CN108564871A - 一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄及其使用方法，液压支架虚拟仿真操作手柄包括：操作杆，操作杆包括杆状上部和扇形饼状下部，且扇形饼状下部的最底端处的弧形面上均匀分布有多个轮齿；弧形压板，两个弧形压板对称设置在操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上；电位器，电位器设置在操作杆的下方；承载台，两个承载台对称设置在操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上；弹簧顶杆，弹簧顶杆设置在弧形压板下方的承载台上；本发明根据液压支架操作功能需要，通过弧形压板压缩带顶杆的弹簧产生阻力，以模拟操作液压支架时产生的阻力，通过齿轮带动电位器旋转产生模拟量信号，以模拟支架操纵阀供液或回液动作，以及供液或回液速度。

Description

一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种培训辅助设备，具体涉及一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄及其使用方法。

背景技术

当今世界工业已经发生了巨大的变化，大规模的人海战术早已不再适应工业的发展，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革命。虚拟仿真技术是真正意义上用于指导生产的仿真系统，它结合用户业务层功能和数据库数据组建一套完全的仿真系统，使工业设计的手段和思想发生质的飞跃，更加符合社会发展的需要，可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。从简单的单台工作站上的机械装配模拟与多人在线协同演练系统，到利用虚拟环境管理与控制工厂生产与设备运行都离不开虚拟仿真系统，如石油、电力、煤炭行业多人在线应急演练、多人多工种协同作业等等。

采用虚拟现实技术开发矿用液压支架的仿真教学系统，具有投资少、信息量丰富、寓教于乐，以及更新换代容易等突出优势，但是真实的（实际应用时）矿用液压支架是通过高压泵站供液（一般31.5MPa），通过操作液压支架操纵阀，把高压液体分配到需要的部位，完成升柱、降柱、推溜、移架等动作；采用此种方式开发虚拟仿真系统，不但需要配置高能耗、高成本的液压泵站，且需要开发复杂的电液信号转换系统，不适合一般培训机构或高校相关专业教学培训系统开发；对于虚拟仿真系统而言，主要实现功能相似、手感相似，以及外形相似即可达到应用的培训或教育目的。

因此，开展一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄及其使用方法，以至少解决目前通过操作真实液压支架操纵阀的方式开发虚拟仿真系统，不但需要配置高能耗，且需要开发复杂的电液信号转换系统，高成本、难开发的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述液压支架虚拟仿真操作手柄包括：

操作杆，所述操作杆包括杆状上部和扇形饼状下部，且所述扇形饼状下部的最底端处的弧形面上均匀分布有多个轮齿；

弧形压板，两个所述弧形压板对称设置在所述操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，每个弧形压板的弧形口朝上且每个弧形压板与所述操作杆连接的一端为弧形压板的最低端；

电位器，所述电位器设置在所述操作杆的下方，且所述电位器为带齿轮的电位器，且所述电位器的齿轮与所述操作杆上的轮齿接触啮合，在所述操作杆移动时带动所述齿轮的转动从而使所述电位器的阻值发生变化；

承载台，两个所述承载台对称设置在所述操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，且两个所述承载台位于所述弧形压板的下方，每个所述承载台的一端与操作杆的外侧壁固定连接；

弹簧顶杆，所述弹簧顶杆设置在所述弧形压板下方的所述承载台上，且所述弹簧顶杆的顶端与所述弧形压板的下表面相抵接；

限位钢板，所述限位钢板设置在所述弧形压板上方，且所述限位钢板连接在操作平台基础上，所述限位钢板与所述操作杆存在空间，用于保证操作杆左右移动时的移动空间及用于控制手柄操作的最大幅度。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述弹簧顶杆的数量为两个，两个所述弹簧顶杆分别设置在两个承载台上，所述弹簧顶杆包括：

底座，所述底座设在所述承载台的上表面，所述底座的形状中空圆柱状且底座的中心设置有凸台；

弹簧，所述弹簧的一端连接在底座的中间凸台上；所述弹簧用于提供模拟真实支架操作手柄的力感，且所述弹簧用于控制手柄在撤销施加的外力时，手柄能够自动回到中间位，用来模拟支架的零位；

