作业机械的机具控制台的制作方法

1.本发明总体上涉及控制台，并且更具体地涉及用于作业机械的机具控制台。


背景技术：

2.控制台是允许人类操作员与系统、机械或装置交互并操纵系统、机械或装置的通信设备。在可包括轮式装载机、压实机、挖掘机、滑移装载机等的作业机械的情况下，控制台可提供用于操作一个或多个液压致动的机具的输入和/或输出。例如，用于轮式装载机的控制台可以包括操纵杆形式的主控制输入。操作员可以沿着第一轴线移动操纵杆以致动吊杆的提升动作，或者沿着第二轴线移动操纵杆以致动铲斗经由其相应的液压缸的倾斜动作。此外，多个辅助控制输入，例如键盘、开关、按钮等，可以在控制作业机械的相同机具或其它机具时补充操纵杆。控制台还可引导作业机械的其它特征，范围从驱动和发动机相关功能到机舱控制，例如气候和座椅调节。
3.现有的用于作业机械的机具控制台虽然有效，但是可以在操作员人机工程学和供应链方面进行改进。首先，现有技术没有提供能够进行人体工程学单手操作的控制台。更具体地，这些控制台的形状、取向和输入布置防止许多操作员仅使用一只手同时舒适地访问主控制输入(例如操纵杆)和辅助控制输入(例如开关)。然而，单手操作常常是许多作业机械任务的要求，而多任务控制的能力可以提高操作员的敏捷性，并且随后提高机械的效率。例如，在轮式装载机的情况下，操作员通常将他的左手保持在方向盘上，同时使用他的右手来操纵机具控制台。机具控制台可包括指向轮式装载机铲斗的主控制输入和指向变速器换档的辅助控制输入。因此，容易设想操作员受益于在使作业机械的方向反向的同时致动铲斗的情况。然而，在这种情况下，现有技术不能实现充分符合人体工程学的多任务或者不能完全实现多任务。
4.第二，现有技术所教导的控制台没有所需的模块化，其中控制台之间缺少兼容的部件可能对供应链产生负面影响。例如，通常可以看到，在特定系列的作业机械的十个可能的配置中，每个配置可以采用独特的控制台，包括独特的安装支架、壳体、输入装置等。然而，缺乏共用的部件可能迫使制造商以较小的数量生产单独的部件，迫使销售商存储较大的存货，并且总体上增加了客户的成本。关于易用性，不同控制台的分类可能迫使操作员学习多种且可能矛盾的布局，从而导致混淆和用户错误。最后，控制台之间缺乏模块化可能会限制预构建部件的数量并妨碍最后一分钟的定制，从而增加了客户交付时间。
5.现有技术的一个示例可见于kosaki等人的美国公开第2020/0180713号，其公开了一种作业车辆、操作员座椅和位于操作员座椅的扶手上的控制台，控制台包括操作杆(即主控制输入)和多个操作工具(即辅助控制输入)。然而，与现有技术一致，kosaki的公开内容未能将多个操作工具布置在操作杆的单手范围内，由此迫使操作员每次仅接合一个或另一个。此外，其控制台仅对应于特定作业车辆的kosaki没有公开不同作业车辆之间的控制台的模块化，并且没有公开不同控制台之间的公共部件。
6.因此，设计了一种特别是在单手操作期间对于操作员具有改进的舒适性、准确性
和易用性的模块化机具控制台。


技术实现要素：

7.根据本发明的第一方面，公开了一种机具控制台。机具控制台包括通用安装支架和安装在通用安装支架上的机具控制舱，机具控制舱包括主控制输入和至少一个辅助控制输入。每个辅助控制输入能够与主控制输入同时单手操作。
8.根据本发明的第二方面，公开了一种作业机械。作业机械包括作业机械主体、由作业机械主体支撑的动力单元、支撑作业机械主体并由动力单元可操作地驱动的机车装置、在近端附接到作业机械主体并在远端附接到作业工具的机具臂、液压动力系统、由作业机械主体支撑的驾驶机舱，以及容纳在驾驶机舱内的机具控制台。控制台包括通用安装支架和安装在通用安装支架上的机具控制舱，机具控制舱包括主控制输入和至少一个辅助控制输入。每个辅助控制输入能够与主控制输入同时单手操作。
