CN110921573A - 伸缩臂叉车悬臂延伸监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及伸缩臂叉车悬臂延伸监测系统。提供了一种悬臂延伸监测系统，该悬臂延伸监测系统使用传感器的组合来确定悬臂的绝对位置和相对位置。当悬臂延伸或缩回时，该监测系统可以将悬臂的绝对位置确定为相对距离处的绝对之和。根据本文描述的各种实施方式，这些距离可以通过栅格、低分辨率传感器、高分辨率传感器、计数器、处理器和其他部件的组合来获得。还描述了用于通过监测单个梁元素的延伸来获得多个伸缩梁的总悬臂延伸的过程。

Description

伸缩臂叉车悬臂延伸监测系统
技术领域
本发明大体上涉及起重机和伸缩臂叉车的领域。本发明特别涉及监测伸缩臂叉车悬臂的延伸的系统。监测伸缩臂叉车悬臂的延伸确保了悬臂在悬臂延伸时可以支承负载，通常增加支承负载的反作用力矩。
背景技术
操作者在包括耕作和建设的各种任务中使用许多类型的重型装备(装载机、滑移装载机、悬臂操纵器等)。许多这样的车辆操作悬臂延伸器，例如，采用液压致动器将梁从悬臂操纵器进行延伸。在具有提升臂的车辆中，当一个或更多个可移动梁沿着悬臂的纵轴延伸时，固定梁支承该一个或更多个可移动梁。
发明内容
本发明的一个实施方式涉及一种悬臂延伸监测系统。该悬臂延伸监测系统包括：可旋转梁；可移动梁，其被可滑动地支承以沿着相对于可旋转梁的纵轴移动；以及致动器，其耦接在可旋转梁与可移动梁之间。金属栅格形成沿着可旋转梁或可移动梁的一系列等间隔的构造。每个构造与相邻构造隔开预定距离。金属栅格包括指示每个范围的开始和结束的目标构造。金属栅格图案还包括二进制数图案。耦接至可旋转梁或可移动梁的低分辨率传感器确定与金属栅格上的二进制数图案相关联的二进制数。二进制数指示每个范围的绝对位置。耦接至可旋转梁或可移动梁的高分辨率传感器将在范围上梁延伸的相对距离确定为距相邻目标构造的距离。可移动梁的物理延伸是绝对位置与距目标构造的相对距离相加之和。
本发明的另一实施方式涉及一种悬臂延伸监测系统，该悬臂延伸监测系统包括可旋转梁和可移动梁。可移动梁被可滑动地支承以相对于可旋转梁移动。可移动梁被划分成一系列等距范围，每个范围包括目标构造和范围距离。耦接至可旋转梁或可移动梁的栅格构造形成每个范围的目标构造。计数器被配置成在可移动梁的延伸期间对目标构造的数目进行计数。高分辨率传感器被配置成在可移动梁在范围上延伸时确定距相邻目标构造的距离。非易失性存储器存储所计数的目标构造的数目和范围距离。处理器将总的梁延伸计算为目标构造的数目乘以范围距离再加上由高分辨率传感器测量的距相邻目标构造的距离的函数。
本发明的另一实施方式涉及一种悬臂延伸监测系统，该悬臂延伸监测系统包括可旋转梁、可移动梁、含铁涂料构造、计数器、高分辨率传感器和处理器。可移动梁被可滑动地支承以沿着可旋转梁的纵轴移动。含铁涂料构造被设置在可旋转梁或可移动梁上。含铁涂料构造形成一系列等间隔的范围，每个范围包括目标构造。计数器在可移动梁的延伸期间对对应于每个范围的目标构造的数目进行计数，并且计算绝对位置。当梁在每个范围上延伸时，高分辨率传感器确定距相邻目标构造的相对距离。处理器将总的梁延伸确定为由计数器确定的绝对位置加上由高分辨率传感器测量的相对距离的函数。
本发明的另一实施方式涉及一种用于伸缩悬臂的悬臂长度监测系统，该伸缩悬臂至少具有在第一端处能够枢转的枢转梁部以及相对于枢转梁部并且沿着枢转梁部的纵轴伸缩的第一伸缩梁部。伸缩梁包括与第一端相对的第一末端。金属栅格被应用于枢转梁部和伸缩梁部中的一个。栅格包括多个唯一且等间隔的构造和识别每个等间隔构造的唯一位置的间隔构造的图案。低分辨率传感器阵列被应用于枢转梁部和伸缩梁部中的另一个。低分辨率传感器阵列与间隔结构相互作用以生成表示间隔构造中的每一个的第一信号。高分辨率传感器被应用于枢转梁部和伸缩梁部中的另一个以生成表示间隔构造内的位置的第二信号。监测电路耦接至传感器以生成表示伸缩梁部相对于枢转梁部的位置的位移信号。
替选示例性实施方式涉及其他特征和可以在权利要求中一般阐述的特征的组合。
附图说明
根据以下结合附图给出的详细描述，将更全面地理解本申请，其中，相同的附图标记指代相同的元件，在附图中：
图1示出了根据示例性实施方式的具有用于监测悬臂延伸的系统的伸缩臂叉车悬臂。
图2是包括一系列低分辨率传感器、高分辨率传感器和栅格图案的伸缩臂叉车悬臂的延伸的监测系统的详细视图。
图3A是根据一个实施方式的高分辨率电感式传感器的俯视图。
图3B是根据一个实施方式的高分辨率电感式传感器的侧视图。
图3C是根据一个实施方式的高分辨率电感式传感器的仰视图。
图4是根据一个实施方式的金属栅格的详细视图。
图5是根据一个实施方式的重复栅格的详细视图。
图6是监测系统的电路图。
图7示出了根据一个实施方式的用于测量伸缩臂叉车悬臂延伸的激光器系统。
图8是根据一个实施方式的监测系统的方法图。
具体实施方式
大体上参照附图，示出了用于监测伸缩臂叉车悬臂的系统的各种实施方式。虽然在本申请中通常被称为伸缩臂叉车悬臂，但是应当理解，本说明书中的悬臂包括若干种不同的机器，例如伸缩臂叉装车、伸缩臂叉车、传送机、悬臂提升机、升降机、伸缩缸、起重机、铰接悬臂、正面吊运机、起重臂、桁架、车载升降台和/或能够伸缩铰接的任何机器。伸缩臂叉车机器可以使用从固定装备延伸的支腿或稳定器，并且增加伸缩臂叉车的提升能力。安装在梁(例如，第一或最后梁)之间的旋转接头可以使移动起重机在末端处旋转。这种配置通常被称为“旋转”机器或“旋转”伸缩臂叉车悬臂。这些旋转伸缩臂叉车是伸缩臂叉车和小型可旋转起重机的混合组合。
