RU2809499C1 - Command input device for excavator control system - Google Patents

Command input device for excavator control system Download PDF

Info

Publication number
RU2809499C1
RU2809499C1 RU2023117551A RU2023117551A RU2809499C1 RU 2809499 C1 RU2809499 C1 RU 2809499C1 RU 2023117551 A RU2023117551 A RU 2023117551A RU 2023117551 A RU2023117551 A RU 2023117551A RU 2809499 C1 RU2809499 C1 RU 2809499C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
handle
angle
magnet
input device
command input
Prior art date
Application number
RU2023117551A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Дунаев
Инесса Владимировна Чендрикова
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт"
Application granted granted Critical
Publication of RU2809499C1 publication Critical patent/RU2809499C1/en

Links

Abstract

FIELD: control systems.
SUBSTANCE: controls for operation of an excavator, where reliability and validity of generation of the control commands from the operator is required. Additional technical results are the elimination of the influence of abrasive dust on abrasion and wear of mechanisms due to installation of protective corrugation. The command input device for the excavator control system contains a drive with self-return mechanisms in two planes with torsion springs, a mechanism for fixing the handle in the neutral position, consisting of a spring-loaded ball in contact with a spherical surface having a ball catcher in the centre, three angle sensor channels per each of the 2 coordinates of handle movement, where each channel consists of a microcircuit using Hall sensors and a magnet. The microcircuits are mounted on angle sensor boards, combined into two three-channel angle sensor blocks. All six channels of angle sensors are combined by one controller board, which includes three controller channels common to all angle sensors with their own power supplies. The device contains a housing consisting of four walls with installed bearings; an axis is installed in the bearings of two opposite walls, at one end of which a magnet and a rocker with a magnet are fixed. In this case, a pin is inserted in the centre of the axis, to which is attached a fork with a rod on which the handle is attached, and the other end of the axis is used to fasten the clamp, which holds a pin for engaging the whiskers of a torsion spring mounted on the same axis. In addition, the other two walls serve for fastening two axle shafts, on one of which a torsion spring and a clamp with a pin for engaging the spring moustache are mounted, the other axle shaft holds the clamp, and also a magnet and a rocker with a magnet are attached to its end. At the ends of two clamps located on two axle shafts, a guide is fixed, the groove of which limits the angle of inclination of the handle.
EFFECT: non-contact measurement of the angle of rotation of the handle in all directions within 360° with a self-return function from any position to a neutral position, provided by a two-coordinate mechanism for moving the handle with angle measurement along each of the two coordinates of movement with three-channel redundancy of angle sensors for each coordinate.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к органам управления работой экскаватора, где требуется надежность и достоверность формирования команд управления от оператора.The invention relates to controls for the operation of an excavator, where reliability and reliability of the generation of control commands from the operator is required.

Известна полезная модель «Устройство ручного управления подвижным объектом» по патенту РФ №37068 с датой публикации 10.04.2004, предназначенная для формирования электрических сигналов как раздельно, так и одновременно по трем взаимно перпендикулярным каналам управления в ручных электродистанционных системах управления подвижными наземными объектами. Устройство содержит корпус, рукоятку, кинематически связанную посредством трехстепенного карданного узла с пружинными механизмами загрузки и электрическими датчиками, формирующими сигналы по трем взаимно перпендикулярным каналам управления. Электрические датчики по трем каналам управления установлены на единой плате, неподвижно закрепленной к нижней части корпуса с возможностью обеспечения 2÷4-кратного резервирования электрических сигналов.There is a well-known utility model “Device for manual control of a moving object” according to RF patent No. 37068 with a publication date of April 10, 2004, intended for generating electrical signals both separately and simultaneously along three mutually perpendicular control channels in manual fly-by-wire control systems for moving ground objects. The device contains a body, a handle, kinematically connected through a three-degree cardan unit with spring loading mechanisms and electrical sensors that generate signals along three mutually perpendicular control channels. Electrical sensors for three control channels are installed on a single board, fixedly fixed to the bottom of the housing with the ability to provide 2÷4-fold redundancy of electrical signals.

Известна полезная модель «Двухкоординатный командоаппарат» по патенту РФ №53468 с датой публикации 10.05.2006, относящаяся к дистанционным устройствам управления, в частности, к устройствам систем дистанционного управления последовательно или одновременно по осям X и Y подвижными наземными объектами. Двухкоординатный командоаппарат содержит корпус с установленным в нем цилиндрическим рычагом управления, конец которого сопряжен с шаровым подшипником и продольными пазами двух качающихся рычагов, оси качающихся рычагов размещены в одной горизонтальной плоскости взаимно перпендикулярно и задатчики. В командоаппарат введены основание, регулировочные элементы, установленные в корпусе упругий обжимающий элемент, резьбовую втулку и подпружинивающий элемент, зубчатую передачу, выполненную в виде зубчатых секторов, жестко зафиксированных на осях, находящихся в зацеплении с зубчатыми колесами, размещенные на осях задатчиков, при этом шаровой подшипник установлен в обжимающем упругом элементе, который внутренней поверхностью взаимодействует со сферической поверхностью шарового подшипника, внешней боковой поверхностью - с резьбовой втулкой, а нижней торцевой поверхностью - с подпружинивающим элементом, расположенным между нижней торцевой поверхностью обжимающего упругого элемента и днищем корпуса, при этом качающиеся рычаги взаимодействуют с задатчиками, посредством зубчатой передачи, зубчатые сектора, которой жесткими упорами взаимодействуют с упругими элементами, а также с регулировочными элементами в момент положения рычага управления в его крайних положениях, кроме того, задатчики установлены в основании, закрепленном на корпусе. Подпружинивающий элемент выполнен в виде волнообразной пружины. Регулировочные элементы выполнены в виде винтов.There is a well-known utility model “Two-coordinate command apparatus” according to RF patent No. 53468 with a publication date of 05/10/2006, relating to remote control devices, in particular, to devices of remote control systems sequentially or simultaneously along the X and Y axes of moving ground objects. The two-axis command device contains a housing with a cylindrical control lever installed in it, the end of which is associated with a ball bearing and longitudinal grooves of two swinging arms, the axes of the swinging arms are located in the same horizontal plane, mutually perpendicular, and setpoints. The command apparatus includes a base, adjusting elements, an elastic squeezing element installed in the housing, a threaded bushing and a spring element, a gear train made in the form of gear sectors, rigidly fixed on the axes meshed with gear wheels, placed on the axes of the setters, with a ball the bearing is installed in a squeezing elastic element, which interacts with the inner surface of the spherical surface of the ball bearing, the outer side surface with a threaded bushing, and the lower end surface with a spring element located between the lower end surface of the squeezing elastic element and the bottom of the housing, with swing arms interact with the setpoints through a gear transmission, gear sectors, with which rigid stops interact with the elastic elements, as well as with the adjusting elements when the control lever is in its extreme positions; in addition, the setpoints are installed in the base, fixed to the body. The spring element is made in the form of a wavy spring. The adjusting elements are made in the form of screws.

