具有至少一个可枢转的操作杆的操作装置的制作方法

具有至少一个可枢转的操作杆的操作装置
1.本发明涉及具有至少一个操作杆和至少一个支撑装置的操作装置。操作杆安装在支撑装置上，使得其能绕至少一个第一枢轴借助至少一个第一枢转支承装置枢转。该操作装置包括至少一个可控制的具有至少一个用于调设用于操作杆绕第一枢轴的活动性的运动阻力的第一制动单元的制动装置。
2.在现有技术中，这种操作装置例如被用于操纵杆等。已知可以向用户输出触觉反馈(力反馈)的操作装置。例如de102020104810a1描述磁流变制动器的使用，借此可产生用于操作杆运动性的扭矩和/或力增大。
3.但可用的安装空间对于这种操作装置的许多用途而言很少。
4.这尤其适用于具有游戏手柄(游戏控制器)的情况，通常用双手握住具有两个控制杆的游戏手柄，每个控制杆都用拇指来操作。在具有这样大的调设尺寸下，再难以用拇指够到操作杆。同样在其它应用和例如具有用于运输工具或机器控制器的操纵杆中，空间通常极其有限。
5.此外，将产生用于控制杆的相应高的致动力以尽可能让感觉逼真并能模拟锁死或栅格。因此与有限的安装空间结合地，很难或昂贵地以高质量产生所需的高扭矩(很小的相互作用、低噪音、快速响应、持续可控)。
6.相反，本发明的目的是提供一种改进的操作装置。在这种情况下，操作装置应具有特别紧凑的结构或需要很少的安装空间且同时生产成本低。
7.该目的通过一种具有权利要求1的特征的输入装置来实现。本发明的优选改进方案是从属权利要求的主题。本发明的其它优点和特征来自实施例的描述。
8.根据本发明的操作装置包括至少一个操作杆和至少一个支撑装置。操作杆安装在支撑装置上，使得其能借助至少一个第一枢轴支承装置绕至少一个第一枢轴枢转。该操作装置包括至少一个可控制的制动装置，其具有至少一个用于调设用于操作杆绕第一枢轴运动的运动阻力的第一制动单元。在这种情况下，操作杆优选只能与第一制动单元一起枢转。
9.特别是所述操作杆和制动单元彼此牢固连接。尤其当操作杆被枢转时该第一制动单元也总是被移动。尤其是，操作杆能仅与第一制动单元一起绕第一枢轴和第二枢轴枢转。特别是，该控制杆和制动单元如此相互连接，即，制动单元必须始终跟随控制杆的运动。尤其当操作杆被枢转时该操作杆和制动单元彼此相对保持静止。尤其当控制杆枢转时该制动单元相对于控制杆的位置保持不变。
10.至少第一制动单元优选至少部分布置在控制杆内。替代地或附加地，至少第一制动单元至少部分布置在操作杆的虚拟轴向延伸部上。申请人保留要求保护根据权利要求1的前序部分的操作装置的权利，其中至少第一制动单元至少部分布置在操作杆内和/或至少部分布置在操作杆的虚拟轴向延伸部上。
11.根据本发明的操作装置带来许多优点。制动装置与操作杆的特殊连接具有显著优势，因此它们只能一起转动。换言之，如果在使用操作装置时枢转该操作杆，则制动单元必然始终跟随该运动且始终随操作杆同时枢转。这使得能以相对于操作杆特别有利和且凑的方式容纳制动单元。制动单元在操作杆内的布置也带来可观优势。结果，无论如何，制动单
元都可利用操作杆所需的安装空间。这在操作装置要被用于游戏手柄或另一相应扁平或紧凑的设备时特别有利。制动单元布置在操作杆的虚拟轴向延伸部上也特别有利。这与制动单元在操作杆右侧或左侧的其它常见布置相比提供可观的空间优势。
12.第一制动单元和操作杆优选关于其纵轴线平行布置。还优选的是第一制动单元和操作杆布置在共同纵轴线上或者关于其纵向轴线是一致的。尤其是，第一制动单元和操作杆的纵轴线不相交。
13.第一制动单元优选超过其纵向范围一半地布置在操作杆内。尤其是第一制动单元在其纵向范围的一半以上的范围内被操作杆在径向上且优选同轴地围绕。第一制动单元也可完全布置在操作杆外。
14.优选且有利的是该操作杆以环状方式围绕第一制动单元的径向外侧。尤其是第一制动单元被操作杆完全围绕。第一制动单元优选在其整个轴向长度范围被操作杆围绕。第一制动单元也可以通过这种方式仅在其轴向范围的一部分上被操作杆围绕。
