具有可變感覺、保持反饋、自動校準(zhǔn)和可獲知的性能優(yōu)化的操作者控制的電氣輸出信號設(shè)備的制造方法
【專利說明】具有可變感覺、保持反饋、自動校準(zhǔn)和可獲知的性能優(yōu)化的操作者控制的電氣輸出信號設(shè)備
相關(guān)申請的交叉參考
[0001]本發(fā)明要求2013年I月30日提交的題為“具有可變感覺、保持反饋、自動校準(zhǔn)和可獲知的性能優(yōu)化的操作者控制的電氣輸出信號設(shè)備(Operator Controlled ElectricalOutput Signal Device With Variable Feel and Hold Feedback and AutomatedCalibrat1n and Learnable Performance Optimizat1n) ” 的美國臨時申請、文獻(xiàn)號為61/758，489的權(quán)益，該申請通過參考整體結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及操作者控制的信號輸出設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及這樣的設(shè)備，其具有可變感覺、保持反饋、自動校準(zhǔn)和可獲知的性能優(yōu)化。
【背景技術(shù)】
[0003]—些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備能夠提供可變感覺，例如文獻(xiàn)號為5，875，682的美國專利所示的“操作者控制的電氣輸出信號設(shè)備(Operator Controlled Electrical Output SignalDevices)”。然而，現(xiàn)有設(shè)備的缺點(diǎn)是，其電磁保持通過小力矩臂產(chǎn)生。這要求大的電線圈，其會具有空間、成本和發(fā)熱問題。另一方面，如果線圈保持較小，那么保持力將太小。
[0004]另外，受控車輛的外部碰撞有時會引起位置朝著保持位移動。這是操作者所不希望出現(xiàn)的。
[0005]為解決該問題，現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中在線圈面上增加槽口。這會對操作者產(chǎn)生不平滑和可能不希望出現(xiàn)的P卡?達(dá)聲的反饋。
[0006]另外，現(xiàn)有領(lǐng)域中采用力傳感電阻器，但是它們構(gòu)建在扭簧上。該構(gòu)造基于單個的預(yù)加載彈簧。這意味著對操作者的力反饋不具有通常的游隙(free-play)、死區(qū)和彈簧力范圍起點(diǎn)等先導(dǎo)輸入設(shè)備的典型特征。該扭簧不同于大多數(shù)現(xiàn)有的先導(dǎo)控制輸入設(shè)備。這意味著其與現(xiàn)有的先導(dǎo)控制操縱桿不具有共同的部分，這對于訓(xùn)練操作者的容易度和對控制的直覺理解是不希望出現(xiàn)的。此外，扭簧可能沒有和力傳感電阻器完全對齊，這可能引起應(yīng)力，從而將傳感器壽命縮短到期望的水平之下?？蛇x地，現(xiàn)有技術(shù)可以采用力傳感，但是不具有多個彈簧以產(chǎn)生有時候期望的操作力反饋?，F(xiàn)有技術(shù)還可以采用先導(dǎo)控制，其可以具有期望的操作力反饋，但是這需要先導(dǎo)供給管線和箱體管線，這將占據(jù)駕駛室空間并增加系統(tǒng)成本。
[0007]—些電子輸出設(shè)備采用按鈕來觸發(fā)功能，例如工具浮動(implement float)功能。然而，與具有止動預(yù)警阻尼器的先導(dǎo)控制相比，這可能引起工具不經(jīng)意的突然下墜運(yùn)動。
[0008]其他電氣輸出設(shè)備采用其他類型的傳感器，例如霍爾效應(yīng)傳感器或其他類型的位置傳感器。這些電氣輸出設(shè)備不能自動校準(zhǔn)以提高精度。它們也難以為需要次級傳感系統(tǒng)的應(yīng)用構(gòu)建冗余傳感。
