SE466720B

SE466720B - MANOEVERANORDNING

Info

Publication number: SE466720B
Application number: SE8800684A
Authority: SE
Inventors: K Helevirta
Original assignee: Rauma Oy
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1992-03-23
Also published as: GB2201758B; SE8800684L; FI870913A0; FI77334B; GB8804806D0; DE3806778A1; GB2201758A; FI870913A; SE8800684D0; FI77334C

Description

466 720 och arbetsverktygens rörelseriktningar. Vidare leder skötandet av sådan utrustning till ergonomiskt skadliga arbestställningar och därför möjligtvis till arbetsskador. 466 720 and the directions of movement of the work tools. Furthermore, the handling of such equipment leads to ergonomically harmful working positions and therefore possibly to work injuries.

Avsikten med denna uppfinning är att frambringa en manövrerings- anordning som är kapabel att anpassa sig till manövreringsrörel- serna, som är baserade på de mänskliga lemmarnas naturliga rörelse- banor. Uppfinningen är baserad på en uppfattning om att en manöver- anordning är avsedd att fungera som en deltagande part av en lem på ett sätt, där länkorgan i en manöveranordning är placerade så nära lederna på en lem som möjligt, t. ex. en hand, speciellt då en hand- led och en armbåge och möjligtvis också en axelled. Huvudsärdragen enligt uppfinningen framgår av den kännetecknande delen i patent- krav l.The object of this invention is to provide an actuating device which is capable of adapting to the actuating movements, which are based on the natural paths of movement of the human limbs. The invention is based on the idea that an operating device is intended to function as a participating part of a limb in a way in which link members in an operating device are placed as close to the joints of a limb as possible, e.g. a hand, especially a wrist and an elbow and possibly also a shoulder joint. The main features according to the invention appear from the characterizing part of claim 1.

En manöveranordning enligt uppfinningen är försedd med viloytor e. dyl. för åtminstone två delar av en lem, t. ex. en hand, såsom handflatan och underarmen och/eller underarmen och överarmen etc.An operating device according to the invention is provided with resting surfaces or the like. for at least two parts of a limb, e.g. a hand, such as the palm and forearm and / or forearm and upper arm, etc.

Dessa två lemdelar är bägge stödda mot sina respektive viloytor.These two limb parts are both supported against their respective resting surfaces.

Mellan viloytorna finns ett länksystem som väsentligen motsvarar led- en mellan de ovan nämnda delarna. Vidare är länksystemet utrustat med åtminstone en förförstärkare, såsom en elektronisk sensor, av- sedd att alstra en manöversignal till en manöverorganskontrollerande kraftförstärkare, såsom en ventil, om nödvändigt genom en lämplig växelriktare. Manöversignalen erhålls på basis av det relativa läget av viloytorna.Between the resting surfaces there is a link system which essentially corresponds to the joint between the above-mentioned parts. Furthermore, the linkage system is equipped with at least one preamplifier, such as an electronic sensor, intended to generate a control signal to a control device controlling power amplifier, such as a valve, if necessary through a suitable inverter. The control signal is obtained on the basis of the relative position of the resting surfaces.

Ovanstående konstruktion erbjuder fördelen att förförstärkare kan förenas med ett länksystem på så sätt, att den relativa rörelsen av lemdelar resulterar i rörelsen av ett manövreringsorgan i en mot- svarande riktning. Detta är en väsentlig fördel med tanke på flera praktiska tillämpningar, såsom grävmaskiner, kranar, manipulatorer etc., vilkas manövrering kan "imiteras" med hjälp av en manöveran- ordning i enlighet med uppfinningen. ¥/ 3/ 3 466 720 I fallet av en t. ex. en schaktmaskin kan operatören genom vridning av handleden i ett vertikalt plan sålunda åstadkomma manöverspakrör- elser motsvarande schaktrörelserna av en skopa och vidare, genom lyf- tande och rörelse av underarmen i sidled, lyft och rörelse i sidled och liknande av en skopbalk.The above construction offers the advantage that preamplifiers can be connected to a link system in such a way that the relative movement of limb parts results in the movement of an actuator in a corresponding direction. This is a significant advantage in view of several practical applications, such as excavators, cranes, manipulators, etc., the operation of which can be "imitated" by means of an operating device in accordance with the invention. ¥ / 3/3 466 720 In the case of a e.g. a excavating machine, the operator can thus, by turning the wrist in a vertical plane, bring about maneuvering movements corresponding to the shaft movements of a bucket and further, by lifting and moving the forearm laterally, lifting and lateral movement and the like of a bucket beam.

