CN111289259B - 一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，属于农业机械技术领域。包括前控台框架、升降调节组件、旋转调节组件和伸缩旋转调节组件，升降调节组件设于前控台框架上，伸缩旋转调节组件连接在旋转调节组件上，旋转调节组件设于竖直调节组件上，升降调节组件包括升降底板、直线滚珠导轨、升降伺服电机、电机法兰板、联轴器、安装座、滚珠丝杠、滑台连接板和固定板，旋转调节组件包括第一旋转伺服电机、行星减速器和第一旋转减速器；本发明能够实现方向盘在竖直方向、旋转方向以及伸缩调节，从而能够适应不同驾驶员的使用需求，可以有效的缓解驾驶员的疲劳驾驶，提高工作效率。比较于目前现有广泛所使用的方向盘而言，该装置结构设计合理，实用性更高。

Description

一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台

技术领域

本发明涉及一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，属于农业机械技术领域。

背景技术

世界各国将农业机械装备视为提高农业生产效率、实现资源有效利用、推动农业可持续发展的重要工具，在保障国家粮食安全、促进农业增产增效、改变农民增收方式和推动农村发展等方面起着至关重要的作用。

农业装备工作的环境通常比较恶劣，土地凹凸不平，土质松软程度不一。因此农业装备的设计是否符合人机工程的要求至关重要，这关系到驾驶员操纵农业装备的方便程度，舒适程度和疲劳程度。此外，农业装备驾驶室是驾驶员的操作场所，研究人员对驾驶室进行人机工程学评测和优化的目的就是，使驾驶室不仅能满足驾驶员的作业要求，而且可以提供更加合适的环境，提高长时间操作的安全性。

方向盘是农业装备最重要的安全部件之一，主要功能是实时转向，确保农业装备沿指定的操作路线行驶。除需要具有足够强度、硬度、柔韧性，并能承受一定扭转力及弯曲应力外，还需要布置于合理的区域，确保驾驶员即使在长时间田间作业期间也保持舒适，不易产生疲劳。但是目前现有的方向盘仅能实现实时转向功能，无法实现方向盘的位置调节，无法满足不同驾驶员的不同需求，导致驾驶员舒适度不足，易疲劳的问题。因此，完成便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台设计意义重大。

上述问题是在方向盘的调节机构的设计过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台解决现有技术中存在的无法实现方向盘的位置调节，无法满足不同驾驶员的不同需求，导致驾驶员舒适度不足，易疲劳的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，包括前控台框架、升降调节组件、旋转调节组件和伸缩旋转调节组件，升降调节组件设于前控台框架上，伸缩旋转调节组件连接在旋转调节组件上，旋转调节组件设于竖直调节组件上；

升降调节组件包括升降底板、直线滚珠导轨、升降伺服电机、电机法兰板、联轴器、安装座、滚珠丝杠、滑台连接板和固定板，升降底板设于前控台框架上，升降底板的两端分别设有电机法兰板、固定板，直线滚珠导轨设于升降底板上，且直线滚珠导轨设于电机法兰板与固定板间，滑台连接板包括连接板和滑台，滑台的一端连接在连接板上，滑台的另一端设于直线滚珠导轨上，滑台设于直线滚珠导轨上，滚珠丝杠的螺母设于滑台的中部，滚珠丝杠的一端活动连接在固定板上，滚珠丝杠的另一端穿过安装座并通过联轴器连接升降伺服电机的输出轴；

旋转调节组件包括第一旋转伺服电机、行星减速器和第一旋转减速器，第一旋转伺服电机的输出轴连接行星减速器的输入轴，行星减速器的输出轴连接第一旋转减速器，第一旋转减速器的输出轴连接伸缩旋转调节组件，且第一旋转减速器设于升降调节组件的滑台连接板上；

伸缩旋转调节组件包括电动推杆和方向盘倾角调节件，方向盘倾角调节件包括第二旋转伺服电机和第二旋转减速器，电动推杆的一端连接旋转调节组件的第一旋转减速器的输出轴，电动推杆的另一端连接第二旋转减速器，第二旋转减速器的输入轴连接第二旋转伺服电机的输出轴，第二旋转减速器的输出轴垂直连接转向柱管，转向柱管内穿过转向轴，转向轴的端部连接方向盘。