[0009]此外，這些輸入設(shè)備不會為操作者提供可變感覺的反饋、杠桿位置優(yōu)化和可獲知的反饋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式提供操縱桿電子系統(tǒng)(JSE，Joystick ElectronicSystem)，其為操作者提供類似于先導(dǎo)控制操縱桿的力反饋。這些力反饋區(qū)域包括游隙區(qū)域、調(diào)制死區(qū)起點(diǎn)區(qū)域、調(diào)制區(qū)域、預(yù)警阻尼區(qū)域和在最大角度附近的保持區(qū)域。JSE也可以改變預(yù)警感覺和保持位置，使其處于任意角度。JSE采用力傳感作為信號并具有力斜率變化，用于自動校準(zhǔn)輸出信號。這提高了信號精度并提供了維修預(yù)示信號(serviceprognostic signal)。該預(yù)示信號可以用于激活冗余傳感器。
【附圖說明】
[0011]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的操縱桿電子系統(tǒng)(JSE)的實(shí)施方式的外部視圖。
[0012]圖2示出圖1的JSE的旋轉(zhuǎn)后的剖視圖。
[0013]圖3示出圖1的JSE的詳細(xì)剖視圖。
[0014]圖4是表示輸入扭矩相對致動角度的曲線的圖表。
[0015]圖5示出JSE的第二實(shí)施方式的詳細(xì)剖視圖。
[0016]圖6是類似于圖4所示的表示輸入扭矩相對于致動角度的曲線的圖表。
[0017]圖7示出JSE的第三實(shí)施方式的外部視圖。
[0018]圖8示出圖7的JSE的旋轉(zhuǎn)后的剖視圖。
[0019]圖9示出圖7的JSE的詳細(xì)剖視圖。
[0020]圖10是類似于圖6的輸入扭矩相對于致動角度的曲線的圖表。
[0021]圖11示出自動校準(zhǔn)、預(yù)示和冗余傳感器，其可以增加到以上描述的任一實(shí)施方式中。
[0022]圖12示出表示FSR(力傳感電阻器)電壓相對于角度的曲線的圖表，包括第一零位拐點(diǎn)和第二零位拐點(diǎn)。
[0023]圖13示出本發(fā)明的JSE可以如何用于遠(yuǎn)程操作在施工現(xiàn)場的建筑裝備。
[0024]圖14是類似于圖10所示的表示輸入扭矩相對于致動角度的曲線的圖表。
[0025]圖15示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的緊湊型JSE的外部視圖。
[0026]圖16示出圖15的緊湊型JSE的詳細(xì)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式解決本領(lǐng)域中的上述缺點(diǎn)、問題和顧慮。下面，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式也可以稱為操縱桿電子系統(tǒng)或JSE。
[0028]JSE采用應(yīng)用于線性(非扭轉(zhuǎn))負(fù)載的力傳感。這使得樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有的先導(dǎo)輸出操縱桿有相同之處。樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)然后致動線性柱塞，該柱塞具有線性彈簧和相連接的負(fù)載。這些彈簧負(fù)載包括:復(fù)位負(fù)載、偏置負(fù)載、調(diào)制負(fù)載和柔性型負(fù)載。其結(jié)果是典型的感覺反饋，其類似于現(xiàn)有的先導(dǎo)控制操縱桿和單杠桿設(shè)備(本領(lǐng)域熟知)。
[0029]如在下文中進(jìn)一步描述的，可以包括止動阻尼機(jī)構(gòu)和保持線圈。這提供了力反饋的附加特征，以防止不經(jīng)意的全杠桿運(yùn)動(full lever mot1n)，改進(jìn)操作者性能。
[0030]然后，在進(jìn)行全杠桿運(yùn)動時，保持線圈可以將杠桿保持就位，以減小或消除操作者所需的臂力。該全杠桿位置的保持可以電氣地激活和停用，這提供額外的功能。
[0031]可變保持和力反饋線圈構(gòu)建在大球形杯上。這增加了保持力矩臂，使得保持力足夠大，從而在車輛具有外部過載(g-loads)時不運(yùn)動。為了向操作者提供反饋，這個更大的力有時候也是需要的。