Известно изобретение «Рукоятка боковой ручки органа управления» по патенту РФ №2638049 с датой публикации 11.12.2017, относящееся в целом к рукояткам боковой ручки органа управления, которые с пользой предоставлены как интерфейс оператора для разных устройств, чтобы позволить оператору осуществлять различные вводы сигналов ручного управления. Рукоятка боковой ручки органа управления содержит основание, продолговатую стойку рукоятки, простирающуюся вверх от основания, головку у верхней концевой части стойки рукоятки, и поверхность опоры большого пальца, простирающуюся вбок и вверх относительно стойки рукоятки. Головка включает в себя разделенную лицевую поверхность, ограничивающую внутреннюю лицевую поверхность и наружную лицевую поверхность, расположенные в плане рядом друг с другом, и внутреннюю нажимную кнопку и наружную нажимную кнопку соответственно, причем плоские верхние поверхности упомянутой внутренней нажимной кнопки и упомянутой наружной нажимной кнопки, соответственно, образуют между ними угол от 10 до 15 градусов.The invention “Handle of the side control handle” is known under RF patent No. 2638049 with a publication date of December 11, 2017, relating generally to the handles of the side control handle, which are usefully provided as an operator interface for different devices to allow the operator to make various inputs of manual signals. management. The side control handle includes a base, an elongated handle post extending upward from the base, a head at an upper end portion of the handle post, and a thumb support surface extending laterally and upward relative to the handle post. The head includes a divided face surface defining an inner face surface and an outer face surface disposed adjacent to each other in plan, and an inner push button and an outer push button, respectively, with flat top surfaces of said inner push button and said outer push button, respectively , form an angle between them of 10 to 15 degrees.

Известен магнитный джойстик из патента РФ №171081 на полезную модель с датой публикации 19.05.2017, относящийся к области устройств дистанционного управления техническими объектами, а именно к джойстикам, основанным на использовании магнитных сенсоров, реагирующих на изменение магнитного потока при изменении положения задающего органа управления. Магнитный джойстик содержит магнитный шар с закрепленным на одном из его магнитных полюсов рычагом, установленный в немагнитном корпусе с возможностью поворота, и два магниточувствительных датчика, закрепленных на немагнитном корпусе. При этом магнитный шар опирается на коническую поверхность фаски отверстия в немагнитном корпусе, в котором соосно с этим отверстием закреплен ферромагнитный стержень.A magnetic joystick is known from RF patent No. 171081 for a utility model with a publication date of May 19, 2017, which relates to the field of remote control devices for technical objects, namely joysticks based on the use of magnetic sensors that respond to changes in magnetic flux when the position of the master control changes. The magnetic joystick contains a magnetic ball with a lever attached to one of its magnetic poles, installed in a non-magnetic housing with the ability to rotate, and two magnetically sensitive sensors mounted on the non-magnetic housing. In this case, the magnetic ball rests on the conical surface of the chamfer of a hole in a non-magnetic housing, in which a ferromagnetic rod is fixed coaxially with this hole.

Известен контроллер для управления транспортным средством из патента РФ №186307 на полезную модель, относящийся к железнодорожному транспорту, к устройствам для управления тяговыми двигателями и тормозным оборудованием транспортного средства, а именно к контроллерам «тяга-торможение». Контроллер содержит корпус, крышку, установленную в прорези крышки поворотную рукоять с диском, жестко закрепленным на установленном в подшипниках в корпусе валу, соединенный посредством зубчатой передачи с последним привод рукояти механизм управления приводом, фиксатор рукояти, смонтированные на одном конце вала датчики его углового перемещения, разъемы. Привод рукояти выполнен в виде электродвигателя малошагового, механизм управления приводом выполнен в виде соединенного с подпружиненной кнопкой и размещенного в рукояти штока с магнитом на его нижнем конце и электронных плат, связанных с электродвигателем малошаговым, разъемом и платами датчиков углового перемещения вала, выполненными в виде магнитов, фиксатор рукояти, выполнен в виде смонтированного на другом конце вала рукояти кулачка и закрепленного на корпусе с рычажно-пружинного механизма. На корпусе установлены разъемы для подсоединения к соответствующей схеме управления транспортным средством в режиме «одиночного движения» или «движение с поездом» и выбора режима, а также на крышке с двух сторон от прорези для рукояти нанесены шкалы и вмонтированы индикаторы режима работы.A controller for controlling a vehicle is known from RF patent No. 186307 for a utility model, related to railway transport, to devices for controlling traction motors and braking equipment of a vehicle, namely to “traction-braking” controllers. The controller contains a housing, a cover, a rotary handle installed in a slot in the cover, with a disk rigidly mounted on a shaft mounted in bearings in the housing, a drive control mechanism connected by means of a gear transmission to the handle drive, a handle lock, sensors for its angular displacement mounted at one end of the shaft, connectors. The handle drive is made in the form of a small-step electric motor, the drive control mechanism is made in the form of a rod connected to a spring-loaded button and placed in the handle with a magnet at its lower end and electronic boards associated with the small-step electric motor, a connector and shaft angular displacement sensor boards made in the form of magnets , the handle lock, is made in the form of a cam mounted on the other end of the handle shaft and attached to the body with a lever-spring mechanism. The body has connectors for connecting to the corresponding vehicle control circuit in the “single movement” or “moving with a train” mode and selecting the mode, and also on the cover on both sides of the slot for the handle there are scales and operating mode indicators are mounted.

