一种油门档位集控装置的制作方法

1.本实用新型涉及机器人控制设备领域，尤其是一种油门档位集控装置。


背景技术：

2.随着人工智能的不断发展，越来越多的智能化装备或无人整机装置成为研发热点，其中智能船是一种无需遥控,借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人。国内许多企业大力研制智能船，不断突出智能船低成本、无随船人员、低风险的优势，最大化体现水域机器人的价值。
3.然而，智能船上的油门档位装置成为短板，传统船舶上档位和油门操控终端分开设置，采用旋转角度检测传感器读取磁铁位置信息来计算油门和档位的状态，这种检测方式成本造价较高，而且结构比较复杂，安装时需要维持较高的配合精度，整体智能程度低，控制方式单一，不利于智能船测试工作的开展，也不利于将普通船舶改造升级为智能船。
4.鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型需要解决的技术问题是：现有船用油门档位操控终端分开设置，集成度低，监测成本高，协调性差，不利于智能船测试工作的开展，也不利于将普通船舶改造升级为智能船。
6.本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：提供一种油门档位集控装置，包括盒体、底板、控制板、电机模块、把手和数据接口；所述底板安装于盒体的底部，与盒体共同形成一个控制箱；
7.所述电机模块包括主电机和输出轴，所述主电机固定在盒体内部，所述输出轴贯穿地伸在盒体侧面外，向外提供旋转端口；
8.所述把手的下端套接在电机模块位于盒体外部的输出轴上，与输出轴保持同步转动，从而传递档位操作指令和油门操作指令；具体的，主电机为伺服电机或步进电机，可精确控制转动输出角度，利用其内部编码器反馈信号精确反算出对应转动量，当把手与电机模块的输出轴同步旋转时，把手转动传递的油门指令或档位指令可与输出轴旋转值相互对应，无需另设角度传感器监测把手的转动量。
9.所述数据接口安装于底板上，用于连接外部的油门系统和档位系统中执行部件处理器，将控制板的指令传送给执行部件，或将执行部件的状态反馈给控制板；
10.所述控制板固定在底板内侧，作为集控装置的控制中枢，连接并监控电机模块和数据接口；当用户主动旋转把手时，把手带动输出轴转动，控制板可将电机模块的动作信息转换为油门指令和档位指令，经由数据接口下发给外部的油门系统和档位系统；或者控制板经由数据接口接收外部油门系统和档位系统的状态信息，进而驱动电机模块动作，电机模块带动把手被动旋转，动态地展示出外部油门系统和档位系统的真实状态；其中，所述把手和电机模块配套设置，数量与智能船推进装置一致，每套把手和电机模块对应一台喷泵
系统或螺旋桨系统。
11.进一步的，集控装置中还包括卡环、位置传感器、弹簧柱和卡位珠；所述位置传感器与控制板相连；
12.所述卡环固定地套接在电机模块位于盒体内部的输出轴上，与电机模块的输出轴保持同步转动，卡环外环侧面开设三个档位孔，分别为d档孔、n档孔和r档孔，n档孔处于d档孔与r档孔的正中间，每个档位孔内设置一个位置传感器；
13.所述弹簧柱设置于盒体内侧壁上，位于卡环的正下方，顶端设置一个卡位珠，初始状态下，所述弹簧柱支撑起卡位珠并将其正向顶入n档孔中，当卡环转动时卡位珠离开当前档位孔，转动指定角度后进入新的档位孔，卡位珠可与各档位孔中位置传感器紧密接触，给控制板传送对应的档位信息；具体的，卡位珠顶入n档孔时把手对应为0度，控制板解读为“空档”指令，当卡环跟随输出轴正向旋转至正5度时卡位珠顶入d档孔，控制板解读为“前进档”指令，此时油门对应为前进待机状态，卡环继续正向旋转则控制板解读出前进油门线性增大，当正向旋转至正45度时，控制板解读出对应的前进油门指令为最大；当卡环跟随输出轴反向旋转至负5度时卡位珠顶入r档孔，控制板解读为“后退档”指令，此时油门对应为后退待机状态，卡环继续反向旋转则控制板解读出后退油门线性增大，当反向旋转至负45度时，控制板解读出对应的后退油门指令为最大；所述d档孔至r档孔的角度距离为从负5度至正5度共10度，此10度中间地带能将把手的抖动指令有效过滤，避免船体在波浪中震动产生的误操作；可根据不同海况和船体排水吨位惯性，重新设定d档孔与r档孔的角度距离。
14.进一步的，集控装置中还包括抱箍，利用抱箍提供摩擦阻力增强把手的机械操作质感；
