CN103687999A - 具有触觉反馈的操作员交互装置 - Google Patents

Abstract

一种用于机器（100）的操作员交互组件（110）包括基部（146）、操作员输入装置（160）、第一偏置构件（176）和第二偏置构件（184）。操作员输入装置（160）能够操作以关于基部（146）在一方向上运动。第一偏置构件（176）能够操作以在第一位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在所述方向上的运动。第二偏置构件（184）能够操作以在第二位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在所述方向上的运动。

Description

具有触觉反馈的操作员交互装置

技术领域

本发明整体上涉及操作员交互组件。具体地，本发明涉及操纵杆组件。

背景技术

机器的操作员可以根据来自操作员输入装置的触觉反馈来控制执行器的精细运动。执行器的电气致动的阀控制可能不提供操作员期待的触觉反馈，使执行器的精细运动困难。

Bruce Ahnafield提交的专利申请公开no.US2005/0023071A1公开了一种操纵杆操作的驱动系统，其包括具有触觉反馈和对中特征的控制器滑动构件。该特征包括相对的弹簧，当没有压力施加到抓握平台时，相对的弹簧使控制器滑动构件在滑动通道内对中。另外，随着控制器抓握平台并由此控制器滑动构件58在前向或后向方向上进一步运动，相对的弹簧提供触觉反馈或阻力。

发明内容

在本发明的一方面中，一种用于机器的操作员交互组件包括基部、操作员输入装置、第一偏置构件、第二偏置构件和位置传感器。操作员输入装置能够操作以关于基部在第一方向上运动。第一偏置构件与基部操作地相联，并且能够操作以在第一位置处接触操作员输入装置且抵抗操作员输入装置在第一方向上的运动。第二偏置构件与基部操作地相联，并且能够操作以在不同于第一位置的第二位置处接触操作员输入装置且抵抗操作员输入装置在第一方向上的运动。位置传感器能够产生位置信号，所述位置信号用于产生机器功能控制信号。位置信号指示操作员输入装置位置。

在本发明的另一方面中，一种机器包括执行器、执行器控制系统、操作员交互组件和控制器。执行器致动系统能够根据阀控制信号开始执行器的致动。操作员交互组件包括基部、操作员输入装置、第一偏置构件、第二偏置构件和电子位置传感器。操作员输入装置能够操作以关于基部在一方向上运动。第一偏置构件与基部操作地相联，并且能够操作以在第一位置处接触操作员输入装置且抵抗操作员输入装置在第一方向上的运动。第二偏置构件与基部操作地相联，并且能够操作以在不同于第一位置的第二位置处接触操作员输入装置且抵抗操作员输入装置在第一方向上的运动。电子位置传感器能够产生电子位置信号。电子位置信号指示操作员输入装置位置。控制器能够根据电子位置信号产生阀控制信号。

在本发明的另一方面中，一种操作员交互组件包括基部、操纵杆、第一弹簧、第二弹簧和电子位置传感器。基部包括第一弹簧座、第二弹簧座、第一弹簧支承件和第二弹簧支承件。操纵杆枢转地连接到基部，并且能够操作以关于基部在第一方向上从第一位置枢转到第二位置和第三位置。操纵杆包括具有第一翼接触表面的第一翼和具有第二翼接触表面的第二翼。第一弹簧围绕第一弹簧支承件盘绕并且包括第一弹簧端。当操纵杆处于第一位置时，第一弹簧端接触第一弹簧座和第一翼接触表面。第二弹簧围绕第二弹簧支承件盘绕并且包括第二弹簧端。当操纵杆处于第一位置时，第二弹簧端接触第二弹簧座并且与第二翼接触表面相距一偏移距离。当操纵杆处于第二位置时，第二弹簧端接触第二翼接触表面。电子位置传感器能够操作以在操纵杆处于第三位置时产生指示操纵杆位置的电子位置信号，所述电子位置信号用于产生机器功能控制信号。

在本发明的另一方面中，一种校准用于操作员输入装置的触觉反馈的方法包括使操作员输入装置在第一方向上运动、接触第二偏置构件并且产生校准信号。操作员输入装置克服来自第一偏置构件的阻力关于基部从第一位置运动到第二位置。第二偏置构件在第二位置处与操作员输入装置接触。第二偏置构件抵抗操作员输入装置在第一方向上的运动。当操作员装置处于第二位置时，产生校准信号。

附图说明

图1图示根据本发明的示例性实施方式的具有操作员交互组件的机器。

图2图示根据本发明的示例性实施方式的具有执行器致动系统的机器系统。

图3A图示操作员交互组件的示例性实施方式。

图3B图示图3A中描绘的操作员交互组件的示例性实施方式的一部分。

图3C图示图3A中的操作员交互组件的示例性实施方式从不同角度的示意图。

图4A图示操作员交互组件的另一示例性实施方式。

图4B图示图4A中描绘的操作员交互组件的示例性实施方式的一部分。

图4C图示图4A中的操作员交互组件的示例性实施方式从不同角度的示意图。

图5描绘校准用于操作员输入装置的触觉反馈的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考具体实施方式或特征，其例子在附图中示出。一般地，相应的附图标记将在整个附图中使用以指示相同或相应的部件。

参照图1，描绘机器100的示例性实施方式。在该实施方式中，机器100被描绘为车辆102，并且特别是履带式推土机104。在其它实施方式中，机器100可以包括用于作业的任何系统或装置。机器100可以包括车辆102或固定式机器（未示出），诸如但不限于发电装置、破碎机、输送机或者现在或将来本领域普通技术人员已知的任何其它固定式机器。车辆102可以包括但不限于执行与诸如采矿、建筑、耕作、运输等特定产业相关的一些类型操作并且在作业环境（例如，工地、矿地、发电厂、公路上应用、海上应用等）之间或之内操作的作业车辆。车辆102的非限制性例子包括卡车、吊车、土方车辆、采矿车辆、反铲挖土机、装载机、材料处理设备、耕种设备和本领域普通技术人员现在或将来已知的任何类型的可动机器。车辆102可以包括在陆地上、在水中、在地球大气中或在宇宙空间中操作的移动机器。陆地车辆可以包括具有轮胎、履带或其它地面接合装置的移动机器。

