一種基于慣性測量的操縱桿的制作方法
【專利摘要】一種基于慣性測量的操縱桿，本實用新型通過在基座（11）內分別設置X軸轉塊（3）和Y軸轉塊（8），可實現(xiàn)手柄任意方向的搖動；在X軸轉塊和Y軸轉塊的幾何中心設置三軸加速度傳感器（4），可測量手柄（1）搖動時的姿態(tài)，并解算得到手柄在水平兩軸上位移比例數(shù)字信號，進而實現(xiàn)手柄搖動操作對受控對象的運動和姿態(tài)控制，本實用新型具有結構簡單，集成度高、體積小、控制精度高，使用無磨損且壽命長的特點。
【專利說明】一種基于慣性測量的操縱桿【【技術領域】】
[0001]本實用新型涉及一種操縱桿，具體涉及一種基于慣性測量的操縱桿。
【【背景技術】】
[0002]已知的，操縱桿“又稱控制手柄”作為一種常用人機交互接口，其可以將手柄在三維空間不同方向上的旋轉動作轉化為二維比例電信號輸出，從而實現(xiàn)對受控對象的運動或姿態(tài)控制，由于其良好的人機工程學特性，被廣泛應用于重型機械、雷達和導航系統(tǒng)、機器人、測量系統(tǒng)等領域的遠程無線電控制等；目前，操縱桿按照工作原理的不同可分為三類:電位器類操縱桿、光電類操縱桿和霍爾效應類感應型操縱桿，其中電位器類操縱桿的核心器件是電位器，靠電刷在電阻體上的滑動取得與電刷位移成比例的電壓輸出，以此測量各軸的位移量，作為一種接觸式機電元件，電位器具有易磨損，壽命短、體積大等缺點；光電類操縱桿利用光電編碼器對各軸旋轉運動進行編碼和輸出，盡管該型操縱桿具有成本低、壽命長等優(yōu)點，但是其體積較大，集成度較低；霍爾效應類感應型操縱桿通過霍爾傳感器感應磁場方向和強度的變化，將手柄位移量轉化為霍爾電壓信號輸出，霍爾效應操縱桿屬于非接觸式設備，具有無磨損，壽命長等優(yōu)點，但此類設備需要使用永磁元件、輸出信號需模數(shù)轉換處理，外圍電路較復雜，設備體積和安裝深度等指標難以得到提聞等?！?br/>【發(fā)明內容】
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[0003]為克服【背景技術】中存在的不足，本實用新型提供了一種基于慣性測量的操縱桿，本實用新型通過在基座內分別設置X軸轉塊和Y軸轉塊用于實現(xiàn)手柄的空間旋轉功能，在Y軸轉塊上安裝有電路板，電路板上的三軸加速度傳感器位于X軸轉塊和Y軸轉塊的幾何中心位置，即手柄的旋轉中心處用于慣性測量，射頻SoC用于姿態(tài)解算，旋轉位移計算、編碼和射頻傳輸，進而實現(xiàn)手柄搖動操作對受控對象的運動和姿態(tài)控制，本實用新型具有體積小、控制精度高，使用無磨損的特點。
[0004]為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本實用新型采用如下所述的技術方案:
[0005]一種基于慣性測量的操縱桿，包括手柄、上蓋板、X軸轉塊、三軸加速度傳感器、射頻S0C、Y軸轉塊、基座和電路板，所述基座的底面上設有復位裝置，所述復位裝置的上端固定在Y軸轉塊下底面的中部，所述Y軸轉塊的上底面上設有電路板，所述電路板上分別設有射頻SOC和三軸加速度傳感器，在Y軸轉塊兩相對邊的外側面上分別設有轉軸A，所述兩轉軸A的外端分別活動設置在X軸轉塊的兩相對邊的側邊上，所述X軸轉塊的另外兩相對邊的外側面上分別設有轉軸B，所述兩轉軸B的外端分別活動設置在基座的側邊上，在Y軸轉塊的上面設有過渡板，所述過渡板的上端連接手柄，所述手柄通過上蓋板活動設置在基座上形成所述的基于慣性測量的操縱桿。
[0006]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述三軸加速度傳感器設置在Y軸轉塊和X軸轉塊的幾何中心位置。
[0007]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述復位裝置為復位彈簧或橡膠棒。[0008]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述X軸轉塊為方框形結構，在X軸轉塊的兩相對邊側面的中部分別設有轉軸安裝孔，在X軸轉塊的另外兩相對邊外側面的中部分別設有轉軸B。
[0009]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述X軸轉塊的替換結構為X軸轉塊包括轉塊A和轉塊B，所述轉塊A為“[”形結構，在轉塊A開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊A，在所述兩固定邊A的側面上分別設有通孔，所述轉塊B為“[”形結構，在轉塊B開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊B，在所述固定邊B的外端的中部分別設有轉軸B，在固定邊B的的側面上分別設有絲孔，在轉塊A和轉塊B的底邊的中部分別設有轉軸安裝孔。