Andra kännetecken för uppfinningen framgår av underkraven, som ut- visar nâgra föredragna utföranden av uppfinningen.Other features of the invention appear from the subclaims which show some preferred embodiments of the invention.

En manöveranordning i enlighet med uppfinningen kommer nu att i de- talj beskrivas med referens till bifogade ritningar. I dessa före- ställer: fig. l en planvy av en manöveranordning i enlighet med upp- finningen, fig. 2 en sidovy av densamma i partiell genomskärning, fig. 3 en perspektivvy av ett alternativt utförande av dis- positionen av länksystemet och förförstärkarna i en manöveranordning i enlighet med uppfinningen och fig. 4-6 några få möjliga rörelsebanor för manöveranordningen.An operating device in accordance with the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In these: Fig. 1 represents a plan view of an operating device in accordance with the invention, Fig. 2 a side view thereof in partial section, Fig. 3 a perspective view of an alternative embodiment of the disposition of the link system and the preamplifiers in an operating device in accordance with the invention and Figs. 4-6 a few possible paths of movement for the operating device.

Utförandet enligt ritninggâna är avsett för en mänsklig hand. Man- överanordningen omfattarfförsta viloyta l för handflatan, en andra viloyta 2 för underarmen och vidare en tredje viloyta 3, i detta fall ett säte , i vilket operatören sitter vid skötandet av en sådan man- överanordning. Mellan viloytorna l och 2 såväl som mellan viloytorna 2 och 3 är länksystem skyddade av eftergivliga hopvikbara skydd.The design according to the drawing is intended for a human hand. The control device comprises the first resting surface 1 for the palm, a second resting surface 2 for the forearm and further a third resting surface 3, in this case a seat, in which the operator is seated in the care of such a control device. Between the resting surfaces 1 and 2 as well as between the resting surfaces 2 and 3, link systems are protected by resilient collapsible protection.

Emedan operatören sitter i sätet tillhandahållande sagda tredje vilo- yta, vilar hans eller hennes armbåge inom området av ett bakre länk- system 5 och hans eller hennes hndérarm vilar på den ándra2vï1oytan^2 öch hans eller hennes handled ligger på den första viloytan 1 med fingrarna böjda nedanför viloytan l. Fig. l illustrerar möjligheterna 466 720 4 till en horisontell vinkeljustering av en manöveranordning dels kring länksystemet 4 och dels kring länksystemet 5. Dessa för- klaras i detalj senare i samband med fig. 5.While the operator is sitting in the seat providing said third resting surface, his or her elbow rests within the area of a rear linkage system 5 and his or her arm rests on the other resting surface ^ 2 and his or her wrist rests on the first resting surface 1 with the fingers bent below the resting surface 1. Fig. 1 illustrates the possibilities 466 720 4 for a horizontal angular adjustment of an operating device partly around the link system 4 and partly around the link system 5. These are explained in detail later in connection with fig. 5.

Speciellt fig. 3 visar en perspektivvy av ett länksystem 4 med tillhörande förförstärkare. I utförandet enligt fig. 3 innefattar länksystemet en kulled 6, vars husdel 6a är fäst till en lådbalk Za, som utgör den andra viloytan, med hjälp av sneda stödstag 7.In particular, Fig. 3 shows a perspective view of a link system 4 with associated preamplifiers. In the embodiment according to Fig. 3, the link system comprises a ball joint 6, the housing part 6a of which is attached to a box beam Za, which constitutes the second resting surface, by means of inclined support struts 7.

