专利名称：施工机器的控制操纵架的制作方法
技术领域：
本发明涉及施工机器的操纵架，更具体地涉及控制可选用的施加机器工具的操纵架。
背景技术：
例如机动推土机、反铲装载机、农业拖拉机和其它类型的重型机器的施工机器可以具有各种各样的可选用的施工工具，这些工具连接于施工机器和由施工机器控制。这些可选用的施工工具可以是较复杂的和难以操纵。各施工工具可以具有与关于位置、方位和其它相关联的特征和功能的许多控制有关的不同的操作者连系装置。过去，施工机器带有永久设置的诸单轴杠杆控制机构，这些机构具有复杂的机械连杆机构和许多操纵接头或多个缆索，以提供所需的施工工具功能。这些控制机构要求操作者具有较高的操作技能，用于控制许多输出装置。在操作这些控制机构的一时期之后，操作者可能变得疲劳，在操作许多不同的控制机构时没有地方搁置手或臂。而且，因为可能要求操作者的手从一驱动件运动到另一驱动件，所以操作者的滞后的反应时间和控制的复杂性和不直观性可能造成较差的质量和/或较低的生产率。并且，因为这些单轴杠杆控制机构是位置不可调节的，所以它们对于所有的机器操纵者可以低效率地和/或不是人类工程学地被定位。在授予Denny的、于2000年3月21日发布的美国专利号6，039，141 (141专利)中揭示了被设计成减少操作者疲劳和反应时间、同时改进工作效果的工作者连系装置的一个例子。141专利叙述了关于越野车辆的仪表工具设置。该设置包括合并在同一位置的诸控制件，操作者操纵这些控制件，以控制车辆和工具的操作。该设置还包括一扶手，该扶手在车辆上可运动，以适应特定的操作者的定位的偏爱。虽然141专利的设置可以减轻与诸单独的施工机器的控制相关联的某些问题，但是该设置对于控制可用于施工机器的施工工具可能是效率不高的。此外，因为车辆和工具的操作者控制是合并在相同的操纵架内，所有的施工机器必须装备有整个操纵架，而与特定的施工机器是否装备有可由操纵架可控制的工具无关。这要求可能不必要地增加了基本的施工机器的总成本。并且，141专利的设置对于机器操作者可以不提供充分的支持或调节能力。所揭示的控制系统旨在克服上述的一个或多个问题。
发明内容
具有至少一个施工工具的施工机器的控制系统包括一托架和多个操作者控制装置。多个操作者控制装置相对于托架是可调的，以及被构造成控制至少一个施工工具的至少一个功能。
关于具有至少一个可选用的施工工具的施工机器的操作者工位包括一座位和位于该座位附近的施工机器操纵架。施工机器操纵架被构造成控制施工机器的至少一个不变的功能。操作者工位还包括相对于施工机器操纵架在附近地和可拆卸地设置的可选用的施工工具操纵架。可选用的施工机器操纵架包括托架和多个操作者控制装置。多个操作者控制装置被构造成控制至少一个可选用的施工工具的至少一个功能。控制在施工机器上的至少一个施工工具的方法包括驱动多个操作者控制装置的至少一个，以控制至少一个施工工具的一功能。该方法还包括将手和臂的至少一个放在托架上和相对于托架调节多个操作者控制装置的位置。附图简述
图1是按照示例性实施例的施工机器的示意图；图2是按照示例性实施例的操作者工位的示意图；图3A是按照示例性实施例的可选用的控制操纵架的示意图；以及图3B是图3A的可选用的控制操纵架的下方观察的示意图。
具体实施例方式在图1中示出了施工机器10的一示例性实施例。施工机器10可以是执行与例如采矿、建筑、农场或该领域内已知的任何其它工业的一工业相关联的某种类型的工作的固定的或可动的机器。例如，施工机器10可以是例如推土机、装卸机、挖掘机、机动平地机、倾卸式货车或任何其它运土机。施工机器10可以包括可操纵的牵引装置12、被传动的牵引装置14、将可操纵的牵引装置12连接于被传动的牵引装置14的机架16和由被传动的牵引装置14支持的动力源18。施工机器10还可以包括不变的施工工具20、多个可选用的施工工具22-24、以及操作者工位26。可操纵的牵引装置12可以包括位于施工机器10的各侧上的一个或多个车轮(仅示出了一侧)。