CN111170208B - 具有控制系统的伸缩臂叉车 - Google Patents

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Abstract

自推进操作机器(1)配备有可移动元件(10，11，13)，该可移动元件包括提升臂(10)，该提升臂具有设备(13)并且配备有设计成致动移动元件(10，11，13)的运动的多个致动器(20，21，22，23)。机器包括控制系统，该控制系统包括处理单元(3)，该处理单元包括控制模块(31)，该控制模块被配置成产生控制信号，该控制信号被设计成用于基于一个或多个空间限制参数来调节致动器(20，21，22，23)的操作。一个或多个限制参数是对于上述元件的运动的空间约束的函数。

Description

具有控制系统的伸缩臂叉车
技术领域
本发明涉及一种配备有运动控制系统的伸缩臂叉装机或“伸缩臂叉车”。
背景技术
更详细地，本发明特别地旨在与旋转式伸缩臂叉车一起使用，尽管本发明的概念也适用于其他类型的自推进机器。
现有技术的伸缩臂叉车是已知的，其包括配备有可在车轮上移动的“框架”或托架的车辆，该“框架”或托架包括旋转平台和运动臂，该旋转平台进而安装有驾驶室，该运动臂可伸缩地延伸。
在臂的远端处存在用于提升或移动负载的设备，例如叉状件、笼状件、横向转移单元、绞盘等。
在使用中，在建筑工地或农业环境中，操作者通常必须执行重复的操作或在精确的空间限制内移动负载，以防止干扰周围环境的元素。
例如，如果伸缩臂叉车所专用的操作在于将多个托盘从其所聚集的区域一个接一个地移动到处于不同高度的目的地点，则操作员必须循环地作用于设备的臂的致动器和平台的致动器，使得其将叉状件从其处于插入待移动的新托盘的位置的相同起始点移动到托盘可被释放的到达点，例如以允许操作员执行手动装载。
在此情况中，虽然操作非常重复并且不是特别复杂，但操作者必须非常小心且非常集中地按照命令来动作，以避免危险的情况，诸如负载的掉落或与臂或其他车辆的设备或存在于周围区域中的产品的碰撞，并且还防止导致减速并因此导致不良性能的不必要的或太大的移动。
在另一实例中，另一方面可能会发生的是，负载必须在可变位置中移动，但遵循预定方向或轨迹或可变轨迹，但仅在伸缩臂叉车周围的空间的精确限制内；例如，为了避免设备撞击建筑物的墙壁、诸如起重机或其他伸缩臂叉车的其他工作装置的风险，或者因为存在行人或汽车的通行区域，可能要求这样做。
限制臂和设备的运动的界限或轨迹以清楚的方式被限定并且是恒定的事实不允许操作者简化他/她的工作或总是避免最大的注意力和可靠性，这是因为，再次地，存在于工作地点的人员的身体安全、装置和周围结构的完整性以及操作本身的效率取决于操作者借助于例如使用操纵杆的在驾驶室中的命令给予致动器的运动。
因此，在市场上长期且敏锐地感觉到需要提高效率并且使得伸缩臂叉车的操作者更容易执行重复的或由于执行活动的环境而受到限制的活动。
发明内容
形成本发明的基础的技术目的是提供一种配备有满足上述需要的运动控制系统的伸缩臂叉车。
通过一种自推进操作机器实现了该特定目的。该自推进操作机器配备有移动元件，所述移动元件包括具有设备的提升臂，并且所述自推进操作机器配备有设计成致动所述元件的运动的多个致动器；其特征在于，所述自推进操作机器包括控制系统，所述控制系统包括处理单元，所述处理单元包括控制模块，所述控制模块被配置成产生设计成基于一个或多个空间限制参数来调节所述致动器的操作的控制信号；所述限制参数中的至少一个是对于所述元件的运动的空间约束的函数。
附图说明
在所提出的伸缩臂叉车的优选但非排他性实施例的非限制性描述中，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，如附图中所示，其中：
图1是本发明的伸缩臂叉车的顶视图，该伸缩臂叉车处于由所提出的控制系统管理的可能的操作构造；
图2是图1的伸缩臂叉车的顶视图，其示出了由控制系统管理的可能的运动；
图3至图5是前述附图的机器的顶视图，其示出了由本发明控制的可能的运动；以及
图6是示出了本发明的处理单元的视图。
具体实施方式
参考附图，参考数字1整体上表示配备有本发明的控制系统的自推进操作机器。
图中所示的机器是旋转式伸缩臂叉车1，其配备有安装在旋转平台11上的伸缩提升臂10，该旋转平台还容纳驾驶室12；臂10在其远端处配备有装载设备13。
