DE68913412T2 - Intuitive control lever for an implement. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Steuersystem zum Steuern eines Arbeitsgerätes oder Werkzeuges an einem Arbeitsfahrzeug und insbesondere auf ein Steuersystem, das ein intuitives Steuerinterface oder eine Schnittstelle zwischen dem Arbeitsgerät und dem Fahrzeugbediener vorsieht.The invention relates generally to a control system for controlling an implement or tool on a work vehicle and, more particularly, to a control system that provides an intuitive control interface between the implement and the vehicle operator.
In dem Gebiet der Arbeitsfahrzeuge, insbesondere bei den Fahrzeugen, die Grab- oder Ladefunktionen durchführen, wie zum Beispiel Bagger, Tieflöffelbagger und Schaufelbagger, werden die Arbeitsgeräte im allgemeinen mit zwei oder mehr Bedienersteuerungen gesteuert, und zwar zusätzlich zu anderen Fahrzeugfunktionssteuerungen. Die manuellen Steuersysteme umfassen oft Fußpedale sowie handbetätigte Hebel. Ein Tieflöffelbagger, der durch J. I. Case Manufacturing Co., hergestellt wird, verwendet zum Beispiel drei Hebel und zwei Pedale zum Steuern des Schaufel- oder Grabgerätes oder Werkzeugs. Ein Tieflöffelbagger, der durch Ford Motor Co. hergestellt wird, besitzt vier Hebel, um dasselbe zu steuern. Es gibt ernsthafte Nachteile, die mit diesen Gerätesteuerschemata assoziiert sind. Einer ist Bedienerstreß und Ermüdung, infolgedessen daß so viele Hebel und Pedale manipuliert oder betätigt werden müssen. Ein Fahrzeugbediener muß einen relativ hohen Grad an Erfahrung besitzen, um die Vielzahl der Steuerhebel und Fußpedale leistungsfähig zu manipulieren und zu koordinieren. Um produktiv zu werden, benötigt ein unerfahrener Bediener eine lange Trainingszeit, um mit den Steuerungen und ihren Funktionen bekannt zu werden.In the field of work vehicles, particularly those vehicles that perform digging or loading functions, such as excavators, backhoes and shovels, the work equipment is generally controlled with two or more operator controls in addition to other vehicle function controls. The manual control systems often include foot pedals as well as hand-operated levers. For example, a backhoe manufactured by J. I. Case Manufacturing Co. uses three levers and two pedals to control the shovel or digging implement or tool. A backhoe manufactured by Ford Motor Co. has four levers to control the same. There are serious disadvantages associated with these equipment control schemes. One is operator stress and fatigue as a result of having to manipulate or operate so many levers and pedals. A vehicle operator must have a relatively high level of experience in order to efficiently manipulate and coordinate the multitude of control levers and foot pedals. To become productive, an inexperienced operator will need a long training period to become familiar with the controls and their functions.
Einige Hersteller erkennen die Nachteile zu viele Steuerungen zu haben und haben ein Zwei-Hebelsteuerschema als Norm angenommen. Im allgemeinen teilen sich die zwei vertikal angebrachten zwei Achsen aufweisenden Hebel die Aufgaben der Steuerung der Verbindungen (Ausleger und Arm) und die Schaufel oder den Löffel des Arbeitsgerätes. Zum Beispiel verwenden hydraulische Bagger, die derzeitig durch Caterpillar Inc. hergestellt werden, einen Steuerhebel für Arm- und Schwenksteuerung und einen anderen Steuerhebel für Ausleger und Schaufelsteuerung. In ähnlicher Weise besitzt Deere & Co. einen hydraulischen Bagger mit einem Steuerhebel für Ausleger und Schwenksteuerung und einen anderen für Arm- und Schaufelsteuerung. In jedem Fall hat sich die Anzahl der Steuerungen auf zwei verringert, was die Maschinenbetätigung viel einfacher macht. Jedoch sind diese zwei Hebelsteuerschemata immer noch nicht völlig wünschenswert. Die Zuordnung der Geräteverbindungen mit den Steuerhebeln (joysticks) ist völlig frei und es gibt keine Korrelation zwischen der Bewegungsrichtung der Arbeitsgeräteverbindungen und denen der Steuerhebel. Um zu bewirken, daß sich der Ausleger hebt, der Arm in Richtung des Fahrzeugs bewegt und sich die Schaufel eindreht, wie bei einer typischen Ebnungstätigkeit, manipuliert der Bediener bei einem Caterpillar hydraulischen Bagger den Steuerhebel der rechten Hand diagonal nach hinten und nach links des Fahrzeugs zum Drehen oder Eindrehen der Schaufel und des Anhebens des Auslegers und den Steuerhebel der linken Hand nach hinten des Fahrzeugs zur Armbewegung.Some manufacturers recognize the disadvantages of having too many controls and have adopted a two-lever control scheme as Standard. Generally, two vertically mounted dual-axis levers share the duties of controlling the linkages (boom and arm) and the bucket or bucket of the implement. For example, hydraulic excavators currently manufactured by Caterpillar Inc. use one control lever for arm and swing control and another control lever for boom and bucket control. Similarly, Deere & Co. has a hydraulic excavator with one control lever for boom and swing control and another for arm and bucket control. In any case, the number of controls has been reduced to two, making machine operation much easier. However, these two lever control schemes are still not entirely desirable. The association of the implement links with the joysticks is completely free, and there is no correlation between the direction of movement of the implement links and that of the control levers. To cause the boom to raise, the arm to move toward the vehicle, and the bucket to rotate in, as in a typical grading operation, the operator on a Caterpillar hydraulic excavator manipulates the right-hand control handle diagonally rearward and to the left of the vehicle to rotate or rotate in the bucket and raise the boom, and the left-hand control handle rearward of the vehicle to move the arm.