或者，可操纵的牵引装置12可以包括履带、皮带或其它牵引装置。在施工表面28的控制和水准测量期间，车轮可以是可转动的和/或可倾斜的。考虑了还可以传动可操纵的牵引装置12。被传动的牵引装置14可以包括位于施工机器10的各侧上的车轮(仅示出了一侧)。或者，被传动的牵引装载14可以包括履带、皮带或其它牵引装置。考虑了被传动的牵引装置14还可以是可操纵的。机架16可以将可操纵的牵引装置12连接于被传动的牵引装置14。机架16可以包括将被传动的牵引装置14连接于机架16的铰接的接头(未示出)。可以使施工机器10相对于被传动的牵引装置14通过铰接的接头、铰接可操纵的牵引装置。动力源18可以包括连接于传动装置的发动机(未示出)。例如，发动机可以是柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或该领域已知的任何其它发动机。动力源18还可以是例如燃料电池、动力储存装置的另一动力源或该领域内已知的另一动力源。传动装置可以是电传动装置、液压传动装置、机械传动装置或该领域内已知的任何其它传动装置。传动装置可以是可工作的，以产生多个输出速比，以及被构造成在输出速度的范围内将动力从动力源18传送到被传动的牵引装置14。为了这揭示的目的，术语“不变的施工工具”可以包括对于新生产的施工机器10被包含为标准装备的任何工具。在一实施例中，不变的施工工具20可以包括拉杆一轨道一犁壁组件(DCM)。DCM可以包括通过一个或多个液压的顶杆组件由机架16的中央部分支持的、以及通过一球和插座接头(未示出)连接于机架的前部分的犁片。DCM可以在多个方向和围绕多个轴线便于犁片的横行运动和转动。考虑了如果需要可以活动DCM，以及用例如松土器、铲斗、铲、耙路器的另一不变的施工工具、或该领域内已知的另一不变的施工工具代替。为了这揭示的目的，术语“可选用的施工工具”可以包括对于新制造的施工机器10不被包含为标准装备的、但被特定的顾客或操作者选择的与施工机器10 —起使用的施工工具。在一实施例中，可选用的施工工具22-24例如可以包括路犁22、侧翼23和松土器24。考虑了可以包括附加的或不同的可选用的施工工具，例如推土机犁片、耙路器、铲斗、铲或该领域中已知的任何其它施工工具。路犁22可以是从施工机器10的中央运动路径用于切割、提升、移动或翻倒雪或其它材料的工具。路犁22可以是V型路犁、单向型路犁、可反转型路犁、或用于清除雪和该领域内已知的其它材料的任何其它类型的路犁。路犁22可以是液压可控制的，以相对于工作表面28垂直运动。考虑了路犁22还可以是液压可控制的，以水平移动和/或围绕垂直的和/或水平的轴转动。还考虑了路犁22可以是以液压之外的方式可控制的。侧翼23可以单独地被使用、与路犁22相结合、和/或与DCM结合、用于从平行于中央运行路径的运行路径切割、提升、移动或翻倒雪和其它材料，以及位于施工机器10的一侧。侧翼23可以包括也称为趾端的枢转端30和也称为跟端的自由端32。枢转端30和自由端32两者可以是通过液压缸单独地垂直可控制的。此外，可以控制自由端32离开或朝向施工机器10摆动，同时通过枢转端30围绕轴线34枢转。而且，可以控制整个侧翼23，以围绕水平轴线36转动，从而改变侧翼23相对于施工机器28的角度。考虑了侧翼23可以是按液压以外的方式可控制的。松土器24可以与DCM结合使用或者与例如推土机犁片的不同施工工具结合，或者单独地扯碎浙青、硬的堆置的土壤或其它阻碍物，有助于路基平整操作。松土器24可以包括一个或多个齿38，该齿可以被液压定位在相对于工作表面38的垂直的较高和较低位置之间。考虑了松土器24可以按液压之外的方式被定位。可以利用操作者工位26控制施工机器10的一个或多个不变的功能和可选用的施工工具22 - 24的运动。如图2所示，操作者工位26可以包括座位40、至少一个不变的控制操纵架42和可选用的控制操纵架44。不变的控制操纵架42可以连接于座位40、连接于操作者工位26的底板(未示出)、连接于操作者工位26的一壁(未示出)、或者以该领域内已知的任何其它方式连接。