机器100包括功率源（未示出）、执行器112、执行器致动系统120（关于图2所示）、操作员交互组件110和控制器128（关于图2所示）。

机器100可以包括操作员站或驾驶室106，操作员站或驾驶室106包含操作机器100必需的输入装置108。输入装置108例如可以用于推进或导向机器100或者控制其它机器100部件或功能。输入装置108可以包括操作员交互组件110和确认输入装置130（关于图2和6解释的）。

在其它实施方式中，操作员交互组件110可以定位在机器100外，处于另一位置，并且可以远程地控制机器100功能。操作员交互组件110可以定位在本领域普通技术人员现在或将来已知的操作员交互组件110可操作以与控制器128通信的任何位置。

在一些实施方式中，确认输入装置130也可以定位在机器外。确认输入装置130可以定位在本领域普通技术人员现在或将来已知的确认输入装置130可操作以与控制器128通信的任何位置。

在所描绘的实施方式的履带式推土机104中，执行器112包括用于移动土的铲114。在其它实施方式中，执行器112可以包括斗、粗齿锯、帚、锤、叉、反铲、伐头、抓钩、收割头、提升器组件、材料处理臂、土壤覆盖器、多重处理器、耙、锯、松土器、剪、吹雪器、雪犁和挡雪翼板、树桩研磨器、刨、舵柄、掘沟器、桁架伸臂或本领域普通技术人员现在或将来已知的任何其它执行器112。

机器100包括用于致动执行器112的致动器115。在所描绘的实施方式中，致动器115包括用于使铲114在各种位置中运动的两个提升致动器116和一倾斜致动器118（未示出）。致动器115可以用于向上提升铲114或向下降低铲114、向左或向右倾斜铲114或者向前或向后倾伏铲114。

在所描绘的实施方式中，提升致动器116和倾斜致动器118包括液压缸。在其它替代实施方式中，致动器115可以是电动马达、液压马达、齿轮驱动的线性致动器、带驱动的致动器或者本领域普通技术人员现在或将来已知的任何其它类型的致动器。

在图1中所描绘的实施方式中，操作员交互组件110可操作以控制机器100的至少一种功能。例如，操作员交互装置110可以操作以通过致动提升致动器116中的一个或两个来提升和降低铲114。在其它实施方式中，操作员交互组件110可以操作以运动任何执行器112，并且/或者可以控制机器100的导向、速度或任何一种或多种功能。

现在参照图2，描绘一种用于致动执行器112的示例性机器系统200。机器系统200包括执行器致动系统120、控制器128、操作员输入组件110和通信线路142。机器系统200可以另外地包括确认输入装置130。

执行器致动系统120可以包括被构造成根据执行器控制信号致动执行器112的任何系统。在所描绘的实施方式中，执行器系统120是包括螺线管致动的阀122、泵124、容箱126、致动器115和流体管道140的液压系统。致动器115是具有头端123和杆端125的液压缸121。

在替代实施方式中，执行器致动系统120可以包括电气致动系统、机械致动系统或本领域普通技术人员现在或将来已知的任何致动系统。

在所描绘的实施方式中，螺线管致动的阀122允许加压流体根据阀122位置从泵124选择性地流经流体管道140到液压缸121的头端123或杆端125。加压流体延伸或缩回杆，将流体从液压缸121的相对侧推出、经过流体管道140到容箱126。操作液压致动回路（诸如所描绘的）以利用液压缸121致动执行器112是本领域熟知的。

控制器128通过通信线路142通信地联接到阀122，并且可操作以向阀122发送执行器控制信号。执行器控制信号致使阀122的致动允许加压流体从泵124流至致动器115以致动执行器112。在所描绘的实施方式中，根据执行器控制信号，电流供应至阀122上的螺线管之一。执行器控制信号可以包括从控制器128供应的电流本身，或者在一种替代实施方式中，执行器控制信号可以包括致使电流从单独的电源（未示出）流至螺线管的通信信号。

控制器128可以包括处理器（未示出）和存储器件（未示出）。处理器可以包括本领域已知的微处理器或其它处理器。在一些实施方式中，处理器可以包括多个处理器。处理器可以执行用于根据位置信号产生机器功能控制信号和用于实施校准操作员输入装置160（关于图3A、3B、4A和4B所示）的触觉反馈的方法（如以下且关于图6描述的）的命令。在所描绘的实施方式中，处理器可以执行用于根据位置信号产生执行器控制信号以致动阀122的命令。这种命令可以被读入或并入诸如存储器件的计算机可读介质中或者被提供到处理器外部。在替代实施方式中，硬接线的电路可以代替或结合软件命令使用，以产生机器功能控制信号并且实施校准操作员输入装置160的触觉反馈的方法。因此，实施方式不限于硬件电路和软件的任何具体结合。

这里使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器提供命令用于执行的任何介质或介质组合。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘。易失性介质包括动态存储器。传输介质包括同轴电缆、铜丝和光纤。

计算机可读介质的通用形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、或任何其它磁性介质、CD-ROM、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔型式的任何其它物理介质、RAM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器片或内存匣、或者计算机或处理器能够读出的任何其它介质。

存储器件可以包括如上所述或者本领域普通技术人员现在或将来已知的任何形式的计算机可读介质。存储器件可以包括多个存储器件。

控制器128可以封装在单个壳体中。在替代实施方式中，控制器128可以包括可操作地连接且封装在多个壳体中的多个部件。控制器128可以定位在机器上，或者可以定位在机器外或者远离机器。

操作员输入组件110包括位置传感器132，并且可以另外包括接触传感器136。位置传感器132可以包括电子位置传感器134。接触传感器136可以包括薄膜接触传感器138。

