CN105189252A - 用于物料搬运车辆的电动转向辅助结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于为物料搬运车辆提供电动转向辅助的系统，包括：传动箱；联接到传动箱的能转向的轮；枢转地安装到传动箱的转向臂；联接到所述能转向的轮的转向传动单元；输入感测装置；和控制器。转向臂操作性地构造成用以确定能转向的轮的转向方向。输入感测装置布置成用以检测由操作人员施加到转向臂的转动力，其中，提供转动力以用于改变车辆的行进角度。输入感测装置包括应变测量组件，所述应变测量组件限定转向臂和转向传动单元之间的应变敏感区域。控制器操作性地构造成用以基于来自输入感测装置的信号而控制转向传动单元以使能转向的轮转动。

Description

用于物料搬运车辆的电动转向辅助结构
技术领域
本发明整体涉及一种物料搬运车辆例如通常用于在大型仓库中选取库存物品的步行码垛车(walkie/riderpallettruck)，并且更加具体地涉及用于向这样的车辆提供转向辅助的系统和方法。
背景技术
步行码垛车通常包括：一组承重叉状件；动力单元，所述动力单元具有向步行码垛车提供动力的至少一个马达；能转向的轮和对应的转向控制机构，用以在运动时影响步行码垛车的行进方向；以及平台，在控制步行码垛车时，操作人员可以踩踏和搭乘在该平台上。转向控制机构通常包括可动的转向臂(也称作舵杆柄)，其机械地联接到能转向的轮。舵杆柄包括用于操作步行码垛车所需的操作控制装置，例如用于升高和降低叉状件的控制装置以及用于控制步行码垛车的速度和方向(向前或倒退)的可旋转的扭转把手或类似装置。
为了驱动步行码垛车，操作人员踩踏在平台上并且握持手柄，使转向臂运动到介于大体竖直的(上方)制动位置和大体水平的(下方)制动位置之间的步行码垛车操作位置范围内。随后操作人员致动适当的控制装置，以便选择方向(如果需要的话)并扭转可旋转的扭转把手中的一个以使步行码垛车加速。通过在大体水平的平面中使舵杆柄从一侧转移到另一侧来实现转向。如果操作人员释放手柄，则安全制动机构将迫使臂到达上方制动位置，从而致动弹簧制动器以使步行码垛车停止。操作人员还能够通过使转向臂运动到上方制动位置或下方制动位置中的任何一个来手动地致动制动器。因此，根据转向臂在规定的制动弧和操作弧内的位置，步行码垛车可以处于制动模式或者非制动模式中。
由于转向臂到能转向的轮的机械联接配置，因此在操作期间使步行码垛车转动所需的转向力会有所变化。当步行码垛车行进时，尤其是以相对较高的速度行进时，操作人员使步行码垛车转动所需的转向力相对较小。然而，当步行码垛车处于静止或者以慢速行进时，就需要相当大的转向力来使能转向的轮转动。除了步行码垛车的速度以外，所需的转向力还取决于多种其它的因素，包括例如地板的类型和状况、叉状件的长度、叉状件上的负载以及轮胎的类型。作为示例，假定典型的物料搬运车辆具有96英寸(2.44米)长的叉状件和例如在多种仓库选取应用中使用的压聚驱动轮胎，当在拉丝混凝土地板上操作时，使静止的步行码垛车的能转向的轮转动所需的转矩可以在从用于无负载状态的约100lbf-ft(135Nm)到用于8,000Lb(3,629kg)负载的约400lbf-ft(542Nm)的范围内变化。在平滑的混凝土上使静止的步行码垛车的能转向的轮转动所需的转矩可以在从用于无负载状态的约75lbf-ft(102N)到用于8000Lb(3,629kg)负载的约300lbf-ft(407N)的范围内变化。
上述示范性的转向转矩要求均假设步行码垛车并未运动。使舵杆柄转动所需的最小的力通常在舵杆柄定位在正常的操作位置时出现，该在正常的操作位置例如在手柄处于水平位置时是偏离能转向的轮的中心线2ft(61cm)的位置。然而，当手柄运动到更加竖直的位置时，例如当在狭窄的空间中转动时，由手柄限定的相对于能转向的轮的弧的半径变得更小，这导致增加了所需的转动力。因此，全天操作步行码垛车的操作人员可能会变得疲惫，这可能会造成生产率方面的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种为物料搬运车辆提供电动转向辅助的系统。所述系统包括：传动箱；能转向的轮，所述能转向的轮联接到传动箱；转向臂，所述转向臂枢转地安装到传动箱；转向传动单元，所述转向传动单元联接到能转向的轮；输入感测装置；和控制器。转向臂操作性地构造成用以通过使转向臂在大体水平的平面中从一侧运动到另一侧来确定能转向的轮的转向方向。输入感测装置布置成用以检测由操作人员施加到转向臂的转动力，其中，提供转动力以用于改变车辆的行进角度。输入感测装置包括应变测量组件，所述应变测量组件限定转向臂和转向传动单元之间的应变敏感区域。控制器操作性地构造成用以基于来自输入感测装置的信号而控制转向传动单元以使能转向的轮转动。
应变测量组件可以包括：上板，所述上板联接到转向臂；和下板，所述下板与上板间隔开并且联接到车辆的传动组件的传动单元，所述传动单元联接到转向传动单元。上板和下板可以经由轴承联接在一起，从而允许在上板和下板之间进行小幅度的相对旋转运动。应变测量组件还可以包括测力传感器，所述测力传感器布置成用以输出与施加到转向臂的力的测量值相对应的信号。测力传感器可以包括弯梁型传感器，所述测力传感器的第一端部机械地联接到上板且第二端部机械地联接到下板。测力传感器的第一端部可以直接固定到上板的上表面，测力传感器的第二端部可以联接到轴，所述轴联接到下板并且从下板延伸穿过形成于上板中的加大孔。测力传感器可以包括第一应变片式传感器和第二应变片式传感器，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器位于测力传感器的金属梁上的不同位置处，其中，第一应变片式传感器和第二应变片式传感器感测因上板和下板之间的相对旋转运动而导致的金属梁中的挠曲。第一应变片式传感器和第二应变片式传感器可以将感测到的金属梁中的挠曲的相应的应变测量信号发送至控制器，其中，控制器处理应变测量信号并且产生对应的送往转向传动单元的控制信号，以便基于由测力传感器检测到的力的水平而为转向臂提供转向辅助。如果由第一应变片式传感器和第二应变片式传感器发送到控制器的信号不是基本相同的，则控制器可以执行响应程序，所述响应程序可以包括以下的一种或多种：执行车辆的停止或减速动作、向操作人员发出警报、或者将转向辅助控制从第一应变片式传感器和第二应变片式传感器中的一者动态地切换到另一者。
控制器可以操作性地构造成用以基于由输入感测装置检测到的力的水平而改变由转向传动单元提供给转向臂的转向辅助的量值。
转向臂和应变测量组件之间的联接允许转向臂相对于应变测量组件的垂直枢转运动，其中，转向臂的这种枢转运动用于使转向臂运动到制动弧和操作弧中。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于为物料搬运车辆提供电动转向辅助的系统。所述系统包括：传动箱；能转向的轮，所述能转向的轮联接到传动箱；转向臂，所述转向臂枢转地安装到传动箱；转向传动单元，所述转向传动单元联接到能转向的轮；输入感测装置；和控制器。转向臂操作性地构造成用以通过使转向臂在大体水平的平面中从一侧运动到另一侧来确定能转向的轮的转向方向。输入感测装置布置成检测由操作人员施加到转向臂的转动力，其中，提供转动力以用于改变车辆的行进角度。输入感测装置包括应变测量组件，所述应变测量组件限定转向臂和转向传动单元之间的应变敏感区域。应变测量组件包括间隔开的上板和下板，其中，上板和下板联接在一起，从而允许在上板和下板之间进行小幅度的相对旋转运动。控制器操作性地构造成用以基于来自输入感测装置的信号而控制转向传动单元以使能转向的轮转动，并且基于由输入感测装置检测到的力的水平而改变由转向传动单元提供给转向臂的转向辅助的量值。
附图说明
当结合附图阅读时能够更好地理解以下对本发明优选实施例的详细说明，在附图中，相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1是根据本发明的各个实施例的物料搬运车辆的透视图；
图2是示出了图1的物料搬运车辆的局部侧视图的示意图，其图解了转向臂的竖直行进范围以及当转向臂处于这样的位置时的相对操作状态；
图3是根据本发明实施例的传动组件的局部透视图；
