-01-20 2006-01-19 Oliver Kauk Data entry device
US7170420B2 (en) * 2003-11-13 2007-01-30 James Phifer Ergonomic television remote control
US20090090208A1 (en) * 2007-10-03 2009-04-09 Caterpillar Inc. Joystick offset controls
US20110282519A1 (en) * 2009-01-20 2011-11-17 Husqvarna Ab Control system for a remote control work machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722651C1 (en) * 2019-12-06 2020-06-02 Александр Викторович Атаманов Device for control of manned aircrafts of vertical take-off and landing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012110549A (en) 2013-09-27
WO2013141746A1 (en) 2013-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11833415B2 (en) Input apparatus for a computer
US10664002B2 (en) Multi-degrees-of-freedom hand held controller
CN103218009B (en) Side lever controller handle
EP1711239B1 (en) Control apparatus for use with a computer or video game system
US5472156A (en) Air combat collective control head
CN109224438B (en) Method and device for controlling virtual character in game
EP3340012A1 (en) Haptic interaction method, tool and system
GB2481633A (en) Games console controller with buttons on underside
US10751608B2 (en) Full body movement control of dual joystick operated devices
KR20200090786A (en) Dynamically balanced multi-purpose handheld controller
US7999790B2 (en) Multi-functional mission grip for a vehicle
RU2497177C1 (en) Information input device/poly-joystick for hyper-manoeuvre control
US20180057147A1 (en) Aircraft hand controller with decoupled throttle
US20180251210A1 (en) Vehicle control systems
US11181938B2 (en) Full body movement control of dual joystick operated devices
US20140210717A1 (en) High-sensitivity input device
EP2308752B1 (en) Cockpit handgrip and armrest
RU2722651C1 (en) Device for control of manned aircrafts of vertical take-off and landing
Calvo et al. The design, implementation, and evaluation of a pointing device for a wearable computer
EP3670334B1 (en) Hand-operable man-machine interface for aircraft, drone remote control systems, flight simulators, spacecraft and the like
WO2018101890A1 (en) Electronic input device
RU2711770C1 (en) Method for intuitive control of aircraft
Bauerschmidt et al. Human engineering criteria for manned space flight: Minimum manual systems
WO2017001898A1 (en) Multi-functional mission grip system for a vehicle
Nelson et al. Alternative control technology for uninhabited aerial vehicles: Human factors considerations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140320

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150327

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200320