位置传感器132通过通信线路142通信地联接到控制器128。接触传感器136通信地联接到控制器128。确认输入装置130通信地联接到控制器128。

现在参照图3A、3B和3C，图示一种操作员交互组件110的示例性实施方式。操作员可以通过操作员交互组件输入希望的机器100控制指令以控制机器100的功能。该功能可以包括执行器112的控制，但可以替代地或另外地包括诸如导向、速度或传动齿轮的其它机器功能。

操作员可以期望来自操作员交互组件110的特定响应或感觉。例如，当操作员交互组件110包括杆式操作员输入装置160时，操作员可以期望他/她在将输入装置160关于基部146在第一方向上从第一位置运动到第二位置的时候遇到第一力反馈水平。当将输入装置160沿第一方向从第二位置运动到其它位置时，操作员可以期望较高的第二力反馈水平。如果输入装置160控制执行器112，当杆处于第三位置时，操作员可以期望执行器112响应开始，第三位置与第二位置相距第一限定距离。操作员可以利用力反馈的不同水平和/或第一限定距离来控制执行器112的精细运动。

操作员可以期望遇到当使操作员输入装置160在任何方向上运动时都不提供机器100响应的死区区域。死区区域是本领域熟知的并且确保对于操作员输入装置160的意想不到的小运动不会出现非计划中的机器100响应。操作员输入装置160的这些意想不到的小运动可以由机器100振动或操作员输入装置160的意想不到的碰撞导致。操作员可以通过触觉反馈识别死区区域的端部并且相应地调节他/她向操作员交互组件110的输入。

操作员交互组件110包括基部146、操作员输入装置160、第一偏置构件176、第二偏置构件184和位置传感器132。在所描绘的实施方式中，操作员交互组件110包括操纵杆组件144。

基部146可以包括本领域普通技术人员现在或将来已知的任何支承构件。在所描绘的实施方式中，基部146包括第一弹簧座148、第二弹簧座150、第一弹簧支承件156和第二弹簧支承件158。基部146还可以包括第三弹簧座152和第四弹簧座154。在一些实施方式中，基部146可以与驾驶室106或其它操作员站成一体。

操作员输入装置160可操作以关于基部146在第一方向上运动。在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160枢转地连接到基部146，使得操作员输入装置160可操作以围绕标记“X”的X轴枢转。操作员输入装置160可以关于基部146在径向方向上运动，这会导致沿着标记“Y”的y轴的移位。希望的机器100控制指令可以通过操作员根据沿着y轴的操作员输入装置160移位输入。关于图3A、3B、3C、4A、4B和4C中描绘的实施方式出于本申请的目的，沿一个方向在y轴上的移位是沿第一方向关于基部146的运动，并且沿相反方向在y轴上的移位被称为沿第二方向关于基部146的运动。在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160也可以关于基部146在其它方向上枢转。

操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示诸如执行器112位置的操作员希望的功能。在包括图1中描绘的履带式推土机104的实施方式中，操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示铲114的希望的高度或提升。在其它实施方式中，操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示本领域普通技术人员现在或将来已知的任何操作员希望的功能。

在一些实施方式中，操作员输入装置160关于x轴的移位可以指示另外的操作员希望的功能。在包括图1中描绘的履带式推土机104的实施方式中，操作员输入装置160沿着x轴的移位可以指示铲114的期望的倾斜。在其它实施方式中，操作员输入装置160沿着x轴的移位可以指示本领域普通技术人员现在或将来已知的任何操作员期望的功能。根据操作员输入装置160关于两个（2）轴的移位控制机器100功能是本领域熟知的。

在其它替代实施方式中，操作员输入装置160可以连接到基部146以便以替代方式关于基部146在第一方向上运动。例如，操作员输入装置160可以滑动地连接到基部146以关于基部146在第一方向上滑动。操作员输入装置160可以连接到基部146以便以本领域技术人员现在或将来已知的任何方式关于基部146在第一方向上运动。

操作员输入装置160可以包括任何细长杆式构件。在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160包括操纵杆162。操纵杆162的外轮廓由虚线描绘，其内侧部分由实线图示。在其它实施方式中，操作员输入装置160可以是操作员可以关于基部146运动以指示本领域普通技术人员现在或将来已知的操作员希望的功能的任何装置。非限制性例子包括球形装置、杆、以及环形或马蹄形手柄装置。

所描绘的实施方式中的操纵杆162枢转地连接到基部146并且可操作以关于基部146在第一方向上从第一位置运动到第二位置和第三位置。第三位置与第二位置相距第一限定距离。操纵杆162可操作以关于基部146在第二方向上从第一位置运动到第四位置和第五位置，第二方向与第一方向相反。第五距离与第四距离相距第二限定距离。

操纵杆162包括具有第一翼（tab）接触表面168的第一翼164，和具有第二翼接触表面170的第二翼166。第一翼164可以具有第三翼接触表面172。第二翼166可以具有第四翼接触表面174。

在高压液压流体的流动通过阀122的机械控制致动执行器112或者其它机器100功能的系统中，操作员可以经历来自杆或其它操作员输入装置160的力反馈，如本领域已知的。该力反馈可以通过诸如弹簧178、186的偏置构件176、184提供在电子控制的系统中。

偏置构件176、184可以将操作员输入构件160偏置到第一位置。对于操纵杆162实施方式，第一位置可以是中立位置并且可以对应于x轴和y轴上的零“0”位置或者轴的交点。

偏置构件176、184可以为使操作员输入装置160关于基部146运动的操作员提供力反馈。所描绘的实施方式图示两个（2）偏置构件176、184，其在操作员使操作员输入装置160沿第一方向或相反的第二方向运动、使操作员输入装置160沿着y轴移位时为操作员提供力反馈。在其它实施方式中，可以提供附加的偏置构件176、184，其在使操作员输入装置160沿其它方向运动时为操作员提供力反馈。

第一偏置构件176与基部146操作地相联，并且可操作以在第一位置处接触操作员输入装置160，并且抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动。

