DE10104792A1

DE10104792A1 - Kraftrückkopplungsmechanismus mit gabelartigem Kardanarm

Info

Publication number: DE10104792A1
Application number: DE10104792A
Authority: DE
Inventors: David Mcvicar
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2001-09-27
Also published as: CN1285017C; US6512509B1; CN1310366A

Abstract

Eine Zeigevorrichtung beinhaltet einen Kraftrückkopplungsmechanismus, der von einem Stellglied angetrieben wird, um physische Empfindungen an den Benutzer zu übertragen. Eine Positionsabtastvorrichtung ist zum Überwachen der Position des vom Benutzer bedienbaren Objekts in der Zeigevorrichtung vorgesehen. Die Abtastvorrichtung verwendet Sensoren, die direkt oder im wesentlichen direkt mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt verbunden sind, um den toten Gang zu verringern, und derart montiert sind, daß eine außeraxiale Belastung an den Sensoren beseitigt wird. Die Verringerung des toten Gangs erzeugt genauere Positionsmessungen, während die Beseitigung der außeraxialen Belastung die Sensoren vor einer Beschädigung an deren internen Mechanismen schützt. Eine Computersteuereinheit verarbeitet die Daten von den Sensoren und steuert das Stellglied, um Rückkopplungskräfte für das vom Benutzer bedienbare Objekt über den Kraftrückkopplungsmechanismus zu erzeugen. Der Kraftrückkopplungsmechanismus verwendet eine Kardanaufhängung mit einem Paar von Kardanarmen. Einer der Arme ist ein doppelseitiger oder gabelartiger Kardanarm, der den Steuerhebelgriff bei allen Bewegungen, einschließlich eines aufgebrachten Drehmoments um die Achse des Griffs sowie Auf-Ab- und Vorwärts-Rückwärts-Kräften im wesentlichen vollständig festhält. Die verbesserte Einschränkung stellt verbesserte Genauigkeit mit verringerten Spielräumen bereit, was zu besserem Spielen führt. Der ...

Description

RÜCKVERWEISUNGEN AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der US-Patentanmeldung, Seriennr. 09/273 894, eingereicht am 22. März 1999, und der US-Patentanmeldung, Seri ennr. . . ., mit dem Titel "Folded Gear Drive Force Feedback Mechanism with Direct Drive Sensors" (Anwaltsregisternr. 009623-022100), eingereicht am 18. Februar 2000, deren gesamte Offenbarungen durch den Hinweis hierin aufge nommen werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Zeigevorrichtungen und insbe sondere eine Zeigevorrichtung mit einem Kraftrückkopplungsmechanismus mit einer Kardanaufhängung, die eine verbesserte Kopplung mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt bereitstellt, um erhöhte Genauigkeit und verbessertes Spielen zu erzeugen.

Eine Art von Zeigevorrichtungen beinhaltet ein Kraftrückkopplungsmerkmal. Sol che Vorrichtungen werden üblicherweise in einem dialogorientierten System ver wendet, das typischerweise eine visuelle Umgebung für einen Benutzer auf einem Bildschirm anzeigt. Der Benutzer kann durch die Verwendung eines vom Benutzer bedienbaren Objekts oder einer Benutzerschnittstellenvorrichtung, wie z. B. eines Steuerhebels (Joystick), einer Steuerschalttafel-Tastensteuereinheit, einer Maus, einer Rollkugel (Trackball), einer Schreibnadel und eines Tabletts oder derglei chen, mit der angezeigten Umgebung in Dialogverkehr treten, um ein Spiel zu spielen. Die Schnittstellenvorrichtung ist mit dem Computersystem verbunden, das die angezeigte Umgebung steuert. Der Computer aktualisiert die Simulation oder das Spiel als Reaktion auf die Benutzerbedienung des vom Benutzer be dienbaren Objekts und sieht eine Rückkopplung für den Benutzer vor. Einige Schnittstellenvorrichtungen erzeugen eine taktile oder Kraftrückkopplung für den Benutzer durch Vorsehen von physischen Empfindungen für den Benutzer. Typi scherweise sind Motoren oder andere Stellglieder mit dem vom Benutzer bedien baren Objekt gekoppelt und werden vom Computersystem gesteuert. Positions sensoren überwachen die Position des vom Benutzer bedienbaren Objekts und liefern die Meßdaten zum Computersystem, das die Daten verarbeitet. Auf der Basis der Daten erzeugt das Computersystem Steuersignale zum Steuern der Motoren, um Rückkopplungskräfte für das vom Benutzer bedienbare Objekt zu erzeugen, wodurch zusätzlich zur visuellen Stimulation physische Empfindungen an den Benutzer übertragen werden.

Zeigevorrichtungen wie z. B. Steuerhebelvorrichtungen weisen gewöhnlich weit läufige Gestänge auf, die beispielsweise Kardanrahmen oder andere Montage komponenten umfassen. Positionsmeßsensoren sind typischerweise fern von dem vom Benutzer bedienbaren Objekt, wie z. B. einem Steuerhebelgriff, wo die Be wegung stattfindet, angeordnet. Folglich verringern Spielräume zwischen den Ge stängekomponenten (beispielsweise den verschiedenen Teilen der Kardanrahmen und der Montagestruktur für die Sensoren) die Präzision des Positionsmeßsy stems. Dies vermindert wiederum die Qualität für das Spielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Zeigevorrichtung gerichtet, wie z. B. einen Steuerhebel, mit einem verbesserten Kraftrückkopplungsmechanismus, der ver besserte Genauigkeit aufweist und besseres Spielen vorsieht. Der Mechanismus verwendet ein Paar von Kardanarmen. Einer der Arme ist ein doppelseitiger oder gabelartiger Kardanarm, der eine bessere Kopplung zwischen dem Steuerhebel und dem Kraftrückkopplungsmechanismus vorsieht, um den toten Gang zu verrin gern und verbessertes Spielen vorzusehen.

Die Zeigevorrichtung umfaßt eine Positionsabtastvorrichtung für ein vom Benutzer bedienbares Objekt, wie z. B. einen Steuerhebel. Die Positionsabtastvorrichtung verwendet wünschenswerterweise Sensoren, die direkt oder im wesentlichen di rekt mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt verbunden sind, um Spiel zu ver ringern, und derart montiert sind, daß eine außeraxiale Belastung an den Senso ren im wesentlichen beseitigt wird. Die Verringerung des Spiels erzeugt genauere Positionsmessungen, um das Spielen zu verbessern, während die Beseitigung der außeraxialen Belastung die Sensoren vor einer Beschädigung an deren internem Mechanismus schützt.

Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Zeigevorrichtung einen Kraf trückkopplungsmechanismus, der ein Räderuntersetzungssystem umfaßt, das einen ringförmigen Untersetzungsgetriebeteil zur Kraftübertragung vom Kraftrück kopplungsstellglied auf das vom Benutzer bedienbare Objekt der Zeigevorrichtung verwendet. Der ringförmige Untersetzungsgetriebeteil erzeugt eine größere Rä deruntersetzung als ein herkömmliches Getriebe in einem gegebenen Raum und daher kann ein kleineres Stellglied verwendet werden. Das Räderuntersetzungs system ist dazu ausgelegt, weniger Raum einzunehmen. Folglich ist die Zeigevor richtung kompakt und genau und kann wirtschaftlich hergestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Zeigevorrichtung einen Steuerhebel und einen ersten Kardanarm. Der erste Kardanarm umfaßt ei nen ersten Armteil und einen zweiten Armteil, die mit dem Steuerhebel verbunden sind, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem ersten Kardanarm um eine erste Achse zu ermöglichen. Der erste und der zweite Armteil sind auf entge gengesetzten Seiten des Steuerhebels angeordnet. Ein zweiter Kardanarm ist mit dem Steuerhebel verbunden, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem zweiten Kardanarm um eine zweite Achse zu ermöglichen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen umfaßt der Steuerhebel einen ersten kreisför migen Vorsprung und einen zweiten kreisförmigen Vorsprung, die auf entgegen gesetzten Seiten des Steuerhebels angeordnet sind und entlang der ersten Achse orientiert sind. Der erste Kardanarm umfaßt eine erste kreisförmige Öffnung im ersten Armteil zum Aufnehmen des ersten kreisförmigen Vorsprungs und eine zweite kreisförmige Öffnung im zweiten Armteil zum Aufnehmen des zweiten kreisförmigen Vorsprungs.

Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein Stellglied zum Antreiben des ersten Kardanarms und des Steuerhebels zu einer Rotation um die zweite Achse mit dem ersten Kardanarm gekoppelt. Ein Getriebesystem ist zwischen das Stellglied und den ersten Kardanarm gekoppelt und sieht eine Räderuntersetzung vom Stellglied zum ersten Kardanarm vor. Das Getriebesystem umfaßt mindestens einen ringförmigen Zahnradteil, der Zähne auf einer konkaven Seite umfaßt, die mit Zähnen eines Ritzels zum Antreiben des ringförmigen Zahnradteils in Eingriff stehen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen weist ein erster Sensor einen ersten Sensor körper auf, der mit einer ersten Sensorwelle gekoppelt ist. Die erste Sensorwelle ist im wesentlichen unbeweglich mit dem Steuerhebel verbunden, um sich mit dem Steuerhebel zu bewegen. Die erste Sensorwelle ist relativ zum ersten Sen sorkörper im allgemeinen um die erste Achse drehbar. Ein erster Montagemecha nismus ist am ersten Kardanarm vorgesehen und ist mit dem ersten Sensorkörper gekoppelt, um zu ermöglichen, daß sich der erste Sensorkörper außer bei der Rotation um die erste Achse mit der ersten Sensorwelle bewegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer früheren Steuerhebelvorrichtung mit zwei einseitigen Kardanarmen;

Fig. 2A und 2B zeigen einen herkömmlichen veränderbaren Widerstand;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Steuerhebelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung der Steuerhebelvorrichtung von Fig. 3 in auseinandergezogener Anordnung, welche den gabelartigen Kardanarm darstellt;

Fig. 5A ist eine Seitenansicht eines Steuerhebelgriffs, der mit einem einseitigen Kardanarm gekoppelt ist;

Fig. 5B ist eine Querschnittsansicht des Steuerhebelgriffs und des einseitigen Kardanarms von Fig. 5A entlang I-I;

Fig. 6A ist eine Seitenansicht eines Steuerhebelgriffs, der mit einem gabelartigen Kardanarm gekoppelt ist;

Fig. 6B ist eine Querschnittsansicht des Steuerhebelgriffs und des gabelartigen Kardanarms von Fig. 6A entlang II-II;

Fig. 7 ist eine Darstellung der Steuerhebelvorrichtung von Fig. 3 in auseinander gezogener Anordnung;

Fig. 8A ist eine perspektivische Ansicht eines Positionssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8B ist eine perspektivische Ansicht eines Positionssensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine diagonale Bewegung der Steuer hebelvorrichtung von Fig. 3 darstellt;

Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines Räderuntersetzungssystems unter Verwen dung eines Standard-Außenzahnradabschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11 ist eine teilweise Schnittansicht eines Räderuntersetzungssystems unter Verwendung eines ringförmigen Zahnradabschnitts gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Räderuntersetzungssystems von Fig. 11.

BESCHREIBUNG DER SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Kraftrückkopplungsmechanismus und eine Positionsabtastvorrichtung für ein von einem Benutzer bedienbares Ob jekt in einer Zeigevorrichtung, wie z. B. einem Steuerhebel (Joystick). Der Kraf trückkopplungsmechanismus verwendet einen doppelseitigen oder gabelartigen Kardanarm, der den Steuerhebelgriff bei allen Bewegungen, einschließlich eines aufgebrachten Drehmoments um die Achse des Griffs sowie Aufwärts-Abwärts- und Vorwärts-Rückwärts-Kräften, im wesentlichen vollständig festhält. Die verbes serte Einschränkung stellt eine erhöhte Genauigkeit mit verringerten Spielräumen bereit, was zu besserem Spielen führt. Der Kraftrückkopplungsmechanismus um faßt ferner ein Räderuntersetzungssystem, das einen ringförmigen Zahnradteil verwendet, der eine größere Räderuntersetzung ermöglicht. Das Räderunterset zungssystem ist dazu ausgelegt, weniger Platz einzunehmen, was die Zeigevor richtung kompakter macht. Die Positionsabtastvorrichtung verwendet Sensoren, die direkt oder im wesentlichen direkt an der Steuerhebelwelle oder einem ande ren vom Benutzer bedienbaren Objekt montiert sind, um den toten Gang zu ver ringern und eine außeraxiale Belastung an den Sensoren zu beseitigen.

Fig. 1 zeigt eine frühere Kraftrückkopplungsvorrichtung in einer Steuerhebelvor richtung 20 für einen Steuerhebelgriff 22, der an einer Kardanaufhängung gelagert ist, um sich in zwei Freiheitsgraden entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse 24 und der Links-Rechts-Achse 26 zu bewegen. Der Steuerhebelgriff 22 umfaßt einen Sockel 28. Ein erster Kardanarm 30A verbindet mit dem Sockel 28 an einem im allgemeinen kreisförmigen Gelenk 32A. Der Steuerhebelgriff 22 umfaßt ein Schlitz- und Bolzenmerkmal, in das ein zweites Rotationsstück 32C eingesetzt ist. Dieses Rotationsstück ermöglicht eine sphärische Bewegung des Befestigungs punkts 32B durch Bewegen in einer zur Achse des Griffs 22 senkrechten Ebene. Ein zweiter Kardanarm 30B verbindet mit dem Sockel 28 über das Rotationsstück 32C, das ein im allgemeinen kreisförmiges Gelenk 32B vorsieht. Ein weiteres Gelenk 32D ist am Schlitz- und Bolzenmerkmal des Steuerhebelgriffs 22 ausge bildet. Das Gelenk 32A ermöglicht eine relative Rotation zwischen dem Steuerhe belgriff 22 und dem Arm 30A, die durch die Bewegung des Griffs 22 entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse 24 bewirkt wird, während das Gelenk 32B eine relative Rotation zwischen dem Steuerhebelgriff 22 und dem Arm 30B ermöglicht, die durch die Bewegung des Griffs 22 entlang der Links-Rechts-Achse 26 bewirkt wird.