9.根据本发明的第三方面，公开了一种将机具控制舱安装到作业机械上的方法。该方法包括：提供具有通用安装支架的操作员座椅，将主控制输入附接到通用安装支架，将主控制输入布线到作业机械，将支撑至少一个辅助控制输入的顶盖附接到通用安装支架，将至少一个辅助控制输入布线到作业机械，以及将通用底盖附接到通用安装支架。
10.在结合附图阅读以下描述之后，将更容易理解本发明的这些和其他方面和特征。
附图说明
11.图1是根据本发明的一个实施例的作业机械的透视图。
12.图2是根据本发明的另一实施例的机具控制台的透视图。
13.图3是根据本发明的另一实施例的通用安装支架的透视图。
14.图4是根据本发明的另一实施例的包括运输舱的机具控制台的透视图。
15.图5是根据本发明的另一实施例的包括实用舱的机具控制舱的透视图。
16.图6是根据本发明的另一实施例的包括操纵杆舱的机具控制台的透视图。
17.图7是图6中所示的操纵杆舱的部件的透视图，特别是操纵杆。
18.图8是图6中所示的操纵杆舱的部件的透视图，特别是操纵杆盖。
19.图9是根据本发明的另一实施例的包括单轴杠杆(sal)舱的机具控制台的透视图。
20.图10是图9所示的sal舱的部件的透视图，特别是多个sal。
21.图11是图9所示的sal舱的部件的透视图，特别是sal盖。
22.图12是描绘可以根据本发明的方法制定的步骤的样品序列的流程图。
具体实施方式
23.现在参照附图并具体参照图1，根据本发明构造的作业机械的透视图总体上由附图标记1表示。作业机械1被描述为轮式装载机，但也可以是设计用于建筑、采矿、农业或运土应用的任何作业机械，例如但不限于履带式装载机、压实机、滑动装载机、挖掘机、反铲挖土机等。作业机械1包括作业机械主体11、由作业机械主体11支撑的发动机或动力单元12，以及支撑作业机械主体11并由动力单元12可操作地驱动的机车装置13。机车装置13可以以如图所示的车轮和轮胎为特征，或者可以以另一种方式接合地面，例如通过采用履带、轨
道、胎面等，以便移动作业机械1。
24.作业机械1可包括在近端附接到作业机械主体11并在远端附接到机具或作业工具15的机具臂14。在作业机械1是轮式装载机的实施例中，机具臂14可以是吊杆，工具15可以是铲斗。然而，在其他实施例中，机具臂14可以替代地是框架、滑架、杆、铲斗或其组合，并且工具15可以是压实机、冷刨机、连枷割草机、土壤覆盖机、刀片等，其中对工具15的形式或其附接方式没有限制。为了操纵工具15，机具臂14和工具15可以由液压动力系统16致动，液压动力系统16例如通过液压泵和多个液压缸由动力单元12可操作地驱动。
25.通常，作业机械1由人类操作员从支撑在作业机械主体11顶上的驾驶机舱17内部控制。从机舱17，操作员可以驱动作业机械1，即控制机车装置13。操作员可以进一步控制机具臂14和工具15，和/或作业机械1的附加功能，例如动力单元12、液压动力系统16等。为此，驾驶机舱17容纳机具控制台2，其特征在于针对上述动作中的一些或全部的多个控制输入。在一些实施例中，控制台2可以安装在位于机舱17内部的操作员座椅18上。
26.现在转向图2，更详细地示出了机具控制台2的透视图。控制台2包括永久地附接到操作员座椅18并支撑可互换的机具控制舱22的通用安装支架21。机具控制舱22是模块化附件，其中多个独特的机具控制舱22能够一次一个地安装到同一通用安装支架21。每个机具控制舱22包括主控制输入30，其可以是多个单轴操纵杆(sal)、操纵杆、控制杆等，其中多个sal在图2中以示例的方式示出。每个机具控制舱22还包括至少一个辅助控制输入40，其可以是键盘、开关、按钮、拨动开关等，上述每个也在图2中以示例的方式示出。值得注意的是，每个辅助控制输入40以能够与主控制输入30同时单手操作的方式放置和定向。换言之，操作员可以使用单手舒适且准确地与任一个辅助控制输入40交互，而不让主控制输入30离开。应当理解，虽然在附图中公开和描绘了右手配置，但是左手配置是类似地可能和预想的，其中描述和相关附图仅需要镜像。在一些实施例中，机具控制台2还可包括通用底盖50，其为由多个机具控制舱22中的一些共用的底部部件；以及顶盖60，其为多个机具控制舱22中的一些独特的顶部部件。