进一步地，还包括控制单元，控制单元包括上位机和下位机，上位机与下位机通信，下位机分别连接升降伺服电机、第一旋转伺服电机、电动推杆、第二旋转伺服电机。

进一步地，升降调节组件进行升降调节具体为，通过升降伺服电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠推动螺母运动，进而带动滑台在直线滚珠导轨上进行直线位移，进而带动滑台连接板移动，实现连接在滑台连接板上的旋转调节组件的升降移动，并实现连接旋转调节组件的伸缩旋转调节组件的升降移动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的升降移动；改变升降伺服电机的转向即可改变滑台在直线滚珠导轨的运动方向，实现方向盘的升降方向的改变。

进一步地，旋转调节组件进行旋转调节具体为，通过第一旋转伺服电机带动行星减速器转动，进而带动第一旋转减速器转动，由第一旋转减速器的转动带动电动推杆的转动，来实现连接在电动推杆上的第二旋转减速器的转动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的转动。

进一步地，伸缩旋转调节组件的伸缩调节具体为，通过电动推杆带动第二旋转减速器运动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的伸缩移动；通过设置方向盘倾角调节件，实现转向柱管、转向轴与方向盘的旋转，具体为通过第二旋转伺服电机带动第二旋转减速器，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的旋转，从而实现方向盘相对于电动推杆的安装角度的调节。

进一步地，第二旋转伺服电机的轴线与电动推杆的轴线平行设置。

本发明的有益效果是：该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，能够实现方向盘在竖直方向、旋转方向以及伸缩调节，从而能够适应不同驾驶员的使用需求，可以有效的缓解驾驶员的疲劳驾驶，提高工作效率。比较于目前现有广泛所使用的方向盘而言，该装置结构设计合理，实用性更高。本发明采用机电一体化的自动调节机构，通过上位机设置参数和指令，即可实现方向盘的自动调节，操作方便、快捷，且调整后的尺寸位置准确，精度高。

附图说明

图1是本发明实施例便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台的结构示意图；

图2是实施例中升降调节组件、旋转调节组件和伸缩旋转调节组件的结构示意图；

图3是实施例中升降调节组件的结构示意图；

图4是实施例中旋转调节组件的结构示意图；

图5是实施例中伸缩旋转调节组件的结构示意图；

图6是实施例中伸缩旋转调节组件和方向盘的结构示意图；

图7是实施例中控制单元的说明示意图；

其中：1-前控台框架，2-升降调节组件，3-旋转调节组件，4-伸缩旋转调节组件，5-方向盘；

11-升降底板，12-滚珠丝杠，13-直线滚珠导轨，14-滑台连接板，15-固定板，16-安装座， 17-联轴器，18-电机法兰板，19-升降伺服电机；

21-第一旋转伺服电机，22-行星减速器，23-第一旋转减速器；

31-电动推杆，32-第二旋转伺服电机，33-第二旋转减速器，34-转向柱管，35-转向轴。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，如图1和图2，包括前控台框架1、升降调节组件2、旋转调节组件3和伸缩旋转调节组件43，升降调节组件2设于前控台框架 1上，伸缩旋转调节组件43连接在旋转调节组件3上，旋转调节组件3设于竖直调节组件上。

如图3，升降调节组件2包括升降底板11、直线滚珠导轨13、升降伺服电机19、电机法兰板18、联轴器17、安装座16、滚珠丝杠12、滑台连接板14和固定板15，升降底板11设于前控台框架1上，升降底板11的两端分别设有电机法兰板18、固定板15，直线滚珠导轨 13设于升降底板11上，且直线滚珠导轨13设于电机法兰板18与固定板15间，滑台连接板 14包括连接板和滑台，滑台的一端连接在连接板上，滑台的另一端设于直线滚珠导轨13上，滑台设于直线滚珠导轨13上，滚珠丝杠12的螺母设于滑台的中部，滚珠丝杠12的一端活动连接在固定板15上，滚珠丝杠12的另一端穿过安装座16并通过联轴器17连接升降伺服电机19的输出轴。

如图4，旋转调节组件3包括第一旋转伺服电机21、行星减速器22和第一旋转减速器23，第一旋转伺服电机21的输出轴连接行星减速器22的输入轴，行星减速器22的输出轴连接第一旋转减速器23，第一旋转减速器23的输出轴连接伸缩旋转调节组件43，且第一旋转减速器23设于升降调节组件2的滑台连接板14上。