可选用的控制操纵架44可以设置在不变的控制操纵架42附近和可拆卸地连接于不变的控制操纵架42。考虑了可选用的控制操纵架44或者可以可拆卸地连接于操作者工位26的底板或壁。不变的控制操纵架42可以包括被构造成控制施工机器10的至少一个不变的施工工具和/或功能的至少一个操作者控制装置。在一实施例中，不变的控制操纵架42可以包括被构造成控制不变的施工工具20的运动的三轴操纵杆控制器46。尤其，操纵杆控制器46的前倾斜运动可以引起犁片的一部分朝向工作表面28下降。操纵杆控制器46的向后倾斜运动可以引起犁片的该部分离开工作表面28上升。操纵杆控制器46的向右倾斜运动可以引起犁片相对于操作者的视力向右移动。操纵杆控制器46的向左倾斜运动可以引起犁片向左移动。操纵杆控制器46的扭转运动可以引起犁片围绕中央垂直轴线(示示出)转动。考虑了不同的施工工具运动可以与操纵杆控制器46的不同运动相关联。还考虑了操纵杆控制器46可以控制施工机器10的附加的和/或不同的施工工具或功能。例如，操纵杆控制器可以控制施工机器的转向、施工机器的铰节部分、车轮倾斜、传动装置功能、发动机节流功能和该领域内已知的施工机器10的其它功能。还考虑了不同的施工工具运动可以与操纵杆控制器46的不同运动相关联。还考虑了在不变的控制操纵架42内可以包括附加的和/或不同的操作者控制装置。在特定的顾客或操作者购买时可选用的控制操纵架44可拆卸地连接于施工机器10，以及将可选用的施工工具连接于和/或附连于施工机器10。如图3A所示，可选用的控制操纵架44可以包括基座件48、手掌托架50、操纵杆控制器52和多个手指开关54a_d。基座件48可以包括上平台56和将可选用的控制操纵架44连接于不变的控制操纵架42的突出的诸下支持部分58。上平台56可以与诸下支持部分58为一体，或者用其它方法固定地连接于诸下支持部分58。考虑了上平台56或者可以可调节地连接于诸下支持部分58。上平台56可以包括多个平行的沟槽60。在一实施例中，上平台56包括三个沟槽60。考虑了可以包括附加的或较少的沟槽60。各下支持部分58可以包括被构造成接纳啮合不变的控制操纵架内的螺孔(未示出)的紧固件64的孔62。考虑了基座件48可以包括附加的支持部分58和各支持部分58可以包括附加的孔62。手掌托架50可以连接于上平台56和被构造成提供用于操作者的手的托架和支持。尤其，手掌托架50可以包括被构造成配合操作者的手掌的中央部分的凸起部分66、被构造成容纳操作者的右手的大拇指的凹入部分68、以及构造成容纳操作者的手指的凹入部分70。相对于操作者的视线凹入部分68可以被安置成朝向凸起部分66的内部。凹入部分70可以被安置成朝向凸起部分66的前端。从在凸起部分66和上平台56之间的凹陷的开口形成凹入部分70。手掌托架50可以包括被构造成支持操作者的右手和给其加垫子的垫料。虽然图3A中所示的手掌托架50被构造成支持操作者的右手，但是考虑了手掌托架50可以类似地被构造成用于左手。操纵杆控制器52可以是双轴、弹簧定中心的与速度成正比的控制器，它被构造成控制可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器24等)的垂直运动。尤其，操纵杆控制器52围绕相对于操作者的视线在向前方向中的一第一轴线可以倾斜，以朝施工表面28下降可选用的施工工具23的自由端32，以及围绕向后方向中的第一轴线可以倾斜，以离开施工表面28的方向升高可选用的施工工具23的自由端32。因为操作杆控制器52可以是与速度成正比，所以操作杆控制器52的倾斜角度可以关系到在相关倾斜方向中的可选用的施工工具23的运动速度。此外，操纵杆控制器52可以具有控制可选用的施工工具23的自由端32的浮起功能的在向前方向中的软掣子和LED(发光二极管)浮起指示器71。尤其，当使操纵杆控制器52在向前方向倾斜通过预定的角度和/或在预定位置中保持预定的时期时，可以引起可选用的施工工具23的自由端32进入浮起方式。