具体实施方式

图1示出了示例性输入装置，其包括安装在驾驶员座椅20的左臂34上的左操纵杆64和安装在驾驶员座椅20的右臂32上的右操纵杆62。示例性输入装置可用于控制具有协作以完成任务的多个系统和部件的机器的各种操作功能。由包括左操纵杆64和右操纵杆62的输入装置控制的机器可体现为移动机器，该移动机器执行与诸如采矿、建筑、农业、运输或本领域已知的其他工业的工业相关联的某种类型的操作。例如，示例性机器可以是物料搬运机器，例如推土机、自动平地机、轮式装载机、扫雪机或类似机器。机器可包括被配置成移动作业工具的执行系统；用于推进机器的驱动系统；向执行系统和驱动系统提供动力的动力源；以及提供对执行系统、驱动系统和/或动力系统的控制的操作员站。

该执行系统可以包括连杆结构，该连杆结构由流体致动器或其他类型的致动器作用以移动作业工具。具体地，执行系统可包括推架、中心偏移连杆或其他固定部件、组件或钻机，其连接到驱动系统和作业工具的边缘或其他部分，例如自动平地机上的刮土板。在一些实现方式中，一个或多个液压缸(提升缸)可以将推动框架枢转地连接到机器框架，并且具有使作业工具相对于地面升高和降低的功能。附加的液压缸(称为偏转缸)可以将推动框架枢转地连接到作业工具的相对侧边缘，并且用于使作业工具绕竖直轴线偏转的功能。另外的连杆构件和液压缸或其他致动器可将推架连接到作业工具的其他部分，并具有使作业工具绕水平轴线滚动的功能。在自动平地机的情况下，安装在自动平地机的驾驶室中的驾驶员座椅20的左扶手34上的左操纵杆64可以被配置成生成信号，该信号指示驾驶员期望的变速器速度和方向的换档、自动平地机的行进速度的改变、自动平地机的铰接、车轮倾斜量、自动平地机的转向以及自动平地机的左叶片的移动。安装在操作员座椅20的右扶手32上的右操纵杆62可以被配置成生成信号，该信号指示操作员对油门控制的期望变化以控制自动平地机的加速和减速、右叶片的移动、圆盘和刮土板的旋转、自动平地机的圆圈以及牵引杆的侧移以及包括雪翼和其他作业工具的部件的附加控制。

如图2、4和6所示，左操纵杆64可以包括基部140；该基部被配置成至少部分地支撑操作员的手；手柄120，从基部140延伸，其近端连接到基部140，其远端支撑左操纵杆64的头部130。左操纵杆64的头部130可以包括前表面，该前表面包括可配置的面板。该可配置的面板可以包括第一辊220，该第一辊被配置成执行机器的变速器的连续可变的上下换档。第二辊222可以邻近第一辊220设置在左侧操纵杆64的头部130的可配置面板上，第二辊222被配置成执行诸如使用自动平地机的雪翼进行坡度控制的功能。头部130的面板上的按钮210可用于执行诸如在自动平地机的铰接控制之后返回中心的功能。自动平地机的铰接控制可以如图6所示，通过绕着穿过操纵杆向上延伸的竖直轴线扭转手柄120来实现，扭转移动由箭头284表示。左操纵杆64的头部130的可配置面板上的附加按钮240可用于执行诸如控制在自动平地机的前轮上的车轮倾斜量的功能。设置在左操纵杆64的头部130的左侧上的按钮110可以执行其他控制功能。设置在左操纵杆64的手柄120的右侧上的按钮230可用于执行诸如在自动平地机上使用雪翼进行坡度控制的功能。手柄可以包括在手柄120的远端处的拇指搁置区域，该拇指搁置区域过渡到左操纵杆64的头部130中；以及拇指释放区域，可以被限定到头部130的下侧部分中，并被配置成当操作员抓握手柄时，在拇指从拇指搁置区域移动成与设置在面板上的一个或多个按钮或辊接触时，为操作员的手的拇指提供间隙。