Известна полезная модель «Джойстик для управления подвижным объектом» по патенту РФ №202708 с датой публикации 03.03.2021. Полезная модель может быть использована в качестве средства ручного управления для подвижных объектов, частями их оборудования. Джойстик содержит продолговатую рукоятку, верхняя концевая часть которой снабжена головкой с размещенными на ее лицевой стороне кнопками, датчик положения, способный измерять отклонение рукоятки, основание, в котором размещена плата управления, связанная с кнопками и датчиком положения, в боковой поверхности рукоятки выполнены выемки для пальцев и кистевой упор в виде горизонтальной полки, при этом кнопки на головке рукоятки размещены на траектории движении большого пальца и часть из них выполнена с различающейся друг от друга фактурой поверхности. Дополнительно джойстик может содержать по меньшей мере одну кнопку, размещенную на боковой поверхности рукоятки.The utility model “Joystick for controlling a moving object” is known under RF patent No. 202708 with a publication date of 03/03/2021. The utility model can be used as a means of manual control for moving objects and parts of their equipment. The joystick contains an oblong handle, the upper end part of which is equipped with a head with buttons located on its front side, a position sensor capable of measuring the deflection of the handle, a base in which a control board is located connected to the buttons and a position sensor, and there are recesses for fingers in the side surface of the handle and a wrist rest in the form of a horizontal shelf, while the buttons on the head of the handle are placed on the trajectory of the thumb and some of them are made with a surface texture that differs from each other. Additionally, the joystick may contain at least one button located on the side surface of the handle.

Недостатком вышеуказанных технических решений является отсутствие защищенности устройства ввода команд от действия угольной пыли.The disadvantage of the above technical solutions is the lack of protection of the command input device from the action of coal dust.

Из уровня техники известна полезная модель «Колонка для джойстика экскаваторной установки» по патенту РФ №214595 с датой публикации 07.11.2022, относящаяся к органам управления экскаваторной установки. Колонка для джойстика экскаваторной установки представляет собой короб прямоугольной формы, выполненный с возможностью передвижения вперед-назад, который состоит из двух профилей, выполненных П-образными разной ширины для возможности размещения одного в другой, крышки и основания, выполненного в форме квадратной трубы со скошенной вперед верхней частью, при этом места соединения профилей между собой, соединения профилей с крышкой и основанием являются точками шарнирного соединения, в которых крепление обеспечивается болтами и самоконтрящимися гайками, на переднем профиле установлен поворотный клапан фиксатора положения колонки, обеспечивающий управление механизмом изменения положения колонки посредством пневматического цилиндра, закрепленного внутри короба к профилям.The utility model “Column for the joystick of an excavator installation” is known from the prior art according to RF patent No. 214595 with a publication date of 11/07/2022, relating to the controls of an excavator installation. The column for the joystick of an excavator installation is a rectangular box, made with the ability to move back and forth, which consists of two U-shaped profiles of different widths for the possibility of placing one in the other, a cover and a base made in the form of a square pipe with a beveled forward the upper part, while the places where the profiles are connected to each other, the connections of the profiles with the cover and the base are points of hinge connection, at which fastening is provided by bolts and self-locking nuts; a rotary valve of the column position lock is installed on the front profile, providing control of the mechanism for changing the position of the column by means of a pneumatic cylinder , fixed inside the box to the profiles.

Недостатком колонки для джойстика экскаваторной установки является ограничение функциональных возможностей, т.к. рукоятка может выполнять только одно движение, управление гидравликой вперед-назад.The disadvantage of the column for the joystick of an excavator installation is the limitation of functionality, because The handle can only perform one movement, hydraulic control back and forth.

Известно устройство ввода команд по патенту РФ №2679751 с датой публикации 12.02.2019. Устройство ввода команд содержит два привода, в каждом из которых установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Устройство содержит механизм самовозврата с пружиной кручения, держатель двух магнитов, закрепленный на поворотной оси рукоятки, три канала бесконтактных датчиков угла, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, при этом микросхемы с датчиками Холла размещены на платах датчиков угла и объединены в трехканальный блок датчиков угла, причем все три канала датчиков угла каждого привода соединены с одной общей платой модуля контроллера, в состав которого входят три канала контроллера со своими источниками питания, схема мажоритации по двум состояниям из трех, электронные ключи формирования команд. Устройство ввода команд может быть выполнено с трехкратным резервированием по датчикам угла, контроллеру формирования команды, источникам питания.A command input device is known according to RF patent No. 2679751 with a publication date of 02/12/2019. The command input device contains two drives, each of which has a disk with a handle, a mechanism for fixing handle positions with a spring-loaded roller and recesses for the roller. The device contains a self-return mechanism with a torsion spring, a holder of two magnets mounted on the rotary axis of the handle, three channels of non-contact angle sensors, where each channel consists of a microcircuit using Hall sensors and a magnet, while the microcircuits with Hall sensors are placed on angle sensor boards and combined into a three-channel block of angle sensors, all three channels of angle sensors of each drive are connected to one common controller module board, which includes three controller channels with their own power supplies, a majority circuit for two states out of three, and electronic keys for generating commands. The command input device can be made with triple redundancy for angle sensors, command generation controller, and power supplies.