[0010]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述手柄上設有電源開關，所述電源開關連接電路板。[0011]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述上蓋板的中部設有手柄安裝孔。
[0012]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述手柄的下端設有半球形連接件，在手柄的中部設有內孔，所述內孔連接過渡板。
[0013]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述基座的前側面的中部設有轉軸固定孔，在基座的后側面設有后蓋板，所述后蓋板的中部設有與基座前側面相對應的轉軸固定孔，在基座的上端設有上蓋板。
[0014]所述的基于慣性測量的操縱桿，所述電路板14上設有晶振和電源插頭，所述電源插頭通過線路連接電源，所述電源設置在過渡板內或設置在基座的外部。
[0015]采用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下所述的優(yōu)越性:
[0016]本實用新型所述的一種基于慣性測量的操縱桿，本實用新型通過在基座內分別設直X軸轉塊和Y軸轉塊，可實現(xiàn)手柄任意方向的搖動；在X軸轉塊和Y軸轉塊的幾何中心設置三軸加速度傳感器，可測量手柄搖動時的姿態(tài)，并解算得到手柄在水平兩軸上位移比例數(shù)字信號，進而實現(xiàn)手柄搖動操作對受控對象的運動和姿態(tài)控制，本實用新型具有結構簡單，集成度高、體積小、控制精度高，使用無磨損且壽命長的特點。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0017]圖1是本實用新型的立體結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型的爆炸結構示意圖；
[0019]圖3是本實用新型涉及剛體動力學及慣性測量原理的示意圖；
[0020]圖4是本實用新型涉及操縱桿中手柄繞基座旋轉時姿態(tài)變化示意圖；
[0021]圖5是本實用新型涉及操縱桿工作流程實施例示意圖；
[0022]在圖中:1、手柄；2、上蓋板；3、X軸轉塊；4、三軸加速度傳感器；5、射頻SOC ;6、轉軸A ;7、復位彈簧；8、Y軸轉塊；9、轉軸B ;10、過渡板；11、基座；12、轉軸固定孔；13、后蓋板；14、電路板；15、晶振；16、電源插頭。
【【具體實施方式】】
[0023]通過下面的實施例可以更詳細的解釋本實用新型，本實用新型并不局限于下面的實施例；[0024]結合附圖1?2所述的一種基于慣性測量的操縱桿，包括手柄1、上蓋板2、X軸轉塊3、三軸加速度傳感器4、射頻S0C5、Y軸轉塊8、基座11和電路板14，所述基座11的底面的中部設有沉孔，所述沉孔內設有用于手柄I復位的復位裝置，所述復位裝置為復位彈簧7或橡膠棒，其中優(yōu)選復位彈簧7，所述復位裝置的上端固定在Y軸轉塊8下底面的中部，為了提高復位裝置的穩(wěn)定性，在Y軸轉塊8下底面的中部設有向下延伸環(huán)形凸臺，所述復位裝置的上端套接在環(huán)形凸臺的外緣面上或插接在環(huán)形凸臺的內孔中，所述Y軸轉塊8的上底面上設有電路板14，所述電路板14上分別設有射頻S0C5、三軸加速度傳感器4、晶振15和用于連接電源的電源接頭16，所述三軸加速度傳感器4用于手柄I搖動過程中的慣性測量和姿態(tài)計算，射頻SoC5用于三軸加速度傳感器4輸出的采樣、解算、編碼和傳輸；在Y軸轉塊8兩相對邊的外側面上分別設有轉軸A6，所述兩轉軸A6的外端分別活動設置在X軸轉塊3的兩相對邊的側邊上，所述X軸轉塊3為方框形結構，在X軸轉塊3的兩相對邊側面的中部分別設有轉軸安裝孔，在X軸轉塊3的另外兩相對邊外側面的中部分別設有轉軸B9，為了更好的實施本實用新型，X軸轉塊3的替換結構為X軸轉塊3包括轉塊A和轉塊B，所述轉塊A為“[”形結構，在轉塊A開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊A，在所述兩固定邊A的側面上分別設有通孔，所述轉塊B為“[”形結構，在轉塊B開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊B，在所述固定邊B的外端的中部分別設有轉軸B9，在固定邊B的的側面上分別設有絲孔，在轉塊A和轉塊B的底邊的中部分別設有轉軸安裝孔；
[0025]進一步，所述X軸轉塊3的另外兩相對邊的外側面上分別設有轉軸B9，所述兩轉軸B9的外端分別活動設置在基座11的側邊上，所述三軸加速度傳感器4設置在Y軸轉塊8和X軸轉塊3的幾何中心位置的電路板14上，在Y軸轉塊8的上面設有過渡板10，所述過渡板10的上端連接手柄I的下端，所述手柄I的下端設有半球形連接件，在手柄I的中部設有內孔，所述內孔連接過渡板10，手柄I通過上蓋板2活動設置在基座11上，所述上蓋板2的中部設有手柄安裝孔，手柄I下端的半球形連接件在手柄安裝孔內活動設置，所述基座11的前側面的中部設有轉軸固定孔12，在基座11的后側面設有后蓋板13，所述后蓋板13的中部設有與基座11前側面相對應的轉軸固定孔12，在基座11的上端設有上蓋板2，所述手柄I上設有電源開關，所述電源開關連接電路板14，所述電路板14上設有晶振15和電源插頭16，所述電源插頭16通過線路連接電源，所述電源設置在過渡板10內或設置在基座11的外部形成所述的基于慣性測量的操縱桿，所述電源設置在過渡板10內時電源為干電池，電源設置在基座11的外部時為干電池或經過變壓后的市電。