提及左操纵杆64的头部130上的“可配置面板”意味着面板被设计为可互换面板，以允许通过将面板与适合头部130并具有用于不同按钮、辊或在头部上的不同位置中的其他开关的开口的不同面板互换而在多个不同机器上使用相同操纵杆，以执行与不同机器相关联的不同功能。如图6所示，手柄120可以具有围绕手柄120的抓握部分的外部和前方的非常特定的形状，包括在手柄120的两侧上的平坦表面121、123。平坦表面121、123可以允许操作员用左手的指尖抓握操纵杆64以进行小的、精确的左右移动144，而不必抓握整个手柄。左操纵杆64的左右移动可用于生成指示操作员对自动平地机的期望转向的信号。基部140可包括顶表面145，顶表面145被配置成当用户抓握手柄120时符合用户手掌的形状。顶表面145可以被配置成具有朝向操纵杆64的后部的形状变化，以在抓握手柄120时为用户的手的外侧上的自然凸出提供空间。顶表面145的形状被设计成消除任何压力点并且改善用户的舒适度。手柄120的抓握部分的形状还可以形成有曲率，该曲率在较大的手尺寸范围内提供改善的舒适度。手柄120的抓握部分还可以包括压纹图案164，如图6所示。图案164可以是六边形倒角的形式，或者是手柄120的抓握部分的表面的其他变化形式，其可以改善手柄的抓握，改善舒适性，帮助去除湿气，并且改善操纵杆的外观。手柄120的侧面几何形状可以融入到操纵杆64的前部以产生限定的抓握区域，该抓握区域使得用户能够以最小的努力扭转手柄120，如图6中的箭头284所示。如图4所示，可以通过左操纵杆64的头部130的一侧上的附加按钮110和手柄120的后侧上的摇臂开关270来执行附加功能。右操纵杆62的头部130的顶表面152和左操纵杆64的头部132的顶表面152也可以设置有平坦且光滑的几何形状，其允许操作员在执行各种机器操作时将他们的手放置在操纵杆的顶部上。该顶表面可以配备有宽且平坦的几何形状，该几何形状使得操作员的手能够舒适地处于搁置位置。

如图3、5和7所示，右操纵杆62可以包括基部142，该基部被配置成至少部分地支撑操作员的手；手柄122，从基部142延伸，手柄的近端连接到基部142，手柄的远端支撑右操纵杆62的头部132。右操纵杆62的头部132可以包括前表面，该前表面包括可配置的面板。该可配置的面板可以包括辊260，该辊被配置成与左操纵杆64的第二辊222类似地使用作业工具(例如自动平地机的雪翼)来执行坡度控制。右操纵杆62的头部132上的四向开关和按钮250可用于执行例如自动平地机的牵引杆和圆盘以及刮土板的中心偏移控制等功能。右操纵杆62的手柄122可以围绕通过操纵杆62向上延伸的垂直轴线扭转，该扭转移动由图7中的箭头286表示。该扭转动作可用于控制自动平地机的圆盘和刮土机的移动。拇指搁置区域124和拇指激活区域125可以被限定在手柄122和右操纵杆62的头部132之间的过渡处。拇指搁置区域124可以被设计成当处于自然搁置位置中同时松散地抓握手柄122时遵循操作员的右手和拇指的曲率。另外，头部132上的面板的下边缘可以凹陷具有凹形轮廓，以消除可能干扰拇指从拇指搁置区域124过渡到头部132上的拇指激活按钮或开关中的任一个的任何尖锐边缘。拇指搁置区域124还可以改善右操纵杆62的可控制性，并减少当扭转手柄122时操作员手中的压力，如箭头286所示。设置在右操纵杆62的手柄122的左侧上的按钮232可用于使用自动平地机上的右侧雪翼执行坡度控制的功能，就像左操纵杆64的手柄120的右侧上的按钮230可用于使用自动平地机上的左侧雪翼执行坡度控制的功能。右操纵杆62的手柄122的抓握部分也可以设置有压纹图案162，如图7所示。图案164、162可以是六边形倒角的形式，或者是手柄的抓握部分的表面的其他变化形式，其可以改善手柄的抓握，改善舒适性，帮助去除湿气，并且改善操纵杆的外观。

在手柄122的远端处的拇指激活区域125过渡到右操纵杆62的头部132中，还提供了这样的位置，在该位置处，右拇指可以在向前方向上以比手柄122的抓握部分距离基部142更大的距离压靠在操纵杆62上，以增加杠杆作用并与向前按压手柄122的抓握部分相比，减少向前移动操纵杆62所需的力。该特征使得操作员能够在向向前的方向上进行手柄122的非常小且精确的移动。操纵杆62的手柄122的向前和向后移动(如图7中的箭头282所示)可用于生成指示自动平地机的右叶片在升降方向上的期望移动量的信号。类似地，如图6中的箭头280所示，左操纵杆64的手柄120的向前和向后移动可用于生成指示自动平地机的左叶片在升降方向上的期望移动量的信号。如图5所示，可以通过设置在右操纵杆62上的附加按钮234和辊234来执行附加功能。如图7所示，手柄122，像手柄120一样，可以具有围绕手柄122的抓握部分的外部和前方的非常特定的形状，包括在手柄122的两侧上的平坦表面126、128。平坦表面126、128可以允许操作员用右手的指尖抓握操纵杆62以进行小的、精确的左右移动，而不必抓握整个手柄。右操纵杆62的左右移动可用于生成指示自动平地机的牵引杆、圆盘和刮土板的期望的侧移量的信号。