在所描绘的实施方式中，第一偏置构件176包括具有第一弹簧端180和第三弹簧端182的第一弹簧178。第三弹簧端182具有宽部分192和窄部分194。第一弹簧178围绕第一弹簧支承件156盘绕。当操纵杆162处于第一位置时，第一弹簧端180抵靠第一弹簧座148和第一翼接触表面168，并且第三弹簧端180的宽部分192抵靠第三弹簧座152。

第三弹簧端182的宽部分192和窄部分194在一种实施方式中可以通过将间隔件196固定地附接到第三弹簧端182的一部分来形成。在其它实施方式中，其它方法可以用以形成第三弹簧端182的宽部分192和窄部分194。例如，第一弹簧178可以被制造成宽部分192和窄部分194一体化到第三弹簧端182。在另一例子中，第三弹簧端182可以被折叠或卷绕以形成宽部分194。

第二偏置构件184与基部146操作地相联，并且可操作以在第二位置处接触操作员输入装置160，第二位置不同于第一位置，并且抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动。

在所描绘的实施方式中，第二偏置构件184包括具有第二弹簧端188和第四弹簧端190的第二弹簧186。第二弹簧端188具有宽部分192和窄部分194。第二弹簧186围绕第二弹簧支承件158盘绕。当操纵杆162处于第一位置时，第二弹簧端188的宽部分192抵靠第二弹簧座150，并且第四弹簧端190抵靠第四弹簧座154和第四翼接触表面174。

第二弹簧端188的宽部分192和窄部分194在一种实施方式中可以通过将间隔件196固定地附接到第二弹簧端188的部分来形成。在其它实施方式中，可以利用其它方法来形成第二弹簧端188的宽部分192和窄部分194。例如，第二弹簧188可以被制造成宽部分192和窄部分194一体化到第二弹簧端188。在另一例子中，第二弹簧端188可以被折叠或卷绕以形成宽部分194。

当操纵杆162在第一方向上从第一位置运动到第二位置时，第一翼164和第二翼166在第一方向上运动。随着第一弹簧端180推抵第一翼接触表面168，第一弹簧178抵抗操纵杆162从第一位置到第二位置的运动。由于第二弹簧端188的宽部分192使第二弹簧端188从第二翼接触表面170偏移，第二弹簧186不对操纵杆162从第一位置到第二位置的运动提供阻力。

当操纵杆162处于第二位置时，第一弹簧端180抵靠第一翼接触表面168，第二弹簧端188的宽部分192抵靠第二弹簧座150，并且第二弹簧端188的窄部分194抵靠第二翼接触表面170。

当操纵杆162在第一方向上从第二位置运动到第三位置时，第一翼164和第二翼166在第一方向上运动。随着第一弹簧端180推抵第一翼接触表面168并且第二弹簧端188的窄部分194推抵第二翼接触表面170，第一弹簧178和第二弹簧186抵抗操纵杆162从第二位置到第三位置的运动。第一弹簧178和第二弹簧186对操纵杆162从第二位置到第三位置的运动的阻力大于仅第一弹簧178对操纵杆162从第一位置到第二位置的运动的阻力。

位置传感器132可操作以产生指示操作员输入装置160的位置的位置信号。位置传感器132可以是电子位置传感器134。位置信号可以是电子位置信号。用于产生指示操作员输入装置160位置的位置信号的位置传感器132和电子位置传感器134是本领域熟知的。电子位置传感器的一个非限制性例子是霍尔效应传感器。霍尔效应传感器是本领域熟知的。位置传感器132可以包括本领域普通技术人员现在或将来已知的用以产生指示操作员输入装置160关于基部146在第一方向上的位置的信号的任何位置传感器132。电子位置传感器134可以包括本领域普通技术人员现在或将来已知的用以产生指示操作员输入装置160关于基部146在第一方向上的位置的电子信号的任何电子位置传感器134。

位置传感器132可以经由通信线路142将位置信号传输至控制器128。控制器128可以根据位置信号确定操作员输入装置160何时处于第三位置。控制器128可以根据操作员输入装置160处于第三位置产生机器指令信号。机器指令信号可以包括执行器控制信号。

第一偏置构件176另外可以操作以在第一位置处接触操作员输入装置160，并且抵抗操作员输入装置160在第二方向上的运动。

第二偏置构件184另外可以操作以在第四位置处接触操作员输入装置160，第四位置不同于第一位置，并且抵抗操作员输入装置160在第二方向上的运动。

当操纵杆162在第二方向上从第一位置运动到第四位置时，第一翼164和第二翼166在第二方向上运动。随着第四弹簧端190推抵第四翼接触表面174，第二弹簧186抵抗操纵杆162从第一位置到第四位置的运动。由于第三弹簧端182的宽部分192使第三弹簧端182从第三翼接触表面172偏移，第一弹簧178不对操纵杆162从第一位置到第四位置的运动提供阻力。

当操纵杆162处于第四位置时，第四弹簧端190抵靠第四翼接触表面174，第三弹簧端182的宽部分192抵靠第三弹簧座152，并且第三弹簧端182的窄部分194抵靠第三翼接触表面172。

当操纵杆162在第二方向上从第四位置运动到第五位置时，第一翼164和第二翼166在第二方向上运动。随着第四弹簧端190推抵第四翼接触表面174并且第三弹簧端182的窄部分194推抵第三翼接触表面172，第一弹簧178和第二弹簧186抵抗操纵杆162从第四位置到第五位置的运动。第一弹簧178和第二弹簧186对操纵杆162从第四位置到第五位置的运动的阻力大于仅第二弹簧186对操纵杆162从第一位置到第四位置的运动的阻力。

控制器128可以根据位置信号确定操作员输入装置160何时处于第五位置。控制器128可以根据操作员输入装置160处于第五位置产生机器指令信号。机器指令信号可以包括执行器指令信号。