如图5和图6，伸缩旋转调节组件43包括电动推杆31和方向盘倾角调节件，方向盘倾角调节件包括第二旋转伺服电机32和第二旋转减速器33，电动推杆31的一端连接旋转调节组件3的第一旋转减速器23的输出轴，电动推杆31的另一端连接第二旋转减速器33，第二旋转减速器33的输入轴连接第二旋转伺服电机32的输出轴，第二旋转减速器33的输出轴垂直连接转向柱管34，转向柱管34内穿过转向轴35，转向轴35的端部连接方向盘5。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，能够实现方向盘5在竖直方向、旋转方向以及伸缩调节，从而能够适应不同驾驶员的使用需求，可以有效的缓解驾驶员的疲劳驾驶，提高工作效率。比较于目前现有广泛所使用的方向盘5而言，该装置结构设计合理，实用性更高。本发明采用机电一体化的自动调节机构，通过上位机设置参数和指令，即可实现方向盘5的自动调节，操作方便、快捷，且调整后的尺寸位置准确，精度高。

实施例还包括控制单元，如图7，控制单元包括上位机和下位机，上位机与下位机通信，下位机分别连接升降伺服电机19、第一旋转伺服电机21、电动推杆31、第二旋转伺服电机 32。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，打破传统的方向盘5，通过控制单元实现对升降调节组件2、旋转调节组件3、伸缩旋转组件的控制，即可实现方向盘5的调节操作。

实施例中，通过升降调节组件2来实现调节方向盘5竖直方向的运动，升降伺服电机19 实现其运动的控制。通过旋转调节组件3中的第一旋转减速器23与行星减速器22调节电动推杆31绕侧视图法向的转动，第一旋转伺服电机21实现其运动控制。通过伸缩旋转调节组件43中的电动推杆31调节方向盘5沿推杆方向的直线运动，该电动推杆31可采用内置编码器和携带电机的电动推杆31，便于实现运动控制；伸缩旋转调节组件43中的伸缩旋转减速器实现方向盘5绕侧视图法向的转动，实现对方向盘倾角的控制。该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，能够解决对现有的方向盘5设计弊端，减轻对人身心所带来的负担。

升降调节组件2进行升降调节具体为，通过升降伺服电机19带动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12推动螺母运动，进而带动滑台在直线滚珠导轨13上进行直线位移，进而带动滑台连接板14移动，实现连接在滑台连接板14上的旋转调节组件3的升降移动，并实现连接旋转调节组件3的伸缩旋转调节组件43的升降移动，进而带动转向柱管34、转向轴35与方向盘5的升降移动；改变升降伺服电机19的转向即可改变滑台在直线滚珠导轨13的运动方向，实现方向盘5的升降方向的改变。

实施例通过设置升降调节组件2，实现方向盘5在竖直方向沿直线滚珠导轨13上的升降移动。

旋转调节组件3进行旋转调节具体为，通过第一旋转伺服电机21带动行星减速器22转动，进而带动第一旋转减速器23转动，由第一旋转减速器23的转动带动电动推杆31的转动，来实现连接在电动推杆31上的第二旋转减速器33的转动，进而带动转向柱管34、转向轴35 与方向盘5的转动。

实施例通过设置旋转调节组件3，实现电动推杆31与直线滚珠导轨13倾角的调节，进而实现方向盘5与竖直方向倾角的调节。

实施例中，伸缩旋转调节组件43的伸缩调节具体为，通过电动推杆31带动第二旋转减速器33运动，进而带动转向柱管34、转向轴35与方向盘5的伸缩移动；通过设置方向盘倾角调节件，实现转向柱管34、转向轴35与方向盘5的旋转，具体为通过第二旋转伺服电机32带动第二旋转减速器33，进而带动转向柱管34、转向轴35与方向盘5的旋转，从而实现方向盘5相对于电动推杆31的安装角度的调节。

实施例通过设置伸缩旋转调节组件43，能够实现方向盘5在电动推杆31的方向上的伸缩调节。并能够通过方向盘倾角调节件，实现方向盘5与竖直方向倾角的调节。方向盘倾角调节件的调节是通过上位机PC端发出指令，通过PPI通讯协议传递到下位机(PLC)，通过下位机实现对第二旋转伺服电机32的控制来实现的。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，采用机电一体化的自动调节机构，通过上位机设置参数和指令，即可实现方向盘5的自动调节，操作方便、快捷，且调整后的尺寸位置准确，精度高。