在包括操纵杆62、64的机器的一些示例性实施方式中，机器可包括被配置成远离推架的中心朝向作业工具的上边缘竖直向上延伸的臂，并且液压缸(俯仰缸)可将臂的远端枢转地连接到上边缘。该俯仰缸可以用于使机器的作业工具围绕水平轴线俯仰，该水平轴线大致垂直于与机器的行进方向对齐或平行的轴线。附加的液压缸(滚动缸)可从臂的远端延伸到作业工具上的位于臂与作业工具的侧边缘之间的点。辊筒可用于使作业工具绕水平轴线滚动。水平轴线可以大致与机器的行进方向对齐或平行。

许多不同的作业工具可连接到单个以及操作员可控制的机器。作业工具可包括用于执行特定任务的任何装置，例如叶片、铲斗、犁具或本领域已知的另一任务执行装置。作业工具可另外滑动、摆动、打开和关闭或以本领域已知的其他方式移动。

机器的驱动系统可以包括各种构造，包括相对的底盘组件，每个底盘组件具有由动力源驱动以旋转相应的环形履带的链轮。每个底盘组件还可以包括基部构件，基部构件可操作地连接到链轮和/或推架以支撑推架的端部。可以设想，如果需要，驱动系统可以替代地包括除了履带之外的牵引装置，例如车轮、皮带或其他已知的牵引装置。

用于机器的动力源可以体现为发动机，例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机或本领域已知的任何其他类型的燃烧发动机。可以设想，动力源可替代地体现为非燃烧动力源，例如燃料电池、动力储存装置或其他已知的动力源。该动力源可以产生机器或电力输出，该机器或电力输出用于经由驱动系统推进机器，并且可以转换成液压动力，以移动各种液压缸，从而致动支撑作业工具的机器的不同构件以及作业工具本身。

操作员站或远程控制台可包括从机器操作员接收指示期望的机器操纵的输入的输入装置。具体地，操作员站可包括位于操作员座椅20附近的一个或多个输入装置，例如操纵杆62、64。输入装置可以由操作员操纵以通过产生指示期望操纵的比例位移信号来控制机器、该机器的一个或多个铰接构件或该机器的作业工具的移动。如上所述，操纵杆62、64可与控制作业工具的提升、俯仰、滚动和偏航移动和/或改变机器的变速器的方向和速度、改变机器的行进速度和/或操纵机器相关联。

左操纵杆64的手柄120和右操纵杆62的手柄122的特定形状可以被配置成实现多个不同的目的，这些特定形状围绕操作员将要抓握的手柄部分的外部并且朝向手柄的前侧。每个手柄的抓握部分的外周表面可以配置成具有轻微的曲率，以在宽范围的手尺寸和手掌形状上提供改善的舒适性。抓握部分的侧表面被配置成具有几何形状，这些几何形状融入操纵杆的前表面中并且限定了抓握部分，该抓握部分允许操作员以最小的努力扭转操纵杆。操纵杆的前表面还可以配置成以设计成与人手的自然曲率匹配的构造融入手柄的喇叭形基部，并缓解操作员的手掌和小指上的潜在压力点。

左操纵杆64的基部140的外侧和右操纵杆62的基部142也可朝着每个操纵杆的后部改变形状，以在抓握相应的手柄120、122时为手的外侧上的隆起提供空间。在优选的构造中，操纵杆的基部的外周表面和从基部到相应手柄的过渡部可以设置有间隙，以去除任何潜在的压力点并提高舒适性。

拇指搁置区域，例如右操纵杆62上的拇指搁置区域124可以设计成当处于自然搁置位置时顺应手和拇指的曲率，从而减少疲劳，否则当操作员仅使用拇指在操纵杆上按压以进行更精细的操纵时，疲劳会在延长的时间段内产生。头部132还可以在邻近拇指搁置区域的头部的下边缘上设置有凹部，以留出空间和定位以快速接近可以包括在操纵杆的头部132的面板上的拇指启动的开关。另外，通过用大量不同的机器操作员进行广泛测试，已经发现在头部132的下边缘上邻近拇指搁置区域124的凹部的图示构型，例如图7所示，当抓握操纵杆和扭转操纵杆以用于各种功能(例如自动平地机的铰接和对圆盘刮土板的控制)时，改善了可控性并减小了操作员手中的应力。