15.第一制动单元和操作杆特别优选彼此同轴布置。尤其是该操作杆同轴包围第一制动单元。尤其是第一制动单元基本上具有圆柱形设计。尤其是该操作杆在内侧具有容纳空间，其对应于第一制动单元的外轮廓且第一制动单元容置在其中。
16.在一个有利的实施例中，操作杆绕第一枢轴的枢转运动(特别是通过传动装置)能被转换为旋转运动。旋转运动尤其可通过第一制动单元被制动。尤其是，通过第一制动单元可调节用于旋转运动的由操作杆枢转运动产生的扭矩。优选绕旋转轴线进行旋转运动，该旋转轴线横向且尤其与第一枢轴成直角地延伸。
17.在所有的配置中优选和有利的是，第一制动单元包括至少两个能绕共同的旋转轴线相对彼此旋转的制动部件。第一制动单元的旋转轴线优选至少部分在控制杆内延伸。尤其是，第一制动单元的制动轴线横向于且尤其是垂直于操作杆的第一枢轴延伸。尤其是，第一制动单元的旋转轴线在操作杆纵向上延伸且优选与操作杆的纵轴线一致。尤其是，操作杆同轴包围第一制动单元的旋转轴线。
18.用于操作杆活动性的运动阻力尤其可被如此调整，即，用于制动部件的相对可旋转性的扭矩可被调整或彼此相对调整。尤其是，在制动部件之间的动力传递能够以有针对性的方式受到影响且特别优选能受到磁流变介质的影响。
19.尤其是，其中一个制动部件被设计为固定不动的制动部件。尤其是，固定不动的制动部件以不可旋转的方式连接到支撑装置和/或操作杆。固定不动的制动部件优选以不可旋转的方式紧固到操作杆，并且还通过操作杆与支撑装置的不可旋转的连接以不可旋转的方式被连接到支撑装置。尤其是，所述至少两个制动部件中的另一个被设计为可转动的制动部件。尤其是，可转动的制动部件能相对于操作杆和/或支撑装置旋转。
20.(第一制动单元的)制动部件尤其是彼此同轴布置。尤其是，固定不动的制动部件布置在内侧。尤其是，外侧的制动部件相对于操作杆布置，尤其是可转动的制动部件布置在外侧。如下制动单元也是可能的，在此，固定不动的制动部件布置在外侧且可转动的制动部件布置在内侧。
21.当且特别优选仅当操作杆绕第一枢轴枢转时，第一制动单元的可转动的制动部件优选能相对于固定不动的制动部件(并且尤其还相对于支撑装置和/或相对于操作杆)被旋转。
22.在一个优选的有利改进方案中，第一制动单元的可转动的制动部件以传力配合(特别是摩擦的)和/或形状配合的方式连接到该支撑装置。结果，当可转动的制动部件沿支撑装置枢转时(在操作杆绕第一枢轴枢转运动的情况下)，可转动的制动部件优选地被置于旋转运动。在这种情况下，支撑装置也可由第二枢轴支承装置提供，第二枢轴支承装置使允许操作杆绕第二枢轴做枢转运动。
23.第一制动单元的可转动的制动部件被连接到至少一个传动机构是可能的且有利的。尤其是，该传动装置适于且设计成将所述操作杆绕所述第一枢轴的枢转运动转换为旋转运动并且尤其是将所述旋转运动传递至可转动的制动部件。结果，当操作杆绕第一枢轴枢转时，可转动的制动部件尤其绕其旋转轴线转动。
24.在一个有利改进方案中，传动机构包括至少一个角形齿轮传动装置或被设计成角形齿轮传动装置。在这种情况下，可转动的制动部件特别是具有一个转动轴线，其横向于第一枢轴并沿操作杆的纵轴线方向延伸。尤其是，锥齿轮适合且设计成将发生在可转动的制动部件的旋转轴线的横向上的相对运动作为旋转运动传递到可转动的制动部件。例如角形齿轮传动装置包括至少一个锥齿轮传动装置和/或摩擦齿轮传动装置或者被设计成这样。
25.该传动机构尤其包括至少一个驱动部件和至少一个抵接部件。尤其是，驱动部被紧固(特别是不可旋转地)到可转动的制动部件。尤其是，抵接部被附接到支撑装置(特别是固定不动)。这尤其导致抵接部不随操作杆绕第一枢轴的枢转运动而运动。尤其是，驱动部和抵接部以传力配合(特别是摩擦)和/或形状配合的方式彼此联接。这优选造成驱动部在其沿抵接部移动时旋转。驱动部和抵接部优选能绕其自身旋转轴线彼此相对旋转。
