专利名称：一种动作映射控制系统及具有其的平地机的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种动作映射控制系统及具有其的平地机。
背景技术：
平地机的铲刀作业装置共有六个自由度，分别是铲刀左升降、铲刀右升降、铲刀引伸、铲刀角度、铲刀旋转、铲刀作业装置偏摆。对于铲刀作业装置的动作控制，传统方式大多采用手动连杆直接连动液压阀块，以达到相应油缸动作的目的。比较先进的控制方式采用电控手柄，通过电控手柄上的功能按键实现控制相应油缸的动作。然而，这些控制方式都需要有比较清晰的操作标识，并且操作人员需具备比较丰富的操作经验，才能很精准的操控铲刀作业装置，操作便捷性不高。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明的第一目的在于提供一种操作便捷的动作映射控制系统，用于控制机作业装置的动作，包括具有多个运动自由度的手柄、多个传感器、控制器；多个传感器位于手柄上，并且与手柄的多个运动自由度一一对应；每一传感器用于感测手柄在对应自由度的运动信息，并将运动信息发送至控制器；控制器用于根据手柄在对应自由度的运动信息，控制作业装置在对应自由度上运动。进一步地，作业装置为铲刀作业装置；控制器用于根据手柄在对应自由度的运动信息，通过控制铲刀作业装置在对应自由度的液压控制油缸，驱动铲刀作业装置在对应自由度上运动。进一步地，手柄包括底座、与底座连接的手柄本体、安装在手柄本体外表面上的拨件；手柄的运动自由度包括手柄本体的左端相对于底座上下移动、手柄本体的右端相对于底座上下移动、手柄本体相对于底座左右移动、手柄本体相对于底座轴向旋转、手柄本体相对于底座前后弧度运动、拨件相对于手柄本体左右移动。进一步地，手柄还包括第一连杆，手柄本体通过第一连杆与底座连接，并且能以第一连杆为旋转轴旋转；多个传感器包括第一传感器，第一传感器用于感测手柄本体以第一连杆为旋转轴旋转的旋转运动信息；控制器用于接收旋转运动信息，并根据旋转运动信息控制铲刀旋转油缸，驱动铲刀旋转运动。进一步地，手柄还包括中心轴，中心轴设置在底座中；第一连杆的第一端与中心轴连接，并且可带动手柄本体绕中心轴弧度运动；多个传感器包括第二传感器，第二传感器用于感测手柄本体绕中心轴弧度运动的弧度运动信息；控制器用于接收第二传感器发送的弧度运动信息，并根据弧度运动信息控制铲刀仰角油缸，调整铲刀仰角。进一步地，手柄还包括第二连杆、第三连杆及第四连杆；手柄本体为空壳结构；第二连杆设置在手柄本体的内表面上；第三连杆的两端分别与第二连杆的一端及第四连杆的一端铰接；第二连杆、第三连杆及第四连杆形成Z字结构；第四连杆的另一端与第一连杆的第二端连接，第一连杆的第二端位于手柄本体的壳体中。
进一步地，多个传感器包括第三传感器及第四传感器；第三传感器设置在第二连杆的右端，用于感测手柄本体的左端相对于底座上下移动的第一移动信息；第四传感器设置在第三连杆的左端，用于感测手柄本体的右端相对于底座上下移动的第二移动信息；控制器用于根据第一移动信息控制铲刀左提升油缸，驱动铲刀左端上升或下降；还用于根据第二移动信息控制铲刀右提升油缸，驱动铲刀右端上升或下降。进一步地，多个传感器包括设置在中心轴中的第五传感器，第五传感器用于感测手柄本体相对于底座左右移动的第三移动信息；控制器用于接收第三移动信息，并根据第三移动信息控制铲刀引伸油缸，驱动铲刀左右运动。进一步地，多个传感器包括设置在拨件一侧的第六传感器，第六传感器用于感测拨件相对于手柄本体左右移动的第四移动信息；控制器用于接收第四移动信息，并根据第四移动信息控制铲刀偏摆油缸，驱动铲刀偏摆运动。本发明的动作映射控制系统实施例通过操作手柄的自由度，将操作动作映射到作业装置上，实现作业装置的动作与手柄的操作动作一致，可降低操作人员的技能要求，减轻了操作人员的工作强度，简化了操作难度，提高了操作便捷性。
