Устройство для указания местоположения географических пунктов Советский патент 1992 года по МПК G01C15/00 G09B29/10 

Изобретение относится к наглядным картографическим приборам, с помощью которых можно с высокой точностью и оперативно находить нужное географическое место.

Известно устройство для указания географических пунктов, в котором картографический материал выполнен в виде глобуса. Внутри глобуса размещен точечный излучатель для образования светового пятна на стенке глобуса.

Точечный излучатель поворачивается вокруг оси в экваториальной плоскости с помощью механики, приводимой в действие вне глобуса. Путем установки поворотного положения точечного излучателя и вращения глобуса световое пятно может приводиться в желаемый географический пункт, причем круговые шкалы позволяют, исходя из известных координат широты и долготы географического пункта, гфиводить световое пятно в соответствующее место на глобусе.

Однако полезный эффект такого определителя места незначителен, так как поворачивание точечного излучателя и вращение глобуса с помощью круговых шкал на основании выбранных из таблицы значений координат искомого места происходит едва ли быстрее непосредственного отыскания места на поверхности глобуса с помощью этих значений координат. Механика установки точечного излучателя использует шнуровой привод с несколько

ч

СО 00

О СО

СО

сложным направлением шнура с целью предотвращения проскальзывания при передаче движения. Несмотря на это, проскальзывание неизбежно, и время от времени необходима повторная юстировка круговой шкалы.

Известен также картографический прибор для представления местонахождения транспортного средства, например мгновенного местоположения или заданного по- ложения на топографической карте. Навигационное вычислительное устройство на основании соответствующего курса транспортного средства, а также пройденного пути определяет координаты местоположения и в соответствии с ними управляет шаговыми электродригателями, которые перемещают через тросиковые приводы два независимых друг от друга подвижных линейных элемента, общая точка пересечения которых представляет соответствующее место на карте.

Наиболее близким к изобретению является устройство для указания местоположения географических пунктов, в котором для указания местоположения метка перемещается по расстеленной карте. Метка образована точкой пересечения двух перекрещивающихся проволок, закрепленных между гайками ходового винта, которые перемещаются продольно по расположенным на противоположных краях корпуса карты штангам с резьбой. Вращение штанг с резьбой происходит с помощью шаговых электродвигателей, управляемых импульсами.

Недостатком этого известного картографического прибора является установка меткие помощью штанге резьбой, допускающих лишь относительно медленные установочные движения. Образование метки двумя перекрещивающимися проволоками требует четырех штанг с резьбой с четырьмя шаговыми электродвигателями, вследствие чего затраты на изготовление высокие.

Цель изобретения - повышение точности и оперативности.

Устройство согласно изобретению содержит микрокомпьютер, в который введены параметры местоположения множества географических пунктов. Этими географическими пунктами являются на карте улицы, например название улиц, достопримечательности, театры, кинотеатры или т,п„ а на глобусе - города, озера, реки, горы и т.п. Ввод искомого географического пункта в микрокомпьютер происходит путем набора названия соответствующего географического пункта на клавиатуре ввода данных. При этом за счет соответствующего программирования может получиться, что необходимо набрать лишь столько букв данного географического названия, сколько требуется для однозначной идентификации. Аналогично можно достичь того, что при

ошибочном вводе отдельных букв оставшиеся правильные буквы, поскольку он и достаточны для однозначной идентификации, удовлетворяли вводу. Такие программы относятся к структуре микрокомпьютера в

0 рамках обычного.

После ввода программы микрокомпьютер управляет, например, шаговыми электродвигателями приводного и исполнительного механизма, с помощью импульсов соответст5 венно параметрам местоположения, накопленным в результате ввода данных, чтобы указатель местоположения, например световое пятно, подвести к желаемому географическому пункту.

0 Устройство имеет также, по меньшей мере, один условный исходный пункт в виде чувствительного элемента (датчика) для определения местонахождения указателя местоположения относительно карты. Та5 кой условный пункт может быть, например, исходной или нулевой точкой указателя местоположения, к которой указатель местоположения автоматически возвращается при выключении или новом включении

0 прибора. Но один или несколько условных пунктов могут быть так распределены в зоне движения носителей указателя местоположения на карте, что при нормальном использовании прибора случайно достигаются один

5 или несколько из условных пунктов.

Эти условные пункты позволяют также определить или контролировать местонахождения указателя местоположения при подверженных проскальзыванию приводах,

0 при которых передача движения от шаговых электродвигателей на указатель местоположения происходит не с помощью входящих друг в друга с геометрическим замыканием элементов для передачи силы, а с помощью

5 подверженных проскальзыванию элементов для передачи силы, как тросиковые приводы, ведущие шестерни и т.п. При таких приводах после определенного количества ходов движения неизбежно появляются от0 клонения между заданным и истинным местом установки указателя местоположения, которые можно скорректировать на основании определения контроля местонахождения.

