基于位置控制的挖掘機操縱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種挖掘機操縱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，常規(guī)的挖掘機包含六個工作裝置，分別為挖斗1、斗桿2、動臂3、回轉(zhuǎn) 裝置4、左行走裝置5和右行走裝置6 ;如圖2所示，駕駛員通過操作兩個十字手柄和兩個腳 踏板分別對上述的六個工作裝置進行控制，左十字手柄11的左右傾斜用來控制回轉(zhuǎn)裝置4 圍繞回轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)，左十字手柄11的前后傾斜用來控制斗桿2的運動，右十字手柄12的左 右傾斜用來控制挖斗1圍繞挖斗鉸點9運動，右十字手柄12的前后傾斜用來控制動臂3的 運動，左行走踏板13和右行走踏板14的前后傾斜分別用來控制左行走裝置5和右行走裝 置6在底平面8上運動。目前挖掘機操作手柄和踏板對各工作裝置的控制都是基于速度的 控制，即十字手柄或腳踏板在一個方向上傾斜時，十字手柄或腳踏板下方的先導電磁閥就 會打開，十字手柄或腳踏板傾斜的角度越大先導電磁閥打開得就越大，對應支路的多路閥 主閥芯打開面積也就越大，相應被控裝置的運動速度就會越快。
[0003] 由于每一個駕駛桿的一個傾斜方向都只對應著一個工作裝置的運動，因此如果挖 掘機需要進行一個復雜的動作時，駕駛員需要操作一個駕駛桿的多個方向，或者多個駕駛 桿的多個方向才能完成，例如"掃平"動作時挖掘機的三個機械臂（挖斗、斗桿和動臂）需 要同時協(xié)調(diào)地前后運動才能將前方的地面整平，即需要協(xié)調(diào)地操縱兩個駕駛桿的三個方向 才能完成。
[0004] 傳統(tǒng)的挖掘機操縱方式是左十字手柄的一個操縱方向控制斗桿，右十字手柄兩個 操作方向分別控制挖斗和動臂，但是挖斗、斗桿和動臂這三個工作裝置實際上是在一個平 面內(nèi)運動的。這樣的操縱方式是將操縱桿的三維運動映射到工作裝置的兩維運動上去了， 這對于一個初學者來說很不直觀：如果只是單一動作時還好說，如果是復合動作時駕駛員 很難將幾個動作協(xié)調(diào)地完成。
[0005] 總上所述，傳統(tǒng)的挖掘機操縱方式不直觀，駕駛員很難對幾個裝置同時進行協(xié)調(diào) 的控制；然而挖掘機幾乎所有的動作都是需要幾個工作裝置復合在一個工作的，這就需要 簡化傳統(tǒng)的操縱方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于位置控制的挖掘機操縱系統(tǒng)，通 過人工選擇進入特定工作模式后，駕駛員只需要一個簡單的操作就可以對斗桿和動臂進行 復合控制，使得挖斗鉸點實現(xiàn)水平保持或者縱向保持、或者保持挖斗斗齒與底平面的夾角， 大大簡化了挖掘機駕駛員進行復雜動作時的操縱步驟。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括兩個具有電反饋信號的十字手 柄、挖斗角位移傳感器、斗桿角位移傳感器、動臂角位移傳感器和顯示控制器，所述的挖斗 角位移傳感器、斗桿角位移傳感器、動臂角位移傳感器分別測量挖斗角位移傳感器測量角、 斗桿角位移傳感器測量角和動臂角位移傳感器測量角；所示的顯示控制器接收駕駛員選擇 的工作模式，并向駕駛員顯示十字手柄、挖斗角位移傳感器、斗桿角位移傳感器、動臂角位 移傳感器的位置，計算得到對挖斗、斗桿和動臂的先導電磁閥的控制指令，進而控制相應的 先導電磁閥。
[0008] 當駕駛員通過顯示控制器選擇水平保持功能時，挖斗鉸點在水平方向上的速度愈 和在縱向的運動速度f滿足以下矩陣：
[0010] 其中，a為動臂長度，b為斗桿長度，α為動臂角位移傳感器測量角，β為斗桿 角位移傳感器測量角，挖斗鉸點在縱向的運動速度^ = I由于左十字手柄的前后傾斜角度 Qmi范圍為0°~20°，桿死區(qū)為2°，挖斗鉸點水平運動速度I：的范圍為0~500cm/s，則