图1为本发明动作映射控制系统中手柄的第一实施例结构示意图；图2-1为本发明动作映射控制系统中手柄的第二实施例结构示意图；图2-2为图2-1所示结构中安装部分传感器的结构示意图；图2-3为图2-1中手柄本体相对于底座轴向旋转的示意图；图2-4为图2-1中手柄本体相对于底座前后弧度运动的示意2-5为图2-1中手柄本体左端相对于底座上下运动的示意图；图2-6为图2-5中角度α的变化示意图；图2-7为图2-1中手柄本体右端相对于底座上下运动的示意图；图2-8为图2-7中角度β的变化示意图；图2-9为图2-1中拨件的操作示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种用于控制机作业装置的动作映射控制系统，其实施例主要包括如图1所示的具有多个运动自由度的手柄11、多个传感器(图未示)、控制器(图未示)；其中，该多个传感器位于手柄11上，并且与手柄11的多个运动自由度一一对应；每一传感器用于感测手柄11在对应自由度的运动信息，并将运动信息发送至控制器；控制器用于根据手柄11在对应自由度的运动信息，控制作业装置在对应自由度上运动。以下各实施例均以作业装置为铲刀作业装置举例说明，如图1所示，手柄11可以包括底座111、与底座111连接的手柄本体113、安装在手柄本体113外表面上的拨件115 ；其中，手柄11的运动自由度包括手柄本体113的左端相对于底座111上下移动(即图1 中双向箭头c所示方向)、手柄本体113的右端相对于底座111上下移动(即图1中双向箭头d所示方向)、手柄本体113相对于底座111左右移动(即图1中双向箭头e所示方向)、手柄本体113相对于底座111轴向旋转(即图1中双向箭头a所示方向)、手柄本体 113相对于底座111前后弧度运动(即图1中双向箭头b所示方向)、拨件115相对于手柄本体113左右移动(即图1中双向箭头f所示方向)。具体操作时，手柄11还可以包括 圆盘118，该圆盘118是手柄本体113与底座111之间的一个过渡衔接件，起遮挡衔接作用， 不参与动作映射；手柄本体113的上表面上还设置有把持部113a，操作时，工作人员的大拇指放在拨件115的位置，其余四个指头放置在把持部113a处。相应于上述六个自由度，在手柄11上设置六个传感器(图未示)，一一对应感测手柄11在每个自由度上的运动信息，并将感测到的运动信息发送至控制器。控制器根据手柄11在某一自由度的运动信息，控制铲刀作业装置在该自由度的液压控制油缸，进而驱动铲刀作业装置在对应自由度上运动。如，控制器根据手柄11左端升降的运动信息，控制铲刀左提升油缸，进而驱动铲刀作业装置的左端上下移动。优选地，如图2-1所示，手柄本体113通过第一连杆117与底座111连接，并且能以第一连杆117为旋转轴旋转。优选地，如图2-1所示，手柄11还包括中心轴119，中心轴119设置在底座111中； 第一连杆117的第一端与中心轴119连接，并且可带动手柄本体113绕中心轴119旋转。优选地，如图2-1所示，手柄11还包括第二连杆112、第三连杆114及第四连杆 116 ；手柄本体(113)为空壳结构；第二连杆112设置在手柄本体113的内表面上，第二连杆 112的具体安装位置可以固定在把持部113a的正下方；第三连杆114的两端分别与第二连杆112的一端及第四连杆116的一端铰接；第二连杆112、第三连杆114及第四连杆116形成Z字结构；第四连杆116的另一端与第一连杆117的第二端连接，第一连杆117的第二端位于手柄本体113的壳体中。如图2-2所示，第一传感器13a可以设置在该第一连杆117中，用于感测手柄本体 113以第一连杆117为旋转轴的旋转运动信息。如图2-3所示，手柄本体113在旋转运动时，手柄本体113以第一连杆117为旋转轴相对于底座111轴向旋转。安装在第一连杆117 处的第一传感器13a就能检测其动作的变化量(即图2-3中角度Al的变化)，第一传感器 13a输出手柄本体113的旋转运动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀，电磁液压阀经过一系列的中间液压装置，控制铲刀旋转油缸，实现铲刀旋转运动。