然而，本发明可能与通常配备有移动元件的不同类型的操作机器一起使用，该移动元件在任何情况中都包括提升臂10和设备13。
移动元件10、11、13实际上是机器1的部件或设备或装置，其被设计成在空间中移动，并且其操作受到由本发明的控制系统施加的空间约束；换句话说，基于对在预先施加或选择的周围空间中的移动的一些限制，将为移动元件10、11、13设定某些运动，或者将允许或禁止某些运动。
在下文中，将参考由控制系统管理的移动元件10、11、13是伸缩臂叉车1的平台11、伸缩臂10和设备13的特定情况(参见图1至图5)。
术语设备13既涉及用于接合负载的附件，例如叉状件、横向转移单元、绞盘、抓持件等，也涉及用于提升人以及可能负载的附件，例如笼状件。
更详细地，臂10在其远端处可具有附接装置，该附接装置也具有本申请人制造的伸缩臂叉车中通常使用的类型，其允许更换设备13并将其连接到机器1的液压和电子设备。
臂10铰接到旋转平台11，以在液压缸20(在图6中示意性地示出)或类似致动器的致动下在基本上水平的下部位置与臂10接近竖直的上部位置之间竖直地摆动。
臂10是可延伸和可缩回的，更准确地，包括多个彼此插入的区段，这些区段彼此同轴并且被设计成沿着轴向方向平移。
臂10的延伸和缩回也由一个或多个液压缸22或其他致动器产生。
平台11的旋转也由优选地液压致动器21产生，该液压致动器例如以与优选地液压致动器23也使设备13相对于其一个或多个关节移动的相同方式与齿条相关联。
在附图所示的实例中，叉状件13可围绕竖直轴线旋转，或者在任何情况中可垂直于其中间中心轴线F旋转，以能够摆动，朝向右或朝向左移动。
机器1还安装有电动液压分配器，根据已知的方法，上述致动器20、21、22、23受该电动液压分配器的控制。
根据本发明的一个重要方面，控制系统包括处理单元3，该处理单元包括控制模块31，该控制模块被配置成产生控制信号，该控制信号被设计成基于一个或多个空间限制参数来自动调节上述致动器20、21、22、23的操作，该空间限制参数是施加在机器1的移动元件10、11、13(也就是说，臂10、设备13和平台11)的运动上的空间约束的函数。
术语“空间约束”涉及一个或多个移动元件10、11、13相对于预定基准可采用的位置和/或定向的约束；例如，它们可以是涉及移动元件10、11、13相对于机器1的托架14的相对位置的几何约束。
虽然在下文中将参考伸缩臂叉车1的情况，其中，空间约束相对于设备13来表示，从而限定了对给予臂10和平台11的运动的随之发生的约束，因为它们两两连接并且彼此铰接，但约束可参考臂10和/或平台11或设备13-臂10-平台11单元的几何构造来表示。
通过适当的修改，相同的概念还扩展到除了旋转式伸缩臂叉车之外的应用，如前面已经解释的。
实际上，处理单元3将控制信号传输到分配器，该分配器因此以使得致动器根据某些条件来移动元件的方式命令致动器20、21、22、23，这些条件例如为设备13的定向，或与机器1的框架14相距的距离，或与位于周围空间或空间的允许区域和用于定位设备13的禁止区域等中的元件相距的距离；在更全面地说明本发明的一些结构和功能方面之后，将在下文中说明这些空间约束的一些实际实例。
详细地，控制系统与本身已知类型的并且因此在此不详细描述的移动元件10、11、13的控制系统结合作用，这允许操作者执行所请求的操作。
实际上，本发明的机器1包括已知的控制系统，该控制系统在驾驶室中配备有由操作者致动的控制器，例如操纵杆、踏板、按钮等；通过作用于控制器，产生从分配器接收的信号，然后该信号调节臂10、设备13和平台11(或其他移动元件10、11、13)的致动器20、21、22、23的操作。
在本发明中，处理单元3还从驾驶室中的命令接收驱动信号，并且根据所获取的限制参数来自动确定对致动器20、21、22、23的行为的约束，并因此确定对移动元件10、11、13的行为的约束；此方面将在以下段落中进一步考虑。
一般来说，应注意的是，在本说明书中，处理单元3呈现为被细分成单独的功能模块，这仅仅是为了清楚且完整地描述功能的目的。
实际上，处理单元3可由单个电子设备构成，也具有通常存在于此类型机器上的类型，适当地编程为执行所描述的功能；各种模块可对应于形成编程装置的一部分的硬件单元和/或软件程序。
可替代地或另外地，该功能可由上述功能模块可分布于其上的多个电子设备来执行。