5 Условными пунктами являются, например, электрические или оптические контакты датчиков, к которым в микрокомпьютере относятся введенные параметры местоположения. При достижении условной точки в решающем блоке по сопоставлению этих

введенных параметров местоположения с рассчитанными в данный момент времени параметрами местоположения указателя местоположения рассчитывается необходимое откорректированное число импульсов, которое затем задается шаговым электродвигателям.

Существует возможность возврата указателя местоположения в исходную, условную или нулевую точку перед каждым новым введением данных, чтобы, исходя из этого, можно было находить географический пункт в соответствии с новым вводом данных. Однако более элегантным и быстрым является решение с помощью приданного микрокомпьютеру решающего блока для учета параметров местоположения исходного пункта указателя местоположения при повторной активации приводного и исполнительного механизма. Другими словами, параметры местоположения исходного пункта указателя местоположения снимаются с параметров местоположения вновь заданного географического пункта, чтобы задать шаговым электродвигателям соответственно уменьшенное или увеличенное число импульсов.

На фиг. 1 показано устройство с натянутой на верхней стороне рамы корпуса картой, вид сверху; на фиг. 2 и 3 - деталь верхнего горизонтального ползуна устройства по фиг. 1, вид сверху, поперечное сечение соответственно; на фиг. 4 и 5 - деталь нижнего горизонтального ползуна устройства по фиг. 1, вид сверху; поперечное сечение соответственно; на фиг. 6 и 7 - деталь вертикального ползуна устройства по фиг. 1, вид сверху и вид сбоку соответственно; на фиг. 8 - коммутационная схема устройства по фиг. 1; на фиг. 9 и 10 - повернутый друг к другу на 90° приводной и исполнительный механизм для монтажа в глобусе; на фиг. 11 - 13 - повернутый друг к другу соответственно на 90° другой приводной и исполнительный механизм для монтажа в глобусе.

Устройство для указания местоположения географических пунктов (фиг. 1-7) содержит прямоугольную раму 1 корпуса, на прозрачной верхней стороне которой (не показана) растянута карта. Устройство может быть поставлено на ребро, например повешено на стене.

В раме 1 корпуса расположены верхняя и нижняя направляющие 2, на которых с помощью легкоподвижных роликов 3 установлены с возможностью перемещения по горизонтали верхний 4 и нижний 5 горизонтальные ползуны, связанные между собой направляющими 6. Так как на верхнем горизонтальном ползуне А установлен один ролик 3, а на нижнем горизонтальном ползуне 5 установлены два ролика 3, то получается устойчивая трехточечная опора. Верхний и

нижний горизонтальные ползуны 4 и 5 подвешены через точки 7 крепления и пружины 8 растяжения к тросиковым приводам, которые, кроме тросиков 9, имеют на правой стороне рамы 1 корпуса вертикальный веду0 щий вал 10, а на левой стороне рамы корпуса - направляющие ролики 11. Тросики 9 намотаны в несколько витков вокруг приводного вала 10 с целью в основном беспро- скальзывающей передачи силы от

5 приводного вала 10 на тросики 9. С той же целью в основном беспроскальзывающей передачи силы в качестве тросиков 9 используются сплетенные канатики из искусственного материала, например из

0 полиамида, а участкам 12 перемещения, по которым проходят витки при горизонтальном передвижении ползунов 4 и 5, придана шероховатость. Приводной вал 10, установленный легкоподвижно в шарикоподшипни5 ках 13, приводится в действие через муфту

14 первым шаговым электродвигателем 15.

По направляющим 2 и 6, соединяющим

верхний и нижний горизонтальные ползуны

4 и 5, перемещается вертикальный ползун

0 16, который также приводится в действие тросиковым приводом. Этот тросиковый привод включает в себя, кроме тросиков 17, которые через пружины 18 растяжения воздействуют на точки 19 крепления вер5 тикального ползуна 1 б, на верхнем горизонтальном ползуне 14 направляющий ролик 20, а на нижнем горизонтальном ползуне 5 - приводное колесо 21, сидящее на приводном валу 10 второго шагового электродвига0 теля 23.

Вертикальный ползун 16 имеет между двумя скользящими втулками 24, перемещающимися по вертикальным направляющим 6, фонарь 25 с заслонкой 26 со стрелкой на

5 своей верхней стороне. В фонаре 25 смонтирована лампочка, подключенная через спиральный провод 27 и держатель 28 провода к внешнему источнику электропитания.