26.驱动部尤其布置在距驱动部的旋转轴线与第一枢轴相交的交点一定距离处(例如在交点之上或之下)。尤其当操作杆绕第一枢轴枢转时，驱动部不仅进行转动运动，也进行枢转运动。尤其是，驱动部同时转动和枢转。驱动部和抵接部优选完成操作杆绕第一枢轴彼此相对的枢转运动。相对运动尤其源于操作杆绕第一枢轴的枢转运动。
27.尤其是，该驱动部和抵接部至少部分提供角形齿轮传动装置。在这种情况下，该驱动部绕旋转轴线旋转，旋转轴线横向于驱动部和抵接部之间相对运动的轴线布置。
28.该驱动部优选包括至少一个锥齿轮或被设计成锥齿轮。抵接部优选包括至少一个齿部段，其对应于锥齿轮且尤其是与锥齿轮啮合或被设计成这样。特别是，齿部段是弯曲的。尤其是，齿部段的弯曲跟随驱动部的绕第一枢轴的枢转路径。齿部可以对应于齿轮的一个部段。齿部也可由齿轮提供。
29.在一个实施例中，驱动部可以包括至少一个摩擦轮。尤其是，抵接部于是包括至少一个滚动部段，其对应于摩擦轮并且摩擦轮能在其上滚动。尤其是，滚动部段跟随驱动部的绕第一枢轴的枢转路径。其它类型的传动机构也可以用于将绕第一枢轴的枢转运动传递到可转动的制动部件。
30.传动装置具有传动机构是可能的且有利的。尤其是，传动装置适合且设计成使该可转动的制动部件转动一个角度，该角度大于操作杆绕第一枢轴的枢转运动的角度。这使得第一制动单元的速度可提高，从而即使在制动单元很小的情况下也能获得有效的制动扭矩。尤其是，锥齿轮的半径大于齿部的曲率半径。
31.尤其是，第一制动单元适于且设计成将用于制动部件的相对可旋转性的制动扭矩彼此适配并且由此调设用于操作杆活动性的运动阻力。尤其是第二制动单元也以通过种方
式被设计。
32.尤其是，至少一种磁流变介质布置在制动部件之间。尤其是第一制动单元包括用于产生磁场的至少一个场发生器。尤其是第二制动单元也通过这种方式来设计。
33.在一个特别优选的有利改进方案中，操作装置包括至少一个第二枢轴支承装置。该操作杆通过第二枢轴支承装置绕至少第二枢轴可枢转地安装在所述支撑装置上。尤其是，第一制动单元关于其纵轴线横向于与第一和第二枢轴平行延伸的平面布置。尤其是，操作杆也相对于其纵轴线横向于该平面布置。尤其是，第一枢轴和第二枢轴彼此横向布置。尤其是，第一枢轴和第二枢轴中的每一个都位于一个平面或共同平面中。特别是，两个枢轴相交。枢轴也可以不相交。尤其是，第一枢轴沿x轴延伸，第二枢轴沿y轴延伸，且操作杆和第一制动单元及其旋转轴沿线z轴延伸。
34.尤其是，操作杆关于其纵轴线横向于第一和第二枢转轴线(尤其也横向于平行于第一和第二枢转轴线延伸的平面)布置。
35.尤其是，第一制动单元被布置在第一和第二枢轴的与操作杆相同的一侧。也可以将操作杆和第一制动单元布置在第一和第二枢轴的相对两侧。尤其是，第一制动单元横向于且优选垂直于第一和第二枢轴布置。
36.尤其是第一制动单元和操作杆布置在平行于第一枢轴和第二枢轴延伸的平面的同一侧或相对两侧。
37.第一枢轴支承装置(间接)安装在支撑装置上，尤其通过第二枢轴支承装置，从而当操作杆绕第一枢轴转动时第二枢轴支承装置能保持静止不动，并且当操作杆绕第二枢轴转动时第一枢轴支承装置能够与操作杆一起保持静止不动，并也绕第二枢轴枢转或可枢转。尤其是第一枢轴绕第二枢轴枢转。尤其是，第一枢轴支承装置和第二枢轴可枢转地安装在支撑装置上。
38.当操作杆绕第二枢轴枢转时，第一制动单元优选也绕第二枢轴枢转。
39.在所有配置中优选的是该制动装置包括至少一个第二制动单元，借此能调设用于操作杆绕第二枢轴的活动性的运动阻力。尤其是，第二制动单元的至少两个制动部件能绕共同的旋转轴线彼此相对旋转。尤其是，第二制动单元的旋转轴线平行于第二枢轴或与第二枢轴一致地延伸。尤其是，操作杆能独立于第一枢轴绕第二枢轴枢转并且独立于第二枢轴绕第一枢轴枢转。尤其是，对于第一和第二制动单元，可以彼此独立地调设运动阻力。