伸缩臂叉车悬臂延伸可以包括一个或更多个梁，其被围绕彼此同轴地定位，使得梁沿其纵轴伸缩。多个同轴梁的使用使得臂的总延伸增加，因为每个梁沿着纵轴延伸相等的距离。许多悬臂延伸器沿着纵轴以相同的比率(rate)部署多个梁，从而增加悬臂伸缩臂叉车的总延伸。因此，对第一可移动梁进行监测的能力使得监测系统能够计算伸缩臂叉车的总延伸，因为每个梁均等地延伸。因此，总延伸仅仅是第一延伸梁的测量距离乘以所延伸的梁的数目的乘积。
伸缩臂叉车悬臂增强访问远处部件(例如，负载)的能力。这种能力也存在限制。承载负载的延伸悬臂可以产生显著的力矩(力乘以距离)。伸缩臂叉车可以使用配重来支承力矩，但是悬臂的增加的延伸会限制悬臂可以支承的负载。这种杠杆作用可以导致伸缩臂叉车变得不稳定。伸缩臂叉车通常采用配重(例如，在伸缩臂叉车的后部)以在悬臂延伸时稳定悬臂。
然而，伸缩臂叉车的提升能力按照工作半径的逆积来减小。工作半径是从负载的重心(CG)至伸缩臂叉车悬臂的CG的距离。随着工作半径的增加，伸缩臂叉车支承负载的能力迅速降低。因此，伸缩臂叉车的延伸部是受益于操作期间的仔细监测的关键部件。除了悬臂延伸部之外，伸缩臂叉车的重量、角度和高度也可以影响伸缩臂叉车可以安全运输的负载。因此，伸缩臂叉车准确地测量悬臂的延伸距离以向操作者通知安全操作和/或利用具有传感器的计算机来监测延伸是可取的。例如，如果悬臂延伸超过安全操作工作半径，则计算机可以警告操作者并且/或者关停伸缩臂叉车的操作。
图1示出了用于监测伸缩臂叉车悬臂车辆102的延伸的系统100。系统100包括伸缩臂叉车悬臂车辆102(例如，通常称为“伸缩臂叉车102”)。伸缩臂叉车102包括重心(CG)104和固定但可旋转的第一梁106。例如，梁106可以绕枢轴122旋转。伸缩臂叉车102包括同轴地位于第一梁106内的第二梁108，以及位于第一梁106和第二梁108内的第三梁110。当伸缩臂叉车悬臂112完全缩回时，仅可见第二梁108和第三梁110的端部。悬臂112包括第一梁106、第二梁108和第三梁110的组合。致动装置可以将第一梁106耦接至枢转悬臂部以使梁106绕枢轴122旋转。致动器可以一致地延伸伸缩悬臂部中的第二梁108和第三梁110以将可滑动支承的梁部相对于彼此一致地延伸。例如，致动器可以耦接在可旋转梁106与可移动梁108之间，可移动梁108由可旋转梁106可滑动地支承以沿着纵轴相对于可旋转梁106移动。
悬臂112是可伸缩的，因为其包括在悬臂内的多个同轴地定位的梁。当每个梁位于其相对于其他梁的最大延伸时伸缩臂叉车112完全延伸。每个梁可以部分地延伸/缩回或完全延伸/缩回，只要每个同轴梁均等地延伸即可。如图1所示，梁108和110完全缩回。
在优选实施方式中，伸缩臂叉车悬臂112可以包括栅格114。栅格114可以包括用作用于由附接至传感部件116的一个或更多个传感器进行的测量的目标构造214的任何材料。目标构造214指示每个范围的开始并且提供用于传感器(例如，附接至传感部件116的传感器)的测量的手段。栅格114可以是被切割以形成目标构造和范围构造的金属片。目标构造和/或范围构造的边缘可以包括热影响表面，例如，如由激光切割器生成的。金属栅格114可以包括形成在枢转梁部或伸缩梁部中之一的表面上的凸起金属部分。栅格114可以固定至枢转梁部或伸缩梁部中的任何一个。
栅格114可以是光学的并且包括用于摄像机或激光器的反射元件。栅格114可以是附接至一个或更多个梁的金属栅格114，或者栅格114可以是非金属栅格114。栅格114可以是用于与电感式传感器212一起使用的含铁或非含铁涂染栅格114。例如，栅格114可以包括被激光切割并焊接至梁106、108和/或110的侧的含铁片。栅格114可以使用3D打印机来打印并且被附接、打印和/或涂染到伸缩臂叉车悬臂112的部件上。可以将金属栅格焊接、成形、胶合、焊接或以其他方式固定至梁。替选地，涂料层可以包括含铁成分以在涂料内构建含铁栅格114。如本文所述，电感式传感器212确定距含铁栅格114的距离，但是使用相关联的传感器来创建栅格114的其他方法。
传感部件116可以附接至与栅格114的放置相对的固定和/或可旋转梁(例如，梁106)或可移动梁(例如，梁108)。传感部件116可以包括当延伸或缩回悬臂时横穿栅格114的成群组的一个或更多个传感器。传感部件116可以包括高分辨率传感器和/或低分辨率传感器两者。例如，包括若干低分辨率传感器的传感部件116可以确定与延伸范围的数目相关联的二进制数。高分辨率传感器可以感测距目标构造位置在范围上的移动量。
例如，多个目标构造上的绝对延伸是栅格114上每个目标构造的长度乘以目标构造数目。绝对延伸具有等于范围的大小的低分辨率。因此，绝对延伸直到低分辨率传感器经过另一目标构造(例如，进入新范围)才改变。高分辨率传感器可以以更高的分辨率和精度确定范围内的距目标构造的距离。高分辨率传感器可能无法进行大的测量，但是可以重复进行距目标构造的精确测量。为了获得更好的悬臂延伸分辨率，处理器将低分辨率“绝对距离”与高分辨率“相对距离”相结合。相对距离包括在目标构造之间并且在范围内延伸的任何距离。因此，总延伸是由低分辨率传感器确定的绝对距离加上由高分辨率传感器确定的相对距离。