15.所述抱箍套装于电机模块的输出轴上，位于盒体外侧和把手之间；
16.所述抱箍的顶部带有突出部，突出部为开口，通过螺栓锁定；抱箍的外环为弹性钢质材料制成，抱箍的内环设置有摩阻片；所述盒体外侧面设置卡槽，卡槽的位置和大小与抱箍的突出部相配套，可阻止抱箍跟随电机模块的输出轴旋转，突出部上螺栓锁定得越紧，抱箍内环越小，给电机模块的输出轴的摩擦阻力越大。
17.进一步的，所述把手的下端与抱箍接触处设置有限位槽；所述限位槽的下端口与抱箍的突出部的宽度一致，上端口大于抱箍的突出部的宽度，形成一个可容纳抱箍突出部旋转的扇形区域；当把手旋转指定角度时，限位槽的一侧挤压到抱箍的突出部上，抱箍的突出部阻住把手进一步旋转；同时配合卡槽挤压突出部，使抱箍抱得更紧，从而将电机模块的输出轴刹得更紧，阻止电机模块的输出轴进一步旋转。
18.进一步的，所述把手上端还设置有与控制板相连的拓展开关，可向外部控制系统发送指令，具体可设置为，发动机启动键、急停、重启键，还可在油门控制时对船艇执行艉机抬升。
19.进一步的，所述盒体外部顶端设置有与控制板相连的显示模块，用于显示当前档位信息或油门信息，具体的，设置三个led灯，第一个绿色常亮时指示当前为d档；第二个黄色常亮时指示当前为n档；第三个红色常亮时指示当前为r档。
20.进一步的，所述数据接口包括can接口和rs232/rs422接口。
21.进一步的，所述底板上还设置有电源接口，可将外部电源引入集控装置。
22.进一步的，所述电机模块还包括电机座，所述电机座吊装于盒体内部顶端，将电机
模块的主电机固定。
23.进一步的，所述抱箍的内环采用材质为橡胶、塑料或磨砂。
24.本实用新型相比现有技术具有以下优点。
25.1、主电机可精确控制转动输出角度，利用其内部编码器反馈信号精确反算出对应转动量，当把手与电机模块的输出轴同步旋转时，把手转动传递的油门指令或档位指令可与输出轴旋转值相互对应，无需另设角度传感器监测把手的转动量；尤其是d档孔至r档孔之间的中间地带能将把手的抖动指令有效过滤掉，避免船体在波浪中震动产生的误操作。
26.2、当用户主动旋转把手时，把手带动输出轴转动，控制板可将电机模块的动作信息转换为油门指令和档位指令，经由数据接口下发给外部的油门系统和档位系统；或者控制板经由数据接口接收外部油门系统和档位系统的状态信息，进而驱动电机模块动作，电机模块带动把手被动旋转，动态地展示出外部油门系统和档位系统的真实状态。
27.3、通过抱箍和输出轴实现把手旋转阻力可调，极大改善用户操控手感；当抱箍在受限位槽挤压时会变紧，从而实现油门限位刹车功能，提高油门限位操作时的机械安全性，当把手外力被解除时，抱箍松紧度还原至初始状态。
28.4、当设置多套把手和电机模块时，可从油门档位的视角灵活地调整船体航向和姿态。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为实施例中油门档位集控装置立体图。
31.图2为实施例中油门档位集控装置仰视立体图。
32.图3为实施例中油门档位集控装置打开底板后仰视立体图。
33.图4为实施例中油门档位集控装置隐藏盒体地板后立体图。
34.图5为实施例中油门档位集控装置隐藏盒体地板后仰视立体图。
35.图6为实施例中盒体立体图。
36.图7为实施例中把手立体图。
37.图8为实施例中抱箍立体图。
38.图9为实施例中油门档位集控装置沿纵线剖视立体图。
39.图10为实施例中油门档位集控装置沿横线剖视立体图。
40.图中：1
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盒体；2
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底板；3
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控制板；5
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把手； 7
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卡环；8
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弹簧柱；9
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卡位珠；10
