DE10111609A1 - Operating element has operator handle on platform, connecting elements between platform, bracket, displacement and/or force sensors, unit for evaluating signals and providing drive signals - Google Patents

Operating element has operator handle on platform, connecting elements between platform, bracket, displacement and/or force sensors, unit for evaluating signals and providing drive signals

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DE10111609A1 DE2001111609 DE10111609A DE10111609A1 DE 10111609 A1 DE10111609 A1 DE 10111609A1 DE 2001111609 DE2001111609 DE 2001111609 DE 10111609 A DE10111609 A DE 10111609A DE 10111609 A1 DE10111609 A1 DE 10111609A1
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Abstract

The operating element has an operator handle (12) mounted on a platform (10), connecting elements (20,22,24,26,28) between the platform and a fixed bracket (30), displacement sensors for detecting connecting element length changes and/or force sensors for compression and strain forces in the connecting elements and an evolution unit for evaluating the measurement signals and providing drive signals for the spatial movement processes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienungselement zur manuellen Ansteuerung räumlicher Bewegungsabläufe eines zu steuernden Systems.The invention relates to an operating element for manual Control of spatial movement sequences of a to be controlled System.

Für die Ansteuerung von Mechanismen werden Bedienungselemente eingesetzt, bei denen es sich beispielsweise um einen Bedienungshebel oder um einen Joystick handelt, die um eine oder zwei Achsen verschwenkbar sind. Diese Bedienungselemente ermöglichen eine Ansteuerung des Mechanismus in zwei Freiheitsgraden. So beschreibt beispielsweise die EP-A-0 981 078 einen joystickartig ausgebildeten Bedienungshebel, der sich mittels eines Kreuzgelenks in zwei Richtungen, nach vorn und hinten sowie nach links und rechts bewegen lässt. Auf dem Betätigungsgriff des Bedienungshebels befinden sich zwei elektrische Druckschalter zur manuellen Auslösung weiterer Steuersignale.Operating elements are used to control mechanisms used, for example, one Operating lever or a joystick, which is a or two axes are pivotable. These controls allow control of the mechanism in two Degrees of freedom. For example, EP-A-0 981 078 describes a joystick-like control lever, which using a universal joint in two directions, forward and can move back and left and right. On the There are two operating handles on the operating lever electrical pressure switches for manual triggering of further Control signals.

Für die Ansteuerung der Bewegung in mehr als zwei Freiheitsgraden, z. B. für räumliche Bewegungsabläufe, können zusätzliche Steuerelemente, wie Rollen oder elektrische Druckknöpfe in den Bedienungshebel integriert sein. Dadurch wird jedoch die Bedienung kompliziert und ist ergonomisch nicht optimal.For controlling the movement in more than two Degrees of freedom, e.g. B. for spatial movements additional controls, such as roles or electrical Push buttons can be integrated in the operating lever. Thereby However, the operation becomes complicated and is not ergonomic optimal.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bedienungselement zu erhalten, welches das Steuern von mehr als zwei und bis zu sechs Freiheitsgraden erlaubt. Das Ansteuern der sechs Freiheitsgrade soll gleichzeitig möglich sein. Dem Bediener soll dabei lediglich eine Handhabe, beispielsweise ein Bedienhebel, zur Verfügung stehen, der das Bedienen aller Freiheitsgrade möglich macht, ohne dass zusätzliche Aktivierungselemente betätigt werden müssen. The aim of the present invention is to provide an operating element to get control of more than two and up to six degrees of freedom allowed. Driving to the six Degrees of freedom should be possible at the same time. The operator should only be a handle, for example a Control levers that are available to operate all Makes degrees of freedom possible without additional Activation elements must be operated.  

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Bedienungselement der eingangs genannten Art anzugeben, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden und die Ziele erreicht werden. Insbesondere soll durch eine einfache, ergonomische Bedienung eine Ansteuerung in mehr als zwei Freiheitsgraden möglich sein.The object underlying the invention is seen in specify an operating element of the type mentioned at the outset, through which the aforementioned problems are overcome and the Goals are achieved. In particular, a simple, ergonomic operation one control in more than two Degrees of freedom may be possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.The object is achieved by the teaching of Claim 1 solved. Further advantageous configurations and further developments of the invention result from the subclaims out.

Das erfindungsgemäße Bedienungselement enthält eine Handhabe, die als Bedienungshebel ausgebildet sein kann und sich von einer Bedienungsperson betätigen lässt. Die Handhabe ist an einer Plattform befestigt, so dass die Plattform der Bewegung der Handhabe folgt bzw. so dass auf die Handhabe ausgeübte Kräfte auf die Plattform übertragen werden. Zwischen der Plattform und einer feststehenden Konsole sind wenigstens sechs Verbindungselemente angeordnet. Des weiteren sind Wegmessgeber zur Erfassung der Längenänderungen der Verbindungselemente bzw. Kraftmessgeber zur Erfassung der in den Verbindungselementen wirkenden Zug- und Druckkräfte vorgesehen. Auf die Handhabe lassen sich Kräfte in vorzugsweise sechs Freiheitsgraden ausüben: in drei unterschiedliche translatorische Richtungen und um drei unterschiedliche Drehachsen. Dies führt zu Längensignalen bzw. zu Kraftsignalen, die den Verbindungselementen zugeordnet sind.The control element according to the invention contains a handle, which can be designed as an operating lever and from can be operated by an operator. The handle is on attached to a platform so that the platform of movement the handle follows or so that is exerted on the handle Forces are transferred to the platform. Between the Platform and a fixed console are at least six Fasteners arranged. There are also position encoders for recording the changes in length of the connecting elements or Force transducer for detecting the in the connecting elements acting tensile and compressive forces provided. On the handle forces can preferably be in six degrees of freedom exercise: in three different translational directions and around three different axes of rotation. this leads to Length signals or force signals that the Fasteners are assigned.

Aus den Längensignalen bzw. den Kraftsignalen lassen sich drei Koordinaten und drei Orientierungswinkel bestimmen, welche die Lage der Plattform in Bezug auf die Konsole bzw. welche die auf die Handhabe ausgeübten Kraftvektoren und Momentvektoren widerspiegeln. Die Messsignale der Wegmessgeber bzw. der Kraftmessgeber spiegeln die Lage der Handhabe bzw. die auf die Handhabe ausgeübten Kräfte und Momente in eindeutiger Weise wider. Bei der Koordinatenberechnung können bekannte Methoden eingesetzt werden (Hebsacker, M.: Die Auslegung der Kinematik des Hexaglide - "Methodik für die Auslegung paralleler Werkzeugmaschinen", VDI Berichte Nr. 1427, 1998).Three can be made from the length signals or the force signals Coordinates and three orientation angles determine which the Location of the platform in relation to the console or which the on the applied force vectors and moment vectors reflect. The measuring signals of the position encoder or the Force transducers reflect the position of the handle or on the  Manage forces and moments in a clear way contrary. Known methods can be used for the calculation of coordinates are used (Hebsacker, M .: The design of the kinematics des Hexaglide - "Methodology for the design of parallel Machine Tools ", VDI Reports No. 1427, 1998).

Die Längensignale bzw. die Kraftsignale werden durch eine Auswerteeinheit ausgewertet und zur Ansteuerung der Bewegungsabläufe des zu steuernden Systems herangezogen. Dabei berechnet die Auswerteeinheit aus den Messwerten, welche die Kinematik der Handhabe widerspiegeln, die jeweilige Lage der Handhabe bzw. die auf die Handhabe ausgeübten Kräfte und Momente und gibt entsprechende Steuersignale an das zu steuernde System ab.The length signals or the force signals are represented by a Evaluation unit evaluated and to control the Movements of the system to be controlled are used. there calculates the evaluation unit from the measured values which the Kinematics of the handle reflect the respective position of the Handle or the forces exerted on the handle and Moments and gives appropriate control signals to the controlling system.

