CN114370083B - 一种液压工程机械操控器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压工程机操控器，包括系统控制器、操控骨架，在操控骨架上设置若干传感器分别对应液压工程机的不同油缸，在操控骨架上设置旋转电位器对应液压工程机的旋转关节，人体胳膊穿戴操控骨架，通过人体胳膊的运动同时带动多个传感器，系统控制器根据传感器位置实时控制对应的每个油缸的进油量，控制液压工程机的多个油缸同时动作，在液压工程机的每个油缸的进油管或出油管与电磁阀之间设置流量传感器，作为油缸的位置反馈，控制各个油缸的精确运动。本发明操作简便灵活，上手快，对于一些简单的工程机械，只有单手的残障人士也能操作，对于关节较多的液压工程机或需要双机械臂协作的液压工程机，四肢健全的普通人都能操作自如。

Description

一种液压工程机械操控器

技术领域

本发明公开了一种液压工程机械操控器，属于液压控制技术领域。

背景技术

现有的液压工程机械主要是档杆控制，多个挡杆操作不同的功能，这需要操作者熟记每个档杆的作用，且需要双手协同配合。对于操作者而言，需要经过长时间的练习才能完成复杂精准的操控。如果是少一个胳膊的残障人士，就少了一个工作机会，一旦工程机械的运动关节增多或需要机械臂的双臂协同作业，健全人的手也不够用，这些问题都说明了，现有的挡杆操控并不是一个好的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种液压工程机操控器，并公开其控制方法，摒弃现有挡杆操控的结构，实现更简单的操控。

本发明的技术方案如下：一种液压工程机操控器，包括系统控制器、操控骨架，操控骨架依据液压工程机的机械臂结构构建，在操控骨架上设置若干传感器分别对应液压工程机的不同油缸，每个传感器的两个运动极限位置分别对应液压工程机油缸的极限位置，在操控骨架上设置旋转电位器对应液压工程机的旋转关节，人体胳膊穿戴操控骨架，通过人体胳膊的运动同时带动多个传感器，系统控制器根据传感器位置实时控制对应的每个油缸的进油量，控制液压工程机的多个油缸同时动作，在液压工程机的每个油缸的进油管或出油管与电磁阀之间设置流量传感器或在油缸上安装油缸行程传感器，作为油缸的位置反馈，控制各个油缸的精确运动。

进一步的，所述液压工程机操控器还包括供操作者依靠的靠背椅，头枕插接在靠背椅上并通过调整螺栓固定，操控骨架安装在头枕一侧或两侧；或操控骨架安装在靠背椅的座椅一侧或两侧。

进一步的，所述操控骨架包括肩座、大臂骨架、小臂骨架、小臂前骨架、大臂位移传感器、小臂位移传感器、大臂自旋角度传感器、小臂自旋角度传感器、把手及开关按键，肩座、大臂骨架、小臂骨架依次铰接，肩座与大臂骨架通过大臂位移传感器牵引，大臂骨架与小臂骨架通过小臂位移传感器牵引，大臂自旋角度传感器安装在管架内，小臂前骨架一端与小臂骨架一端为中空环旋转连接，把手铰接在小臂前骨架的另一端，铰接轴线位于操作者的手腕位置，方便手腕摆动，并与中空环旋转面的中心轴线垂直，小臂前骨架旋转轴心对应操作者小臂的自旋轴心，操控者手臂穿过中空环握住把手；腕部位移传感器一端安装在小臂前骨架上，另一端安装在把手与小臂前骨架连接端的一侧。

进一步的，所述操控骨架包括肩座、大臂骨架、小臂骨架、大臂位移传感器、小臂位移传感器、大臂自旋角度传感器、小臂自旋角度传感器、把手及开关按键，肩座、大臂骨架、小臂骨架依次铰接，大臂自旋角度传感器连接肩座与基座，小臂骨架前端旋转连接小臂弯杆，且通过锁紧螺母锁紧，小臂弯杆另一端旋转连接滑杆，滑杆下端固定小臂自旋角度传感器，小臂自旋角度传感器为单圈角度传感器，把手与滑杆下端转动连接，直接驱动单圈角度传感器。

进一步的，所述系统控制器根据液压工程机上每个流量传感器对应的油缸有效截面积，以及测得的实际做功油量，计算油缸实际行程；将操控骨架上传感器的行程与液压工程机对应的油缸行程形成对应动作关系，系统控制器根据操控骨架上传感器的位移数据实时控制油缸运动，实现液压工程机机械臂的行程；或者液压工程机的油缸上安装位移传感器，作为位置反馈信号，系统控制器通过油缸上的位移传感器信号与操控骨架上的位移传感器进行对比闭环控制。

