CN104169512A - 借助于力测量的位置确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定可线性运动的物体(1)的位置的装置和方法。该装置包括：接触单元(4)，其这样耦联到物体(1)上，即接触单元提供与物体(1)的位置有关的力信号(F)；用于检测由接触单元(4)所提供的力信号(F)的力检测单元(8)和用于评估由力检测单元(8)检测的力信号(F)的评估单元(9)。在评估时根据评估函数(F(X))确定所述物体(1)的位置，该评估函数描述了力信号(F)与物体(1)的位置的相关性。

Description

借助于力测量的位置确定
技术领域
本发明涉及一种用于确定可线性运动的物体、尤其是滑动门或电梯门的位置的装置和方法。
背景技术
已经已知各种此类型的装置和方法。
例如DE 10 2009 042 800 A1公开了一种由驱动单元和传感器组成的系统，利用该传感器可以确定通过驱动单元运动的元件的位置。该传感器是用于测量在传感器与可运动的元件之间的距离的测距仪，通过该距离确定可运动元件的位置。
DE 10 2006 040 232 A1公开了一种自动门的门驱动装置，其用于具有无刷电机和用于控制和/或调节该电机的驱控装置。驱控装置包括按磁原理工作的、用于生成与电机的旋转角成比例的角信号的角发送器。
DE 10 2007 060 343 A1公开了一种用来监控驱动门的门翼运动的监控装置，其具有用来检测门翼位置的位置检测装置。该位置检测装置具有在应用波发射来测量门翼区距位置固定区域的间距的间距测量装置。
由编号为102011003399.8的专利申请已知了一种用来测定至少一个能借助于驱动单元的驱动带运动的元件的位置的方法。在此，驱动带在测量区间上利用预定力延展了一个距离变化量。由测量区间、力以及弹性模数和驱动带横截面确定了驱动带的有效长度，并由该有效长度确定位置。
发明内容
本发明的目的这样，给出一种用于确定可线性运动的物体的位置的替代方法和替代装置。
根据本发明，上述目的在装置方面由权利要求1的特征来实现，并且在方法方面由权利要求10的特征来实现。
本发明的优选设计方案是从属权利要求的对象。
根据本发明的、用于确定种可线性运动的物体的位置的装置包括：接触单元，其这样耦合到物体上，即接触单元提供与物体的位置有关的力信号；用于检测由接触单元所提供的力信号的力检测单元和用于评估由力检测单元检测的力信号的评估单元。
一个这样的装置在测量系统中不需要可运动且易磨损的组件，因此所述装置具有优点，尤其是抗磨损且性能稳定。此外，只有当读取物体的位置时，该装置才需要能量，并且因此在能量需求和能量消耗方面是高效的。此外，该装置基本上布置在物体穿过的结构空间内，因此该装置有利地几乎无需额外的结构空间。
在本发明的第一设计方案中，接触单元包括弹性元件，所述弹性元件借助第一端部耦联到物体上并且借助第二端部耦联到力检测单元上，使得弹性元件的长度与物体的位置相关。力检测单元在此检测弹性元件的复位力作为力信号。
该设计方案提供了本发明的可极其简单和低成本地实现的实施方案。
在该设计方案中，弹性元件例如这样布置，即，其沿着物体的运动方向延伸，或者其通过转向装置引导。
这两个替选的设计方案能够有利地实现固定弹性元件的复位力的方向。由此尤其能够使用一种特别简单地构成的力检测单元，因为所述力检测单元不需要设计用于改变复位力的方向。
可代替地，上述设计方案中，力检测单元可转动地安装或者设计用于检测方向相关的力信号。
由此能够借助于力检测单元检测复位力，所述复位力的方向在物体运动期间变化。这能够有利地实现物体与力检测单元的直接连接，而不必固定复位力的方向。在该实施变形方案中，接触单元因此能够仅由弹性元件构成进而特别简单地构成。
在本发明的第二设计方案中，接触单元具有重物，所述重物通过绳索耦联到物体上。在此，绳索通过转向元件引导，使得与物体的位置相关的力作用到转向元件上，并且力检测单元检测作用到转向元件上的力作为力信号。
本发明的这个设计方案相对于上述第一设计方案具有下述优点：不使用弹性系数随着时间变化的弹性元件，使得力信号的评估不必适配于接触单元的变化的特性。
在本发明的第三设计方案中，接触单元包括用于驱动物体的皮带驱动装置和用于耦联到皮带驱动装置和力检测单元上的连接单元。
在本发明的第四设计方案中，接触单元包括耦联到力检测单元上的拉伸弹簧，物体借助于所述拉伸弹簧运动。