Die wünschenswerte Korrelation der Gerätebewegung intuitiv mit den Steuerungen wurde nur teilweise in den bekannten Systemen erfüllt.The desirable correlation of device movement intuitively with the controls was only partially fulfilled in the known systems.
Ein solches System ist in US-A-4 059 196 beschrieben. Das hier gezeigte Steuersystem umfaßt einen manuellen Steuerhebel in der Form eines Miniaturarbeitsgerätes, das aus einem Miniaturausleger, Arm und Schaufel besteht. Zum Graben manipuliert der Bediener alle drei Elemente des Miniatursteuergerätes, um durch dieselben Bewegungen, wie das Grabgerät, zu gehen. Das Kaskadensteuersystem (master-slave Steuersystem) adressiert das Problem des Korrelierens der Steuerungen mit dem Arbeitsgerät, aber der Drei-Elementsteuerhebel ist effektiv ein Drei-Hebelsteuersystem, das inhärent dieselben zuvor genannten Mehrfachsteuerprobleme besitzt. Darüber hinaus gibt das Steuersystem nicht nur keinen angenehmen Griff, sondern es ist auch eigenartig, alle drei Elemente zu manipulieren, zu positionieren und zu koordinieren, um den Bedienungsablauf des Auslegers, des Arms und der Schaufel nachzumachen. Der Steuerhebel ist auch nicht von einer herkömmlichen Bauart und benötigt somit eine Spezialherstellung.Such a system is described in US-A-4 059 196. The control system shown here comprises a manual control lever in the form of a miniature implement consisting of a miniature boom, arm and bucket. To dig, the operator manipulates all three elements of the miniature controller to go through the same movements as the excavator. The cascade control system (master-slave control system) addresses the problem of correlating the controls with the implement, but the three-element joystick is effectively a three-lever control system, which inherently has the same multiple control problems mentioned above. In addition, not only does the control system not provide a comfortable grip, but it is also strange to manipulate, position and coordinate all three elements to mimic the operating sequence of the boom, arm and bucket. The joystick is also not of a conventional design and thus requires special manufacturing.
Ein anderes bekanntes System ist in US-A-4 645 030 beschrieben. Dieses beschreibt eine Multifunktionrichtungssteuereinheit, die unterschiedliche Hebel, Schalter und Knöpfe enthält, bei dem jedes separate Steuerelement mit einer Arbeitsbewegung assoziiert ist. Obwohl die Richtung der Steuerbewegungen des Menschen zumeist mit denen der gesteuerten Gerätebewegungen übereinstimmen, ist das Interface oder die Schnittstelle, die durch diese Steuereinheit aufgebaut wird, nicht intuitiv, noch stimmt sie mit den natürlichen Erwartungen überein. Darüber hinaus ist es immer noch notwendig, daß sich der Bediener an die 1:1-Auslegung jedes Steuerelements mit seiner entsprechenden Funktion gewöhnt und die multiplen Steuerelemente machen die Betätigung der Maschine leicht verwirrend und anspruchsvoll. Dieses System besitzt auch einen speziellen Aufbau und benötigt spezielle Herstellung.Another known system is described in US-A-4 645 030. This describes a multi-function directional control unit containing various levers, switches and buttons, where each separate control element is associated with a working movement. Although the direction of the human control movements mostly coincide with those of the controlled equipment movements, the interface or interface established by this control unit is not intuitive, nor does it match natural expectations. Moreover, it is still necessary for the operator to become accustomed to the 1:1 layout of each control element with its corresponding function and the multiple controls make the operation of the machine slightly confusing and challenging. This system also has a special structure and requires special manufacturing.
DE-A-2 230 897 zeigt ein Steuerhebelsystem, das nicht in einer Art arbeitet, die ermöglicht, daß die Bewegung des Steuerhebels der Bewegung des Gerätes oder Werkzeugs entspricht (obwohl es einen Steuerhebel mit einem Kopfteil zeigt, der drehbar ist bezüglich des Hauptteils des Steuerhebels) und er ist daher nicht intuitiv zu verwenden, sondern sieht ein System vor, gegenüber dem die vorliegende Erfindung abgegrenzt ist.DE-A-2 230 897 shows a control lever system which does not operate in a manner which enables the movement of the control lever to correspond to the movement of the device or tool (although it does show a control lever with a head part which is rotatable with respect to the main part of the control lever) and is therefore not intuitive to use, but provides a system from which the present invention is distinguished.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben genannten Probleme zu beseitigen.The present invention is directed to eliminating the above-mentioned problems.