Das erfindungsgemäße Bedienungselement kann damit zur manuellen Ansteuerung räumlicher Bewegungsabläufe eines zu steuernden Systems, beispielsweise auch eines virtuellen Systems, verwendet werden. Es lässt sich mit lediglich einem Bedienungselement eine Ansteuerung räumlicher Bewegungsabläufe eines zu steuernden Systems in bis zu sechs Freiheitsgraden vornehmen, ohne dass zusätzliche Schalter und dergleichen betätigt werden müssen. Die Ansteuerung kann damit auf einfache und ergonomisch günstige Weise erfolgen.The control element according to the invention can thus be used for manual Control of spatial movement sequences of a to be controlled System, for example a virtual system, be used. It can be done with just one Control element a control of spatial movements of a system to be controlled in up to six degrees of freedom without additional switches and the like must be operated. The control can thus be simple and done ergonomically.

Es ist von besonderem Vorteil, die Verbindungselemente nach Art eines Hexapoden anzuordnen. Hexapoden sind grundsätzlich bekannt und werden beispielsweise bei Messgeräten zur Überprüfung der Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen (DE-A-35 04 464), bei motorischen Koordinatenmessgeräten (DE-A-197 20 049) und bei Roboterkinematiken verwendet. Unter Hexapod soll eine Anordnung von Verbindungselementen verstanden werden, die Bewegungen in sechs Freiheitsgraden ermöglicht. Das Hexapod kann sechs oder mehr (beispielsweise acht) Verbindungselemente enthalten. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der Hexapod- Anordnung im Zusammenhang mit einem Bedienungselement wird es möglich, die Handhabe und mit ihr die Plattform in sechs Freiheitsgraden zu bewegen und die Bewegungsabläufe in eindeutiger Weise in Steuersignale umzusetzen. Die Handhabe lässt sich beispielsweise in zwei Richtungen seitlich verschwenken, um ihre Achse verdrehen, sich seitlich in zwei Richtungen verschieben und in Richtung ihrer Achse heraus- und hineinschieben. Sofern Kraftmessgeber eingesetzt werden, können die Bewegungen der Handhabe so klein sein, dass sie von der Bedienungsperson nicht wahrgenommen werden. In diesem Fall wird die Bedienungsperson zur Einstellung von Steuerbefehlen nicht eine bestimmte räumliche Verstellung der Handhabe vornehmen, sondern Kräfte auf die Handhabe ausüben, die den gewünschten Steuersignalen entsprechen. Eine derart vielseitige Betätigung einer Handhabe ist mit den bisher bekannten Bedienungselementen nicht möglich.It is particularly advantageous to use the connecting elements according to Art to arrange a hexapod. Hexapods are basic are known and are used, for example, in measuring devices Checking the position accuracy of machine tools (DE-A-35 04 464), for motorized coordinate measuring machines (DE-A-197 20 049) and used in robot kinematics. Under hexapod an arrangement of connecting elements is to be understood, which enables movements in six degrees of freedom. The hexapod can have six or more (for example eight) fasteners contain. The inventive use of the hexapod  Arrangement in connection with an operating element will possible, the handle and with it the platform in six Degrees of freedom to move and the movements in unambiguously implemented in control signals. The handle can be moved laterally in two directions, for example swivel, twist around its axis, laterally in two Shift directions and out in the direction of their axis Push. If force sensors are used, the movements of the handle must be so small that they Operator are not noticed. In this case the operator for setting control commands does not carry out a certain spatial adjustment of the handle, but exert forces on the handle that the desired Control signals. Such a versatile activity a handle is with the previously known controls not possible.

Die Erfindung lässt sich für die Steuerung von Mechanismen mit mehr als zwei Freiheitsgraden einsetzen. Ein bevorzugter Anwendungsfall ergibt sich im Zusammenhang mit einer Anbauschnittstelle zur Kopplung von Arbeitsgeräten an ein Arbeitsfahrzeug, wie es in der nachveröffentlichten DE-A-199 51 840 beschrieben ist. Bei der beschriebenen Anbauschnittstelle sind zwischen einem Traktorrumpf und einem Koppelrahmen sechs nach Art eines Hexapoden angeordnete Hydraulikzylinder vorgesehen. Diese Hydraulikzylinder können durch das erfindungsgemäße Bedienungselement angesteuert werden, indem die Signale jedes Wegmessgebers bzw. Kraftmessgebers des Bedienungs-Hexapoden zur Ansteuerung eines entsprechenden Hydraulikzylinders des Anbauschnittstellen-Hexapod herangezogen wird.The invention can be used for the control of mechanisms Use more than two degrees of freedom. A preferred one Use case arises in connection with a Attachment interface for coupling work tools to a Work vehicle, as it is in the subsequently published DE-A-199 51 840 is described. With the mounting interface described there are six between a tractor body and a coupling frame Hydraulic cylinders arranged in the manner of a hexapod intended. These hydraulic cylinders can by Control element according to the invention can be controlled by the signals of each encoder or force transducer Operating hexapods for controlling a corresponding one Hydraulic cylinder of the add-on interface hexapod becomes.

Ein weiterer Anwendungsfall der Erfindung liegt im Computerbereich, bei dem das Bedienungselement als sogenannte "dreidimensionale Maus" verwendet wird und der Ansteuerung virtueller räumlicher Bewegungsabläufe dient, die beispiels­ weise auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können.Another application of the invention lies in Computer area, in which the control element as a so-called "three-dimensional mouse" is used and the control  serves virtual spatial movements, for example can be made visible on a screen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungselemente teleskopartig ausgebildet und bilden Teleskopbeine, die vorzugsweise nach Art eines Hexapoden angeordnet sind. Jedes Teleskopbein enthält beispielsweise zwei in ihrer Längserstreckung relativ zueinander verschiebbare Teleskopstangen, deren freie Enden allseitig schwenkbar an der Plattform beziehungsweise an der Konsole angreifen, wobei die Angriffspunkte jeweils im Bereich der Eckpunkte eines Dreiecks liegen können. Die Teleskopbeine sind mit Wegmessgeber ausgestattet, deren Längensignale der jeweiligen Länge des zugehörigen Teleskopbeins entsprechen.According to a preferred embodiment of the invention Connecting elements formed telescopically and form Telescopic legs, preferably in the manner of a hexapod are arranged. For example, each telescopic leg contains two longitudinally displaceable relative to each other Telescopic rods, the free ends of which can be pivoted on all sides Attack platform or on the console, the Attack points in the area of the corner points of a triangle can lie. The telescopic legs are with position encoders equipped, the length signals of the respective length of the corresponding telescopic leg correspond.

Dabei kann jedes Teleskopbein beispielsweise ein zu beiden Seiten hin offenes Zylindergehäuse aufweisen, das auf jeder Seite eine verschiebbare Teleskopstange aufnimmt. Die Teleskopstangen werden durch Federn in ihrer Mittelstellung abgestützt. Durch eine Betätigung des Bedienungshebels gegen die Kraft der Federn lassen sich die Längen der Federbeine verändern. Wird der Bedienungshebel losgelassen, kehrt die Plattform und mit ihr der Bedienungshebel in die Mittelstellung zurück. Alternativ oder ergänzend zu den Federn können die Teleskopstangen auch jeweils über einen Reibsitz in dem Zylindergehäuse geführt sein, so dass für eine Längsverschiebung Reibungskräfte überwunden werden müssen.Each telescopic leg can be one to both, for example Have open cylinder housing on each side Side holds a sliding telescopic rod. The Telescopic rods are held in their central position by springs supported. By actuating the operating lever against the force of the springs can be the lengths of the struts change. When the operating lever is released, the Platform and with it the operating lever in the middle position back. Alternatively or in addition to the springs, the Telescopic rods also each have a friction seat in the Cylinder housing to be guided, so that for a Longitudinal displacement friction forces must be overcome.