如图2-2所示，第二传感器1 可以设置在中心轴119的一端，用于感测手柄本体 113绕中心轴119旋转的弧度运动信息。如图2-4所示，第一连杆117相对于手柄本体113 是固定的，中心轴119可以固定在底座111上，在手柄本体113前后弧度运动时，手柄本体 113连同第一连杆117相对于中心轴119进行弧度运动，安装在中心轴119 一端处的第二传感器1 就能检测中心轴119动作的变化量(即图2-4中所示角度A2的变化量，对应于手柄本体113的弧度运动信息)，第二传感器1 输出手柄本体113的弧度运动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀，电磁液压阀经过一系列的中间液压装置控制铲刀仰角油缸，实现铲刀仰角调整。
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如图2-5所示，第三传感器可以设置在“A”指示的位置，即第二连杆112的右端上， 第四传感器可以设置在“B”指示的位置，即第三连杆114的左端上。如图2-5及图2-6所示，手柄本体113的左端上下运动时，第二连杆112会以A点为支点向上或向下运动，第二连杆112与第三连杆114之间的夹角α会对应增大或减小，并且B点的夹角β不会改变。 安装在A点的第三传感器就能检测第二连杆112动作的变化量(对应于手柄本体113左端上下运动的第一移动信息)，第三传感器输出第一移动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀，电磁液压阀经过一系列的中间液压装置，控制铲刀左提升油缸，实现铲刀左端的上升或下降动作。如图2-7及图2-8所示，手柄本体113的右端上下运动时，第三连杆114的右端为受力点，第三连杆114会以B点为支点，连同第二连杆112整体向上或向下运动，第三连杆 114与第四连杆64之间的夹角β会对应增大或减小，并且第二连杆112与第三连杆114 之间的夹角α不会改变。安装在B点的第四传感器就能检测第三连杆114动作的变化量 (对应于手柄本体113右端上下运动的第二移动信息)，第四传感器输出第二移动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀，电磁液压阀经过一系列的中间液压装置，控制铲刀右提升油缸，实现铲刀右端的上升或下降动作。如图2-2所示，第五传感器13e可以设置在中心轴119内，用于感测手柄本体113 相对于底座111左右移动的第三移动信息。第一连杆117相对于手柄本体113固定不动， 中心轴119是固定在底座111上，在手柄本体113左右移动时，手柄本体113连同第一连杆 117相对于中心轴119左右移动。安装在中心轴119的第五传感器1 就能检测第一连杆 117动作的变化量(即手柄本体113左右移动的第三移动信息)，第五传感器1 输出第三移动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀，电磁液压阀经过一系列的中间液压装置，控制铲刀引伸油缸，实现铲刀左右运动。如图2-2所示，第六传感器可以设置在临近拨件115—侧的位置(如图2_2中“C” 点所示位置)，用于感测拨件115相对于手柄本体113左右移动的第四移动信息。如图2-9 所示，第六传感器还可以设置在图2-9中“D”点所示的位置；当操作手按住拨件115使其左右移动时，第六传感器就能检测到拨件115动作的变化量(即第四移动信息)，第六传感器输出第四移动信息给控制器，经过控制器的运算处理和放大，输出控制信号给电磁液压阀， 电磁液压阀经过一系列的中间液压装置，控制铲刀偏摆油缸，实现铲刀作业装置偏摆运动。