Die gezeigten Kardanarme 30A, 30B sind L-förmig. Jeder Arm (30A oder 30B) weist eine Seite mit einem Gelenk (32A oder 32B) auf, das mit dem Sockel 28 des Steuerhebelgriffs 22 verbunden ist. Die Arme 30A, 30B sind einseitige Arme.

Der Arm 30A ist mit einem Getrieberahmen 34A verbunden, der ein Getriebesy stem 36A trägt, das von einem Motor 38A angetrieben wird. Ebenso ist der Arm 30B mit einem Getrieberahmen 34B verbunden, der ein Getriebesystem 36B trägt, das von einem Motor 38B angetrieben wird. Ein Potentiometer 40A ist am Getrie berahmen 34A montiert, um eine Links-Rechts-Bewegung 26 des Steuerhebel griffs 22 abzutasten, welche durch den Arm 30A über das Gelenk 32A zum Po tentiometer 40A übertragen wird. Ein weiteres Potentiometer 40B ist am Getrie berahmen 34B montiert, um eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegung 24 des Steuer hebelgriffs 22 abzutasten, welche durch den Arm 30B über das Gelenk 32B zum Potentiometer 40B übertragen wird.

Bei der Vorrichtung 20 von Fig. 1 bewirkt die Links-Rechts-Bewegung 26 des Steuerhebelgriffs 22, daß sich der Arm 30A dreht und das Potentiometer 40A, das am Getrieberahmen 34A montiert ist, aktiviert. Die Vorwärts-Rückwärts-Bewegung 24 bewirkt, daß sich der Arm 30B dreht und das Potentiometer 40B, das am Ge trieberahmen 34B montiert ist, aktiviert. Der Spielraum im Gelenk 32A muß bei der Rotation durch die Links-Rechts-Bewegung 26 des Steuerhebelgriffs 22 zuerst aufgenommen werden, bevor das Potentiometer 40A aktiviert wird. Ebenso muß der Spielraum in den Gelenken 32B und 32D bei der Rotation durch die Vorwärts- Rückwärts-Bewegung 24 des Steuerhebelgriffs 22 zuerst aufgenommen werden, bevor das Potentiometer 40B aktiviert wird. Diese Spielräume erzeugen einen to ten Gang in der Zeigevorrichtung 20, was die Meßgenauigkeit verringert und die Qualität des Spielens vermindert.

Die Verwendung von zwei einseitigen Kardanarmen 30A, 30B erfordert, daß jeder Kardanarm einen Teil des Halts für den Griff 22 vorsieht. Der teilweise Halt führt zu einer zusätzlichen Summierung von Spielräumen und erhöhtem totem Gang in dem System im Vergleich zu einem, das vollen Halt verwendet. Da die Potentio meter 40A, 40B an den Getrieberahmen 34A, 34B montiert sind, sind überdies die Motoren 38A, 38B außen an der Seite angeordnet, was zu einer relativ großen Montagefläche und somit einer physisch großen Steuerhebelvorrichtung 20 führt.

Ein weiteres Problem, das mit der Verwendung von Potentiometern oder ähnli chen Sensoren in der Steuerhebelvorrichtung 20 verbunden ist, kann durch eine außeraxiale Belastung verursacht werden. Dies ist für ein Beispiel eines typischen Potentiometers in Fig. 2A und 2B dargestellt. Die Rotation der Welle S, wie durch den Pfeil 1 angegeben, ändert den Widerstand des Potentiometers, um eine Po sitionsabtastung vorzusehen. Während des Spielens muß eine Spielsteuereinheit, die typischerweise eine Computersteuereinheit wie z. B. ein Steuerhebel ist, auf eine Vielzahl von plötzlichen und unvorhersagbaren Bewegungen vom Benutzer entlang einer Vielzahl von Achsen reagieren. Diese Art Bewegung kann außera xiale oder radiale Lasten auf die Sensoren, die in der Spielsteuereinheit verwen det werden, übertragen.

Wie in Fig. 2B gezeigt, können außeraxiale Kräfte, wie durch die Pfeile 2 und 4 angegeben, eine bleibende Verformung des Kontaktarms W über die Zeit verur sachen, welche den Arm V von dem Widerstandsmaterial R wegbiegt, selbst wenn die Welle S des veränderbaren Widerstandes nachgerichtet wird. Der ver änderbare Widerstand funktioniert, indem man den Arm W über das Wider standsmaterial R streichen läßt, um den Widerstandswert des veränderbaren Wi derstandes auf der Basis der Drehposition des Arms W zu ändern. Das "Abhe ben" des Arms W zerstört schließlich die Funktionalität des veränderbaren Wider standes, da der Arm W nicht mehr mit dem Widerstandsmaterial R in Kontakt steht. Wenn der Arm W abgehoben ist, wird die Bewegung der Welle S nicht vom veränderbaren Widerstand registriert, und somit registriert der Computer nicht die Hand- oder andere Bewegungen des Benutzers an dem Steuerhebel oder einer anderen Spielsteuereinheit.

Herkömmliche Sensoren weisen keine Mechanismen zum Kompensieren oder Dämpfen dieser Belastungen an den Sensoren auf und sind außerstande, großen Schwankungen der radialen Belastung und anderer außeraxialer Kräfte, die wäh rend heftigem Spielen auf die internen Mechanismen des veränderbaren Wider standes verteilt werden, standzuhalten. Ferner sind herkömmliche Potentiometer und veränderliche Widerstände typischerweise starr in den Computersteuerein heiten montiert und übertragen schließlich diese Belastungen auf die internen Me chanismen. Folglich fehlt es diesen Sensoren sowohl an der Unempfindlichkeit als auch der Genauigkeit über die Zeit, um der Härte beim Computerspielen standzu halten.

Ein Ausführungsbeispiel einer Zeigevorrichtung 50, die diese Probleme überwin det, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Zeigevorrichtung 50 umfaßt einen Steuerhebelgriff 52, der an einer Kardanaufhängung gelagert ist, um sich in zwei Freiheitsgraden entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse 54 und der Links-Rechts-Achse 56 zu be wegen. Ein erster Kardanarm 60A verbindet mit dem Sockel 58 des Steuerhebel griffs 52 an einem kreisförmigen Gelenk 62A und einem kreisförmigen Gelenk 63A. Ein zweiter Kardanarm 60B verbindet mit dem Sockel 58 an einem kreisför migen Gelenk 62B. Der Links-Rechts-Arm 60A ist mit einem Getrieberahmen 64A verbunden, der ein Getriebesystem 66A trägt, das durch einen Links-Rechts- Motor 68A angetrieben wird. Der Vorwärts-Rückwärts-Arm 60B ist mit einem Ge trieberahmen 64B verbunden, der ein Getriebesystem 66B trägt, das von einem Vorwärts-Rückwärts-Motor 68B angetrieben wird.

