CN110799444A - 用于自动叉车的控制系统及用于操纵这种搬运车的方法 - Google Patents

用于自动叉车的控制系统及用于操纵这种搬运车的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制叉车的系统，其包括：‑人为控制装置，其生成用于车辆致动器的手动驾驶信号，这些装置包括液压转向单元；‑控制模块(1)，其包括自动控制子模块，所述自动控制子模块根据控制信号生成用于一个或更多个车辆致动器的自动驾驶信号；‑切换模块(2)，其设计为选择一个或更多个手动驾驶信号和/或一个或更多个自动驾驶信号；‑电动液压阀，其能够将来自自动控制模块的驾驶信号转换为用于液压转向单元的信号；所述系统的特征在于，其进一步包括电动液压阀的伺服控制器，所述伺服控制器包括：比例积分控制器、双位置控制器以及用于根据叉车的速度阈值来启用比例积分控制器或双位置控制器的装置。

Description

用于自动叉车的控制系统及用于操纵这种搬运车的方法
技术领域
本发明涉及一种用于自动叉车的控制系统及用于操纵这种搬运车的方法。更准确地，本发明涉及一种用于通常以手动模式操作的叉车的控制系统。
背景技术
手动的铲车设计为由具有合格执照的搬运车驾驶员来驾驶。实际上，这种车辆及其各种附属装置的驾驶和操纵需要专门的培训。以这种方式，驾驶员学会了如何操纵车辆、如何使用用于设备运输的货叉，以及如何遵守与驾驶员作业的环境有关的所有安全规则。
为了弥补这些缺点，市场上出现了完全自动的铲车。这些用于完全自动地运输货物的搬运车相对昂贵，并且仅提供了在自动模式下使用的可能性，这导致其限制于特定用途。
通过申请WO 2013/150244还了解到通常以手动模式操作并且调适为允许自动模式的第二操作模式的车辆。以这种方式，可以实现多种服务，例如，代客泊车服务、泊车服务等。然而，该文献仅涉及乘用车辆，而没有考虑叉车的独特特征或诸如工厂的作业环境。
另外，铲车具有装备有液压转向系统的独特特征，使得能够直接通过方向盘操纵车轮的转动。因此，在铲车的自动操作的范围内，考虑到这个方面也是明智的。
本发明旨在提出一种能够符合上述要素的用于铲车的控制系统。作为前言，在此规定本文中将不加区别地以相同的含义使用术语“搬运车”、“铲车”和“叉车”。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于铲车的控制系统，其包括：
-人为控制装置，其生成用于车辆的致动器的手动操纵信号，所述装置包括液压转向系统；
-用于检测车辆的环境的模块；
-导航模块，其能够根据接收到的指令生成操纵设定值信号；
-控制模块，其包括自动控制子模块，所述自动控制子模块根据设定值信号以及来自检测模块的信息生成用于车辆的一个或更多个致动器的自动操纵信号；
-辅助控制模块，其根据手动操纵信号以及来自检测模块的信息和/或操纵设定值信号来生成校正后的手动操纵信号；
-切换模块，其设计为选择一个或更多个手动操纵信号和/或校正后的手动操纵信号和/或一个或更多个自动操纵信号；
-电动液压阀，其能够将来自自动控制模块的操纵信号转换为用于液压转向系统的信号，
所述系统的特征在于，其还包括电动液压阀的伺服控制器，所述伺服控制器包括：比例积分控制器、全开/全关(tout-ou-rien)控制器以及用于根据铲车的速度阈值来启用比例积分控制器和全开/全关控制器中的一个或另一个的装置。
使用两个不同的控制器的目的是通过尽可能地预期控制来将伺服空闲时间减少到最小。
实际上，这些控制器中的每一个都有优点和缺点，因此，使用两个不同的控制器的目的是通过利用以下两种类型的控制器来优化调节：
-比例积分控制器能够更加精确地执行调节，但是相对较慢，因此无法在超过特定速度阈值的情况下使用。实际上，比例积分控制器会引起延迟时间，因此能够消除这种延迟是一个优势。
-另一方面，全开/全关控制器可提供更高的反应速度，使其成为高速调节的良好工具。
此外，根据搬运车的速度阈值在比例积分(PI)控制器和全开/全关(ON/OFF)控制器之间进行选择。在优选的示例中：
-在低速时(例如，低于2m/s的阈值)，选择比例积分(PI)控制器：优先选择调节精度，增益适合于在这个速度范围内良好运行；