27.多个机具控制舱22中的每一个可在舱22附接之前安装到通用安装支架21上，如图3所示。通用安装支架21可以安装在操作员座椅18上，并且可以安装在操作员座椅18的右扶手上，使得如果和当座椅18被调节时，通用安装支架21与座椅18一起移动。通用安装支架21，以及通过延伸控制台2，可以进一步包括它们自己的人体工程学调节旋钮222，例如以改变控制台2相对于就座的操作员的位置、高度或角度。通用安装支架21形成控制台2的基础，并且便于方便地安装或拆卸不同的机具控制舱22，如下所述。
28.多个独特的机具控制舱22可经由通用安装支架21一次一个地安装到控制台2上。以此方式，主控制输入30、辅助控制输入40以及它们的布置可以根据作业机械1的特定型号、作业机械1的生产阶段和/或顾客的偏好以及其他可能的因素而变化。例如，在运输或存储阶段期间，作业机械1可安装有运输舱23，该运输舱23仅包括用于运输作业机械1所需的最小控制输入。在质量测试阶段，作业机械1可安装有包括用于评估作业机械1的每个可能功能的无数控制输入的实用舱24。并且在商业阶段，作业机械1可安装有操纵杆舱25或sal舱26，每个舱包括在实用舱24上支撑的控制输入中的一些，但不一定是全部，所包括的功能根据作业机械1的使用情况来选择。
29.现在转到图4，详细示出了控制台2的实施例，其中机具控制舱22是运输舱23。运输
舱23可以使用单个支架和螺栓安装到通用安装支架21上，其中需要很少或不需要额外的紧固或壳体基础结构。值得注意的是，运输舱23不需要通用底盖50或顶盖60，尽管它们可以包括在一些实施例中。运输舱23的主控制输入30是控制杆31，而辅助控制输入40包括按钮41。在一个实施例中，控制杆31是吊杆控制杆，仅负责吊杆14的提升动作；按钮41是喇叭按钮，仅负责作业机械1的喇叭的动作。在运输舱23的另一个实施例中，主控制输入30可以替代地是两个控制杆31，第一个负责吊杆14的提升动作，第二个负责工具15的倾斜动作；并且辅助控制输入40可以包括相同的喇叭按钮41。在任一情况下，运输舱23设计成仅提供或接近仅提供用于运输和储存作业机械1的最小限度的功能。例如，控制杆31所赋予的精确度可以比其他控制舱22的主控制输入端30所提供的精确度更粗，和/或其构造可以针对较低的工作性能进行评级。在一些情况下，在作业机械1的完全组装和商业部署之前，运输舱23可以仅被认为是占位符舱。
30.接下来，图5示出了机具控制台2的实施例，其中机具控制舱22是实用舱24。实用舱24可以使用任何类型或数量的紧固件安装到通用安装支架21上，其中本发明不旨在进行限制。值得注意的是，运输舱23不需要通用底盖50或顶盖60，尽管它们可以包括在一些实施例中。与运输舱23直接相反，实用舱24设计成提供用于在作业机械1的生命周期的生产和测试阶段期间操作作业机械1的全套控制输入。因此，用于实用舱24的主控制输入30可包括可用于多个机具控制舱22的任何主控制输入30，例如操纵杆、控制杆、多个sal等。同样地，实用舱24可包括可用于多个机具控制舱22的任何和所有辅助控制输入40，例如键盘、开关、按钮、拨动开关等。在图5所示的示例性实施例中，并且在作业机械1是轮式装载机的情况下，实用舱24的主控制输入端30可构成多个sal 32，第一sal 32负责吊杆14的提升动作，第二sal 32负责工具15的倾斜动作，第三sal 32是可编程功能。同时，辅助控制输入40可以包括可编程键盘42；可编程开关43；差动锁定按钮44，其负责联接机车装置13的相对车轮的旋转；前进-空档-后退拨动开关45，其负责切换机车装置13的行进方向；节气门锁定拨动开关46，其负责维持或释放动力单元12的发动机速度；喇叭按钮41；以及其他项目。值得注意的是，实用舱24可以具有冗余控制输入，即在商业应用期间不同时安装在作业机械1中的执行相同或类似功能的输入。如上所述，实用舱24的主要目的是测试可用于多个独特的机具控制舱22的各种特征和输入，因此对特征的控制输入30、40的类型或数量没有限制。