图2示出了可以与图1中示出并描述的传感部件116相同或相似的传感部件200的详细视图。在优选实施方式中，传感部件200包括用于确定与传感器的绝对位置相关联的二进制码的一系列低分辨率传感器。低分辨率传感器包括传感器202、204、206、208和210。传感部件200还包括用于确定传感器212至栅格114上的上一(例如，最近)目标构造214的相对距离的高分辨率传感器212。
一系列低分辨率传感器202、204、206、208和210可以以二进制格式对延伸范围的数目进行编码。传感部件200可以使第一低分辨率传感器202与第二低分辨率传感器204的分离最大化。传感部件200可以类似地将第二低分辨率传感器204与第三低分辨率传感器206分离，并且将第三低分辨率传感器206与第四低分辨率传感器208分离，该第四低分辨率传感器208与第五低分辨率传感器210分离。这种配置使低分辨率传感器之间的分离最大化，并且确保来自每个低分辨率传感器的信号不对相邻位置处的信号产生不利影响(例如，热或其他干扰)。尽管系统可以对栅格114上的每个目标构造214位置使用二进制计数器，但是二进制计数器可以包括格雷码(Gray code)，使得每目标构造214区域仅改变一位并且进一步使来自相邻低分辨率传感器的干扰最小化。因此，低分辨率传感器是以确保在每个目标构造214处被更新的精确绝对距离测量的配置来布置的二元(开/关)传感器。
高分辨率传感器212可以测量传感部件200与栅格114上的目标构造214的相对距离。栅格114可以包括一系列彼此等距的可重复目标构造214，其限定范围(例如，从一个目标至另一目标的距离是一个范围)。高分辨率传感器212指示距最近的目标构造214的延伸距离。因此，总延伸是以从低分辨率传感器获得的二进制数编码的绝对距离与由高分辨率传感器212测量的相对距离相加之和。
参照图1和图2，用于伸缩悬臂112的悬臂长度监测系统100可以具有可绕枢轴122旋转的第一梁106(梁106绕枢轴122旋转)。枢转梁106可以绕在梁106的第一端处的枢轴122旋转，并且包括第一伸缩梁部(例如，在梁106的另一端处)。梁106和梁108的伸缩悬臂112部可以相对于第一梁106的纵轴并且沿着第一梁106的纵轴伸缩。伸缩悬臂112包括可旋转梁106，其具有靠近梁108的第一末端。悬臂112的伸缩部可以与枢轴122相对。
在一些实施方式中，传感部件200通过一个或更多个连接器216连接至可旋转梁106，并且金属栅格114连接至可移动梁108。在一些实施方式中，连接器216连接至可移动梁108，并且栅格114连接至可旋转梁106。返回参照图1，随着第二可移动梁108的延伸，第三可移动梁110延伸相同的距离。因此，将由传感部件200计算的总延伸距离(绝对距离加上相对距离)加倍以确定悬臂112的总延伸。当悬臂包括第三或第四同轴梁时，产生类似的结果。因此，第一延伸梁的测量可以将悬臂的总延伸确定为由第一梁测量并且乘以相等延伸梁的数目的距离。
图3示出了高分辨率电感传感器300的一个实施方式的详细视图。图3A中所示的仰视图示出了在至目标构造214的最大可测量距离处下降到0V/4mA信号的在目标构造214位置处或其附近为10V/20mA的电感测量。参照图1至图3，例如，假设最大可测量距离是120mm。由于高分辨率电感传感器300仅可以感测120mm的相对测量，因此目标构造214每120mm在金属栅格114上重复。倍加福(Pepperl-Fuchs)制造了一种使用来自含铁目标构造214的感应电压或电流并且确定距含铁目标构造214的距离的电感式定位系统。倍加福型号PMI120-F90-IU-V1具有0至120mm的测量范围并且具有±0.1mm的精度(accuracy)。类似的传感器(电感式或其他方式)可以具有不同的范围和/或精度，并且可以如本文所述那样使用。
当五位(five bits)对低分辨率传感器进行编码，并且高分辨率电感式定位传感器与每120mm的重复目标构造214一起使用时，系统可以以达到±0.1mm精度感测从0至3,840mm(25位×120mm)的延伸范围。换句话说，该系统可以以±0.1mm的精度检测悬臂112从0m至3.84m(12.6’)的延伸。系统100可以添加额外的梁并且以±0.2mm的精度检测从0m至7.68m(25.2’)的针对第一附加梁的总悬臂112延伸。在具有第三梁的情况下，系统100可以检测从0m至11.52m(37.8’)的悬臂112延伸。系统100可以检测从0m至15.36m(50.4’)的第四梁的悬臂112延伸。在所有这些配置中，系统100仅对第一可移动梁进行一次测量，并且所测量的延伸的精度保持小于±0.4mm(例如，针对四个延伸梁)。
图3B示出了高分辨率电感式传感器300的侧视图。高分辨率电感式传感器300包括用于实时(作为缩放电压)传送相对距离的电连接。传感器尺寸以mm表示，表明了传感器可以沿着伸缩臂叉车悬臂112的同轴梁(例如，第一梁106和第二梁108)安装。图3C示出了电连接器的顶视图并且包括两个接入点以将高分辨率电感式传感器300附接至传感部件116。可以使用其他电感式传感器来确定距目标构造214位置的距离。