在本发明的所有设计方案中，接触单元能够分别包括驱动单元，即总归已经存在的部件。这有利地减少为了位置确定而附加地需要的部件。例如，第一设计方案的弹性元件或重物和第二设计方案的绳索能够这样设计和布置，即，弹性元件的弹力或重物的重力施加用于使物体运动的有效力。
在根据本发明的、用于借助于根据本发明的装置来确定可线性运动物体的位置的方法中，借助于力检测单元检测由接触单元所提供的力信号，并且通过评估单元来评估由力检测单元检测的力信号。在此根据评估函数求出物体的位置，该评估函数描述了力信号与说明了物体的位置的坐标的相关性。
在该方法中因此根据评估函数来确定物体的位置，该评估函数给物体的位置分配力信号。以这种方式，在电流故障时在手动移动物体之后也可以由力信号推导出物体的位置。
评估函数优选的是通过实验确定的。
由此，评估函数能够可靠地在真实条件下确定。
在本方法的另一种设计方案中，预定物体的测试位置并且连续地在测试位置检测力信号，并且与对于测试位置的评估函数值相比较。当对于测试位置的评估函数值与在测试位置检测的力信号有偏差时，更新评估函数。
这样有利地使得评估函数与根据本发明的装置的改变的特性相匹配，例如在装置的第一设计方案中弹性元件的变化的弹性系数。
通过对在物体的预定位置上连续检验评估函数，可以可靠地识别对评估函数的必要调整，并且此外对装置特性随时间的变化进行记录和分析。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法结合实施例的下述说明变得更清楚明白及易于理解，所述实施例结合附图详细阐述。在此示出：
图1A示意性示出用于在滑动门的打开位置点时确定滑动门位置的第一装置，
图1B示意性示出在滑动门的关闭位置点时图1A中所示装置，
图1C示意性示出用于借助于在图1A和1B中示出的装置来确定滑动门的位置的评估函数；
图2A示意性示出用于在滑动门的打开位置点时确定滑动门位置的第二装置，
图2B示意性示出在滑动门的关闭位置点时图2A中所示装置，
图2C示意性示出用于借助于在图2A和2B中示出的装置来确定滑动门的位置的评估函数；
图3A示意性示出用于在滑动门的打开位置点时确定滑动门位置的第三装置，
图3B示意性示出在滑动门的关闭位置点时图3A中所示装置，
图3C示意性示出用于借助于在图3A和3B中示出的装置来确定滑动门的位置的评估函数；
图4A示意性示出用于在滑动门的打开位置点时确定滑动门位置的第四装置，
图4B示意性示出在滑动门的关闭位置点时图4A中所示装置，并且
图4C示意性示出用于借助于在图4A和4B中示出的装置确定滑动门的位置的评估函数。
彼此相应的部件在所有附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1A，1B，2A，2B，3A，3B，4A，4B示意性示出了用于确定可线性运动的物体1的位置的不同装置，在这些实施例中所述物体是滑动门，该滑动门可以在图1A，2A，3A，4A所示的打开位置点与在图1B，2B，3B，4B所示的关闭位置点之间的线性运动。在此滑动门的运动方向定义了具有坐标X，Y，Z的笛卡尔坐标系的X-方向。
在打开位置点，滑动门抵靠在第一止挡部2上。在关闭位置点，滑动门抵靠在第二止挡部3上。
用于确定滑动门的位置的不同装置分别包括一个耦联到滑动门上的接触单元4和耦联到接触单元4上的力检测单元8。所述接触单元4分别这样耦联到滑动门和力检测单元8上，即该接触单元提供一个与滑动门的位置相关的力信号F。该力信号F被力检测单元8检测。在此用作力检测单元8可以是适当的常规力传感器，例如具有应变传感器的力传感器或者具有电位计式、增量计式或磁性的力检测装置的弹簧。
由力检测单元8检测到的力信号F被分别输送给评估单元9并且由所述评估单元评估以确定滑动门的位置。为此分别应用评估函数F(X)，所述评估函数描述了力信号F与滑动门的位置的相关性。
在此，滑动门的位置通过滑动门的门边棱的X-坐标说明，所述滑动门在滑动门的打开位置点抵靠在第一止挡部2上(在附图1A，1B，2A，2B，3A，3B，4A，4B中这相应地是左门边棱)。X0说明在打开位置点的滑动门的位置。Χ0+ΔΧ说明在闭合位置中的滑动门的位置，即ΔΧ是闭合的滑动门与第一止挡部2的间距。F0表示在滑动门打开的情况下的评估函数F(X)的值F(X0)。F0+ΔF表示在滑动门闭合的情况下的评估函数F(X)的值F(X0+ΔΧ)。
图1C，2C，3C，4C示意性示出用于在图1A，1B，2A，2B，3A，3B，4A，4B中示出的装置的评估函数F(X)。
在所有已示出的实施例中，F0是评估函数F(X)在区间[X0，X0+ΔX]中的最小值。这尤其能够用来识别相应的装置的误差。当例如所检测到的力信号F明显小于F0时，这指出装置的故障。
