专利名称：力反馈装置及其定位方法
技术领域：
本发明涉及一种力反馈装置，尤其是涉及控制用的力反馈装置，在力反馈装置启动时决定操控杆所在位置的定位结构及方法。
背景技术：
力反馈装置(Force Feedback Device)主要将多个不同控制功能的控制杆、按键或旋钮，整合成一个操控杆。并划分操控杆的移动范围为多个控制功能区域，对不同控制功能区域给予不同的力反馈型态，提示操控杆目前的控制功能，以简化控制的方式及结构。
如图I所示，为美国公告的US7490530专利案。该背景技术揭露力反馈装置10，由一操控杆11同时操作两维转轴12a及12b，每一维转轴的一端设一扇型齿轮13a及13b，各由一马达(图未示)驱动，并供给力反馈。而两维转轴12a及12b的另一端则各设一摇杆14a及14b,摇杆14a及14b的L形端头15a及16b长度,为摇杆14a及14b摇摆角度的一半。摇杆14a及14b摇摆时，L形端头15a及16b各自通过设在基座16上的感测器17a及17b，遮断感测器17a及17b，产生关信号。反之，非L形端头15a及16b通过时，未遮断感测器17a及17b则产生开信号。由于使用者不经意的移动或误动操控杆11，力反馈装置10启动时，无法确定操控杆11停留的位置，因此必须进行定位确认。力反馈装置10定位时，通过马达驱动扇型齿轮13a及13b，转动转轴12a及12b，使摇杆14a及14b随着摇摆，移动操控杆11进行定位。当占摇摆角度一半的L形端头15a及16b刚经过或进入感测器17a及17b时，感测器17a及17b会产生关或关信号的变化，就可确认操控杆11正位在摇摆角度的中心，而完成定位。然而，背景技术必须让L形端头15a及16b转至摇摆中心，通过或进入感测器17a，产生关或关的信号变化，才能完成定位。由于占摇摆角度一半的L形端头15a及16b移动角度较大，需要较长的时间完成定位。当马达驱动L形端头15a及16b转错方向需来回转动时，甚至需要更久的时间才能完成定位。造成力反馈装置开机后尚须等待，无法满足使用者开机立即使用的习性，使用上并不方便。因此，力反馈装置在定位结构及方法，仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力反馈装置及其定位方法，在摇杆设置不等距遮栅，利用定速转动马达，产生遮断或释放感测器时间的长短，快速完成定位。本发明另一目的在提供一种力反馈装置及其定位方法，利用在多维摇杆设置不等距遮栅，以适用于多维力反馈装置的定位。为了达到前述发明的目的，本发明的力反馈装置，在至少一维转轴的中间设驱动槽，操控杆一端穿过该驱动槽，可移动枢接在力反馈装置，马达转动转轴的一端，摇杆固定在转轴的另一端，且设不等距的遮栅，感测器设在遮栅的路径上，侦测遮栅产生开或关信号，一存储装置储存遮栅的绝对角度，微处理器控制马达正或反向定速转动，带动不等距的遮栅通过感测器产生开或关信号，通过计时装置测量开或关信号的持续时间，计算遮栅通过的角度，比对存储装置储存的绝对角度，决定遮栅的绝对角度，以完成操控杆的定位。本发明力反馈装置的定位方法，首先启动马达固定转速转动一维转轴，带动遮栅在感测器以固定速度移动；检查感测器产生开关信号变化时，开始计时；再侦测马达的转动方向，且侦测感测器开或关信号；检查感测器再次产生开关信号变化时，就停止计时；根据侦测的马达转动方向、感测器开或关信号信号，以及计时的时间，由储存的遮栅绝对角度，比对出操控杆的一维位置；然后启动另一维马达，进行下一维的定位，直到完成操作杆各维定位才完成定位的程序。
图I为背景技术力反馈装置的立体图。图2为本发明第一实施例的力反馈装置的立体图。
图3为本发明摇杆凹部遮栅的结构图。图4为本发明摇杆凸部遮栅的结构图。图5为本发明遮栅的绝对位置的示意图。图6为本发明侦测遮栅的示意图。图7为本发明第一实施例力反馈装置定位方法的流程图。图8为本发明第二实施例的力反馈装置的立体图。图9为本发明第二实施例力反馈装置定位方法的流程图。主要元件符号说明力反馈装置2O，40操控杆21，41转轴22，42a，42b马达23，43a，43b摇杆24，44a，44b感测器25，45a，45b驱动槽洸，46a，46b减速齿轮组27遮栅28，47a，47b凹部29a凸部29b微处理器30计时装置31存储装置3具体实施例方式有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举较佳实施例，并配合附图加以说明如下。请同时参阅图2、图3、图4及图5，图2为本发明第一实施例的力反馈装置，图3及图4为本发明的摇杆，图5为本发明遮栅的绝对位置。图2中本发明第一实施例的力反馈装置20，为一维形式，主要包含操控杆21、转轴22、马达23、摇杆24及感测器25。其中操控杆21的一端穿过在转轴22中间的驱动槽26，可移动枢接在力反馈装置20上。转轴22的一端连接马达23，以驱动转轴22正反向转动，在预定角度范围来回摇摆。为了获得转轴22适当的转速，马达23可经由减速齿轮组27驱动转轴22。