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抱箍；11
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拓展开关；12
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显示模块；13
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led灯；101
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卡槽；102
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突出部；103
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摩阻片；401
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主电机；402
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输出轴；403
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电机座；501
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限位槽；601
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can接口；602
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rs232/rs422接口；603
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电源接口；701
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d档孔；702
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n档孔；703
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r档孔。
具体实施方式
41.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施
例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
42.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
43.此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。
44.实施例1，如图1
‑
10所示，提供一种油门档位集控装置，包括盒体1、底板2、控制板3、电机模块、把手5和数据接口；所述底板2安装于盒体1的底部，与盒体1共同形成一个控制箱，其中盒体1为半圆形体，直径20cm；
45.所述电机模块包括主电机401和输出轴402，所述主电机401固定在盒体1内部，所述输出轴402贯穿地伸在盒体1侧面外，向外提供旋转端口，输出轴402长10cm，直径2cm；
46.所述把手5的下端套接在电机模块位于盒体1外部的输出轴402上，与输出轴402保持同步转动，从而传递档位操作指令和油门操作指令；具体的，主电机401为伺服电机或步进电机，可精确控制输出轴402的转动输出角度，利用其内部编码器反馈信号精确反算出对应转动量，当把手5与电机模块的输出轴402同步旋转时，把手5转动传递的油门指令或档位指令可与输出轴402旋转值相互对应，无需另设角度传感器监测把手5的转动量。
47.所述数据接口安装于底板2上，用于连接外部的油门系统和档位系统中执行部件处理器，将控制板3的指令传送给执行部件，或将执行部件的状态反馈给控制板3；
