CN106480923B - 一种挖掘机高人机工效操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程机械人机交互控制技术，具体涉及一种基于速度控制的挖掘机高人机工效操纵装置。现有挖掘机操纵控制方式中使用左十字操纵手柄控制斗杆的运动，使用右十字操纵手柄控制挖斗、动臂的运动。在实际挖掘工作中频繁需要对这三个部件进行左右手复合操纵。由于挖掘机挖斗、斗杆、动臂这三个部件均在垂直平面内运动，故从人机功效的设计来讲，这样的操纵方式和挖掘机部件本身的运动过程并不对应，导致挖掘机操纵上手时间长，工作难度大，直接影响了挖掘机最终的使用效能和可操作性。本发明针对传统挖掘机控制装置中不符合人机工效学的问题，对其进行改进，提供更为直观、高效的人机交互操纵装置，从而降低挖掘机驾驶员培训难度，减轻驾驶员操作负担，提高工作效率。

Description

一种挖掘机高人机工效操纵装置

技术领域

本发明属于工程机械人机交互控制技术，具体涉及一种基于速度控制的挖掘机高人机工效操纵装置。

背景技术

挖掘机是应用范围极为广泛的一种工程机械。挖掘机的主要工作机构示意见图1，主要有挖斗1、斗杆2、动臂3、回转中心4、左行走履带5、右行走履带6等，共有六个运动自由度。

现有传统挖掘机的驾驶员操纵控制方式示意见图2。驾驶员通过左十字操纵手柄7、右十字操纵手柄8、左脚踏板9、右脚踏板10来对挖掘机的六个运动自由度进行控制。

具体控制方式为：通过右十字操纵手柄8的左右操作控制挖斗的回收和外翻；通过右十字操纵手柄8的前后操作控制动臂的上升和下降；通过左十字操纵手柄7的左右操作控制左回转和右回转；通过左十字操纵手柄7的前后操作控制斗杆的外扬与回收；通过左脚踏板9控制左侧履带的进退；通过右脚踏板10控制右侧履带的进退。

挖掘机的挖斗、斗杆、动臂这三个部件的运动均在垂直平面内，且在实际挖掘工作中对这三个部件的操作需要左右手频繁复合。从人机功效的设计来讲，这样的操纵方式和挖掘机本身的工作装置运动过程并不对应，人为将同属于垂直平面运动的挖斗、斗杆、动臂这三个工作装置的操纵拆分为左十字操纵手柄7与右十字操纵手柄8控制，很不直观，新手驾驶员往往需要半年以上的训练才能慢慢适应这种违背人体生理直观运动反应的操纵方式，上手时间长，工作难度大，直接影响了挖掘机最终的使用效能和可操作性。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明拟针对传统挖掘机控制装置中不符合人机工效学的问题，对其进行改进，提供更为直观、高效的人机交互操纵装置，从而降低挖掘机驾驶员培训难度，减轻驾驶员操作负担，提高工作效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出了以下技术方案：

一种挖掘机高人机工效操纵装置，通过电控操纵装置对挖掘机工作机构的速度进行控制，并将操纵方式与人体运动习惯进行结合，该操纵装置包括左操纵手柄、右操纵手柄、左脚踏板和右脚踏板；其中，

所述左操纵手柄近似竖直方向安装在控制台左侧，包括两个自由度，可以前后、左右转动，并通过左、右方向的转动操作来控制挖掘机的左回转和右回转；

所述右操纵手柄水平安装在控制台右侧，包括三个自由度，可以在竖直平面内前后上下平移，通过上、下方向的平移操作来控制挖掘机动臂的上升与下降，通过前、后方向的平移操作来控制挖掘机斗杆的外扬与回收；在该右操纵手柄上还具有挖斗按钮，通过挖斗按钮来控制挖斗的外翻与回收；

通过所述左脚踏板和右脚踏板控制挖掘机的移动。

本发明的有益效果：

(1)本发明设计的右操纵手柄为三坐标操纵手柄，将挖掘机挖斗、斗杆、动臂这三个垂直方向运动的工作装置合并为驾驶员单手控制，提高了挖掘机操纵的人机工效与作业效率，极大地降低了挖掘机复合操纵难度；

(2)本发明结合了先导压力型手柄与电控型手柄的优点，该新型挖掘机电控操纵装置具有体积小、集成度高、复合性好、操纵手感清晰等优点。

附图说明

图1为挖掘机主要工作机构示意图；

图2现有挖掘机操纵方式示意图；

图3为本发明提出的挖掘机新型操纵方式示意；

图4本发明提出的新型操纵装置原理示意；

图5挖掘机扫平动作示意。

1—挖斗；2—斗杆；3—动臂；4—回转中心；5—左行走履带；6—右行走履带；7—左十字操纵手柄；8—右十字操纵手柄；9—左脚踏板；10—右脚踏板；11—右操纵手柄；12—挖斗按钮；13—蓄电池；14—第一串联电阻；15—第二串联电阻；16—第一机上电源；17—电压变换模块；18—第二机上电源；19—挖斗支路比例放大器；20—斗杆支路比例放大器；21—动臂支路比例放大器；22—挖斗电液比例先导控制阀；23—斗杆电液比例先导控制阀；24—动臂电液比例先导控制阀；25—扫平时的水平参考线