0 Чувствительные элементы 29, 30 соответственно микровыключателя, которые с одной стороны расположены на конечном участке движения горизонтальных ползунов 4 и 5 на раме 1 корпуса, а с другой стороны

5 - на конечном участке движения вертикального ползуна 16 на нижнем горизонтальном ползуне 5, взаимодействуют ушками 31, 32 на горизонтальном и вертикальном ползунах соответственно с целью определения координатных нулевых точек.

Установленные на нижнем горизонтальном ползуне 5 второй шаговый злектро- двигатель 23 и микровыключатель 30 подключены через спиральный провод 33 и держатель 45 провода к компьютеру (не показан).

Согласно фиг. 8 компьютер 35 с блоком памяти и решающим блоком с одной стороны связан с клавиатурой 36 для ввода данных, а с другой стороны - с шаговыми электродвигателями 15 и 23, а также чувствительными элементами 29 и 30. Как показано на фиг. 8, предусмотрен другой чувствительный элемент 37, который может быть расположен, например, в среднем положении горизонтального ползуна. Подключенный к компьютеру 35 громкоговоритель 38 дает, например, акустическую индикацию на нажатия клавиши сбора, ненахождения понятия.

После включения устройства ползуны 4, 5 и 16 перемещаются на позицию нуль/нуль за счет ощупывания чувствительными элементами 29,30. Далее происходит: ввод географического понятия в клавиатуру для ввода данных; поиск зарегистрированных координат местоположения введенного географического понятия в компьютере; вычисление вида и числа импульсов, подаваемых на шаговые электродвигатели 15 и 23; запуск шаговых электродвигателей 15 и 23.

Если часть приводного и исполнительного механизма, подверженная проскальзыванию, минует определенное среднее положение, то срабатывает чувствительный элемент 37. Это регистрируется компьютером, причем возможное отклонение установ- ленных в данный момент времени вычислительной машиной координат местоположения от данного среднего положения приводит к образованию значения поправки, которое задается соответствующему шаговому электродвигателю.

Возможная конструкция приводного и исполнительного механизма для установки внутри глобуса изображена на фиг. 9 и 10. Механизм установлен на глобусе любого диаметра с возможностью вращения вокруг крепежных элементов 39, приклеенных к внутренней стенке (не показанного) глобуса. Места приклеивания выбраны так, чтобы по возможности не закрывались накопленные в компьютере географические пункты.

Один из двух шаговых электродвигателей 40 предназначен для вращения механизма вокруг крепежных элементов 39. Для этого шаговый электродвигатель 40 приводит в действие через карданную муфту 41 и два связанных с шестернями 42 вала 43 легкоподвижное гуммированное приводное

колесо 44. С целью обеспечения хорошего контакта приводного колеса 44 с внутренней стенкой глобуса все устройство смонтировано на боковой пластине 45, связанной

шарниром 46 с держателем 47, и прижато эластичной натяжной лентой 48 к внутренней стенке глобуса. Таким образом, за счет движения приводного колеса 44 весь механизм вращается внутри-глобуса. С целью

0 противодействия неравномерному распределению веса на противоположной стороне расположен противовес 49.

Второй шаговый элекхродвигатель 50 принимает вращение точечного излучателя

5 51 вокруг оси 52, проходящей в основном вертикально первой оси вращения, установленной крепежными элементами 39. Точеч- ный излучатель 51 закреплен на продолговатом стержне 53, который вместе

0 с приводным колесом 54 смонтирован на вращающейся оси 52. Чтобы привести в дей- ствие эту систему приводного колеса, стержня и точечного излучателя, шаговый электродвигатель 50 через карданную муф5 ту 55 связан с валом 56, который через состоящую из шестерен 57 с конусными зубьями угловую передачу приводит в действие приводной вал 58, установленный в держателе 47. Соединение между привод0 ным валом 58 и приводным колесом 54 происходит через тросик 59, который, как и точечный излучатель 51, должен выполнять максимально поворотное движение на 180°, с одной стороны может быть расположен на

5 приводном колесе 54, а с другой - обоими своими концами на приводном валу 58. Вследствие этого движение передается в основном без проскальзывания.

Посредством импульсного управления

0 шаговыми электродвигателями 40 и 50 точечный излучатель 51 может образовывать в каждом желаемом месте глобуса световое пятно. Импульсное управление происходит тем же образом, как в связи с вариантом по

5 фиг. 1-8. При введении географических пунктов в компьютер следует принимать во внимание выбранное место установки крепежных элементов 39. Так как на стенке глобуса размещаются чувствительные эле0 менты, параметры местоположения которых запоминаются компьютером, то в ходе работы может постоянно происходить определение местонахождения, включая коррекцию проскальзывания.