計算上述矩陣解出氣自關(guān)于θ 的方程，同時氣食與斗桿 和動臂的先導電磁閥控制指令成正比，由θ Μ得到斗桿和動臂先導電磁閥控制指令。
[0011] 當駕駛員通過顯示控制器選擇縱向保持功能時，挖斗鉸點在水平方向上的速度 和在縱向的運動速度夢滿足以下矩陣：
[0013] 其中，挖斗鉸點在水平方向運動速度由于右十字手柄的前后傾斜角度Θ b_ 范圍為0°~20°，桿死區(qū)為2°，挖斗鉸點縱向運動速度夕的范圍為0~500cm/s，則
計算上述矩陣解出*、I關(guān)于Θ b_的方程，同時t和I與斗 桿和動臂的先導電磁閥控制指令成正比，由Θ b_得到斗桿和動臂的先導電磁閥控制指令。
[0014] 當駕駛員通過顯示控制器選擇挖斗保持功能時，通過測量α、β以及挖斗角位移 傳感器測量角γ得到挖斗斗齒與挖掘機底平面的夾角A = 2 31 - α - β - γ，保持Δ不變， 當斗桿和動臂運動時，即α和β在變化時，實時計算得到γ，即挖斗先導電磁閥打開面積 對時間的積分；由此得到挖斗先導電磁閥控制指令。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：駕駛員只需要一個簡單的操作就可以對斗桿和動臂進行復 合控制，當需要進行"掃平"動作時，駕駛員只需要啟動水平保持模式和挖斗保持模式，然后 操縱左十字手柄前后運動就可以完成；當需要進行"修坡"模式時，駕駛員只需要啟動縱向 保持模式和挖斗保持模式，然后操縱右十字手柄前后運動就可以完成。大大降低了挖掘機 駕駛員進行復雜動作時的操縱難度。
【附圖說明】
[0016] 圖1是現(xiàn)有挖掘機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是現(xiàn)有挖掘機的操作裝置示意圖； 圖3為新型挖掘機操縱系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 圖4新型挖掘機操縱系統(tǒng)水平保持功能和縱向保持功能實現(xiàn)效果示意 圖5新型挖掘機操縱系統(tǒng)水平保持功能和縱向保持功能實現(xiàn)原理分析圖 圖6左十字手柄前后傾角Θ 與kh的對應關(guān)系圖 圖7右十字手柄前后傾角Θ b_與kv的對應關(guān)系圖
[0018] 圖中，1-挖斗；2-斗桿；3-動臂；4-回轉(zhuǎn)裝置；5-左行走裝置；6-右行走裝置； 回轉(zhuǎn)軸；8-底平面；9-挖斗纟父點；11-左先導十字手柄；12-右先導十字手柄；13-左行 走踏板；14-右行走踏板；21-挖斗鉸點在水平的運動軌跡；22-挖斗鉸點在縱向的運動軌 跡；23-動臂角位移傳感器測量角；24-斗桿角位移傳感器測量角；25-動臂鉸點；26-斗桿 鉸點；28-動臂長度；29-斗桿長度；30-挖斗角位移傳感器測量角；31-挖斗先導電磁閥； 32-斗桿先導比例電磁閥；33-動臂先導比例電磁閥；34-左電十字手柄；35-右電十字手 柄；36-挖斗角位移傳感器；37-斗桿角位移傳感器；38-動臂角位移傳感器；39-顯示控制 器；40-控制器。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施 例。
[0020] 如圖3所示，控制器40的作用是采集來自左電十字手柄34、右電十字手柄35、挖 斗角位移傳感器36、斗桿角位移傳感器37和動臂角位移傳感器38的電信號，通過軟件的計 算得到挖斗先導電磁閥31、斗桿先導比例電磁閥32和動臂先導比例電磁閥33的控制指令 對它們進行控制。
[0021] 顯示控制器39的作用是與駕駛員進行交互：駕駛員通過顯示控制器選擇工作模 式，包括水平保持模式、縱向保持模式和挖斗保持模式；顯示控制器向駕駛員顯示系統(tǒng)的工 作狀態(tài)，包括角位移傳感器的位置和電十字手柄的位置。
[0022] 通過人工選擇進入某種工作模式后，駕駛員只需要操作某一只手柄的一個方向就 可以對斗桿2和動臂3進行復合控制，實現(xiàn)挖斗鉸點9的水平保持或縱向保持，或?qū)ν诙肺?置的保持，如圖4所示。大大簡化了挖