山地挖掘机模拟训练操控台的制作方法

本实用新型涉及模拟训练技术，特别是一种山地挖掘机模拟训练操控台。

背景技术：

山地挖掘机是一种全液压驱动的步履式工程装备，其各个机构和工作系统均采用液压系统实现，具有结构复杂、技术先进、机电液一体化程度高的特点，实装训练效率低、成本高且容易损坏装备。操作人员需要具有有效的操作技能和快速的应急修复能力，这就对装备训练的水平提出了较高要求。

以往的训练主要依靠理论教学、装备视频演示和实装训练等模式，受装备配装情况和训练场地限制较大，易出现受训人类理论学习不充分，操控技能掌握不牢等问题。训练成本高，并且训练效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种山地挖掘机模拟训练操控台。

本实用新型的具体技术方案如下：一种山地挖掘机模拟训练操控台，包括操控台箱体、操纵面板、电源模块、usb接口、通信接口、供电接口；

操控台箱体内部用于安装固定单片机数据采集系统、usb设备集成模块，操控台箱体顶部固定操纵面板；操纵面板上集成有左操纵手柄区域、右操纵手柄区域、左扶手箱区域、右扶手箱区域及前仪表板区域，分别对应实车的左手柄、右手柄、左扶手箱、右扶手箱和前仪表板；

左操纵手柄区域包括三个二轴十字开关、一个三轴操纵杆、一个拨档开关，用于模拟山地挖掘机左手柄和左脚踏板；三个二轴十字开关依次对应左手柄上三个微动开关；三轴操纵杆的x、y轴对应左手柄柄杆，z轴对应左脚踏板，拨档开关用于模拟山地挖掘机左手柄上的步行功能转换开关；

右操纵手柄区域包括三个二轴十字开关、一个三轴操纵杆、一个拨档开关，用于模拟山地挖掘机右手柄和左脚踏板，三个二轴十字开关依次对应右手柄上三个微动开关；三轴操纵杆的x、y轴对应右手柄柄杆，z轴对应右脚踏板，拨档开关用于模拟山地挖掘机右手柄上的液压输出开关；

左扶手箱区域设有七个拨档开关，用于模拟山地挖掘机左扶手箱上的翘板开关，从左至右分别为先导开关、低速行驶开关、低速回转开关、转向差速开关、水泵开关、主机加热器开关和热风开关；

右扶手箱区域设有五个拨档开关，用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的翘板开关，从左至右依次为前灯开关、后灯开关、工作灯开关、雨刮器开关和转向灯开关；

前仪表板区域包括单轴操纵杆、喇叭开关、弹性复位开关、拨档开关、钥匙开关、油门拉杆；单轴操纵杆用于模拟山地挖掘机中间脚踏板，喇叭开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的喇叭开关，弹性复位开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的应急熄火开关，拨档开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的停车制动开关；钥匙开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的钥匙开关，油门拉杆用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的油门拉杆；

所述的油门拉杆、单轴操纵杆、三轴操纵杆采用电位器作为传感器，通过电位器电压值变化替代实装油门、操纵杆、左手柄、右手柄模拟量的变化情况，输入模数转换模块进行信息采集，通过单片机数据采集系统进行数据处理；

所述的各类拨档开关、喇叭开关、弹性复位开关、二轴十字开关、钥匙开关、按钮开关，将开关通断信号输入单片机数据采集系统进行信息采集，模拟各类开关的通断状态。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)本实用新型通过油门拉杆、单轴操纵杆、手柄、开关等电子元器件、传感器模拟实装的各类操纵部件，为模拟训练操控台的数据采集、仿真操作模拟提供了技术手段；(2)本实用新型通过单片机数据快速、准确的采集处理，完成了操控部件与山地挖掘机模拟训练上位机的实时操控信息传输与反馈功能；(3)实装的左手柄、右手柄价格很高，本实用新型将左右手柄变化为了左右手臂区，通过多个开关、手柄模拟实装的1个手柄，极大的降低了成本；(4)本实用新型为山地挖掘机模拟训练开展提供了操控手段，解决了教学与训练脱离实装难以开展的问题。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1是山地挖掘机模拟训练操控台结构图。

图2是山地挖掘机模拟训练操控台原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种山地挖掘机模拟训练操控台，包括操控台箱体、操纵面板、电源模块、usb接口9和11、通信接口7、供电接口6；