左操纵杆64的手柄120和右操纵杆62的手柄122均可在至少两个大致彼此正交的方向上枢转。具体地，每个手柄可以围绕第一水平轴线前后枢转并且围绕第二水平轴线左右枢转。在所公开的实施方式中，手柄的前/后枢转可以与由操纵杆操作的机器的行进方向大致对齐，并且在一些实施方式中，一个或两个手柄通常可以相对于枢转方向成倾斜角度定向。当手柄绕第一轴线枢转时，可生成指示通过提升缸提升和降低左侧作业工具(例如叶片)的期望变化的第一比例信号。当手柄绕与第一轴线不同的第二轴线枢转时，可生成指示通过提升缸提升和降低右侧作业工具(例如叶片)的期望变化的第二比例信号。每个操纵杆的手柄也可以相对于其可绕其移动的一个或两个轴线以弹簧为中心(即，被偏置到中立位置)。

一个或多个附加控制装置，例如图3所示的按钮112，可位于操纵杆62的头部上的手柄的远端，并与作业工具的移动相关联。另外，图7所示的顶表面152可以配置成具有平坦轮廓以允许操作员将他们的手放置在该位置并执行机器操作。在左操纵杆64和右操纵杆62中的一个或两个的各种实施方式中，顶表面可被配置成具有光滑轮廓的宽表面，使得其为操作员的手提供舒适的搁置位置。还可以在每个操纵杆的相对侧上提供平坦的表面，以允许操作员用指尖抓握控制器进行小的、精确的左右移动，而不必抓住每个操纵杆的整个手柄。操纵杆的每个头部的面板上的附加控件可以包括摇杆按钮，该摇杆按钮在重力上低于瞬时控制元件，而瞬时控制元件可以是以不同配置布置在面板上的线性按钮。可以设想，如果需要，在每个面板上可以包括附加的和/或不同类型的控制元件。

比例控制元件，例如图4所示的左操纵杆64的摇臂开关270和图3所示的右操纵杆62的四向按钮250，可以在至少两个方向上枢转。当比例控制元件绕轴线枢转时，可以生成指示期望的操作的比例信号，例如是由液压缸引起的作业工具的俯仰、偏航或其他移动。诸如摇臂开关270和四向按钮250的控制元件可相对于它们可围绕其枢转的一个或全部轴线以弹簧为中心(即，被偏置到中间位置)。

瞬时控制元件也可以设置在操纵杆64、62的每个面板上，并且可以与需要操作员输入的机器和作业工具的任何已知功能相关联。在一些实现方式中，瞬时控制元件可与作业工具移动相关联。例如，一个瞬时控制元件可以与工具振动功能相关联。在该示例中，当该特定元件被压下时，连接到作业工具的任何一个或多个缸可快速伸出和缩回期望的量以引起作业工具的晃动。该功能可被选择性地激活以去除粘附到作业工具的任何材料。在一个实施方式中，只要操作员按下相应的控制元件，就可以继续晃动作业工具。在另一个实施方式中，按下控制元件一次可以启动振动，而第二次按下控制元件可以终止振动。

在一个示例性实施方式中，例如，利用自动平地机上的操纵杆，位于面板上的一个或多个控制元件可以与跟踪的平地操作相关联。具体地，作业工具(例如自动平地机的圆盘组件和刮土板)的移动可基于地面的期望轮廓来自动跟踪和控制。具体地，作业工具可被自动提升、俯仰、滚动和/或偏航，使得地面的实际轮廓基本上匹配期望的虚拟轮廓。在该示例中，可以使用包括在一个或两个面板上的一个或多个控制元件来启动、调节和/或终止作业工具的自动跟踪和移动。可以设想，如果需要，这些控制元件可用于其他或附加目的。

包括操纵杆64、62的机器可包括具有多个流体部件的液压系统，这些流体部件协作以引起用于控制作业工具或机器的其他部件的移动的液压缸的伸出和缩回移动。具体地，液压系统可包括：保持流体供应的箱；以及泵，被配置成对流体加压并选择性地将加压流体引导至多个液压缸中的每一个。泵可以经由油箱通路连接到油箱上，并且经由公共供应通路和分离的头端和杆端通路连接到液压缸中的每一个。油箱可以经由公共的排放通路以及头端通路和杆端通路连接到液压缸中的每一个。该液压系统还可以包括多个阀，这些阀位于液压缸与油箱和泵之间以调节穿过通路的流体流动。