顶杆，所述顶杆的一端连接所述弹簧的另一端，所述顶杆的另一端与所述弧形压板的下表面相抵接；所述顶杆的一端为接触端，所述顶杆的另一端为自由端；

套筒，所述套筒呈中空圆柱状，所述套筒套设在所述弹簧上，所述套筒的一端卡设在所述底座上，所述套筒另一端端部的中心处设有通孔，所述顶杆穿过所述通孔与所述套筒内的弹簧连接；

优选地，与弹簧连接的所述顶杆的一端为接触端，该接触端为圆盘；与所述弧形压板的下表面相抵接的所述顶杆的另一端为自由端，该自由端为实心圆柱细杆。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述电位器所带的齿轮为标准直齿啮合齿轮，且所述齿轮与操作杆上的轮齿传动比为1:2。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述操作杆的扇形饼状下部结构形成的扇形角为60°；

优选的，所述扇形饼状下部最底端处的弧形面上的轮齿为直齿。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，两个所述弧形压板分别为第一弧形压板、第二弧形压板，两个所述弧形压板通过焊接的方式连接在操作杆上；

两个所述弧形压板组合构成一段圆弧曲面；

优选地，所述圆弧曲面的圆心角为90°。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述液压支架虚拟仿真操作手柄还包括：

帽头，所述帽头为一端密封另一端开口的空心圆柱，所述帽头套设在所述操作杆的顶端；

优选地，所述带齿轮的电位器包括：

齿轮，所述齿轮设置在所述操作杆的下方，且齿轮与所述操作杆上的轮齿接触啮合；

转轴，所述转轴呈实心圆柱状，且所述转轴表面开设有键槽；所述转轴一端穿过所述齿轮内孔；

电位器，所述电位器设在所述转轴的另一端，在所述操作杆移动时带动与轮齿啮合的所述齿轮转动从而使所述电位器的阻值发生变化，且所述电位器在所述操作杆复位时阻值为中间阻值。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述套筒的外径等于所述底座的内径；

所述底座的凸台为圆台，且圆台的直径等于所述弹簧的内径；

优选地，所述顶杆的接触端圆盘的直径，小于套筒的内径且大于弹簧的外径。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述顶杆的一端接触连接在所述弹簧另一端，所述顶杆的另一端抵顶在所述弧形压板的下表面上；所述顶杆自由端的圆柱末端为一斜面；

优选地，所述顶杆自由端的斜面与水平面的夹角为45°；

再优选地，所述弹簧始终处于压缩状态。

如上所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，优选，所述电位器上设有与外部连接的信号线接口，所述电位器用于将操作杆的动作信号转换成模拟电信号；

所述键槽设在所述转轴与齿轮的连接处；

优选的，所述键槽为平键键槽。

一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的使用方法，优选，所述使用方法包括：

所述手柄向左或向右推时，所述弧形压板抵压所述顶杆，顶杆抵压所述弹簧并产生阻力，推的角度越大，所述弹簧产生的阻力越大，从而模拟真实支架操作手柄的力感；

所述手柄向左或向右推时，所述操作杆的扇形饼状下部最底端处的弧形面上的轮齿带动所述齿轮转动，所述齿轮通过所述转轴带动所述电位器旋转，从而使电位器阻值发生变化，完成实际动作到电信号的转换，软件系统根据电信号再转换为相应液压支架虚拟仿真模型相关动作；

多个所述手柄相互配合，向左推时代表液压泵供液，实现液压缸的升柱、推溜、打开护帮板、打开侧护板等相关动作；向右推时代表液压泵回液，实现液压缸的降柱、拉架、收护帮板、收侧护板等相关动作；