De senare är fästa vid dels balken Za och dels husdelenfat. ex. genom svetsning. En kuldel 8 av kulleden, som är inpassad i en kulformig muff i husdelen, är i sin tur fäst med hjälp av en stång 9 vid en låddel bildande sagda första viloyta 1. Med avsikt att begränsa en kulleds rörelser för att åstadkomma rörelsebanorna en- ligt fig. 4-6 kan kulleden förses med lämplig manöverbegränsare (ej visade i fig. 3). Inuti en balk 2a, som bildar sagda andra viloyta 2 är inpassade två sensorer 10 och 11. Hos detta utförande är sensorerna elektroniska och de avger ett elektriskt meddelande proportionellt till läget av en indikator 12, som är fäst vid kul- delen 8 av länksystemet, och sagda meddelande passerar genom led- ningar 10a och lla till en växelriktare eller direkt till en kraft- förstärkare.The latter are attached to partly the beam Za and partly to the housing part barrel. ex. by welding. A ball part 8 of the ball joint, which is fitted in a ball-shaped sleeve in the housing part, is in turn fastened by means of a rod 9 to a box part forming said first resting surface 1. With the intention of limiting the movements of a ball joint to achieve the paths of movement according to Figs. 4-6, the ball joint can be provided with a suitable operating limiter (not shown in Fig. 3). Inside a beam 2a, which forms said second resting surface 2, two sensors 10 and 11 are fitted. In this embodiment the sensors are electronic and they emit an electrical message proportional to the position of an indicator 12, which is attached to the ball part 8 of the link system. and said message passes through lines 10a and 11a to an inverter or directly to a power amplifier.

Hos detta utförande är sagda stång 9 fäst vid ett lådelement la via en mekanisk anordning, såsom en gasfjäder 13. Denna gasfjäder åstadkommer en parallellrörelse mellan viloytorna 1 och 2, vilket inte förändrar den erhållna vinkeln däremellan med hjälp av en kulled. Sålunda är det fråga om en parallellförskjutning utmed den ena flanken på en vinkel mellan elementen 1 och 2 definierad av kulleden vid godtyckliga tidpunkter. Denna parallellförskjutning kan användas till att förse kraftförstärkaren med ett instruktions- meddelande, med vilken förstärkare en elektronisk sensor 14 tjän- ande som en förförstärkare är kopplad. Denna sensor 14 är anordnad q på insidan av lådelementet la, som bildar sagda viloyta 1, och är fäst vid dess kropp. Stången 9 kan förses med t. ex. en bussning 15 4 för att bestämma ett meddelande, som ska mätas mellan spårhuvudena på en elektronisk sensor 14 och proportionellt till den relativa positionen av elementen 1 och 2. s 466 720 Med speciell referens till figurerna 3 och 4, innefattar appara- turen ett antal brytare, vars detaljerade konstruktion inte för- klaras i detta sammanhang på grund av att de flesta faktiskt inte är delar av uppfinningen. Den andra viloytan 2 kan vidare förses med en speciell urtagsdel l6 bildad av två sidflänsar 17, som reser sig från viloytans 2 plan. Syftet med detta urtag 16 är att under- lätta operatörens rörelser som sker omkring det andra länksystemet, speciellt då i horisontell riktning. Flänsar l7 kan företrädesvis utrustas med ett elektriskt öga för låsning av operationerna, om operatörens hand lämnar sagda viloyta 2. Dessutom kan lådelemen- tet tillhandahållande sagda första viloyta l förses med en manöver- panel 18, innehållande t. ex. en huvudströmbrytare för anordningen, en rörelselåsningsbrytare, och en automatisk sekvensupprepnings- brytare. En justerare l9 kan användas att justera längden på vilo- ytan l. Dessutom är lådstrukturen formande sagda andra viloyta för- sedd med en manöverknapp 20 för fjädersläppning och justering av en underarmssektion samt med en justerknapp Zl för längden av un- derarmssektionen. Vad som åstadkoms med denna typ av justeringar är att en manöveranordning kan anpassas till operatörens individ- uella mått, så att hand- och armbågsleden i vertikal riktning är samorienterade med länksystemen 4 och 5.In this embodiment, said rod 9 is attached to a box element 1a via a mechanical device, such as a gas spring 13. This gas spring provides a parallel movement between the resting surfaces 1 and 2, which does not change the obtained angle therebetween by means of a ball joint. Thus, it is a question of a parallel displacement along one flank at an angle between the elements 1 and 2 defined by the ball joint at arbitrary times. This parallel offset can be used to provide the power amplifier with an instruction message, to which amplifier an electronic sensor 14 serving as a preamplifier is connected. This sensor 14 is arranged q on the inside of the box element 1a, which forms said resting surface 1, and is attached to its body. The rod 9 can be provided with e.g. a bushing 15 4 for determining a message to be measured between the track heads of an electronic sensor 14 and proportional to the relative position of the elements 1 and 2. p. 466 720 With special reference to Figures 3 and 4, the apparatus comprises a number of switches, the detailed construction of which is not explained in this context due to the fact that most of them are not actually parts of the invention. The second resting surface 2 can further be provided with a special recess part 16 formed by two side flanges 17, which rise from the plane of the resting surface 2. The purpose of this recess 16 is to facilitate the operator's movements which take place around the second link system, especially in the horizontal direction. Flanges 17 can preferably be equipped with an electric eye for locking the operations, if the operator's hand leaves said rest area 2. In addition, the box element providing said first rest area 1 can be provided with a control panel 18, containing e.g. a main switch for the device, a motion lock switch, and an automatic sequence repeat switch. An adjuster 19 can be used to adjust the length of the resting surface 1. In addition, the drawer structure forming said second resting surface is provided with a control button 20 for spring release and adjustment of a forearm section and with an adjusting button Z1 for the length of the forearm section. What is achieved with this type of adjustment is that an operating device can be adapted to the operator's individual dimensions, so that the elbow and elbow joints in the vertical direction are co-oriented with the link systems 4 and 5.

