本發(fā)明涉及一種控制裝置，該控制裝置特別是用于駕駛包括至少一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)或流體動(dòng)力學(xué)控制表面的交通工具，例如飛行器或船舶。更具體地，本發(fā)明涉及一種由駕駛員在飛行器的駕駛艙中使用的控制裝置，特別是一種“側(cè)桿”，該側(cè)桿包括被集成以輔助駕駛員的力反饋。

背景技術(shù)：

1、已知許多控制裝置，這些控制裝置用于通過人類駕駛員對(duì)至少一個(gè)控制構(gòu)件(例如，操縱桿、桿、方向舵、踏板等)進(jìn)行操縱來操作機(jī)器(例如，交通工具或機(jī)器人)。

2、這些已知的控制裝置特別地包括“操縱桿”類型的控制裝置，該控制裝置包括控制桿，該控制桿被安裝成相對(duì)于框架圍繞被稱為滾轉(zhuǎn)軸線的第一軸線和被稱為槳距軸線的第二軸線旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)軸線彼此正交。根據(jù)控制構(gòu)件圍繞這兩個(gè)軸線的位置，操縱桿向機(jī)器傳輸移動(dòng)命令。這種操縱桿通常裝備在飛行器上，但也裝備在其他交通工具，特別是包括至少一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)或流體動(dòng)力學(xué)控制表面的交通工具上。這種操縱桿還用于在遠(yuǎn)程操作的背景下控制遠(yuǎn)程機(jī)器人。

3、通常，電纜系統(tǒng)在操縱桿與控制表面之間提供連接，使得駕駛員通過對(duì)桿進(jìn)行操縱而將他的力直接傳輸?shù)娇刂票砻?。這種電纜系統(tǒng)仍然用于“輕型”飛機(jī)。在較重的飛機(jī)中，液壓裝置使得能夠輔助駕駛員。

4、在較新的飛行器模型中，飛行器的移動(dòng)的控制通常是電子的。集成在駕駛艙中的控制裝置通常由特定類型的操縱桿，即“側(cè)桿”構(gòu)成。在這種類型的操縱桿中，控制桿圍繞滾轉(zhuǎn)軸線和槳距軸線的位置由傳感器測(cè)量并轉(zhuǎn)換成移動(dòng)命令。然后，這些移動(dòng)命令被發(fā)送到致動(dòng)器，致動(dòng)器根據(jù)所述命令控制飛行器的可移動(dòng)部件的移動(dòng)。側(cè)桿還應(yīng)用于操縱桿的其它常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域。

5、側(cè)桿的一個(gè)缺點(diǎn)在于，由于桿沒有直接機(jī)械地連接到飛行器的可移動(dòng)部件，因此沒有對(duì)桿的直接機(jī)械反饋。因此，駕駛員缺乏控制感。為了引導(dǎo)駕駛員的控制，駕駛員必須完全依賴駕駛艙的信號(hào)系統(tǒng)。然而，這些信號(hào)系統(tǒng)可能不足以在飛行期間觸發(fā)駕駛員的足夠快速的反應(yīng)。

6、為了使可變阻力對(duì)抗由駕駛員致動(dòng)的側(cè)桿的移動(dòng)，已知為駕駛員提供力反饋系統(tǒng)，也被稱為“觸覺反饋”，該力反饋系統(tǒng)模擬控制表面對(duì)“常規(guī)”操縱桿的反作用力。通常尋求這些系統(tǒng)的力定律，即，所產(chǎn)生的反作用力的作為桿的傾斜角的函數(shù)的強(qiáng)度，該力定律如下所述：

7、-該力定律對(duì)于滾轉(zhuǎn)軸線是不對(duì)稱的，即，反作用力的強(qiáng)度斜率必須根據(jù)桿的傾斜角是正的還是負(fù)的而變化，這是為了補(bǔ)償駕駛員在旋前和旋后之間的力量差異，以及