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein intuitiveres Steuerinterface oder eine Schnittstelle zwischen dem Bediener und dem Fahrzeugarbeitsgerät oder Werkzeug vorzusehen, wobei die Steuerelemente und die Richtung und Geschwindigkeit der Gerätebewegungen, die sie steuern, eine logische Korrelation besitzen.It is a primary object of the present invention to provide a more intuitive control interface between the operator and the vehicle implement or tool, wherein the controls and the direction and speed of the implement movements they control have a logical correlation.
Weitere Ziele sind das Vorsehen eines Steuerrsystems, das leicht manipulierbar ist, um Bedienerstreß und Ermüdung zu reduzieren, sowie ein Steuersystem, das Steuerelemente herkömmlicher Form und Bauart verwenden, die keine spezielle Herstellung benötigen.Other objectives are to provide a control system that is easily manipulated to reduce operator stress and fatigue, and a control system that uses controls of conventional shape and design that do not require special manufacturing.
Gemäß der Erfindung ist ein Steuersystem vorgesehen, zum Steuern eines Arbeitsgerätes oder Werkzeuges an einem Fahrzeug, wobei das Arbeitsgerät folgendes aufweist: Eine erste Verbindung, die mit dem Fahrzeug verbunden ist, eine zweite Verbindung, die mit der ersten Verbindung verbunden ist, und eine Arbeitsvorrichtung, die mit der zweiten Verbindung verbunden ist, wobei die erste Verbindung, die zweite Verbindung und die Arbeitsvorrichtung steuerbar und schwenkbar in einer im wesentlichen vertialen Ebene bezüglich zueinander bewegbar sind, und hyraulische Betätigungsmittel zum Steuern der Arbeitsvorrichtung der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung ansprechend auf Steuersignale von dem Steuersystem, wobei das Steuersystem folgendes aufweist: einen Steuerhebel (joystick), der in erste und zweite Richtungen bewegbar ist zum Erzeugen elektrischer Signale entsprechend der Bewegung; undAccording to the invention there is provided a control system for controlling a working device or tool on a vehicle, the working device comprising: a first link connected to the vehicle, a second link connected to the first link, and a working device connected to the second link, the first link, the second link and the working device being controllably and pivotably movable in a substantially vertical plane with respect to one another, and hydraulic actuating means for controlling the working device of the second link and the first link in response to control signals from the control system, the control system comprising: a joystick movable in first and second directions for generating electrical signals corresponding to the movement; and
Steuermittel zum Liefern einer Vielzahl von Arbeitsgerätsteuersignalen an die hydraulischen Betätigungsmittel ansprechend auf den Empfang der elektrischen Signale;control means for providing a plurality of implement control signals to the hydraulic actuating means in response to receipt of the electrical signals;
dadurch gekennzeichnet, daß:characterized in that:
die Steuermittel so angeordnet sind, daß die Vertikalbewegung der Arbeitsvorrichtung gesteuert wird durch Bewegung des Steuerhebels in der Vertikalrichtung und Horizontalbewegung der Arbeitsvorrichtung gesteuert wird durch Bewegung des Steuerhebels in Horizontalrichtung; undthe control means are arranged so that the vertical movement of the working device is controlled by movement of the control lever in the vertical direction and horizontal movement of the working device is controlled by movement of the control lever in the horizontal direction; and
der Steuerhebel im wesentlichen horizontal angeordnet ist und um seine Längsachse drehbar ist.the control lever is arranged essentially horizontally and can be rotated about its longitudinal axis.
Die Steuermittel können betätigt werden zum Koordinieren der Bewegungen der Verbindungen und der Arbeitsvorrichtung, um eine resultierende Linearbewegung der Arbeitsvorrichtung zu bewirken.The control means may be operated to coordinate the movements of the links and the working device to effect a resultant linear movement of the working device.
In einem Beispiel wird die Bewegung der ersten Verbindung gesteuert durch Bewegung des Steuerhebels in der im wesentlichen vertikalen Richtung und die Bewegung der zweiten Verbindung wird gesteuert durch Bewegung des Steuerhebels in der im wesentlichen horizontalen Richtung; und die Steuermittel sind so angeordnet, daß die Bewegung der Arbeitsvorrichtung bezüglich der zweiten Verbindung gesteuert wird durch Drehbewegung des Steuerhebels um seine Längsachse.In one example, the movement of the first link is controlled by movement of the control lever in the substantially vertical direction and the movement of the second link is controlled by movement of the control lever in the substantially horizontal direction; and the control means are arranged so that the movement of the working device with respect to the second link is controlled by rotational movement of the control lever about its longitudinal axis.