更进一步的，所述小臂前骨架上靠近小臂骨架位置设置外齿圈，在小臂骨架上安装单圈角度传感器或多圈角度传感器，传感器轴上设置小齿轮，与小臂前骨架的外齿圈啮合，人握住把手自旋时会带动多圈角度传感器上的小齿轮旋转，从而采集人手臂自旋角度，通过系统控制器控制液压工程机上对应液压马达的过油流量和方向，控制液压工程机机械臂前端实现相应角度的旋转。

更进一步的，所述操控骨架的关节处设置抱闸，在操控把手上设置抱闸松放开关，按住抱闸松放开关松开抱闸，手臂带动骨架灵活运动，放开抱闸松放开关，操控骨架关节被抱闸锁紧，操控骨架保持固定姿态，与之相连的液压工程机保持相应的固定姿态。

更进一步的，所述把手上设置抓取开关，用以控制仿生工程机末端的机械抓手油缸。

进一步的，所述系统控制器根据油量传感器或油缸行程传感器计算和仿真出工程机模型姿态，再根据操控端位移传感器数据计算和仿真出操控骨架模型姿态，以三维或两维模型在显示屏上向用户实时显示，并将两种姿态实时对比，当系统检测到工程机模型姿态与操控骨架模型姿态不一致时，会触发报警开关，并停止执行机构动作，需要用户启动极限位置对比复位后才能继续执行。

本发明的有益技术效果是：操作简便，灵活，上手快，对于一些比较简单的挖机等工程机械，只有单手的残障人士也能操作，对于关节较多的液压工程机或需要双机械臂协作的液压工程机，四肢健全的普通人都能操作自如。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1的结构示意图（对应于仿生工程机）；

图2为本发明实施例1的操作人员操控示意图；

图3为本发明实施例1中操控的仿生工程机结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图（对应于普通挖机）；

图5为本发明实施例2的挖机类型操控示意图；

图6为本发明实施例2的挖机结构示意图。

图中：1、靠背椅，2、小臂骨架，3、小臂自旋角度传感器，4、大臂骨架，5、小臂位移传感器，6、大臂位移传感器，7、抱闸，8、肩座，9、大臂自旋角度传感器，10、管架，11、头枕，12、小齿轮，13、小臂前骨架，14、抓取开关，15、抱闸松放开关，16、把手，17、腕部位移传感器，18、机械抓手油缸；23、基座，24、滑杆，25、小臂弯杆, 26、锁紧螺母。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种液压工程机操控器，对应于图3中的仿生工程机，根据仿生工程机的双机械臂结构设计的缩小模型骨架作为操控骨架。

如图1、2所示，液压工程机操控器包括供操作者依靠的靠背椅1，头枕11插接在靠背椅1上并通过调整螺栓固定，操控骨架安装在头枕11两侧；靠背椅1使得操作者处于舒适稳定的坐姿状态，可以上下调整的头枕11，头枕11带动操控骨架上下调整，以适应不同操作者的体型。

所述操控骨架包括肩座8、大臂骨架4、小臂骨架2、小臂前骨架13、大臂位移传感器6、小臂位移传感器5、大臂自旋角度传感器9、小臂自旋角度传感器3、把手16及开关按键，肩座8、大臂骨架4、小臂骨架2依次铰接，大臂自旋角度传感器9安装在肩座8与管架10之间，管架10另一端连接头枕。肩座8与大臂骨架4通过对应的线性位移传感器牵引，大臂骨架4与小臂骨架2通过对应的线性传感器牵引，小臂前骨架13一端与小臂骨架2一端为中空环旋转连接，把手16铰接在小臂前骨架13的另一端，并与中空环旋转面的中心轴线平行，旋转轴心对应操作者小臂的自旋轴心，操控者手臂穿过中空环握住把手16；腕部位移传感器17一端安装在小臂前骨架13上，另一端安装在把手16与小臂前骨架13连接端的一侧。

小臂前骨架13上靠近小臂骨架2位置设置外齿圈，在小臂骨架2上安装多圈角度传感器，传感器轴上设置小齿轮12，与小臂前骨架13的外齿圈啮合，人握住把手自旋时会带动多圈角度传感器上的小齿轮12旋转，从而采集人手臂自旋角度，通过系统控制器控制液压工程机上对应液压马达的过油流量和方向，控制液压工程机机械臂前端实现相应角度的旋转。

