CN115079769A - 一种四向操控的电控操作手柄底座 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四向操控的电控操作手柄底座，涉及电控操作手柄领域，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体，箱体内连接第一转轴，第一转轴的轴心固定连接第一轴心磁铁，位于箱体侧面设置第一霍尔芯片，箱体两端通过第二转轴与外壳转动连接，第二转轴内设置第二轴心磁铁，外壳端部设置第二霍尔芯片，第一霍尔芯片、第二霍尔芯片分别连接接线头，在第一转轴内设置轴心磁铁与第一霍尔芯片配合，在第一转轴与第一霍尔芯片相对转动过程中通过霍尔芯片检测磁场变化，进而使霍尔芯片内部集成的两对AMR惠斯通电桥会随外加磁场的方向变化，并提前标定好的角度参数输出相应的电压信号，通过电压信号可以判断操控杆在X方向的旋转角度，结构简单节省空间。

Description

一种四向操控的电控操作手柄底座

技术领域

本发明涉及电控操作手柄领域，具体为一种四向操控的电控操作手柄底座。

背景技术

工程机械用途的电控操作手柄底座，对于电控智能化越来越普及的主机厂，电控手柄可以降低机械手柄结构的复杂化，。

专利号为CN101916130B的申请文件公开了一种具有中位锁止功能和操纵阻尼调整功能的电控手柄；设置有与手柄组件连接的转动轴，与转动轴连接的触动板在手柄组件、转动轴的带动下转动，使与手柄位移方向相同的微动开关动作，完成信号的输出；与手柄组件连接的锁止套管使手柄处于中位时锁定；设置有对手柄组件的操纵产生阻尼作用并具有阻尼调整功能的阻尼调整机构。本发明可完成各种应用环境中，要求具有两个位置输出，并且中位具有自动锁止功能，及在增加电位器或不带电位器的情况下，均需要依靠摩擦阻力控制手柄位置的场所。调整阻尼装置可以增大或减小操纵阻力，实现在具有振动和振动轻微的场所的全天候应用。

但是现有电控手柄底座，大多以类似万向节的结构实现，结构过于复杂，且长宽尺寸无法做小，对于小巧类型的驾驶车型，安装空间无法满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四向操控的电控操作手柄底座，以解决上述背景技术中提出的现有电控手柄结构复杂、尺寸过大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体，箱体内连接第一转轴，第一转轴的轴心固定连接第一轴心磁铁，位于箱体侧面设置第一霍尔芯片，箱体两端通过第二转轴与外壳转动连接，第二转轴内设置第二轴心磁铁，外壳端部设置第二霍尔芯片，第一霍尔芯片、第二霍尔芯片分别连接接线头，在第一转轴内设置轴心磁铁与第一霍尔芯片配合，在第一转轴与第一霍尔芯片相对转动过程中通过霍尔芯片检测磁场变化，进而使霍尔芯片内部集成的两对AMR惠斯通电桥会随外加磁场的方向变化，并提前标定好的角度参数输出相应的电压信号，通过电压信号可以判断操控杆在X方向的旋转角度，相同的，第二转轴与第二霍尔芯片配合，判断操控杆于Y轴方向的旋转角度，结构尺寸较小，适用于小型车。

优选的，所述第一转轴与操控杆连接，操控杆上连接有摩擦片，箱体侧面通过螺栓连接端盖，端盖内侧固定有与摩擦片贴合的耐磨片，第一转轴上设置摩擦片与端盖上固定的耐磨片配合，使操控杆X方向转动一定角度后能够在摩擦力作用下稳定停留。

优选的，所述操控杆与第一转轴通过轴轮连接，轴轮内设置有弹簧槽，弹簧槽内设置端部与摩擦片抵触的压缩弹簧，第一转轴上连接的摩擦片通过第一转轴所连接的轴轮内设置压缩弹簧的方式用于压紧摩擦片，使摩擦片即使在磨损后始终能够与耐磨片贴合，保证操控杆在X轴上移动后能稳定。