Die vorliegende Erfindung verringert erheblich die Zeit, die benötigt wird, um einem unerfahrenen Bediener zu schulen. Zusätzlich ist das System intuitiv und besitzt keine willkürliche Steuerelement-Funktionsauslegung. Die Steuerhebel können herkömmlicher Bauart und Herstellung sein.The present invention significantly reduces the time required to train an inexperienced operator. In addition, the system is intuitive and does not have arbitrary control function design. The control levers can be of conventional design and manufacture.
Für ein besseres Verständnis der zwei Beispiele der Steuersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen; in der Zeichnung zeigt:For a better understanding of the two examples of the control systems according to the present invention, reference is now made to the drawing, in which:
Fig. 1 eine Diagrammansicht des intuitiven Steuerhebelsteuersystems und des Arbeitsgerätes;Fig. 1 is a diagrammatic view of the intuitive joystick control system and implement;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht des intuitiven Steuerhebelsteuersystems, das bezüglich des Bedienersitzes angebracht ist;Fig. 2 is an isometric view of the intuitive joystick control system mounted relative to the operator seat;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrzeugs, das eine Schaufelebnungsbewegung durchführt, wobei mit gestrichelten Linien die Gerätebewegung dargestellt ist;Fig. 3 is a side view of the vehicle performing a shovel leveling movement, with the device movement being shown in dashed lines;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der koordinierten Steuerimplementierung.Fig. 4 is a block diagram of the coordinated control implementation.
In Fig. 1 ist eine diagrammatische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des intuitiven Steuerhebelsteuersystems 10 gezeigt. Fahrzeuge, die geeignet sind für die Anwendung des vorliegenden Steuersystems sind baggerartige Erdbewegungs- oder Forst- oder Zugmaschinen, wie zum Beispiel Bagger, Tiefschaufelbagger, Schaufelbagger, Radlader, Raupenlader und Schienen- oder Rollenfahrzeuge (Fahrzeuge nicht gezeigt). Das gesteuerte Arbeitsgerät 11 besteht typischerweise aus Verbindungen, wie zum Beispiel einem Ausleger 12 und einem Arm 13 und einer Arbeitsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Schaufel oder Löffel 14. Die Gerätekonfiguration kann sich jedoch von Maschine zu Maschine un- terscheiden und die Konfiguration kann eine andere Arbeitsvorrichtung als eine Schaufel oder einen Eimer aufweisen, wie zum Beispiel eine Greifschaufel oder einen Greifer. In bestimmten Maschinen, wie zum Beispiel dem Bagger, ist die Bedienerkabine zusammen mit dem Arbeitsgerät drehbar entlang einer Fahrzeugmittelachse; in anderen, wie zum Beispiel einem Tiefschaufelbagger, ist die Bedienerkabine stationär und das Arbeitsgerät ist schwenkbar zu einer anderen Stelle, und zwar an dem Schwenkpunkt an der Basis des Auslegers. Dieser Unterschied ist nicht erheblich und die Implementierung des intuitiven Steuerhebelsteuersystems in den zwei Fällen ist im wesentlichen identisch.In Fig. 1, a diagrammatic view of an embodiment of the intuitive joystick control system 10 is shown. Vehicles suitable for application of the present control system are excavator-type earthmoving or forestry or tractor machines, such as excavators, backhoes, shovel excavators, wheel loaders, track loaders, and rail or roller vehicles (vehicles not shown). The controlled implement 11 typically consists of linkages such as a boom 12 and arm 13 and a working device such as a shovel or bucket 14. However, the device configuration may vary from machine to machine and the configuration may include a working device other than a shovel or bucket, such as a grapple bucket or grab. In certain machines, such as the excavator, the operator's cab is rotatable along a vehicle center axis together with the implement; in others, such as a backhoe, the operator's cabin is stationary and the working device can be swivelled to another location, namely at the Pivot point at the base of the boom. This difference is not significant and the implementation of the intuitive joystick control system in the two cases is essentially identical.
Das Arbeitsgerät 11 des Fahrzeugs wird im allgemeinen in einer vertikalen Ebene 49 betätigt und ist mit der Bedienerkabine schwenkbar zu einer Vielzahl von zweiten Ebenen, die unterschiedlich sind von der ersten Ebene, durch Drehen der Fahrzeugplattform oder durch Schwenken an der Schwenkbasis des Auslegers. Der Ausleger 12 wird betätigt durch zwei hydraulische Zylinder 15, 16, die das Heben und Herablassen des Arbeitsgerätes 11 ermöglichen. Der Arm 13 wird in Richtung und weg von dem Fahrzeug gezogen durch einen hydraulischen Zylinder 17. Ein anderer hydraulischer Zylinder 18 "öffnet" und "schließt" die Schaufel oder den Löffel. Die hydraulische Strömung zu den Gerätezylindern wird reguliert durch hydraulische Steuerventile 21, 22, 20 bzw. 19.The implement 11 of the vehicle is generally operated in a vertical plane 49 and is pivotable with the operator's cab to a plurality of second planes different from the first plane by rotating the vehicle platform or by pivoting the boom pivot base. The boom 12 is operated by two hydraulic cylinders 15, 16 which enable the raising and lowering of the implement 11. The arm 13 is pulled toward and away from the vehicle by a hydraulic cylinder 17. Another hydraulic cylinder 18 "opens" and "closes" the bucket or shovel. The hydraulic flow to the implement cylinders is regulated by hydraulic control valves 21, 22, 20, and 19, respectively.