操控骨架的关节处设置抱闸7，在操控把手16上设置抱闸松放开关15，按住抱闸松放开关15松开抱闸，手臂带动骨架灵活运动，放开抱闸松放开关15，操控骨架关节被抱闸锁紧，操控骨架保持固定姿态，与之相连的仿生工程机保持相应的固定姿态。

所述把手16上设置抓取开关14，用以控制仿生工程机末端的机械抓手油缸18。

在操控骨架上设置的这些传感器分别对应仿生工程机的不同油缸，每个传感器的两个运动极限位置分别对应液压工程机油缸的极限位置，在操控骨架上设置旋转电位器对应液压工程机的旋转关节，人体的两个胳膊穿戴操控骨架，通过人体胳膊的运动同时带动多个传感器，系统控制器根据传感器位置实时控制每个油缸的进油量，在液压工程机的每个油缸的进油管或出油管与电磁阀之间设置流量传感器，作为油缸的位置反馈，从而实时控制各个油缸的精确运动，控制液压工程机的多个油缸同时动作。

系统控制器根据仿生工程机上每个流量传感器对应的油缸有效截面积，以及测得的实际做功油量，计算油缸实际行程；将操控骨架上传感器的行程与液压工程机对应的油缸行程形成对应动作关系，系统控制器根据操控骨架上传感器的位移数据实时控制油缸运动，实现仿生工程机机械臂的行程；或者仿生工程机的油缸上安装位移传感器，作为位置反馈信号，系统控制器通过油缸上的位移传感器信号与操控骨架上的位移传感器进行对比闭环控制。

系统控制器根据油量传感器或油缸行程传感器计算和仿真出工程机模型姿态，再根据操控端位移传感器数据计算和仿真出操控骨架模型姿态，以三维或两维模型在显示屏上向用户实时显示，并将两种姿态实时对比，当系统检测到工程机模型姿态与操控骨架模型姿态不一致时，会触发报警开关，并停止执行机构动作，需要用户启动极限位置对比复位后才能继续执行。

实施例2

如图4所示的一种液压工程机操控器，对应于图6中的液压工程机，对于图6中的这种简单运动结构的旋转铲斗的挖机等机型，根据工程机的机械臂结构设计仿挖机结构的操控骨架。

如图4、5所示，液压工程机操控器包括供操作者依靠的靠背椅1，头枕11插接在靠背椅1上并通过调整螺栓固定，操控骨架通过基座23安装在靠背椅的座椅一侧；靠背椅1使得操作者处于舒适稳定的坐姿状态，可以上下调整的头枕11，以适应不同操作者的体型。

座椅上设置带滑槽或导轨的支架，对于右手操作者，可以将操控器滑至座椅右侧然后锁紧，对于左手操作者，则可以左右镜像安装。

所述操控骨架包括肩座8、大臂骨架4、小臂骨架 2、大臂位移传感器6、小臂位移传感器5、大臂自旋角度传感器9、小臂自旋角度传感器3、把手16及开关按键，肩座8、大臂骨架4、小臂骨架2依次铰接，大臂自旋角度传感器9安装在肩座8与基座23之间。小臂骨架2前端旋转连接小臂弯杆25，且通过锁紧螺母26锁紧，小臂弯杆25另一端旋转连接滑杆24，滑杆24下端固定小臂自旋角度传感器3，小臂自旋角度传感器3为单圈角度传感器，把手16与滑杆24下端转动连接，直接驱动单圈角度传感器。

肩座8与大臂骨架4通过对应的线性位移传感器牵引，大臂骨架4与小臂骨架2通过对应的线性传感器牵引，把手16直接连接单圈角度传感器，操控者手握把手16进行控制。操作者握住把手16通过摆动腕部，带动单圈角度传感器运动，系统控制器根据此传感器的信号同比控制液压工程机腕部油缸动作，带动与机械臂腕部连接的铲斗运动。

实施例3

作为对实施例1的拓展设计，通过物联网平台或一对一的远程连接模块配合VR眼镜实现远程作业。

从上述实施例可以看出，本发明操作简便，灵活，上手快，对于一些比较简单的挖机等工程机械，只有单手的残障人士也能操作，对于关节较多的液压工程机或需要双机械臂协作的液压工程机，四肢健全的普通人也能操作自如。

