邵 將 徐興盛

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，山東青島 266107）

0 引言

顯控終端操作使用時(shí)需要一個(gè)穩(wěn)定可靠、操作舒適的操作平臺(tái)，這個(gè)條件在室內(nèi)或地面很容易達(dá)成，但隨著現(xiàn)在使用需求的多樣化，需要在車(chē)、船、機(jī)等移動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行顯控終端操作的情況越來(lái)越多，此類(lèi)移動(dòng)環(huán)境往往存在空間狹小、操作平臺(tái)抖動(dòng)等缺陷，因此很難得到一個(gè)滿足使用要求的固定操作平臺(tái)。

傳統(tǒng)的顯控終端在移動(dòng)環(huán)境下使用時(shí)，一般采用兩種方法：第一種是在移動(dòng)載體內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝操作席位及操作員座椅，然后將顯控終端安裝在席位上，這種方法的不足之處是需要占用移動(dòng)載體內(nèi)部較大的空間來(lái)安裝席位及操作員座椅；第二種是在移動(dòng)載體內(nèi)部尋找可供利用的載體自身的安裝平臺(tái)，這種方法的不足之處是操作位置只能在特定地點(diǎn)，例如副駕駛座椅前方、車(chē)輛輪轂包上方等處，不能滿足其余乘員的操作使用要求。同時(shí)，現(xiàn)有的終端支座普遍存在體積及重量大、鎖定不牢固、間隙抖動(dòng)、無(wú)法調(diào)節(jié)高度、旋轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)阻尼等不足之處。

1 設(shè)計(jì)思路

本文提出了一種顯控終端固定操作裝置的設(shè)計(jì)，其可安裝在運(yùn)輸載體內(nèi)乘員座椅靠背后方、載體內(nèi)壁等部位，占用空間小，不影響操作人員的活動(dòng)，人機(jī)效果較好，且安裝操作方便，便于維修及拆裝，如圖1所示。

圖1 固定操作裝置安裝示意圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

顯控終端固定操作裝置的使用特性決定了該操作裝置的重量、使用需求等，具體如下：

（1）固定操作裝置重量≤3.5 kg；

（2）操作模式：具備顯控終端高度調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)定位及收放功能；

（3）安裝環(huán)境為輪式車(chē)時(shí)，固定操作裝置變形量≤5 mm。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

如圖2所示，該固定操作裝置由滑軌、升降固定板、側(cè)旋座、彈性拉手、側(cè)彈性拉手、終端支座等六部分組成，整體重量約為3.1 kg。兩根帶有定位孔的滑軌豎向設(shè)置，在兩根滑軌之間安裝可沿滑軌上下滑動(dòng)的升降固定板，升降固定板的左右兩端安裝彈性拉手，在升降固定板的左右兩端各設(shè)置一個(gè)側(cè)旋座，在左側(cè)側(cè)旋座上設(shè)置側(cè)彈性拉手，在兩個(gè)側(cè)旋座之間鉸接終端支座。

圖2 固定操作裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 .1 滑軌

滑軌左右兩側(cè)為對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，由厚度為10 mm的鋁板銑加工而成，滑軌的高度決定了固定操作裝置調(diào)節(jié)高低的范圍，可按照實(shí)際需求設(shè)計(jì)；滑軌上設(shè)計(jì)了安裝孔及定位孔，安裝孔用于將固定操作裝置螺裝在載體內(nèi)部，定位孔用于確定終端的工作位置；同時(shí)，在滑軌上安裝止滑復(fù)合材料簧片，該止滑阻尼簧片的彈力與顯控終端及其固定操作裝置的重量之和相等[1]，對(duì)終端的升降起阻尼作用。滑軌結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 滑軌結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 .2 升降固定板

升降固定板由厚度為6 mm的鋁板銑加工而成，為減輕重量及提升美觀度，在其上設(shè)計(jì)系列矩形臺(tái)階孔。該零件連接左右滑軌，安裝后可根據(jù)使用需求在滑軌上下移動(dòng)，如圖2所示。

2.2 .3 側(cè)旋座

側(cè)旋座左右兩側(cè)為對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，由厚度為25 mm的鋁板加工而成，內(nèi)部設(shè)計(jì)有弧形槽，用于實(shí)現(xiàn)終端的旋轉(zhuǎn)功能，同時(shí)弧形槽的弧度決定了終端旋轉(zhuǎn)角度的大小，可根據(jù)使用需求確定弧度參數(shù)。

2.2 .4 彈性拉手及側(cè)彈性拉手

彈性拉手及側(cè)彈性拉手的構(gòu)成一致，均由橢圓柄、定位銷(xiāo)、彈簧組成，其中彈性拉手安裝在左右導(dǎo)軌，側(cè)彈性拉手安裝在左側(cè)側(cè)旋座。

兩種彈性拉手的定位銷(xiāo)在彈力作用下插入滑軌定位孔及終端支座定位孔，在受到外力時(shí)定位銷(xiāo)可自由拉出；當(dāng)外力消失時(shí)，彈力解除，定位銷(xiāo)恢復(fù)狀態(tài)，插入定位孔。