Det andra länksystemet 5 överensstämmer väsentligen med det första, som visas i figur 3 med sitt förförstärkaraggregat, men som inne- håller dessutom en möjlighet att göra en vridning runt längsrikt- ningen på underarmen, så som visas i figur 6.The second link system 5 is substantially similar to the first shown in Figure 3 with its preamplifier assembly, but which also includes an option to rotate longitudinally on the forearm, as shown in Figure 6.

Figur 4 illustrerar de vertikala rörelsebanor som kan åstadkommas med hjälp av den nuvarande utföringsformen av en manöveranordning i enlighet med uppfinningen. Den första viloytan 1 kan svängas från en horisontell position uppåt 300 och nedåt 400 genom an- vändning av en kulled 6. För de extrema positionerna av denna rör- else är sagda kulled försedd med begränsningsorgan. Denna rörelse överföres genom en indikator l2 till en förförstärkare 10, som producerar ett elektriskt meddelande proportionellt till den rela- tiva positionen av viloytorna l och 2. Denna möjliga rörelse är benämnd i figur 4 med referensnummer Ll. En liknande rörelsebana 466 720 6 är också möjlig att åstadkomma med hjälp av det andra länksystemet 5 åstadkommande en rörelsebana L2 indikerad i figur 4. Genom att använda det andra länksystemet är det dessutom möjligt att röra sig 900 vertikalt uppåt från det horisontella planet och 300 ned- åt också från det horisontella planet. Länksystemet 5 är försett med ett sensoraggregat liknande det ovan diskuterade för att pro- ducera ett manövermeddelande proportionellt till vinkelpositionen mellan andra viloytan 2 och tredje viloytan 3.Figure 4 illustrates the vertical paths of movement that can be achieved by means of the present embodiment of an operating device in accordance with the invention. The first resting surface 1 can be pivoted from a horizontal position upwards 300 and downwards 400 by using a ball joint 6. For the extreme positions of this movement, said ball joint is provided with limiting means. This movement is transmitted by an indicator 12 to a preamplifier 10, which produces an electrical message proportional to the relative position of the resting surfaces 1 and 2. This possible movement is referred to in Figure 4 by reference number L1. A similar path of movement 466 720 6 is also possible to provide by means of the second link system 5 providing a path of movement L2 indicated in figure 4. By using the second link system it is also possible to move 900 vertically upwards from the horizontal plane and 300 down - also ate from the horizontal plane. The link system 5 is provided with a sensor assembly similar to the one discussed above to produce an operating message proportional to the angular position between the second resting surface 2 and the third resting surface 3.