操控台箱体内部用于安装固定单片机数据采集系统、usb设备集成模块，操控台箱体顶部固定操纵面板；

操控面板上集成有左操纵手柄区域、右操纵手柄区域、左扶手箱区域、右扶手箱区域及前仪表板区域，分别对应实车的左手柄、右手柄、左扶手箱、右扶手箱和前仪表板；其中左右操纵手柄区域用于控制整车的液压系统，左右扶手箱区域及前仪表板区域用于控制整车的电气系统；

实装山地挖掘机的左、右手柄高度集成了6个方向微动开关和2个两位推动开关，共发出36个开关量，分别控制山地挖掘机的步行腿机构、转向机构、液压绞盘及液压输出的所有动作。为降低模拟训练操控台研制成本，同时模拟实装操控方式，将实装左右手柄设置为了左操纵手柄区域、右操纵手柄区域。

左操纵手柄区域包括3个二轴十字开关、1个三轴操纵杆、1个拨档开关，用于模拟山地挖掘机左手柄和左脚踏板；三个二轴十字开关31、34、35依次对应左手柄上三个微动开关，分别用于控制右后腿开关、右前腿开关、前腿转向或液压机具。三轴操纵杆33的x、y轴对应左手柄柄杆，z轴对应左脚踏板，拨档开关32用于模拟山地挖掘机左手柄上的转换开关；

右操纵手柄区域包括3个二轴十字开关、1个三轴操纵杆、1个拨档开关，用于模拟山地挖掘机右手柄和左脚踏板，三个二轴十字开关23、24、26依次对应右手柄上三个微动开关，分别用于控制右后腿开关、右前腿开关、前腿转向或液压机具。三轴操纵杆25的x、y轴对应右手柄柄杆，z轴对应右脚踏板，拨档开关27用于模拟山地挖掘机右手柄上的转换开关；

左扶手箱区域七个拨档开关用于模拟山地挖掘机左扶手箱上的翘板开关，从左至右分别为先导开关1、低速行驶开关2、低速回转开关3、转向差速开关4、水泵开关5、主机加热器开关8、热风开关10；

右扶手箱区域五个拨档开关用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的翘板开关，从左至右依次为前灯开关14、后灯开关16、工作灯开关18、雨刮器开关20和转向灯开关21；

前仪表板区域包括1个单轴操纵杆30、1个喇叭开关28、1个弹性复位开关29、1个拨档开关12、钥匙开关19、油门拉杆22；

单轴操纵杆用于模拟山地挖掘机中间脚踏板，喇叭开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的喇叭开关，弹性复位开关29用于模拟山地挖掘机前仪表板上的应急熄火开关，拨档开关12用于模拟山地挖掘机前仪表板上的停车制动开关；钥匙开关19用于模拟山地挖掘机前仪表板上的钥匙开关，油门拉杆22用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的油门拉杆；

通过相应的手柄、踏板等电位器传感器进行操作部件操作程度的信息采集，相关信息传输至模数转换器后，通过单片机的spi接口输入单片机进行数据处理；各类开关量信号直接接入单片机相应的端口进行数据处理；指示灯用来显示山地挖掘机模拟训练操控台当前的工作状态，包括电源指示灯13、通信指示灯15和故障指示灯17；电源开关用于控制山地挖掘机模拟训练操控台是否开启；

所述的油门拉杆、单轴操纵杆、三轴操纵杆采用电位器作为传感器，通过电位器电压值变化替代实装油门、操纵杆、操纵手柄模拟量的变化情况，输入模数转换模块进行信息采集，通过单片机数据采集系统进行数据处理；

所述的各类拨档开关、喇叭开关、弹性复位开关、二轴十字开关、钥匙开关、按钮开关等开关动作，将开关通断信号输入单片机数据采集系统进行信息采集，模拟各类开关的通断状态；

所述usb设备集成模块，用于提供usb2.0接口，一端连接键盘、鼠标、rs232转usb设备，一端连接通信线缆；

所述单片机数据采集系统完成对模拟量、开关量的采集后，通过usb设备集成模块中的rs232转usb设备转化为usb协议输出至上位计算机。

接口电缆采用标准220v电源线，用于为操控台电源模块、usb设备集成模块提供市电。

电源模块选用20w智能dc/dc电源模块，输出电压调节范围为5-30v，用于对单片机数据采集系统、操控手柄、开关、操控设备传感器供电。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1、图2，本实用新型的山地挖掘机模拟操控台由操控台箱体、操纵面板、单片机数据采集系统、usb设备集成模块、usb接口、通信接口、供电接口组成。