40.尤其是，第二制动单元的旋转轴线与平行于第一和第二枢轴延伸的平面平行地延伸。第二制动单元的旋转轴线尤其优选在该平面中延伸。但第二制动单元的旋转轴线也可以横向于第二枢轴延伸。于是尤其是插入至少一个传动机构。尤其是，第二制动单元设置在操作杆外。尤其是，第二制动单元具有横向于操作杆的纵轴线延伸的纵轴线和/或旋转轴线。
41.第二制动单元的旋转轴线优选穿过第一枢轴和第二枢轴的交点。尤其是，第二制动单元的可转动的制动部件绕两个枢轴的交点布置。
42.第二制动单元的旋转轴线优选横向于第一制动单元的旋转轴线延伸。
43.尤其是该操作杆的纵轴线与第二制动单元相交，并且优选与第二制动单元的旋转轴线相交。尤其是该操作杆的纵向线也与第一枢轴和第二枢轴相交。尤其意味着该操作杆的纵轴线的虚拟延伸。尤其是控制杆本身不与这些部件相交。
44.尤其是，第二制动单元的制动部件中的一个被设计为固定的制动部件，它以不可旋转的方式连接到支撑装置和/或操作杆。尤其是，第二制动单元的至少两个制动部件中的另一个被设计为可转动的制动部件。可转动的制动部件尤其通过至少一个齿轮单元被连接到第二枢轴。尤其是，所述传动单元包括适配于该传动装置的传动比，使得该操作杆的枢转运动能够针对两个枢轴被同等制动。
45.尤其是，第一制动单元的旋转轴线横向于平行于第一和第二枢轴延伸的平面布置。
46.尤其是，操作杆包括用于第一制动单元的至少一个容纳空间。容纳空间尤其至少部分(在径向上)被操作杆壁围绕。特别可手动枢转操作杆。尤其是，该操作杆能够通过至少一个手指以及例如拇指或食指被枢转。操作手柄也可称为拇指手柄。尤其是，通过绕第一枢轴和第二枢轴转动操该作杆，发生操作以及例如对设备或机器的输入。尤其是，操作杆被设计为能同时绕第一枢轴和第二枢轴枢转。
47.尤其是，该操作杆具有用于在操作期间内搁置至少一个手指的至少一个本体。尤其是，第一制动单元至少部分且优选完全布置在本体内。尤其是，该本体至少部分且尤其完全径向地包围所述制动器。例如该操作杆包括盲孔，第一制动单元容纳在盲孔中。
48.操作杆可以至少部分通过电机被枢转。在所有配置中可以将制动装置设计为机动化驱动装置并且例如设计为电动机。以电机驱动装置抵抗手动运动的方式产生用于操作杆活动性的运动阻力是可能的。
49.申请人保留要求保护一种具有至少一个且优选至少两个操作装置的游戏手柄的权利。
50.本发明的其它优点和特征来自以下参考附图所解释的实施例的描述。图中示出：
51.图1示出根据本发明的操作装置的纯截面透视示意图；
52.图2至图4示出图1的操作装置，此时操作杆处于不同位置；
53.图5示出图1的操作装置的透视图；
54.图6以透视图示出根据本发明的另一操作装置的纯示意图；
55.图7示出图6的操作装置的透视截面图；和
56.图8至图9示出图6的操作装置的剖视透视图。
57.图1示出根据本发明的操作装置701，其例如可被用于游戏手柄或特别紧凑的操纵杆。操作装置701包括操作杆702，该操作杆安装在支撑装置703上，使得其能通过第一枢轴支承装置704绕第一枢轴714枢转并且通过第二枢轴支承装置740绕第二枢轴724枢转。操作杆702在这里例如通过将拇指放置在端侧或在侧向上使用一个或两个手指而被枢转。
58.利用可控制的制动装置705，能以有针对性的方式调节用于操作杆702活动性的运动阻力，从而例如能够输出触觉反馈。制动装置705包括用于调设绕第一枢轴714的运动的运动阻力的第一制动单元715和用于调设绕第二枢轴724的运动的运动阻力的第二制动单元725。在这里，制动单元715、725均包括两个制动部件735、745、755、765，这两个制动部件能绕共同旋转轴线彼此相对旋转。
59.第一制动单元715在此布置在操作杆702内。因此，在任何情况下，操作杆702所需的安装空间都可被用于容纳制动单元715。通过这种方式，操作装置可被设计得特别紧凑且例如特别平坦。操作杆702只能与制动单元715一起枢转。