Das Bedienerinterface für die Steuerung des Arbeitsgeräts besteht aus zwei Steuerhebeln, wobei einer horizontal und der andere vertikal angebracht ist zum leichten Erreichen, auf der rechten und linken Seite des Bedienersitzes. Die Steuerhebel sind induktive Steuerhebel herkömmlicher Bauart, wie zum Beispiel einer der durch CTI Electronics of Bridgeport, CT, USA, hergestellt ist, aber es können auch andere Arten verwendet werden. Der horizontal angebrachte Steuerhebel 23 besitzt drei Bewegungsgrade, die alle in einer Ebene 50 liegen, die im wesentlichen parallel zu der Arbeitsgeräteebene 49 ist: in Richtung des Vorder- und des Hinterteils des Fahrzeugs (gezeigt durch Pfeil 25), vertikal nach oben und nach unten (gezeigt durch Pfeil 26) und drehmäßig (gezeigt durch Pfeil 27) entlang seiner Längsmittelachse 52. Der vertikal angebrachte Steuerhebel 24 ist zur linken und rechten Seite des Fahrzeugs bewegbar (gezeigt durch Pfeil 28). Der horizontal angebrachte Steuerhebel 23 erzeugt ein Signal für jedes entsprechende Grad der Bewegung, wobei jedes Signal die Steuerhebelversetzungsrichtung und die Geschwindigkeit aus der neutralen Position darstellt. In ähnlicher Weise erzeugt der vertikal angebrachte Steuerhebel 24 ein Signal für die Links-Rechts-Versetzungsrichtung und Geschwindigkeit für die Geräteseitenschwenksteuerung. Die elektrischen Signale werden durch eine Steuerung 30 empfangen, die darauf ansprechen, eine Vielzahl von Arbeitsgerätesteuersignalen an die hydraulischen Steuerventile 19, 20, 21, 22 liefert.The operator interface for controlling the implement consists of two control levers, one mounted horizontally and the other vertically for easy access, on the right and left sides of the operator's seat. The control levers are inductive control levers of conventional design, such as one manufactured by CTI Electronics of Bridgeport, CT, USA, but other types may be used. The horizontally mounted control lever 23 has three degrees of movement, all of which lie in a plane 50 that is substantially parallel to the implement plane 49: toward the front and rear of the vehicle (shown by arrow 25), vertically up and down (shown by arrow 26), and rotationally (shown by arrow 27) along its longitudinal center axis 52. The vertically mounted control lever 24 is movable to the left and right sides of the vehicle (shown by arrow 28). The horizontally mounted control lever 23 generates a signal for each corresponding degree of movement, each signal representing the control lever displacement direction and speed from the neutral position. Similarly, the vertically mounted control lever 24 generates a signal for the left-right displacement direction and speed for the implement side swing control. The electrical signals are received by a controller 30 which is responsive to supply a plurality of implement control signals to the hydraulic control valves 19, 20, 21, 22.
In Fig. 2 ist eine isometrische Ansicht des Bedienersitzbereichs und der manuellen Steuerungen gezeigt. Der Bediener kann, wenn er in dem Sitz 31 sitzt, seine oder ihre Arme auf den Armlehnen 32 auflegen, wo die Steuerhebel 23, 24 leicht erreicht werden können.In Fig. 2, an isometric view of the operator seating area and manual controls is shown. The operator, when seated in the seat 31, can rest his or her arms on the armrests 32 where the control levers 23, 24 can be easily reached.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steuern die Steuerhebel die Arbeitsgeräteverbindungen unabhängig voneinander. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht jede Bewegungsachse des horizontal angebrachten Steuerhebels einer bestimmten Verbindung an dem Gerät. Dies ist ähnlich zu den derzeitigen Konventionen von baggerartigen Maschinensteuerungen. Der Bediener muß somit für die Geometrie des Arbeitsgerätes kompensieren, wobei jede Verbindung, wenn sie betätigt wird, einem Bogen an jedem entsprechenden Schwenkpunkt folgt. Um die Schaufel bei bestimmten Grabvorgängen eben zu halten, muß der Bediener zum Beispiel für den Bogen beim Heben und Senken des Auslegers kompensieren, während er die Armbewegung und das Schaufeldrehen oder -eindrehen steuert. Trotzdem ist dieses Ausführungsbeispiel noch intuitiver als herkömmliche Bauarten.According to one embodiment of the present invention, the joysticks control the implement links independently of one another. In this embodiment, each axis of movement of the horizontally mounted joystick corresponds to a specific link on the implement. This is similar to current conventions of excavator-type machine controls. The operator must thus compensate for the geometry of the implement, with each link following an arc at each corresponding pivot point when actuated. For example, to keep the bucket level during certain digging operations, the operator must compensate for the arc of raising and lowering the boom while controlling the arm movement and bucket rotation or retraction. Nevertheless, this embodiment is still more intuitive than conventional designs.