参照图1至图3，高分辨率传感器212(例如，电感式传感器300)可以具有1cm、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm(120mm)、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm或20cm的范围。栅格114可以具有与传感器的范围等间隔的目标构造214。高分辨率传感器212的测量范围可以确定栅格114图案。具体地，栅格图案的范围不应超过高分辨率传感器212(例如，电感式传感器300)的测量范围。栅格114目标构造214应当以所选择的电感式传感器的测量范围进行重复。传感器的选择仅受金属栅格114上的目标构造214距离和期望精度的限制。
图4示出了根据优选实施方式的金属栅格图案400。金属栅格400可以被切割并且焊接至可移动梁或固定梁上。这样的切割和焊接的金属栅格400可以包括向低分辨率传感器指示延伸范围的数目的二进制数图案。在各种实施方式中，金属栅格可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm厚。
参照图4，金属栅格400被布置成具有指示可重复的范围404的数目的一系列可重复的目标构造402。每个范围404具有使得高分辨率传感器(例如，传感器212)能够在传感器212沿着范围404行进时跟踪传感器212的相对距离的目标构造位置402。例如，传感器212根据目标构造402进行的电感式测量可以给出传感器212在该范围404上移动的距离的精确测量。使用一系列可重复目标构造402和范围404提高了系统的精度，因为传感器212一直在测量至最近目标构造402的相对距离。在图4所示的实施方式中，每个范围404具有可重复的目标构造402和跨范围404的距离。为了确定悬臂的总延伸，金属栅格400指示包括横穿的范围404的数目和每个范围404的距离的绝对测量。处理器将由金属栅格400指示的绝对距离与根据高分辨率传感器212计算的相对距离相加。
低分辨率传感器可以确定与二进制数图案相关联的数。基于延伸目标构造的数目，二进制数指示每个范围的绝对位置。低分辨率传感器阵列可以与间隔开的二进制构造相互作用以生成表示间隔开的构造中的每一个的二进制信号。
范围包括共同地将唯一的二进制数分配给范围404的一系列二进制码406。范围404a示出了二进制码00000，因为二进制码406全部为空。相比之下，范围404b示出了与范围404c类似地不同的不同二进制码。如图4所示，二进制码406可以是使系统能够在每个范围处仅检测到一个变化并且指示新的唯一二进制数的格雷码。格雷码图案允许栅格400对二进制数(例如，00000、00001、00010、00011等)进行编码，而在每个范围404处仅改变一个值。例如，在布尔二进制中，数字7编码为00111，并且数字8编码为01000。因此，从范围7改变为范围8将需要布尔二进制系统改变四位。
考虑到机械公差的限制，同时精确地感测全部四个位的变化的系统会变得昂贵。因此，格雷码用于将灰度二进制码406的二进制位转换为每一范围404的单个改变位。然后，格雷码被转换为表示所横穿的范围404的绝对数目的二进制数。因此，二进制数表示梁直到最后目标构造402的延伸距离。二进制图案406将绝对距离(例如，布尔值、格雷码或其他二进制码)确定为范围的数目乘以每个范围的距离。
高分辨率传感器可以将在范围上的梁延伸的相对距离确定为距相邻(例如，最近)目标构造的距离。除了由低分辨率传感器接收的二进制码之外，高分辨率传感器还生成第二信号。由高分辨率传感器接收的第二信号表示间隔构造内的位置(例如，距目标构造的距离或范围)。从目标构造402延伸的相对距离由高分辨率传感器212确定，并且测量从目标构造402起在范围404上的延伸。
例如，当传感器212在范围404a上横穿时，经编码的二进制图案406显示绝对距离为0，但是传感器感测的相对距离可以从0变化到范围的最大距离(例如，120mm)。此时，新目标构造402和范围(例如，范围404b)开始并且二进制图案406改变以对等于一个范围的绝对距离进行编码。当传感器在范围404b上移动时，一个范围的绝对距离保持恒定，但是传感器212感测的相对范围从0变化至范围404的最大距离。再次，当传感器进入第三范围404c时，绝对距离变为两个范围404并且相对距离如由高分辨率传感器212感测的那样从0变化到完整范围404。以这种方式，悬臂的总延伸是由传感器212距目标构造402的距离确定的相对距离与以二进制图案406编码的绝对距离相加之和。高分辨率电感式传感器可以具有120mm的范围并且接收缩放电压，该缩放电压确定在120mm范围内的达到±0.1mm内的精度的至含铁金属目标构造的距离。
高分辨率传感器可以包括涡流电感式传感器、LVDT电压电感式传感器、电容式位移传感器、激光传感器、共焦传感器、声学传感器和/或磁感应传感器。在一些实施方式中，高分辨率传感器具有至少8cm的范围和/或至少为±0.05mm的精度。在一些实施方式中，传感器具有至少10cm的测量范围和至少为±0.08mm的精度。
上述过程适用于单个梁延伸。如果多个梁全部彼此等距移动，则悬臂的总延伸是相对距离和绝对编码距离之和乘以延伸梁的数目。因此，二进制码406和在范围404上距目标构造402的测量距离使得能够确定单个梁的延伸并且将若干梁的延伸计算为延伸乘以梁数目的乘积。