图4是图解了根据本发明实施例的电动转向辅助装置所用的由操作人员施加的力与马达电压示范性曲线的曲线图；
图5是电动转向辅助系统的基本示意图，其中，转向臂机械地联接到能转向的轮并且根据力的测量值得出转向辅助的量值；
图6是根据本发明实施例的双段式转向臂的侧部的截面图，其中，切除侧部的一部分以图解安装在其中的力传感器；
图7是在图6中示出的转向臂的分解俯视图，其中，切除转向臂的顶部的一部分以图解安装在其中的力传感器；
图8是安装到转向臂的力传感器和对应的控制器的示意图，所述控制器用于处理力传感器的输出以得出用于控制马达从而提供转向辅助的转向辅助马达控制信号；
图9是由图8所示的控制器处理的、操作人员输入的力与电压的示范性曲线图；
图10是电动转向辅助系统的基本示意图，其中，转向臂机械地联接到能转向的轮并且由运动损失传感器得出转向辅助的量值；
图11是根据本发明实施例的运动损失传感器的示意图；
图12是图11所示的运动损失装置的侧视图，其图解了运动损失传感器的取向；
图13是根据本发明实施例的转向臂和手柄的透视图；
图14是盖的透视图，所述盖可以设置成用以覆盖图13所示的转向臂和手柄的一部分；
图15是运动损失装置的透视图；
图16是图13和15所示的运动损失装置的上部构件的透视图；
图17是图13和15所示的运动损失装置的下部构件的透视图；
图18是用于线控转向系统的电动转向辅助装置的基本示意图，其中，由运动损失传感器得出转向辅助的量值并且转向臂与能转向的轮机械隔离开；
图19是图解了根据本发明实施例的控制器的示意图，所述控制器具有多个可选的辅助输入，整体示出这些可选的辅助输入，以便图解彼此间存在差异的若干示范性输入；
图20是图解了根据本发明实施例的输入到电动转向辅助系统的控制器中的若干辅助输入与外部事件的相互作用方式的示意图；
图21是图解了用于多模式操作的一个示范性控制流程的流程图；
图22是物料搬运车辆的局部透视图，其包括根据本发明的另一个实施例的应变测量组件；
图23是图22的应变测量组件的分解视图；以及
图24是传感器的俯视正视图，其中，移除了图22和23的应变测量组件的盖。
具体实施方式
在以下优选实施例的详细描述中，参照附图进行说明，所述附图构成说明内容的一部分，并且其中，通过图解的方式并且以非限制性的方式示出具体的可以实践本发明的优选实施例。应当理解的是，可以采用其它的实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的前提下进行修改。
首先参照图1，步行码垛车100包括承重叉状件102，所述承重叉状件102从动力单元104向后延伸。动力单元104包括：转向控制单元106；能转向的轮(139，参见图5)，所述能转向的轮通常位于转向控制单元106的下方并且因此能够由转向控制单元106控制转向；电子牵引马达(未示出)，用于驱动能转向的轮；以及电池盒108，用于容纳一个或多个电池，所述电池用以向步行码垛车供应电力。动力单元104还包括平台110，在控制步行码垛车100时，操作人员可以踩踏和搭乘在所述平台110上。扶手杆112从动力单元104伸出并且在操作人员搭乘在平台110上时供操作人员抓持。扶手杆112包括安装在其上的控制面板114，所述控制面板114提供了操作控制装置，例如滑行开关、高速/滑行释放开关(HS/CR)、喇叭开关和/或用于升高和降低叉状件的开关。控制杆116和用于使步行码垛车向前或者后退的其它操作控制装置也可以可选地地定位在承载靠背117的一侧或者两侧上。控制杆116和其它的操作控制装置也可以/可选地设置在控制面板114上或者设置在其它的操作人员可接近的部位处。
转向控制单元106包括手柄118，所述手柄118安装到转向臂120的第一端部部分。转向臂120的第二端部部分还枢转地安装到能转向的轮的传动箱122。操作人员使用手柄118来控制转向、制动和其它的步行码垛车功能。因此，手柄118包括操作人员控制装置124，例如用于控制步行码垛车的方向(前进和后退)和速度的扭转把手126，并且手柄118可以包括一个或多个开关128，这些开关用于执行例如使步行码垛车的方向反转、升高和降低叉状件102以及鸣响喇叭这样的功能。
转向臂120围绕能转向的轮的传动箱122枢转，从而能够操作性地控制步行码垛车。通过使转向臂120如方向箭头130所示在大体水平的平面内从一侧运动到另一侧来确定步行码垛车100的转向方向。参照图2，可以通过使转向臂120运动至水平制动弧132内的大体水平的(下方)制动位置来完成步行码垛车100的制动。可选地，可以通过使转向臂120运动到竖直制动弧134内的大体竖直的(上方)制动位置来完成制动。为了驱动步行码垛车100，转向臂120运动到介于水平制动弧132和竖直制动弧134之间的操作弧136内的位置。
重新简要地参照图1，扭转把手126被弹簧偏压至中央的空档位置。向前旋转任一把手126将致使步行码垛车100以与把手126的旋转量成比例的速度而向前运动。类似地，朝向步行码垛车100的后方旋转任一把手126将致使步行码垛车100以与把手126的旋转量成比例的速度向后运动。
用于物料搬运车辆的转向辅助装置
参照图3，转向臂120经由传动组件138机械地联接到能转向的轮(139，参见图5)。传动组件138包括传动盘140，所述传动盘140通过传动连接件144联接到转向传动单元142。如图所示，传动连接件144包括链式传动件146，所述链式传动件146围绕传动盘140的至少一部分延伸并且与联接至转向传动单元142的链轮齿148接合。传动单元142包括步进马达150和对应的变速箱152。例如，在一个作业实施例中，使用Bodine的42A7BEPMCG型永磁体(PM)马达，其装有一体式变速箱，所述变速箱具有71.1:1的齿轮比。马达150可以可选地使用无刷直流(BLDC)式、感应式、开关磁阻式、或者具有适当性能的任何其它类型的马达。而且，可选的离合器可以设置在马达150和传动盘140之间。应当注意的是，基于所需的转速和转矩，链的传动比应当与变速箱减速比和马达转速匹配。例如，在本发明的作业实施例中，与上述BodinePM马达一起使用的链式传动件146的传动比为3.5:1。
还可以提供链条松弛收紧装置154以避免能够导致传动组件138不稳定的反冲。例如，链条松弛收紧装置154可以包括压缩弹簧，所述压缩弹簧构造成用以向链式传动件146的一个端部提供张力。可选地，链条松弛收紧装置154可以包括加载弹簧的链轮齿(未示出)以提供适当的张紧。尽管示出了链式传动件146，但是能够可选地使用齿轮传动、带传动或者其它的连接件，以将传动盘140操作性地连接到转向传动单元142。然而，与特定的连接件无关地，如方向箭头130所示，转向臂120在水平平面中的旋转通过转向臂120和传动盘140之间的机械联接以及由转向传动单元142经由传动连接件144提供的电动转向辅助的组合而使得能转向的轮139转动。“机械联接”表示第一构件直接地物理接触第二构件，或者第一构件经由一个或多个物理连接的中间构件接触第二构件。例如，转向臂120如图所示地物理接触传动盘140，然而，可以可选地使用一个或多个物理连接的中间构件，以便将转向臂120连接到传动盘140。
马达150提供转向辅助力，以便减小使步行码垛车100转向所需的手动力，尤其是在步行码垛车100静止或者以低速行驶时。由控制器156确定转向辅助的量值，所述控制器156接收来自于一个或多个感测装置158的输入，所述一个或多个感测装置158提供操作人员的输入指令。控制器156的特定实施方案将根据所需的信号调制和处理的类型、系统输入的数量和类型以及所使用的马达的类型而改变。示范性控制器可以是伺服放大器，例如由AdvanceMotionControls提供的120A10型伺服放大器。AdvanceMotionControls的伺服放大器允许调节伺服放大器的增益，其能够以电流、电压或者速度模式使用，而且还具有电池内阻(IR)补偿、模拟位置回路和全象限再生操作，从而使其成为一种用于转向辅助控制应用的灵活的伺服放大器。