(1)操控台箱体：内部用于安装固定单片机数据采集系统、usb设备集成模块、电源模块，上部用于固定操纵面板，侧面用于固定usb接口、电源接口、通信接口。

(2)操纵面板：集成了左操纵手柄区域、右操纵手柄区域、左扶手箱区域、右扶手箱区域及前仪表板区域，分别对应实车的左手柄、右手柄、左扶手箱、右扶手箱和前仪表板，其中左右操纵手柄区域主要用于控制整车的液压系统，左右扶手箱区域及前仪表板区域主要用于控制整车的电气系统。左扶手箱区域七个拨档开关用于模拟山地挖掘机左扶手箱上的翘板开关，从左至右分别为安全拉杆(先导开关)、低速行驶开关、低速回转开关、转向差速开关、水泵开关、主机加热器开关、热风开关。右扶手箱区域五个拨档开关用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的翘板开关，从左至右依次为前灯开关、后灯开关、工作灯开关、雨刮器开关、转向灯开关。左操纵手柄区域3个二轴十字开关、一个三轴操纵杆、一个拨档开关用于模拟山地挖掘机左手柄和左脚踏板，三个二轴十字开关依次对应左手柄上三个微动开关，三轴操纵杆的x、y轴对应左手柄柄杆，z轴对应左脚踏板，一个拨档开关用于模拟山地挖掘机左手柄上的转换开关。右操纵手柄区域3个二轴十字开关、1个三轴操纵杆、1个拨档开关用于模拟山地挖掘机右手柄和左脚踏板，3个二轴十字开关依次对应右手柄上3个微动开关，三轴操纵杆的x、y轴对应右手柄柄杆，z轴对应右脚踏板，拨档开关用于模拟山地挖掘机右手柄上的转换开关。前仪表板区域的单轴操纵杆用于模拟山地挖掘机中间脚踏板，喇叭开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的喇叭开关，弹性复位开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的应急熄火开关，拨档开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的停车制动开关。钥匙开关用于模拟山地挖掘机前仪表板上的钥匙开关，油门拉杆用于模拟山地挖掘机右扶手箱上的油门拉杆。

(3)单片机数据采集系统：对油门拉杆、单轴操纵杆、三轴操纵杆等模拟量通过模数转换模块处理后传输至单片机系统进行数据处理，同时对拨档开关、喇叭开关、弹性复位开关、二轴十字开关、要死开关、按钮开关进行开关量信息的采集，数据输出至rs232转usb模块，转化为usb协议输出至上位计算机。

(4)usb设备集成处理模块：用于提供usb2.0接口，一端连接键盘、鼠标、单片机，一端连接通信线缆。

(5)电源模块：供电电源选用20w智能dc/dc电源模块，输出电压调节范围为5-30v，用于对单片机系统、操控设备传感器等供电。

(6)usb接口：用于连接键盘、鼠标。

(7)通信接口：采用航空插头，用于通过通信电缆连接山地挖掘机模拟训练操控台与上位计算机。

(8)供电接口：采用标准电源接口，用于为山地挖掘机模拟训练操控台供电。

山地挖掘机模拟训练操控台工作原理如下：按照实际山地挖掘机的作业方式，分别操纵操控面板上的各种操控杆、油门拉杆、手柄等模拟量与开关量操纵部件，相关操纵信号经过模数转换，单片机数据采集后，传输至rs232转usb设备转换为usb协议信号，usb设备集成处理模块集成鼠标、键盘、单片机信号后将控制指令通过通信电缆传输至上位计算机，完成对山地挖掘机的模拟训练。

山地挖掘机模拟训练操控台的操作步骤如下：

(1)使用系统前，首先应检查山地挖掘机模拟训练操控台的各控制开关是否置于“关闭”位，保证操纵面板整洁，无杂物。

(2)用通信电缆连接山地挖掘机模拟训练操控台与上位计算机。用ac220v电源线连接山地挖掘机模拟训练操控台电源接口，打开电源开关，即可正常使用。

山地挖掘机模拟训练操控台包括各种操控杆、油门拉杆、手柄等模拟量与开关量等操控部件。操纵部件能够全面的模拟实装的操纵动作，并且可以将相关状态信息传输至上位计算机显示各部件在的工作状态。