所述限位钢板控制所述手柄操作的最大幅度，代表真实支架液压换向阀达到全部打开或关闭状态；

所述电位器的中间位是电位器阻值范围的中间值，所述手柄向左推电阻值增加，向右推阻值减少，阻值变化快慢代表支架动作快慢，停在某位阻值时间，代表支架某个动作操作时间。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明采用液压支架虚拟仿真操作手柄，实现与操作真实液压支架操纵阀的方式开发的虚拟仿真系统功能相似、手感相似，以及外形相似的效果，达到应用的培训或教育目的。本发明根据液压支架操作功能需要，通过弧形压板压缩带顶杆的弹簧产生阻力，以模拟操作液压支架时产生的阻力，增强操作真实感，通过齿轮带动电位器旋转，从而产生模拟量信号，以模拟支架操纵阀供液或回液动作，以及供液或回液速度，并在虚拟仿真系统内开发升柱、降柱、推溜、移架等功能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的矿用液压支架虚拟仿真操作手柄左视图；

图2为本发明实施例的矿用液压支架虚拟仿真操作手柄主视图；

图3为本发明实施例的矿用液压支架虚拟仿真操作手柄实际应用的示意图。

图中：1、帽头；2、操作杆；3、限位钢板；41、第一弧形压板；42、第二弧形压板；511、第一顶杆；521、第二顶杆；512、第一套筒；522、第二套筒；513、第一弹簧；523、第二弹簧；6、承载台；61、第一底座；62、第二底座；7、齿轮；8、电位器；9、转轴；01、底座；02、万向轮；03、导轨；04、机箱；05、座椅；06、抽屉；07、支板；08、操作板；09、按钮；010、操作手柄；011、显示屏；012、右手柄箱；013、右手柄。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1、图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，液压支架虚拟仿真操作手柄包括：

操作杆2，操作杆2上部为实心圆柱状，下部为扇形饼状，且操作杆2末端弧形表面上均匀分布有轮齿即扇形饼状下部的最底端处的弧形面上均匀分布有多个轮齿；在本发明的具体实施中，操作杆2在实际制作时，操作杆2的上端圆柱和下端扇形饼状是一体成形的，而不是通过焊接或其他方式连接在一起，操纵杆用来仿真模拟真实的液压阀操纵杆。

两个弧形压板，两个弧形压板呈弧形板状，两个弧形压板连接在所述操作杆2两侧，具体是指两个弧形压板对称设置在操作杆2的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，每个弧形压板的弧形口朝上且每个弧形压板与操作杆2连接的一端为弧形压板的最低端。该弧形压板与操作杆2的连接方式优选为焊接，两个弧形压板关于操作杆2轴线所在的一个平面对称，弧形压板的材质可以是硬质薄片钢。

电位器8，电位器8设置在操作杆2的下方，且电位器8为带齿轮的电位器，且电位器8的齿轮7与操作杆2上的轮齿接触啮合，在操作杆2移动时带动齿轮7的转动从而使电位器8的阻值发生变化。

齿轮7符合国家标准齿轮7的要求（即压力角、齿顶高系数、齿根高系数均为标准值），安装时按标准中心距安装，且该齿轮7可以绕轴整周转动。

承载台6，两个承载台6对称设置在操作杆2的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，且两个承载台6位于弧形压板的下方，每个承载台6的一端与操作杆的外侧壁固定连接。承载台6为圆环饼状，承载台6的圆孔用于固定操作杆2，操作杆2穿过承载台6上的孔与齿轮7接触，当操作杆2上部受力时，该孔会给操作杆2一个支点（形成杠杆），操作杆2在该支点的支撑作用下转动，且承载台6连接在操作平台基础上。

弹簧顶杆，弹簧顶杆设置在弧形压板下方的承载台6上，且弹簧顶杆的顶端与弧形压板的下表面相抵接。

限位钢板3，限位钢板设置在弧形压板上方，且限位钢板3连接在操作平台基础上，限位钢板3与操作杆2存在空间，用于保证操作杆2左右移动时的移动空间及用于控制手柄操作的最大幅度。

在本发明中，进一步优选地，限位钢板3呈圆环饼状，限位钢板3的内径大于操作杆2圆柱段的直径，用于保证操作杆2左右移动时的移动空间；限位钢板3用于控制手柄操作的最大幅度，代表真实支架液压换向阀全部打开或关闭。