[0026]本實用新型中所述的三軸加速度傳感器4安裝于手柄I繞基座11旋轉的中心處，由于該位置處復合加速度為0，基于加速度計比力輸出可解算得到手柄I在任意位置時的姿態(tài)。
[0027]結合附圖3，進一步說明本實用新型相關解算的原理:
[0028]本實用新型可以將手柄看作一剛性載體，在其上建立載體坐標系ObXbYbZb,坐標原點Ob在手柄旋轉中心處，手柄長軸方向為Z向，則載體系與地平坐標系O1X1Y1Z1間的坐標變換關系可用以下方向余弦矩陣表示:
[0029]C= [cx cy cj (I)
[0030]其中:
【權利要求】
1.一種基于慣性測量的操縱桿，包括手柄(I)、上蓋板(2)、x軸轉塊(3)、三軸加速度傳感器(4 )、射頻SOC (5 )、Y軸轉塊(8 )、基座(11)和電路板(14 )，其特征是:所述基座(11)的底面上設有復位裝置，所述復位裝置的上端固定在Y軸轉塊(8)下底面的中部，所述Y軸轉塊(8)的上底面上設有電路板(14)，所述電路板(14)上分別設有射頻SOC (5)和三軸加速度傳感器(4)，在Y軸轉塊(8)兩相對邊的外側面上分別設有轉軸A (6)，所述兩轉軸A (6)的外端分別活動設置在X軸轉塊(3)的兩相對邊的側邊上，所述X軸轉塊(3)的另外兩相對邊的外側面上分別設有轉軸B (9)，所述兩轉軸B (9)的外端分別活動設置在基座(11)的側邊上，在Y軸轉塊(8)的上面設有過渡板(10)，所述過渡板(10)的上端連接手柄(1)，所述手柄(I)通過上蓋板(2)活動設置在基座(11)上形成所述的基于慣性測量的操縱桿。
2.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述三軸加速度傳感器(4)設置在Y軸轉塊(8)和X軸轉塊(3)的幾何中心位置。
3.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述復位裝置為復位彈簧(7)或橡膠棒。
4.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述X軸轉塊(3)為方框形結構，在X軸轉塊(3)的兩相對邊側面的中部分別設有轉軸安裝孔，在X軸轉塊(3)的另外兩相對邊外側面的中部分別設有轉軸B (9)。
5.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述X軸轉塊(3)的替換結構為X軸轉塊(3)包括轉塊A和轉塊B，所述轉塊A為“[”形結構，在轉塊A開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊A，在所述兩固定邊A的側面上分別設有通孔，所述轉塊B為“[”形結構，在轉塊B開口邊兩側面的外側分別設有向外延伸的固定邊B，在所述固定邊B的外端的中部分別設有轉軸B (9)，在固定邊B的的側面上分別設有絲孔，在轉塊A和轉塊B的底邊的中部分別設有轉軸安裝孔。
6.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述手柄(I)上設有電源開關，所述電源開關連接電路板(14)。
7.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述上蓋板(2)的中部設有手柄安裝孔。
8.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述手柄(I)的下端設有半球形連接件，在手柄(I)的中部設有內孔，所述內孔連接過渡板(10 )。
9.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述基座(11)的前側面的中部設有轉軸固定孔(12)，在基座(11)的后側面設有后蓋板(13)，所述后蓋板(13)的中部設有與基座(11)前側面相對應的轉軸固定孔(12)，在基座(11)的上端設有上蓋板(2)。
10.根據權利要求1所述的基于慣性測量的操縱桿，其特征是:所述電路板(14)上設有晶振(15 )和電源插頭(16 )，所述電源插頭(16 )通過線路連接電源，所述電源設置在過渡板(10)內或設置在基座(11)的外部。
【文檔編號】G06F3/0346GK203733076SQ201420131889
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】王祥雒, 楊春蕾, 劉中華, 安洛生, 匡春臨 申請人:洛陽師范學院