8、-該力定律對(duì)于槳距軸線是可變的，即，當(dāng)桿與中立位置分開超過一定角度時(shí)，反作用力的強(qiáng)度斜率必須變化。

9、兩種主要類型的力反饋系統(tǒng)的區(qū)別為：被稱為“被動(dòng)”的力反饋，如文獻(xiàn)fr?2?988689a1中所述的力反饋，其中，反作用力由諸如彈簧的被動(dòng)元件產(chǎn)生；以及所謂的“主動(dòng)”力反饋，如文獻(xiàn)ep?3?011?815中所述的力反饋，其中，反作用力由諸如致動(dòng)器的主動(dòng)元件產(chǎn)生。

10、然而，這些已知的力反饋系統(tǒng)不能完全令人滿意。

11、首先，被動(dòng)力反饋的缺點(diǎn)是通常很難模擬控制表面的反作用力。事實(shí)上，力定律非常簡(jiǎn)單。已知的能夠產(chǎn)生不對(duì)稱或可變的力定律的被動(dòng)力反饋非常少，并且那些能夠產(chǎn)生不對(duì)稱或可變的力定律的被動(dòng)力反饋通常體積龐大且實(shí)施起來復(fù)雜，通常不可靠，并且通常需要長(zhǎng)時(shí)間且費(fèi)力的調(diào)整。

12、至于主動(dòng)力反饋系統(tǒng)，主動(dòng)力反饋系統(tǒng)通常是昂貴的。此外，主動(dòng)力反饋系統(tǒng)容易受到電氣故障的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種操縱桿類型的控制裝置，該控制裝置配備有能夠產(chǎn)生復(fù)雜力定律的被動(dòng)力反饋系統(tǒng)。本發(fā)明的其他目的是該力反饋系統(tǒng)簡(jiǎn)單、便宜、易于實(shí)施、可靠且易于配置。

2、為此，本發(fā)明的目的是提供一種控制裝置，該控制裝置包括框架、控制桿和機(jī)械密封件，該機(jī)械密封件引導(dǎo)控制桿相對(duì)于框架圍繞具有正交軸線的兩個(gè)樞轉(zhuǎn)連接件旋轉(zhuǎn)，對(duì)于所述樞轉(zhuǎn)連接件中的每一個(gè)樞轉(zhuǎn)連接件，該機(jī)械密封件包括固定部件和可動(dòng)部件，固定部件相對(duì)于樞轉(zhuǎn)連接件的軸線固定，可動(dòng)部件能夠與控制桿一起相對(duì)于固定部件圍繞樞轉(zhuǎn)連接件的軸線運(yùn)動(dòng)，對(duì)于樞轉(zhuǎn)連接件中的至少一個(gè)樞轉(zhuǎn)連接件，機(jī)械密封件還包括返回裝置，返回裝置用于使可動(dòng)部件相對(duì)于固定部件返回到被稱為中立位置的預(yù)定位置，其中，所述返回裝置包括至少一個(gè)彈性構(gòu)件，至少一個(gè)彈性構(gòu)件包括第一分支和第二分支，第一分支從與可動(dòng)部件和固定部件中的一個(gè)成一體的指狀件沿著與樞轉(zhuǎn)連接件的軸線正交的第一方向延伸直到第一自由端部，第二分支從所述指狀件沿著與樞轉(zhuǎn)連接件的軸線正交的第二方向延伸直到第二自由端部，所述彈性構(gòu)件或每個(gè)彈性構(gòu)件能夠?qū)沟谝蛔杂啥瞬亢偷诙杂啥瞬康臅?huì)聚，彈性構(gòu)件沿如下的橫向方向插入與固定部件成一體的固定銷和與可動(dòng)部件成一體的可移動(dòng)銷之間，該橫向方向與第一方向和第二方向之間的角度的平分線正交。

3、根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，控制裝置還具有單獨(dú)采用的或以任何組合采用的以下特征中的一個(gè)或多個(gè)特征：

4、-彈性構(gòu)件沿橫向方向插入與固定部件成一體的第一固定銷和與固定部件成一體的第二固定銷之間；

5、-當(dāng)可動(dòng)部件處于該可動(dòng)部件的中立位置時(shí)，第一分支支撐抵靠第一固定銷，第二分支支撐抵靠第二固定銷，彈性構(gòu)件被預(yù)加載在所述第一固定銷與所述第二固定銷之間；