控制器156构造成用以沿着预定曲线操作，所述预定曲线根据操作人员提供的转动力限定转向辅助(例如，表达为马达控制电压)。作为一个示例，转向力的目标值被设定为约25磅(111.2N)。相应地，控制器156构造成用以当来自一个或多个感测装置158的输入力达到25Lbs(111.2N)时输出最大预期马达控制电压。图4图解了针对上述设计参数的示范性马达控制电压与操作人员提供的转动力的曲线。由控制器156产生的转向马达控制信号不需要如图所示随着来自一个或多个感测装置158的测量的力的量值而线性变化。此外，控制器156能够基于所需的转向辅助特征来实现任意的多种函数。而且，转向辅助与操作人员施加的转动力的关系函数能够基于多种因素变化，所述多种因素包括操作人员偏好、步行码垛车负载、速度、步行码垛车行进方向(前进或后退)或者如将在本文中更加完整地介绍的其它的操作条件。
具有力装置的动力辅助装置
根据在图5的示意性系统简图中示出的本发明的实施例，基于来自力感测装置的测量值提供电动转向辅助。转向臂120经由传动组件138机械地联接到能转向的轮139。正如在此更完整地描述的那样，传动组件138如图所示包括转向马达150、变速箱152和可选的离合器160。图3所示的传感器158实现为在手柄118、转向臂120(如图所示)和/或传动组件138上的一个或多个力感测装置162，以便测量操作人员施加至手柄118的力。由此将感测到的力送给控制器156，以便控制转向马达150。使用由一个或多个力感测装置162检测到的力的大小来调节施加到转向马达150的电压。施加到转向马达150的电压对应地限定了由系统提供的转向辅助的量值。
特别地，转向臂120机械地连接到传动组件138。因此，步行码垛车100的操作人员可以在步行码垛车没有可用的电力或者转向辅助装置未接入或不可操作的条件下进行转向和制动。还可以提供可选的制动器164。制动器164操作性地构造成可操作用以独立于步行码垛车的可用动力而使步行码垛车100停止，并且可以设置成作为其它的步行码垛车制动系统的备用装置。
一个或多个力感测装置162定位成使得能够产生力信号，所述力信号适用于由控制器156处理。例如，一个或多个力感测装置162譬如一个或多个应变片能够构造成用以提供手柄118和/或转向臂120中的应变测量值。可以在手柄118与转向臂120的连接点处测量应力，并且如果手柄118相对于转向臂120枢转，则可选地可以在对应的枢转点处测量应变。类似地，在扭转把手126或者类似的操作控制装置设置在手柄118上的情况下，能够在连接点处例如在扭转把手126连接到手柄118的螺栓处测量应力。而且，能够在转向臂120联接到传动组件138的部位处(例如在允许转向臂120相对于传动箱122枢转的销中)测量应力。
如图所示，例如使用常规的应变片或者其它的力测量传感器来沿着转向臂120测量应变。然而，根据特定的实施方案，转向臂120偏转的量可能不足以提供适用于进行处理的信号。例如，转向臂120可以包括铝壳，所述铝壳具有盒状横截面，所述盒状横截面设计成用以承受例如可能在仓储操作中遭遇的撞击另一结构的力。因此，在正常转向期间可以在转向臂120中可测量的应力将非常低，并且利用常规的应变片难以进行准确测量。
如果沿着转向臂120直接测量应力不切实际，则转向臂120可以构造成具有应变敏感区域166。应变敏感区域166是包含在转向臂120中的区域、转向臂120和手柄118之间的联接部或者转向臂120和传动组件138之间的联接部，其允许在保持转向臂120的强度的同时充分偏转，从而能够使用所需的应变片。作为示例，图6和图7中示出的转向臂120设置成双段式组件，所述双段式组件包括上臂120A，所述上臂120A通过应变测量组件168连接到下臂120B。上臂120A和下臂120A的连接区域限定了应变敏感区域166。
上臂120A到下臂120B的连接部能够沿着转向臂120的长度定位在任何位置。然而，相对于更靠近手柄118的位置，通过将上臂120A到下臂120B的连接部定位成更靠近传动组件138将易于为应变测量组件168提供更大的灵敏度。如图所示，应变测量组件168在上臂120A和下臂120B的每一个中均包括锚固件170。连接构件172例如中空管例如通过使用焊接而刚性地固定在锚固件170之间，一个或多个应变片174结合到或者以其他方式固定到连接构件172。应变测量组件168还例如用螺栓固定到上臂120A和下臂120B中的每一个。如图所示，存在两个应变片174，在连接构件172的每一侧上都有一个应变片174。适用于上述应变测量组件168的示范性应变片包括由VishayIntertechnology有限责任公司生产的CEA-系列规格的应变片。
在图8中示意性图解了用于处理应变片测量值的系统180。如图所示，转向臂120包括上臂120A，如参照图6和图7在上文所述，所述上臂120A通过应变测量组件168联接到下臂120B。正如参照图3更加详细描述的那样，下臂120B机械地联接到传动组件138和传动盘140，并且传动盘140经由连接件144联接到转向传动单元142。当操作人员将力施加到手柄118时，应变片174将应变测量信号送至控制器156。控制器156处理应变测量信号并且产生对应的送至转向传动单元142的控制信号，以便提供转向辅助。
图解的应变片174产生随着应变而变化的阻力。因此，控制器156包括电桥配置模块182、应变片输入信号调制器184和电源186。电桥配置模块182提供了电阻电桥(惠斯登电桥)，以使应变片174平衡。示范性的电桥配置模块是来自VishayMicroMeasurements的#MR1-350-130。信号调制器184向接收自电桥配置模块182的信号提供过滤、隔离和放大。示范性信号调制器是来自Dataforth的#DSCA30-05。电源186设置用以向控制器156的各个部件提供电力，并且还可以用于激励应变片174和电桥配置模块182。电源还可以可选地实施直流到直流(DC到DC)的电压转换。示范性电源是来自Vinfinity的#PTK15-Q24-D12。
信号调制器184的输出端被联接到伺服放大器188例如来自AdvanceMotionControl的#120A10C型伺服放大器。使用上述的部件来构造系统，并且在图9中示出了应变片信号调制器184的输出测量结果。如图所示，即使在40Lbs(178N)的输入力的条件下，信号调制器184的输出电压也仅略高于一伏特。特别地，在X轴上标绘的力相对于手柄118成直角地施加在扭转把手126处，所述手柄118水平地定向在下部制动位置132的正上方。返回参照图8，为了补偿信号调制器184的相对较低的输出，可以提供可选的增益调节。例如，由信号缩放模块190(例如来自Dataforth的#DSCA31-01型)提供10倍的信号增益。缩放模块190的增益和伺服放大器188的增益因此能够适当地调整成确保向伺服放大器188给出用于处理的可靠信号。例如，在图8的作业实施例中，上述控制器156的部件调节成利用在扭转把手126处施加到手柄118的25lbs(111N)的力来实现全马达电压，正如在图4中图解的力/马达电压特征曲线图中所示的那样。
除了应变片174之外，还可以提供可选的辅助输入感测装置192例如电位计。将在此更加详细地描述这种布置方案。然而，应当理解的是，根据由包括伺服放大器188在内的控制器156所提供的特征，辅助输入感测装置192可能需要单独的控制模块。
控制器156还可以包括补偿电路194，用于微调由信号调制器184输出的应变片信号。例如，对于补偿电路194而言可能理想的是实现延迟/超前功能，以便在施加到伺服放大器188之前抑制应变信号，从而降低控制器156振荡的可能性。理想地，施加到力感测组件168的力仅在水平的(左右)平面中出现。然而，应当考虑到在实践中可以扭转手柄118，致使将力沿着其它的轴线施加到应变传感器。因此，可以提供一个或多个补偿电路194，以便实现应对这些状况的功能。控制器156还可以与步行码垛车的系统控制器196通信，所述步行码垛车的系统控制器196负责处理其它的步行码垛车操作功能。