上述手柄11具备左端上下移动、右端上下移动、左右移动、旋转、弧度调整及拨件左右移动等自由度，通过操作手柄的自由度，将动作映射到平地机铲刀作业装置上，直观的控制铲刀左升降、铲刀右升降、铲刀引伸、铲刀旋转、铲刀角度、铲刀装置偏摆相对应的油缸，以达到铲刀作业装置的动作与手柄的操作动作一致。根据工作人员的个人习惯，上述手柄11可以安装在平地机控制室中左边扶手台处或右边扶手台处的手柄安装座上。拨件115 可以设置为长条形，当手柄11置于左边时，方便左手大拇指操作拨件115 ；同样，手柄11置于右边时，右手大拇指亦可操作拨件115。手柄11可单独取下安装到无线遥控装置上，都能进行正常的操作。本领域技术人员可以理解，上述各传感器发送的信号类型不局限于比例电压、比例电流、可变电阻、开关量等；各传感器的安装位置可以根据其运动空间和实际情况优化； 此外，传感器将感测的运动信息还可以通过无线的方式发送至控制器；本发明主要是利用手柄的操作自由度与作业装置实际的自由度一致，即操作对象与执行对象的动作一致，提升操作的便捷性，故不限于平地机作业装置、更不限于平地机的铲刀作业装置，如还可以通过上述具有多个自由度的手柄控制前置松土耙、中置松土耙、后置松土耙、雪犁、雪翼等；被控对象还可以如推土机、挖掘机、装载机、起重机等。上述手柄还可以扩展功能和功能附件， 以满足更多的执行对象需求，如声光指示、位置反馈、速度反馈、力度反馈、无线遥控等。本发明动作映射控制系统各实施例通过操作手柄的自由度，将操作动作映射到作业装置上，实现作业装置的动作与手柄的操作动作一致，可降低操作人员的技能要求，操作人员无需具备很强的工作经验和技能，一般操作人员都能精准无误的操控作业装置；减轻了操作人员的工作强度，简化了操作难度，提高了操作便捷性。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种动作映射控制系统，用于控制作业装置的动作，其特征在于，包括具有多个运动自由度的手柄(11)、多个传感器、控制器；所述多个传感器位于所述手柄(11)上，并且与所述手柄(11)的多个运动自由度一一对应；每一传感器用于感测所述手柄(11)在对应自由度的运动信息，并将所述运动信息发送至所述控制器；所述控制器用于根据所述手柄(11)在对应自由度的运动信息，控制所述作业装置在所述对应自由度上运动。
2.根据权利要求1所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述作业装置为铲刀作业装置；所述控制器用于根据所述手柄(11)在对应自由度的运动信息，通过控制所述铲刀作业装置在所述对应自由度的液压控制油缸，驱动所述铲刀作业装置在所述对应自由度上运动。
3.根据权利要求2所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述手柄(11)包括底座 (111)、与所述底座(111)连接的手柄本体(11 、安装在所述手柄本体(11 外表面上的拨件(115)；所述手柄(11)的运动自由度包括所述手柄本体(11 的左端相对于所述底座(111) 上下移动、所述手柄本体(113)的右端相对于所述底座(111)上下移动、所述手柄本体 (113)相对于所述底座(111)左右移动、所述手柄本体(11 相对于所述底座(111)轴向旋转、所述手柄本体(11 相对于所述底座(111)前后弧度运动、所述拨件(11 相对于所述手柄本体(11 左右移动。
4.根据权利要求3所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述手柄(11)还包括第一连杆(117)，所述手柄本体(11 通过所述第一连杆(117)与所述底座(111)连接，并且能以所述第一连杆(117)为旋转轴旋转；所述多个传感器包括第一传感器(13a)，所述第一传感器(13a)用于感测所述手柄本体(113)以所述第一连杆(117)为旋转轴旋转的旋转运动信息；所述控制器用于接收所述旋转运动信息，并根据所述旋转运动信息控制铲刀旋转油缸，驱动铲刀旋转运动。