监测电路可以耦接至高分辨率传感器和低分辨率传感器以生成表示伸缩梁部相对于枢转梁部的位置的总位移信号。图5的实施方式移除二进制码(例如，二进制码406)。栅格500包括重复的目标构造502和范围504，但是省略了图4中所示的二进制码。计算总延伸遵循类似的过程。当梁延伸时高分辨率传感器212横穿每个范围504，并且传感器212对其已经横穿的范围504的数目进行计数。因此，总延伸是范围504的所计数数目乘以范围504距离(例如，绝对距离)加上距最近目标构造502的测量距离(例如，相对距离)。以这种方式，栅格构造500可以通过包括设置在高分辨率传感器212或传感部件200中的计数器604来使用包括范围504和目标构造502的较小栅格500。参照图2和图6，高分辨率传感器212或传感部件200可以容纳计数器604。计数器604可以使用在高分辨率传感器212和/或传感部件200上或远离高分辨率传感器212和/或传感部件200的处理器602。此外，处理器602可以计数和调用范围504的数目和/或延伸梁的数目以确定悬臂的总延伸。
在一些实施方式中，计数器604确定延伸范围504的数目。当梁从已知的“0”点位置(例如，缩回位置)延伸时，计数器604递增(例如，增加)范围504。当梁从延伸位置缩回时，计数器604递减(例如，减去)范围。通过对与每个范围504相关联的目标构造502的数目进行计数，系统在功能上与上面参照图4所描述的同样地进行操作。不是编码绝对距离，而是计数器604记录延伸范围504的数目并且将该数目乘以范围504距离。以这种方式，二进制图案406(例如，如图4中所示)可以被简化为栅格500上的一系列重复目标构造502和范围504。计数器604替换二进制图案406，并且高分辨率传感器212与先前描述的传感器212(例如，如图1至图3所示的传感器212和/或300)相同或类似。
处理器602可以将总的梁延伸计算为目标构造502的数目乘以范围距离504(例如，绝对距离)再加上距相邻目标构造502的距离(例如，相对距离)的函数。低分辨率传感器确定绝对距离，并且高分辨率传感器(例如，传感器212或300)测量相对距离。为了计算总的悬臂延伸，处理器602计算绝对距离和相对距离之和，并且将所计算的和乘以延伸的可移动梁(例如，108和110)的数目。在一些实施方式中，高分辨率传感器212和计数器604一起容纳在单个部件中。处理器602可以与高分辨率传感器212、计数器604一起被容纳，或者在另一位置处单独被容纳。
图6示出了这些部件的一个实施方式。系统600可以包括处理器602、计数器604、高分辨率传感器606、一系列二进制低分辨率开关608a至608e、存储器610和/或计算模块。处理器602可以根据范围的数目和范围距离计算绝对距离。处理器602可以将所计算的绝对距离与由高分辨率传感器606确定的相对距离相加。
悬臂112可以包括包含与第一端相对的第二末端的第二伸缩梁108部，第二伸缩悬臂部112相对于第一梁106的伸缩部的纵轴并且沿着第一梁106的伸缩部的纵轴伸缩。处理器602电路可以然后基于位移信号确定第一梁106端与第二梁108末端之间的距离。处理器602还可以将相对距离和绝对距离之和乘以悬臂中的梁的数目。以这种方式，处理器602可以取得利用高分辨率传感器得到的二进制图案406(例如，图4中所示)或计数器604的输入，并且基于悬臂中梁的已知数目计算总的悬臂延伸。
处理器602可以确定在悬臂上伸缩梁的最大工作延伸。当总延伸接近悬臂的最大工作延伸时，处理器602可以提供信号。例如，当总延伸接近、达到或超过悬臂的最大工作延伸时，处理器602可以发信号通知伸缩臂叉车的点火器以关停。处理器602可以生成警告操作者已经达到或超过悬臂的最大工作延伸的信号(例如，警告灯)。在一些实施方式中，第一信号(例如，黄灯)指示操作者正在接近悬臂的最大工作延伸。第二信号(例如，红灯)指示已达到或超过延伸。处理器可以向操作者、点火器、一个或更多个致动器和/或伸缩臂叉车的其他部件组合或发送多个信号。
本文描述的处理器602可以由操作系统软件来协调，例如iOS、Android、ChromeOS、Windows 7、Windows 8、Windows Server、Windows CE、Unix、Linux、SunOS、Solaris、iOS、Blackberry OS、VxWorks或其他兼容的操作系统。在其他实施方式中，专有操作系统可以控制计算设备。传统的操作系统控制和调度用于执行的计算机过程，执行存储器管理，提供文件系统、联网、I/O服务，以及提供用户接口功能例如图形用户接口(“GUI”)以及其他。
本文描述的处理器602可以使用定制的硬连线逻辑、一个或更多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)、固件和/或使处理器成为专用机器的程序逻辑来实现本文所述的技术。根据一个实施方式，用于本文公开的技术的指令被存储在存储器610中并且由一个或更多个处理器602响应于执行一个或更多个指令序列来执行。这样的指令可以从诸如存储设备的另一存储介质读入存储器610中。在存储器610中包含的指令序列的执行使处理器602执行本文描述的过程步骤。在替选实施方式中，硬接线的电路可以用于替代软件指令，或与软件指令结合使用。
此外，结合本文中所公开的实施方式而描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器实现或执行。示例包括被设计成执行本文所述的功能的处理器设备、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合。处理器设备可以是处理器602，但是在替选方案中，处理器设备可以是控制器、微控制器或状态机、它们的组合等。处理器设备可以包括被配置成处理计算机可执行指令的电路。在另一实施方式中，处理器设备包括执行逻辑操作而不处理计算机可执行指令的FPGA或另一可编程设备。处理器设备还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和处理器602的组合、多个处理器602、结合DSP核的一个或更多个处理器602、或任何其他这样的配置。虽然本文所述主要涉及数字技术，但是处理器602设备也可以包括主要是模拟的部件。例如，本文描述的一些或所有呈现技术可以以模拟电路或混合模拟与数字电路实现。