应变敏感区域166可以定位在手柄118联接到转向臂120的位置附近以替代地或附加地将应变敏感区域设置在双段式组装的转向臂120A、120B中。如图13所示，手柄118通过连接构件231联接到转向臂120。连接构件231还可以用于实现与连接构件172相类似的功能，即用于支撑一个或多个应变片174。因此，要注意的是参照图8讨论的用于处理应变片测量值的系统可以类似地实现为如图13所示的一个或多个应变片。可选的感测装置230也可以设置在连接构件231的周围以用于感测力。例如，感测装置230可以检测紧固件233中的应力，所述紧固件233将任一转向臂120联接到连接构件231或者在手柄118中联接到连接构件231。应当注意的是，一个或多个应变片174和/或感测装置230对应于图3所示的传感器158。图14所示的保护罩232设置成用以覆盖和保护连接构件231。应变片174和/或感测装置230基于检测到的操作人员相对于转向臂120向手柄118施加的转动力而得出控制信号。
具有运动损失的动力辅助
根据图10中图解的本发明的另一个实施例，以在本文中通常被称作运动损失转向辅助的方式来确定用于物料搬运车辆的转向辅助。在运动损失系统中，相对于第二转向构件检测第一转向构件的运动例如枢转、旋转或者直线行进。例如，转向臂120能够独立于传动组件138而一直旋转到由机械止动件所确定的极限为止。一旦碰到止动件，转向臂120即可开始经由机械联接件对传动组件138做功，即，随着将力施加到手柄118，转向臂120将开始使传动组件138转动。如图10的示意图中所示，转向臂120固定地安装到第一转向构件202例如第一传动盘。第一转向构件202能够相对于第二转向构件203例如第二传动盘略微运动，所述第二转向构件203机械地联接到能转向的轮139。偏压机构204例如一个或多个弹簧设置成作为偏压装置，以便当没有力施加到手柄118时根据能转向的轮139来将转向臂120和手柄118定中。在操作人员将力施加到手柄118时，偏压机构204还提供了对应的转向阻力。
在图10的实施例中，图3中的传感器158实现为运动传感器206，所述运动传感器206测量第一转向构件202和第二转向构件203上的参考点之间的位移(线位移或者角位移)。即，当操作人员沿着一个方向施加转动力时，例如，当操作人员向右或者向左地将力施加到手柄118时，第一转向构件202沿着与操作人员施加力的方向相同的方向小幅度运动。由传感器206测量第一转向构件202相对于第二转向构件203的该位移。传感器206的输出被送到控制器156，所述控制器156可以包括如参照图8在上文更完整描述的信号调制器、放大器和校正电路，并且控制器156向转向马达150提供适当的控制信号，以便为操作人员提供转向辅助。在该实施例中，因为转向臂120机械地联接到能转向的轮139，所以能够不受步行码垛车是否可获得电力的影响而保持转向。可选的制动器164还可以设置成如在上文更加详细描述的那样使步行码垛车100停止。
根据由图11的示意图和图12的相关分解侧视图示出的实施例，运动损失转向辅助装置包括转向臂120，所述转向臂120联接到顶部旋转板210即第一转向构件。如在图12中清楚所示，轴承214或类似的装置用于将顶部旋转板210定位在与底板216即第二转向构件相同的旋转中心上。连接件212将转向臂120机械地联接到能转向的轮139，从而不受步行码垛车100是否可获得电力的影响而保持转向控制。以例如参照图10描述的方式由弹簧机构204定中转向臂120。弹簧机构204可以包括一个或多个扭力弹簧218，所述扭力弹簧218针对由操作人员施加的力来提供阻力，以便使步行码垛车转向。
图3中示出的传感器158实现为位于顶部旋转板210上的运动传感器206例如编码器，所述运动传感器206与传感器模块连接件220相配合，以用于通过监测顶部旋转板210相对于底板216的位置变化来测量转向臂120的位移。来自运动传感器206的信号输出到控制器156，所述控制器156如在此更加详细描述的那样得出适当的马达控制信号。而且，控制器156可以包括如参照图8所述的信号调制器、增益调节装置、校正电路和/或伺服放大器。
参照图15、16和17，可选的示范性感测装置230包括上部构件234和下部构件236。上部构件234和下部构件236在图15中示出为组装在一起。在图16中清楚地示出了上部构件234，其中，上部构件234从其在图15中的组装位置翻转为仰视的透视图，以便图解其各个方面。在图17中清楚地示出了下部构件236，其中，用俯视的透视图示出了下部构件236。具体参照图15和16，上部构件234包括：大体竖直的安装板238，用于将上部构件234安装到手柄118；第一伸出件240和第一延伸件242。参照图15和17，下部构件236包括：大体水平的安装板244，用于将下部构件236安装到转向臂120；伸出件接收部分246；一对止挡块248和固定的延伸件250。
具体参照图15，上部构件234安置在下部构件236中，使得第一伸出件240坐入到伸出件接收部分246中并且在一对相对间隔开的止挡块248之间伸出。止挡块248通过干涉上部构件234的第一伸出件240相对于下部构件236的旋转运动来限制手柄118相对于转向臂120的旋转运动的程度。弹性构件249可以用于使上部构件234相对于下部构件236定中。弹性构件249例如橡胶夹层座架、一个或多个压缩弹簧或扭力弹簧还针对操作人员的转动力来提供阻力。
第一延伸件242定位成与固定延伸件250成间隔开的关系，并且运动传感器252安装在所述第一延伸件242和固定延伸件250之间。示范性运动传感器252是线性电位计，例如可从BEI、DuncanElectronicsDivision获得的9600系列的线性电位计中的一种。随着手柄118相对于转向臂120旋转，第一伸出件240在止挡块248之间枢转，上部构件234的第一延伸件242相对于下部构件236上的固定延伸件250对应地运动。这种运动例如基于由线性电位计测量的变化阻力而转变为信号。运动传感器252可以可选地包括其它的运动感测装置例如旋转式电位计或者编码器，然而，第一延伸件242和固定的延伸件250之间还需要对应的调节装置。
在使用过程中，应该意识到步行码垛车100的手柄118和转向臂120可能会承受过度使用和异物撞击。因此，可以使用分离螺栓254将上部构件234螺接到手柄118，以便防止猛烈的撞击损坏运动传感器252。同样，可以使用安全螺栓256将下部构件236用螺栓固定到转向臂120。安全螺栓的剪切力当然是针对应用而特定的。
线控转向
在图18的示意性简图中图解了线控转向系统。转向臂120固定到顶板260。对应于图3中所示传感器158的运动传感器262检测转向臂120(或者可选地，顶板260)相对于参考点例如传动组件138的运动，并且由此得出的输出信号被耦合到控制器156。运动传感器262可以可选地包括若干感测装置。在这种布置中，控制器156可以基于由每个感测装置收集到的数据得出转向信号。例如，第一感测装置可以检测转向臂120相对于第一参考点例如车体框架上的固定点的位置，第二感测装置可以检测车辆上的第二部件相对于第二参考点例如顶板260的位置或者传动组件138的其它部件相对于车体框架上的同一固定点的位置。在该示例中，控制器156可以通过评估这两个(或者更多个)感测装置之间的差异或者其它函数来得出转向控制信号。
正如在本文中更加详细描述的那样，控制器156在闭环系统中联接到转向马达150和变速箱152。控制器156构造成用以将控制信号输出到转向马达150，以便使传动组件138转向手柄118的位置。在线控转向系统中，转向臂120的运动独立于传动组件138。而且，手柄118与传动组件138机械地分离，以使得在控制系统不能操作时不能手动转向。因此，正如在本文中更加详细描述的那样，制动器164在这种情况下设置成使步行码垛车停止。而且，根据转向臂120联接到顶板260的方式，舵杆制动器264或者其它的产生力的装置可以设置成响应由操作人员施加在转向手柄118上的转动力而产生阻力。
其它的特征：可调节的转向辅助装置
如图19示意性所示，能够使所需的转动力可调节。输入感测装置例如上述的装置158、162、168、174、206、230、262中的一个或多个被联接到控制器156。同样如上所述地，例如在输入传感器包括应变片或者类似的力传感器的情况下，控制器156可以包括电桥182。正如在本文中更加完整描述的那样，控制器156还包括信号调制器184、可选的缩放电路190以及一个或多个补偿电路194。另外，信号在抵达伺服装置188之前能够通过可调节的衰减电路270进行耦合。