31.在讨论机具控制舱22的商业实施例之前，再次强调的是，多个独特的机具控制舱22共用多个公共部件。通用安装支架21在所有控制舱22上共用，通用底盖50至少在机具控制舱22的所有商业变型上共用，如下所述，并且各种主控制输入30和辅助控制输入40可在一些舱22上重叠，但从其它舱中丢失。
32.关于模块性，特别值得注意的是可编程键盘42和可编程开关43。如图5所示，可编程键盘42可包括多个按钮，每个按钮指向作业机械1的特定功能。例如，第一按钮可以控制动力单元12的特征，第二按钮可以执行机具臂14的预设运动，第三按钮可以调节机舱17的气候等。类似于可编程键盘42，可编程开关43可以负责许多预置命令中的任何一个，这仅取决于特定的应用要求。虽然键盘42被描绘为具有8个按钮，但不同数目的按钮或其布置也是可能的。
33.在一些实施例中，例如图5所示的具有实用舱24的情况，可编程键盘42和可编程开关43可直接安装到机具控制舱22上，而无需中间基础结构。在其它实施例中，如图2所示，键
盘42和/或开关43可首先安装在通用板47的顶部，通用板47随后配合在机具控制舱22的顶盖60上。有利地，相同的通用板47可在不同的机具控制舱22之间共用，从而增加部件兼容性并减少操作员可能需要学习的控制布局的数量。此外，通用板47是可定制的，使得它可以只安装键盘42，只安装开关43，安装键盘42和开关43，或者既不安装键盘42也不安装开关43。此外，键盘42和开关43在板47上的位置可以根据特定的舱22进行调整或甚至颠倒。以此方式，进一步改进了控制台2的模块性和可定制性。
34.现在转到图6-11，示出了机具控制舱22的两种商业变型，或者在作业机械1的日常使用期间通常部署的变型。第一个是如图6-8所示的操纵杆舱25，第二个是如图9-11所示的sal舱26。操纵杆舱25和sal架26都可以安装到通用安装支架21，共用通用底盖50，并包括独特的顶盖60。对于操纵杆舱25，主控制输入端30是操纵杆33，顶盖60是操纵杆盖61。对于sal舱26，主控制输入30是多个sal 32，顶盖60是sal盖62。应该理解的是，通用底盖50被设计为由操纵杆舱25和sal舱26共用，并且配合到舱22的其它实施例上。相反，顶盖60设计成仅与其特定的舱22配合，因为它受到所提供的主控制输入30和辅助控制输入40的组合的几何形状的限制。无论如何，底盖50和顶盖60都可以与通用安装支架21接合和/或彼此接合。
35.图6示出了操纵杆舱25的透视图；图7示出了操纵杆33；图8示出了操纵杆舱25的相应顶盖60，即操纵杆盖61。可以看出，在安装之后，操纵杆33从操纵杆盖61的操纵杆孔611突出。在作业机械1是轮式装载机的实施例中，操纵杆33的第一运动轴线可以控制吊杆14的提升动作，而操纵杆33的第二运动轴线可以控制工具15的倾斜动作。另外，操纵杆33可以具有许多人机工程学特征，包括手掌配合曲率、拇指座、扁圆顶部和中心把手，其细节将不在本发明中进一步讨论。在操纵杆盖61的右段612上提供多个辅助控制输入40，使得每个辅助控制输入40能够与操纵杆33同时单手操作。在所示的实施例中，操纵杆舱25包括可编程键盘42和节气门锁定拨动开关46。此外，键盘42首先安装在通用板47上，在这种情况下没有可编程开关43，并且通用板47随后固定到操纵杆盖61上。然而，在操纵杆舱25的其它实施例中，通用板47还可以包括可编程开关43，和/或操纵杆盖61可以包括在图6-8中未示出的附加辅助控制输入40。