如图6所示，每个二进制开关608a至608e可以以二进制格式将信息(例如，开关打开或者开关闭合)中继到模块612。五个开关608a至608e对五个二进制位进行编码。因此，开关608a至608e对32个范围(2^5＝32)进行编码。如果每个范围的总距离为150mm，并且有32个范围，则5个位对4.8m的总距离进行编码。类似地，可以确定其他距离和范围。例如，如果使用六个位，则64个范围是可能的，并且在使用相同范围的情况下总距离加倍(例如，9.6m)。以这种方式，二进制图案406可以用作用于悬臂的绝对位置的硬编码存储器。如果系统600在操作中被关闭，则二进制图案406立即感测延伸悬臂的位置。
结合高分辨率传感器606的计数器604可能在电力中断(例如，钥匙被关闭)时失去对延伸范围的数目的访问。为了克服该限制，可以在模块612中使用非易失性存储器610来存储计数的范围数目。非易失性存储器610可以在系统600断电时或在意外的电力中断时段期间存储所计数的范围数目。以这种方式，计数器604和非易失性存储器610可以用其伴随的开关608a至608e代替二进制图案406的使用。
这些程序指令可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或任何其他形式的非暂态计算机可读存储介质中。这样的专用计算设备还可以将定制的硬连线逻辑、ASIC或FPGA与定制编程相结合以实现技术。专用计算设备可以包括包含硬连线和/或程序逻辑以实现技术的台式计算机系统、服务器计算机系统、便携式计算机系统、手持设备、联网设备或任何其他设备或这些设备的组合。
在一些实施方式中，可以使用含铁涂料沿着梁形成栅格。例如，具有嵌入的铁屑的叠加涂料层创建含铁目标构造。在一些实施方式中，金属栅格可以包括含铁涂料，其沿着梁利用重复范围以及目标构造创建二进制图案。在各种实施方式中，涂染的栅格图案可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm厚。
图7示出了用于测量伸缩臂叉车悬臂延伸的激光器系统。为了测量由于缩回或延伸而导致的悬臂700的长度，也可以使用基于激光器702的测量系统作为以上讨论的传感器和结果的组合的替选方案。具体地，激光器电路702将用于直接测量可旋转悬臂704的底部与可移动悬臂706的顶部之间的距离。例如，徕卡迪士通(Leica DISTO)E7100i激光器电路702可以安装在悬臂706的底部和内部并且瞄准位于悬臂704的端部和内部的反射板708。利用这种布置，电路702将在操作期间、在缩回期间或之后，或者在延伸期间或之后生成表示悬臂700的实际长度的信号。预期到的是电路702将具有相对高精度的完全延伸的悬臂700的长度的操作距离。例如，徕卡迪士通E7100i激光器电路可以以±1/16”的精度测量高达200’的距离。另外，优选地，电路702具有使用例如蓝牙或Wi-Fi无线地传送长度信号的能力。徕卡迪士通E7100i激光器包括蓝牙通信电路，其允许对通过安装在悬臂内的电路702测量的悬臂700的长度的无线传送。
如以上直接讨论的电路702的使用将是期望的。具体地，电路702的内部安装将保护电路702并且减少来自杂散光的噪声。然而，这种布置要求存在激光器电路702的从悬臂的底部至悬臂的端部的无遮挡视线710，而不管悬臂是完全缩回、部分缩回还是完全延伸。对于一些悬臂，需要位于悬臂700内的结构(例如，液压缸、液压软管、结构构件、电线)使得从悬臂704的底部702至端部的无遮挡视线不可获得。另外，即使在无载悬臂内存在无遮挡视线710，悬臂的装载也可能引起偏转712，使得当悬臂704折曲时视线710变为被悬臂704结构阻挡，例如在装载期间悬臂704的弧使得激光不再与反射板对准。
考虑到由多部可伸缩悬臂施加的实际限制，可以将电路702附接在相邻悬臂部(例如，704和706)之间以生成表示一个悬臂部从其相对于相邻悬臂部的完全缩回位置延伸的距离的信号。例如，激光器电路752将附接至可旋转部754并且与相邻悬臂部756上的反射板758相互作用以生成表示延伸距离的信号。假设其中悬臂700的所有悬臂部一致地延伸的典型液压起重机或升降机悬臂，延伸悬臂的总长度将是悬臂的缩回长度另加上延伸距离乘以悬臂部数目。
图8示出了用于确定悬臂延伸的方法800。该方法使用将长度作为保留变量的高分辨率传感器。该方法是循环的并且对于观察中的每个范围在步骤802处开始。左手侧列表示确定绝对位置的过程，并且右手侧列表示获得相对距离的方法。该过程从步骤804开始，该步骤804读取开关0、1、2、3和4的状态以确定延伸位置的数目和二进制图案。在另一实施方式中，计数器将识别延伸的范围的数目。在步骤806中，系统将格雷码/二进制数转换成十进制数。在步骤808中，将低分辨率位置或绝对位置确定为十进制数乘以传感器长度。在右手侧列，在步骤810中高分辨率传感器通过模数转换器读取传感器相对于目标构造的位置。步骤812将高分辨率位置(也称为相对位置)确定为输入电压乘以传感器长度的乘积除以比例(此处为10,000mV/mm)。步骤814将距离进行组合以将总延伸获得为低分辨率位置(绝对位置)与高分辨率位置(相对位置)之和。一旦悬臂再次开始移动，则重复在步骤816中获得的输出组合距离，并且过程返回到步骤802。