执行器致动系统120被构造成根据执行器指令信号开始执行器的致动。在关于图2描绘的执行器致动系统120中，执行器指令信号是阀致动信号，其致动阀122以允许加压流体流至致动器115以致动执行器112。

在包括履带式推土机104的一种示例性、非限制性例子中，当操纵杆162运动到第三位置时，提升致动器116可以开始提升铲114。当操纵杆162运动到第五位置时，提升致动器116可以开始降低铲114。

在一些实施方式中，接触传感器136可以固定地附接到第二翼接触表面170。接触传感器136可以包括薄膜传感器138。当第二翼接触表面170接触第二弹簧端188的窄部分192时，接触传感器136可操作以产生接触信号。接触信号可以通过通信线路142通信至控制器128。接触信号可以通过控制器128使用以实施如关于图5描述的校准方法。

在一些实施方式中，接触传感器136可以固定地附接到第三翼接触表面172。接触传感器136可以包括薄膜传感器138。当第三翼接触表面172接触第三弹簧端182的窄部分192时，接触传感器136可操作以产生接触信号。接触信号可以通过通信线路142通信至控制器128。接触信号可以通过控制器128使用以实施如关于图5描述的校准方法。

尽管操作员交互组件110是在具有用以致动执行器112的致动器115的车辆102（更具体地，具有用以致动铲的提升致动器116和倾斜致动器118的履带式推土机104）的背景下被图示和描述的，本领域普通技术人员将认识到操作员交互组件110也可以被利用以控制其它机器100的其它功能。弹簧178、186的触觉力反馈可以辅助操作员控制机器100的功能。

现在参照图4A和4B，图示操作员交互组件110的另一示例性实施方式。操作员交互组件110包括基部146、操作员输入装置160、第一偏置构件176、第二偏置构件184和位置传感器132。在所描述的实施方式中，操作员交互组件110包括操纵杆组件144。

基部146可以包括本领域普通技术人员现在或将来已知的任何支承构件。在所描绘的实施方式中，基部146包括第一弹簧座148、第二弹簧座150、第一弹簧支承件156和第二弹簧支承件158。基部可以附加地包括第三弹簧座152和第四弹簧座154。在一些实施方式中，基部146可以一体化到驾驶室106或其它操作员站。

操作员输入装置160可操作以关于基部146在第一方向上运动。在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160枢转地连接到基部146，使得操作员输入装置160可操作以围绕标记“X”的X轴枢转。操作员输入装置160可以关于基部146在径向方向上运动，这可以导致沿着标记“Y”的y轴的移位。希望的机器100控制指令可以根据沿着y轴的操作员输入装置160移位由操作员输入。在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160也可以关于基部146在其它方向上运动。

操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示诸如执行器112位置的操作员希望的功能。在包括图1中描绘的履带式推土机104的实施方式中，操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示铲114的希望的高度或提升。在其它实施方式中，操作员输入装置160沿着y轴的移位可以指示本领域普通技术人员现在或将来已知的任何操作员希望的机器100功能。

在一些实施方式中，操作员输入装置160关于x轴的移位可以指示另外的操作员希望的功能。在包括图1中描绘的履带式推土机104的实施方式中，操作员输入装置160沿着x轴的移位可以指示铲114的希望的倾斜。在其它实施方式中，操作员输入装置160沿着x轴的移位可以指示本领域普通技术人员现在或将来已知的任何操作员希望的机器100功能。根据操作员输入装置关于两个（2）轴的移位控制机器100功能是本领域熟知的。

在所描绘的实施方式中，第二弹簧座150比第一弹簧座148在第一方向上进一步突出第一偏移距离。在一种实施方式中，额外的突出可以通过将垫片198固定地附接到基部146来完成。垫片198可以具有与第一偏移距离相等的厚度。垫片198可以是L形，其中，顶区段和侧区段形成“L”。垫片198可以被胶粘或焊接到一体化基部146，使得侧区段形成第二弹簧座150。顶区段可以通过螺钉、铆钉或其它附接装置附加地附接到基部146。在另一实施方式中，第二弹簧座150可以被制造有在第一方向上一体化到基部146的附加的第一偏移距离突出部。

在所描绘的实施方式中，第三弹簧座152比第四弹簧座154在第二方向上进一步突出第二偏移距离。在一种实施方式中，额外的突出可以通过将垫片198固定地附接到基部146来完成。垫片198可以具有与第二偏移距离相等的厚度。垫片198可以是L形，其中，顶区段和侧区段形成“L”。垫片198可以被胶粘或焊接到一体化基部146，使得侧区段形成第三弹簧座152。顶区段可以通过螺钉、铆钉或其它附接装置附加地附接到基部146。在另一实施方式中，第二弹簧座150可以被制造有在第二方向上一体化到基部146的附加的第二偏移距离突出部。

在所描绘的实施方式中，操作员输入装置160包括操纵杆162。操纵杆162的外轮廓由虚线描绘，其内侧部分由实线图示。操纵杆162在所描绘的实施方式中枢转地连接到基部146，并且可操作以关于基部146在第一方向上从第一位置运动到第二位置和第三位置。第三位置与第二位置相距第一限定距离。操纵杆162可操作以关于基部146在第二方向上从第一位置运动到第四位置和第五位置，第二方向与第一方向相反。第五位置与第四位置相距第二限定距离。

操纵杆162包括具有第一翼接触表面168的第一翼164和具有第二翼接触表面170的第二翼166。第一翼164可以具有第三翼接触表面172。第二翼166可以具有第四翼接触表面174。

偏置构件176、184可以将操作员输入构件160偏置到第一位置。对于操纵杆162实施方式，第一位置可以是中立位置并且可以对应于x轴和y轴上的零“0”位置或者轴的交点。

偏置构件176、184可以为使操作员输入装置160关于基部146运动的操作员提供力反馈。所描绘的实施方式图示两个（2）偏置构件176、184，其在操作员使操作员输入装置160沿第一方向或相反的第二方向运动、使操作员输入装置160沿着y轴移位时为操作员提供力反馈。在其它实施方式中，可以提供附加的偏置构件176、184，其在使操作员输入装置160沿其它方向运动时为操作员提供力反馈。