Bei den Wegmessgebern kann es sich um ohmsche Schiebewiderstände handeln. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise induktive, kapazitive oder optoelektronische Wegaufnehmer zu verwenden.The position encoders can be ohmic Act sliding resistors. However, it is also possible for example inductive, capacitive or optoelectronic To use displacement transducers.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungselemente in ihrer Längserstreckung im wesentlichen starr ausgebildet sind, so dass sie durch Ausübung axialer Kräfte weder länger noch kürzer werden. Die durch Betätigungen der Handhabe auf die Verbindungselemente übertragenen Zug- und Druckkräfte werden durch Kraftmessgeber gemessen. Als Kraftmessgeber kommen beispielsweise Dehnmessstreifen oder piezoelektrische Aufnehmer in Betracht.According to a further preferred embodiment of the invention are the connecting elements in their longitudinal extent in  are essentially rigid so that they can be exercised axial forces are neither longer nor shorter. By Actuations of the handle on the connecting elements The tensile and compressive forces are transmitted by force transducers measured. For example, come as a force transducer Strain gauges or piezoelectric sensors.

Die Angriffspunkte der Verbindungselemente an der Plattform und/oder an der Konsole liegen vorzugsweise in etwa im Bereich der Ecken jeweils eines gleichseitigen Dreiecks. Dabei sind in der Nähe jeder Ecke zwei Verbindungselemente angelenkt, und lassen sich jeweils in zwei Richtungen verschenken. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, die Anlenkstellen in etwa in den Ecken eines Vierecks oder eines Sechsecks oder in einer anderen geometrischen Figur anzuordnen. Bei einem Viereck können beispielsweise jeweils zwei Verbindungselemente an zwei benachbarten Ecken des Vierecks angreifen, und jeweils eines oder jeweils zwei der übrigen Verbindungselemente an den anderen beiden Ecken des Vierecks angelenkt sein.The attachment points on the platform and / or on the console are preferably approximately in the range the corners of an equilateral triangle. Here are in two connecting elements are articulated near each corner, and can be given away in two directions. It can However, it should also be appropriate to the articulation points in about Corners of a rectangle or a hexagon or in another arrange geometric figure. With a square you can for example, two connecting elements on two attack adjacent corners of the square, and one each or two each of the other connecting elements to the other two corners of the square.

Um zu vermeiden, dass Biegekräfte auf die Verbindungselemente übertragen werden ist es zweckmäßig die Verbindungselemente gelenkig mit der Plattform und/oder gelenkig mit der Konsole zu verbinden. Infolge der gelenkigen Anbindung treten in den Verbindungselementen lediglich Zug- und Druckkräfte auf, so dass die Struktur statisch bestimmt bleibt. Die Kräfte können durch Kraftmessgeber oder durch Messung einer Längenänderung der Verbindungselemente erfasst werden.To avoid bending forces on the fasteners it is expedient to transfer the connecting elements articulated with the platform and / or articulated with the console connect. As a result of the articulated connection Fasteners only tensile and compressive forces, so that the structure remains statically determined. The powers can by force transducers or by measuring a change in length of the connecting elements are detected.

Insbesondere bei der Verwendung von Kraftmessgebern ist es von Vorteil, die Verbindungselemente starr an der Konsole zu befestigen und gelenkig mit der Plattform zu verbinden. Vorzugsweise werden für die gelenkigen Verbindungen jeweils ein oder mehrere gummiartige Elemente verwendet, die ein seitliches Verkippen der Verbindungselemente gegenüber der Plattform zulassen, jedoch ausreichend starr sind, um Zug- und Druckkräfte zu übertragen.Especially when using force transducers it is of Advantage, the connecting elements rigidly on the console too attach and articulate to the platform. Preferably one for each of the articulated connections or more rubber-like elements used that have a side Tilting of the connecting elements in relation to the platform  allow, but are sufficiently rigid to pull and To transmit pressure forces.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Plattform Biegeelemente enthält, an denen jeweils ein starres Verbindungselement angreift und die sich bei Kraft- oder Momentbelastungen der Handhabe verbiegen.A particularly preferred development of the invention provides before that the platform contains bending elements, each of which attacks a rigid connecting element and which or bend momentary loads on the handle.

Die Biegeelemente sind vorzugsweise stab- oder laschenförmig ausgebildet und mit wenigstens einem Ende starr mit der Plattform verbunden. Sie sind quer zur Längserstreckung der Verbindungselemente ausgerichtet. Der Begriff quer schließt neben einer rechtwinkligen Ausbildung auch andere Winkel zwischen den Ausrichtungen des Biegeelements und des Verbindungselements ein. Zweckmäßigerweise sind die Biegeelemente lediglich mit einem ihrer Enden mit der Plattform verbunden und stehen mit ihrem anderen, freien Ende seitlich von der Plattform ab.The bending elements are preferably rod or tab-shaped trained and rigid with at least one end with the Platform connected. They are transverse to the longitudinal extension of the Fasteners aligned. The term crosswise closes in addition to a right-angled formation also other angles between the orientations of the bending element and the Connecting element. These are expediently Bending elements with only one of their ends with the platform connected and stand laterally with their other, free end from the platform.

Sofern im Bereich der Ecken einer beispielsweise dreieckförmigen Plattform jeweils zwei oder mehr Verbindungselemente angreifen, ist es vorteilhaft, im Bereich der Ecke jeweils zwei oder mehr als Biegeelement ausgebildete nebeneinander und im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Stäbe oder Laschen vorzusehen. Im Bereich des freien Endes jedes Stabes oder jeder Lasche greift ein Verbindungselement an. Die Laschen lassen sich beispielsweise derart ausbilden, dass die Plattform in ihren Ecken geschlitzt wird und die Schlitze im wesentlichen zur Plattformmitte ausgerichtet sind.If, for example, in the area of the corners triangular platform two or more each Attack fasteners, it is advantageous in the area the corner each formed two or more as a bending element side by side and essentially parallel to each other to provide running rods or tabs. In the area of free end of each rod or tab engages Connecting element. The tabs can be, for example form such that the platform slits in its corners and the slots essentially to the center of the platform are aligned.

Vorzugsweise ist wenigstens auf der Oberseite oder auf der Unterseite eines Biegeelementes (z. B. einer Laschen) im Bereich zwischen der Befestigungsstelle des Verbindungselements und dem mittleren Bereich der Plattform ein im wesentlichen in radialer Richtung, also zur Plattformmitte, ausgerichteter Dehnmessstreifen angeordnet. Als Oberseite und Unterseite werden Oberflächen des Biegeelements bezeichnet, die im wesentlichen quer zur Längserstreckung der Verbindungselemente verlaufen.Preferably at least on the top or on the Underside of a bending element (e.g. a tab) in the Area between the attachment point of the connecting element and the central area of the platform is essentially in  radial direction, i.e. towards the center of the platform Strain gauges arranged. As top and bottom are called surfaces of the bending element, which in essentially transverse to the longitudinal extension of the connecting elements run.

Um eine Temperaturkompensation und eine Signalverstärkung (Verdopplung) zu erreichen, ist es von Vorteil, sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite eines Biegeelements je wenigstens einen Dehnmessstreifen anzuordnen. Die beiden Dehnmessstreifen werden zu einer Halbbrücke verschaltet. Die Halbbrücke lässt sich verstärkerintern zu einer Vollbrücke ergänzen und liefert ein Ausgangssignal in Form einer Brückenverstimmung.Temperature compensation and signal amplification To achieve (doubling), it is beneficial to both on the Top as well as on the bottom of a bending element each to arrange at least one strain gauge. The two Strain gauges are connected to form a half bridge. The Half bridge can be integrated into a full bridge within the amplifier complete and provide an output signal in the form of a Bridge imbalance.

Die Brückenspannung kann einem Messverstärker zugeführt werden, der in einem Mikrocontroller integriert ist. Beispielsweise werden somit für sechs Verbindungselemente von sechs zugehörigen Messverstärkern sechs Ausgangsspannungen gebildet, die ein Maß für die in den Verbindungselementen auftretenden Kräfte sind. Der Mikrocontroller kann auch die gesamte Geometrieberechnung übernehmen. Er rechnet die Ausgangssignale in Kraft- und Momentenkomponenten um und gibt diese Daten über eine Busleitung, beispielsweise einen CAN-Bus aus. Der absolute Wert jeder Kraft- und Momentenkomponente ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der sich das zu steuernde System bewegen soll. Die Richtungen der Kräfte geben die Richtung der Translation und die Richtung der Momente geben die Richtung der Drehung des Systems vor.The bridge voltage can be fed to a measuring amplifier which is integrated in a microcontroller. For example are thus for six connecting elements of six associated measuring amplifiers formed six output voltages, which is a measure of those occurring in the fasteners Powers are. The microcontroller can also do the whole Take over geometry calculation. It calculates the output signals into force and moment components and passes this data on a bus line, for example a CAN bus. The absolute The value of each force and moment component is a measure of that The speed at which the system to be controlled is moving should. The directions of the forces give the direction of the Translation and the direction of the moments give the direction of the System rotation.