-在高速时(例如，高于2m/s的阈值)，选择全开/全关(ON/OFF)控制器：优先选择对符号变化的反应速度；通过将控制回路的延迟时间减小至最小，使得能够在高速时获得更好的伺服精度。
在优选的实施方案中，根据本发明的系统还包括：
-用于检测车辆的环境的模块；
-导航模块，其能够根据接收到的指令生成操纵设定值信号；
其中：
-控制模块包括辅助控制子模块，所述辅助控制子模块根据手动操纵信号以及来自检测模块的信息和/或操纵设定值信号来生成校正后的手动操纵信号；并且
切换模块还设计为选择校正后的手动信号。
本发明还涉及设置有根据本发明的控制系统的铲车。因此，以下将描述的所有特征都可能涉及单独的控制系统或设置有该控制系统的搬运车。
在优选的实施方案中，切换模块根据以下四种操作模式选择操纵信号：
-手动模式，其中，仅选择手动信号；
-完全自动模式，其中，仅选择自动信号；
-具有辅助安全性的手动模式，其中，选择通过来自检测模块的信息而校正的手动操纵信号；
-具有辅助导航的手动模式，其中，选择通过操纵设定值信号而校正的手动操纵信号。
该切换模块有利地通过安装在铲车中的选择器来致动。以这种方式，即使在操作员可能希望自己驾驶搬运车的情况下，根据本发明的控制系统也能够利用为了搬运车的自动化而安装的设备，以提供驾驶辅助并且以这种方式促进操作员的工作并提高搬运车移位的安全性。
在优选的实施方案中，切换模块还能够选择这样一种维护模式：在该维护模式中，除人为控制装置外，控制系统的所有元件都被停用(具体为通过物理断开)。例如，这使得手动铲车的原始制造商能够介入维护操作，而不会受到控制系统附加元件的妨碍。
在另一个优选的实施方案中，导航模块包括以下一个或更多个元件：
-地理定位装置，其能够实时获知铲车的位置；
-处于发送模式的电信装置，例如，其能够将地理位置信息发送到总管理系统，使得监管者能够随时了解工厂中各个搬运车的位置。
-处于接收模式的电信装置，其能够接收与要行驶的轨迹有关的设定值，或者要执行的动作，例如，在A点取到材料以随后在B点卸下材料的动作。基于这些接收到的元素，导航模块于是能够生成操纵设定值信号。这些设定值信号有利地包括以下设定值中的一个或更多个设定值：速度的设定值、搬运车车轮的旋转角度的设定值、货叉的升高的设定值、货叉的倾斜角的设定值、货叉的间距的设定值。
如先前指出的，根据由导航模块确定的这些设定值信号来确定将要实际传输到致动器的操纵信号，但是还要考虑到来自检测模块的其他参数。
以这种方式，在第一实施方案中，环境检测模块包括货叉管理子模块，其包括：
-用于检测货叉上是否存在负载的传感器；
-货叉位置传感器。
操纵信号将根据货叉的状态(升高或降低，满载或空载)而变化。例如，货叉载有货物的铲车实际上无法与空载的搬运车以相同的速度来回移动。同样，货叉处于较高位置的铲车无法与货叉处于较低位置的搬运车以相同的速度来回移动或采用相同的角度。然后，这些来自检测模块的元素能够对设定值信号进行校正，以使设定值信号与搬运车环境的安全要求兼容。
在另一个实施方案中，货叉管理子模块包括用于检测货叉负载的水平不一致并且在不一致的情况下发出停车信号的装置。实际上，如果货叉管理子模块检测到装载在货叉上的物体掉落或这些物体偏离中心，则必须立即停止搬运车的移动，以避免发生事故。在这种情况下，进而将停车信号传输到控制模块，使得控制模块生成相应的操纵信号，即紧急停车操纵信号。
在另一个实施方案中，环境检测模块包括用于检测保护区域的子模块，该子模块包括至少一个激光器，该激光器能够检测车辆周围区域中是否存在障碍物。
实际上，铲车在工厂或存储仓库等受限环境中作业，因此必须考虑各种障碍物(材料或人员)，以避免任何可能损坏设备并危及在搬运车环境中工作的操作员的碰撞。然后，这些元素如前所述能够校正设定值信号，从而将环境考虑在内。
同样，人为控制装置是通常安装在商用铲车中的装置，人为控制装置包括在包含以下各项的组合中：加速踏板，制动踏板，方向盘，车辆行驶方向选择器，用于控制货叉的升高、倾斜度和间距的操纵杆。
得益于该控制系统的全部元件，根据本发明的铲车能够在不平整或不平坦的地面上移动，速度可达4m/s，而对托盘和卷盘的运输没有任何问题。实际上，借助于环境检测模块，安全系统的存在使速度得以提高，而对搬运车的周围环境没有任何风险，因为我们知道在出现问题的情况下，安全系统将开始运行。因此，由于能够在不对搬运车的基本结构进行实质性修改的情况下添加元件，所以这种搬运车可以在保证工厂或仓库安全性的同时提高生产率，并且以合理的成本实现。