能够以多种不同方式实施衰减电路270，在图19中示意性示出了所述多种不同方式中的一些示例，如由附图标记270附加的字母后缀A-F所指示的那样。应当发现的是，在实践中，如果提供的话，则衰减电路可以包括示范性电路270A-270G中的一个或多个。衰减电路270可以包括控制装置，所述控制装置安装在操作人员可接近的位置以通过第一衰减电路270A中的电位计提供可调节的转向力，正如示意性图解的那样。第一衰减电路270A通过改变信号强度或者改变增益而改变控制器156的伺服装置188所实现的转向力。例如，与可能需要较少转向辅助的身材高大的操作人员相比，身材矮小的操作人员可能需要更大程度的转向辅助。第一衰减电路270A允许每个操作人员定制所需的转向辅助的量值。可选地，第一衰减电路270A可以由技术人员或者其他指定人员编程，以使操作人员不能操作第一衰减电路270A。
作为第一衰减电路270A的替代方案(或者附加方案)，可以提供可调节荷载的转动力电路270B。如示意性图解的那样，压力敏感开关设定成例如以在叉状件中的预设检测液压在两种或者更多种衰减设置之间自动切换。例如，由PressureDevices有限责任公司制造的PDFH型液压开关可以包含在控制器156中。在该配置中，液压升降装置管路274中的压力传感器272用于感测作用在步行码垛车的叉状件上的负载。由系统控制器196读取该压力并且将该压力送到可调节荷载的转动力电路270B中的压力开关。
作为示例，致动压力开关的压力能够设定成在预定的阈值例如1500psi下激发。当测量的压力小于该值(轻负重)时，转向辅助力将处于相对较低的第一水平。当负载使得压力开关所面临的液压大于阈值即大于1500psi时，则压力传感器将致动并且转向辅助将增加至相对较高的第二位置。
如示意性所图解地，第一位置(压力低于阈值)由连接在调整荷载的转动力电路270B中示意性示出的电阻梯中的两个电阻之间的开关表示。这基本形成了分压器，所述分压器使传递至伺服装置188的信号衰减。通过衰减传递到伺服装置188的信号，系统减小了针对指定的操作人员施加的力所提供的转向辅助力。当压力开关处于第二位置时(压力超过阈值)，则开关的输出被视为跨越串联的两个电阻，从而不对信号提供衰减。因此，针对指定的操作人员施加的力所提供的转向辅助力较之第一位置增加。由此，能够基于用于触发压力开关的单个阈值压力而编程设定一个转向辅助变化步骤。当然，可以通过如图所示的多个调节荷载的转动力电路270C来提供多个步骤。
作为液压升降装置管路274上的压力传感器272的替代方案，能够使用一个或多个构件276和称重器278实施称重系统。在这种布置中，构件276能够包含到步行码垛车的叉状件中，并且将信号输出到称重器278，所述称重器278将载重量送给系统控制器196。构件276还能够实施将信号提供给刻度指示器280的双重功能，所述刻度指示器280显示了步行码垛车的叉状件上的载重量。当然，如果不需要载重量的可见指示，则能够省略刻度指示器280。来自称重器278的载重量能够用于替代调节荷载的转动力电路270B或者多个调节荷载的转动力电路270C中的压力控制。
可选地，可以用压力传感器替代压力开关，所述压力传感器给出作为如由传感器电路270D示意性所示的负载变化的可变输出。根据特定实施方案，可能需要输入到伺服系统的新的输入，以便适应压力传感器输出。可选地，可以设置其它调节、过滤和转换电路，以便将传感器输出转变为适于由伺服装置188处理的信号。
同样地，作为上述转向辅助调节装置的附加方案或者替代方案，可以使用速度反馈传感器，以便由速度力电路270E设置不同行驶条件所需的转向力的水平。例如，速度传感器282，例如，转速表可以用于产生控制信号，所述控制信号在一个或多个衰减值之间切换，从而影响所需的转向力。就这一点而言操作与参照电路270B、270C描述的操作类似，除了阈值触发是速度值而非压力值之外。可选地，速度变送器/传感器可以用于连续调节速度传感器电路270F中的所需的操作人员施加的转动力。
另外，能够实施控制器196，以便保持近似恒定的转动力或者以便通过基于步行码垛车的重量、行驶速度、行驶方向、地板摩擦或者其它可测量条件调节所需的转向力来影响具有所需参数的转动力。这通过响应来自例如压力传感器272或者称重器278和速度/方向转速表282的传感器的输入改变控制系统的增益来补偿行车条件来完成。
要注意的是，上文讨论的衰减电路270A-F能够是放大电路，即，根据是需要减少信号或者增加信号来设置适当的转向辅助值。
远程控制
具有动力辅助转向的步行码垛车具有从多个位置转向的灵活性。对于用于指令拣选的步行码垛车而言，操作人员需要行至步行码垛车的前部靠近叉状件的部位，用于将物品装载在叉状件上，然后返回到步行码垛车的后部，以便驾驶步行码垛车至新的位置，这一过程需要多个步骤。通过在步行码垛车上包括这样的设施来控制步行码垛车行驶和/或从其前部或者侧部(多个侧部)转向来减少这些步骤。
例如，可以提供控制杆控制器284。使用控制杆116来操作控制杆控制器284，例如，由Penny和Giles提供的型号JC400或者来自ETISystems的适当型号，所述控制杆116可以安装在步行码垛车的一侧或者两侧的承载靠背的区域中(图1中充分示出)。所要求的步行码垛车的行驶方向和速度可以从由控制杆116和/或一个或多个方向开关，例如，图1中示出的控制装置114产生的信号推得出。可选地，能够由控制杆直接测量所要求的方向和速度，例如通过检测多个电位计中心滑动片来检测电压。例如，伺服控制器156可以产生正和负的直流输出，所述正和负的直流输出被施加到电位计的相对端部，如在控制杆控制器284中示意性所示。电位计输出电压由此针对无转向运动的零电压变化为针对沿着第一方向的转向/速度的正电压和针对沿着与第一方向反向的第二方向的转向/速度的负电压。
替代控制杆116，行驶和转向控制能够分离开。例如，行驶回路286可以包括操作杆，所述操作杆前后运动，以控制行驶方向和速度。转向回路288可以提供操作杆，所述操作杆从一侧运动到另一侧，以控制转向。能够由对应的扭转把手来替代操作杆。而且，在行驶回路和转向回路286、288示意性示出为具有电位计的情况下，应当理解的是，可以由应变片或者非接触技术，例如霍尔效应传感器、电感耦合传感器或者其它非接触传感器来替代操作控制装置。当然，需要匹配接口电路或者需要将控制器156设计成与上述传感器一起工作。
另外，步行码垛车可以包含转向极限开关，所述转向极限开关允许在能转向的轮处于设置的向前角度范围内的情况下侧控行进。在美国专利US6595306中陈述示范性实施例，其分配给本申请的代理人并且其全部公开内容在此以援引的方式并入本申请。
还能够将无线远程控制行驶和/或转向整合到如图19和20所示的本发明的各个实施例中。一种这种远程控制方法是实施语音控制系统290。语音处理系统，例如由VoiceConnexion提供的型号MicroIntrovoice11可以用于提供特定人的由语音操作的控制系统。语音控制系统290针对预定的口述指令文字词汇编程，所述预定的口述指令文字词汇可以用于控制步行码垛车。在操作中，操作人员口述指令文字，语音控制系统290识别编程的语音并且将适当的输出指令发送至步行码垛车。根据给定的语音控制系统的复杂度，需要训练系统以识别不同的操作人员，例如，将指令的口述示例存储为针对每个操作人员的文件。文件越小，丢失或者误解指令的可能性越大。
为了增强可靠性，优选地选择指令词语，使得它们的发音听起来不相似。语音控制系统识别并且区别多个指令的过程越简单，识别的准确性越高。一种区别指令的方法是使得指令的长度大于一个字。只要指令中的每个附加词对于另一个指令而言是独一无二的，则在语音指令中使用多于一个字将易于给予更明晰的识别。例如，GOLEFT和GORIGHT较之LEFT和RIGHT提供了欠佳的识别，原因在于GO存在于两个指令中。为了阐述的目的，更好的替代方案可以是STEERLEFT和TURNRIGHT。
在本发明的一个作业实施例中，建立以下的词汇和对应功能并且利用上述的MicroIntrovoiceII系统进行了成功的测试：
POWER：接通接口模块的电源
STOP：关闭接口模块的电源
OFF：与STOP功能相同
TRAVELFORWARD：使步行码垛车开始沿着向前方向行驶
STOPTRAVEL：使步行码垛车停止行驶
RIGHT：使步行码垛车开始向右转
LEFT：使步行码垛车开始向左转
STOPSTEER：停止转向运动