Наиболее близким техническим решением является устройство ввода команд по патенту РФ №2679745 с датой публикации 12.02.2019, содержащее привод, в котором установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Устройство содержит тормозные колодки, расположенные внутри диска и упирающиеся в стационарные стенки корпуса самого устройства, по три канала датчика угла на каждой из 2-х координат перемещения рукоятки, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, держатель с магнитами закреплен на общей оси диска, при этом микросхемы закреплены на платах датчиков угла, объединенных в трехканальный блок датчиков угла, кроме того, все три канала датчиков угла объединены одной платой контроллера, в состав которой входят три канала контроллера со своими источниками питания, два коммутатора двух выходных линий и два адаптера.The closest technical solution is a command input device according to RF patent No. 2679745 with a publication date of 02/12/2019, containing a drive in which a disk with a handle is installed, a mechanism for fixing the positions of the handle with a spring-loaded roller and recesses for the roller. The device contains brake pads located inside the disc and abutting the stationary walls of the device body, three channels of an angle sensor on each of the 2 coordinates of movement of the handle, where each channel consists of a microcircuit using Hall sensors and a magnet, a holder with magnets is fixed to the common axis of the disk, while the microcircuits are mounted on angle sensor boards combined into a three-channel angle sensor block; in addition, all three angle sensor channels are combined by one controller board, which includes three controller channels with their own power supplies, two switches of two output lines and two adapters.

Недостатками данного технического решения являются ограниченность функциональных возможностей, поскольку перемещение рукоятки предусмотрено только по одной координате, отсутствуют встроенные кнопки и переключатели для выдачи дополнительных команд, а также отсутствует защищенность устройства ввода команд от воздействия угольной пыли.The disadvantages of this technical solution are limited functionality, since the movement of the handle is provided only in one coordinate, there are no built-in buttons and switches for issuing additional commands, and there is no protection of the command input device from exposure to coal dust.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание бесконтактного, резервированного устройства ввода команд, выполняющего функции формирования и выдачи команд при перемещении рукоятки в двух координатах в диапазоне 360°, самовозврата из любой точки положения рукоятки устройства ввода команд, а также повышенная защищенность устройства в условиях запыленности воздуха абразивными частицами угольной пыли для исключения ее влияния на истирание и износ механизмов устройства.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a contactless, redundant command input device that performs the functions of generating and issuing commands when moving the handle in two coordinates in a range of 360°, self-return from any point in the position of the handle of the command input device, as well as increased security devices in conditions where the air is dusty with abrasive particles of coal dust to eliminate its influence on abrasion and wear of the device mechanisms.

Повышенная защищенность устройства ввода команд от действия угольной пыли достигается за счет герметичной конструкции устройства, а также за счет применения материалов, износостойких к действию абразивных частиц.Increased protection of the command input device from the action of coal dust is achieved due to the sealed design of the device, as well as through the use of materials that are wear-resistant to abrasive particles.

Техническими результатами, которые достигаются при использовании изобретения, являются совмещение бесконтактного измерения угла поворота рукоятки с конструкцией, позволяющей производить перемещение одной рукоятки по двум координатам и во всех направлениях с измерением угла в каждом из этих перемещений. Трехканальное резервирование датчиков угла и контроллеров схемы измерения и возможность перемещения рукоятки в любое положение в пределах 360°, самовозврат рукоятки в нейтральное положение из любого положения в пределах рабочего диапазона, а также герметичность конструкции для работы в условиях высокой угольной запыленности.The technical results that are achieved by using the invention are the combination of non-contact measurement of the angle of rotation of the handle with a design that allows one handle to be moved along two coordinates and in all directions with the measurement of the angle in each of these movements. Three-channel redundancy of angle sensors and measurement circuit controllers and the ability to move the handle to any position within 360°, self-return of the handle to the neutral position from any position within the operating range, as well as a sealed design for working in conditions of high coal dust.

Технические результаты достигаются за счет реализации устройства ввода команд, содержащего привод с механизмами самовозврата в двух плоскостях с пружинами кручения, механизм фиксации рукоятки в нейтральном положении подпружиненным шариком, контактирующим со сферической поверхностью, имеющей в центре углубление-ловитель шарика, по три канала датчика угла для каждого из двух направлений перемещения рукоятки, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, причем микросхемы закреплены на платах датчиков угла, объединенных в два трехканальных блока датчиков угла. Все шесть каналов датчиков угла объединены одной платой контроллера, в состав которой входят общие для всех шести датчиков угла три канала контроллера со своими источниками питания. Устройство содержит корпус, состоящий из четырех стенок с установленными подшипниками, в подшипниках двух противоположных стенок установлена ось, на одном конце которой закреплен магнит и кулиса с магнитом. При этом в центре оси вставлена шпилька, которая крепит вилку со стержнем, на котором крепится рукоятка, а другой конец оси служит для крепления хомута, в котором удерживается штырь для зацепления усов пружины кручения, посаженной на эту же ось, кроме того две другие стенки служат для крепления двух полуосей, на одной из которых посажена пружина кручения и хомут со штырем для зацепа усов пружины, другая полуось удерживает хомут, а также на ее конце закреплен магнит и кулиса с магнитом, при этом на торцах двух хомутов, находящихся на двух полуосях, закреплена направляющая, паз которой ограничивает угол наклона рукоятки влево-вправо.Technical results are achieved through the implementation of a command input device containing a drive with self-return mechanisms in two planes with torsion springs, a mechanism for fixing the handle in a neutral position with a spring-loaded ball in contact with a spherical surface having a ball catcher recess in the center, three angle sensor channels for each of the two directions of movement of the handle, where each channel consists of a microcircuit using Hall sensors and a magnet, and the microcircuits are mounted on angle sensor boards combined into two three-channel angle sensor blocks. All six angle sensor channels are combined by one controller board, which includes three controller channels with their own power supplies common to all six angle sensors. The device contains a housing consisting of four walls with installed bearings; an axis is installed in the bearings of two opposite walls, at one end of which a magnet and a slide with a magnet are fixed. In this case, a pin is inserted in the center of the axis, which secures the fork with the rod on which the handle is attached, and the other end of the axis serves to fasten the clamp, which holds the pin for engaging the mustache of the torsion spring, mounted on the same axis, in addition, the other two walls serve for fastening two axle shafts, on one of which there is a torsion spring and a clamp with a pin for hooking the spring mustache, the other axle shaft holds the clamp, and also at its end there is a magnet and a rocker with a magnet, while at the ends of the two clamps located on two axle shafts, a guide is fixed, the groove of which limits the angle of inclination of the handle left and right.

