[发明专利]手动控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及手动控制装置，更具体地涉及向使用者提供触觉信息的手动控制装置。

背景技术

具有机具的机器通常由控制装置的组合来控制。例如，操作者可使用一个装置——例如方向盘或方向杆——使机器移动到所需的方向，使用另一不同的装置——例如踏板或控制杆——使机器加速和减速，使用又一不同的装置——例如操纵杆——来操作机器的机具，例如铲斗或铲状部。

当机器、例如挖掘机正在运行时，它们常常在受限区域中运行并且被不可移动的物体、如建筑结构包围，或被有害状况、如电力线包围。在这些状况中，需要保持对作业机具的运动的准确和精确的控制以确保安全的机器运行。目前，诸如挖掘机、起重机等的机器使用操纵杆型控制装置来控制其机具的运动。这些操纵杆可具有两个、三个或更多个运动自由度，其中每一个自由度对应于作业机具的运动的特定方向或类型。当操作者操纵控制装置时，操作者可简单地以各种方式移动该控制装置用以实现作业机具的所需的定位和轨迹。

当操作这类机构时，小心地控制作业机具的位置和运动使得避免对作业机具的位置的调整过度是明智的。目前，作业机具的仔细定位是由操作者的经验和洞察力来确定的。然而，经验不足或疏忽的操作者有时可能在存在障碍时过渡调整机具的位置或过度补偿所需的移动机具的力，结果使机具处于不希望的位置。这些情况目前还无法避免。

发明内容

一种机器，其具有基于由操作员提供的命令运行以移动机具的致动器。所述命令通过操作者使手动控制装置的手柄移位来提供。手柄的移位发生在所述手柄的作动方向上。所述机器包括与所述手柄相关联并且可以与手柄一起移位的可变阻尼器。可变阻尼器配置成响应于控制信号而选择性地改变其刚度。移位传感器与所述可变阻尼器相关联并配置成提供指示所述手柄的移位的移位信号。控制器与可变阻尼器、手动控制装置、移位传感器和致动器相关联。所述控制器设置成确定致动器的当前运行状态，基于移位信号确定提供给致动器的命令，并且提供控制信号以使可变阻尼器变刚硬，使得所述手柄的移位限于手柄的同致动器的当前运行状态与该致动器的最大允许运行状态之间的差对应的附加移位。

在另一方案中，本发明描述了向用于系统的手动控制装置的操作者提供触觉信息的方法。手动控制装置可包括适合操作者使用以发出命令的手柄，所述命令以手柄在作动方向上的移位的形式提供，其中移位的程度指示了每个命令的大小。该方法包括选择性地改变与手柄相关联的可变阻尼器的刚度，基于手柄的移位确定当前命令，基于系统的能力确定可允许的最大可能命令，以及在当前命令接近最大可能命令时通过使可变阻尼器变刚硬而将手柄的移位限制于手柄的附加移位。在一个实施例中，手柄的附加移位同当前命令与最大可能命令之间的差对应。

在又一方案中，本发明描述了经由至少一个可变阻尼器安装至机器的正力产生装置。可变阻尼器配置成响应于控制信号选择性地改变其刚度。该(正力产生)装置能通过可变阻尼器的压缩或延伸而在脉冲力的施加方向上移动。正力产生装置包括移位传感器，该移位传感器与可变阻尼器相关联并且配置成提供指示所述装置的移位的移位信号。控制器与可变阻尼器、所述装置和移位传感器相关联。控制器选择性地提供控制信号以改变可变阻尼器的刚度。马达可响应于来自控制器的命令信号，其具有连接至该马达的输出轴的质量。该质量具有关于马达的输出轴的转动轴线偏置的重心。编码器配置成向控制器提供转动信号，该转动信号指示所述质量相对于所述装置的转动位置。控制器配置成基于转动信号和移位信号向马达提供命令信号和向可变阻尼器提供控制信号，使得沿着预定方向选择性地提供脉冲力。

附图说明

图1-3是根据本发明的机器的多个视图。

图4是用于根据本发明的机器的机具控制系统的方框图。

图5是根据本发明的控制的方框图。

图6是各种信号的时间图以说明根据本发明的用于力的定向施加的控制原理。

图7是用于根据本发明的力反馈控制的方框图。

具体实施方式