2.2 .5 終端支座

終端支座是顯控終端的安裝基體，由厚度為5 mm的鋁板銑加工而成，為減輕重量及提升美觀度，將其設(shè)計(jì)為對(duì)三角鏤空形式。該零件連接左右側(cè)旋座，同時(shí)在左右兩側(cè)設(shè)計(jì)系列定位孔，用于滿足顯控終端在不同角度的工作需求，如圖2所示。

2.3 操作方法

顯控終端固定放置在終端支座上，在需要調(diào)節(jié)顯控終端高度時(shí)，操作人員雙手同時(shí)將升降固定板左右兩端彈性拉手的定位銷(xiāo)從滑軌定位孔中拔出，解除對(duì)升降固定板的鎖定便可使其自由沿滑軌上下滑動(dòng)，旋轉(zhuǎn)彈性拉手使之離開(kāi)預(yù)設(shè)位置后可解除其彈力[2]，通過(guò)上下調(diào)整升降固定板將顯控終端調(diào)節(jié)至舒適高度后，回旋彈性拉手使之返回預(yù)設(shè)位置以恢復(fù)其彈力，升降固定板彈性拉手的定位銷(xiāo)在彈性拉手彈力作用下插入滑軌定位孔中，使升降固定板鎖定在滑軌上，無(wú)法再沿滑軌上下滑動(dòng)，如圖4所示。

圖4 固定操作裝置升降操作示意圖

在需要調(diào)節(jié)顯控終端角度時(shí)，操作人員將側(cè)旋座上的彈性拉手定位銷(xiāo)從終端支座的定位孔中拔出，解除對(duì)終端支座的鎖定便可使其繞側(cè)旋座轉(zhuǎn)動(dòng)，終端支座繞側(cè)旋座擺動(dòng)的角度范圍為0°～100°，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)終端支座將顯控終端調(diào)節(jié)至舒適角度后，回旋彈性拉手使之返回預(yù)設(shè)位置以恢復(fù)其彈力，側(cè)旋座上彈性拉手的定位銷(xiāo)在彈性拉手彈力作用下插入終端支座定位孔中，使終端支座鎖定在側(cè)旋座上，無(wú)法再繞側(cè)旋座擺動(dòng)，如圖5所示。

圖5 固定操作裝置旋轉(zhuǎn)操作示意圖

3 建模及仿真分析

3.1 模型構(gòu)建

圖6為一個(gè)支架結(jié)構(gòu)的仿真模型，模型主要包括固定操作裝置和終端兩部分。其中，固定操作裝置結(jié)構(gòu)按照實(shí)際尺寸構(gòu)建，各部件之間按照實(shí)際方式施加相應(yīng)約束。將終端設(shè)計(jì)為剛體，參考外形尺寸構(gòu)建。將固定操作裝置與終端的4個(gè)安裝孔固定。

圖6 結(jié)構(gòu)仿真模型

3.2 仿真分析

3.2 .1 輸入激勵(lì)

根據(jù)《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第16部分：振動(dòng)試驗(yàn)》（GJB 150.16A—2009）中表C.7和圖C.3獲得隨機(jī)振動(dòng)中組合輪式車(chē)振動(dòng)環(huán)境的加速度功率譜密度曲線，如圖7所示。使用圖7的曲線作為系統(tǒng)的輸入激勵(lì)，輸入激勵(lì)的位置為支架背后的6個(gè)固定孔位。

圖7 隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境的加速度功率譜密度曲線

3.2 .2 仿真結(jié)果分析

圖8和圖9分別為支架結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)作用下的位移和應(yīng)力仿真結(jié)果。按照高斯分布的三區(qū)間法，計(jì)算的應(yīng)力和變形在區(qū)間[-3σ，3σ]的概率為99.73%，則應(yīng)力和變形小于圖8和圖9中最大值數(shù)值的概率為99.73%。從圖8可知，支架的最大應(yīng)力為101.89 MPa，遠(yuǎn)小于支架結(jié)構(gòu)材料的許用應(yīng)力σ0.2=225 MPa，圖中Ⅰ區(qū)域?yàn)樽畲髴?yīng)力出現(xiàn)的位置，從圖中可以看出應(yīng)力較大的范圍很小。由圖9不難發(fā)現(xiàn)，支架系統(tǒng)的變形量不大，最大變形量?jī)H為0.52 mm，滿足支架設(shè)計(jì)對(duì)于振幅的要求。由此可知，支架設(shè)計(jì)滿足振動(dòng)環(huán)境的要求。

圖8 結(jié)構(gòu)變形圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文的設(shè)計(jì)拋棄了傳統(tǒng)的移動(dòng)載體內(nèi)顯控終端的安裝固定方式，采用了一種輕小型的翻轉(zhuǎn)背架，具有易加工、重量輕、使用方便、變形小、節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)移動(dòng)載體內(nèi)部顯控終端等類(lèi)似設(shè)備的安裝固定設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

圖9 結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