优选的，所述外壳另一端设置有空腔，空腔内设置自复扭簧，自复扭簧一端与空腔内限位板抵触，自复扭簧另一端与第二转轴固定，第二转轴与自复扭簧连接，使操控杆在Y轴方向旋转后能够自动复位。

优选的，包括限位板，限位板连接于壳体上方，限位板上设置有限位槽，限位板上设置限位槽限制操控杆转动的极限角度。

优选的，所述轴心磁铁截面为椭圆形，将轴心磁铁设计为椭圆形，椭圆形的磁铁周围形成的磁场强度由短轴端到长轴端依次降低，因此在椭圆形的轴心磁体在随第一转轴转动时，磁场随之改变，因此第一霍尔芯片所接收的导磁场强度随之改变，而磁场分布的强度随椭圆形的轴心磁铁转动而转动，因此其场强腔的变化曲线即为椭圆的圆周弧线。

优选的，所述轴心磁铁的长轴与操控杆的轴线垂直，轴心磁铁设置为长轴与操控杆的轴线垂直的方式，因此在轴心磁铁转动中，磁场的变化速度为加速增大的，因此转动角度越大所对应的霍尔芯片接收到的磁场强度为抛物线性增大。

优选的，所述第一转轴与操控杆固定连接，第一转轴的轴线与操纵杆轴线垂直，箱体为内部中空的球形，箱体上设置有杆槽，外壳为对称设置于箱体两端的两个弧板，第二转轴的轴线与第一转轴的轴线垂直，第二转轴与外壳转动连接，箱体、外壳分别设置为球形、弧板状，使操控杆与箱体、箱体与外壳之间的连接更加紧密，进一步缩小整体尺寸。

优选的，所述箱体外固定连接限位杆，限位杆于限位孔内滑动，限位杆于限位孔内移动控制Y轴方向上的旋转的极限角度。

优选的，所述操控杆顶端连接操控柄，操控柄与操控杆螺纹连接，操控杆与操控柄螺纹连接，能够改变操控杆的总长，并且便于更换操控柄。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、箱体内转动连接第一转轴，第一转轴上的轴心磁铁与第一霍尔芯片配合，通过第一转轴与箱体相对转动能够根据轴心磁铁所产生的磁场强度改变使霍尔芯片所接收的磁场强度改变，霍尔芯片内部集成的两对AMR惠斯通电桥会随外加磁场的方向变化并经提前标定好的角度参数输出相应的电压信号，通过电压信号控制机械移速；

2、第一转轴上连接摩擦片，摩擦片与耐磨片配合能够使操控杆在X轴方向上转动一定角度后保持稳定；

3、摩擦片与轴轮的弹簧槽内设置的压缩弹簧抵触，在摩擦片与耐磨片相对滑动中产生磨损的情况下，始终保持贴合；

4、第二转轴端部连接自复扭簧，第二转轴在转动的情况下能自复扭簧能够积蓄势能，在松开操控杆的情况下，能够自动复位；

5、轴心磁铁设置为椭圆形，轴心磁铁转动中磁场强度的变化量为渐增的，因此随着操控杆转动角度的增大，霍尔芯片产生的电压变化量为渐增的，因此操控杆旋转角度越大，加速越快，缩小操控杆转动的角度；

6、箱体、外壳分别设置为球形、弧板状，提高结构密度，缩小结构所占空间。

附图说明

图1为本发明实施例1-5的结构示意图；

图2为本发明实施例1-5的爆炸图；

图3为本发明空腔的剖视图；

图4为本发明实施例1-5轴轮的结构示意图；

图5为本发明轴心磁铁的磁场分布示意图；

图6为本发明实施例6箱体、外壳的结构示意图；

图7为本发明实施例1-6中操控杆的结构示意图。

图中：1、操控杆；11、操控柄；12、第一转轴；121、第一轴心磁铁；13、轴轮；131、弹簧槽；132、定位杆；14、压缩弹簧；15、摩擦片；16、空心螺杆；2、箱体；21、端盖；22、第二转轴；221、第二轴心磁铁；23、空腔；231、盖板；232、第一霍尔芯片；233、第一接头；24、球体；241、限位杆；3、外壳；31、第二霍尔芯片；32、第二接头；33、容腔；331、自复扭簧；34、弧板；341、限位孔。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头。