Um eine zuverlässige Signalverarbeitung zu gewährleisten und Verdrahtungsaufwand einzusparen ist es zweckmäßig, auf der Plattform Kraftmesselemente und eine zugehörige Auswerte­ elektronik anzuordnen. Die Auswerteelektronik kann integrierte Halbleiterelemente aufweisen, wie es für Druck- und Beschleunigungssensoren üblich ist.To ensure reliable signal processing and To save wiring effort, it is useful on the Platform force measuring elements and an associated evaluation arrange electronics. The evaluation electronics can be integrated Have semiconductor elements as it is for printing and  Accelerometers is common.

Es ist von Vorteil, die Handhabe bzw. den Handbedienungshebel des erfindungsgemäßen Bedienungselements nach Art eines Joysticks auszubilden. Bei der Formgebung und Anordnung des Joysticks können ergonomische Gesichtspunkte berücksichtigt werden.It is advantageous to use the handle or the hand control lever of the control element according to the type Train joysticks. In the design and arrangement of the Joysticks can take ergonomic considerations into account become.

Insbesondere ist es zweckmäßig, die Handhabe nach Art eines Winkelhebels auszubilden, bei dem ein Schenkel beispielsweise senkrecht von der Plattform absteht und der andere freie, im wesentlichen rechtwinklig abgelenkte Schenkel in etwa parallel zur Plattform verläuft. Der freie Schenkel steht in seiner unbetätigten Ruhelage nach oben und lässt sich durch eine Bedienungsperson bequem im Rahmen von sechs Freiheitsgraden betätigen.In particular, it is expedient to handle the type Training angle lever in which one leg, for example protrudes vertically from the platform and the other free, in essentially right-angled legs approximately parallel runs to the platform. The free leg is in his unactuated rest position upwards and can be Operator comfortably within six degrees of freedom actuate.

Um die Funktionsfähigkeit des erfinderischen Bedienungselements weiter zu steigern, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung im Bereich des freien Endes der Handhabe wenigstens ein Steuerelement angeordnet. Es handelt sich hierbei beispielsweise um einen mit einem Finger oder dem Daumen betätigbaren Schalter oder Druckknopf, durch den ein elektrischer Schalter betätigt wird, oder um eine Rolle, die mit einem elektrischen Analoggeber in Verbindung steht. Es kann auch eine Aktivierungsklappe an der Handhabe montiert sein, wie sie beispielsweise in der DE-A-09 81 078 beschrieben wurde. Durch derartige Steuerelemente lassen sich Sicherheits­ anforderungen erfüllen und weitere Funktionen ansteuern, ohne dass die Bedienungsperson ihre Hand von der Handhabe entfernen muss. Beispielsweise kann das Steuerelement derart in die Funktionsweise integriert sein, dass sich das zu steuernde System durch Betätigung der Handhabe nur dann bewegen lässt, wenn ein in der Handhabe integrierter Bedienungsschalter betätigt wird. Hierdurch lässt sich eine nicht beabsichtigte Betätigung des zu steuernden Systems, z. B. während der Fahrt, vermeiden.To the functionality of the inventive control element According to a preferred further training, further increasing of the invention in the area of the free end of the handle arranged at least one control element. It is about for example, one with a finger or the Thumb operated switch or push button through which a electrical switch is operated, or to a role that is connected to an electrical analog encoder. It can also an activation flap can be mounted on the handle, such as it was described for example in DE-A-09 81 078. Such controls allow security meet requirements and control other functions without that the operator remove their hand from the handle got to. For example, the control can be in the Functionality should be integrated that is to be controlled System can only be moved by operating the handle, if an operating switch integrated in the handle is operated. This allows an unintended one  Actuation of the system to be controlled, e.g. B. while driving, avoid.

Vorzugsweise hängt die Ausgangskennlinie der Auswerteeinheit in nichtlinearerweise von den gemessenen Zug- oder Druckkräften ab, so dass bei einer linearen Biegekraftvergrößerung eine nichtlineare Bediengeschwindigkeit für das zu steuernde System vorgegeben wird. Durch entsprechende Beeinflussung der Ausgangskennlinie besteht auch die Möglichkeit, dem System eine Ansprechschwelle zu geben.The output characteristic of the evaluation unit preferably depends on non-linearly from the measured tensile or compressive forces so that with a linear increase in bending force a non-linear operating speed for the system to be controlled is specified. By influencing the Output characteristic there is also the possibility of giving the system a To give response threshold.

Aus den beispielweise sechs Messgrößen (gemessene Weg- oder Kraftgrößen) können durch Koordinatentransformationen die Kräfte oder Wege in einem beliebigen räumlichen Koordinatensystem errechnet werden. Insbesondere lassen sich die Kraftgrößen in den Hauptachsrichtungen des Handgriffs bestimmen. Aus diesen werden die Bewegungsgrößen (z. B. Sollgeschwindigkeiten in den jeweiligen Richtungen) der zu bedienenden Struktur berechnet. Ein mögliches Anwendungsgebiet auf dem das erfindungsgemäße Bedienungselement die Bedienung erleichtern kann, ist die Steuerung eines als Hexapod ausgebildeten Systems, beispielsweise das Hexapod-System der Anbauvorrichtung eines Arbeitsfahrzeugs.From the six measurement variables (measured distance or Force quantities) can be transformed through coordinate transformations Forces or paths in any spatial Coordinate system can be calculated. In particular, the force sizes in the main axis directions of the handle determine. From these, the movement quantities (e.g. Target speeds in the respective directions) serving structure is calculated. A possible area of application on which the control element according to the invention the operation can be easier is to control one as a hexapod trained system, for example the Hexapod system of Attachment device of a work vehicle.

Wird als zu steuerndes Systems ein System-Hexapod, beispielsweise ein Hexapod-Geräteanbau, verwendet, so kann es von Vorteil sein, die Geometrie des Bedienungselement-Hexapoden an die Geometrie des System-Hexapoden anzupassen, so dass diese zueinander ähnlich sind. Dabei können die Längenabmessungen und Anlenkstellen der Teleskopbeine in einem festen Verhältnis zu den Längenabmessungen und Anlenkstellen der Antriebselemente des System-Hexapoden stehen, so dass die Kinematik der beiden Hexapod-Anordnungen zueinander ähnlich oder identisch ist. Damit lassen sich durch die Auswerteeinheit Längen oder Längenänderungen der Teleskopbeine direkt auf die Antriebselemente, beispielsweise auf die Hydraulikzylinderhübe, des zu steuernden Systems übertragen und der Programmierungsaufwand für eine Steuereinheit verringern.If the system to be controlled is a system hexapod, for example, a hexapod device attachment, so it can be advantageous, the geometry of the control element hexapods to adapt to the geometry of the system hexapods so that this are similar to each other. The length dimensions and Articulation points of the telescopic legs in a fixed ratio to the length dimensions and articulation points of the drive elements of the system hexapods, so the kinematics of the two Hexapod arrangements are similar or identical to each other. With the evaluation unit lengths or Changes in length of the telescopic legs directly on the  Drive elements, for example on the hydraulic cylinder strokes, of the system to be controlled and the Reduce programming effort for a control unit.