48.所述控制板3固定在底板2内侧，作为集控装置的控制中枢，设置有pcb处理器连接并监控电机模块和数据接口；当用户主动旋转把手5时，把手5带动输出轴402转动，控制板3可将电机模块的动作信息转换为油门指令和档位指令，经由数据接口下发给外部的油门系统和档位系统；或者控制板3经由数据接口接收外部油门系统和档位系统的状态信息，进而驱动电机模块动作，电机模块带动把手5被动旋转，动态地展示出外部油门系统和档位系统的真实状态；其中，所述把手5和电机模块配套设置，数量与智能船推进装置一致，每套把手5和电机模块对应一台喷泵系统或螺旋桨系统；本实施例中，集控装置包含两套把手5和电机模块，用于辅控双喷泵智能船的动力操控，左侧把手5和左侧电机模块用于监控左侧喷泵系统，右侧把手5和右侧电机模块用于监控右侧喷泵系统。
49.本实施例中，集控装置中还包括卡环7、位置传感器、弹簧柱8和卡位珠9；所述位置传感器与控制板3相连；
50.所述卡环7固定地套接在电机模块位于盒体1内部的输出轴402上，与电机模块的输出轴402保持同步转动，卡环7外环侧面开设三个档位孔，分别为d档孔701、n档孔702和r档孔703，n档孔702处于d档孔701与r档孔703的正中间，每个档位孔内设置一个位置传感器；
51.所述弹簧柱8设置于盒体1内侧壁上，位于卡环7的正下方，顶端设置一个卡位珠9，初始状态下，所述弹簧柱8支撑起卡位珠9并将其正向顶入n档孔702中，当卡环7转动时卡位珠9离开当前档位孔，转动指定角度后进入新的档位孔，卡位珠9可与各档位孔中位置传感器紧密接触，给控制板3传送对应的档位信息；具体的，以右侧把手5和右侧电机模块为例，
卡位珠9顶入n档孔702时把手5对应为0度，控制板3解读为“空档”指令，当卡环7跟随输出轴402正向旋转至正5度时卡位珠9顶入d档孔701，控制板3解读为“前进档”指令，此时油门对应为前进待机状态，卡环7继续正向旋转则控制板3解读出前进油门线性增大，当正向旋转至正45度时，控制板3解读出对应的前进油门指令为最大；当卡环7跟随输出轴402反向旋转至负5度时卡位珠9顶入r档孔703，控制板3解读为“后退档”指令，此时油门对应为后退待机状态，卡环7继续反向旋转则控制板3解读出后退油门线性增大，当反向旋转至负45度时，控制板3解读出对应的后退油门指令为最大；所述d档孔701至r档孔703的角度距离为从负5度至正5度共10度，此10度中间地带能将把手5的抖动指令有效过滤，避免船体在波浪中震动产生的误操作；可根据不同海况和船体排水吨位惯性，重新设定d档孔701与r档孔703的角度距离。
52.本实施例中，集控装置中还包括抱箍10，利用抱箍10提供摩擦阻力增强把手5的机械操作质感；所述抱箍10长度为1cm，厚度2mm；
53.所述抱箍10套装于电机模块的输出轴402上，位于盒体1外侧和把手5之间；
54.所述抱箍10的顶部带有突出部102，突出部102为开口，通过螺栓锁定；抱箍10的外环为弹性钢质材料制成，抱箍10的内环设置有摩阻片103；所述盒体1外侧面设置卡槽101，卡槽101深度3mm，卡槽101的位置和大小与抱箍10的突出部102相配套，可卡住突出部102从而阻止抱箍10跟随电机模块的输出轴402旋转，突出部102上螺栓锁定得越紧，抱箍10内环越小，给电机模块的输出轴402的摩擦阻力越大。
55.本实施例中，所述把手5的下端与抱箍10接触处设置有限位槽501，限位槽501深度3mm；所述限位槽501的下端口与抱箍10的突出部102的宽度一致，上端口大于抱箍10的突出部102的宽度，角度为负45度至正45度，形成一个可容纳抱箍10突出部102旋转的扇形区域；初始状态下，抱箍10嵌入卡槽101和限位槽501之间，突出部102位于限位槽501的中轴线上，当把手5旋转指定角度45度时，限位槽501的一侧挤压到抱箍10的突出部102一侧，抱箍10的突出部102的另一侧挤向卡槽101侧边，阻住把手5进一步旋转；即限位槽501配合卡槽101相向挤压突出部102，使抱箍10抱得更紧，从而将电机模块的输出轴402刹得更紧，阻止电机模块的输出轴402进一步旋转。
56.本实施例中，所述把手5上端还设置有与控制板3相连的拓展开关11，可向外部控制系统发送遥控指令，具体可设置为，发动机启动键、急停、重启键，还可在油门控制时对船艇执行艉机抬升。
57.本实施例中，所述盒体1外部顶端设置有与控制板3相连的显示模块12，用于显示当前档位信息或油门信息，具体的，设置三个led灯，第一个led灯绿色常亮时指示当前为d档；第二个led灯黄色常亮时指示当前为n档；第三个led灯红色常亮时指示当前为r档。