In einem anderen und dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuerung der Verbindungsbewegungen simultan koordiniert. In Fig. 3 ist ein Fahrzeug 34 gezeigt, das eine Schaufelebnungsbewegung durchführt. Beim Ziehen der Schaufel, und zwar eben in Richtung des Fahrzeugs, müssen alle drei Verbindungen simultan und koordiniert gesteuert werden. In dem ersten gestrichelten Umriß 35 ist der Arm ausgefahren und der Löffel oder die Schaufel ist in einer geschlossenen Position. Wenn das Gerät in die Position, die in dem zweiten gestrichelten Umriß 36 gezeigt ist, gezogen wird, wird der Ausleger angehoben, der Arm ist näher am Fahrzeug und die Schaufel ist in einer offeneren Position. In der Endposition, die durch den durchgezogenen Umriß 37 gezeigt ist, ist der Ausleger abgesenkt, der Arm ist eingezogen und die Schaufel ist offen. Bei einem Fahrzeug mit herkömmlichen Steuerungen, wo jede Verbindung unabhängig voneinander gesteuert wird, müssen alle Verbindungsbewegungen explizit durch den Bediener gesteuert und manipuliert werden. Da das Hauptanliegen des Fahrzeugbedieners die Plazierung der Schaufel ist, ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung eine exakte Bedienerversetzung und Richtungssteuerung der Schaufel unabhängig von der Geometrie des Arbeitsgerätes. Daher muß der Bediener zur Durchführung einer ebenen Schaufelbewegung, wie zum Beispiel bei der Bodenendbearbeitung, nur den horizontal angebrachten Steuerhebel 23 in Richtung des Vorder- oder Hinterteils des Fahzeugs bewegen.In another and preferred embodiment, the control of the linkage movements is coordinated simultaneously. In Fig. 3, a vehicle 34 is shown performing a bucket leveling movement. When pulling the bucket, level toward the vehicle, all three links must be controlled simultaneously and in a coordinated manner. In the first dashed outline 35, the arm is extended and the bucket or scoop is in a closed position. When the device is pulled to the position shown in the second dashed outline 36, the boom is raised, the arm is closer to the vehicle, and the bucket is in a more open position. In the final position shown by the solid outline 37, the boom is lowered, the arm is retracted, and the bucket is open. In a vehicle with conventional controls, where each link is controlled independently, all link movements must be explicitly controlled and manipulated by the operator. Since the primary concern of the vehicle operator is bucket placement, the second embodiment of the invention allows precise operator displacement and directional control of the bucket regardless of the geometry of the implement. Therefore, to perform a planar bucket movement, such as in soil finishing, the operator only has to move the horizontally mounted control lever 23 toward the front or rear of the vehicle.
In Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der koordinierten Steuerimplementierung gezeigt. Die elektrischen Signale, die durch die Steuerhebel erzeugt werden, sind als Steuerhebelgeschwindigkeitsanforderungseingaben in das Blockdiagramm gezeigt. Diese Geschwindigkeitsanforderungs- oder Soll-Signale sind in kartesischen Koordinaten angegeben, und zwar entsprechend der Steuerhebelbewegung. Die Geschwindigkeitsanforderungen werden bei 60 in ein unterschiedliches Koordinatensystem transformiert, und zwar basierend auf der Konfiguration und Position der Verbindungen. Die Geschwindigkeitstransformation empfängt auch Verbindungspositionsdaten von Sensoren, wie zum Beispiel Verbindungswinkelauflösern und Zylinderpositionssensoren, die in der Technik bekannt sind. Es wird Bezug genommen auf Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control von Richard P. Paul, MIT Press, 1981. Die Zylindergeschwindigkeitsanforderungen (oder Gelenkwinkelgeschwindigkeit) von diesem Übersetzungsvorgang werden im Block 62 skaliert durch einen Faktor, der in dem proportionalen Strömungssteuerblock 61 erhalten wird. Proportionale hydraulische Strömungssteuerung ist in US-A-4 712 376 beschrieben. Das Grundkonzept der proportionalen Strömungssteuerung beinhaltet das Berechnen der hydraulischen Strömungsmenge, die für Gerätebetätigung unter den derzeitigen Betriebszuständen erhältlich ist (d. h.: Motordrehzahl, Fahrzeugbewegung, usw.). Die resultierende skalierte Geschwindigkeitsanforderung