36.图9是sal舱26的透视图；图10示出了多个sal 32；图11示出了用于sal舱26的相应顶盖60，sal盖62。可以看出，在安装之后，多个sal 32从sal盖62的相应sal孔621突出。在作业机械1是轮式装载机的情况下，第一sal 32可以控制吊杆14的提升动作，第二sal 32可以控制工具15的倾斜动作，并且第三sal 32可以是可编程的。在其它实施例中，sal舱26可仅包括两个sal 32作为主控制输入30，每个sal分别控制吊杆14和工具15。应该理解的是，在这种情况下，sal盖62可以不同地成形以与sal 32集成，例如通过具有两个sal孔621而不是三个。在sal盖62的顶部段622上提供多个辅助控制输入40，使得每个辅助控制输入40能够与多个sal 32同时单手操作。在所示的实施例中，sal舱26包括可编程键盘42、可编程开关43、差动锁定按钮44、节气门锁定拨动开关46和喇叭按钮41。特别地，键盘42和开关43首先安装在通用板47上，并且通用板47随后固定到sal盖62。在一些实施例中，通用板47可以相对于水平面成30度和50度之间的角度，并且优选地为40度，所发现的定向使得能够最好地同时单手操作。并且在其他实施例中，通用板47可以仅包括键盘42，可以仅包括开关43，或者可以包括两者但颠倒它们的相对布置。
37.继续参照图11，可以看出sal盖62包括至少一个状态指示器70。然而，参照图2所示
的机具控制舱22可获得更好的理解。每个状态指示器70可以对应于相应的主控制输入30或辅助控制输入40的功能、当前状态或其它属性。例如，在图2中，当第一杠杆被致动时，第一杠杆下方并与其对应的状态指示器70可以点亮，并进一步指示致动方向。同样，用于第二杠杆的状态指示器70也可以相同。每个状态指示器70可以具有独特的尺寸并且具有斜切的左上角，以便在安装过程中消除不同指示器70之间的任何混淆。状态指示器70优选地安装在机具控制舱22的顶盖60上，并且可以添加用于可用控制输入30、40的任何组合。
38.最后，如图2所示，控制台2可以具有倒角221，其在一些实施例中可以是左下前角。倒角221改善了坐在操作员座椅18内部的操作员座椅的腿部空间，特别是膝盖间隙。倒角221的几何形状可以从底视图投影、从左视图投影、从前视图投影或其组合进行倒角，只要控制台2的形状在使用期间不干扰操作员的腿。
39.虽然本发明已经详细讨论了运输舱23、实用舱24、操纵杆舱25和sal舱26，但是应当理解，可以设计任何数量的机具控制舱22，并将其与通用安装支架21配合以形成机具控制台2。每个机具控制舱22仅需要与通用安装支架21兼容，包括主控制输入30和至少一个辅助控制输入40，每个辅助控制输入40能够与主控制输入30同时单手操作。这里公开的各种控制输入30、40可以以不同的组合重新布置或包括，并且可以包括附加的、未指定的输入30、40，而不脱离本发明的范围。这些控制输入30、40及其布置可根据关于特定作业机械1配置、其生产周期和客户偏好等因素的特定应用要求来决定。不管动力如何，所公开的框架使得模块化机具控制舱22能够容易地定制、安装、更换、交换和修理，同时提高操作员的舒适性和易用性。
40.工业实用性
41.在操作中，本技术可以在由操作员通过机具控制台操纵的任何数量的作业机械中找到工业实用性。本发明尤其适用于具有不同型号、类型和配置的各种控制台的作业机械。虽然作业机械被描述为轮式装载机，但是本发明同样适用于在运土、建筑、采矿和农业领域中使用的其他作业机械，包括但不限于履带式装载机、压实机、挖掘机、反铲挖土机、滑移装载机等。通过采用在此公开的设计，控制台可以表现出更大的模块化，同时提高操作员的舒适性、准确性和易用性。
