操縱杆及其製造方法
2023-04-23 14:42:01
專利名稱：操縱杆及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種操縱杆。更具體的，本發明涉及一種使用三軸霍爾效應傳感器對設備進行操作的操縱杆。
背景技術：
操縱杆已經用在各種不同操作上很多年了。操縱杆不僅會被用在遊戲中，另外還會被用在與液壓設備相關的事務中，比如起重機，叉車等等。具體的說，操縱杆能夠讓設備實施緊湊的多維動作。現有技
術中己經有多種類型的操縱杆，包括基於"萬向節"機構的操縱杆，
其中磁體在以IC (傳感器)為中心的半球上運動。具體的說，軸向磁
化量已知，其中通量密度通過下面的等式得到BX=SIN( a )COS( 3 )By= COS ( a ) SIN ("Bz= COS (a )COS(P)
另一種類型的操縱杆存在於稱為"球窩"的關節中，其中磁體在繞樞點為中心的半球上運動。具體的說，軸向磁化量已知，其中通量密度通過下面一系列稍複雜的等式得到，其如下所示
a =ATAN(Vx/((KzVz)2+(KtVy)2)1/2)
0 =ATAN(Vy/((KzVz)2+(KtVx)2)1/2)
在兩個應用中，都用到多個零件來製造操縱杆。例如，在"萬向節"機構中，主杆的端部配有磁體，其中所述杆被連接到具有與三軸傳感器對齊的中心軸的可運動設備上。因此，當所述杆繞該軸樞轉時，磁體的運動會被三軸傳感器檢測到。因而，製造這種操縱杆需要提供多個零件，製造工藝很昂貴。
因此，本發明的基本目標是提供一種改進的操縱杆，其能夠感應到三軸的定向運動。而本發明的另一個目標是提供一種節約成本的製造操縱杆的方法。
本發明的這些和其他目標，特徵，或優勢將通過說明書和權利要 求書變得更加明晰。
發明內容
操縱杆具有單件結構的可運動部件，可運動部件從杆部延伸到球 部，其中，杆部的直徑小於球部的直徑。致動部件被固定到可運動部 件的杆部以致動可運動部件。磁體被放置在可運動部件球部內在球的 底部，磁體向上延伸並且偏離球部的中心點。三軸傳感器被放置在可 運動部件的球部和磁體之下，與它們鄰近並與它們隔開，使得致動部 件的運動能夠將磁體以半球模式沿三軸傳感器定位進而操作設備。
圖1是操縱杆的側剖透視圖；以及 圖2是操縱杆的截面圖。
具體實施例方式
圖示的是操縱杆10，其包括致動元件12如圓形把手，致動元件 12致動內部含有磁體16的可運動部件14，使得可運動部件14的運動 被三軸傳感器18所感應到。三軸傳感器與PBC (印刷電路板)20電 連接並且這些構件被放置在殼體22內，其中錐形彈簧24將殼體22 連接到可運動部件14上。儘管三軸傳感器18可以是任何能夠檢測到 三軸上運動的傳感器，在優選實施例中，三軸傳感器18是三軸霍爾效 應(Hall Effect)傳感器。另外，致動部件12能在任何軸方向上運動 並被錐形彈簧24推壓到非致動或中性位置，在所述非致動或中性位置 沒有淨作用力施加在致動部件12上。
致動部件12的形狀是圓錐形，其頂部表面上的中心處有凹入部 26，其中側壁28從中心處的凹入部26向外和向下延伸。從致動部件 12的底部延伸的是處於中心的環形凸緣30，其向下延伸以接納可運動部件14。密封物32與致動部件12的底部接觸並圍繞殼體22以將殼 體22連接到致動部件12。由於致動部件12的結構，能獲得在任何方 向上的運動。