58.本实施例中，所述数据接口包括can接口601和rs232/rs422接口602。
59.本实施例中，所述底板2上还设置有电源接口603，可将外部电源引入集控装置；控制板3上设置有对应的电源模块，转换并就将电源分配给集控装置中用电设备。
60.本实施例中，所述电机模块还包括电机座403，所述电机座403吊装于盒体1内部顶端，将电机模块的主电机401固定。
61.本实施例中，所述抱箍10的内环采用材质为橡胶、塑料或磨砂。
62.实施例2：在实施例1的基础上，当智能船处于实验测试时，有人操作把手5时工作
步骤如下。
63.第一步：上电操作，集控装置通过数据接口连接外部的油门系统和档位系统的执行部件处理器，电源接口603上电。
64.第二步：状态初始化，调整把手5垂直于底板2，卡位珠9顶入n档孔702，控制板3解读为“空档”指令；第一个led灯熄灭；第二个led灯黄色常亮指示当前为n档；第三个led灯熄灭。
65.第三步：待机运行，当需要船体前进时，用户向前同时推动左侧把手5和右侧把手5，把手5带动输出轴402正向旋转；当卡环7跟随输出轴402正向旋转至正5度时卡位珠9顶入d档孔701，控制板3解读为“前进档”指令，此时油门对应为前进待机状态；第一个led灯绿色常亮指示当前为d档；第二个led灯熄灭；第三个led灯熄灭。
66.第四步：油门调向，前进时如果继续推动左侧把手5，则左侧卡环7继续正向旋转则控制板3解读出前进油门线性增大，左侧喷泵系统加大功率运行；前进时如果继续推动右侧把手5，则右侧卡环7继续正向旋转则控制板3解读出前进油门线性增大，左侧喷泵系统加大功率运行；当左侧把手5和右侧把手5油门幅度相同时，智能船尾部两侧的双喷泵提供均匀的向前推力确保船体正向前冲；当左侧把手5油门幅度大于右侧把手5油门幅度时，左侧喷泵出力大于右侧喷泵出力，可实现船体水域内右转弯或顺时针旋转；当右侧把手5油门幅度大于左侧把手5油门幅度时，右侧喷泵出力大于左侧喷泵出力，可实现船体水域内左转弯或逆时针旋转，从而从油门档位的视角灵活地调整船体航向和姿态。
67.第五步：油门自刹车，当左侧把手5或右侧把手5正向旋转至正45度时，控制板3解读出对应的前进油门指令为最大，继续推动把手5时，限位槽501和卡槽101配合作用挤压抱箍10的突出部102，将抱箍10锁紧，抱箍10内环越小，给电机模块的输出轴402的摩擦阻力越大，从而把手5和输出轴402同时停止转动。
68.第六步：航向反转，当需要将船体前进改为后退时，用户将左侧把手5和右侧把手5同时归于空档位置，然后继续向后同时推动左侧把手5和右侧把手5，把手5带动输出轴402反向旋转；当卡环7跟随输出轴402反向旋转至负5度时卡位珠9顶入r档孔703，控制板3解读为“后退档”指令，此时油门对应为后退待机状态，第一个led灯熄灭；第二个led灯熄灭；第三个led灯红色常亮指示当前为r档；可继续执行“油门调向”和“油门自刹车”的操作。
69.第七步：停航靠岸，通过操控把手5执行“油门调向”、“油门自刹车”、“航向反转”快速实现指定地点的停航或靠岸。
70.实施例3，在实施例1的基础上，当智能船在自动模式下，油门系统和档位系统反向驱动把手5动作的步骤如下。
71.第一步：上电操作，集控装置通过数据接口连接外部的油门系统和档位系统的执行部件处理器，电源接口603上电。
72.第二步：状态初始化，调整把手5垂直于底板2，卡位珠9顶入n档孔702，控制板3解读为“空档”指令；第一个led灯熄灭；第二个led灯黄色常亮指示当前为n档；第三个led灯熄灭。
73.第三步：接受指令，监控中心给智能船发送航行指令，智能船的控制器解读生成档位油门指令，驱动外部油门系统和档位系统动作，并将档位油门指令转发给控制板3。
74.第四步：状态同步，控制板3根据档位油门指令，驱动电机模块动作，输出轴402旋
转带动卡环7和把手5同步旋转，使把手5动态地展示出外部油门系统和档位系统的真实状态，显示模块12正确显示档位状态。
75.第五步：油门限位，如果电机模块的输出轴402旋转至正45度或负45度时，由于惯性继续旋转，限位槽501和卡槽101配合作用挤压抱箍10的突出部102，将抱箍10锁紧，抱箍10内环越小，给电机模块的输出轴402的摩擦阻力越大，从而把手5和输出轴402同时停止转动。
76.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。