在本发明的具体实施例中，弹簧顶杆的数量为两个，两个弹簧顶杆分别设置在两个承载台6上，弹簧顶杆包括：

底座，底座设在承载台6的上表面，底座的形状中空圆柱状且底座的中心设置有凸台，即底座结构的截面呈山字型结构。优选地，底座可以是焊接在承载台6上。

弹簧，弹簧的一端连接在山字型底座的中间凸台上；弹簧用于提供模拟真实支架操作手柄的力感，且弹簧用于控制手柄在撤销施加的外力时，手柄能够自动回到中间位，用来模拟支架的零位。

顶杆，顶杆的一端连接弹簧的另一端，顶杆的另一端与弧形压板的下表面相抵接；顶杆的一端为接触端，顶杆的另一端为自由端。

套筒，套筒呈中空圆柱状，套筒套设在弹簧上，套筒的一端卡设在底座上，套筒另一端端部的中心处设有通孔，顶杆穿过通孔与套筒内的弹簧连接。

进一步优选地，与弹簧连接的顶杆的一端为接触端，该接触端为圆盘；与弧形压板的下表面相抵接的顶杆的另一端为自由端，该自由端为实心圆柱细杆。

在本发明的具体实施例中，液压支架虚拟仿真操作手柄还包括：

帽头1，帽头1为一端密封另一端开口的空心圆柱，帽头1套设在操作杆2的顶端；帽头1用于在实际操作应用时增大摩擦力，使该虚拟仿真操作手柄更趋近于现实的操作手柄，同时提高操作人员使用时的舒适感。

进一步优选地，带齿轮的电位器包括：

齿轮7，齿轮7设置在操作杆2的下方，且齿轮7与操作杆2上的轮齿接触啮合；

转轴，转轴9呈实心圆柱状，且转轴9表面开设有键槽；转轴9一端穿过齿轮7内孔；转轴9表面的键槽不宜过大，键槽大小与转轴9尺寸大小关系满足国家标准，键槽为普通平键的原因是，平键为常用键，便于实际应用时的选型装配。

电位器8，电位器8设在转轴9的另一端，在操作杆2移动时带动与轮齿啮合的齿轮7转动从而使电位器8的阻值发生变化，且电位器8在操作杆2复位时阻值为中间阻值。电位器8上设有与外部链接的信号线接口，电位器8用于将操作杆2的动作信号转换成模拟电信号。

在本发明的具体实施例中，操作手柄在安装时，安装顺序如下：先将操作杆2的一端从承载台6的底部穿过承载台6，直至操作杆2的扇形饼状下部快接触承载台6时停止，然后将平键放入转轴9上的键槽，将齿轮7套在轴上，将齿轮7砸入键槽处，将转轴9的末端与电位器8相连，转轴9通过支架被支撑在操作平台基础上，让齿轮7和操作杆2上的轮齿接触啮合安装，然后安装上弧形压板，顶杆，限位钢板3，最后将帽头1套在操作杆2顶端。

在本发明的具体实施例中，两个弧形压板分别为第一弧形压板41、第二弧形压板42，两个弧形压板通过焊接的方式连接在操作杆2上，且两个弧形压板组合构成一段圆弧曲面；两个底座分别为第一底座61、第二底座62；两个套筒分别为第一套筒512、第二套筒522，两个弹簧分别为第一弹簧513、第二弹簧523；两个顶杆分别为第一顶杆511、第二顶杆521；其中，第一底座61、第一套筒512、第一弹簧513、第一顶杆511相互连接组成第一阻力系统，安装在第一弧形压板41下方；第二底座62、第二套筒522、第二弹簧523、第二顶杆521相互连接组成第二阻力系统，安装在第二弧形压板42下方。其中：套筒的外径等于底座的内径；底座的凸台为圆台，且圆台的直径等于弹簧的内径；顶杆的一端圆盘的直径，小于套筒的内径且大于弹簧的外径。