Für eine besonders bevorzugte Anwendung erzeugt die Auswerteeinheit Steuersignale, die der Ansteuerung einer Koppeleinrichtung, beispielsweise eines Kopplungsdreiecks, einer Fahrzeuganbauvorrichtung dienen. Die Bedienungsperson kann damit von dem Fahrzeugstand aus das Kopplungsdreieck beliebig bedienen, um Koppelvorgänge auszuführen oder das angebaute Gerät wunschgemäß zu bewegen. Das Bedienungselement kann z. B. auch der Ansteuerung eines Fahrzeugkrafthebers, beispielsweise eines Frontkrafthebers, dienen.For a particularly preferred application, the Evaluation unit control signals that control a Coupling device, for example a coupling triangle, serve a vehicle hitch. The operator can thus the coupling triangle from the vehicle position Operate as desired to carry out coupling processes or that to move the attached device as required. The control element can e.g. B. also the control of a vehicle power lift, for example, a front linkage.

Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Bedienungselement liegt in der Fahrzeugsteuerung, bei der das Bedienungselement der Steuerung einer Fahrzeugkomponente dient. Hierfür ist es zweckmäßig, dass die Konsole des Bedienungselements Teil einer Fahrzeugkonsole, insbesondere Teil des Fahrzeugstands ist.A particularly preferred application for that Control element according to the invention is in the Vehicle control, in which the control element of the control serves a vehicle component. For this it is useful that the console of the control element part of a vehicle console, is in particular part of the vehicle position.

Anhand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.Using the drawing, the two embodiments of the Invention shows, the invention and others are hereinafter Advantages and advantageous developments and refinements the invention described and explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Bedienungselements, das an einer Fahrzeugkonsole montiert ist, Fig. 1 is a perspective view of a first operating member according to the invention, which is mounted to a vehicle console,

Fig. 2 die Heckansicht eines Traktors mit einer Anbauschnittstelle zur Kopplung von Arbeitsgeräten und einem erfindungsgemäßen Bedienungselement, Fig. 2 shows the rear view of a tractor with an attachment interface for coupling working tools and an operating element according to the invention,

Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Bedienungselements, das auf einer Befestigungsplatte montiert ist, und Fig. 3 is a perspective view of a second control element according to the invention, which is mounted on a mounting plate, and

Fig. 4 eine elektrische Schaltungsanordnung für die Messsignalverarbeitung. Fig. 4 shows an electrical circuit arrangement for the measurement signal processing.

Gemäß Fig. 1 ist an einer Plattform 10 ein joystickartiger Bedienungshebel 12 befestigt, der sich in seiner nicht betätigten Ruhestellung befindet. Der Bedienungshebel 12 weist zwei im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufende Schenkel 14, 16 auf, von denen ein erster Schenkel 14 im wesentlichen senkrecht von der Plattform 10 absteht und ein zweiter Schenkel 16 nach oben abgewinkelt ist. Der zweite Schenkel 16 ist ein ergonomisch ausgebildeter Bedienungsgriff und lässt eine bequeme Bedienung zu.Referring to FIG. 1, a joystick-like operating lever 12 is fixed to a platform 10 which is in its non-actuated rest position. The operating lever 12 has two legs 14 , 16 which run essentially perpendicular to one another, of which a first leg 14 projects substantially perpendicularly from the platform 10 and a second leg 16 is angled upwards. The second leg 16 is an ergonomically designed operating handle and allows easy operation.

Die Plattform 10 ist im wesentlichen als gleichseitiges Dreieck ausgebildet, wobei eine Ecke des Dreiecks oben liegt. Ungefähr im Bereich jeder Ecke dieses Dreiecks greifen je zwei als Teleskopbeine 18, 20, 22, 24, 26, 28 ausgebildete Verbindungs­ elemente an. Die jeweils anderen Enden der Teleskopbeine 18, 20, 22, 24, 26, 28 sind an einer lediglich teilweise dargestellten Fahrzeugkonsole 30 angelenkt, wobei die Anlenkstellen ebenfalls im wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck bilden, das jedoch gegenüber dem Plattformdreieck um 60° verdreht ist, so dass eine Ecke dieses Dreiecks unten liegt. Die Anlenkstellen zwischen den Teleskopbeinen 18, 20, 22, 24, 26, 28 und der Plattform 10 bzw. der Konsole 30 lassen ein allseitiges Verschwenken der Teleskopbeine 18, 20, 22, 24, 26, 28 zu. The platform 10 is essentially designed as an equilateral triangle, with one corner of the triangle lying at the top. Approximately in the area of each corner of this triangle, two connecting elements designed as telescopic legs 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 engage. The respective other ends of the telescopic legs 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 are articulated on a vehicle bracket 30 , which is only partially shown, the articulation points likewise essentially forming an equilateral triangle, which, however, is rotated by 60 ° with respect to the platform triangle, so that a corner of this triangle is at the bottom. The pivot points between the telescopic legs 18, 20, 22, 24, 26, 28 and the platform 10 and the console 30 can be an all-sided pivoting of the telescopic legs 18, 20, 22, 24, 26, 28 to.

Die Teleskopbeine 18, 20, 22, 24, 26, 28 sind nach Art eines Hexapoden zwischen der Plattform 10 und der Konsole 30 angeordnet. Jedes Teleskopbein 18, 20, 22, 24, 26, 28 enthält zwei in axialer Richtung gegeneinander verschiebbare Teleskopstangen und einen nicht näher dargestellten Wegmessgeber, der die relative Lage zwischen den beiden Anlenkstellen des Teleskopbeins 18, 20, 22, 24, 26, 28 erfasst und entsprechende Längensignale an eine Auswerteeinheit 32 abgibt.The telescopic legs 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 are arranged in the manner of a hexapod between the platform 10 and the console 30 . Each telescopic leg 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 contains two telescopic rods which can be displaced in the axial direction and a position sensor (not shown in more detail) which detects the relative position between the two articulation points of the telescopic leg 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 and outputs corresponding length signals to an evaluation unit 32 .

Am zweiten Schenkel 16 des Bedienungshebels 12 ist seitlich ein Steuerelement in Form eines Druckschalters 33 (Aktivierungstaste) angeordnet. Um eine unbeabsichtigte Beein­ flussung des zu steuernden Systems 36 zu vermeiden, gibt die Auswerteeinheit 32 nur dann Signale an das zu steuernde System 36 ab, wenn der Druckschalter 33 betätigt ist.A control element in the form of a pressure switch 33 (activation button) is arranged on the side of the second leg 16 of the operating lever 12 . In order to avoid unintended influencing of the system 36 to be controlled, the evaluation unit 32 only emits signals to the system 36 to be controlled when the pressure switch 33 is actuated.

Aus Fig. 2 geht hervor, dass das Bedienungselement 34 auf einer rechten Konsole 30 in der Fahrzeugkabine angeordnet ist, wo es für die Bedienungsperson gut zugänglich ist. Im Heck des Fahrzeugs ist eine Anbauschnittstelle 36 zur Kopplung von Arbeitsgeräten dargestellt, wie sie in der nachveröffentlichten DE-A-199 51 840 im einzelnen beschrieben ist. Die Anbauschnittstelle 36 enthält einen Kopplungsrahmen 38 mit Haken 40 zur Befestigung von nicht dargestellten Arbeitsgeräten. Zwischen dem Kopplungsrahmen 38 und dem Traktorrumpf 42 erstrecken sich sechs Hydraulikzylinder 44, 46, 48, 50, 52, 54, die nach Art eines Hexapoden angeordnet und betätigt werden. Die räumliche Anlenkung der Hydraulikzylinder und deren Längenabmessungen stehen in einem festen Proportionalverhältnis zu den räumlichen Anlenkpunkten und Längenabmessungen der Teleskopbeine 18, 20, 22, 24, 26, 28 des Bedienungselements 34. From Fig. 2 it appears that the operating member 34 is arranged on a right panel 30 in the vehicle cabin, where it is easily accessible for the operator. In the rear of the vehicle, an attachment interface 36 is shown for coupling work tools, as described in detail in the subsequently published DE-A-199 51 840. The mounting interface 36 contains a coupling frame 38 with hooks 40 for fastening work tools, not shown. Six hydraulic cylinders 44 , 46 , 48 , 50 , 52 , 54 , which are arranged and actuated in the manner of a hexapod, extend between the coupling frame 38 and the tractor body 42 . The spatial articulation of the hydraulic cylinders and their length dimensions are in a fixed proportional relationship to the spatial articulation points and length dimensions of the telescopic legs 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 of the operating element 34 .