可運動部件14包括杆部34和從杆部34延伸的球部36。具體的 說，杆部34具有比球部36的直徑小的直徑。杆部34和球部36都是 以中心軸38為中心，可運動部件可會繞中心軸38旋轉。杆部34位於 可運動部件14的第一端部40,並且具有圓角段42，圓角段42可旋轉 的配合在致動部件12的環形凸緣30中。並且，球部36具有位於中心 軸38上的中心點44，並延伸到第二端部46，磁體16位於第二端部 46中。具體的說，磁體16從第二端部46朝著球部36的中心點44延 伸。在優選實施例中，磁體16是圓柱形磁體並且不能延伸到中心點 44，並因而可認為是偏離中心的。
位於磁體16下方並隔開的是與PCB (印刷電路板)20電連接的 三軸傳感器18。另外，發光二極體(LED) 48電連接在印刷電路板 20上。對LED48的操作是獨立控制的。LED48可被觸發來指示特定 的操作模式，或可連續打開提供背景光。在優選實施例中，致動部件 12和可運動部件14都是用透明材料製成，因此當發光二極體發光時， 使用者就能檢測到光。進一步地，在優選實施例中，透明材料為塑料， 更具體的說，是注射成型塑料。
殼體22從第一端部50延伸到在印刷電路板20附近的第二端部 54。錐形彈簧24在第一端部50和可運動部件14的杆部34周圍之間 延伸為致動部件12提供推壓力。因此，錐形彈簧24總是將致動部件 12壓到非致動或中性位置上。另外，與殼體22的第二端部54相鄰的 保持器56圍繞殼體22，這樣操縱杆10可被放入並被保持在設備中。
在製造工藝過程中，塑料被注射成型以形成可運動部件14。具體 的說，塑料被模製來提供杆部34和球部36，其中杆部具有比球部36 的直徑小的直徑。在注射成型過程中，磁體16被包覆成型(over molded)在球部中，使得杆部34，球部36和磁體16都在一個單個構 件中。在優選實施例中，塑料是透明的，這樣磁體16在注射成型發生 之後可以被觀察者看到。接著，在製造工藝過程中，致動部件12被固定到可運動部件14 的圓角段42。接著，三軸傳感器18被放置在印刷電路板20上，並且 發光二極體48被鄰近三軸傳感器18放置。在該時刻，印刷電路板20 被放在可運動部件14的第二端部46的下面並鄰近，使得致動部件12 的運動能夠將磁體16以半球模式沿著三軸傳感器18定位。
印刷電路板20和可運動部件14被放置在殼體22內，使得印刷電 路板20鄰近殼體22的第二端部54。錐形彈簧24被插入殼體22第一 端部50和可運動部件14的杆部34周圍之間以提供所需的推壓力。在 該時刻，密封物32被固定在致動部件12和殼體22之間，因此，最終 得到操縱杆10。
得到的操縱杆10具有磁體16，磁體16嵌入在可運動部件14中 用來在操縱杆應用中觸發三軸傳感器18。三軸傳感器18感應磁體16 相對於傳感器18表面中心的位置。磁體位置運動通過使用球窩類型的 設計實現。
通過使用注射成型工藝，三個元件磁體16，球部36和杆部34 都處於單個構件中。磁體16沿著杆部34的中心軸38軸向定位，並且 偏離球部36的中心點44。這使得在致動過程中，磁體16能繞著可運 動部件14球部36的中心點44以無限的半球模式沿著傳感器18的表 面定位。
使用該設計還能使得磁體16的軸向旋轉包含操縱杆10的另一可 能存在的功能。並且，發光二極體48結合到該系統中，系統中使用印 刷電路板20，並用半透膜材料用於致動和可運動部件12， 14使得光 能照射到操作者界面。使用塑料材料、注射成型工藝以及局部結合還 減少了操縱杆10的整體成本。優選地，可運動部件，具體是杆部34 和球部36被注射成型，磁體16整個在單個工藝或操作中被包覆成型。