当使可选用的施工工具进入浮起方式时，LED指示器71可以点亮。浮起功能可以允许可选用的施工工具23的自由端32 “浮起”在施工表面28上，或者易于在施工表面28上几乎没有阻力地运动。可以通过围绕在向后方向中的第一轴线倾斜操纵杆控制器52通过预定的倾斜角度和/或在预定位置保持预定的时间可以引起可选用的施工工具23的自由端32脱离浮起方式。操纵杆控制器52还可以被构造成控制可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器24等)的摆动运动。尤其，操纵杆控制器52可以围绕与第一轴线正交的一第二轴线、在相对于操作者的视线的向右倾斜方向倾斜，以引起可选用的施工工具23的自由端32以离开施工机器10的方向围绕枢转端30摆动。操纵杆控制器52还可以围绕第二轴线、在向左倾斜方向倾斜，以引起可选用的施工工具23的自由端32朝施工机器10摆动。考虑了操纵杆控制器52可以包括附加的软掣子和操纵杆控制器52可以控制附加的或不同的可选用的施工工具。还考虑了操纵杆控制器52可以包括仅仅一个倾斜轴线和/或可以是可摆动的，以控制可选用的施工工具23的运动。多个手指开关54a_d相对于手撑托架50可以是位置可调节的，以及被构造成人类工程学地适应操作者的手指，以及包括关于相对于手指开关54a_d的积极的手指布置的结构。如图3B所示，手指开关54a — d可以连接于具有多个凸起导轨74的开关基座72。在一实施例中，开关基座72可以包括被构造成在上平台56的沟槽60内滑动的两个凸起导轨74，以致多个手指开关54a - d可以相对于手掌托架50直线地被定位。各手指开关54a_d可以包括弯曲表面76，该弯曲表面相对于操作者的手掌与各相关的手指的径向延伸方向对齐，以及由分隔部分78可以相互分开。此外，当操作者将手摸索可选用的控制操纵架44时，位于手指开关54d外侧的凸起端部81可以指示正确的手的放置，而不需要操作者必须视力上确认正确的放置。手指开关54a可以是弹簧定中心的与速度成正比的开关，并带有软掣子和被构造成控制一可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器等)的垂直运动。例如，手指开关54a可以在向前方向运动，以朝向施工表面28下降可选用的施工工具22。手指开关54a可以在向后方向运动，以离开施工表面28的方向上升可选用的施工工具22。软掣子可以便于手指开关54a在向前的方向运动通过预定的位置和/或在预定位置保持预定的时期，以引起可选用的施工工具进入浮起方式。类似于可选用的施工工具23的浮起方式，可选用的施工工具22的浮起方式可以与LED浮起指示器79相关联和允许可选用的施工工具22“浮起”在施工表面28上，或者易于在施工表面28上几乎没有阻力地运动。当处于浮起方式中时，LED浮起指示器79可以点亮，以指示可选用的施工工具22处于浮起方式。为了脱离浮起方式，可以使手指开关54a在向后方向运动通过预定位置和/或在预定位置保持预定时期。考虑了如果需要可以省去手指开关54a的浮起功能，或者以另一方式、例如通过将手指开关54a移动到向后位置而不是向前位置使其驱动。因为手指开关可以是与速度成正比的，可选用的施工工具22的速度可以关系到在相关的向前或向后方向中的手指开关54a的位置。手指开关54b可以是弹簧定中心的与速度成正比的开关，它被构造成控制可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器24等)的垂直运动。例如，手指开关54b可以在向前的方向运动，以朝施工表面28下降可选用的施工工具24。手指开关54b可以在向后的方向运动，以离开施工表面28的方向上升施工工具24。考虑了手指开关54b可以包括软掣子。手指开关54c可以是弹簧定中心的与速度成正比的开关，并被构造成控制可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器24等)的转动。