液压系统的阀可以设置在公共的或分开的阀组(未示出)内并且包括例如与提升缸相关联的第一阀，与偏航缸相关联的第二阀，与俯仰缸相关联的第三阀，以及与滚动缸相关联的第四阀。每个阀可以设置在相应的汽缸的头端通路和杆端通路之间以及公共供应和排放通路之间，并且采用本领域已知的任何构造(例如，先导操作、电动液压和/或螺线管操作)。无论阀的构造如何，与每个阀相关联的元件都可以在第一位置和第二位置之间移动；在该第一位置处允许来自公共供应通路的加压流体的主流穿过其相关联的液压缸的头端压力室，并允许来自杆端压力室的废弃流穿过公共排放通路；在该第二位置处允许来自公共供应通路的加压流体的主流穿过杆端压力室，并允许来自头端压力室的废气流穿过公共排放通路。在一些实施方式中，阀元件还可以移动到第三位置，在该第三位置，不同通路之间的流体流动被禁止。在这些实施方式中，阀元件可基于指令信号被弹簧偏压向第三位置并被推至第三位置与第一位置或第三位置与第二位置之间的任何位置。可以设想，如果需要，附加部件可以与阀和/或液压系统相关联，例如压力补偿阀、止回阀、减压阀、压力调节阀、负荷传感阀、分解器等。

控制器可与液压系统的不同部件通信并配置成响应于经由操纵杆接收的操作员输入而生成上述阀指令信号。例如，基于在操纵杆64的手柄120的枢转或扭转以及在操纵杆64的头部130处的面板上安装的控制元件的操纵期间由左操纵杆64所生成的信号，控制器可以被配置成选择性地激活阀的不同组合以有效地执行操作员命令。

该控制器可以包括存储器、辅助存储装置、计时器以及协作以完成根据本发明的任务的一个或多个处理器。许多市场上可买到的微处理器可以被配置成执行控制器的功能。应当理解，配置成接收由每个操纵杆64、62的移动生成的信号的控制器可以容易地体现为能够控制机器的许多其他功能的通用机器控制器。各种已知的电路可以与控制器相关联，包括信号调节电路、通信电路和其他适当的电路。还应当理解，控制器可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机系统以及被配置成允许控制器根据本发明起作用的逻辑电路中的一个或多个。

工业实用性

所公开的具有左操纵杆64和右操纵杆62的输入装置可以与具有能够在多个方向上移动的作业工具的任何机器一起使用。当应用于具有叶片的机器时，操纵杆可能特别有用，其中对提升、俯仰、滚动和偏航的独立控制是有益的。另外，在其他实现方式中，包括每个操纵杆的远程控制操作员站或控制台可以允许控制机器的变速器的速度和方向以及机器的转向和行进速度而不使用脚踏板。通过在机器操作员的指导下单独调节独立的液压缸，可以对叶片的提升、俯仰、滚动和偏航进行独立控制。现在将结合液压系统详细描述根据各种公开的实施方式的输入装置的操作。

多个液压缸中的每一个可通过流体压力移动。具体地，流体可以从油箱中抽出，由泵加压，并选择性地将其引导至控制阀，控制阀被配置成将液压流体流导向公共供给通路。响应于操作员对输入装置的操纵，相关联的控制器可以选择性地生成指令，该指令使多个控制阀中的一个或多个朝向期望位置移动，在期望位置处，加压流体的主流被引导至一个或多个液压缸的头端和杆端压力室中的适当的一个。基本上同时地，相同的阀的移动可经由公共排放通路使同一液压缸的另一个头端和杆端压力室与油箱连通，从而在液压缸内的活塞组件上产生力差，从而使活塞组件移动。

例如，如果操作员通过操纵杆的手柄绕轴线在向后方向上的枢转(即，通过手柄向后朝向操作员的拉动)来命令作业工具(例如，叶片)在自动平地机上的提升，则对应的信号可由输入装置生成并被引导至控制器。响应于接收到该信号，控制器可生成指向控制阀的指令，使相关联的提升缸的一个或多个杆端室充满加压流体并缩回活塞组件。这种缩回可以起到升高推架和作业工具的作用。相反，如果操作员通过操纵杆的手柄在向前方向上的枢转(即，通过推动手柄远离操作员的方向)来命令作业工具的降低，则相应的信号可由输入装置生成并被引导至控制器。响应于接收到该信号，控制器可生成指向控制阀的指令，使提升缸的头端室填充加压流体并使活塞组件伸出。该延伸部可以用于降低推架和作业工具。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的输入装置进行各种修改和变化。考虑到本文所公开的输入装置的说明书和实践，其他实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。本说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。