在附图中示出的不同的装置的区别基本上在于接触单元4的和所属的评估函数F(X)的设计。
图1A和1B示出下述装置，其接触单元4具有弹性元件5.1、例如橡胶绳索和设计为转向轮的转向装置5.2。弹性元件5.1借助第一端部耦联到滑动门上并且借助第二端部耦联到力检测单元8上。在此，弹性元件5.1通过转向装置5.2引导，使得弹性元件5.1在滑动门和转向装置5.2之间沿X-方向延伸并且在转向装置5.2和力检测单元8之间沿与此垂直的Z-方向延伸。
在滑动门从打开位置点运动到闭合位置点期间，弹性元件5.1延展并且提供与延展相关的复位力作为力信号F。由力检测单元8检测到力信号F。
在图1A和1B中示出的实施例中，根据胡克定律假定在弹性元件5.1的长度和复位力之间的线性关系。因为在该实施例中弹性元件5.1的长度变化等于滑动门与第一止挡部2的间距，评估函数F(X)同样是线性的。评估函数F(X)因此尤其是单调的进而能够实现将一个检测到的力信号F明确地配属于滑动门的一个位置。
图2A和2B示出一个装置，其接触单元4仅由弹性元件5.1构成，所述弹性元件5.1借助第一端部耦联到滑动门上并且借助第二端部耦联到力检测单元8上。在此，与图1A和1B所示出的实施例不同，弹性元件5.1在这种情况下将滑动门和力检测单元8直接彼此连接，而不通过转向装置5.2引导。这相对于在图1A和1B中所示出的实施例简化了结构。
然而，在图2A和2B中示出的布置要求：力检测单元8可转动地安装或者设计用于检测方向相关的力信号F，因为在该布置中，在滑动门运动期间在弹性元件5.1和X-方向之间的角度改变。
角度改变也引起：在图2C中示出的所属的评估函数F(X)是非线性的，即使弹性元件5.1的长度和复位力根据胡克定律彼此相关。代替于此，评估函数F(X)的斜率随着X增加，使得改进朝向滑动门的闭合位置点的力信号F的评估的分析。在该实施例中，评估函数F(X)也是单调的进而能够将一个所检测到的力信号F明确地配属于滑动门的一个位置。
图3A和3B示出一个装置，其接触单元4具有重物6.1、绳索6.2和转向元件6.3。所述重物6.1通过绳索6.2耦联到滑动门上并且通过转向元件6.3引导，使得与滑动门的位置相关的力作用到转向元件6.3上。力检测单元8检测这个作用到转向元件6.3上的力作为力信号F。所述力的方向和数值在滑动门运动期间变化，因为在X方向之间的角度和在滑动门与转向元件6.3之间的角度变化。在该实施例中，力检测单元8也因此可转动地安装或者设计用于检测方向相关的力信号F。
图3C示意性示出在图3A和3B中所示出的装置的评估函数F(X)。在该实施例中，评估函数F(X)也是单调的。
图4A和4B示出一种装置，其接触单元4具有用于驱动滑动门的皮带驱动装置7.1和耦联到皮带驱动装置7.1及力检测单元8上的连接单元7.2。
皮带驱动装置7.1包括驱动皮带7.11、两个皮带盘7.12和驱动杆7.13。驱动皮带7.11在皮带盘7.12之上运行并且在一个位置上与驱动杆7.13连接，所述驱动杆又与滑动门连接。
连接单元7.2包括连接杆7.21、直线引导装置7.22和弹性元件5.1。连接杆7.21在第一端部上与驱动皮带7.11连接并且在此如此安装，即，使得其在XZ-平面中是可转动的。连接杆7.21的第二端部借助于直线引导装置7.22沿着X-方向引导。弹性元件5.1利用一个端部耦联到连接杆7.21的第二端部上并且借助另一端部耦联到力检测单元8上并且沿X-方向延伸。代替单独的直线引导装置7.22，连接杆7.21的第二端部也能够借助于驱动皮带7.11沿着X-方向被引导。
连接杆7.21与驱动皮带7.11这样连接，即，使得连接杆7.21的第一端部在滑动门从打开位置点运动到闭合位置点期间首先从位于两个皮带盘7.12之间的位置运动到皮带盘7.12中的一个上，并且然后在即将到达滑动门的闭合位置点前围绕该皮带盘7.12被引导。由此在即将滑动门到达闭合位置点前，连接杆7.21的第二端部的运动方向转向。
在滑动门从打开位置点运动到闭合位置点期间，弹性元件5.1的延展与此相应地首先增加并且在即将到达闭合位置点前再次减小。力检测单元8检测弹性元件5.1的复位力作为力信号F。
图4C示意性示出所得出的评估函数F(X)。由于在即将到达滑动门的闭合位置点前减小弹性元件5.1的延展，评估函数F(X)在该实施例中是非单调的。通过在即将到达滑动门的闭合位置点前减少力信号F，能够识别出到达滑动门的闭合位置点。