上述操縱杆10和製造工藝提供了幾個超越了先前的操縱杆的優 勢。具體的說，在一個實施例中可運動部件14具有杆部34和球部36 並且由奧氏體材料(austenitic material)構成，這降低了製造的成本並 使得發光二極體48在其照明時能被看到。另外，磁體16在球部36 內的位置是新穎的並且增強了檢測能力和操作性，其中磁體沿杆部34的中心軸38軸向定位並偏離球部36的中心。
另一個特徵和優勢是軸向旋轉功能與球部36和致動杆組件的結 合。進一步說，使用錐形壓縮彈簧24使得彈簧24能作用於頂部殼體 和可運動部件14從而將可運動部件14推壓回中性位置。具體的說， 錐形壓縮彈簧24在致動過程中會引起彎曲負載，在釋放彎曲負載之 後，反作用力就將可運動部件14和致動部件12返回至中性位置。
另一個優勢是在操縱杆10中使用了發光二極體48。因此，當可 運動部件和致動部件M， 12用半透明材料製成時，發射出的光可被帶 到操作者界面的位置點。因此，至少所有陳述的目標都己經得到了滿足。
本領域技術人員應當理解到的是其他各種修正可以在不脫離本發 明的精神和範圍的情況下對設備進行。所有所述的修正和改變都落入 權利要求的保護範圍內並意圖由此被覆蓋。
權利要求
1.操縱杆，其包含可運動部件，可運動部件從第一端部處的杆部延伸到終止於第二端部的球部，其中杆部的直徑小於球部的直徑；致動部件，致動部件固定到可運動部件的杆部；磁體，磁體位於可運動部件的球部的第二端部內並從該處延伸；以及三軸傳感器，三軸傳感器位於可運動部件的球部的第二端部的下面並與之鄰近，使得致動部件的運動能夠將磁體以半球模式沿三軸傳感器定位進而操作設備。
2. 如權利要求1所述的操縱杆，其中，可運動部件是單件結構。
3. 如權利要求1所述的操縱杆，其中，可運動部件和致動部件由 透明材料製成。
4. 如權利要求3所述的操縱杆，其中，透明材料是塑料。
5. 如權利要求3所述的操縱杆，其中，通過可運動部件和致動部 件的透明材料，發光二極體被使用者探測到。
6. 如權利要求1所述的操縱杆，其中，可運動部件利用注射成型 工藝由透明塑料材料形成，其中磁體被包覆成型。
7. 如權利要求1所述的操縱杆，其中，可運動部件的杆部具有中 心軸，且磁體沿中心軸軸向定位。
8. 如權利要求7所述的操縱杆，其中，可運動部件的球部具有中 心點，且磁體不位於該中心點上。
9.如權利要求1所述的操縱杆，進一步包含環繞可運動部件的殼 體，殼體在第一端部處具有環形凸緣並延伸到圍繞三軸傳感器的第二 端部。
10.製造操縱杆的方法，步驟包含注射成型塑料以形成可運動部件，可運動部件在第一端具有杆部， 杆部延伸並終止於球部中，其中杆部具有小於球部直徑的直徑； 在可運動部件的注射成型過程中將磁體包覆成型到球部中； 將致動部件固定到可運動部件的第一端部；以及 將三軸傳感器放置在可運動部件的第二端部的下面並與之鄰近， 使得致動部件的運動能夠將磁體以半球模式沿三軸傳感器定位。
全文摘要
操縱杆具有可運動部件，包括杆部和球部，其中杆部具有比球部小的直徑。致動部件固定到可運動部件的杆部上，為可運動部件提供作用。磁體被置於可運動部件的球部內並鄰近三軸傳感器，使得磁體能夠以半球模式沿三軸傳感器運動以操作設備。
文檔編號G05G1/04GK101515186SQ20091000789
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月20日 優先權日2008年2月22日
發明者J·K·克魯格, J·W·奧爾森 申請人:索爾-丹福斯公司