[发明专利]具有可变感觉、保持反馈、自动校准和可获知的性能优化的操作者控制的电气输出信号设备

说明书

相关申请的交叉参考

本发明要求2013年1月30日提交的题为“具有可变感觉、保持反馈、自动校准和可获知的性能优化的操作者控制的电气输出信号设备(Operator Controlled Electrical Output Signal Device With Variable Feel and Hold Feedback and Automated Calibration and Learnable Performance Optimization)”的美国临时申请、文献号为61/758,489的权益，该申请通过参考整体结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及操作者控制的信号输出设备。更特别地，本发明涉及这样的设备，其具有可变感觉、保持反馈、自动校准和可获知的性能优化。

背景技术

一些现有技术设备能够提供可变感觉，例如文献号为5,875,682的美国专利所示的“操作者控制的电气输出信号设备(Operator Controlled Electrical Output Signal Devices)”。然而，现有设备的缺点是，其电磁保持通过小力矩臂产生。这要求大的电线圈，其会具有空间、成本和发热问题。另一方面，如果线圈保持较小，那么保持力将太小。

另外，受控车辆的外部碰撞有时会引起位置朝着保持位移动。这是操作者所不希望出现的。

为解决该问题，现有技术领域中在线圈面上增加槽口。这会对操作者产生不平滑和可能不希望出现的咔哒声的反馈。

另外，现有领域中采用力传感电阻器，但是它们构建在扭簧上。该构造基于单个的预加载弹簧。这意味着对操作者的力反馈不具有通常的游隙(free-play)、死区和弹簧力范围起点等先导输入设备的典型特征。该扭簧不同于大多数现有的先导控制输入设备。这意味着其与现有的先导控制操纵杆不具有共同的部分，这对于训练操作者的容易度和对控制的直觉理解是不希望出现的。此外，扭簧可能没有和力传感电阻器完全对齐，这可能引起应力，从而将传感器寿命缩短到期望的水平之下。可选地，现有技术可以采用力传感，但是不具有多个弹簧以产生有时候期望的操作力反馈。现有技术还可以采用先导控制，其可以具有期望的操作力反馈，但是这需要先导供给管线和箱体管线，这将占据驾驶室空间并增加系统成本。

一些电子输出设备采用按钮来触发功能，例如工具浮动(implement float)功能。然而，与具有止动预警阻尼器的先导控制相比，这可能引起工具不经意的突然下坠运动。

其他电气输出设备采用其他类型的传感器，例如霍尔效应传感器或其他类型的位置传感器。这些电气输出设备不能自动校准以提高精度。它们也难以为需要次级传感系统的应用构建冗余传感。

此外，这些输入设备不会为操作者提供可变感觉的反馈、杠杆位置优化和可获知的反馈。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式提供操纵杆电子系统(JSE，Joystick Electronic System)，其为操作者提供类似于先导控制操纵杆的力反馈。这些力反馈区域包括游隙区域、调制死区起点区域、调制区域、预警阻尼区域和在最大角度附近的保持区域。JSE也可以改变预警感觉和保持位置，使其处于任意角度。JSE采用力传感作为信号并具有力斜率变化，用于自动校准输出信号。这提高了信号精度并提供了维修预示信号(service prognostic signal)。该预示信号可以用于激活冗余传感器。

附图说明

图1示出根据本发明第一实施方式的操纵杆电子系统(JSE)的实施方式的外部视图。

图2示出图1的JSE的旋转后的剖视图。

图3示出图1的JSE的详细剖视图。

图4是表示输入扭矩相对致动角度的曲线的图表。

图5示出JSE的第二实施方式的详细剖视图。

图6是类似于图4所示的表示输入扭矩相对于致动角度的曲线的图表。

图7示出JSE的第三实施方式的外部视图。

图8示出图7的JSE的旋转后的剖视图。

图9示出图7的JSE的详细剖视图。

图10是类似于图6的输入扭矩相对于致动角度的曲线的图表。

图11示出自动校准、预示和冗余传感器，其可以增加到以上描述的任一实施方式中。

图12示出表示FSR(力传感电阻器)电压相对于角度的曲线的图表，包括第一零位拐点和第二零位拐点。

图13示出本发明的JSE可以如何用于远程操作在施工现场的建筑装备。