例如，手指开关54c可以在向前方向运动，以使可选用的施工工具23的上部朝施工表面28倾斜。手指开关54c可以在向后方向运动，以离开施工表面28的方向转动可选用的工具23的上部。考虑了手指开关54c可以包括软掣子。手指开关54d可以是弹簧定中心的与速度成正比的开关，它具有软掣子和被构造成控制可选用的施工工具(例如路犁22、侧翼23、松土器24等)的枢转端30的垂直运动。例如，手指开关54d可以在向前方向运动，以朝施工表面28下降可选用的施工工具23的枢转端30。手指开关54d可以在向后方向运动，以离开施工表面28的方向上升可选用的施工工具23的枢转端30。软掣子可便于手指开关54d在向前方向运动通过预定位置和/或在预定位置中保持预定时间以引起可选用的工具23的枢转端30进入浮起方式。类似于可选用的施工工具23的自由端32的浮起方式，可选用的施工工具23的枢转端30的浮起方式可以与LED浮起指示器80相关联和允许可选用的施工工具23 “浮起”在施工表面28上，或者易于在施工表面上几乎没有阻力地运动。当处于浮起方式中，LED浮起指示器80可以点亮，以指示可使用的施工工具23处于浮起方式中。为了脱离浮动方式，手指开关54d可以在向后方向运动通过预定位置和/或在预定位置保持预定时期。考虑了如果需要可以省去手指开关54d的浮起功能，或者以另一方式、例如通过以向后方向而不是向前方向运动手指开关54a使其驱动。图3B示出了用于将多个手指开关54a — d紧固于基座件48的上平台56的结构。在一实施例中，用于紧固的结构可以包括把手柄55，该把手具有突出的螺纹部分(未示出，被构造成延伸通过上平台56的中央沟槽60和啮合开关基座72内的螺纹部分(未示出))。考虑了用于紧固的其它结构，例如多个螺纹紧固件、具有螺母凸起的凸轮紧固件、夹子、连杆系统或该领域内已知的其它结构。 可选用的控制操纵架44还可以包括关于对可选用的控制操纵架44提供动力和与施工机器10通讯的结构(未示出)。用于提供动力和通讯的结构例如可以包括电线束，该电线束具有被构造成啮合在施工机器10内的配合连接件的一个或多个连接件。还考虑了可选用的控制操纵架44可以与施工机器无线通讯和/或包括关于自己供电的装置(未示出)。工业应用可选用的控制操纵架44可以应用于要求对可选用的施工工具22-24定位和/或定向的多个操作者控制输入的任何施工机器。可选用的控制操纵架44通过以人类工程学地可调节的方式提供用于可选用装置的、相互很靠近地和很靠近不变的控制操纵架42的时常使用的致动件可以有效地减少操作者的疲劳。将时常使用的致动件放置在相互很靠近的范围内允许操作者控制不同的可选用的施工工具，而不需要在不同的控制器之间大范围的操作者的手或臂运动。将可选用的施工工具控制器放置在与不变的控制操纵架42分开的控制操纵架内为较低成本基础的施工机器作好准备。现在将叙述可选用的控制操纵架44的操作。在施工机器10的操作期间，操作者可以用同一只手以很少的手和臂运动可以控制不变的施工机器功能和可选用的施工工具22-24。尤其，当要控制可选用的施工工具
22- 24时，操作者可以从操纵杆控制器46移动右手和将它放置在手掌托架50上，相对于操作者的视线手掌托架直接位于不变的控制操纵架42的外侧。此外，当操作者的手掌位于手掌托架上时，可以基本上同时接触到可选用的控制操纵架44的所有控制结构。尤其，可以由大姆指运动操纵杆控制52，用食指运动手指开关54a，用中指运动手指开关54b，用无名指运动手指开关54c和用小指运动手指开关54d。考虑了由大姆指和食指或手指的任何其它组合运动操纵杆。类似性，还考虑了可以由任何手指驱动手指开关54a - d的各开关。在操纵该操纵杆控制器46和/或手指开关54a — d时，手撑托架50可以提供对操作者的手的支持。尤其，凹入部分68与凸起部分66的组合可以提供用于操作者的手的握持表面。而且，提供在通过允许操作者的手围绕手掌托架50和进入凹入部分70内运动操纵杆控制器46期间，凹入部分70与凸起部分的组合可以提供对于操作者的手的杠杆作用。