优选的，底座，套筒，弹簧，顶杆的安装顺序如下：先将底座固定在承载台6上表面，然后将弹簧套在底座中心的圆形凸台上；取出套筒，套筒的开口端朝上，顶杆的细端朝下放进套筒内，让顶杆的细圆柱部分穿过套筒的中心圆孔后，捏住顶杆细端，将套筒翻转至开口一端朝下，最后将套筒套进底座内，自套筒安放完成之后，弹簧就被压缩，弹簧会顶起顶杆，让顶杆抵顶弧形压板，两个弹簧共同作用，从而保证了操作杆2在不受外力时，能够完成复位动作，从而停留在中间位置。

再优选的，顶杆另一端的圆柱末端（自由端，与弧形压板相抵接的端部）为一斜面，顶杆自由端的斜面与水平面的夹角为45°。本发明中将顶杆的自由端设置为斜面是为了使弧形压板的下表面与顶杆接触面贴合更紧密，减少顶杆与弧形压板的磨损，增加手柄的使用寿命。

再优选地，两个弧形压板形成的圆弧曲面的圆心角为90°。

在本发明的具体实施例中，操作杆2另一端的扇形饼状结构形成的扇形角为60°；优选的，操作杆2末端弧形表面上的轮齿为直齿（其实该部分相当于是完齿轮7的六分之一部分，然后在扇形圆心处削掉一个三角形，从而形成操作杆2的带有轮齿的弧段部分）。与该弧形面上的轮齿啮合的齿轮7为标准直齿齿轮7，且齿轮7与操作杆2上的轮齿传动比为1:2。

为了进一步能清楚理解本发明提供的矿用液压支架虚拟仿真操作手柄结构，本发明还提供矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的使用方法也即是矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的工作原理，该使用方法包括：

手柄向左或向右推时，弧形压板抵压顶杆，顶杆抵压弹簧并产生阻力，推的角度越大，弹簧产生的阻力越大，从而模拟真实支架操作手柄的力感。

手柄向左或向右推时，操作杆2的扇形饼状下部最底端处的弧形面上的轮齿带动齿轮7转动，齿轮7通过转轴9带动电位器8齿轮7旋转，从而使电位器8阻值发生变化，完成实际动作到电信号的转换，软件系统根据电信号再转换为相应液压支架虚拟仿真模型相关动作；

多个手柄相互配合，向左推时代表液压泵供液，实现液压缸的升柱、推溜、打开护帮板、打开侧护板等相关动作；向右推时代表液压泵回液，实现液压缸的降柱、拉架、收护帮板、收侧护板等相关动作。

限位钢板3控制手柄操作的最大幅度，代表真实支架液压换向阀达到全部打开或关闭状态。

电位器8的中间位是电位器8阻值范围的中间值，手柄向左推电阻值增加，向右推阻值减少，阻值变化快慢代表支架动作快慢，停在某位阻值时间，代表支架某个动作操作时间。在本发明中，手柄动作，电位器电阻发生变化，另外设置的软件系统捕捉电阻变化。 多个手柄相互配合动作从而完成推溜、拉架、升柱、降柱等功能，这些不同功能实际上是由不同手柄来完成的，工作原理一样，真实的支架是控制供液阀，需要配备一套液压泵，而本申请中的装置是完全通过电信号控制即可。例如在一个具体实施例方式中，推溜和拉架是同一个手柄，向前推（图1中为向左推）是推溜，向后推（图1中为向右推）是拉架；升柱和降柱是同一个手柄，向前推（图1中为向左推）升柱，向后推（图1中为向右推）降柱。

总而言之，本发明中的矿用液压支架虚拟仿真操作手柄主要是通过如下技术途径来实现的：

1. 手柄装置由底部带弧形齿轮的操作杆、限位钢板、弧形压板、顶杆式弹簧，以及带齿轮的电位器等组成；

2. 手柄向左或向右推时，顶杆弹簧产生阻力，推的角度越大，弹簧阻力越大，从而模拟真实支架操作手柄力感；

3. 手柄向左或向右推时，操作手柄底部齿轮旋转，带动电位器齿轮旋转，从而使电位器阻值发生变化，软件系统再转换为相应液压支架虚拟仿真模型相关动作，一般向左推时代表供液，实现升柱、推溜、打开护帮板、打开侧护板等相关动作；向右推时代表回液，实现降柱、拉架、收护帮板、收侧护板等相关动作；

