本發(fā)明屬于工程機械人機交互控制技術(shù)，具體涉及一種基于速度控制的挖掘機高人機工效操縱裝置。

背景技術(shù)：

挖掘機是應(yīng)用范圍極為廣泛的一種工程機械。挖掘機的主要工作機構(gòu)示意見圖1，主要有挖斗1、斗桿2、動臂3、回轉(zhuǎn)中心4、左行走履帶5、右行走履帶6等，共有六個運動自由度。

現(xiàn)有傳統(tǒng)挖掘機的駕駛員操縱控制方式示意見圖2。駕駛員通過左十字操縱手柄7、右十字操縱手柄8、左腳踏板9、右腳踏板10來對挖掘機的六個運動自由度進行控制。

具體控制方式為：通過右十字操縱手柄8的左右操作控制挖斗的回收和外翻；通過右十字操縱手柄8的前后操作控制動臂的上升和下降；通過左十字操縱手柄7的左右操作控制左回轉(zhuǎn)和右回轉(zhuǎn)；通過左十字操縱手柄7的前后操作控制斗桿的外揚與回收；通過左腳踏板9控制左側(cè)履帶的進退；通過右腳踏板10控制右側(cè)履帶的進退。

挖掘機的挖斗、斗桿、動臂這三個部件的運動均在垂直平面內(nèi)，且在實際挖掘工作中對這三個部件的操作需要左右手頻繁復(fù)合。從人機功效的設(shè)計來講，這樣的操縱方式和挖掘機本身的工作裝置運動過程并不對應(yīng)，人為將同屬于垂直平面運動的挖斗、斗桿、動臂這三個工作裝置的操縱拆分為左十字操縱手柄7與右十字操縱手柄8控制，很不直觀，新手駕駛員往往需要半年以上的訓(xùn)練才能慢慢適應(yīng)這種違背人體生理直觀運動反應(yīng)的操縱方式，上手時間長，工作難度大，直接影響了挖掘機最終的使用效能和可操作性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明擬針對傳統(tǒng)挖掘機控制裝置中不符合人機工效學(xué)的問題，對其進行改進，提供更為直觀、高效的人機交互操縱裝置，從而降低挖掘機駕駛員培訓(xùn)難度，減輕駕駛員操作負擔(dān)，提高工作效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案：

一種挖掘機高人機工效操縱裝置，通過電控操縱裝置對挖掘機工作機構(gòu)的速度進行控制，并將操縱方式與人體運動習(xí)慣進行結(jié)合，該操縱裝置包括左操縱手柄、右操縱手柄、左腳踏板和右腳踏板；其中，

所述左操縱手柄近似豎直方向安裝在控制臺左側(cè)，包括兩個自由度，可以前后、左右轉(zhuǎn)動，并通過左、右方向的轉(zhuǎn)動操作來控制挖掘機的左回轉(zhuǎn)和右回轉(zhuǎn)；

所述右操縱手柄水平安裝在控制臺右側(cè)，包括三個自由度，可以在豎直平面內(nèi)前后上下平移，通過上、下方向的平移操作來控制挖掘機動臂的上升與下降，通過前、后方向的平移操作來控制挖掘機斗桿的外揚與回收；在該右操縱手柄上還具有挖斗按鈕，通過挖斗按鈕來控制挖斗的外翻與回收；

通過所述左腳踏板和右腳踏板控制挖掘機的移動。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明設(shè)計的右操縱手柄為三坐標操縱手柄，將挖掘機挖斗、斗桿、動臂這三個垂直方向運動的工作裝置合并為駕駛員單手控制，提高了挖掘機操縱的人機工效與作業(yè)效率，極大地降低了挖掘機復(fù)合操縱難度；

(2)本發(fā)明結(jié)合了先導(dǎo)壓力型手柄與電控型手柄的優(yōu)點，該新型挖掘機電控操縱裝置具有體積小、集成度高、復(fù)合性好、操縱手感清晰等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為挖掘機主要工作機構(gòu)示意圖；

圖2現(xiàn)有挖掘機操縱方式示意圖；

圖3為本發(fā)明提出的挖掘機新型操縱方式示意；

圖4本發(fā)明提出的新型操縱裝置原理示意；

圖5挖掘機掃平動作示意。

1—挖斗；2—斗桿；3—動臂；4—回轉(zhuǎn)中心；5—左行走履帶；6—右行走履帶；7—左十字操縱手柄；8—右十字操縱手柄；9—左腳踏板；10—右腳踏板；11—右操縱手柄；12—挖斗按鈕；13—蓄電池；14—第一串聯(lián)電阻；15—第二串聯(lián)電阻；16—第一機上電源；17—電壓變換模塊；18—第二機上電源；19—挖斗支路比例放大器；20—斗桿支路比例放大器；21—動臂支路比例放大器；22—挖斗電液比例先導(dǎo)控制閥；23—斗桿電液比例先導(dǎo)控制閥；24—動臂電液比例先導(dǎo)控制閥；25—掃平時的水平參考線