60.为了能够调整运动阻力，操作杆702绕第一枢轴714的枢转运动在此通过传动装置706被转换为旋转运动。然后，根据需要通过第一制动单元715来制动或释放旋转运动。
61.为此，制动部件735、745中的一个被设计为固定不动的制动部件735并且以不可旋转的方式被连接到操作杆702。另一个制动部件745被设计为可转动的制动部件745并且能够在操作杆702内相对于固定不动的制动部件735旋转。可转动的制动部件745可操作地连接到支撑装置703，如以下更详述的那样。应该提及的是，当操作杆702枢转时，固定不动的制动部件735和可转动的制动部件745也运动且跟随操作杆702的枢转运动。
62.被构造为锥齿轮746的驱动部726在此被固定到可转动的制动部件745。当操作杆702绕第一枢轴714枢转时，驱动部726与抵接部736啮合，抵接部在此被设计为弯曲的齿部段756。抵接部736固定到支撑装置703且不随操作杆702绕第一枢轴714的枢转运动而运动。驱动部726和抵接部736在此用作角形齿轮传动装置716，借此该操作杆702绕第一枢轴714的枢转运动被转换为制动部件745的旋转运动。
63.利用此处未详细示出的场发生器，位于制动部件735、745之间的磁流变介质受到影响。取决于磁场强度，对于制动部件735、745彼此之间的相对可旋转性得到一定扭矩。
64.用于绕第二枢轴724的枢转运动的运动阻力在此通过第二制动单元725被调节。制动单元725在这里基本上起到如以上针对第一制动单元715所述的功能。
65.在这里，第二制动单元725横向于第一制动单元715布置。另外，第二制动单元725的可转动的制动部件765的旋转轴线以与第二枢轴724重叠或一致的方式延伸。为此，第二制动单元725在此布置在两个枢轴714、724的交点处。当操作杆702绕第二枢轴724枢转时，可转动的制动部件765被置于运动，其然后如以上针对第一制动单元715所描述的那样利用磁流变介质和场发生器有针对性地经受扭矩。固定不动的制动部件755在此以不可旋转的方式固定在支撑装置703上并且尤其以不可旋转的方式被紧固。
66.第二枢轴支承装置740在此被直接安装在支撑装置703上。另一方面，第一枢轴支承装置704通过第二枢轴支承装置740被间接安装在支撑装置703上。因此，当操作杆702绕第一枢轴714运动时，第二枢轴支承装置740相对于支撑装置703保持静止不动。如果操作杆702绕第二枢轴724运动，则第一枢轴支承装置704与第一制动单元715一起也枢转。角形齿轮传动装置716在此如此被传动，即，对于一定旋转角度得到用于第一和第二制动单元715、725的相同的传动比。
67.在图6至图9中示出操作装置701的实施例，在此，对于第二制动单元725设有具有能按规定传动的齿轮单元707。另外，在此如下方式相对于齿部段756的弯曲半径选择锥齿轮746的半径，即，得到用于第一制动单元715的可转动的制动部件745的规定速度提高的传动比。第二制动单元725的齿轮单元707和第一制动单元715的传动装置706的传动彼此匹配，使得对于操作杆上的两个枢轴714、724能感受到相同的运动阻力。
68.附图标记列表
69.701 操作装置
70.702 操作杆
71.703 支撑装置
72.704 枢转支承装置
73.705 制动装置
74.706 齿轮机构
75.707 齿轮单元
76.714 枢轴
77.715 制动单元
78.716 角形齿轮传动装置
79.717 正齿轮
80.724 枢轴
81.725 制动单元
82.726 驱动部
83.735 制动部件
84.736 抵接部
85.740 枢转支承装置
86.745 制动部件
87.746 锥齿轮
88.755 制动部件
89.756 齿部段
90.765 制动部件