通常，刚刚以模块形式描述的所有功能可以以不同的方式物理分布，并且由共享或单独的电子装置进行管理。
附图说明
本发明的其他目的和优点在以下优选的但非限制性的实施方案的描述中将变得清楚，该实施方案通过随附的附图进行说明，其中：
图1示出根据本发明的控制系统的框图；
图2使得根据本发明的系统的切换模块的操作能够得到详细解释。
具体实施方式
图1示出了控制模块1，该控制模块1包括一组电子电路，所述电子电路能够生成自动操纵信号或校正后的手动操纵信号。
以这种方式生成的操纵信号传输到切换模块2，该切换模块2选择实际上要传输到车辆的致动器的信号。将借助于图2来详细描述该切换模块。
控制模块1在其输入端接收来自导航模块3的设定值信号。具体地，这些设定值信号包括搬运车的速度信号和转向角信号，该转向角信号转换为方向盘的致动信号。设定值信号还包括货叉的管理信号，具体是货叉的高度、倾斜度和间距的管理信号。
导航模块3包括地理定位装置，并且还包括存储器，在该存储器中存储搬运车打算进行作业的位置(例如，工厂或仓库)的地图。地图能够从外部信息源直接加载到存储器中，但是也能够由导航模块通过在搬运车在要绘制地图的位置的第一次位移过程中学习来直接地建立地图。
另外，导航模块包括用于接收(例如，通过Wi-Fi)来自远程服务器的数据的装置。这些接收到的数据对应于搬运车要执行的任务，并且包括例如，识别要遵循的路线、或者要装载和卸载的货物。为此，导航模块3还接收来自检测模块4的信息。例如，该检测模块能够通知导航模块关于搬运车的环境中是否存在障碍物或关于货叉的位置。
该检测模块4还直接与控制模块1通信，例如以根据外部参数校正操纵设定值，所述外部参数可能没有被导航模块考虑到，并且可能涉及搬运车或操作员的安全。
控制模块1还从一组传感器5接收信息，例如从能够检测到关于负载的异常的传感器接收信息。当接收到这种信息时，就可以启用搬运车的紧急停车的程序。该紧急程序包括例如，连续作用于铲车上最初存在的紧急停车按钮，从而导致切断搬运车的电源，并且通过释放多片制动器上的压力导致搬运车停车。以这种方式，紧急程序的作用就如同操作员按下紧急按钮一样。
现在，我们将借助图2详细描述切换模块。该切换模块连接到搬运车11的电气接口10。该接口是一个搬运车11中原始存在的接口，并且该接口链接到搬运车中原始存在的所有致动器和传感器。
切换模块链接到搬运车上安装的选择器，使得能够选择操作模式。
切换模块包括一组开关12a、12b、12c等，所述开关使得能够在直接来自人为控制装置的信号与来自控制模块1的信号之间进行切换。
能够看到用于搬运车的操纵杆13a的开关，该操纵杆13a使得能够选择搬运车的行驶方向并且还可以在手动模式下操纵货叉的操作。
还能够看到用于制动踏板13b的开关、用于加速踏板13c的开关以及用于方向盘13e的开关。
因为用于转向角的电气操纵信号必须转换为液压信号并且通过液压连接的方式直接传输到搬运车11，所以在该图中应当注意到方向盘的情况是特殊的。为此，根据本发明的控制系统有利地包括液压阀，该液压阀能够实现信号的转换。
根据借助于安装在车辆中的选择器所选择的操作模式，可以通过以下方式启用或停用这些元件中的一个或更多个：
手动模式下的切换模块：
-控制模块：停用
-导航模块：停用
-检测模块：停用
-紧急停车程序：启用
-在这种情况下，切换模块将选择直接来自人为控制装置的信号，以将其传输到电气接口10。因此，开关将处于图2所示的位置。
具有辅助安全性的手动模式下的切换模块：
-控制模块：启用
-导航模块：停用
-检测模块：启用
-紧急停车程序：启用
-在这种情况下，切换模块将选择根据来自检测模块的信息校正后的手动信号。因此，开关将处于图2所示的位置。
具有辅助导航的手动模式下的切换模块：
-控制模块：启用
-导航模块：启用
-检测模块：停用
-紧急停车程序：启用
-在这种情况下，切换模块将选择根据来自导航模块的信息校正后的手动信号。因此，开关将处于图2所示的位置。
完全自动模式
-控制模块：启用
-导航模块：启用
-检测模块：启用
-紧急停车程序：启用
-在这种情况下，切换模块将选择来自控制模块1的自动信号。