第一偏置构件176与基部146操作地相联，并且可操作以在第一位置处接触操作员输入装置160，并且抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动。

在所描绘的实施方式中，第一偏置构件176包括具有第一弹簧端180和第三弹簧端182的第一弹簧178。第一弹簧178围绕第一弹簧支承件156盘绕。当操纵杆162处于第一位置时，第一弹簧端180抵靠第一弹簧座148和第一翼接触表面168，并且第三弹簧端180的宽部分194抵靠第三弹簧座152。第三弹簧端180不抵靠第三翼接触表面172。

第二偏置构件184与基部146操作地相联，并且可操作以在第二位置处接触操作员输入装置160，第二位置不同于第一位置，并且抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动。

在所描绘的实施方式中，第二偏置构件184包括具有第二弹簧端188和第四弹簧端190的第二弹簧186。第二弹簧186围绕第二弹簧支承件158盘绕。当操纵杆162处于第一位置时，第二弹簧端188抵靠第二弹簧座150，并且第四弹簧端190抵靠第四弹簧座154和第四翼接触表面174。第二弹簧端188不抵靠第二翼接触表面170。

当操纵杆162在第一方向上从第一位置运动到第二位置时，第一翼164和第二翼166在第一方向上运动。随着第一弹簧端180推抵第一翼接触表面168，第一弹簧178抵抗操纵杆162从第一位置到第二位置的运动。由于第二弹簧座150的额外突出使第二弹簧端188从第二翼接触表面170偏移，第二弹簧186不对操纵杆162从第一位置到第二位置的运动提供阻力。

当操纵杆162处于第二位置时，第一弹簧端180抵靠第一翼接触表面168，并且第二弹簧端188抵靠第二弹簧座150和第二翼接触表面170。

当操纵杆162在第一方向上从第二位置运动到第三位置时，第一翼164和第二翼166在第一方向上运动。随着第一弹簧端180推抵第一翼接触表面168并且第二弹簧端188推抵第二翼接触表面170，第一弹簧178和第二弹簧186抵抗操纵杆162从第二位置到第三位置的运动。第一弹簧178和第二弹簧186对操纵杆162从第二位置到第三位置的运动的阻力大于仅第一弹簧178对操纵杆162从第一位置到第二位置的运动的阻力。

位置传感器132可操作以产生指示操作员输入装置160的位置的位置信号。位置传感器132可以是电子位置传感器134。位置信号可以是电子位置信号。

位置传感器132可以经由通信线路142将位置信号传输至控制器128。控制器128可以根据位置信号确定操作员输入装置160何时处于第三位置。控制器128可以根据操作员输入装置160处于第三位置产生机器指令信号。机器指令信号可以包括执行器指令信号。

第一偏置构件176另外可以操作以在第一位置处接触操作员输入装置160，并且抵抗操作员输入装置160在第二方向上的运动。

第二偏置构件184另外可以操作以在第四位置处接触操作员输入装置160，第四位置不同于第一位置，并且抵抗操作员输入装置160在第二方向上的运动。

当操纵杆162在第二方向上从第一位置运动到第四位置时，第一翼164和第二翼166在第一方向上运动。随着第四弹簧端190推抵第四翼接触表面174，第二弹簧186抵抗操纵杆162从第一位置运动到第四位置。由于第三弹簧座152的额外突出使第三弹簧端182从第三翼接触表面172偏移，第一弹簧178不对操纵杆162从第一位置到第四位置的运动提供阻力。

当操纵杆162处于第四位置时，第三弹簧端182抵靠第三翼接触表面172，并且第四弹簧端190抵靠第四弹簧座154和第四翼接触表面174。

当操纵杆162在第二方向上从第四位置运动到第五位置时，第一翼164和第二翼166在第二方向上运动。随着第三弹簧端182推抵第三翼接触表面172并且第四弹簧端190推抵第四翼接触表面174，第一弹簧178和第二弹簧186抵抗操纵杆162从第四位置到第五位置的运动。第一弹簧178和第二弹簧186对操纵杆162从第四位置到第五位置的运动的阻力大于仅第一弹簧178对操纵杆162从第一位置到第四位置的运动的阻力。

位置传感器132可以经由通信线路142将位置信号传输至控制器128。控制器128可以根据位置信号确定操作员输入装置160何时处于第五位置。控制器128可以根据操作员输入装置160处于第五位置产生机器指令信号。机器指令信号可以包括执行器指令信号。

执行器致动系统120被构造成根据执行器指令信号开始执行器的致动。在关于图2描绘的执行器致动系统120中，执行器指令信号是阀致动信号，其致动阀122以允许加压流体流至致动器115以致动执行器112。

在包括履带式推土机104的一种示例性、非限制性例子中，当操纵杆162运动到第三位置时，提升致动器116可以开始提升铲114。当操纵杆162运动到第五位置时，提升致动器116可以开始降低铲114。

在一些实施方式中，接触传感器136可以固定地附接到第二翼接触表面170。接触传感器136可以包括薄膜传感器138。当第二翼接触表面170接触第二弹簧端188时，接触传感器136可操作以产生接触信号。接触信号可以通过通信线路142传输至控制器128。接触信号可以通过控制器128使用以实施如关于图5描述的校准方法。

在一些实施方式中，接触传感器136可以固定地附接到第三翼接触表面172。接触传感器136可以包括薄膜传感器138。当第三翼接触表面172接触第三弹簧端182时，接触传感器136可操作以产生接触信号。接触信号可以通过通信线路142传输至控制器128。接触信号可以通过控制器128使用以实施如关于图5描述的校准方法。

尽管操作员交互组件110是在具有用以致动执行器112的致动器115的车辆102（更具体地，具有用以致动铲的提升致动器116和倾斜致动器118的履带式推土机104）的背景下被图示和描述的，本领域普通技术人员将认识到操作员交互组件110也可以被利用以控制其它机器100的其它功能。