上述实施例是对本发明技术方案的说明，不能作为对本发明技术方案的限定，凡是以本发明基础上的简单改进或变形，都是本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种液压工程机操控器，其特征在于：包括系统控制器、操控骨架，操控骨架依据液压工程机的机械臂结构构建，在操控骨架上设置若干传感器分别对应液压工程机的不同油缸，每个传感器的两个运动极限位置分别对应液压工程机油缸的极限位置，在操控骨架上设置旋转电位器对应液压工程机的旋转关节，人体胳膊穿戴操控骨架，通过人体胳膊的运动同时带动多个传感器，系统控制器根据传感器位置实时控制对应的每个油缸的进油量，控制液压工程机的多个油缸同时动作，在液压工程机的每个油缸的进油管或出油管与电磁阀之间设置流量传感器或在油缸上安装油缸行程传感器，作为油缸的位置反馈，控制各个油缸的精确运动；所述系统控制器根据油量传感器或油缸行程传感器计算和仿真出工程机模型姿态，再根据操控端位移传感器数据计算和仿真出操控骨架模型姿态，以三维或两维模型在显示屏上向用户实时显示，并将两种姿态实时对比，当系统检测到工程机模型姿态与操控骨架模型姿态不一致时，会触发报警开关，并停止执行机构动作，需要用户启动极限位置对比复位后才能继续执行。

2.根据权利要求1所述的液压工程机操控器，其特征在于：还包括供操作者依靠的靠背椅，头枕插接在靠背椅上并通过调整螺栓固定，操控骨架安装在头枕一侧或两侧；或操控骨架安装在靠背椅的座椅一侧或两侧。

3.根据权利要求1所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述操控骨架包括肩座、大臂骨架、小臂骨架、小臂前骨架、大臂位移传感器、小臂位移传感器、大臂自旋角度传感器、小臂自旋角度传感器、把手及开关按键，肩座、大臂骨架、小臂骨架依次铰接，肩座与大臂骨架通过大臂位移传感器牵引，大臂骨架与小臂骨架通过小臂位移传感器牵引，大臂自旋角度传感器安装在管架内，小臂前骨架一端与小臂骨架一端为中空环旋转连接，把手铰接在小臂前骨架的另一端，铰接轴线位于操作者的手腕位置，方便手腕摆动，并与中空环旋转面的中心轴线垂直，小臂前骨架旋转轴心对应操作者小臂的自旋轴心，操控者手臂穿过中空环握住把手；腕部位移传感器一端安装在小臂前骨架上，另一端安装在把手与小臂前骨架连接端的一侧。

4.根据权利要求1所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述操控骨架包括肩座、大臂骨架、小臂骨架、大臂位移传感器、小臂位移传感器、大臂自旋角度传感器、小臂自旋角度传感器、把手及开关按键，肩座、大臂骨架、小臂骨架依次铰接，大臂自旋角度传感器连接肩座与基座，小臂骨架前端旋转连接小臂弯杆，且通过锁紧螺母锁紧，小臂弯杆另一端旋转连接滑杆，滑杆下端固定小臂自旋角度传感器，小臂自旋角度传感器为单圈角度传感器，把手与滑杆下端转动连接，直接驱动单圈角度传感器。

5.根据权利要求3所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述小臂前骨架上靠近小臂骨架位置设置外齿圈，在小臂骨架上安装多圈角度传感器，传感器轴上设置小齿轮，与小臂前骨架的外齿圈啮合，人握住把手自旋小臂时会带动多圈角度传感器上的小齿轮旋转，从而采集人手臂自旋角度，通过系统控制器控制液压工程机上对应液压马达的过油流量和方向，控制液压工程机机械臂前端实现相应角度的旋转。

6.根据权利要求3所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述操控骨架的关节处设置抱闸，在操控把手上设置抱闸松放开关，按住抱闸松放开关松开抱闸，手臂带动骨架灵活运动，放开抱闸松放开关，操控骨架关节被抱闸锁紧，操控骨架保持固定姿态，与之相连的液压工程机保持相应的固定姿态。

7.根据权利要求3所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述把手上设置抓取开关，用以控制仿生工程机末端的机械抓手油缸。

8.根据权利要求1所述的液压工程机操控器，其特征在于：所述系统控制器根据液压工程机上每个流量传感器对应的油缸有效截面积，以及测得的实际做功油量，计算油缸实际行程；将操控骨架上传感器的行程与液压工程机对应的油缸行程形成对应动作关系，系统控制器根据操控骨架上传感器的位移数据实时控制油缸运动，实现液压工程机机械臂的行程；或者液压工程机的油缸上安装位移传感器，作为位置反馈信号，系统控制器通过油缸上的位移传感器信号与操控骨架上的位移传感器进行对比闭环控制。

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