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明所采用的技術(shù)方案及其具體實施方法。

圖3中，現(xiàn)有操縱方式的右十字操縱手柄8被替換為本發(fā)明中設(shè)計的右操縱手柄11，用于對挖斗1、斗桿2、動臂3這三個垂直平面內(nèi)運動自由度進行單手集成控制；而與垂直平面運動關(guān)聯(lián)不大的回轉(zhuǎn)則保留了現(xiàn)有的操縱方式，即依靠左十字操縱手柄7的左壓/右壓來控制左回轉(zhuǎn)和右回轉(zhuǎn)；左腳踏板9、右腳踏板10也保留了現(xiàn)有的操縱方式。

對比圖2與圖3可以看到，本發(fā)明的三坐標右操縱手柄11可以實現(xiàn)對挖斗1、斗桿2、動臂3這三個垂直平面內(nèi)運動自由度的單手集成控制，且所有操縱均完全符合人體生理的直觀運動感受，大大提高了挖斗1、斗桿2、動臂3這三個垂直平面運動的操縱機構(gòu)的復(fù)合操縱性，降低了復(fù)合操縱難度。

圖4中，第一機上電源16通過第一串聯(lián)電阻14與第二串聯(lián)電阻15分別為電壓變換模塊17與蓄電池13供電。電壓變換模塊17為右操縱手柄11提供合適電壓的直流電源，輸出3路駕駛員操縱控制電壓信號，其中：按下挖斗控制旋轉(zhuǎn)按鈕12，輸出挖斗回收的控制電壓信號；抬起挖斗控制旋轉(zhuǎn)按鈕12，輸出挖斗外翻的控制電壓信號；向后平移右操縱手柄11，輸出斗桿回收控制電壓信號；向前平移右操縱手柄11，輸出斗桿外揚控制電壓信號；向上平移右操縱手柄11，輸出動臂上升控制電壓信號；向下平移右操縱手柄11，輸出動臂下降控制電壓信號。

第一機上電源18為挖斗支路比例放大器19、斗桿支路比例放大器20、動臂支路比例放大器21提供合適的直流電壓；挖斗支路比例放大器19在接收到右操縱手柄11發(fā)出的挖斗控制電壓信號后，將此電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，控制挖斗電液比例先導(dǎo)控制閥22，完成對挖斗支路的控制；斗桿支路比例放大器20在接收到右操縱手柄11發(fā)出的斗桿控制電壓信號后，將此電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，控制斗桿電液比例先導(dǎo)控制閥23，完成對斗桿支路的控制；動臂支路比例放大器21在接收到右操縱手柄11發(fā)出的動臂控制電壓信號后，將此電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，控制動臂電液比例先導(dǎo)控制閥24，完成對挖斗支路的控制。

下面以采用現(xiàn)有操縱方式完成難度系數(shù)較高的挖斗1、斗桿2、動臂3復(fù)合動作——掃平為例，對使用本發(fā)明所提出的新型挖掘機操縱裝置完成該動作的過程進行說明。掃平動作示意見圖5。

步驟1：駕駛員初始將挖斗1外翻、斗桿2外揚、動臂3下降，準備開始進行掃平動作(即將不平整的工作場地整理平整)，該動作為典型的垂直平面復(fù)合動作，需要同時使用挖斗1、斗桿2、動臂3進行復(fù) 合操作，掃平時的水平參考線25為一條水平的直線；

步驟2：駕駛員右手向后、向上平移右控制手柄11，并配合減小挖斗操縱旋轉(zhuǎn)按鈕12的角度，使挖斗的鋼齒盡量與地面保持最佳切削角度；

步驟3：完成單次掃平動作。左手操縱回轉(zhuǎn)，將挖掘機面對的方向改變一定角度；右手向外、向下平移右控制手柄11，將挖斗1、斗桿2、動臂3的位置恢復(fù)為初始掃平的位置；

步驟4：重復(fù)步驟1～步驟3，直至將工作場地整理平整。

以上以掃平為例，給出了具體的操縱過程。可以看到，使用本發(fā)明提出的新型挖掘機操縱裝置，可以輕松地完成掃平等復(fù)合操縱動作，人機功效高，極大地降低了操縱難度，同時提高了挖掘機的工作效率。