现在参照图5，描绘校准用于操作员输入装置的触觉反馈的示例性方法500的流程图。方法500包括：克服来自第一偏置构件176的阻力使操作员输入装置160关于基部146在第一方向上从第一位置运动到第二位置；在第二位置处使第二偏置构件184与操作员输入装置160接触，第二偏置构件184在第二位置处抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动；以及当操作员输入装置160处于第二位置时，产生校准信号。

对于控制器128在操作员输入装置160处于第三位置时根据位置信号产生机器指令信号，控制器128必须具有指示存储在存储器中的第三位置的值或从一些源接收该信息。指示第三位置的值可以是第三位置，或者其可以是第二位置和第一限定距离。如果操作员交互组件被指定和制造用于一具体机器100，指示第三位置的值可以在制造时或维修日存储在控制器128存储器中。在该实施方式中，当控制器128产生机器指令信号时操作员输入装置160的位置可以已知。

在其它实施方式中，第三位置可能提前不知道，并且可以执行校准以输入指示第三位置的值。如果控制器128在操作员输入装置处于第二位置时接收接触信号，第二位置是第二偏置构件184接触并开始抵抗操作员输入装置160在第一方向上的运动时，控制器128可以存储在第二位置处产生的位置信号。控制器128可以从第二位置和第一限定距离计算第三位置。

方法500在步骤502处开始并且继续到步骤504。在步骤504处，操作员输入装置160从第一位置运动到第二位置。第一位置可以是操作员输入装置160被偏置到操作员不向操作员输入装置160施加力时的位置。第一位置可以对应于关于操作员输入装置160在第一方向上的运动控制的机器100功能的中立状态。例如，第一位置可以对应于致动器115的限定位置，致动器115的限定位置又可以对应于执行器112的限定位置。例如，第一位置可以对应于铲114的限定高度或倾斜。

第二位置可以是处于死区。当操作员输入装置160在第一方向上从第一位置运动到第二位置时，随着第一翼接触表面168推抵第一弹簧端180，第一偏置构件176可以抵抗操作员输入装置160的运动。方法500从步骤504继续到步骤506。

在步骤506处，第二偏置构件184在第二位置处接触操作员输入装置160。第二偏置构件184抵抗操作员输入装置160在第二位置处开始在第一方向上的运动。第二翼接触表面170在第二位置中接触第二弹簧端186。当操作员输入装置160在第一方向上从第二位置运动到其它位置时，第二弹簧端186推抵第二翼接触表面。方法500从步骤506移至步骤508。

在步骤508处，当操作员输入装置160处于第二位置时，产生校准信号。校准信号可以向控制器128指示操作员输入装置160处于第二位置。控制器128可以存储最新的位置信号值，以指示第二位置。控制器128可以随后通过将限定距离加至第二位置值来校准并存储第三位置值。校准信号可以自动产生（步骤512），或者通过输入操作员输入装置160接触第二偏置构件184的操作员确认产生（步骤510）。在替代实施方式中，校准信号可以以本领域普通技术人员现在或将来已知的任何方式产生。

在本发明的一种实施方式中，校准信号可以通过可经由确认输入装置130输入的操作员输入装置160接触第二偏置构件184的操作员确认产生。人可以使操作员输入装置160在第一方向上从第一位置运动到第二位置。当操作员输入装置160到达第二位置时，人可以感觉更大的力反馈。当人通过力反馈感受到操作员输入装置160处于第二位置时，他/她可以通过确认输入装置130输入操作员确认。操作员确认可以产生校准信号。

确认输入装置130可以包括人通过其可以输入操作员确认的任何输入装置。在一种实施方式中，确认输入装置130包括按钮。在其它实施方式中，确认输入装置可以包括一个或多个开关、按钮、键盘、交互式显示器、杆、转盘、远程控制装置、语音激活控制或本领域普通技术人员现在或将来已知的任何其它操作员输入装置。确认输入装置130可以位于驾驶室106中、机器100上的另外位置、或远距离。一种远距离位置例子包括电子维修工具。

在本发明的另一实施方式中，校准信号可以通过第二翼接触表面170或第二弹簧端188的窄部分194上的接触传感器136自动产生。在一种实施方式中，接触传感器136包括薄膜传感器138。在其它实施方式中，接触传感器136可以包括被构造成当操作员输入装置160在第二位置接触第二偏置构件184时产生校准信号的任何传感器。

在包括位于第二翼接触表面170或第二弹簧端188的窄部分194上的接触传感器136的实施方式中，当操作员输入装置160在第一方向上从第一位置运动到第二位置时，接触传感器136感测第二翼接触表面170已与第二弹簧端188的窄部分194接触。接触传感器136随后产生校准信号。校准信号经由通信线路142传输至控制器128。方法500从步骤508移至步骤514。

在步骤514中，位置传感器132可以产生并向控制器128传输指示操作员输入装置160的位置的周期信号，如本领域普通技术人员现在或将来熟知的。方法从步骤514移至步骤516。

在步骤516中，控制器128根据校准信号和操作员输入装置160位置信号确定用于产生机器100控制指令的操作员输入装置160的希望位置。当控制器128从接触传感器136或确认输入装置130接收校准信号时，控制器128可以识别接收的最新的位置信号并且将由位置信号指示的操作员输入装置160位置与第二位置相关联。控制器128可以将第一限定距离加至第二位置，以确定第三位置。第三位置包括用于产生机器100控制指令的操作员输入装置160的希望位置。方法从步骤516移至步骤518。

方法在步骤518处结束。

尽管方法500是关于操作员输入装置160在第一方向上从第一位置运动到第二位置和第三位置的触觉反馈的校准描述的，本领域普通技术人员将清楚相同方法可应用于操作员输入装置160在第二方向上从第一位置运动到第四位置和第五位置的触觉反馈的校准。