[0032]可變保持力可以用于向操作者提供的警告阻尼感覺，并用作手柄杠桿在不同角度的可變保持。該可變警告阻尼器可以采用來自其他JSE或車輛或施工現(xiàn)場的輸入。這允許中央處理單元(CPU)將警告阻尼感覺反饋定位在最優(yōu)和/或期望的位置。這例如可以用于減少發(fā)動機(jī)振動，優(yōu)化發(fā)出的燃料噪音或者優(yōu)化車輛性能。該可變保持特征可以將操作者信號位置減小到減小的位置，該減小的位置在特定的建造循環(huán)過程中將更優(yōu)化。
[0033]用于產(chǎn)生輸出信號的輸入優(yōu)選地是線性力傳感。這例如可以采用力傳感電阻器(FSR,Force sensing Resistor)實(shí)現(xiàn)。這些FSR墊(FSR pad)具有許多單元，從而使得信號產(chǎn)生是非?？煽康?。如果一些單元受損，JSE可以自動調(diào)節(jié)輸出信號和采用剩下的單元。該自動校準(zhǔn)特征也提高了設(shè)備的精度。
[0034]有時候應(yīng)用需要冗余的信號產(chǎn)生。該類平行邏輯可以通過與主要FSR信號墊串聯(lián)地堆疊額外的FSR墊來實(shí)現(xiàn)。
[0035]該自動校準(zhǔn)特征還可以用作維修預(yù)示，并將信號從主要傳感器切換到次級傳感器。串聯(lián)堆疊的輸入墊對于采用位置傳感的其他所有電氣輸出信號設(shè)備都是有利的配置。
[0036]JSE的一個實(shí)施方式包括樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、彈簧和柱塞機(jī)構(gòu)、力傳感機(jī)構(gòu)，如在附圖中所示的。樞轉(zhuǎn)方法例如可以是用于操縱桿的典型的u接頭，或者是用于單軸設(shè)備的樞轉(zhuǎn)銷。該實(shí)施方式不包括保持特征，也不包括可變感覺反饋特征(其分別包括在下面描述的第二和第三實(shí)施方式中)。本第一實(shí)施方式的杠桿作用力扭矩相對于角度典型地包括:游隙區(qū)域、死區(qū)區(qū)域、調(diào)制范圍區(qū)域和躍變區(qū)域。這類似于現(xiàn)有的樞轉(zhuǎn)輸出操縱桿設(shè)備。杠桿作用力的這些變化對操作者是已知的，是電氣輸出信號設(shè)備所期望的。
[0037]JSE的第二實(shí)施方式包括在預(yù)定角度的保持和對操作者的預(yù)警“阻尼”反饋力。這些特征對于采用先導(dǎo)輸出操縱桿的操作者同樣是已知的，并為電氣輸出信號設(shè)備應(yīng)用所期望的。該預(yù)警力反饋允許操作者避免觸發(fā)突然運(yùn)動，例如工具浮動位置(implement floatposit1n)。然后，保持特征允許操作者保持特定的應(yīng)用，例如有效的浮動。這減小了所需的臂力，從而減少操作者疲勞。本實(shí)施方式具有保持線圈，其可能需要對齊。因此，樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以是球形樞轉(zhuǎn)接頭，以減少不期望的運(yùn)動。該球形樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以具有在槽中的銷，以防止或限制扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0038]JSE的第三實(shí)施方式包括可變力反饋。在該實(shí)施方式中，操作者感受的力可以變化為從O到全角度在任意角度的量。全角度的保持可以設(shè)置在任意角度。另外，“阻尼”特征可以采用其他車輛參數(shù)編程。例如，當(dāng)車輛運(yùn)動平滑時，感覺的反饋力可以是小的。當(dāng)車輛運(yùn)動在粗糙地面上時，力反饋可以增加。一些操作者更喜歡較輕的作用力，而其他人更喜歡較重的作用力。此外，被操作的機(jī)器可以處理不同的材料和具有不同的應(yīng)用。感覺反饋的量可以隨著操作者、機(jī)器、材料和不同應(yīng)用而改變，如同下面描述的那樣。另外，一些應(yīng)用具有安全限制，例如絞車馬達(dá)的最大速度?？勺兞梢杂糜诜乐乖诟哂陬A(yù)定安全限制的