在所有的实施例中，力信号F能够是用于位置确的纯测量信号或者其能够由有效力产生。在第一种情况下，力应是尽可能小的，以便不会对滑动门的运动施加主要影响(例如F0＝1N并且F0+ΔF＝1.5N)。有效力例如能够是弹性元件5.1的弹力或重物6.1的重力，以便能实现或支持滑动门的打开。类似地，有效力是能实现或支持滑动门闭合的弹力或重力。
虽然本发明详细地通过优选的实施例详细地图解示出和描述，本发明并不受所公开的示例的限制，并且其他的变形方案能够由本领域技术人员推导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于确定能线性运动的物体(1)的位置的装置，其中所述装置包括：
-接触单元(4)，所述接触单元耦联到所述物体(1)上，使得所述接触单元提供与所述物体(1)的所述位置相关的力信号(F)；
-用于检测由所述接触单元(4)所提供的所述力信号(F)的力检测单元(8)；和
-用于评估由所述力检测单元(8)检测的所述力信号(F)的评估单元(9)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触单元(4)包括弹性元件(5.1)，所述弹性元件利用第一端部耦联到所述物体(1)上并且利用第二端部连接到所述力检测单元(8)上，使得所述弹性元件(5.1)的长度与所述物体(1)的所述位置相关，并且所述力检测单元(8)检测所述弹性元件(5.1)的复位力作为力信号(F)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹性元件(5.1)通过转向装置(5.2)引导。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述力检测单元(8)能转动地安装。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述力检测单元(8)设计为用于检测方向相关的力信号(F)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触单元(4)具有重物(6.1)，所述重物通过绳索(6.2)耦联到所述物体(1)上，所述绳索(6.2)通过转向元件(6.3)引导，使得与所述物体(1)的所述位置相关的力作用到所述转向元件(6.3)上，并且所述力检测单元(8)检测作用到所述转向元件(6.3)上的所述力作为力信号(F)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触单元(4)包括用于驱动所述物体(1)的皮带驱动装置(7.1)和耦联到所述皮带驱动装置(7.1)及所述力检测单元(8)上的连接单元(7.2)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触单元(4)包括耦联到所述力检测单元(8)上的拉伸弹簧，所述物体(1)借助于所述拉伸弹簧运动或者支持所述物体(1)的所述运动。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触单元(4)包括耦联到所述力检测单元(8)上的重物(6.1)，借助于所述重物的重力能够实现或者支持所述物体(1)的所述运动。
10.一种用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的装置确定能线性运动的物体(1)的方法，其中，
-借助于所述力检测单元(8)检测由所述接触单元(4)提供的力信号(F)；并且
-借助于所述评估单元(9)评估由所述力检测单元(8)检测的所述力信号(F)，其中，根据评估函数(F(X))确定所述物体(1)的所述位置，所述评估函数描述所述力信号(F)与说明了所述物体(1)的所述位置的坐标(X)的相关性。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述评估函数(F(X))是根据实验确定的。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
-预设所述物体(1)的测试位置，并且
-在所述测试位置上连续地检测所述力信号(F)并且与所述评估函数(F(X))的对于所述测试位置的值相比较，并且
-当所述评估函数的对于所述测试位置的值与在所述测试位置处检测到的所述力信号(F)有偏差时，更新所述评估函数(F(X))。
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