BRAKE：释放滑行控制电磁制动器以释放舵杆柄118并且施加步行码垛车制动
根据语音控制系统290的复杂度，理想的是操作人员佩戴头戴式受话机292和/或麦克风294。
参照图19，语音控制系统290包括八位并行输出端口，所述八位并行输出端口用于将输出指令传递到语音控制接口电路296。语音控制接口电路296包括继电器、开关或者其它所需的电路系统，以便经由系统控制器196通过接口连接到适当的操作控制装置。通过使用语音控制装置降低了对操作人员的要求，语音控制可能局限于行驶和制动指令。而且，可以设置警示灯和/或警报器(未示出)，以指示并且作为致动语音控制的提示物。
语音控制系统290可以可选地响应具有对应口头确认的口令。作为示例，当发出指令POWER之后，语音控制系统能够回复动词短语POWERON。然而这增延长了直到能够给出跟进指令所需的时间，因此这仅仅用于某些非时序关键的指令，例如POWER和OFF。能够由步行码垛车上的扬声器或者能够由无线射频将针对识别的指令的口头答复发送至由操作人员佩戴的具有耳机的头戴式受话器。
可以使用无线发送器和接收器，例如由Sure提供的ShureTVHSV无线系统，用于进行无线通信。然而，必须小心谨慎地基于功率、近距和范围选择适当的发送器和接收器。例如，当发送器定位成太靠近接收器时，某些无线接收器过载。可选地，可以实施远程无线电控制或者红外控制。
参照图19，作为又一个示例，可以提供可选转向角控制装置297。使用电位计、编码器或者其它适当的输入装置实施转向角控制装置297并且所述转向角控制装置297可以定位在任何便捷的位置处。转向角控制装置297与控制器156和传动组件138相互作用，并且允许操作人员设置并且保持所需的前进方向。作为示例，操作人员可以在仓储操作过程中在平行于成排货架的通道中校准步行码垛车。使用来自转向角控制装置297的角度感测反馈，随着步行码垛车100顺延通道向下运动可以保持步行码垛车100的前进方向平行于货架。转向角控制装置297因此防止步行码垛车100偏移并且保持其行进路线。
此外，转向角控制装置297可以与在此描述的其它操作控制装置一起使用。当与其它转向控制装置组合使用时，转向角控制装置297设置前进方向，并且其它操作控制装置(多个控制装置)可以用于确定步行码垛车100是前进、右转、左转或者停止，等。例如，转向角控制装置297可以与手柄118和转向臂120或者远程指令装置，例如语音控制系统290组合使用。当与语音控制系统290一起使用时，例如LEFT或者RIGHT的操作人员语音指令可以用于致使步行码垛车100运动预设距离并且仍然保持由转向角控制装置设置的前进方向，例如，平行于货架。可以使用指令词语FORWARD、COAST和STOP来控制牵引，而转向系统自动校正其自身，以便保持直线定向。
通过任何类型的远程控制行驶和/或转向远程系统，理想的是可以提供障碍物检测系统298。这种系统将针对人员或者障碍物(例如箱、货架或者另一辆步行码垛车)扫描步行码垛车100将行驶的路径。如果检测到某些障碍物，则步行码垛车100能够实施规定功能，例如减速直到其达到预设距离为止，然后停止。另一个选项将是由操作人员给出声音报警或者口头警报。
参照图20，操作人员可以装备归航信标300。在这种布置中，步行码垛车100感测并且遵循设置在操作人员身上的归航信标300，而且步行码垛车100编程以保持与归航信标相距一定距离。而且，可以实施车辆占用轨道检测器302。在这种布置中，步行码垛车100在操作人员太靠近步行码垛车或者距离步行码垛车太远的情况下均不能操作。基本上，操作人员穿戴步行码垛车能够感测到的装置并且步行码垛车100确定操作人员的位置和与步行码垛车相距的距离而且因此控制步行码垛车。
控制器156还可以构造成用以在一种或者多种操作模式之间手动或者自动切换，所述一种或者多种操作模式包括转向辅助。参照图21，流程图400示出了高水平多通道流程控制。初始，在402处设置第一操作模式。第一操作模式能够包括在此更加全面描述的转向辅助或者远程控制系统中的任意一个。步行码垛车100在404处以第一操作模式操作，直到在406处发生预定触发事件为止。触发事件能够基于多种因数，其示例包括：操作条件的变化，这包括环境和位置；步行码垛车100的载重变化等。响应406处的触发事件而在408处设置第二操作模式。步行码垛车100以第二操作模式操作，直到在412处发生触发事件。当在412处检测到触发事件时，步行码垛车100恢复到402处的第一操作模式。当然，上述流程图仅仅为图解目的并且可扩展，以便包含多于两种的不同操作模式。
例如，参照图19和21，步行码垛车100可以包括一个或多个电线检测装置，例如，传感器线圈299，以用于应用在导向车仓库系统。基本上，由传感器线圈299检测供应到埋置在仓库地板中的埋地电线的电信号。传感器线圈299将信号送给控制器196，并且控制器196使用来自传感器线圈299的信息，用于转向引导。即，在传感器线圈299检测到引导信号时，控制器196可以自动使得步行码垛车100进入到第一程序，在所述第一程序中，步行码垛车100被引导成与埋地电线对准。一旦步行码垛车100适当地对准，则控制器196便可以进入到第二程序，在所述第二程序中，控制器196自动追踪电线，使得保持步行码垛车对准。在同一委托人的标题为“用于在车辆导航系统中使用的动态削波器”的美国专利US5008604中详细描述了传感器线圈299和对应的线孔引导系统，其全部内容在此以援引的方式并入。
要注意的是，线孔引导系统价格昂贵。因此，线孔引导装置可以仅设置在高可用性区域例如捡拾通道处。相应地，可以从低可用性的通道省略线孔引导装置。在这样的布置中，设置步行码垛车100的第一操作模式，以便以402处的远程线孔引导模式操作。随后可以由仓库中的装配有电线的区域中的线孔引导装置操作步行码垛车。例如当步行码垛车被驱动到装配有电线区域中时，可以自动建立402处的第一操作模式，或者可选地，步行码垛车操作人员可以手动建立第一操作模式。
当在406处发生触发事件，例如，步行码垛车操作人员驾驶离开装配有电线的区域或者手动禁用线孔引导控制装置时，建立第二操作模式。可以在408处手动或者自动进入第二操作模式，并且所述第二操作模式可以包括如在多个实施例中的任意一个或多个中陈述的转向辅助，其包括语音控制、远程控制和动力辅助转向控制。作为示例，步行码垛车操作人员可能需要驾驶经过装配有电线的通道的端部，以便前往下一个通道。可选地，可以完成选取任务并且步行码垛车操作人员试图离开装配有电线的区域，以便将选取的物品输送到暂存区、装货码头或者其它处理站。在这种布置中，步行码垛车100可以切换成如在此充分所述的408处的转向辅助模式。能够手动(例如通过使用开关选择模式)或者自动(例如当感测到电线时)在两种模式之间切换，通过线孔引导模式步行码垛车转向，如果驾驶员利用手柄118使得步行码垛车100转向，则操作模式恢复成利用转向辅助的手动转向控制。
作为另一个示例，尽管在装配有电线的通道中，但是线孔引导装置能够用于平行于货架行进以替代由角度感测装置297实施的航位推算。而且，通过触发事件例如驾驶员手动使步行码垛车转向或者使用远程指令，驾驶员能够运动避开电线例如在障碍物周围巡视。
还可以基于402、408处的转向操作模式哪一个处于活动状态选择性地可用或者禁用步行码垛车控制装置100的功能。作为示例，当仅仅处于线孔引导操作模式中时，系统控制器196可以仅仅针对步行码垛车100实施速度和方向控制，而如果处于非线孔引导操作模式中，则控制器196可以启用步行码垛车100的速度、方向和转向控制。而且，能够自动或者手动实施切换。
现在参照图22和23，示出了物料搬运车辆500的包括根据本发明的另一个方面的应变测量组件502的部分。根据本实施例的车辆500的转向臂504(参见图22)包括单臂506，所述单臂506与如参照图6和图7在上文讨论的上和下臂相对。臂506经由枢轴组件510机械地联接到应变测量组件502的上板508，在此还称作第一板508，所述枢轴组件510接收在形成在对应凸缘514A、514B中的一对间隔开的开口512A、512B(参见图23)中，所述凸缘514A、514B从上板508的上表面508A向上延伸。转向臂504和上板508之间的联接允许转向臂504相对于上板508垂直枢转运动，其中，转向臂504的这种枢转运动用于使得转向臂504运动到如在此讨论的制动弧和操作弧。