Следует отметить, что сама направляющая выполнена с возможностью поворота на полуосях (через хомуты) вперед-назад.It should be noted that the guide itself is designed to rotate on axle shafts (via clamps) back and forth.

Рукоятка выполнена разборной конструкцией и состоит из двух частей и вкладыша с кнопками и переключателем клавишным, что обеспечивает простоту и удобство сборки и разборки рукоятки с элементами коммутации при монтаже и замене для ремонта в процессе эксплуатации.The handle is made of a collapsible design and consists of two parts and an insert with buttons and a key switch, which ensures simplicity and ease of assembly and disassembly of the handle with switching elements during installation and replacement for repairs during operation.

Устройство ввода команд снабжено защитным гофром, обеспечивающим защиту от абразивной угольной пыли.The command input device is equipped with a protective corrugation that provides protection from abrasive coal dust.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства ввода команд для системы управления экскаватора.In fig. Figure 1 shows a general view of the command input device for the excavator control system.

Устройство ввода команд для системы управления экскаватором содержит корпус, состоящий из четырех стенок 1, 2, 3, 4 с установленными подшипниками 5, 6. В подшипниках 5, 6 двух противоположных стенок 1, 2 установлена ось 7, на одном конце которой закреплен магнит 8 и кулиса 9 с магнитом 8. В центре оси 7, вставлена шпилька 10, за которую закреплена вилка 11 со стержнем 12, на котором крепится рукоятка 13. Другой конец оси 7 служит для крепления хомута 14, в котором удерживается штырь 15 для зацепления усов пружины кручения 16, посаженной на эту же ось 7. Две другие стенки 3, 4 служат для крепления двух полуосей 17, 18, на полуоси 17 посажена пружина кручения 16 и хомут 19 со штырем 15 для зацепа усов пружины 16. Полуось 18 удерживает хомут 20, а также на ее конце закреплен магнит 8 и кулиса 9 с магнитом 8. На торцах хомутов 19, 20, находящихся на полуосях 17, 18, закреплена направляющая 21, паз которой ограничивает угол наклона рукоятки 13 влево-вправо. Сама направляющая 21 поворачивается на полуосях 17, 18 (через хомуты 19, 20) вперед-назад. Такая конструкция заявляемого устройства обеспечивает мягкое и плавное управление.The command input device for the excavator control system contains a housing consisting of four walls 1, 2, 3, 4 with installed bearings 5, 6. In the bearings 5, 6 of two opposite walls 1, 2, an axis 7 is installed, at one end of which a magnet 8 is fixed and a slide 9 with a magnet 8. In the center of the axis 7, a pin 10 is inserted, to which is attached a fork 11 with a rod 12, on which the handle 13 is attached. The other end of the axis 7 is used to attach a clamp 14, in which a pin 15 is held for engaging the spring mustache torsion spring 16, mounted on the same axis 7. The other two walls 3, 4 serve to fasten two axle shafts 17, 18; a torsion spring 16 and a clamp 19 with a pin 15 for engaging the mustache of the spring 16 are mounted on the axle shaft 17. The axle shaft 18 holds the clamp 20, and also at its end there is a magnet 8 and a link 9 with a magnet 8. At the ends of the clamps 19, 20, located on the axle shafts 17, 18, a guide 21 is fixed, the groove of which limits the angle of inclination of the handle 13 to the left and right. The guide 21 itself rotates on the axle shafts 17, 18 (through clamps 19, 20) back and forth. This design of the proposed device provides soft and smooth control.

Кроме того, в корпусе установлены два блока датчиков угла 25 по три платы датчиков угла в блоке. Таким образом, формируются шесть каналов датчиков угла, где каждый канал состоит из платы с микросхемой 26 с датчиком Холла и магнитом 8, размещенных на оси 7, в кулисах 9 и полуоси 18, соединенных рукояткой 13. Каналы датчиков угла соединены с общей стационарной платой контроллера 27, причем блоки датчиков угла 25 расположены вертикально по отношению к плате контроллера 27. Стационарная плата контроллера 27 имеет трехканальное исполнение по контроллеру и встроенным источникам питания.In addition, two blocks of 25 angle sensors are installed in the housing, with three angle sensor boards per block. Thus, six channels of angle sensors are formed, where each channel consists of a board with a chip 26 with a Hall sensor and a magnet 8, located on axis 7, in the scenes 9 and in the axle 18, connected by a handle 13. The angle sensor channels are connected to a common stationary controller board 27, and the angle sensor blocks 25 are located vertically with respect to the controller board 27. The stationary controller board 27 has a three-channel design with a controller and built-in power supplies.

Конструкция привода обеспечивает возможность перемещения рукоятки 13 в любое положение в диапазоне 0°-360°, в этом положении производится съем информации шести микросхем 26 датчиков угла 25. По каждой координате угол измеряется отдельно. По результатам измерений формируются команды в формате передачи по линии RS485. Такая конструкция заявляемого устройства обеспечивает бесконтактное измерение угла поворота перемещения рукоятки по двум координатам и во всех направлениях с измерением угла в каждом из этих перемещений с трехканальным резервированием.The design of the drive makes it possible to move the handle 13 to any position in the range 0°-360°; in this position, information is collected from six microcircuits 26 angle sensors 25. For each coordinate, the angle is measured separately. Based on the measurement results, commands are generated in transmission format via the RS485 line. This design of the proposed device provides non-contact measurement of the angle of rotation of the handle movement in two coordinates and in all directions with measurement of the angle in each of these movements with three-channel redundancy.