摇杆24固定在转轴22的另一端，使摇杆24随转轴22同步转动摇摆。而摇杆24一端设有不等距的遮栅28，在遮栅28摇摆的路径上，力反馈装置20固定感测器25，侦测遮栅28的遮断或释放，产生开或关信号。本实施例的感测器25虽以光感测器为例，利用感测器25投射光束被遮断或释放，产生开或关信号，但不拘限于此，凡可侦测遮栅28的遮断或释放的感测器，例如磁性感测等也可适用。此外，本发明的力反馈装置20尚包含一微处理器30用以控制及侦测马达23的正反向定速转动，并侦测感测器25开关信号变化，同时经由一计时装置31测量感测器25开或关信号的持续时间。图3中摇杆24的一端具有一列凹部29a及凸部29b交互间隔形成不等距的遮栅 28。其中每一凹部29a具有不同等距的角度，对已知等距或不等距角度的凸部29b，例如图4已知不等距角度的凸部2%，在一设定的基准点，例如以摇杆24最大摇摆角度一侧为基准点O度，由图5中依序排列摇杆24的凹部29a及凸部29b，将可获得如座标轴所示的每一凹部29a两侧端点的绝对角度，并储存遮栅28的绝对角度在力反馈装置20的存储装置32。请再同时参考图2及图6，图6为本发明侦测遮栅的示意图。本发明的力反馈装置20进行定位时，微处理器30控制马达23以固定转速转动，经由减速齿轮组27驱动转轴22转动，同时带动摇杆24摆动，使摇杆24的遮栅28在感测器25中以定速移动。举实例说明，如图6所示，启动时假设感测器25投射的光束落在遮栅28的4. 5度凸部29b，因光束被遮断，感测器25产生关信号(off)。依马达23的转动方向，光束沿着箭头，相对遮栅28往3. 5度的凹部29a移动。当光束离开4. 5度的凸部29b进入3. 5度的凹部29a时，光束被释放，感测器25产生开信号(on)，而形成一次开关变化。微处理器30侦测到感测器25开关信号变化时，经由计时装置31开始计时感测器25开信号的持续时间。并侦测马达23的转动方向，例如正转。直到光束离开3. 5度的凹部29a进入5. 5度的凸部29b时，光束再被遮断，微处理器30再次侦测到感测器25开关信号变化为止。微处理器30利用两次开关信号变化间的计时时间，由定速转动的马达23，计算出遮栅28通过的角度，并根据开信号，由储存在存储装置32中的遮栅28绝对角度，比对出3. 5度的凹部29a，再根据马达23的正转，决定计时的终点为3. 5度凹部29a的正转侧，即绝对角度15度的位置，而完成操控杆21的定位。同理，前述假如侦测马达23的转动方向为反转，则可决定计时的终点为3. 5度凹部29a的反转侧，即绝对角度11. 5度的位置。假如计时的是感测器25的关信号，则可由储存在存储装置32中的遮栅28绝对角度，比对出3. 5度的凸部29b。因此，本发明仅需移动侦测遮栅28中的一个凹部或凸部的小角度，即可快速完成定位。如图7所示，为本发明第一实施例力反馈装置定位方法的流程。本发明第一实施例利用不等距遮栅进行定位的详细步骤，说明如下步骤Rl力反馈装置开始进行定位；步骤R2，首先启动马达以固定转速转动一维转轴，带动遮栅在感测器固定速度移动；在步骤R3，检查感测器是否产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤R4，否则继续检查感测器的开关信号变化；步骤R4，开始计时；再进入步骤R5侦测马达的转动方向；接着进入步骤R6侦测感测器开或关信号；在步骤R7，检查感测器是否再次产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤R8，否则回到继续检查感测器的开关信号变化；步骤R8停止计时。进入步骤R9根据步骤R5侦测的马达转动方向、步骤R6侦测的感测器开或关信号，以 及计时的时间，由储存的遮栅绝对角度，比对出操控杆的位置，最后在步骤RlO完成定位的程序。因此，本发明第一实施例力反馈装置及其定位方法，就可藉在摇杆设置不等距遮栅，利用定速转动马达，使其摇摆路径通过感测器，仅需摇摆一小角度，产生遮断或释放感测器时间的长短，而达到快速完成力反馈装置定位的目的。如图8所示，为本发明第二实施例力反馈装置40。本发明第二实施例力反馈装置40同样包含第一实施例力反馈装置的微处理器、计时装置及存储装置。两实施例不同处在于，本发明第二实施例力反馈装置40将一维的第一实施例力反馈装置扩增成二维。因此本发明第二实施例力反馈装置40维持一个操控杆41外，第二实施例力反馈装置40中每一维的定位结构，包含的转轴42a与42b，马达43a与43b、摇杆44a与44b，以及感测器45a及45b，均与第一实施例力反馈装置的定位结构大致相同。主要的不同是将每一维转轴42a与42b的驱动槽46a及46b，更改为条形槽，并让两维转轴42a与42b的驱动槽46a及46b交叉设置，由操控杆41同时穿过驱动槽46a及46b，以分别转动两维转轴42a与42b。驱动摇杆44a与44b的不等距遮栅47a及47b，在感测器45a及45b中摆动，分别产生遮断或释放感测器的开关变化，以完成力反馈装置40的两维定位。