Figur 5 illustrerar horisontella rörelsebanor omkring länksystemen 4 och 5. Omkring länksystemet 6, som visas i figur 3, är det möj- ligt att i endera riktningen förflytta sig 400 i det horisontella planet. Denna rörelse överföres till en förförstärkare ll. Denna rörelsebana är betecknad i figur 5 med referensnummer L3. Vidare kan viloytan 2 svängas omkring länksystemet 5 relativt kroppen 3 med 300 till höger och 900 till vänster ( gentemot ett säte i ut- förandet som visas i ritningarna). Denna rörelsebana är betecknad i figur 5 med referensnummer L4.Figure 5 illustrates horizontal paths of movement around the link systems 4 and 5. Around the link system 6, shown in Figure 3, it is possible to move 400 in either direction in the horizontal plane. This motion is transmitted to a preamplifier ll. This path of movement is indicated in Figure 5 by reference number L3. Furthermore, the resting surface 2 can be pivoted about the link system 5 relative to the body 3 by 300 to the right and 900 to the left (opposite a seat in the embodiment shown in the drawings). This path of movement is indicated in Figure 5 by reference number L4.

Figur 6 illustrerar en parallellförskjutning åstadkommen medhjälp av en parallellförskjutning visad i utförandet enligt fig. 3 mel- lan elementen la och 2a genom användande av t. ex. en gasfjäder 13.Figure 6 illustrates a parallel displacement effected by means of a parallel displacement shown in the embodiment according to Fig. 3 between the elements 1a and 2a by using e.g. a gas spring 13.

En anordning, såsom en gasfjäder, gör det möjligt att i samband med ett länksystem 5 svänga eller vrida lådstrukturen Za, som ut- göres av den andra viloytan, kring lådstrukturens längdaxel. Ele- menten la och Za kan vridas runt länksystemet 5 från den hori- sontella positionen av viloytan 2 åt höger 900 och 450 åt vänster (när anordningen manövreras med höger hand). Denna rörelsebana betecknas i figur 6 med referensnummer LS. Möjligheten av en para- llellförskjutning är indikerad med referensnummer L6.A device, such as a gas spring, makes it possible in connection with a link system 5 to pivot or rotate the box structure Za, which is constituted by the second resting surface, about the longitudinal axis of the box structure. The elements la and Za can be rotated around the link system 5 from the horizontal position of the resting surface 2 to the right 900 and 450 to the left (when the device is operated with the right hand). This path of motion is denoted in Figure 6 by reference number LS. The possibility of a parallel displacement is indicated by reference number L6.

Speciellt rörelsebanorna enligt figurerna 4-6 är ergonomiskt maxi- Q mala rörelsebanor av den mänskliga armen.In particular, the trajectories of Figures 4-6 are ergonomically maximal trajectories of movement of the human arm.

Det är uppenbart, att hos utförandena såsom visade i ritningarna sagda länksystem 4 och 5 kan fås att motsvara lederna hos en män- sklig arm. Sett från sidan finns emellertid ett visst avstånd i 7 466 720 vertikalled mellan länksystemen 4 och 5 på samma sätt sonW¥ddârna av en mänsklig arm, speciellt mellan hand- och armbågsleden. Detta avstånd kan dock göras så litet som möjligt. Konstruktionsmässigt är det möjligt att placera vridningaxeln för relativsvängningen av viloytorna speciellt i vertikal riktning för att låta den exakt motsvara knutpunkten av en handled och/eller en armbågsled, t. ex. med hjälp av ett tvärlänksystem. Detta kan åstadkommas t. ex. genom montering av ett länksystem utförande en vertikal rotationsrörelse på utsprång som är upphöjda från viloytornas plan. Manöversättet kan vara relativt eller absolut. Manöverarbetet kan utföras med minimum muskelstyrka genom användning av fjädervågar och länksys- temavlastare i en manöveranordningskonstruktion. Manöveranordningen kan utrustas med en uppvärmande eller nedkylande apparatur för att bibehålla en behaglig kontakttemperatur hos viloytorna. Det är också tänkbart att överdra viloytorna med ett skydd för att för- hindra en värmeöverföring bort från viloytorna för att bibehålla deras temperatur behaglig för operatören. Förförstärkarna kan vara antingen elektriska ( arbetande enligt en kapacitiv, induktiv, fotoelektrisk eller motståndskraftig princip), hydrauliska eller pneumatiska förmanöverventiler.It is obvious that in the embodiments as shown in the drawings said link systems 4 and 5 can be made to correspond to the joints of a human arm. Seen from the side, however, there is a certain distance in the vertical joint between the link systems 4 and 5 in the same way as the walls of a human arm, especially between the hand and elbow joint. However, this distance can be made as small as possible. In terms of construction, it is possible to place the axis of rotation for the relative oscillation of the resting surfaces, especially in the vertical direction, in order to allow it to correspond exactly to the junction of a wrist and / or an elbow joint, e.g. using a cross-link system. This can be achieved e.g. by mounting a linkage system performing a vertical rotational movement on projections raised from the plane of the resting surfaces. The maneuvering can be relative or absolute. The maneuvering work can be performed with minimum muscle strength by using spring scales and link system unloaders in a maneuvering device construction. The operating device can be equipped with a heating or cooling apparatus to maintain a comfortable contact temperature of the resting surfaces. It is also conceivable to cover the resting surfaces with a protection to prevent a heat transfer away from the resting surfaces in order to maintain their temperature comfortable for the operator. The preamplifiers can be either electric (operating according to a capacitive, inductive, photoelectric or resistant principle), hydraulic or pneumatic pre-control valves.