Рукоятка 13 имеет возможность перемещаться по двум координатам и одновременно во всех направлениях в пределах ограничивающего угла. Пружины кручения 16 выполняют функции самовозврата рукоятки 13 в положение «ноль». Для четкой фиксации рукоятки 13 в нулевом положении предусмотрен фиксатор с подпружиненным шариком 23, контактирующим со сферической поверхностью 24, имеющей в центре углубление-ловитель шарика 23. При отпускании рукоятки 13 производится ее самовозврат в нейтральное положение. Угол отклонения рукоятки 13 из нейтрального положения в любом направлении составляет 15°.The handle 13 has the ability to move along two coordinates and simultaneously in all directions within the limiting angle. Torsion springs 16 perform the functions of self-return of handle 13 to the “zero” position. To clearly fix the handle 13 in the zero position, a latch is provided with a spring-loaded ball 23, which is in contact with a spherical surface 24, which has a ball catcher recess 23 in the center. When the handle 13 is released, it returns itself to the neutral position. The angle of deflection of the handle 13 from the neutral position in any direction is 15°.

На рукоятке 13 установлены кнопки 28, 29 и переключатель клавишный 30.On the handle 13 there are buttons 28, 29 and a key switch 30.

Рукоятка 13 выполнена разборной конструкцией и состоит из двух частей и вкладыша с закрепленными кнопками 28, 29 и переключателем клавишным 30, связанными с платой контроллера 27, что обеспечивает простоту и удобство сборки и разборки устройства рукоятки при монтаже.The handle 13 is made of a collapsible design and consists of two parts and an insert with fixed buttons 28, 29 and a key switch 30 connected to the controller board 27, which ensures simplicity and ease of assembly and disassembly of the handle device during installation.

Выходной сигнал об угловом положении рукоятки 13 и состоянии кнопок 28, 29 и переключателя клавишного 30 передается последовательным кодом в систему управления верхнего уровня экскаватора по двум линиям связи RS485 с протоколом ModBusRTU. Передаются данные любого канала по запросу верхнего уровня.The output signal about the angular position of the handle 13 and the state of the buttons 28, 29 and the key switch 30 is transmitted by serial code to the upper-level control system of the excavator via two RS485 communication lines with the ModBusRTU protocol. Data from any channel is transmitted upon request from the upper level.

Линия RS485 используется для передачи в контроллер системы управления верхнего уровня измеренных и отформатированных данных об измеренных углах положения рукоятки 13, состоянии кнопок 28, 29 и переключателя клавишного 30, диагностической информации по исправности устройства, а также, для тестирования оборудования устройства вода команд в составе ААП (аппаратуры автономных проверок) при проведении приемо-сдаточных испытаний, а также для тестирования устройства контроллером верхнего уровня системы управления экскаватора.The RS485 line is used to transmit measured and formatted data about the measured position angles of the handle 13, the state of buttons 28, 29 and the key switch 30, diagnostic information on the health of the device to the controller of the upper-level control system, as well as for testing the equipment of the device water commands as part of the AAP (autonomous testing equipment) during acceptance tests, as well as for testing the device with a top-level controller of the excavator control system.

Устройство снабжено специализированным защитным гофром 31, обеспечивающим защиту от абразивной угольной пыли.The device is equipped with a specialized protective corrugation 31, which provides protection against abrasive coal dust.

Снизу устройства расположен разъем для внешнего подключения.At the bottom of the device there is a connector for external connection.

Устройство имеет шпильку защитного заземления.The device has a protective grounding stud.

Заявляемое устройство ввода команд системы управления экскаватором работает следующим образом.The inventive device for entering commands of the excavator control system operates as follows.

В эксплуатации одновременно используются два устройства выдачи команд для системы управления экскаватором, которые располагаются в кабине машиниста экскаватора на тумбе кресла-пульта слева и справа от оператора. Оба устройства ввода команд полностью идентичны друг другу, но функции органов управления каждой из устройств различны, что определяется программой системы управления верхнего уровня, и зависит от того, какое устройство опрашивает система управления и какое действие должен выполнять экскаватор по команде каждой из рукояток.In operation, two command issuing devices for the excavator control system are used simultaneously, which are located in the excavator driver’s cabin on the console chair stand to the left and right of the operator. Both command input devices are completely identical to each other, but the functions of the controls of each of the devices are different, which is determined by the program of the upper-level control system, and depends on which device is polled by the control system and what action the excavator must perform at the command of each of the handles.

Электропитание устройства ввода команд осуществляется от бортовой сети с напряжением 24 В.The command input device is powered from the on-board network with a voltage of 24 V.

При отклонении рукоятки 13 вперед или назад поворачивается ось 7 с закрепленными на ней магнитом 8 и кулисой 9 с магнитом 8 относительно объединенных в блок датчиков угла 25, что позволяет снимать информацию с трех микросхем 26 с датчиками Холла. Также происходит взведение пружины кручения 16 за счет ее усов, зацепленных за штыри 15, установленные в хомуте 14. При отпускании рукоятки 13 происходит ее самовозврат в вертикальное положение за счет возвращения пружины 16 в исходное положение.When the handle 13 is tilted forward or backward, the axis 7 with the magnet 8 attached to it and the slide 9 with the magnet 8 are rotated relative to the angle sensors 25 combined into a block, which makes it possible to read information from three microcircuits 26 with Hall sensors. The torsion spring 16 is also cocked due to its whiskers hooked onto the pins 15 installed in the clamp 14. When the handle 13 is released, it self-returns to the vertical position due to the return of the spring 16 to its original position.