6、-彈性構(gòu)件沿橫向方向插入與可動(dòng)部件成一體的第一可移動(dòng)銷和與可動(dòng)部件成一體的第二可移動(dòng)銷之間；

7、-當(dāng)可動(dòng)部件處于該可動(dòng)部件的中立位置時(shí)，第一可移動(dòng)銷與第一分支之間的第一距離大體上等于第二可移動(dòng)銷與第二分支之間的第二距離；

8、-第一可移動(dòng)銷與指狀件之間的第一距離嚴(yán)格地小于或等于第二可移動(dòng)銷與指狀件之間的第二距離；

9、-彈性構(gòu)件沿橫向方向插入與可動(dòng)部件成一體的多個(gè)可移動(dòng)銷和與固定部件成一體的至少一個(gè)固定銷之間，可移動(dòng)銷沿著與樞轉(zhuǎn)連接件的軸線相交的直線對(duì)準(zhǔn)，可移動(dòng)銷包括靠近指狀件的近端可移動(dòng)銷和遠(yuǎn)離指狀件的遠(yuǎn)端可移動(dòng)銷，第一分支包括直線部分，當(dāng)可動(dòng)部件處于該可動(dòng)部件的中立位置時(shí)，直線部分能夠支撐抵靠所述可移動(dòng)銷并且沿著不與樞轉(zhuǎn)連接件的軸線相交的方向延伸，當(dāng)可動(dòng)部件處于該可動(dòng)部件的中立位置時(shí)，所述部分比遠(yuǎn)端可移動(dòng)銷更靠近近端可移動(dòng)銷，指狀件與固定部件成一體；

10、-返回裝置包括多個(gè)彈性構(gòu)件；

11、-彈性構(gòu)件包括主彈性構(gòu)件和次級(jí)彈性構(gòu)件，主彈性構(gòu)件沿橫向方向插入與可動(dòng)部件成一體的第一主可移動(dòng)銷和與可動(dòng)部件成一體的第二主可移動(dòng)銷之間，次級(jí)彈性構(gòu)件沿橫向方向插入與可動(dòng)部件成一體的第一次級(jí)可移動(dòng)銷和與可動(dòng)部件成一體的第二次級(jí)可移動(dòng)銷之間，第一主可移動(dòng)銷與主彈性構(gòu)件的第一分支之間的第一主距離和/或第二主可移動(dòng)銷與主彈性構(gòu)件的第二分支之間的第二主距離不同于第一次級(jí)可移動(dòng)銷與次級(jí)彈性構(gòu)件的第一分支之間的第一次級(jí)距離和第二次級(jí)可移動(dòng)銷與次級(jí)彈性構(gòu)件的第二分支之間的第二次級(jí)距離；

12、-彈性構(gòu)件具有不同的剛度；

13、-該可移動(dòng)銷或每個(gè)可移動(dòng)銷具有支撐表面，支撐表面抵靠彈性構(gòu)件的第一分支或第二分支，所述支撐表面由凸輪表面構(gòu)成；

14、-指狀件與可動(dòng)部件成一體；

15、-指狀件與固定部件成一體；

16、-指狀件與樞轉(zhuǎn)連接件的軸線相距一距離；

17、-該彈性構(gòu)件或每個(gè)彈性構(gòu)件由圍繞指狀件纏繞的扭轉(zhuǎn)彈簧組成；

18、-機(jī)械密封件包括托架和板，托架被安裝成能夠相對(duì)于框架圍繞第一樞轉(zhuǎn)連接件、圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，板與控制桿成一體，板被安裝成能夠相對(duì)于托架圍繞第二樞轉(zhuǎn)連接件、圍繞與第一軸線正交的第二軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

19、-第一軸線和第二軸線相交；

20、-可動(dòng)部件由托架組成，固定部件由框架組成；以及

21、-可動(dòng)部件由板組成，固定部件由托架組成。