4. 向左或向右推操作手柄后，手柄会在弹簧反力作用下自动回到中间位，模拟支架的零位；

5. 限位板控制手柄操作的最大幅度，代表真实支架液压换向阀全部打开或关闭；

6. 电位器的中间位是其阻值范围的中间值，一般向左推电阻值增加，向右推阻值减少，阻值变化快慢代表支架动作快慢，停在某位阻值时间，代表支架某个动作操作时间。

综上所述，本发明还具有如下技术效果：

本发明采用液压支架虚拟仿真操作手柄，实现与操作真实液压支架操纵阀的方式开发的虚拟仿真系统功能相似、手感相似，以及外形相似的效果，达到应用的培训或教育目的。本发明根据液压支架操作功能需要，通过弧形压板压缩带顶杆的弹簧产生阻力，以模拟操作液压支架时产生的阻力，增强操作真实感，通过齿轮带动电位器旋转，从而产生模拟量信号，以模拟支架操纵阀供液或回液动作，以及供液或回液速度，并在虚拟仿真系统内开发升柱、降柱、推溜、移架等功能。

此外，本发明还提供一种基于矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的操作台（如图3所示），该操作台包括：底盘部、操作部和承载部，操作部位于底盘部的一端，承载部位于远离操作部的一端的底盘部上；

底盘部包括：底座01，底座01呈长方体板状，底座01用于提供承载与支撑。导轨03，导轨03呈长方体条状，导轨03设置在底座01的上表面，两条导轨03沿底座01的长度方向设置，两条导轨03用于提供导向。万向轮02，四个万向轮02分别设置在底座01的下表面靠近底座01四个角落的位置。

承载部包括：机箱04，机箱04通过导轨03滑动设置在底座01上，导轨03上方的机箱04上适配设置有凹槽。座椅05，座椅05设置在机箱04上。

操作部包括：支板07，支板07呈倒置的U型，支板07位于远离机箱04一端的底座01上，用于提供支撑。操作板08，操作板08的正面呈阶梯状，从上至下依次为，第一平面，斜面，第二平面；操作板08的第一端连接在支板07左侧上端边缘处，操作板08的第二端延伸抵触至支板07右侧上端边缘处；第一平面和第二平面均与水平面平行，第一平面与第二平面之间设有斜面。右手柄013箱012，右手柄013箱012呈长方体状，右柄箱的下表面连接在所底座01的上表面上，手柄箱位于所支板07和机箱04之间，且右手柄013箱012位于第二导轨03和底座01的右侧边缘之间。右手柄013，右手柄013设在右手柄013箱012上，右手柄013用于控制截割头上下左右运动。

根据本发明的具体实施例，第一平面为显示区，显示区上设有显示屏011，显示屏011为17寸KONKA液晶显示屏。第二平面为操作区，斜面为功能按钮区。操作区设有操作杆010，七个操作手柄从左至右依次为，一运手柄，星轮手柄，铲板手柄，后支撑手柄，左行走手柄，右行走手柄，截割伸缩手柄。功能区上设有仪表盘，第一仪表盘位于第二仪表盘下方。第一仪表盘左侧设有第一排功能按钮，第一仪表盘右侧设有第三排功能按钮，第二仪表盘左侧设有第二排功能按钮，第二仪表盘右侧设有第四排功能按钮，第二仪表盘下方设有第五排功能按钮。第一排功能按钮从左至右依次为：开始录音按钮、水阀按钮、开始录像按钮、开始联络按钮、截割速度选择按钮、照明开关按钮、隔离开关按钮、油泵运转按钮。第二排功能按钮从左至右依次为：停止录音按钮、保存按钮、停止录像按钮、紧急停机按钮、开机截割警报按钮、备用按钮、操作台电源按钮、油泵停止按钮。第三排功能按钮从左至右依次为：截割运转按钮、转载运转按钮；第四排功能按钮从左至右依次为：截割停止按钮、转载停止按钮；第五排功能按钮从左至右依次为：计算机启动按钮、计算机提示按钮、电源指示亮灯按钮、电源开关按钮。