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明所采用的技术方案及其具体实施方法。

图3中，现有操纵方式的右十字操纵手柄8被替换为本发明中设计的右操纵手柄11，用于对挖斗1、斗杆2、动臂3这三个垂直平面内运动自由度进行单手集成控制；而与垂直平面运动关联不大的回转则保留了现有的操纵方式，即依靠左十字操纵手柄7的左压/右压来控制左回转和右回转；左脚踏板9、右脚踏板10也保留了现有的操纵方式。

对比图2与图3可以看到，本发明的三坐标右操纵手柄11可以实现对挖斗1、斗杆2、动臂3这三个垂直平面内运动自由度的单手集成控制，且所有操纵均完全符合人体生理的直观运动感受，大大提高了挖斗1、斗杆2、动臂3这三个垂直平面运动的操纵机构的复合操纵性，降低了复合操纵难度。

图4中，第一机上电源16通过第一串联电阻14与第二串联电阻15分别为电压变换模块17与蓄电池13供电。电压变换模块17为右操纵手柄11提供合适电压的直流电源，输出3路驾驶员操纵控制电压信号，其中：按下挖斗控制旋转按钮12，输出挖斗回收的控制电压信号；抬起挖斗控制旋转按钮12，输出挖斗外翻的控制电压信号；向后平移右操纵手柄11，输出斗杆回收控制电压信号；向前平移右操纵手柄11，输出斗杆外扬控制电压信号；向上平移右操纵手柄11，输出动臂上升控制电压信号；向下平移右操纵手柄11，输出动臂下降控制电压信号。

第一机上电源18为挖斗支路比例放大器19、斗杆支路比例放大器20、动臂支路比例放大器21提供合适的直流电压；挖斗支路比例放大器19在接收到右操纵手柄11发出的挖斗控制电压信号后，将此电压信号转换为电流信号，控制挖斗电液比例先导控制阀22，完成对挖斗支路的控制；斗杆支路比例放大器20在接收到右操纵手柄11发出的斗杆控制电压信号后，将此电压信号转换为电流信号，控制斗杆电液比例先导控制阀23，完成对斗杆支路的控制；动臂支路比例放大器21在接收到右操纵手柄11发出的动臂控制电压信号后，将此电压信号转换为电流信号，控制动臂电液比例先导控制阀24，完成对挖斗支路的控制。

下面以采用现有操纵方式完成难度系数较高的挖斗1、斗杆2、动臂3复合动作——扫平为例，对使用本发明所提出的新型挖掘机操纵装置完成该动作的过程进行说明。扫平动作示意见图5。

步骤1：驾驶员初始将挖斗1外翻、斗杆2外扬、动臂3下降，准备开始进行扫平动作(即将不平整的工作场地整理平整)，该动作为典型的垂直平面复合动作，需要同时使用挖斗1、斗杆2、动臂3进行复合操作，扫平时的水平参考线25为一条水平的直线；

步骤2：驾驶员右手向后、向上平移右控制手柄11，并配合减小挖斗操纵旋转按钮12的角度，使挖斗的钢齿尽量与地面保持最佳切削角度；

步骤3：完成单次扫平动作。左手操纵回转，将挖掘机面对的方向改变一定角度；右手向外、向下平移右控制手柄11，将挖斗1、斗杆2、动臂3的位置恢复为初始扫平的位置；

步骤4：重复步骤1～步骤3，直至将工作场地整理平整。

以上以扫平为例，给出了具体的操纵过程。可以看到，使用本发明提出的新型挖掘机操纵装置，可以轻松地完成扫平等复合操纵动作，人机功效高，极大地降低了操纵难度，同时提高了挖掘机的工作效率。

Claims (1)

1.一种挖掘机高人机工效操纵装置，通过电控操纵装置对挖掘机工作机构的速度进行控制，并将操纵方式与人体运动习惯进行结合，该操纵装置包括左操纵手柄(7)、右操纵手柄(11)、左脚踏板(9)和右脚踏板(10)；其特征在于：

所述左操纵手柄(7)近似竖直方向安装在控制台左侧，包括两个自由度，可以前后、左右转动，通过左、右方向的转动操作来控制挖掘机的左回转和右回转；

所述右操纵手柄(11)水平安装在控制台右侧，包括三个自由度，可以在竖直平面内前后上下平移，通过上、下方向的平移操作来控制挖掘机动臂(3)的上升与下降，通过前、后方向的平移操作来控制挖掘机斗杆(2)的外扬与回收；在该右操纵手柄上还具有挖斗按钮，通过挖斗按钮来控制挖斗(1)的外翻与回收；

通过所述左脚踏板(9)和右脚踏板(10)控制挖掘机的移动。

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