应当理解，附图详细示出了示例性实施方式，并且应当理解，本申请不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法。还应当理解的是，术语仅出于描述的目的而不应视为限制。
鉴于本说明书，本发明的各个方面的其他修改和替选实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，该说明书应当被解释为仅是说明性的。各种示例性实施方式中示出的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开内容中仅详细地描述了一些实施方式，但是可以在没有实质脱离本文中所描述的主题的新教示和优点的情况下能够进行许多修改(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等方面的变化)。示出为一体形成的一些元件可以由多个部件或元件构造而成，可以颠倒或者以其他方式改变元件的位置，并且离散元件或位置的性质或数目可以改变或变化。根据替选实施方式，任何过程、逻辑算法或者方法步骤的顺序或序列可以改变或者重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下还可以对各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。
尽管本申请叙述了在此所附权利要求中的特征的特定组合，但是本发明的各种实施方式涉及本文描述的特征中的任何特征的任何组合，而无论当前是否要求保护这种组合，并且特征的任何这样的组合可以在此申请或在未来的申请中要求保护。以上论述的示例性实施方式中的任何实施方式的任何特征、元件或部件中的可以单独使用或与以上论述的其他实施方式中的任何实施方式的任何特征、元件或部件组合使用。

Claims (27)

1.一种悬臂延伸监测系统，包括：
可旋转梁；
可移动梁，其被可滑动地支承以沿着相对于所述可旋转梁的纵轴移动；
致动器，其耦接在所述可旋转梁与所述可移动梁之间；
金属栅格，其形成一系列等间隔的构造，每个构造与相邻构造隔开预定距离，所述金属栅格包括指示每个范围的开始和结束的目标构造，金属栅格图案还包括二进制数图案；
低分辨率传感器，其确定与所述二进制数图案相关联的数，所述数指示每个范围的绝对位置；
高分辨率传感器，其将在所述范围上梁延伸的相对距离确定为距相邻目标构造的距离；
其中，所述可移动梁的延伸是所述绝对位置与距所述目标构造的相对距离相加之和。
2.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，还包括：切割的金属栅格，所述切割的金属栅格被焊接至所述可移动梁或固定梁，切割和焊接的金属栅格包括向所述低分辨率传感器指示延伸的范围的数目的二进制数图案。
3.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述高分辨率传感器具有120mm的范围并且接收缩放电压，所述缩放电压确定在120mm范围内的达到±0.1mm内的精度的至含铁金属目标构造的距离。
4.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述金属栅格包括激光切割的8mm厚的金属目标构造，其中，所述高分辨率传感器使用从所述金属目标构造输出的缩放电压来确定距所述目标构造的距离。
5.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述可旋转梁支承两个可移动梁，并且所述致动器将每个可移动梁延伸相等的距离，使得总延伸是第一可移动梁的延伸的两倍。
6.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，还包括：多个同轴可移动梁，所述多个同轴梁中的每一个包括用于将所述梁沿着相对于所述可旋转梁的纵轴移动的致动器，所述多个同轴梁中的每一个以相同的比率移动，使得将针对第一梁获得的延伸乘以多个延伸的同轴梁以确定伸缩臂叉车悬臂的总延伸。
7.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述二进制数图案使用格雷码来存储二进制数，所述格雷码针对延伸范围的数目来编码所述绝对位置，并且其中，每个范围的延伸在每一延伸范围都改变单个位。
8.根据权利要求1所述的悬臂延伸监测系统，还包括：处理器，所述处理器确定悬臂的最大工作延伸，并且在总延伸接近所述悬臂的最大工作延伸时提供信号。
9.一种悬臂延伸监测系统，包括：
可旋转梁；
可移动梁，其被可滑动地支承以相对于所述可旋转梁移动，所述可移动梁被划分成一系列等距范围，每个范围包括目标构造和范围距离；
栅格构造，其形成每个范围的目标构造，所述栅格构造附接至所述可旋转梁或所述可移动梁；
计数器，其被配置成在所述可移动梁的延伸期间对目标构造的数目进行计数；
高分辨率传感器，其被配置成在所述可移动梁在所述范围上延伸时确定距相邻目标构造的距离；