应变测量组件502的下板516(在本文中也称作第二板516)连接到传动组件520的传动单元518，传动单元518经由齿轮524连接到转向传动单元522。转向传动单元522可以包括与上述传动单元142相同或者等效的工作部件。第一和第二板508、516经由四个点接触轴承526联接在一起(参见图23)，所述四点接触轴承526允许上和下板508、516之间如在下文进一步讨论的那样小幅度的相对旋转运动。
参照图23和24，图解的应变测量组件502还包括应变片类型的测力传感器530，所述应变片类型的测力传感器530位于上板508的上表面508A上。测力传感器530是弯梁型传感器，所述弯梁型传感器具有机械地联接到上板508的第一端部530A和机械地联接到下板516的与第一端部530A相对的第二端部530B。具体地，如图23更为清晰所示，测力传感器530的第一端部530A接收并且用螺栓固定在托架532中，所述托架532从上板508的上表面508A向上延伸，测力传感器530的第二端部530B联接到轴534，所述轴534联接到下板516并且从下板516向上延伸通过形成在上板508中的加大孔536。轴534必须足够坚固，以便在上板508相对于下板516旋转(即，因操作员使得转向臂504沿着水平方向枢转，以影响车辆500的转向)时承受并且传递施加在其上的力，如下文进一步讨论的那样。特别地，孔536必须尺寸大到足以允许上和下板508、516之间相对旋转运动的程度。
现在参照图24，根据本发明的这个方面的测力传感器530包括第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B，所述应变片式传感器540A、540B位于金属梁542的相对的侧边缘542A、542B上，所述金属梁542限定了测力传感器530的主要结构元件。第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B感测金属梁542的挠曲，因上和下板508、516之间的相对旋转运动而导致所述挠曲。具体地，在使用根据本发明的这个方面的物料搬运车辆500期间，当操作人员使得转向臂504沿着水平方向枢转以达到车辆500转向的效果时，由操作人员施加在转向臂504上的力致使应变测量组件502的上和下板508、516之间小幅度的旋转相对运动。上和下板508、516之间的相对旋转运动与由操作人员施加到转向臂504的力成比例并且由承载传感器530，即，通过第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B感测。具体地，上和下板540A、540B之间的相对旋转运动致使金属梁542对应挠曲，由第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B感测所述挠曲。第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B将感测到的金属梁542的挠曲的相应信号发送到控制器550(参见图22和23)，所述控制器550可以包括一个或多个控制元件，其中，信号各个均对应于应变测量信号，所述应变测量信号与施加到转向臂504的操作人员旋转力成比例。控制器550处理应变测量信号并且产生对应的控制信号，所述对应的控制信号被供应到转向传动单元522，以便以如上所述的方式提供转向辅助，例如，控制器550基于由测力传感器530检测到的力的水平改变由转向传动单元522提供的转向辅助的量值。根据本实施例的控制器550可以包括与上述控制器156相同的结构，例如，各个均如上所述行使功能的电桥配置模块、应变片输入信号调制器、电源和补偿电路。
要注意的是，由示出的实施例中的第一应变片式传感器和第二应变片式传感器540A、540B发送的信号应当基本相同，即，原因在于传感器540A、540B直接相对地位于金属梁542的相对侧边缘542A、542B处。如果信号明显不同，则控制器550可以例如通过实施车辆停止或减速动作、向操作人员发出警报或者将转向辅助控制从应变片式传感器540A或者540B中的一个动态地切换成540B或者540A中的另一个的某些类型的响应程序。还要注意的是，根据本发明的这个方面的测力传感器530能够仅仅利用单个应变片式传感器，其中，仅仅将单信号发送到控制器550。另外，如果使用两个(或者更多个)应变片式传感器，则它们不必直接相对设置在金属梁542的相对的侧边缘542A、542B上，即，它们能够定位在任何适当的位置处。
除了测力传感器530之外，还可以提供可选的辅助输入感测装置，例如，上述中的任意一种。
根据本实施例的应变敏感区域560(参见图2)没有如在上述实施例中描述的那样位于转向臂的上和下臂之间或者位于手柄和转向臂之间，而是位于图1中示出的能转向的轮的传动箱122内的转向臂504和传动组件520之间。通过将应变敏感区域560定位在传动箱122中保护应变测量组件502免被撞击(例如针对转向臂504)，这在这种类型的步行码垛车500中频繁发生。特别地，因为在根据本实施例的单臂506中或者在臂506和手柄562之间没有结构性破坏(参见图22)，所以臂506自身和臂506以及手柄562之间的接合牢固(其中，在所述臂506和所述手柄562之间发生小幅运动或者无运动)，从而在转向期间向操作人员提供了增强的感受。因为其它系统通常提供了减小的转向辅助或者严重过滤的信号，所以还提高了控制系统的带宽，这可以导致降低响应能力，以用于防止控制系统不稳定，所述另一种系统使用测量两个或者更多个部件之间的相对运动的传感器。
而且，控制器550可以可选地构造成用以使得能够不提供转向辅助，直到转向臂504从制动位置转移到操作位置为止，例如，通过使得转向臂504旋转离开对应于在此所述的制动弧中的一条的制动位置至操作弧。这种特征防止转向辅助处于这样的情况下，使得车辆500因作用在转向臂504上的力或者作用在测力传感器530上的力而增加动力消耗。
此外，根据本发明的另一个方面，如果在预定时间范围内没有另外的旋转力施加到转向臂，则在本文中执行转向辅助功能的控制器可以在转向臂运动到制动区域之后保持最终请求的传动单元位置达到预定的时长例如2秒至3秒，由此防止在预定的时间范围内出现轮胎的抱死释放功能。在预定的时间范围期满之后，可以缓慢地执行轮胎的抱死释放功能，以便以受控方式释放，从而避免可能因以其他方式释放轮胎的抱死而导致转向臂的突然运动。
而且，如果步行码垛车以滑行模式操作，例如在委托给同一委托人并且其全部内容在此以援引的方式并入本发明的美国专利US6595306中公开的那样，则在没有旋转力施加到转向臂之后经历比预定的时间段例如10分钟更长的时间段之后，即可释放轮胎的抱死释放功能。尽管使用滑行模式，但是操作人员通常倾向于使车辆在滑行的同时保持其当前的前进方向。在步行码垛车处于静止位置的情况下，在准备使步行码垛车运动到下一个所需的车辆位置时，操作人员可能需要进行转向校正。在此状态下，有利的可能是通过延长的时间段来延迟轮胎的抱死释放功能，原因在于在较短的时间段内例如在2至3秒钟内执行轮胎的抱死释放功能将导致改变操作人员所需的转向方向。优选地，选择所述延长的时间段以允许操作人员具有充足的时间来完成所需的车外任务(off-vehicletasks)例如订货拣选，并且在进行轮胎的抱死释放功能之前返回到步行码垛车的操作位置，可选地可以通过操作人员或者技术人员来改变所述延长的时间段。在步行码垛车的滑行模式操作期间使用这种延长的时间段具有以下的额外益处：减小了转向臂因释放轮胎的抱死而运动的次数，这在滑行模式期间尤为有利，原因在于，转向臂在滑行模式期间定位在与制动位置相对的操作位置，并且在操作位置中转向臂从步行码垛车突出得更远。
步行码垛车500的其余元件可以如针对步行码垛车100在上文描述的那样。
尽管已经通过参照优选实施例详细地描述了本发明，但显而易见的是各种修改方案和变型方案在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下也是可行的。

Claims (22)

1.一种用于为物料搬运车辆提供电动转向辅助的系统，所述系统包括：
传动箱；