通过阅读本说明书，应当注意的是，因为附加模块将容易与现有的电气架构和电子架构连接，所以根据本发明的系统非常容易安装在现有的铲车中。另外，这种控制系统有利地利用了搬运车中已经存在的传感器、按钮、选择器等，从而进一步降低了因装配现有的搬运车而产生的成本。
大体上，根据本发明的系统使得能够容易地且以合理的成本将手动的铲车转换为自动的铲车，同时遵守由于这种搬运车需要作业的特定环境而带来的安全性约束。

Claims (13)

1.一种用于铲车的控制系统，其包括：
-人为控制装置，其生成用于车辆的致动器的手动操纵信号，所述装置包括液压转向系统；
-控制模块(1)，其包括自动控制子模块，所述自动控制子模块根据设定值信号生成用于车辆的一个或更多个致动器的自动操纵信号；
-切换模块(2)，其设计为选择一个或更多个手动操纵信号和/或一个或更多个自动操纵信号；
-电动液压阀，其能够将来自自动控制模块的操纵信号转换为用于液压转向系统的信号；
所述系统的特征在于，其还包括电动液压阀的伺服控制器，所述伺服控制器包括比例积分控制器、全开/全关控制器以及用于根据铲车的速度阈值来启用比例积分控制器和全开/全关控制器中的一个或另一个的装置。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述速度阈值固定在2m/s。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其还包括：
-用于检测车辆的环境的模块(4)；
-导航模块(3)，其能够根据接收到的指令而生成操纵设定值信号；
其中：
-所述控制模块包括辅助控制子模块，所述辅助控制子模块根据手动操纵信号以及来自检测模块的信息和/或操纵设定值信号来生成校正后的手动操纵信号；
-所述切换模块还设计为选择校正后的手动信号。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述切换模块根据以下四种操作模式选择操纵信号：
-手动模式，其中，仅选择手动信号；
-完全自动模式，其中，仅选择自动信号；
-具有辅助安全性的手动模式，其中，选择通过来自检测模块的信息而校正的手动操纵信号；
-具有辅助导航的手动模式，其中，选择通过操纵设定值信号而校正的手动操纵信号。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述切换模块还使得能够选择维护模式，在所述维护模式中，控制系统的所有元件除人为控制装置之外均被停用。
6.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，导航模块包括用于与远程计算机进行远程通信的装置。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述导航模块还包括地理定位装置。
8.根据权利要求4或5所述的控制系统，其中，所述操纵设定值信号包括：速度的设定值、搬运车车轮的旋转角度的设定值、货叉的升高的设定值、货叉的倾斜角的设定值、货叉的间距的设定值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，环境检测模块包括货叉管理子模块，所述货叉管理子模块包括：
-用于检测货叉上是否存在负载的传感器；
-货叉位置传感器。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述货叉管理子模块包括：用于检测货叉负载的水平不一致并且在不一致的情况下发出停车信号的装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，环境检测模块包括用于检测保护区域的子模块，所述用于检测保护区域的子模块包括至少一个激光器，所述激光器能够检测车辆周围区域中是否存在障碍物。
12.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中，所述人为控制装置包括在包含以下项的组合中：加速踏板，制动踏板，方向盘，车辆行驶方向选择器，用于控制货叉的升高、倾斜度和间距的操纵杆。
13.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的控制系统的铲车。
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