A. Gabelartiger Kardanarm

Wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, ist der erste Kardanarm 60A der Zeigevor richtung 50 ein doppelseitiger oder gabelartiger Kardanarm mit zwei parallelen Armteilen 65A, 67A jeweils mit Öffnungen 79, 81 zum Koppeln mit einer Nabe 73 und einer Nabe 71 am Sockel 58 des Steuerhebelgriffs 52. Die kreisförmigen Na ben 73, 71 sind entlang der Links-Rechts-Achse 56 orientiert und sind wün schenswerterweise aufeinander ausgerichtet. Da die Position des Griffs 52 durch zwei Naben 71, 73 auf beiden Seiten anstatt nur einer Nabe bei einem einseitigen Kardanarm gesteuert wird, wird ein höheres Drehmomentwiderstandsvermögen erzeugt. Außerdem verringert das Festhalten des Griffs 52 im gabelartigen Kar danarm 60A weiter die Wirkung der Spielräume zwischen den Öffnungen 79, 81 des Kardanarms 60A und den Naben 73, 71 des Griffs 52. Ein Vergleich zwischen einem einseitigen Kardanarm und einem gabelartigen Kardanarm ist in Fig. 5A-6B dargestellt.

Fig. 5A und 5B zeigen den Sockel 28 des Griffs 22 mit einem Vorsprung 57, der mit der Öffnung 59 gekoppelt ist, die in dem einseitigen Kardanarm 30A der Steu erhebelvorrichtung 20 von Fig. 1 vorgesehen ist. Der Spielraum zwischen dem Vorsprung 57 und der Öffnung 59 ermöglicht einen gewissen toten Gang. Die Menge an totem Gang in Form der Winkelverschiebung an der Verbindung zwi schen dem Griff 22 und dem Kardanarm 30A beträgt beispielsweise 5°. In Fig. 6A und 6B ist der Sockel 58 des Griffs 52 mit dem gabelartigen Kardanarm 60A an zwei Stellen verbunden. Der Vorsprung 73 ist mit der Öffnung 79 gekoppelt, die im Armteil 65A auf einer Seite vorgesehen ist, und der Vorsprung 71 ist mit der Öff nung 81 gekoppelt, die im Armteil 67A auf der entgegengesetzten Seite vorgese hen ist. Für denselben Spielraum zwischen den Vorsprüngen 73, 71 und den Öff nungen 79, 81 im gabelartigen Kardanarm 60A wie im einseitigen Arm 30A wird der tote Gang zwischen dem Griff 52 und dem Kardanarm 60A auf beispielsweise 1° verringert. Daher kann die Steuerhebelvorrichtung 50 mit dem gabelartigen Kardanarm 60A mit geringeren Spielräumen hergestellt werden als die frühere Steuerhebelvorrichtung 20 und erzeugt dennoch einen geringeren toten Gang.

Ein weiteres Merkmal des gabelartigen Kardanarms 60A ist die Einschränkung der axialen Bewegung zwischen dem Griff 52 und dem Kardanarm 60A entlang der Achse der Vorsprünge 71, 73 und der Öffnungen 79, 81. Um denselben Grad an Einschränkung vorzusehen, muß ein einseitiger Kardanarm auf engeren Gesamt- Systemmontagespielräumen beruhen, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden und die Systemfunktion verringert wird.

B. Sensoren mit direkter Ansteuerung

In der Zeigevorrichtung 50 von Fig. 3 ist ein Rotationssensor, wie z. B. ein Links- Rechts-Potentiometer 70A, im wesentlichen direkt mit dem Sockel 58 der Steuer hebelwelle 52 verbunden, um eine Links-Rechts-Bewegung 56 des Steuerhebel griffs 22 abzutasten. Ein weiterer Rotationssensor 70B ist ein Vorwärts- Rückwärts-Potentiometer, das direkt mit dem Sockel 58 verbunden ist, um eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegung 24 des Steuerhebelgriffs 22 abzutasten.

Wie in der Darstellung in auseinandergezogener Anordnung von Fig. 7 gezeigt, umfaßt der Steuerhebelgriff 52 zwei Naben 73, 71, die sich vom Sockel 58 in ent gegengesetzte Richtungen erstrecken und die wünschenswerterweise einteilig mit dem Griff 52 ausgebildet sind. Die kreisförmigen Naben 73, 71 sind im allgemei nen entlang der Links-Rechts-Achse 56 orientiert und sind wünschenswerterweise aufeinander ausgerichtet. Eine weitere kreisförmige Nabe 74 umfaßt einen Vor sprung oder Stecker 75, der in einen Schlitz 76 eingesetzt wird, welcher im Sockel 58 des Steuerhebelgriffs 52 vorgesehen ist. Die Nabe 74 ist im allgemeinen ent lang der Vorwärts-Rückwärts-Achse 54 orientiert. Der Stecker 75 wird wün schenswerterweise in den Schlitz 76 eingepreßt und ist gegen eine Auf- oder Ab bewegung oder Rotation um die Vorwärts-Rückwärts-Achse 54 bezüglich des Griffs 52 eingeschränkt. Dies erzeugt eine Kopplung der Nabe 74 mit dem Griff 52. Der Stecker 75 ist vorteilhafterweise dazu ausgelegt, eine Bewegung der Na be 74 zu einer kleinen Rotation um die Achse des Griffs 52 zuzulassen, um eine sphärische Bewegung des Steuerhebel-Kardanmechanismus zu verfolgen.

Der Sensor 70B weist eine Sensorwelle 77 auf, die sich von einem Sensorkörper 78 erstreckt und dazu ausgelegt ist, in eine Öffnung in der Nabe 73 eingesetzt zu werden. Die Achse der Sensorwelle 77 ist im allgemeinen auf die Links-Rechts- Achse 56 ausgerichtet. Die Öffnung 79 im Armteil 65A des Arms 60 ermöglicht, daß die Verbindung zwischen der Nabe 73 und der Sensorwelle 77 durch diese hindurch hergestellt wird. Die Sensorwelle 77 ist wünschenswerterweise über eine Preßpassung oder einen Preßsitz mit der Nabe 73 verbunden, um eine Verbin dung mit direkter Ansteuerung auszubilden, um den toten Gang zu beseitigen und die Sensorgenauigkeit zu verbessern. Wie in Fig. 3 gezeigt, bildet das Einsetzen der Nabe 73 durch die Öffnung 79 das Kardangelenk 62A zwischen dem Steuer hebelgriff 52 und dem Arm 60A. Auf der entgegengesetzten Seite bildet das Ein setzen der Nabe 71 durch die Öffnung 81 das Kardangelenk 63A zwischen dem Steuerhebelgriff 52 und dem Arm 60A.

Wie am besten in Fig. 8A zu sehen ist, umfaßt der Vorwärts-Rückwärts-Sensor 70B einen seitlichen Vorsprung 80, der sich im allgemeinen radial von dem Sen sorkörper 78 von der Achse der Sensorwelle 77 wegerstreckt. Am Ende des seitli chen Vorsprungs 80 befindet sich ein fernes Ende 82, das wünschenswerterweise kugelförmig ist. Das ferne Ende 82 enthält wünschenswerterweise einen Schlitz oder Spalt 84. Wenn es montiert ist, ist das ferne Ende 82 zwischen einem Paar von Kontaktrippen oder -flächen 86, 88 angeordnet, die am Arm 60A vorgesehen sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Kontaktflächen 86, 88 können im allgemeinen radi al von der Achse der Sensorwelle 77 angeordnet sein oder sie können seitlich von der Achse der Sensorwelle 77 angeordnet sein und im allgemeinen parallel zuein ander positioniert sein, wie in Fig. 3 und 7 gezeigt.