vom Block 62 wird auf den Geschwindigkeitssteuerblock 63 übertragen, wo eine offene oder geschlossene Steuerschleife, die hydraulischen Ventilgeschwindigkeitsteuersignale feststellt, um die Zylindergeschwindigkeitsanforderung zu erfüllen. Solche offenen oder geschlossenen Steuerschleifensysteme sind im Gebiet der Steuerlehre bekannt. Die hydraulischen Steuerventilsignale werden komplementiert mit einem anderen Satz Signale zum Eliminieren von Fehlern, die bei der kartesischen zur Verbindungskoordinatentransformation eingeführt wurden.A block diagram of the coordinated control implementation is shown in Fig. 4. The electrical signals generated by the joysticks are shown as joystick speed request inputs to the block diagram. These speed request or command signals are specified in Cartesian coordinates corresponding to joystick movement. The speed requests are transformed at 60 into a different coordinate system based on the configuration and position of the links. The velocity transformation also receives link position data from sensors such as link angle resolvers and cylinder position sensors known in the art. Reference is made to Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control by Richard P. Paul, MIT Press, 1981. The cylinder velocity (or joint angular velocity) requests from this translation process are scaled in block 62 by a factor obtained in the proportional flow control block 61. Proportional hydraulic flow control is described in US-A-4,712,376. The basic concept of proportional flow control involves calculating the amount of hydraulic flow available for equipment actuation under the current operating conditions (ie: engine speed, vehicle motion, etc.). The resulting scaled velocity request from block 62 is transferred to the velocity control block 63 where an open or closed control loop determines the hydraulic valve velocity control signals to meet the cylinder velocity request. Such open or closed loop control systems are well known in the field of control theory. The hydraulic control valve signals are complemented with another set of signals to eliminate errors introduced in the Cartesian to link coordinate transformation.
Im Block 64 werden die Steuerhebelgeschwindigkeitsanforderungen mit demselben Faktor skaliert, der in proportionaler Strömungssteuerung erhalten wird. Die skalierten Steuerhebelgeschwindigkeitsbefehle werden über die Zeit integriert, um Positionsbefehle 65 zu erhalten und zu den Verbindungskoordinaten 66 transformiert. Diese Transformation ist ähnlich zu dem Transformationsvorgang im Block 60. Der Ausgang des Positionstransformationsblocks 66 wird auf eine andere offene oder geschlossene Steuerschleife 67 übergeben, wo das hydraulische Ventilpositionssteuersignal festgestellt wird. Die hydraulischen Ventilsteuersignale von beiden Zweigen werden bei 68 kombiniert, um an den letzten Zylinderventilsteuersignalen für das Arbeitsgerät anzukommen.In block 64, the joystick speed requests are scaled by the same factor obtained in proportional flow control. The scaled joystick speed commands are integrated over time to obtain position commands 65 and transformed to the link coordinates 66. This transformation is similar to the transformation process in block 60. The output of the position transformation block 66 is applied to another open or closed control loop. 67 where the hydraulic valve position control signal is detected. The hydraulic valve control signals from both branches are combined at 68 to arrive at the final cylinder valve control signals for the implement.
Die oben beschriebenen kartesischen zu Verbindungskoordinatentransformationen verwenden den Schaufelstift als Bezugspunkt und beziehen sich nicht auf die Schaufelschwenkposition. Es ist jedoch für den Bediener intuitiver, das Fahrzeug mit der Schaufelschwenkung zu betätigen, da die signifikante Endpunktübersetzung leicht ausgedehnt werden kann, um die Schaufelverbindung aufzunehmen.The Cartesian to link coordinate transformations described above use the bucket pin as the reference point and do not reference the bucket swing position. However, it is more intuitive for the operator to operate the vehicle using the bucket swing because the significant endpoint translation can be easily extended to accommodate the bucket linkage.