Diese Geometrie erleichtert die Ansteuerung der Anbauschnittstelle 36, deren Lage und Bewegung der Lage und Bewegung des Bedienungselements 34 folgen soll. Bei der Ansteuerung ermittelt die Auswerteeinrichtung 32 den Messwert jedes Wegmessgebers und gibt proportionale Steuersignale an die den Wegmessgebern entsprechenden Hydraulikzylinder 44, 46, 48, 50, 52, 54 ab. Beispielsweise wird das Messsignal des Teleskopbeins 20 durch die Auswerteeinrichtung 32 in ein Steuersignal für den Hydraulikzylinder 46 umgewandelt.This geometry facilitates the control of the attachment interface 36 , the position and movement of which should follow the position and movement of the operating element 34 . When activated, the evaluation device 32 determines the measured value of each displacement encoder and emits proportional control signals to the hydraulic cylinders 44 , 46 , 48 , 50 , 52 , 54 corresponding to the displacement transducers. For example, the measurement signal of the telescopic leg 20 is converted by the evaluation device 32 into a control signal for the hydraulic cylinder 46 .

Aus Fig. 3 geht eine zur Fig. 1 alternative Ausgestaltung eines Bedienungselements hervor. Die zwischen einer im wesentlichen dreieckförmigen Plattform 60 und einer Befestigungsplatte 62 angeordneten Verbindungselemente sind hier nicht teleskopartig ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt. Vielmehr handelt es sich in Fig. 3 um starre Verbindungsstäbe 64, 66, 68, 70, 72, 74. Ähnlich wie bei Fig. 1 sind die Verbindungsstäbe 64, 66, 68, 70, 72, 74 im Eckbereich gleichseitiger Dreiecke angeordnet. Sie sind jedoch mit der Befestigungsplatte starr verbunden und stehen mit der Plattform über je ein Gummielement 76, das eine gelenkige Verbindung bildet, in Verbindung.From Fig. 3, an alternative to the Fig. 1 embodiment shows an operating element. The connecting elements arranged between a substantially triangular platform 60 and a fastening plate 62 are not telescopic here, as shown in FIG. 1. Rather, in FIG. 3 it is a matter of rigid connecting rods 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 . Similar to Fig. 1, the connecting rods 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 are arranged in the corner area of equilateral triangles. However, they are rigidly connected to the mounting plate and are connected to the platform via a rubber element 76 , which forms an articulated connection.

In der Mitte der ebenen Plattform 60 ist ein senkrecht zur Plattform 60 ausgerichteter Handgriff 78 befestigt, der lediglich schematisch dargestellt wurde, bei dem es sich jedoch, wie bereits anhand Fig. 1 beschrieben, ebenfalls um eine ergonomisch ausgebildete Handhabe mit zusätzlichen Betätigungselementen handeln kann.In the middle of the flat platform 60 , a handle 78 is fastened perpendicular to the platform 60 , which was only shown schematically, but which, as already described with reference to FIG. 1, can also be an ergonomically designed handle with additional actuation elements.

Im Bereich der drei Ecken der Plattform 60 sind jeweils zwei parallel zueinander ausgerichtete Laschen 80 ausgebildet, die durch jeweils einen Schlitz 82 voneinander getrennt sind. Die Laschen 80 und Schlitze 82 sind zur Mitte der Plattform 60, also zum Handgriff 78, hin ausgerichtet. An den freien Enden der Laschen 80 ist je ein Ende eines Verbindungsstabes 64, 66, 68, 70, 72, 74 unter Zwischenschaltung eines Gummielements 76 befestigt.In the area of the three corners of the platform 60 , two brackets 80 , each aligned parallel to one another, are formed which are separated from one another by a slot 82 . The tabs 80 and slots 82 are oriented toward the center of the platform 60 , ie toward the handle 78 . One end of a connecting rod 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 is attached to the free ends of the tabs 80 with the interposition of a rubber element 76 .

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist auf der Oberseite jeder Lasche 80 ein oberer Dehnmessstreifen 84 befestigt. Die Dehnmessstreifen 84 sind parallel zu den Laschen 80 mit ihrer Längserstreckung auf die Plattformmitte hin ausgerichtet. Die Dehnmessstreifen 84 sind in einem Bereich der jeweiligen Lasche 80 angeordnet, der zwischen dem Gummielement 76 und dem der Plattformmitte zugewandten Ende des Schlitzes 82 liegt. Kräfte, die bei einer Betätigung des Handgriffs 78 von einer Lasche 80 auf den zugehörigen starren Verbindungsstab 64, 66, 68, 70, 72, 74 ausgeübt werden, führen zu einer entsprechenden Verbiegung der Lasche 80 nach oben oder unten und damit zu einer entsprechenden Widerstandsänderung des Dehnmessstreifens 84.As can be seen from FIG. 3, an upper strain gauge 84 is attached to the top of each tab 80 . The strain gauges 84 are aligned parallel to the tabs 80 with their longitudinal extension towards the center of the platform. The strain gauges 84 are arranged in a region of the respective tab 80 , which lies between the rubber element 76 and the end of the slot 82 facing the center of the platform. Forces which are exerted by a tab 80 on the associated rigid connecting rod 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 when the handle 78 is actuated lead to a corresponding bending of the tab 80 upwards or downwards and thus to a corresponding change in resistance of the strain gauge 84 .

Auf der zur sichtbaren Plattformvorderseite gegenüberliegenden Rückseite jeder Lasche 80 befindet sich gegenüber zum oberen Dehnmessstreifen 84 jeweils ein unterer, in Fig. 3 nicht sichtbarer, jedoch in Fig. 4 dargestellter Dehnmessstreifen 86.A lower strain gauge 86 , not shown in FIG. 3 but shown in FIG. 4, is located on the rear side of each tab 80 opposite the visible platform front side opposite the upper strain gauge 84 .

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind jeweils ein vorderseitiger Dehnmessstreifen 84 und ein rückseitiger Dehnmessstreifen 86 in einer Halbbrücke zusammengeschaltet. Die Halbbrücke ist durch drei Ergänzungswiderstände 88, 90, 98 zu einer Vollbrücke ergänzt. Bei dem Widerstand 98 handelt es sich um einen verstellbaren Widerstand, durch welchen ein manueller, grober Nullabgleich der Brückenschaltung vorgenommen werden kann. An die hintereinander in Reihe geschalteten Dehnmessstreifen 84, 86 ist eine Brückenspeisespannung US angelegt. Die Brücke liefert an einem Mittelabgriff zwischen den beiden Dehnmessstreifen 84, 86 einerseits und an einem Mittelabgriff zwischen den beiden Ergänzungswiderständen 88, 90 andererseits eine Brückenspannung UB in Form einer Brückenverstimmung. Die Anordnung der Dehnmessstreifen 84, 86 in einer Brückenschaltung hat eine Temperaturkompensation zwischen Vorder- und Rückseite der Plattform 60 zur Folge. Durch die Verwendung zweier Dehnmessstreifen 84, 86 je Lasche 80 ergibt sich des weiteren eine Verdoppelung des Ausgangssignals gegenüber lediglich einem Dehnmessstreifen.As can be seen from FIG. 4, a front strain gauge 84 and a rear strain gauge 86 are connected together in a half bridge. The half bridge is supplemented by three supplementary resistors 88 , 90 , 98 to form a full bridge. The resistor 98 is an adjustable resistor, through which a manual, rough zero adjustment of the bridge circuit can be carried out. A bridge supply voltage U S is applied to the strain gauges 84 , 86 connected in series. The bridge provides a bridge voltage U B in the form of a bridge detuning at a center tap between the two strain gauges 84 , 86 on the one hand and at a center tap between the two supplementary resistors 88 , 90 on the other hand. The arrangement of the strain gauges 84 , 86 in a bridge circuit results in temperature compensation between the front and rear of the platform 60 . The use of two strain gauges 84 , 86 per tab 80 further doubles the output signal compared to only one strain gauge.