Die Kontaktflächen 86, 88 berühren das ferne Ende 82, um eine Rotation des Sensorkörpers 78 relativ zur Achse der Sensorwelle 77 zu verhindern. Das im all gemeinen kugelförmige ferne Ende 82 stellt eine wesentliche Freiheit in anderen Bewegungsgraden bereit, die nicht eingeschränkt sind. Abgesehen von der Rota tion relativ zur Achse der Sensorwelle 77 bewegt sich der Sensorkörper 78 bei spielsweise mit der Steuerhebelwelle 52 in fünf Freiheitsgraden, die Vorwärts- Rückwärts 54, Links-Rechts 56, Auf-Ab 92, Rudern 94 relativ zur Vorwärts- Rückwärts-Achse 54 und Gierung 96 relativ zur Auf-Ab-Achse 92 umfassen, wie in Fig. 3 gezeigt. Durch Ermöglichen, daß sich der Sensorkörper 78 mit der Steuer hebelwelle 52 in den fünf Freiheitsgraden bewegt, erzeugt der Montagemecha nismus für den Sensor 70B keine Biegekräfte zwischen der Sensorwelle 77 und dem Sensorkörper 78. Da das Drehmoment zum Drehen der Sensorwelle 77 rela tiv zum Sensorkörper 78 sehr gering ist, ist die Kraft am seitlichen Vorsprung 80 sehr gering und es tritt keine Beschädigung auf. Auf diese Weise sind die einzigen Kräfte, die die internen Mechanismen des Sensors 70B empfinden, jene, die den mit der Welle 77 im Sensor 70B gekoppelten Arm W drehen. Folglich schließt der Montagemechanismus für den Sensor 70B im wesentlichen aus, daß außeraxiale Kräfte (d. h. andere Kräfte als die Rotation um die Achse der Sensorwelle 77) eine Beanspruchung in den internen Mechanismen des Sensors 70B verursachen, wo durch die Verbesserung der Sensorleistung durch Beseitigen des toten Gangs erleichtert wird, ohne eine Beschädigung am Sensor 70B zu verursachen.

Der Schlitz 84 im fernen Ende 82 des Sensors 70B, der in Fig. 8A gezeigt ist, ist zu den Kontaktflächen 86, 88 im allgemeinen parallel und erstreckt sich typi scherweise durch das ferne Ende 82. Der Schlitz 84 läßt eine Streuung der Her stellungstoleranzen des fernen Endes 82 zu, während er eine leichte Montage zwischen den Kontaktflächen 86, 88 sicherstellt. Der Schlitz 84 ermöglicht vorteil hafterweise, daß das ferne Ende 82 geringfügig zusammengedrückt wird, um eine enge Passung zwischen den Kontaktflächen 86, 88 vorzusehen. Das im allgemei nen kugelförmige ferne Ende 82 kann beispielsweise einen Durchmesser von et wa 3,15 mm aufweisen, während der Spalt zwischen den Kontaktflächen 86, 88 eine Größe von etwa 3 mm aufweist. Typischerweise weist das ferne Ende 82 ei nen Durchmesser zwischen etwa 2 und etwa 4 mm auf. Der Vorsprung 80 weist eine Gesamtlänge zwischen etwa 3 mm und etwa 20 mm, typischerweise von et wa 14 mm auf.

Das ferne Ende 82 besteht typischerweise aus einem Kunststoff oder Polymer material, das einen gewissen Grad an Biegsamkeit und Elastizität vorsieht. Die Kontaktflächen 86, 88 berühren wünschenswerterweise das ferne Ende 82 an zwei Kontaktpunkten mit einem Preßsitz, der verhindert, daß sich der Sensorkör per 78 relativ zur Achse der Sensorwelle 77 dreht, während eine im wesentlichen uneingeschränkte Bewegung in den restlichen fünf Freiheitsgraden bereitgestellt wird. Da Kunststoffe und harte Polymere zum Kriechen neigen, kann die durch den Preßsitz erzeugte Spannung schließlich einen Punkt auf der Spannungskurve des Materials erreichen, wo das Kriechen stoppt, aber es besteht wünschens werterweise dennoch kein Zwischenraum zwischen den Kontaktflächen 86, 88 und dem fernen Ende 82, um eine enge Passung zwischen diesen sicherzustel len. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Schlitz 84 im fernen Ende 82 ein Vorspannungselement, wie z. B. eine Feder oder ein zusammendrückbares Mate rial, enthalten, welches das ferne Ende 82 vorspannt, um den Kontakt mit den Kontaktflächen 86, 88 aufrechtzuerhalten.

Wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt der Links-Rechts-Sensor 70A eine Sensorwelle 107, die sich von einem Sensorkörper 108 erstreckt und dazu ausgelegt ist, in eine Öffnung in der Nabe 74 eingesetzt zu werden. Die Achse der Sensorwelle 107 ist im allgemeinen auf die Vorwärts-Rückwärts-Achse 54 ausgerichtet. Der Arm 60B weist eine Öffnung 109 auf, die ermöglicht, daß die Verbindung zwischen der Na be 74 und der Sensorwelle 107 durch diese hindurch hergestellt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, bildet das Einsetzen der Nabe 74 durch die Öffnung 109 das Kardan gelenk 62B zwischen dem Steuerhebelgriff 52 und dem Arm 60B.

Die Sensorwelle 107 ist wünschenswerterweise mit der Nabe 74 über eine Preß passung oder einen Preßsitz verbunden, um eine Verbindung mit direkter An steuerung auszubilden, um den toten Gang im wesentlichen zu beseitigen und die Sensorgenauigkeit zu verbessern. Da sich die Nabe 74 bei der Rotation um die Achse des Steuerhebelgriffs 52 geringfügig bewegen kann, ist der Sensor 70A ein beweglicher Sensor. Es kann ein gewisser toter Gang an der Verbindung zwi schen dem Stecker 75 der Nabe 74 und dem Schlitz 76 des Griffsockels 58 vor handen sein, aber das Gesamtausmaß des toten Gangs ist im Vergleich zur frü heren Steuerhebelvorrichtung 20 von Fig. 1 wesentlich verringert.

Der Links-Rechts-Sensor 70A kann zum Vorwärts-Rückwärts-Sensor 70B, der in Fig. 8A gezeigt ist, identisch sein. Fig. 8B zeigt ein alternatives Ausführungsbei spiel für den Sensor 70A, der einen seitlichen Vorsprung 120 umfaßt, der sich im allgemeinen radial vom Sensorkörper 108 von der Achse der Sensorwelle 107 wegerstreckt. Am Ende des seitlichen Vorsprungs 120 befindet sich ein fernes Ende 122, das typischerweise im allgemeinen kugelförmig ist. Das ferne Ende 122 enthält wünschenswerterweise einen Schlitz oder Spalt 124. In dem alternativen Ausführungsbeispiel von Fig. 8B ist der seitliche Vorsprung 120 ein separates Element, das am Sensorkörper 108 befestigt ist, während der seitliche Vorsprung 80 im Ausführungsbeispiel von Fig. 8A einteilig mit dem Sensorkörper 78 ausge bildet ist. Der seitliche Vorsprung 120 in diesem Ausführungsbeispiel kann aus getauscht werden, um den Sensor 70A nach Wunsch an verschiedene Größen und Konfigurationen anzupassen. Natürlich können beide Sensoren 70A, 70B dieselbe Struktur, die in Fig. 8B gezeigt ist, aufweisen.