5.根据权利要求4所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述手柄(11)还包括中心轴(119)，所述中心轴(119)设置在所述底座(111)中；所述第一连杆(117)的第一端与所述中心轴(119)连接，并且可带动所述手柄本体(11 绕所述中心轴(119)弧度运动；所述多个传感器包括第二传感器(Hb)，所述第二传感器(13b)用于感测所述手柄本体(11 绕所述中心轴(119)弧度运动的弧度运动信息；所述控制器用于接收所述第二传感器(13b)发送的所述弧度运动信息，并根据所述弧度运动信息控制铲刀仰角油缸，调整铲刀仰角。
6.根据权利要求4或5所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述手柄(11)还包括第二连杆(112)、第三连杆(114)及第四连杆(116)；所述手柄本体(113)为空壳结构；所述第二连杆(112)设置在所述手柄本体(113)的内表面上；所述第三连杆(114)的两端分别与所述第二连杆(11 的一端及所述第四连杆 (116)的一端铰接；所述第二连杆(112)、第三连杆(114)及第四连杆(116)形成Z字结构；所述第四连杆(116)的另一端与所述第一连杆(117)的第二端连接，所述第一连杆 (117)的第二端位于所述手柄本体(113)的壳体中。
7.根据权利要求6所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述多个传感器包括第三传感器及第四传感器；所述第三传感器设置在所述第二连杆(112)的右端，用于感测所述手柄本体(113)的左端相对于所述底座(111)上下移动的第一移动信息；所述第四传感器设置在所述第三连杆(114)的左端，用于感测所述手柄本体(113)的右端相对于所述底座(111)上下移动的第二移动信息；所述控制器用于根据所述第一移动信息控制铲刀左提升油缸，驱动铲刀左端上升或下降；还用于根据所述第二移动信息控制铲刀右提升油缸，驱动铲刀右端上升或下降。
8.根据权利要求5所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述多个传感器包括设置在所述中心轴(119)中的第五传感器(1 )，所述第五传感器(13e)用于感测所述手柄本体 (113)相对于所述底座(111)左右移动的第三移动信息；所述控制器用于接收所述第三移动信息，并根据所述第三移动信息控制铲刀引伸油缸，驱动铲刀左右运动。
9.根据权利要求3-4中任一项所述的动作映射控制系统，其特征在于，所述多个传感器包括设置在所述拨件(11 一侧的第六传感器，所述第六传感器用于感测所述拨件 (115)相对于所述手柄本体(113)左右移动的第四移动信息；所述控制器用于接收所述第四移动信息，并根据所述第四移动信息控制铲刀偏摆油缸，驱动铲刀偏摆运动。
10.一种平地机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的动作映射控制系统。
全文摘要
本发明提出了一种动作映射控制系统及具有其的平地机，其中，该动作映射控制系统用于控制机作业装置的动作，包括具有多个运动自由度的手柄、多个传感器、控制器；多个传感器位于手柄上，并且与手柄的多个运动自由度一一对应；每一传感器用于感测手柄在对应自由度的运动信息，并将运动信息发送至控制器；控制器用于根据手柄在对应自由度的运动信息，控制作业装置在对应自由度上运动。本发明实现作业装置的动作与手柄的操作动作一致，可降低操作人员的技能要求，减轻了操作人员的工作强度，简化了操作难度，提高了操作便捷性。
文档编号E02F3/85GK102505719SQ201110340540
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者周风华, 李志勇, 李航洋 申请人:三一重工股份有限公司