如图5和图6，电动推杆31的轴顶部安装第二旋转减速器33和第二旋转伺服电机32，第二旋转伺服电机32的轴线与电动推杆31的轴线平行设置，减少与其他部件发生干涉的可能性，增加整体性。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，通用性很强，适用于市面上大多数农业装备，且易于拆装和替换不同型号的方向盘5，可以灵活的安排试验，也利于迭代试验，反复优化得出最优布置参数。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，能够实现对农业装备驾驶室进行了详细的模块划分，使得试验台的各个模块可以分开设计，也利于以后用新的模块替换原模块，缩减了开发周期和成本。该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，针对方向盘5 中心相对R点的空间位置进行详细的研究，该成果为方向盘5舒适度研究提供了尺寸方面的参考依据。

该种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，基于农业装备驾驶室人机工程试验台，制作的方向盘调节装置，每一个调节机构都可以作为独立的运动单元，不会发生干涉情况。控制单元设计合理，能够精确控制调节机构的运动。

实施例中，通过上位机PC机对下位机PLC完成预先的编程。再通过基于CATIA的DMU和人机工程模块仿真实验，验证了方向盘5调节机构及试验台设计的合理性和可行性。

Claims (6)

1.一种便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：包括前控台框架、升降调节组件、旋转调节组件和伸缩旋转调节组件，升降调节组件设于前控台框架上，伸缩旋转调节组件连接在旋转调节组件上，旋转调节组件设于竖直调节组件上；

升降调节组件包括升降底板、直线滚珠导轨、升降伺服电机、电机法兰板、联轴器、安装座、滚珠丝杠、滑台连接板和固定板，升降底板设于前控台框架上，升降底板的两端分别设有电机法兰板、固定板，直线滚珠导轨设于升降底板上，且直线滚珠导轨设于电机法兰板与固定板间，滑台连接板包括连接板和滑台，滑台的一端连接在连接板上，滑台的另一端设于直线滚珠导轨上，滑台设于直线滚珠导轨上，滚珠丝杠的螺母设于滑台的中部，滚珠丝杠的一端活动连接在固定板上，滚珠丝杠的另一端穿过安装座并通过联轴器连接升降伺服电机的输出轴；

旋转调节组件包括第一旋转伺服电机、行星减速器和第一旋转减速器，第一旋转伺服电机的输出轴连接行星减速器的输入轴，行星减速器的输出轴连接第一旋转减速器，第一旋转减速器的输出轴连接伸缩旋转调节组件，且第一旋转减速器设于升降调节组件的滑台连接板上；

伸缩旋转调节组件包括电动推杆和方向盘倾角调节件，方向盘倾角调节件包括第二旋转伺服电机和第二旋转减速器，电动推杆的一端连接旋转调节组件的第一旋转减速器的输出轴，电动推杆的另一端伸出所述前控台框架，并连接第二旋转减速器，第二旋转减速器的输入轴连接第二旋转伺服电机的输出轴，第二旋转减速器的输出轴垂直连接转向柱管，转向柱管内穿过转向轴，转向轴的端部连接方向盘。

2.如权利要求1所述的便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：还包括控制单元，控制单元包括上位机和下位机，上位机与下位机通信，下位机分别连接升降伺服电机、第一旋转伺服电机、电动推杆、第二旋转伺服电机。

3.如权利要求1或2所述的便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：升降调节组件进行升降调节具体为，通过升降伺服电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠推动螺母运动，进而带动滑台在直线滚珠导轨上进行直线位移，进而带动滑台连接板移动，实现连接在滑台连接板上的旋转调节组件的升降移动，并实现连接旋转调节组件的伸缩旋转调节组件的升降移动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的升降移动；改变升降伺服电机的转向即可改变滑台在直线滚珠导轨的运动方向，实现方向盘的升降方向的改变。

4.如权利要求1或2所述的便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：旋转调节组件进行旋转调节具体为，通过第一旋转伺服电机带动行星减速器转动，进而带动第一旋转减速器转动，由第一旋转减速器的转动带动电动推杆的转动，来实现连接在电动推杆上的第二旋转减速器的转动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的转动。

5.如权利要求4所述的便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：伸缩旋转调节组件的伸缩调节具体为，通过电动推杆带动第二旋转减速器运动，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的伸缩移动；通过设置方向盘倾角调节件，实现转向柱管、转向轴与方向盘的旋转，具体为通过第二旋转伺服电机带动第二旋转减速器，进而带动转向柱管、转向轴与方向盘的旋转，从而实现方向盘相对于电动推杆的安装角度的调节。

6.如权利要求5所述的便于自动调节的农业装备驾驶室方向盘试验台，其特征在于：第二旋转伺服电机的轴线与电动推杆的轴线平行设置。