安装中，外壳3底部固定于机械设备的机架上，第一接头233、第二接头32分别与电控箱连接，在操控机械设备移动中，通过转动操控杆1，使第一转轴12相对于箱体2转动，此时第一转轴12中固定的第一轴心磁铁121相对于箱体2所固定连接的端盖21外侧空腔23内固定的第一霍尔芯片232转动，使平行于霍尔芯片表面的磁场方向发生变化，霍尔芯片内部集成的两对AMR惠斯通电桥会随外加磁场的方向变化并经提前标定好的角度参数输出相应的电压信号，通过电压信号可以判断操控杆1的在X向的旋转角度，并以电压信号的形式反馈给控制单元，从而实现操控手柄底座控制主机前进，后退及相应位置的油门大小；操控主机在Y轴方向上移动时，通过转动操控杆1使操控杆1连同箱体2以第二转轴22的轴线为中心相对于外壳3转动，第二转轴22内连接的第二轴心磁铁221相对于第二霍尔芯片31转动，由第二霍尔芯片31内部集成的两对AMR惠斯通电桥会随外加磁场的方向变化并经提前标定好的角度参数输出相应的电压信号，通过电压信号可以判断操控杆1的在X向的旋转角度，并以电压信号的形式反馈给控制单元，从而实现操控手柄底座控制主机左转、右转，相较于现有技术中采用万向节实现传动的方式，具有控制机构尺寸小的优点，适用于小型机械设备。

实施例2

如图1-2、4所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头，所述第一转轴12与操控杆1连接，操控杆1上连接有摩擦片15，箱体2侧面通过螺栓连接端盖21，端盖21内侧固定有与摩擦片15贴合的耐磨片，所述操控杆1与第一转轴12通过轴轮13连接，轴轮13内设置有弹簧槽131，弹簧槽131内设置端部与摩擦片15抵触的压缩弹簧14。

基于实施例1的技术方案，第一转轴12通过轴轮13与操控杆1固定连接，在轴轮13的一侧设置通过压缩弹簧14连接的摩擦片15，在转动操控杆1过程中，压缩弹簧14压力作用下摩擦片15与端盖21内侧固定的耐磨片始终保持贴合，并且摩擦片15与耐磨片之间具有一定的摩擦力，使操控杆1在以第一转轴12为中心转动一定角度后，能够保持在当前位置，从而保证主机运行速度，并且弹簧槽131内设置的压缩弹簧14始终保持压缩状态，即压缩弹簧14对摩擦片15始终保持压力，在摩擦片15多次与耐磨片相对转动而出现磨损的情况下，仍能够保持贴合，使用寿命更长。

实施例3

如图1-4所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头，所述外壳3另一端设置有空腔23，空腔23端部由盖板231封闭，空腔23内设置自复扭簧331，自复扭簧331一端与空腔23内限位板抵触，自复扭簧331另一端与第二转轴22固定，自复扭簧331设置于外壳3端部的容腔33中。

在操控杆1以第二转轴22为中心在Y方向上转动时，与第二转轴22固定位于容腔33中的自复扭簧331积蓄弹性势能，因此操控杆1Y方向上转动一定角度后，在松开操控杆1的情况下，能够使操控杆1自动复位，使第二轴心磁铁221与第二霍尔芯片31转动至初始状态，则第二霍尔芯片31产生对应电压，使主机沿直线行进。

实施例4

如图1-5所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头，所述轴心磁铁截面为椭圆形，所述轴心磁铁的长轴与操控杆1的轴线垂直。

第一轴心磁铁121、第二轴心均设置为椭圆形，如图5所示，图中第一轴心磁铁121表面的线条密度表示磁通线密度，椭圆形端部的磁场强度由短轴端到长轴端为渐增，在第一轴杆转动时，磁场强度的增大量与操控杆1转动的角度增大量并非是正比，而是递增的，即转动角度越大，磁场强度变化量越大，能够在操控杆1转动角度比较大时，增大反馈电压，进而提高主机的加速度。