Wenn es montiert ist, ist das ferne Ende 122 des Sensors 70A zwischen einem Paar von Kontaktrippen oder -flächen 126, 128, die am Arm 60B vorgesehen sind, angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Kontaktflächen 126, 128 können im allge meinen radial von der Achse der Sensorwelle 107 angeordnet sein oder sie kön nen seitlich von der Achse der Sensorwelle 107 angeordnet sein und im allgemei nen parallel zueinander positioniert sein, wie in Fig. 3 und 7 gezeigt.

Die Kontaktflächen 126, 128 berühren das ferne Ende 122, um eine Rotation des Sensorkörpers 108 relativ zur Achse der Sensorwelle 107 zu verhindern. Das im allgemeinen kugelförmige ferne Ende 122 sieht eine wesentliche Freiheit in ande ren Bewegungsgraden vor, die nicht eingeschränkt sind. Abgesehen von der Ro tation relativ zur Achse der Sensorwelle 107 bewegt sich der Sensorkörper 108 beispielsweise mit der Steuerhebelwelle 52 in fünf Freiheitsgraden, die Vorwärts- Rückwärts 54, Links-Rechts 56, Auf-Ab 92, Gierung 96 relativ zur Auf-Ab-Achse 92 und Wälzung 123 relativ zur Links-Rechts-Achse 56 umfassen, wie in Fig. 3 gezeigt. Durch Ermöglichen, daß sich der Sensorkörper 108 mit der Steuerhebel welle 52 in den fünf Freiheitsgraden bewegt, erzeugt der Montagemechanismus für den Sensor 70A keine Biegekräfte zwischen der Sensorwelle 107 und dem Sensorkörper 108, wodurch im wesentlichen ausgeschlossen wird, daß außera xiale Kräfte (d. h. andere Kräfte als die Rotation um die Achse der Sensorwelle 107) eine Beanspruchung in den internen Mechanismen des Sensors 70A verur sachen. Die Größe, das Material und die Funktion des Sensors 70A sind im we sentlichen dieselben wie jene, die vorstehend für den Sensor 70B beschrieben wurden.

Die Verbindungen mit direkter Ansteuerung zum Koppeln der Sensoren 70A, 70B mit dem Steuerhebelgriff 52 bewirken, daß sich die Sensoren 70A, 70B mit dem Griff 52 bewegen, der an einer Kardanaufhängung gelagert ist. Fig. 9 stellt die Bewegung der Sensoren 70A, 70B dar, wenn der Griff 52 diagonal in einer au ßeraxialen Weise zwischen der Vorwärts-Rückwärts-Achse 54 und der Links- Rechts-Achse 56 bewegt wird. Da sich die Sensoren 70A, 70B abgesehen von den Einschränkungen gegen die Rotation um die Achsen ihrer jeweiligen Sensor wellen 77, 107 mit dem Griff 52 bewegen, werden außeraxiale Kräfte im wesentli chen beseitigt.

C. Räderuntersetzungssystem

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 sehen die Getriebesysteme 66A, 66B eine Räderuntersetzung zwischen den jeweiligen Motoren 68A, 68B und dem Steuer hebelgriff 52 vor. Je höher das Untersetzungsverhältnis ist, desto kleiner und preisgünstiger sind die Motoren 68A, 68B, die verwendet werden können. Große Untersetzungen erfordern typischerweise große Zahnräder, die jedoch die Größe der Steuerhebelvorrichtung 50 erhöhen würden. Alternativ können große Unter setzungen unter Verwendung von mehreren Räderuntersetzungen erreicht wer den, aber dies würde zu einer Erhöhung des toten Gangs führen. Ein Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet einen Ringräderantrieb mit doppelter Untersetzung für die Getriebesysteme 66A, 66B, um eine hohe Rä deruntersetzung zu erzielen, während die physische Größe der Steuerhebelvor richtung 50 im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen verringert wird.

Wie am besten in Fig. 7 zu sehen ist, treibt jeder Motor 68A, 68B ein erstes Ritzel 132A, 132B an, das dazu ausgelegt ist, mit dem ersten Zahnrad 134A, 134B in Eingriff zu stehen und eine erste Untersetzung zu bilden zum Antreiben desselben zur Rotation in einer entgegengesetzten Richtung zur Rotation des ersten Ritzels 132A, 132B. Ein zweites Ritzel 136A, 136B ist am ersten Zahnrad 134A, 134B befestigt und dreht sich mit dem ersten Zahnrad 134A, 134B. Das zweite Ritzel 136A, 136B treibt wiederum ein zweites Zahnrad an, das am Kardanarm 60A, 60B befestigt ist, um eine zweite Räderuntersetzung vorzusehen.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Untersetzungsgetriebeteils 138B im Getriebesystem 66B, der mit dem zweiten Ritzel 136B in Eingriff steht und von diesem angetrieben wird, um sich in derselben Richtung wie das erste Ritzel 132B zu drehen. Der zweite Zahnradteil 138B ist wünschenswerterweise einteilig mit dem Arm 60B ausgebildet, um die Anzahl der Teile und potentiellen toten Gang zu verringern. Alternativ kann der zweite Zahnradteil 138B abnehmbar und austauschbar sein, um nach Wunsch verschiedene Räderuntersetzungen vorzusehen. Der Arm 60B stellt eine Kardanlagerung für den Steuerhebelgriff 52 bereit und bildet einen Teil des Getriebesystems 66B. Der Arm 60B ist mit dem Getrieberahmen 64B durch das Befestigungselement 133B und die Zwischenlag scheibe 135B (siehe Fig. 7) verbunden. Ebenso ist der Arm 60A mit dem Getrie berahmen 64A durch das Befestigungselement 133A und die Zwischenlagscheibe 135A (siehe Fig. 7) verbunden.

Der zweite Zahnradteil 138B weist eine ausreichende Größe auf, um den vollen Bereich der Drehbewegung des Arms 60B zum Vorsehen eines Kraftrückkopp lungsantriebs für den Steuerhebelgriff 52 bereitzustellen. Auf diese Weise erfor dert das Getriebesystem 66B nicht ein volles zweites Zahnrad, wodurch die Größe der Vorrichtung 50 verringert wird. Da der Vorwärts-Rückwärts-Sensor 70B vom Getrieberahmen 64B zur anderen Seite des Steuerhebelgriffs 52 verlagert wird, kann der Vorwärts-Rückwärts-Motor 68B im Vergleich zur früheren Vorrichtung von Fig. 1 näher zum Griff 52 verlagert werden, wodurch die Größe der vorliegen den Vorrichtung 50 verringert wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Getriebesystems 66B, das in Fig. 11 und 12 dargestellt ist, ist der zweite Untersetzungsgetriebeteil 140B ein ringförmi ger Zahnradteil mit Zahnradzähnen auf der inneren, konkaven Oberfläche anstelle der äußeren, konvexen Oberfläche wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10. In Fig. 11 und 12 ist der zweite Untersetzungsgetriebeteil 140B um die erste Un tersetzung gebogen, die von dem ersten Ritzel 132B und dem ersten Unterset zungszahnrad 134B gebildet wird. Das zweite Ritzel 136B treibt den zweiten Un tersetzungsgetriebeteil 140B an, damit er sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Rotation des ersten Ritzels 132B dreht. Das Anordnen der Zahn radzähne auf der konkaven Seite des ringförmigen Zahnradteils 140B verlagert den Teilkreisdurchmesser auf die andere Seite des zweiten Ritzels 136B, wodurch die Größe für ein gegebenes Untersetzungsverhältnis verringert wird. Die Ver wendung des umgebogenen Zahnradteils 140B in Fig. 11 und 12 führt zu einer kompakteren Vorrichtung als die Verwendung des Untersetzungsgetriebeteils 138B von Fig. 10.