为了进一步改进相对于在手掌托架50上处于搁置位置中的操作者的手的手指开关54a — d的人类工程学的放置，可以相对于手掌托架50调节开关基座72。通过在逆时针方向转动把手55、以放松把手55、直线滑动开关基座72到所需的位置、以及在顺时针方向转动把手55、以紧固把手55，可以调节开关基座72。考虑了所揭示的实施例的说明和实际情况之后，其它实施例对于该领域的那些熟练人员将是很明显的。例如，由操纵杆控制器46和/或手指开关54a - d可以控制许多不同的施工工具。如由操纵杆控制器46控制的所述那些功能和/或特征或者可以由手指开关54a — d控制，以及反过来也一样。可以由操纵杆控制器46和手指开关54a — d控制附加的或较少的特征和/或功能。可以通过开关之外的许多操作者控制装置、例如按钮、推/拉装置、杆杠、盘调节器和该领域已知的其它操作者控制装置控制诸特征和/或功能。并且，叙述了引起相关联的可选用的施工工具的运动速度正比于控制器或开关的位置的操纵杆控制器46和/或开关54a - d或者可以是开/关型控制装置，其中当控制器或开关处于啮合位置中时，所影响的可选用的施工工具的运动是连续的或分段的。本说明书和例子被认为仅仅是示例性的，本发明的真正范围由以下权利要求书限定。
权利要求
1.用于具有至少一个施工工具的运土机的控制操纵架，包括托架，所述托架包括被构造成适应操作者的手的手掌的凸起表面以及与所述托架一体形成并且被构造成适应操作者的所述手的一个或多个手指的凹入部分；以及开关板，所述开关板可相对于所述托架是可直线调节的，所述开关板包括多个相邻的手指凹槽，每个手指凹槽至少部分地限定在相对的两侧以及手指可操作的控制装置之间， 所述各手指凹槽构造成纵向地接纳操作者的手指之一，以便操作相应的手指可操作的控制>J-U ρ α装直。
2.如权利要求1所述的控制操纵架，其特征在于至少一个操作者控制装置的驱动状态与至少一个施工工具的运动速度有关。
3.如权利要求1所述的控制操纵架，其特征在于还包括当手掌位于托架上时由操作者的手指可操纵的至少一个操纵杆(52)。
4.如权利要求1所述的控制操纵架，其特征在于当手掌位于托架上时多个操作者控制装置的每个装置可由操作者的手指操纵。
5.如权利要求4所述的控制操纵架，其特征在于多个操作者控制装置的各装置包括被构造成适应操作者的手指的凹入表面。
6.用于具有至少一个可选用的施工工具(22-24)的运土机(10)的操作者工位(26)， 它包括座位(40)；位于座位附近的和被构造成控制施工机器的至少一个不变功能的施工机器操纵架 (42);如权利要求1-5的任一项所述的、相对于施工机器操纵架可拆卸地和靠近地设置的可选用的施工工具操纵架(44)。
7.控制在运土机(10)上的至少一个施工工具(22-24)的方法，该方法包括；将一只手和一手臂的至少一个放置在托架(50)上；相对于托架调节多个操作者控制装置的位置；以及驱动多个操作者控制装置(54a - d)的至少一个，以控制至少一个施工工具的功能。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括在一只手和一手臂的至少一个保持位于托架上时，驱动多个操作者控制装置的各装置。
全文摘要
本发明涉及一种施工机器(10)的控制操纵架(44)，具体地说，用于具有至少一个施工工具(22-24)的施工机器(10)的控制操纵架(44)具有托架(50)和多个操作者控制装置(54a-d)。多个操作者控制装置相对于托架是可调节的和被构造成控制至少一个施工工具的至少一个功能。
文档编号E02F3/96GK103046608SQ20121058078
公开日2013年4月17日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月30日
发明者C·B·凯勒, R·E·李德斯, D·E·谢勒 申请人:卡特彼勒公司