5 В описанном примере выполнения движения вращения и поворачивания были произведены самим приводным и исполнительным механизмом. Преимущество заключается в том, что при этом глобус может вращаться снаружи как обычно, например

вокруг оси север - юг, а именно без влияния приводного и исполнительного механизма. При этом вращение глобуса при этом возможно лишь настолько, насколько это допускается подводом тока к шаговым электродвигателям и точечному излучателю, подвод тока которых осуществляется через опору глобуса у южного полюса.

С помощью описанного приводного и исполнительного механизма можно реализовать также вторую конструктивную форму, если держатель 47 неподвижно устанавливается в оси север - юг глобуса. В этом случае с помощью приводного колеса 44 вращается не сам приводной и исполнительный механизм, а глобус. Преимуществом этой конструктивной формы является более легкий подвод тока к шаговым электродвигателям и точечному излучателю.

Третья конструктивная форма приводного и испопнительного механизма для установки в глобус показана на фиг. 11-13. Эта конструктивная форма пригодна, в частности, в тех случаях, где при неиспользовании поисковой автоматики глобус должен оставаться свободно вращающимся.

Механизм имеет держатель 60 в форме заднего сплошного диска 61 и находящегося на некотором расстоянии от него переднего полудиска 62. Находящиеся на диаметрально противоположных сторонах окружности держателя 60 опорные шейки 63 образуют ось север - юг, вокруг которой на шарикоподшипниках 64 легкоподвижно установлен глобус 65.

Кронштейн 66 с приводным двигателем 67 и гуммированным приводом колесом 68 на своем свободном конце соединен через шарнир 69 своим нижним концом с полудиском 62 держателя, За счет собственного веса кронштейна 66 и веса приводного двигателя 67 приводное колесо 68 прилегает к внутренней стенке глобуса так, что, если приводной двигатель 67 приводится в действие, приводное колесо 68 вращает глобус 65. Приводной двигатель 67 не является, как в предыдущих примерах выполнения, шаговым электродвигателем, а малогабаритным и эксплуатируемым без трансформатора, например220 В, синхронным электродвигателем. Приводному двигателю 67 обычно может придаваться редуктор.

Функцию счета шаговых злектродвига- телей предыдущих примеров реализации выполняет здесь отдельный счетный механизм 70. установленный на свободном конце второго кронштейна 71, который соединен через шарнир 72 своим нижним концом со сплошным диском 61 держателя. Счетный механизм 70 включает в себя легко

вращающееся гуммированное колесо 73, которое под действием собственного веса кронштейна 71 и счетного механизма 70 прилегает к внутренней стенке глобуса и

вращается вращающимся глобусом 65. Вращение колеса 73 через передачу передается на регистрирующий диск 74, вращение которого регистрируется вилкообразным фотоэлектрическим устройством 75.

0 На оси 76, в основном перпендикулярной оси север - юг, между дисками 61 и 62 держателя расположен с возможностью вращения диск 77, на котором на стержне 78 закреплен точечный излучатель 79. При5 воддиска 77 для перемещения по вертикали точечного излучателя 79 осуществляется приводным двигателем 80, связанным через редуктор 81 и приводной ремень 82 с диском 77. Сказанное в отношении приводного

0 двигателя 80 имеет силу и в отношении приводного двигателя 67. Регистрация перемещения точечного излучателя 79 происходит, как и при регистрации вращательного движения глобуса, с помощью счетного меха5 низма 83 с регистрирующим диском 84, размещенным непосредственно на приводном валу двигателя 80, и считывается вилкообразным фотоэлектрическим устройством 85.

0 Принцип действия описанного приводного и исполнительного механизма соответствует принципу действия механизма по фиг. 9 и 10, за исключением того, что функция счета для регистрации перемещений

5 выполняется не шаговыми электродвигателями, а отдельными счетными механизмами 70, 83. Наряду с тем, что описанные варианты выполнения не требуют дорогостоящих шаговых электродвигателей, следует на0 звать и то, что благодаря незначительным моментам инерции тела между глобусом 65 и колесом 73 счетного механизма 70 едва ли появляется проскальзывание, что повышает точность поисковой автоматики. Так как и

5 здесь на внутренней стенке глобуса устанавливаются чувствительнме элементы, параметры местонахождения которых хранятся в памяти компьютера, в процессе работы может постоянно происходить

0 определение местоположения, включая коррекцию проскальзывания.