При отклонении рукоятки 13 влево или вправо происходит наклон направляющей 12, связанной с хомутами 19, 20, один из которых поворачивает полуось 18 с закрепленным на ней магнитом 8 и кулисой 9 с магнитом 8 относительно объединенных в блок датчиков угла 25, что позволяет снимать информацию с трех микросхем 26 с датчиками Холла. На полуоси 17 происходит взведение посаженной на нее пружины кручения 16 за счет ее усов, зацепленных за штыри 15, установленные в хомуте 19. При отпускании рукоятки 13 происходит ее самовозврат в вертикальное положение за счет возвращения пружины 16 в исходное положение.When the handle 13 is tilted to the left or right, the guide 12 tilts, connected to the clamps 19, 20, one of which turns the axle shaft 18 with a magnet 8 attached to it and the link 9 with a magnet 8 relative to the angle sensors 25 combined into a block, which allows you to read information from three 26 microcircuits with Hall sensors. On the axle shaft 17, the torsion spring 16 mounted on it is cocked due to its whiskers hooked onto the pins 15 installed in the clamp 19. When the handle 13 is released, it self-returns to the vertical position due to the return of the spring 16 to its original position.

В случае, когда заявляемое устройство ввода команд занимает левое положение, функционирование выполняется следующим образом.In the case when the inventive command input device occupies the left position, operation is performed as follows.

При отклонении рукоятки вперед на угол 0-100% от максимального происходит подъем рукояти экскаватора со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected forward at an angle of 0-100% of the maximum, the excavator handle rises at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При отклонении рукоятки назад на угол 0-100% от максимального происходит опускание рукояти экскаватора со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected back at an angle of 0-100% of the maximum, the excavator handle is lowered at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При отклонении рукоятки влево на угол 0-100% от максимального происходит поворот платформы экскаватора против часовой стрелки со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected to the left by an angle of 0-100% of the maximum, the excavator platform rotates counterclockwise at a speed proportional to the deflection angle of the command input device handle.

При отклонении рукоятки вправо на угол 0-100% от максимального происходит поворот платформы экскаватора по часовой стрелке со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected to the right by an angle of 0-100% of the maximum, the excavator platform rotates clockwise at a speed proportional to the deflection angle of the command input device handle.

При нажатии кнопки №1 происходит включение режима поддержания горизонтального положения ковша. При отпускании кнопки происходит выключение режима.When you press button No. 1, the mode of maintaining the horizontal position of the bucket is activated. When the button is released, the mode turns off.

При нажатии кнопки №2 происходит включение внешнего звукового сигнала. При отпускании кнопки происходит выключение сигнала.When you press button No. 2, an external sound signal is turned on. When the button is released, the signal turns off.

При перемещении клавиши в верхнее положение с фиксацией происходит отключение режима автоматического подключения тормоза поворотной платформы.When the key is moved to the upper position with fixation, the mode of automatic connection of the turntable brake is disabled.

При перемещении клавиши в нижнее положение с фиксацией происходит включение режима автоматического подключения тормоза поворотной платформы.When the key is moved to the lower position with fixation, the mode of automatic connection of the turntable brake is activated.

В случае, когда заявляемое устройство ввода команд занимает правое положение, функционирование выполняется следующим образом.In the case when the inventive command input device occupies the right position, operation is performed as follows.

При отклонении рукоятки вперед на угол 0-100% от максимального происходит опускание стрелы со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected forward by an angle of 0-100% of the maximum, the boom is lowered at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При отклонении рукоятки назад на угол 0-100% от максимального происходит подъем стрелы со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected back at an angle of 0-100% of the maximum, the boom rises at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При отклонении рукоятки влево на угол 0-100% от максимального происходит подъем ковша со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected to the left by an angle of 0-100% of the maximum, the bucket rises at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При отклонении рукоятки вправо на угол 0-100% от максимального происходит опускание ковша со скоростью, пропорциональной углу отклонения рукоятки устройства ввода команд.When the handle is deflected to the right by an angle of 0-100% of the maximum, the bucket is lowered at a speed proportional to the angle of deflection of the handle of the command input device.

При нажатии кнопки №1 (без фиксации) происходит включение режима плавающего положения стрелы. При отпускании кнопки происходит выключение режима.When you press button No. 1 (without fixing), the boom floating position mode is activated. When the button is released, the mode turns off.

При нажатии кнопки №2 (с фиксацией) происходит включение режима фиксации положения ковша относительно линии горизонта. При повторном нажатии происходит отключение режима фиксации положения ковша относительно линии горизонта.When you press button No. 2 (with fixation), the mode of fixing the position of the bucket relative to the horizon line is activated. When pressed again, the mode of fixing the position of the bucket relative to the horizon is turned off.

Таким образом, заявляемое устройство ввода команд обеспечивает управление работой экскаватора во всех условиях применения экскаватора, в том числе в условиях повышенной запыленности воздуха абразивными частицами угольной пыли при обеспечении исключения влияние ее на истирание и износ механизмов устройства.Thus, the inventive command input device ensures control of the operation of the excavator in all conditions of use of the excavator, including conditions of increased dustiness of the air with abrasive particles of coal dust, while ensuring that it does not influence the abrasion and wear of the device mechanisms.