Das Getriebesystem 66A kann zum Getriebesystem 66B, das in Fig. 10-12 darge stellt ist, im wesentlichen identisch sein. Die vorliegenden Getriebesysteme 66A, 66B sehen vorzugsweise ein Räderuntersetzungsverhältnis von mindestens etwa 15 : 1, bevorzugter zwischen etwa 17 : 1 und etwa 35 : 1 vor.

Beim Betrieb bedient der Benutzer den Steuerhebelgriff 52. Die Positionssenso ren 70A, 70B tasten die Position des Griffs 52 ab und führen die Positionsmeß daten einer Motorsteuereinheit 150 zu, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Steuereinheit 150 verarbeitet die Daten und leitet Steuersignale zu den Motoren 68A, 68B, um Rückkopplungskräfte zu erzeugen und auf den Steuerhebelgriff 52 über die Ge triebesysteme 66A, 66B und die Kardanarme 60A, 60B aufzubringen, wodurch physische Empfindungen an den Benutzer übertragen werden.

Der gabelartige Kardanarm 60A erzeugt einen kleinen, aber starken Mechanis mus, der zu einer höheren Genauigkeit und geringeren Spielräumen als ein ein seitiger Kardanarm in der Lage ist und verbessertes Spielen bei geringeren Her stellungskosten erzeugt. Die Verbindungen mit direkter Ansteuerung zum Montie ren der Sensoren 70A, 70B erzeugen eine genaue Positionsmessung durch Ver ringern des toten Gangs, während die außeraxiale Belastung der Sensoren 70A, 70B minimiert wird. Die Untersetzungssysteme 66A, 66B mit umgebogenen Rä dern erzeugen eine größere Räderuntersetzung, um die Größe der Motoren 68A, 68B zu minimieren, während die Größe der Steuerhebelvorrichtung 50 verringert wird.

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen der Vorrichtung und die Verfahren sind lediglich erläuternd für Anwendungen der Prinzipien dieser Erfindung und viele weitere Ausführungsbeispiele und Modifikationen können ausgeführt werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, abzuweichen. Der Steuerhebelgriff kann beispielsweise gegen ein ande res vom Benutzer bedienbares Objekt mit einer anderen Art Bewegung in ver schiedenen Freiheitsgraden ausgetauscht werden. Andere Arten von Sensoren oder veränderbaren Widerständen können zur Positionsabtastung verwendet werden. Eine andere Kardanaufhängungsstruktur kann verwendet werden. Die Anzahl der Räderuntersetzungen kann größer als oder kleiner als zwei sein. Ver schiedene Arten von Stellgliedern können zur Erzeugung der Kraftrückkopplung verwendet werden. Der Schutzbereich der Erfindung sollte daher nicht mit Bezug auf die vorstehende Beschreibung festgelegt werden, sondern sollte statt dessen mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit ihrem vollen Umfang von Äquivalenten festgelegt werden.

Claims

1. Zeigevorrichtung, welche folgendes umfaßt:
einen Steuerhebel;
einen ersten Kardanarm mit einem ersten Armteil und einem zweiten Armteil, die mit dem Steuerhebel verbunden sind, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem ersten Kardanarm um eine erste Achse zu er möglichen, wobei der erste und der zweite Armteil auf entgegengesetzten Seiten des Steuerhebels angeordnet sind; und
einen zweiten Kardanarm, der mit dem Steuerhebel verbunden ist, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem zweiten Kardanarm um eine zweite Achse zu ermöglichen.

2. Zeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Achse zur ersten Achse senkrecht ist.

3. Zeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerhebel einen ersten kreisförmigen Vorsprung und einen zweiten kreisförmigen Vorsprung umfaßt, die auf entgegengesetzten Seiten des Steuerhebels angeordnet sind und entlang der ersten Achse orientiert sind, und wobei der erste Kardanarm eine erste kreisförmige Öffnung im ersten Armteil zum Aufnehmen des ersten kreisförmigen Vorsprungs und eine zweite kreisförmige Öffnung im zweiten Armteil zum Aufnehmen des zweiten kreisförmigen Vorsprungs umfaßt.

4. Zeigevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste kreisförmige Vorsprung und der zweite kreisförmige Vorsprung entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind.

5. Zeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Armteil und der zweite Armteil des ersten Kardanarms mit entgegengesetzten Seiten des Steuerhe bels verbunden sind, um eine Bewegung zwischen dem Steuerhebel und dem ersten Kardanarm entlang der ersten Achse im wesentlichen zu verhin dern.

6. Zeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerhebel einen dritten kreisförmigen Vorsprung umfaßt, der entlang der zweiten Achse orientiert ist, und wobei der zweite Kardanarm eine kreisförmige Öffnung zum Aufnehmen des dritten kreisförmigen Vorsprungs umfaßt.

7. Zeigevorrichtung, welche folgendes umfaßt:
ein vom Benutzer bedienbares Objekt;
einen Kardanarm mit einem ersten Armteil und einem zweiten Armteil, die mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt verbunden sind, um eine Rotation zwischen dem vom Benutzer bedienbaren Objekt und dem Kar danarm um eine erste Achse zu ermöglichen, wobei der erste und der zweite Armteil auf entgegengesetzten Seiten des vom Benutzer bedienbaren Ob jekts angeordnet sind;
ein Stellglied, das mit dem Kardanarm gekoppelt ist, zum Antreiben des Kardanarms und des vom Benutzer bedienbaren Objekts zu einer Rotation um eine zweite Achse; und
ein Getriebesystem, das zwischen das Stellglied und den Kardanarm gekoppelt ist, wobei das Getriebesystem eine Räderuntersetzung vom Stell glied zum Kardanarm vorsieht, wobei das Getriebesystem mindestens einen ringförmigen Zahnradteil umfaßt, der Zähne auf einer konkaven Seite um faßt, die mit Zähnen eines Ritzels zum Antreiben des ringförmigen Zahn radteils in Eingriff stehen.

8. Zeigevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Achse zur ersten Achse senkrecht ist.

9. Zeigevorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Getriebesystem ein Getriebe system mit doppelter Untersetzung umfaßt.

10. Zeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Getriebesystem folgendes umfaßt:
ein Antriebsritzel, das mit dem Stellglied verbunden ist, um vom Stell glied zu einer Rotation angetrieben zu werden;
ein Zahnrad, das mit dem Antriebsritzel gekoppelt ist, um vom Antriebs ritzel angetrieben zu werden; und
ein Zwischenritzel, das mit dem Zahnrad verbunden ist, um sich mit dem Zahnrad zu bewegen,
wobei der Kardanarm einen ringförmigen Zahnradteil mit Zähnen auf einer konkaven Seite umfaßt, die mit Zähnen des Zwischenritzels zum An treiben des vom Benutzer bedienbaren Objekts zu einer Rotation um die zweite Achse in Eingriff stehen.

11. Zeigevorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner einen Rotationssensor, der direkt mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt verbunden ist, zum-Abta sten der Rotation des vom Benutzer bedienbaren Objekts bezüglich der zweiten Achse umfaßt.

12. Zeigevorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Rotationssensor einen Sen sorkörper umfaßt, der mit einer Sensorwelle gekoppelt ist, die relativ zum Sensorkörper um die zweite Achse drehbar ist, wobei die Sensorwelle im wesentlichen unbeweglich mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt ver bunden ist, um sich mit dem vom Benutzer bedienbaren Objekt zu bewegen, und ferner einen Montagemechanismus umfaßt, der mit dem Rotationssen sor gekoppelt ist, um außer bei einer Rotation bezüglich der zweiten Achse eine Bewegung des Sensorkörpers mit der Sensorwelle zu ermöglichen.

13. Zeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Sensorkörper einen Vor sprung umfaßt und wobei der Montagemechanismus ein Paar von Oberflä chen umfaßt, die am Kardanarm vorgesehen sind und relativ zur zweiten Achse im allgemeinen seitlich angeordnet sind und zwei Seiten des Vor sprungs berühren, um eine Rotation des Sensorkörpers um die zweite Achse zu verhindern.

14. Zeigevorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Vorsprung des Sensorkör pers ein im allgemeinen kugelförmiges fernes Ende umfaßt und das Paar von Oberflächen das im allgemeinen kugelförmige ferne Ende berührt, um eine Bewegung des Sensorkörpers mit der Sensorwelle außer einer Rotation des Sensorkörpers um die zweite Achse zu ermöglichen.

15. Zeigevorrichtung, welche folgendes umfaßt:
einen Steuerhebel;
einen ersten Kardanarm mit einem ersten Armteil und einem zweiten Armteil, die mit dem Steuerhebel verbunden sind, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem ersten Kardanarm um eine erste Achse zu er möglichen, wobei der erste und der zweite Armteil auf entgegengesetzten Seiten des Steuerhebels angeordnet sind;
einen ersten Sensor mit einem ersten Sensorkörper, der mit einer er sten Sensorwelle gekoppelt ist, wobei die erste Sensorwelle im wesentlichen unbeweglich mit dem Steuerhebel verbunden ist, um sich mit dem Steuerhe bel zu bewegen, wobei die erste Sensorwelle relativ zum ersten Sensorkör per im allgemeinen um die erste Achse drehbar ist; und
einen ersten Montagemechanismus, der am ersten Kardanarm vorge sehen ist und mit dem ersten Sensorkörper gekoppelt ist, um zu ermögli chen, daß sich der erste Sensorkörper mit der ersten Sensorwelle außer bei einer Rotation um die erste Achse bewegt.

16. Zeigevorrichtung nach Anspruch 15, wobei die erste Sensorwelle in eine Öffnung im Steuerhebel mit einer Preßpassung eingesetzt ist und im allge meinen entlang der ersten Achse orientiert ist.

17. Zeigevorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Sensor einen ersten Vorsprung umfaßt, der mit dem ersten Sensorkörper verbunden ist, und wo bei der erste Montagemechanismus ein Paar von Oberflächen umfaßt, die am ersten Kardanarm vorgesehen sind und relativ zur ersten Achse im all gemeinen seitlich angeordnet sind und zwei Seiten des ersten Vorsprungs berühren, um eine Rotation des ersten Sensorkörpers um die erste Achse zu verhindern.

18. Zeigevorrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Vorsprung des ersten Sensorkörpers ein im allgemeinen kugelförmiges fernes Ende umfaßt und das Paar von Oberflächen das im allgemeinen kugelförmige ferne Ende be rührt, um eine Bewegung des ersten Sensorkörpers mit dem Steuerhebel außer einer Rotation des ersten Sensorkörpers um die erste Achse zu er möglichen.

19. Zeigevorrichtung nach Anspruch 17, welche ferner einen zweiten Kardanarm umfaßt, der mit dem Steuerhebel verbunden ist, um eine Rotation zwischen dem Steuerhebel und dem zweiten Kardanarm um eine zweite Achse zu er möglichen.

20. Zeigevorrichtung nach Anspruch 19, welche ferner folgendes umfaßt:
einen zweiten Sensor mit einem zweiten Sensorkörper, der mit einer zweiten Sensorwelle gekoppelt ist, wobei die zweite Sensorwelle im wesent lichen unbeweglich mit dem Steuerhebel verbunden ist, um sich mit dem Steuerhebel zu bewegen, außer daß die zweite Sensorwelle relativ zum Steuerhebel zu einer Rotation um die Steuerhebelachse beweglich ist, wobei die zweite Sensorwelle relativ zum zweiten Sensorkörper im allgemeinen um die zweite Achse drehbar ist; und
einen zweiten Montagemechanismus, der am zweiten Kardanarm vor gesehen ist und mit dem zweiten Sensorkörper gekoppelt ist, um zu ermögli chen, daß sich der zweite Sensorkörper mit der zweiten Sensorwelle außer bei einer Rotation um die zweite Achse bewegt.

21. Zeigevorrichtung nach Anspruch 20, welche ferner eine Nabe umfaßt, die in einen Schlitz im Steuerhebel eingesetzt ist, wobei der Schlitz dazu ausgelegt ist, eine Bewegung der Nabe relativ zum Steuerhebel im wesentlichen nur bei einer Rotation um die Steuerhebelachse zu ermöglichen, und wobei die zweite Sensorwelle im wesentlichen unbeweglich mit der Nabe verbunden ist.

22. Zeigevorrichtung nach Anspruch 21, wobei die zweite Sensorwelle in eine Öffnung in der Nabe mit einer Preßpassung eingesetzt ist und im allgemei nen entlang der zweiten Achse orientiert ist.

23. Zeigevorrichtung nach Anspruch 21, wobei der zweite Sensor einen zweiten Vorsprung umfaßt, der mit dem zweiten Sensorkörper verbunden ist, und wobei der zweite Montagemechanismus ein Paar von Oberflächen umfaßt, die am zweiten Kardanarm vorgesehen sind und relativ zur zweiten Achse im allgemeinen seitlich angeordnet sind und zwei Seiten des zweiten Vor sprungs berühren, um eine Rotation des zweiten Sensorkörpers um die zweite Achse zu verhindern.

24. Zeigevorrichtung nach Anspruch 23, wobei der zweite Vorsprung des zwei ten Sensorkörpers ein im allgemeinen kugelförmiges fernes Ende umfaßt und das Paar von Oberflächen das im allgemeinen kugelförmige ferne Ende berührt, um eine Bewegung des zweiten Sensorkörpers mit dem Steuerhebel außer einer Rotation des zweiten Sensorkörpers um die zweite Achse zu ermöglichen.