Таким чувствительным элементом, например на фиг. 11, является расположенный на внутренней стенке глобуса металличе5 ский стержень 86, взаимодействующий с вилкообразным фотоэлектрическим устройством 87 на кронштейне 71. Металлический стержень 86 может также определять исходную позицию глобуса 65, в то время как глобус при включении или выключении прибора вращается приводным двигателем 67 до тех пор, пока металлический стержень 86 движется через фотоэлектрическое устройство 87. Таким же образом посредством установленных на держателе 60 вилкообразных фотоэлектрических устройств 88 и 89, которые взаимодействуют с металлическим стержнем 90 на несущем штоке 78точечного излучателя 79, происходит коррекция проскальзывания, соответственно, приведение в исходную позицию. Точечный излучатель 79 показан на фиг. 11-13 в различных поворотных положениях,

Чтобы глобус 65 при неиспользовании поисковой автоматики мог свободно и легко вращаться, предусмотрен (фиг. 11 и 12) узел для приподнимания приводного колеса 68 от внутренней стенки глобуса. Этот узел включает в себя установленный на держателе 60 приводной двигатель 91, вращающий стержень 92 с резьбой. По стержню 92 с резьбой движется вверх или вниз гайка 93, защищенная от скручивания направляющей 94. Гайка 93 связана с кронштейном 66 через тяговый тросик 95. Поэтому кронштейн поднимается, если гайка 93 движется вверх, Микровыключатели 96 определяют нижнюю и вержнюю конечные позиции гайки 93.

Формула изобретения 1. Устройство для указания местоположения географических пунктов, содержащее основание, картографический материал, указатель с держателем, выполненный с возможностью перемещения относительно картографического материала и соединенный через передачу с приводным механизмом, подключенным к блоку управления с узлом ввода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и оперативности, блок управления выполнен в виде микрокомпьютера с постоянной памятью для хранения географических координат пунктов и узлом вычисления приращения координат, узел ввода - в виде клавиатуры для набора названий географических пунктов, указатель - в виде светового

указателя, на картографическом материале дополнительно размещен не менее чем один условный исходный пункт, выполненный в виде датчика положения указателя

относительно картографического материала, а подключение приводного механизма к блоку управления осуществлено через выход узла вычисления приращения координат.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что условные исходные пункты расположены в точках, совпадающих с линией перемещения держателей.

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что приводной механизм

выполнен в виде шагового двигателя, а выход узла вычисления приращения координат выполнен импульсным.

4.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что приводной механизм

выполнен в виде синхронных электродвигателей а связь с вычислительным блоком осуществлена через счетчики расстояния.

5.Устройство по пп. 1-3. отличаю- щееся тем, что передача выполнена в виде

плетеного тросика из полиамида или другого синтетического материала.

6.Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что картографический материал выполнен в виде полого глобуса, держатель расположен на его диаметральной оси, а приводной механизм выполнен с приводным колесом, упруго поджатым к внутренней стенке глобуса.

7. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что держатель жестко скреплен с полярной осью глобуса, установленного с возможностью вращения относительно держателя.

8. Устройство по пп. 6-7, отличающееся тем, что приводной механизм выполнен с узлом отведения приводного колеса от внутренней стенки глобуса,

9. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что глобус жестко скреплен с основанием, а держатель установлен с возможностью вращения относительно его оси.

t /3 .31

/29

«

Изобретение относится к наглядным ---gHSSJEsS 2 картографическим приборам и может быть использовано при указании местоположения географических пунктов на картографическом материале. Целью изобретения является повышение точности и оперативности, что достигается за счет использования микрокомпьютера с хранящимися в его памяти параметрами местоположения географических пунктов и блока ввода данных в виде клавиатуры для набора названий географических пунктов. При этом на картографическом материале размещены не менее чем один условный исходный пункт, относительно которого контролируется положение указателя. Указатель выполнен в виде светового указателя и перемещается относительно картографического материала с помощью приводного и исполнительного механизма по командам, поступающим с микрокомпьютера. 8 з.п. ф-лы, 13 ил. сл С

fl

1112

ixfl ИО

V

-13

-w

IS

Фиг.1

о

ЙЈШ/

2J

8

/

17

/

17

Фиг.2

Фиг.З

Шиг.5

Ј-U

Фиг 6

36

3Q

З-Г1

LJ

Фиг.7

30

29

37

35

54

/5

23

Фм.8

40

50

W

фиг.9

Фиг. 10

6

ФигИ

65

фиг. 12

61

6f,

79

////////

#

63

62

04

85

69

/7777/

Фиг. 13