Zum Steuern des Gerätes bewegt der Bediener die Steuerhebelsteuerungen als ob das Gerät eine Verlängerung seines linken oder rechten Arms sei. Um zu bewirken, daß sich das Gerät nach außen von dem Fahrzeug bewegt, drückt der Bediener den rechten Steuerhebel nach außen in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs. Um zu bewirken, daß sich das Gerät nach oben bewegt, hebt er den rechten Steuerhebel nach oben. Um zu bewirken, daß sich der Löffel schließt oder eindreht, dreht er sein Handgelenk ein, was wiederum den rechtbn Steuerhebel dreht. Bei einem Ausführungsbeispiel entsprechen die Richtung und die Geschwindigkeit der Geräteverbindungen unabhängig voneinander direkt der Bewegung der Steuerhebelsteuerungen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel entsprechen die Steuerhebelbewegungen direkt der Bewegung der Schaufel. Das zweite Ausführungsbeispiel wird bevorzugt, da es dem Bediener mit direkter Steuerung der räumlichen Plazierung der Schaufel an der Arbeitsstelle vorsieht. Dies kann man sich leicht vorstellen, wenn man den menschlichen Arm mit dem Arbeitsgerät vergleicht, und zwar mit Schwenkpunkten an der Schulter, dem Ellenbogen und dem Handgelenk. Beim Greifen nach einem Objekt ist die Plazierung und die Bewegung des Arms, Unterarms und des Ellenbogens ohne Bedeutung; die Konzentration liegt auf der Plazierung und dem Bewegungspfad der Hand. Der linke Steuerhebel steuert die seitliche Verschwenkung des Geräts zu einer unterschiedlichen Arbeitsstelle.To control the implement, the operator moves the joystick controls as if the implement were an extension of his left or right arm. To cause the implement to move outward from the vehicle, the operator pushes the right joystick outward toward the front of the vehicle. To cause the implement to move upward, he raises the right joystick upward. To cause the bucket to close or retract, he turns his wrist in, which in turn rotates the right joystick. In one embodiment, the direction and speed of the implement links independently correspond directly to the movement of the joystick controls. In another embodiment, the joystick movements directly correspond to the movement of the bucket. The second embodiment is preferred because it provides the operator with direct control of the spatial placement of the bucket at the work site. This can be easily imagined by comparing the human arm to the implement, with pivot points at the shoulder, elbow, and wrist. When reaching for an object, the placement and Movement of the arm, forearm and elbow is irrelevant; the focus is on the placement and path of the hand. The left control lever controls the lateral pivoting of the device to a different work location.
Da das Steuerschema die natürlichen Erwartungen betrifft, sollte es erheblich weniger Zeit brauchen, um damit bekannt und leistungsfähig bei der Betätigung von Fahrzeugen zu werden, die mit der Erfindung ausgerüstet sind. Es verringert auch den Streß und die Ermüdung des Betätigers, da es erheblich weniger Konzentration zur Betätigung erfordert.Since the control scheme addresses natural expectations, it should take significantly less time to become familiar with and efficient in operating vehicles equipped with the invention. It also reduces operator stress and fatigue since it requires significantly less concentration to operate.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29818195U1 (en) | 1998-10-12 | 1999-01-07 | DREEFS GmbH Schaltgeräte und Systeme, 96364 Marktrodach | Switches for optional parallel or series connection |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5160239A (en) * | 1988-09-08 | 1992-11-03 | Caterpillar Inc. | Coordinated control for a work implement |
GB2250108B (en) * | 1990-10-31 | 1995-02-08 | Samsung Heavy Ind | Control system for automatically controlling actuators of an excavator |
JP2568422Y2 (en) * | 1992-01-24 | 1998-04-15 | 株式会社小松製作所 | Working machine operating device for articulated construction machinery |
US5424623A (en) * | 1993-05-13 | 1995-06-13 | Caterpillar Inc. | Coordinated control for a work implement |
US5421694A (en) * | 1993-05-20 | 1995-06-06 | Caterpillar Inc. | Non-contacting joystick |
US5383390A (en) * | 1993-06-28 | 1995-01-24 | Caterpillar Inc. | Multi-variable control of multi-degree of freedom linkages |
US5576704A (en) * | 1994-12-01 | 1996-11-19 | Caterpillar Inc. | Capacitive joystick apparatus |
US5924516A (en) * | 1996-01-16 | 1999-07-20 | Clark Equipment Company | Electronic controls on a skid steer loader |
US6032093A (en) * | 1996-07-17 | 2000-02-29 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for restricting implement movement of a work machine |
JP5322445B2 (en) * | 2008-01-28 | 2013-10-23 | ユニキャリア株式会社 | Reach-type forklift accelerator operating device |
DE102012002992A1 (en) * | 2012-02-15 | 2013-08-22 | Claas Selbstfahrende Erntemaschinen Gmbh | Agricultural work vehicle |
US9004218B2 (en) | 2013-06-23 | 2015-04-14 | Cnh Industrial America Llc | Joystick with improved control for work vehicles |
JP6690875B2 (en) * | 2015-11-17 | 2020-04-28 | キャタピラー エス エー アール エル | Working machine operating device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3388821A (en) * | 1966-09-22 | 1968-06-18 | Warner Swasey Co | Hydraulic control means for loaders |
CA951224A (en) * | 1971-06-25 | 1974-07-16 | Applied Power Industries | Flexible cable hydraulic control means |
US3892286A (en) * | 1973-06-26 | 1975-07-01 | Sperry Rand Corp | Fine speed control for a vehicle |
JPS6286234A (en) * | 1985-10-09 | 1987-04-20 | Komatsu Ltd | Controller for working machine in power shovel |
JPH0762803B2 (en) * | 1985-11-02 | 1995-07-05 | 日立建機株式会社 | Drive control device for arm type working machine |
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1989
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29818195U1 (en) | 1998-10-12 | 1999-01-07 | DREEFS GmbH Schaltgeräte und Systeme, 96364 Marktrodach | Switches for optional parallel or series connection |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02101511A (en) | 1990-04-13 |
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EP0361666B1 (en) | 1994-03-02 |
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CA1314790C (en) | 1993-03-23 |
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