根据本发明的具体实施例，本发明还提供了功能按钮以及操作手柄的作用：

开始录音按钮：用于控制手指口述题目，录音开始。

停止录音按钮：用于控制手指口述题目，录音结束。

水阀按钮：用于控制掘进机截割头水阀水流量。

保存按钮：用于掘进机考核，保存做题记录。

开始录像按钮：用于控制实物操作题目，录像开始。

停止录像按钮：用于控制实物操作题目，录像结束。

开机联络按钮：用于掘进机开机与控制台联络。

紧急停机按钮：用于掘进机紧急停机。

截割速度选择按钮：用于选择掘进机截割头截割速度。

开机截割警报按钮：用于掘进机开始截割发出警报。

照明开关按钮：用于控制掘进机前后照明。

备用按钮：用于机器继续研发新功能，给新按钮用。

隔离开关按钮：用于掘进机隔离，隔开电源开关。

操作台电源按钮：用于软件内控制操作台的电源。

油泵运转按钮：用于控制油泵开。

油泵停止按钮：用于油泵关。

前泵压力表：用于显示前油泵的压力。

后泵压力表：用于显示后油泵的压力。

截割运转按钮：用于截控制割头开始运转。

截割停止按钮：用于控制截割头停止运转。

转载运转按钮：用于控制转载机开始运转。

转载停止按钮：用于控制转载机停止运转。

计算机启动按钮：用于开启计算机。

计算机关闭按钮：用于关闭计算机。

电源开关按钮：用于开关电源。

电源指示按钮：用于电源指示灯，亮了电源通，不亮不通。

一运手柄：用于控制运输机运转。

星轮手柄：用于控制星轮运转。

铲板手柄：用于控制铲板高度。

后支撑手柄：用于控制后支撑高度。

左行走手柄：用于控制掘进机左轮行走。

右行走手柄：用于控制掘进机右轮行走。

截割伸缩手柄：用于控制截割头伸缩。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述液压支架虚拟仿真操作手柄包括：

操作杆，所述操作杆包括杆状上部和扇形饼状下部，且所述扇形饼状下部的最底端处的弧形面上均匀分布有多个轮齿；

弧形压板，两个所述弧形压板对称设置在所述操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，每个弧形压板的弧形口朝上且每个弧形压板与所述操作杆连接的一端为弧形压板的最低端；

电位器，所述电位器设置在所述操作杆的下方，且所述电位器为带齿轮的电位器，且所述电位器的齿轮与所述操作杆上的轮齿接触啮合，在所述操作杆移动时带动所述齿轮的转动从而使所述电位器的阻值发生变化；

承载台，两个所述承载台对称设置在所述操作杆的杆状上部的左右两侧的外侧壁上，且两个所述承载台位于所述弧形压板的下方，每个所述承载台的一端与操作杆的外侧壁固定连接；

弹簧顶杆，所述弹簧顶杆设置在所述弧形压板下方的所述承载台上，且所述弹簧顶杆的顶端与所述弧形压板的下表面相抵接；

限位钢板，所述限位钢板设置在所述弧形压板上方，且所述限位钢板连接在操作平台基础上，所述限位钢板与所述操作杆存在空间，用于保证操作杆左右移动时的移动空间及用于控制手柄操作的最大幅度。

2.如权利要求1所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述弹簧顶杆的数量为两个，两个所述弹簧顶杆分别设置在两个承载台上，所述弹簧顶杆包括：

底座，所述底座设在所述承载台的上表面，所述底座的形状中空圆柱状且底座的中心设置有凸台；

弹簧，所述弹簧的一端连接在底座的中间凸台上；所述弹簧用于提供模拟真实支架操作手柄的力感，且所述弹簧用于控制手柄在撤销施加的外力时，手柄能够自动回到中间位，用来模拟支架的零位；