非易失性存储器，其存储所计数的目标构造的数目和范围距离；以及
处理器，其计算总的梁延伸，所述总的梁延伸是目标构造的数目乘以所述范围距离再加上由所述高分辨率传感器测量的距相邻目标构造的距离的函数。
10.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述高分辨率传感器和所述计数器一起容纳在单个部件中。
11.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述高分辨率传感器具有至少10cm的范围并且接收缩放电压，所述缩放电压以±0.01cm的精度确定在0cm到至少10cm的范围内的至含铁金属目标构造的距离。
12.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述高分辨率传感器选自涡流电感式传感器、LVDT电压电感式传感器、电容式位移传感器、激光传感器、共焦传感器、声学传感器和/或磁感应传感器。
13.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，还包括附加梁，其中，第一梁的延伸等于每个附加梁的延伸，使得计算所述第一梁的总延伸并且将伸缩臂叉车悬臂的总延伸计算为所述第一梁的总延伸乘以附加梁的总数目的乘积。
14.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，还包括嵌入式含铁金属涂料栅格构造，所述嵌入式含铁金属涂料栅格构造为所述高分辨率传感器提供栅格构造位置和目标构造位置。
15.根据权利要求9所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述栅格构造被3D打印到梁上。
16.一种悬臂延伸监测系统，包括：
可旋转梁；
可移动梁，其被可滑动地支承以沿所述可旋转梁的纵轴移动；
在所述可旋转梁或所述可移动梁上的含铁涂料构造，所述含铁涂料构造形成一系列等间隔范围，每个范围包括目标构造；
计数器，其在所述可移动梁的延伸期间对对应于每个范围的目标构造的数目进行计数，并且计算绝对位置；
高分辨率传感器，其在梁在每个范围上延伸时确定距相邻目标构造的相对距离；以及
处理器，其将总的梁延伸确定为由所述计数器确定的绝对位置加上由所述高分辨率传感器测量的相对距离的函数。
17.根据权利要求16所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述处理器、所述高分辨率传感器和所述计数器一起容纳在单个部件中。
18.根据权利要求16所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述含铁涂料构造包括8mm厚的目标构造，并且所述传感器使用输出的缩放电压来确定电感作为表示距每个目标构造的距离的缩放量。
19.根据权利要求16所述的悬臂延伸监测系统，其中，多个梁被包围，并且每个梁相对于相邻梁延伸相等距离，使得所述系统确定第一梁的延伸并且将所确定的第一梁的延伸乘以被包围的梁的数目以确定伸缩臂叉车悬臂的总延伸。
20.根据权利要求16所述的悬臂延伸监测系统，其中，所述含铁涂料构造包括二进制数图案，所述二进制数图案指示每个范围的作为范围距离的倍数的绝对位置以及二进制数。
21.一种用于伸缩悬臂的悬臂长度监测系统，所述伸缩悬臂至少具有在第一端处能够枢转的枢转梁部以及相对于所述枢转梁部并且沿着所述枢转梁部的纵轴伸缩的第一伸缩梁部，所述伸缩梁包括与所述第一端相对的第一末端，所述系统包括：
金属栅格，其被应用于所述枢转梁部和所述伸缩梁部中的一个，所述栅格包括多个唯一且等间隔的构造以及识别每个等间隔构造的唯一位置的间隔构造的图案；
低分辨率传感器阵列，其被应用于所述枢转梁部和所述伸缩梁部中的另一个，所述低分辨率传感器阵列与所述间隔构造相互作用以生成表示所述间隔构造中的每一个的第一信号；
高分辨率传感器，其被应用于所述枢转梁部和所述伸缩梁部中的另一个以生成表示在间隔构造内的位置的第二信号；以及
监测电路，其耦接至传感器以生成表示所述伸缩梁部相对于所述枢转梁部的位置的位移信号。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述栅格是被切割以形成所述构造的金属片，其中，所述栅格被紧固至所述枢转梁部或所述伸缩梁部中的一个。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述构造的边缘包括由激光切割器生成的热影响表面。
24.根据权利要求20所述的系统，其中，所述金属栅格是形成在所述枢转梁部或所述伸缩梁部中的一个的表面上的凸起金属部分。
25.根据权利要求20所述的系统，其中，所述电路基于所述位移信号确定所述第一端与所述末端之间的距离。
26.根据权利要求20所述的系统，其中，所述悬臂包括第二伸缩梁部，所述第二伸缩梁部包括与所述第一端相对的第二末端，所述第二伸缩梁部相对于所述第一伸缩部并且沿着所述第一伸缩部的纵轴伸缩，并且所述电路基于所述位移信号确定所述第一端与所述第二末端之间的距离。
27.根据权利要求26所述的系统，还包括：致动装置，其耦接至所述枢转梁部以及所述第一伸缩梁部和所述第二伸缩梁部以将悬臂部相对于彼此一致地延伸。
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