如图9所示，为本发明第二实施例力反馈装置定位方法的流程。本发明第二实施例进行定位的详细步骤，说明如下步骤SI力反馈装置开始进行定位；步骤S2，首先依序启动一维马达以固定转速转动一维转轴，使遮栅在感测器固定速度移动；在步骤S3，检查感测器是否产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤S4，否则继续检查感测器的开关信号变化；步骤S4，开始计时；再进入步骤S5侦测马达的转动方向及侦测感测器开或关信号；在步骤S6，再次检查感测器是否产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤S7，否则回到继续检查感测器的开关信号变化；步骤S7停止计时。接着进入步骤S8根据步侦测的马达转动方向及侦测的感测器开或关信号信号，以及计时的时间，由储存的遮栅绝对角度，比对出操控杆的一维位置，再进入步骤S8，检查是否已完成各维的定位？假如未完成各维的定位，回到最后在步骤S2，启动另一维马达，进行下一维的定位，假如已完成各维的定位，则至SlO结束定位的程序。因此，本发明第二实施例的力反馈装置及其定位方法，就可将多维的力反馈装置的摇杆设置不等距遮栅，让本发明可以适用至少一维以上的多维力反馈装置的定位。以上所述的仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该等较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，皆属本发明权利要求的范围。
权利要求
1.一种力反馈装置，包含 至少一维转轴，中间设驱动槽； 操控杆，一端穿过该驱动槽，可移动枢接在力反馈装置； 马达，连接该转轴的一端，驱动该转轴向转动； 摇杆，固定在该转轴的另一端，随转轴同步转动，该摇杆设有不等距的遮栅； 感测器，设在该遮栅的路径上，侦测不等距的遮栅产生开或关信号；以及 存储装置，储存该遮栅的绝对角度； 微处理器，用以控制该马达的转动，并经由一计时装置测量该感测器开或关信号的时间； 其中，该微处理器控制该马达正或反向定速转动，带动不等距的该遮栅通过该感测器产生开或关信号，通过该计时装置测量开或关信号的持续时间，计算出该遮栅通过的角度，比对该存储装置储存的绝对角度，决定该遮栅的绝对角度，以完成该操控杆的定位。
2.如权利要求I所述的力反馈装置，其中该摇杆的一端具有一列凹部及凸部交互间隔形成不等距的该遮栅。
3.如权利要求2所述的力反馈装置，其中该每一凹部具有不同等距的角度，而间隔等距或不等距角度的凸部。
4.如权利要求3所述的力反馈装置，其中该感测器为一光感测器。
5.如权利要求4所述的力反馈装置，其中该凹部释放该感测器形成开信号，凸部遮断该感测器形成关信号，由以开或关信号决定凹部或凸部通过该感测器，再根据马达的正反转，决定计时的终点为凹部或凸部的正转或反转侧的位置。
6.如权利要求I所述的力反馈装置，其中该绝对角度的基准点设在该摇杆的最大摇摆角度的一侧。
7.如权利要求I所述的力反馈装置，其中该微处理器利用该感测器两次开关信号变化间的计时时间，计算出该遮栅通过该感测器的角度。
8.如权利要求I所述的力反馈装置，其中该力反馈装置具有两维转轴，该两维转轴的驱动槽交叉设置，由该操控杆同时穿过该两驱动槽，以分别转动该两维转轴。
9.一种力反馈装置的定位方法，其步骤包含 (1)启动马达固定转速转动一维转轴，带动遮栅在感测器以固定速度移动； (2)检查感测器是否产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤(3)，否则继续检查感测器的开关信号变化； (3)开始计时； (4)侦测马达的转动方向，且侦测感测器开或关信号； (5)检查感测器是否再次产生开关信号变化？假如感测器产生开关信号变化，则进入步骤(6)，否则回到继续检查感测器的开关信号变化； (6)停止计时； (7)根据侦测的马达转动方向、感测器开或关信号信号，以及计时的时间，由储存的遮栅绝对角度，比对出操控杆的一维位置；以及 (8)完成定位。
10.如权利要求7所述的力反馈装置的定位方法，其中该步骤(7)完成操控杆的一维定位后，进一步包含一步骤(7A)检查是否已完成操控杆的各维定位？假如未完成，回到最后在步骤 (I)启动另一维马达，进行下一维的定位，假如已完成，则至SlO结束定位的程序。
全文摘要
本发明公开一种力反馈装置及其定位方法，由微处理器控制马达正或反向定速转动，带动不等距的遮栅通过感测器产生开或关信号，通过计时装置测量感测器开或关信号的时间，计算遮栅通过的角度，比对存储装置储存的绝对角度，决定遮栅的绝对角度，以完成操控杆的定位。
文档编号G05G9/047GK102809983SQ201110148728
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者黄建彰, 黄识忠 申请人:广明光电股份有限公司