顶杆，所述顶杆的一端连接所述弹簧的另一端，所述顶杆的另一端与所述弧形压板的下表面相抵接；所述顶杆的一端为接触端，所述顶杆的另一端为自由端；

套筒，所述套筒呈中空圆柱状，所述套筒套设在所述弹簧上，所述套筒的一端卡设在所述底座上，所述套筒另一端端部的中心处设有通孔，所述顶杆穿过所述通孔与所述套筒内的弹簧连接；

优选地，与弹簧连接的所述顶杆的一端为接触端，该接触端为圆盘；与所述弧形压板的下表面相抵接的所述顶杆的另一端为自由端，该自由端为实心圆柱细杆。

3.如权利要求1所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述电位器所带的齿轮为标准直齿啮合齿轮，且所述齿轮与操作杆上的轮齿传动比为1:2。

4.如权利要求1所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述操作杆的扇形饼状下部结构形成的扇形角为60°；

优选的，所述扇形饼状下部最底端处的弧形面上的轮齿为直齿。

5.如权利要求1所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，

两个所述弧形压板分别为第一弧形压板、第二弧形压板，两个所述弧形压板通过焊接的方式连接在操作杆上；

两个所述弧形压板组合构成一段圆弧曲面；

优选地，所述圆弧曲面的圆心角为90°。

6.如权利要求1所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述液压支架虚拟仿真操作手柄还包括：

帽头，所述帽头为一端密封另一端开口的空心圆柱，所述帽头套设在所述操作杆的顶端；

优选地，所述带齿轮的电位器包括：

齿轮，所述齿轮设置在所述操作杆的下方，且齿轮与所述操作杆上的轮齿接触啮合；

转轴，所述转轴呈实心圆柱状，且所述转轴表面开设有键槽；所述转轴一端穿过所述齿轮内孔；

电位器，所述电位器设在所述转轴的另一端，在所述操作杆移动时带动与轮齿啮合的所述齿轮转动从而使所述电位器的阻值发生变化，且所述电位器在所述操作杆复位时阻值为中间阻值。

7.如权利要求2所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，

所述套筒的外径等于所述底座的内径；

所述底座的凸台为圆台，且圆台的直径等于所述弹簧的内径；

优选地，所述顶杆的接触端圆盘的直径，小于套筒的内径且大于弹簧的外径。

8.如权利要求2或7所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，所述顶杆的一端接触连接在所述弹簧另一端，所述顶杆的另一端抵顶在所述弧形压板的下表面上；所述顶杆自由端的圆柱末端为一斜面；

优选地，所述顶杆自由端的斜面与水平面的夹角为45°；

再优选地，所述弹簧始终处于压缩状态。

9.如权利要求6所述的一种矿用液压支架虚拟仿真操作手柄，其特征在于，

所述电位器上设有与外部连接的信号线接口，所述电位器用于将操作杆的动作信号转换成模拟电信号；

所述键槽设在所述转轴与齿轮的连接处；

优选的，所述键槽为平键键槽。

10.一种如权利要求1-9任一项所述矿用液压支架虚拟仿真操作手柄的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：

所述手柄向左或向右推时，所述弧形压板抵压所述顶杆，顶杆抵压所述弹簧并产生阻力，推的角度越大，所述弹簧产生的阻力越大，从而模拟真实支架操作手柄的力感；

所述手柄向左或向右推时，所述操作杆的扇形饼状下部最底端处的弧形面上的轮齿带动所述齿轮转动，所述齿轮通过所述转轴带动所述电位器旋转，从而使电位器阻值发生变化，完成实际动作到电信号的转换，软件系统根据电信号再转换为相应液压支架虚拟仿真模型相关动作；

多个所述手柄相互配合，向左推时代表液压泵供液，实现液压缸的升柱、推溜、打开护帮板、打开侧护板等相关动作；向右推时代表液压泵回液，实现液压缸的降柱、拉架、收护帮板、收侧护板等相关动作；

所述限位钢板控制所述手柄操作的最大幅度，代表真实支架液压换向阀达到全部打开或关闭状态；

所述电位器的中间位是电位器阻值范围的中间值，所述手柄向左推电阻值增加，向右推阻值减少，阻值变化快慢代表支架动作快慢，停在某位阻值时间，代表支架某个动作操作时间。