Die Brückenspannung UB wird durch einen Messverstärker 92 verstärkt und dann einer Eingangssignalaufbereitung 94 zugeführt. Die Eingangssignalaufbereitung 94 steht mit einer Nullabgleichvorrichtung 96 in Verbindung. Bei der Nullausgleichsvorrichtung kann es sich um ein entsprechendes Programmteil handeln. Durch den integrierten Nullabgleich lassen sich Drifts des Messverstärkers 92 sowie kleine plastische Änderungen des Systems bzw. Spannungsschwankungen automatisch ausgleichen. Der automatische Nullabgleich wird nur dann durchgeführt, wenn keine Betätigung des Bedienungselements erfolgen soll und daher ein am Betätigungsgriff 78 angeordneter Aktivierungsschalter nicht betätigt wird. Die Ausgangsspannung UA der Eingangssignalaufbereitung 94 ist ein Maß für die Kraft in dem jeweiligen Verbindungsstab 64, 66, 68, 70, 72, 74. Für jedes Dehnungsmessstreifenpaar 84, 86 wird eine Ausgangs­ spannung UA bereitgestellt.The bridge voltage U B is amplified by a measuring amplifier 92 and then fed to an input signal processor 94 . The input signal conditioning 94 is connected to a zero adjustment device 96 . The zero compensation device can be a corresponding program part. The integrated zero adjustment allows drifts of the measuring amplifier 92 as well as small plastic changes in the system or voltage fluctuations to be automatically compensated. The automatic zero adjustment is only carried out when the operating element is not to be actuated and therefore an activation switch arranged on the actuating handle 78 is not actuated. The output voltage U A of the input signal conditioning 94 is a measure of the force in the respective connecting rod 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 . An output voltage U A is provided for each pair of strain gauges 84 , 86 .

Die Ausgangsspannungen UA aller Dehnungsmessstreifenpaare 84, 86, von denen in Fig. 4 nur eines dargestellt wurde, werden einer Geometrieberechnungseinheit 100 zugeführt, durch welche die Messsignale in Kraft- und Momentenkomponenten umgerechnet werden. Die Berechnung der Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz und der Momentkomponenten Mx, My und Mz erfolgt auf übliche Weise durch Koordinatentransformation aus der jeweiligen Geometrie (Richtung) der Verbindungsstäbe 84, 86, 88, 90, 92, 94 und den Kraftmesswerten der Dehnungsmessstreifen 84, 86. Nach der Umrechnung liegen folgende Daten vor: Kraft Fx in x-Richtung, Kraft Fy in y-Richtung, Kraft Fz in z-Richtung, Moment Mx um die x-Achse, Moment My um die y-Achse und Moment Mz um die z-Achse. The output voltages U A of all pairs of strain gauges 84 , 86 , of which only one was shown in FIG. 4, are fed to a geometry calculation unit 100 , by means of which the measurement signals are converted into force and moment components. The force components F x , F y and F z and the moment components M x , M y and M z are calculated in the usual way by coordinate transformation from the respective geometry (direction) of the connecting rods 84 , 86 , 88 , 90 , 92 , 94 and the force measurements of the strain gauges 84 , 86 . After the conversion, the following data are available: force F x in the x direction, force F y in the y direction, force F z in the z direction, moment M x around the x axis, moment M y around the y axis and Moment M z around the z axis.

Die Größe der Kräfte ist dabei ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der das zu steuernde System bewegt werden soll, während die Richtung der Kräfte die Richtung der Translation widerspiegelt und die Richtung der Momente die Richtung der Drehung des Systems widerspiegeln.The size of the forces is a measure of the speed, with which the system to be controlled is to be moved while the Direction of forces reflects the direction of translation and the direction of the moments the direction of the rotation of the System.

Die Ausgangssignale der Geometrieberechnungseinheit 100 werden in einer Ausgangssignalaufbereitung 102, die mit einem Kennlinienspeicher 104 in Verbindung steht, entsprechend der bereitgestellten Kennlinien einer nicht linearen Umwandlung unterzogen und über einen nicht gezeigten Stecker auf einen CAN-Bus 106 ausgegeben. Durch die Ausgangssignalaufbereitung 102 wird eine Signalausgabe nur dann zugelassen, wenn eine Betätigung des Bedienungselements erfolgen soll und daher ein am Betätigungsgriff 78 angeordneter Aktivierungsschalter betätigt ist.The output signals of the geometry calculation unit 100 are subjected to a non-linear conversion in an output signal preparation 102 , which is connected to a characteristic curve memory 104, in accordance with the characteristic curves provided, and are output to a CAN bus 106 via a connector (not shown). Output signal processing 102 only permits signal output if the operating element is to be actuated and therefore an activation switch arranged on actuating handle 78 is actuated.

Die jedem Dehnmessstreifenpaar 84, 86 zugeordneten Ergänzungswiderstände 88, 90, 98 Verstärker 92, Einganssignalaufbereitungen 94 und Nullabgleichvorrichtungen 96 sind gemeinsam mit der Geometrieberechnungseinheit 100, der Ausgangssignalaufbereitung 102 und dem Kennlinienspeicher 104 zu einem gemeinsamen integrierten Bauelement 108 zusammen­ gefasst. Dieses Bauelement 108 ist vorzugsweise auf der Rückseite der Plattform 60 befestigt. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, das Bauelement 108 in einem externen Controllergehäuse unterzubringen.The supplementary resistors 88 , 90 , 98 amplifier 92 , input signal preparations 94 and zero balancing devices 96 assigned to each pair of strain gauges 84 , 86 are combined with the geometry calculation unit 100 , the output signal preparation 102 and the characteristic curve memory 104 to form a common integrated component 108 . This component 108 is preferably attached to the back of the platform 60 . However, it can also be expedient to accommodate the component 108 in an external controller housing.

Auch wenn die Erfindung lediglich anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.Even if the invention is only based on two Exemplary embodiments have been described, open up for the expert in the light of the above description and the Drawing many different alternatives, modifications and variants which fall under the present invention.

Claims (22)