42.例如，轮式装载机可以包括特定的机车装置、机具臂或作业工具。它还可以提供或利用特定的总功率输出、液压操作压力、重量容量等。因此，轮式装载机的功能设置和操作参数反映在机具控制台的特征中。因此，在此公开的模块化控制舱提供了一种用于有效地生产和安装具有其相应机械的适当控制台的装置。控制台之间增加的零件兼容性使得制造商能够增加生产规模并减少库存。同时，控制舱的特定实施例，例如实用舱和运输舱，可以分别简化测试和便于售后定制。
43.根据本发明的另一个目的，每个机具控制舱的设计提高了操作员的舒适性、准确性和易用性。每个辅助控制输入相对于主控制输入的放置和定向使得能够同时单手操作。此外，诸如通用板的共用零件允许操作员在机械之间(以及在控制台之间)切换，以减少与重新学习控制相关联的精神努力。最后，机具控制台的斜切的左下前角释放了腿部空间并增强了操作员座椅所提供的舒适性。
44.虽然已经通过示例示出了轮式装载机，但是其他作业机械具有需要操作员通过控制台输入的特性。因此，本发明所公开的模块化将适用于受益于可定制控制台的任何作业
机械。此外，每个机具控制舱的人体工程学单手设计可应用于需要多任务的那些作业机械，例如在操作员必须驱动机械并控制其工具的那些机械中。
45.现在转到图12，将机具控制舱安装到作业机械上的方法总体上由附图标记100表示。该方法包括首先提供具有操作员座椅和通用安装支架的作业机械(框101)。通用安装支架可以固定地附接到操作员座椅并且伴随对操作员座椅进行的任何调节。或者，通用安装支架可具有其自身的人体工程学调节旋钮，例如以改变相对于操作员座椅的位置、高度或倾斜。接着，将主控制输入附接到通用安装支架(框102)。这可以使用本领域公知的任何类型或数量的紧固件来实现，例如但不限于螺钉、螺栓、铆钉、闩锁、夹子、压配合等。附接机构可以是可逆的，尽管诸如焊接、卷边、胶合等永久装置也是可能的和可想到的。然后将主控制输入布线到作业机械(框103)，使得任何机械、模拟电气、数字电气或其它信号可以从主控制输入发送到例如作业机械的机载计算机。从主控制输入发送的信号可以例如通过液压动力系统和多个液压缸操作地致动作业机械的机具。在主控制输入包括反馈机构的情况下，布线步骤也可以使信号能够从作业机械发送到主控制输入。在框104中，支撑至少一个辅助控制输入的顶盖附接到通用安装支架。如图6-11所示，在安装期间和安装之后，主控制输入可以通过顶盖的孔定位。顶盖可以使用本领域公知的任何类型或数量的紧固件紧固，并且可以进一步紧固到主控制输入。接下来，将至少一个辅助控制输入布线到作业机械，例如布线到作业机械的车载计算机(框105)。一旦所有的连接都布线，就将通用底盖附接到通用安装支架上(框106)。通用底盖可以可选地附接到顶盖和/或主控制输入，并且可以使用本领域公知的任何类型或数量的紧固件来安装。以此方式，机具控制舱以及可能的机具控制舱的商业变型可安装到作业机械上。
46.值得一提的是，前述步骤的否定和可逆可应用于卸载相同的机具控制舱，尤其是在紧固机构是可逆的情况下。此外，在一些实施例中，作业机械可以预先安装有运输舱，运输舱在商业使用之前可能需要更换。在这种情况下，上述方法之前可以是用于移除运输舱的初始步骤。这可以通过首先断开主控制输入和作业机械之间以及辅助控制输入和作业机械之间的布线来实现。接下来，可以是单个支架和螺栓的紧固件被移除。因此，通用安装支架可容易地用于安装任何其它机具控制舱。
47.虽然前面的文本阐述了许多不同实施例的详细描述，但是应当理解，保护的法律范围由本专利结尾处阐述的权利要求的文字来限定。详细描述应被解释为仅是示例性的，并且不描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能也是不切实际的。可以使用当前技术或在本专利的申请日之后开发的技术来实现许多替代实施例，这仍将落入限定保护范围的权利要求的范围内。