实施例5

如图6所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头，所述第一转轴12与操控杆1固定连接，第一转轴12的轴线与操纵杆轴线垂直，箱体2为内部中空的球形，箱体2上设置有杆槽，外壳3为对称设置于箱体2两端的两个弧板34，第二转轴22的轴线与第一转轴12的轴线垂直，第二转轴22与外壳3转动连接，所述箱体2外固定连接限位杆241，限位杆241于限位孔341内滑动。

将箱体2设置为球体24，外壳3设置为弧板34状，第一转轴12于球体24内转动，球套外侧固定第一霍尔芯片232，箱体2外侧与第一转轴12的轴线垂直的第二转轴22与弧板34转动连接，使外壳3与箱体2贴合更加紧密，更节省空间，并且在弧板34上设置限位孔341，球套上固定于限位孔341内滑动的限位杆241，从而控制操控杆1在Y方向上转动的极限角度。

实施例6

如图1-7所示，一种四向操控的电控操作手柄底座，包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体2，箱体2内连接第一转轴12，第一转轴12的轴心固定连接第一轴心磁铁121，位于箱体2侧面设置第一霍尔芯片232，箱体2两端通过第二转轴22与外壳3转动连接，第二转轴22内设置第二轴心磁铁221，外壳3端部设置第二霍尔芯片31，第一霍尔芯片232、第二霍尔芯片31分别连接接线头，所述第一转轴12与操控杆1连接，操控杆1上连接有摩擦片15，箱体2侧面通过螺栓连接端盖21，端盖21内侧固定有与摩擦片15贴合的耐磨片，所述操控杆1顶端连接操控柄11，操控柄11与操控杆1螺纹连接。

操控杆1通过空心螺杆16与操控柄11连接，通过转动操控柄11可延长操控柄11与操控杆1底端之间的距离，进而改变操控杆1的总长，适应不同操控人的操控习惯，还需在操控柄11侧面连接锁定螺杆，在操控柄11转动后通过锁定螺杆端部与空心螺杆16外侧抵触，从而使操控杆1于操控柄11相对固定，空心螺杆16设置为内部中空的结构，能够使操控柄11的案件能够通过孔与箱体2内电气件连接。

Claims (10)

1.一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：包括X向旋转总成，X向旋转总成包括箱体，箱体内连接第一转轴，第一转轴的轴心固定连接第一轴心磁铁，位于箱体侧面设置第一霍尔芯片，箱体两端通过第二转轴与外壳转动连接，第二转轴内设置第二轴心磁铁，外壳端部设置第二霍尔芯片，第一霍尔芯片、第二霍尔芯片分别连接接线头。

2.根据权利要求1所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述第一转轴与操控杆连接，操控杆上连接有摩擦片，箱体侧面通过螺栓连接端盖，端盖内侧固定有与摩擦片贴合的耐磨片。

3.根据权利要求2所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述操控杆与第一转轴通过轴轮连接，轴轮内设置有弹簧槽，弹簧槽内设置端部与摩擦片抵触的压缩弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述外壳另一端设置有空腔，空腔内设置自复扭簧，自复扭簧一端与空腔内限位板抵触，自复扭簧另一端与第二转轴固定。

5.根据权利要求1所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：包括限位板，限位板连接于壳体上方，限位板上设置有限位槽。

6.根据权利要求1所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述轴心磁铁截面为椭圆形。

7.根据权利要求6所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述轴心磁铁的长轴与操控杆的轴线垂直。

8.根据权利要求1所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述第一转轴与操控杆固定连接，第一转轴的轴线与操纵杆轴线垂直，箱体为内部中空的球形，箱体上设置有杆槽，外壳为对称设置于箱体两端的两个弧板，第二转轴的轴线与第一转轴的轴线垂直，第二转轴与外壳转动连接。

9.根据权利要求8所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述箱体外固定连接限位杆，限位杆于限位孔内滑动。

10.根据权利要求2所述的一种四向操控的电控操作手柄底座，其特征在于：所述操控杆顶端连接操控柄，操控柄与操控杆螺纹连接。

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