1. Bedienungselement zur Ansteuerung räumlicher Bewegungs­ abläufe eines zu steuernden Systems (36)
mit einer von einer Bedienungsperson betätigbaren an einer Plattform (10, 60) befestigten Handhabe (12, 78),
mit wenigstens sechs zwischen der Plattform (10, 60) und einer feststehenden Konsole (30, 62) angeordneten Verbindungselementen (18, 20, 22, 24, 26, 28; 64, 66, 68, 70, 72, 74),
mit Wegmessgebern zur Erfassung der Längenänderung der Verbindungselemente (18, 20, 22, 24, 26, 28) und/oder mit Kraftmessgebern (84) zur Erfassung der in den Verbindungselementen (64, 66, 68, 70, 72, 74) wirkenden Zug- und Druckkräfte, und
mit einer Auswerteeinheit (32, 108) zur Auswertung der Messsignale und zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für die räumlichen Bewegungsabläufe.1. Control element for controlling spatial movement sequences of a system to be controlled ( 36 )
with a handle ( 12 , 78 ) which can be actuated by an operator and is attached to a platform ( 10 , 60 ),
with at least six connecting elements ( 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ; 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) arranged between the platform ( 10 , 60 ) and a fixed bracket ( 30 , 62 ),
with displacement sensors for detecting the change in length of the connecting elements ( 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ) and / or with force measuring sensors ( 84 ) for detecting the tension acting in the connecting elements ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) - and pressure forces, and
with an evaluation unit ( 32 , 108 ) for evaluating the measurement signals and for providing control signals for the spatial movement sequences. 2. Bedienungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (18, 20, 22, 24, 26, 28; 64, 66, 68, 70, 72, 74) nach Art eines Hexapoden angeordnet sind.2. Control element according to claim 1, characterized in that the connecting elements ( 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ; 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) are arranged in the manner of a hexapod. 3. Bedienungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselemente (18, 20, 22, 24, 26, 28) teleskopartig ausgebildet sind.3. Control element according to claim 1 or 2, characterized in that connecting elements ( 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ) are telescopic. 4. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselemente (64, 66, 68, 70, 72, 74) in ihrer Längserstreckung im wesentlichen starr ausgebildet sind. 4. Operating element according to one of claims 1 to 3, characterized in that connecting elements ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) are essentially rigid in their longitudinal extent. 5. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffspunkte der Verbindungselemente (18, 22, 24, 26, 28; 64, 66, 68, 70, 72, 74) an der Plattform (10, 60) und/oder an der Konsole (30, 62) jeweils im Bereich der Ecken eines im wesentlichen gleichseitigen Dreiecks liegen und dass im Bereich jeder der drei Ecken jeweils zwei Verbindungselemente (18, 20, 22, 24, 26, 28; 64, 66, 68, 70, 72, 74) angreifen.5. Control element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the points of engagement of the connecting elements ( 18 , 22 , 24 , 26 , 28 ; 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) on the platform ( 10 , 60 ) and / or on the console ( 30 , 62 ) each in the area of the corners of an essentially equilateral triangle and that in the area of each of the three corners two connecting elements ( 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 ; 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ). 6. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (18, 22, 24, 26, 28; 64, 66, 68, 70, 72, 74) gelenkig mit der Plattform (10, 60) und/oder gelenkig mit der Konsole (30) verbunden sind.6. Control element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting elements ( 18 , 22 , 24 , 26 , 28 ; 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) articulated with the platform ( 10 , 60 ) and / or are articulated to the console ( 30 ). 7. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (64, 66, 68, 70, 72, 74) starr an der Konsole (62) befestigt sind.7. Control element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting elements ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) are rigidly attached to the console ( 62 ). 8. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkige Verbindung zwischen einem Verbindungselement (64, 66, 68, 70, 72, 74) und der Plattform (60) durch ein oder mehrere gummiartige Elemente (76) gebildet wird.8. Control element according to one of claims 6 to 7, characterized in that the articulated connection between a connecting element ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) and the platform ( 60 ) is formed by one or more rubber-like elements ( 76 ) becomes. 9. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (60) Biegeelemente (80) enthält, an denen jeweils ein starres Verbindungselement (64, 66, 68, 70, 72, 74) angreift und die sich bei Kraft- oder Momentbelastungen der Handhabe (78) verbiegen. 9. Control element according to one of claims 1 to 8, characterized in that the platform ( 60 ) contains bending elements ( 80 ), each of which a rigid connecting element ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) engages and which at Bend force or torque loads on the handle ( 78 ). 10. Bedienungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeelemente (80) stab- oder laschenförmig ausgebildet und mit wenigstens einem Ende starr mit der Plattform (60) verbunden sind und dass die Biegeelemente (80) quer zur Längserstreckung der Verbindungselemente (64, 66, 68, 70, 72, 74) ausgerichtet sind.10. Control element according to claim 9, characterized in that the bending elements ( 80 ) are rod-shaped or tab-shaped and are rigidly connected to the platform ( 60 ) with at least one end and that the bending elements ( 80 ) transversely to the longitudinal extent of the connecting elements ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) are aligned. 11. Bedienungselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Plattform (60), an deren Ecken zwei oder mehr Verbindungselemente (64, 66, 68, 70, 72, 74) angreifen, im Bereich wenigstens einer Ecke zwei oder mehr nebeneinander verlaufende, als Biegeelement ausgebildete Stäbe oder Laschen (80) vorgesehen sind und dass an jedem Stab oder jeder Lasche (80) ein Verbindungselement (64, 66, 68, 70, 72, 74) angreift.11. Control element according to claim 9 or 10, characterized in that in a platform ( 60 ), at the corners of which two or more connecting elements ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) engage, in the area of at least one corner two or more juxtaposed bars or tabs ( 80 ) designed as a bending element are provided and that a connecting element ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) acts on each bar or tab ( 80 ). 12. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf der Oberseite oder auf der Unterseite der Biegeelemente (80) im Bereich zwischen der Befestigungsstelle des Verbindungselements (64, 66, 68, 70, 72, 74) und dem mittleren Bereich der Plattform (60) ein im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichteter Dehnmessstreifen (84, 86) angeordnet ist.12. Control element according to one of claims 9 to 11, characterized in that at least on the top or on the bottom of the bending elements ( 80 ) in the region between the attachment point of the connecting element ( 64 , 66 , 68 , 70 , 72 , 74 ) and the In the central region of the platform ( 60 ), a strain gauge ( 84 , 86 ) is arranged which is oriented essentially in the radial direction. 13. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite und der Unterseite eines Biegeelements (80) je wenigstens ein Dehnmessstreifen (84, 86) angeordnet ist und dass je ein Dehnmessstreifen (84, 86) der Oberseite und der Unterseite zu einer Halbbrücke verschaltet sind.13. Control element according to one of claims 9 to 12, characterized in that on the top and the bottom of a bending element ( 80 ) at least one strain gauge ( 84 , 86 ) is arranged and that each strain gauge ( 84 , 86 ) of the top and the underside are connected to a half bridge. 14. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Plattform (60) Kraftmesselemente (80) und eine zugehörige Auswerteelektronik (108) angeordnet ist. 14. Operating element according to one of claims 1 to 13, characterized in that force measuring elements ( 80 ) and associated evaluation electronics ( 108 ) are arranged on the platform ( 60 ). 15. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (12, 78) nach Art eines Joysticks ausgebildet ist.15. Operating element according to one of claims 1 to 14, characterized in that the handle ( 12 , 78 ) is designed in the manner of a joystick. 16. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (12, 78) ein von der Plattform (10, 60) abstehender Hebel ist, dessen freies Ende (16) im wesentlichen nach oben gerichtet ist.16. Operating element according to one of claims 1 to 15, characterized in that the handle ( 12 , 78 ) is a lever projecting from the platform ( 10 , 60 ), the free end ( 16 ) of which is directed essentially upwards. 17. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des freien Endes (16) der Handhabe (12, 78) wenigstens ein Steuerelement, wie Schalter, Druckknopf (33), Rolle oder Aktivierungsklappe, angeordnet ist.17. Control element according to one of claims 1 to 16, characterized in that in the region of the free end ( 16 ) of the handle ( 12 , 78 ) at least one control element, such as a switch, push button ( 33 ), roller or activation flap, is arranged. 18. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (108) eine nichtlineare Ausgangskennlinie bereitstellt.18. Control element according to one of claims 1 to 17, characterized in that the evaluation unit ( 108 ) provides a non-linear output characteristic. 19. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (32, 108) Steuersignale für ein als Hexapod ausgebildetes zu steuerndes System (36) gebildet werden.19. Control element according to one of claims 2 to 18, characterized in that the evaluation unit ( 32 , 108 ) forms control signals for a system ( 36 ) to be controlled which is designed as a hexapod. 20. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie eines Bedienungselement-Hexapoden und die Geometrie eines Hexapoden des zu steuernden Systems (36) zueinander ähnlich sind.20. Control element according to one of claims 2 to 19, characterized in that the geometry of a control element hexapod and the geometry of a hexapod of the system ( 36 ) to be controlled are similar to one another. 21. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswerteeinheit (32, 108) erzeugten Steuersignale der Ansteuerung der Koppeleinrichtung, beispielsweise des Kopplungsdreiecks (38), einer Fahrzeuganbauvorrichtung (36) dienen. 21. Operating element according to one of claims 1 to 20, characterized in that the control signals generated by the evaluation unit ( 32 , 108 ) serve to control the coupling device, for example the coupling triangle ( 38 ), of a vehicle attachment device ( 36 ). 22. Bedienungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (30, 62) Teil eines Fahrzeugstands ist und das Bedienungselement (30, 78) der Steuerung von Fahrzeugkomponenten (36) dient.22. Control element according to one of claims 1 to 21, characterized in that the console ( 30 , 62 ) is part of a vehicle stand and the control element ( 30 , 78 ) is used to control vehicle components ( 36 ).
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