能转向的轮，所述能转向的轮联接到所述传动箱；
转向臂，所述转向臂枢转地安装到所述传动箱，所述转向臂操作性地构造成用以通过使所述转向臂在大体水平的平面中从一侧运动到另一侧来确定所述能转向的轮的转向方向；
转向传动单元，所述转向传动单元联接到所述能转向的轮；
输入感测装置，所述输入感测装置布置成用以检测由操作人员施加到所述转向臂的转动力，其中，提供所述转动力以用于改变车辆的行进角度，所述输入感测装置包括应变测量组件，所述应变测量组件限定所述转向臂和所述转向传动单元之间的应变敏感区域；以及
控制器，所述控制器操作性地构造成用以基于来自所述输入感测装置的信号而控制所述转向传动单元以使所述能转向的轮转动。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述应变测量组件包括联接到所述转向臂的上板。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述应变测量组件还包括下板，所述下板与所述上板间隔开并且联接到车辆的传动组件的传动单元，所述传动单元联接到所述转向传动单元。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述上板和所述下板经由轴承联接在一起，从而允许在所述上板和所述下板之间进行小幅度的相对旋转运动。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述应变测量组件还包括测力传感器，所述测力传感器布置成用以输出与施加到所述转向臂的力的测量值相对应的信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述测力传感器包括弯梁型传感器，所述测力传感器的第一端部机械地联接到所述上板且第二端部机械地联接到所述下板。
7.根据权利要求6所述的系统，其中：
所述测力传感器的第一端部直接固定到所述上板的上表面；并且
所述测力传感器的第二端部联接到轴，所述轴联接到所述下板并且从所述下板延伸穿过形成于所述上板中的加大孔。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述测力传感器包括第一应变片式传感器和第二应变片式传感器，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器位于所述测力传感器的金属梁上的不同位置处，其中，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器感测因所述上板和所述下板之间的相对旋转运动而导致的所述金属梁中的挠曲。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器将感测到的所述金属梁中的挠曲的相应的应变测量信号发送到所述控制器，其中，所述控制器处理所述应变测量信号并且产生对应的送往所述转向传动单元的控制信号，以便基于由所述测力传感器检测到的力的水平而为所述转向臂提供转向辅助。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，如果由所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器发送到所述控制器的信号不是基本相同的，则所述控制器执行响应程序。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述响应程序包括以下的一种或多种：执行车辆的停止或减速动作、向操作人员发出警报、或者将转向辅助控制从所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器中的一者动态地切换到另一者。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器操作性地构造成用以基于由所述输入感测装置检测到的力的水平而改变由所述转向传动单元提供给所述转向臂的转向辅助的量值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述转向臂和所述应变测量组件之间的联接允许所述转向臂相对于所述应变测量组件的垂直枢转运动，其中，所述转向臂的这种枢转运动用于使所述转向臂运动到制动弧和操作弧中。
14.一种用于为物料搬运车辆提供电动转向辅助的系统，所述系统包括：
传动箱；
能转向的轮，所述能转向的轮联接到所述传动箱；
转向臂，所述转向臂枢转地安装到所述传动箱，所述转向臂操作性地构造成用以通过使所述转向臂在大体水平的平面中从一侧运动到另一侧来确定所述能转向的轮的转向方向；
转向传动单元，所述转向传动单元联接到所述能转向的轮；
输入感测装置，所述输入感测装置布置成检测由操作人员施加到所述转向臂的转动力，其中，提供所述转动力以用于改变车辆的行进角度，所述输入感测装置包括应变测量组件，所述应变测量组件限定所述转向臂和所述转向传动单元之间的应变敏感区域并且包括间隔开的上板和下板，其中，所述上板和所述下板联接在一起，从而允许在所述上板和所述下板之间进行小幅度的相对旋转运动；以及
控制器，所述控制器操作性地构造成用以基于来自所述输入感测装置的信号而控制所述转向传动单元以使所述能转向的轮转动，并且基于由所述输入感测装置检测到的力的水平而改变由所述转向传动单元提供给所述转向臂的转向辅助的量值。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述上板联接到所述转向臂。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，间隔开的所述下板联接到车辆的传动组件的传动单元，所述传动单元联接到所述转向传动单元。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述应变测量组件还包括测力传感器，所述测力传感器布置成用以输出与施加到所述转向臂的力的测量值相对应的信号。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述测力传感器包括弯梁型传感器，所述测力传感器的第一端部直接固定到到所述上板的上表面且第二端部联接到轴，所述轴联接到所述下板并且从所述下板延伸穿过形成于所述上板中的加大孔。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述测力传感器包括第一应变片式传感器和第二应变片式传感器，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器位于所述测力传感器的金属梁上的不同位置处，其中，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器感测因所述上板和所述下板之间的相对旋转运动而导致的所述金属梁中的挠曲。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器将感测到的所述金属梁中的挠曲的相应的应变测量信号发送到所述控制器，其中，所述控制器处理所述应变测量信号并且产生对应的送往所述转向传动单元的控制信号，以便基于由所述测力传感器检测到的力的水平而为所述转向臂提供转向辅助。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，如果由所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器发送到所述控制器的信号不是基本相同的，则所述控制器执行响应程序，所述响应程序包括以下的一种或多种：执行车辆的停止或减速动作、向操作人员发出警报、或者将转向辅助控制从所述第一应变片式传感器和第二应变片式传感器中的一者动态地切换到另一者。
22.根据权利要求14所述的系统，其中，所述转向臂和所述应变测量组件之间的联接允许所述转向臂相对于所述应变测量组件的垂直枢转运动，其中，所述转向臂的这种枢转运动用于使所述转向臂运动到制动弧和操作弧中。
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