Claims

466 720 g Patent claims:

An operating device, comprising - a first resting surface (1) for a palm and a second resting surface (2) for the forearm, - a first link system (4) between the resting surfaces (1, 2) positioned substantially at the wrist, and at least one preamplifier mounted in connection with the first link system (4), which preamplifier is arranged to send an instruction message on the basis of the relative position between the first and the second resting surface (1, 2), characterized in that the second the resting surface (2), which is intended for the forearm, (5) at a fixed or movable third resting surface (3) and that at the second link system there is at least one preamplifier, which is arranged to send an instruction message on the basis of the relative position between the second and third resting surfaces (2, 3). is attached using a second link system

Actuating device according to claim 1, characterized in that the third resting surface (3) is stationary, e.g. a seat, in which the operator of the control device sits while a control device is operated.

Actuating device according to claims 1 and 2, characterized in that the link system 10 4-66 720 I (4, 5) includes means for turning and / or turning said resting surfaces connected by link systems (1 , 2; 2, 3) and / or displacement of them, while maintaining their direction (9, 13). relative to each other (6)

Actuating device according to claim 1, characterized in that the first resting surface (1) consists of a box beam (1a) with at least one preamplifier (14) and that a link part (9) of said link system (4) is attached to said preamplifier inside, and that the second resting surface (2) is constituted by a box beam (2a), which is provided with counter-link parts (6a, 7) of at least one link system (4).

Actuating device according to Claim 4, characterized in that at least one preamplifier (10, 11) is arranged on the inside of the box beam (2a), which is intended to receive a signal producing a control message via a part (12), which is connected to the counter element by the link system (4), which is connected to the box element (1a).

Actuating device according to claim 1, characterized in that the link system (4, 5) includes a gas spring (13) or the like, and that the link systems (4, 5) are provided with a preamplifier (14), the message of which is produced on the basis of the movement of said gas spring or the like.

Actuating device according to claim 1, characterized in that at least one linkage system (4, 5) has at least two degrees of release (L1, L3, L6; L2, L4, L5), and that a corresponding number preamplifiers are arranged in connection with the link systems. 10 15 20 25 466 720 A9

Actuating device according to claims 1 and 7, characterized in that the first resting surface (1), which is associated with the first link system (4), which is coordinated with the wrist, is intended to be movable relative to the second resting surface. by parallel displacement, e.g. by means of a gas spring, which is arranged in connection with the link system (4) and that the second resting surface (2), which is associated with a link system (5), which is coordinated near the elbow joint, is intended to be rotatable about the longitudinal axis of the second resting surface (2).

Actuating device according to claim 1, characterized in that the first and second resting surfaces (1, 2) are arranged in such a way that the palm and forearm can be placed on respective resting surfaces, at least the first link system (4) places itself below said parts of a human arm.

Actuating device according to claims 7 and 9, characterized in that in the first link system (4) a possibility of relative movement of the first and the second resting surface (1, 2) is arranged around a substantially vertical axis.

11. ll. Actuating device according to claims 7 and 9, characterized in that the second curtain surface (2) is arranged in such a way that the second link system (5) as associated therewith places itself down the elbow joint. V! IN)