工业实用性

机器的操作员可以依赖于从操作员输入装置160的触觉反馈来控制执行器112的精细运动或其它机器100功能。执行器112的电气致动的阀控制或其它机器100功能可能不提供操作员期望的触觉反馈，使得执行器112的精细运动或其它机器100功能的操作困难。

操作员交互组件110可以向机器100的操作员提供触觉反馈。当操作员输入装置160在第一方向上从第一位置运动到第二位置时，力反馈的一种水平通过来自第一偏置构件176的阻力提供。当操作员输入装置160在第一方向上从第二位置运动到第三位置时，较高的第二阻力水平通过来自第一偏置构件176和第二偏置构件184的阻力提供。当操作员装置160处于第三位置时，控制器128可以产生机器100控制指令以开始机器功能。机器100控制指令可以包括执行器112控制指令，以开始机器100上的执行器112的致动。

以同样的方式，当操作员输入装置160在第二方向上从第一位置运动到第四位置时，力反馈的一种水平通过来自第二偏置构件184的阻力提供。当操作员输入装置160在第二方向上从第四位置运动到第五位置时，较高的第二阻力水平通过来自第一偏置构件176和第二偏置构件184的阻力提供。当操作员装置160处于第五位置时，控制器128可以产生机器100控制指令以开始机器功能。机器100控制指令可以包括执行器112控制指令，以开始机器100上的执行器112的致动。

当操作员运动操作员输入装置160时的力反馈水平的改变可以向操作员指示何时机器100功能将开始。机器100功能可以包括执行器112的致动。操作员在他/她能够预期何时执行器112的致动将开始时可以发现完成精细执行器112运动更容易。

从前述将理解，尽管为了说明的目的在这里已经描述了具体的实施方式，在不偏离这里要求保护的创造性特征的精神或范围的情况下，可以进行各种修改或变型。本领域技术人员通过考虑这里公开的布置的说明、附图和实践将清楚其它实施方式。说明书和公开的例子意于仅作为示例被考虑，真正的创造性范围和精神通过以下权利要求及其等同物指明。

Claims (10)

1.一种用于机器（100）的操作员交互组件（110），包括：

基部（146）；

操作员输入装置（160），其能够操作以关于基部（146）在第一方向上运动；

第一偏置构件（176），其与基部（146）操作地相联，并且能够操作以在第一位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在第一方向上的运动；

第二偏置构件（184），其与基部（146）操作地相联，并且能够操作以在不同于第一位置的第二位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在第一方向上的运动；和

位置传感器（132），其能够产生用于产生机器控制指令的位置信号，所述位置信号指示操作员输入装置（160）位置。

2.根据权利要求1所述的操作员交互组件（110），其中，第一偏置构件（176）包括弹簧（178）。

3.根据权利要求1所述的操作员交互组件（110），其中，位置传感器（132）是能够产生指示操作员输入装置（160）位置的电子位置信号的电子位置传感器（134）。

4.一种机器（100），包括：

执行器（112）；

执行器致动系统（120），其能够根据执行器控制信号开始执行器（112）的致动；

操作员交互组件（110），包括：

基部（146）；

操作员输入装置（160），其能够操作以关于基部（146）在第一方向上运动；

第一偏置构件（176），其与基部（146）操作地相联，并且能够操作以在第一位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在第一方向上的运动；

第二偏置构件（184），其与基部（146）操作地相联，并且能够操作以在不同于第一位置的第二位置处接触操作员输入装置（160）且抵抗操作员输入装置（160）在第一方向上的运动；和

电子位置传感器（134），其能够操作以产生指示操作员输入装置（160）位置的电子位置信号；

控制器（128），其能够根据电子位置信号产生机器指令信号。

5.一种操作员交互组件（110），包括：

基部（146），其包括第一弹簧座（148）、第二弹簧座（150）、第一弹簧支承件（156）和第二弹簧支承件（158）；

操纵杆（162），其枢转地连接到基部（146），并且能够操作以关于基部（146）在第一方向上从第一位置枢转到第二位置和第三位置，操纵杆（162）包括具有第一翼接触表面（168）的第一翼（164）和具有第二翼接触表面（170）的第二翼（166）；

第一弹簧（178），其围绕第一弹簧支承件（156）盘绕并且包括第一弹簧端（180），其中，当操纵杆（162）处于第一位置时，第一弹簧端（180）接触第一弹簧座（148）和第一翼接触表面（168）；

第二弹簧（186），其围绕第二弹簧支承件（158）盘绕并且包括第二弹簧端（188），其中：

当操纵杆（162）处于第一位置时，第二弹簧端（188）接触第二弹簧座（150）并且与第二翼接触表面（170）相距第一偏移距离；并且

当操纵杆（162）处于第二位置时，第二弹簧端（188）接触第二翼接触表面（170）；

电子位置传感器（134），其能够操作以在操纵杆（162）处于第三位置时产生指示操纵杆（162）位置的电子位置信号，所述电子位置信号用于产生机器指令信号。

6.一种校准用于操作员输入装置（160）的触觉反馈的方法，包括：

使操作员输入装置（160）克服来自第一偏置构件（176）的阻力关于基部（146）在第一方向上从第一位置运动到第二位置；

使第二偏置构件（184）在第二位置处与操作员输入装置（160）接触，第二偏置构件（184）抵抗操作员输入装置（160）在第二位置在第一方向上的运动；以及

当操作员输入装置（160）处于第二位置时，产生校准信号。

7.根据权利要求17所述的方法，还包括：

产生指示操作员输入装置（160）的位置的周期位置信号；以及

当校准信号产生时，根据最新的位置信号确定用于触发机器指令信号的操作员输入装置（160）的希望位置。

8.根据权利要求17所述的方法，其中，产生校准信号包括在确认输入装置（130）上输入操作员确认。

9.根据权利要求17所述的方法，其中，产生校准信号包括利用接触传感器（136）产生自动确认信号。

10.根据权利要求17所述的方法，其中，接触传感器（136）是薄膜传感器（138）。

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