Claims (4)

1. Устройство ввода команд для системы управления экскаватором, содержащее привод с механизмами самовозврата в двух плоскостях с пружинами кручения, механизм фиксации рукоятки в нейтральном положении, состоящий из подпружиненного шарика, контактирующего со сферической поверхностью, имеющей в центре углубление-ловитель шарика, по три канала датчика угла на каждой из 2-х координат перемещения рукоятки, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, причем микросхемы закреплены на платах датчиков угла, объединенных в два трехканальных блока датчиков угла, кроме того, все шесть каналов датчиков угла объединены одной платой контроллера, в состав которой входят общие для всех датчиков угла три канала контроллера со своими источниками питания, отличающееся тем, что содержит корпус, состоящий из четырех стенок с установленными подшипниками, в подшипниках двух противоположных стенок установлена ось, на одном конце которой закреплены магнит и кулиса с магнитом, при этом в центре оси вставлена шпилька, за которую закреплена вилка со стержнем, на котором крепится рукоятка, а другой конец оси служит для крепления хомута, в котором удерживается штырь для зацепления усов пружины кручения, посаженной на эту же ось, кроме того, две другие стенки служат для крепления двух полуосей, на одной из которых посажены пружина кручения и хомут со штырем для зацепа усов пружины, другая полуось удерживает хомут, а также на ее конце закреплены магнит и кулиса с магнитом, при этом на торцах двух хомутов, находящихся на двух полуосях, закреплена направляющая, паз которой ограничивает угол наклона рукоятки.1. A command input device for an excavator control system, containing a drive with self-return mechanisms in two planes with torsion springs, a mechanism for fixing the handle in the neutral position, consisting of a spring-loaded ball in contact with a spherical surface having a ball catcher recess in the center, three channels each. angle sensor on each of the 2 coordinates of handle movement, where each channel consists of a microcircuit using Hall sensors and a magnet, and the microcircuits are mounted on angle sensor boards combined into two three-channel angle sensor blocks, in addition, all six angle sensor channels are combined one controller board, which includes three controller channels common to all angle sensors with their own power supplies, characterized in that it contains a housing consisting of four walls with installed bearings; an axis is installed in the bearings of two opposite walls, at one end of which a magnet is fixed and a rocker with a magnet, while in the center of the axis a pin is inserted, to which is attached a fork with a rod on which the handle is attached, and the other end of the axis is used to attach a clamp in which a pin is held for engaging the whiskers of a torsion spring mounted on the same axis, in addition, the other two walls serve for fastening two axle shafts, on one of which a torsion spring and a clamp with a pin for engaging the spring mustache are mounted, the other axle shaft holds the clamp, and also a magnet and a rocker with a magnet are attached to its end, while at the ends of the two clamps located on two axle shafts, a guide is fixed, the groove of which limits the angle of inclination of the handle. 2. Устройство ввода команд по п. 1, отличающееся тем, что рукоятка оснащена кнопками и переключателем клавишным, связанными с платой управления.2. The command input device according to claim 1, characterized in that the handle is equipped with buttons and a key switch connected to the control board. 3. Устройство ввода команд по п. 2, отличающееся тем, что рукоятка выполнена разборной конструкции, состоящей из двух частей и вкладыша для крепления кнопок и переключателя клавишного.3. The command input device according to claim 2, characterized in that the handle is made of a collapsible design, consisting of two parts and an insert for attaching buttons and a key switch. 4. Устройство ввода команд по п. 1, отличающееся тем, что снабжено защитным гофром.4. The command input device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a protective corrugation.
RU2023117551A 2023-06-30 Command input device for excavator control system RU2809499C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2809499C1 true RU2809499C1 (en) 2023-12-12

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19648417A1 (en) * 1996-11-22 1998-05-28 Schottel Werft Double-propeller drive for water vessel
CN203543959U (en) * 2013-09-27 2014-04-16 盘江六盘水装备制造有限公司 Electric locomotive speed regulation controller
RU174021U1 (en) * 2017-03-17 2017-09-26 Акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (АО "ЭЛАРА") MACHINE CONTROLLER
RU2679751C1 (en) * 2018-04-05 2019-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Command input device
RU2681800C2 (en) * 2014-06-25 2019-03-12 Сименс Индастри, Инк. Excavator handle control system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19648417A1 (en) * 1996-11-22 1998-05-28 Schottel Werft Double-propeller drive for water vessel
CN203543959U (en) * 2013-09-27 2014-04-16 盘江六盘水装备制造有限公司 Electric locomotive speed regulation controller
RU2681800C2 (en) * 2014-06-25 2019-03-12 Сименс Индастри, Инк. Excavator handle control system
RU174021U1 (en) * 2017-03-17 2017-09-26 Акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (АО "ЭЛАРА") MACHINE CONTROLLER
RU2679751C1 (en) * 2018-04-05 2019-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Command input device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5854622A (en) Joystick apparatus for measuring handle movement with six degrees of freedom
US7091950B2 (en) Force feedback device including non-rigid coupling
JPH0584855B2 (en)
JPH02293613A (en) Probe head
CN1782655B (en) Motorized orientable measuring head
CN102564306A (en) Surface sensing device
JPS5859779A (en) Cargo-handling machine
RU2809499C1 (en) Command input device for excavator control system
EP0312119A2 (en) Three-dimensional measuring robot
JPH1194533A (en) Device for driving probe coordinate system
US7096796B2 (en) Brake handle with integral position sensing switch
CN110231010A (en) A kind of three coordinate measuring machine and measurement method based on Delta parallel mechanism
HU220653B1 (en) Device for determining the slack in articulated joints and/or for measuring the steering angles of motor vehicles
KR100562517B1 (en) Multi-axis potentiometer
JP7487082B2 (en) Joystick with lever and housing
CN101512285B (en) Surface sensing device
US20050283275A1 (en) Method of teaching articulated robot and control equipment of articulated robot
JP3791656B2 (en) Omnidirectional vehicle, steering angle measurement method and control method thereof
RU2800615C1 (en) Command input device for rudder propeller control system
RU2802096C1 (en) Command input device for thruster control system
CN216754601U (en) Operating rod for micromanipulation
US20040168539A1 (en) Brake handle with integral position sensing
WO2022222191A1 (en) Hall rocker structure
KR19990036786A (en) 3D coordinate measuring machine
SU1393619A1 (en) Manipulator positioning member