一般来说，处理单元3可具有一个或多个微处理器或微控制器，以用于执行包含在存储器模块中的指令，并且上述功能模块还可基于其所驻留的网络的架构而分布在多个本地或远程计算器上。
根据本发明的有利特征，控制系统包括连接到处理单元3的获取装置4，其设计成获取上述限制参数。
获取装置4被设计成产生作为这些参数的函数的限制信号，从处理单元3的控制模块31接收这些限制信号，因此其约束机器1的元件的运动。
例如，如图6中示意性地示出的，获取装置可包括允许操作者输入或选择限制参数的用户界面4。
详细地，界面4可从驾驶室内部访问，例如借助于作用于图形索引的触摸屏显示器，或者借助于诸如旋钮、按钮或杆的更传统的命令。
用户界面4可被配置成基于机器1此刻将运行的特定环境，使用选择菜单等在多个预设空间约束之间选择期望的空间约束并将其记录在处理单元3的存储器模块32中，和/或允许操作者设定期望的约束。
因此，界面4能够根据由操作者所做的选择将选择信号传输到处理单元3。
此外，处理单元3可包括设定模块33，该设定模块被配置成记录已由操作者使用界面装置4设定的移动元件10、11、13的布置，并由此将其定义为预定布置。
另外地或可替代地，获取装置4可包括位于机器1上(例如位于框架上、设备13上或其他元件上)并设计成获取周围空间的测量值的传感器；例如，它们可能存在于设备13上或传感器的臂10上，该传感器测量这些及任何障碍物或产品或在任何情况中存在于周围环境中的元件之间的距离。
例如，可以有位于机器1的一个或多个点处的距离传感器，例如在移动元件10、11、13上、在旋转平台11上、在下方的托架14上等，该距离传感器将距离信号传输到处理单元3，该距离信号根据相对于周围空间的元件的距离的函数而被设计成限定用于单元10、11、13的运动的空间约束参数。
这样，根据由界面4获取的约束参数和由传感器获取的约束参数，控制模块31可命令分配器，因此以调节致动器20、21、22、23，还考虑了由驾驶室中的操作员对命令的致动。
还应注意的是，所提出的机器1还包括多个位置测量装置5(在图6中以程式化形式示出)，其被设计成确定移动元件10、11、13的当前位置。
位置测量装置5连接到处理单元3，并且实际上可以是集成在线性液压致动器20、21、22、23中的位移传感器或用于旋转运动的编码器和发音轮，或者是能够固定行程极限的微型开关或接近传感器。
在任何情况中，装置5被设计成产生从处理单元3接收的相应位置信号，该处理单元包括定位模块34，该定位模块被配置成瞬时确定相应移动元件10、11、13的当前空间布置。
在这种情况中，前文多次提到的控制模块31受到定位模块34的控制，并且被配置成还基于由定位模块34确定的移动元件10、11、13的布置来产生其控制信号。
更具体地，处理单元3还可包括反馈模块35，该反馈模块被设计成接收控制信号和位置信号，并且被配置成循环地执行由定位模块34确定的当前布置与移动元件10、11、13的目标布置之间的比较，控制模块31被配置成以移动元件10、11、13的实际布置对应于期望布置的方式执行致动器20、21、22、23的操作的周期性校正。
此外，本发明的伸缩臂叉车1配备有与所移动的负载相关的安全系统，所提出的控制系统从属于该安全系统，该安全系统也可以具有已知类型，为了车辆的运动的安全而设计；详细地，安全系统使得能够根据已知的负载图移动负载，并且防止例如前置类型的车辆的不稳定的发生。
此外，如所提到的，处理单元3包括存储器模块32，在该存储器模块中记录了用于上述移动元件10、11、13的至少一个预定空间布置；通常，在存储器模块32中，可以存在单独地或整体地采用的移动元件10、11、13的一组布置或配置。
根据一优选方面，控制模块31被配置成产生控制信号，该控制信号被设计成将移动元件10、11、13自动地移动到存储在处理单元3中的预定布置中。
在一种情况中，使用界面模块4，例如通过触摸存在于显示器的菜单中的图形索引(图标或字符串等)来选择该预定布置或配置。
在其他情况中，触发事件可以是不同的，并且不与操作者的选择相联系。
例如，其可以是由上述距离传感器或其他传感器执行的测量值的函数。
换句话说，可存在手动选择的情况，其以移动元件10、11、13将其自身自动地定位在预定布置中的方式启动致动器20、21、22、23的运动；在执行如在引言中讨论的重复操作的情况中，这是特别有用的选项。
然而，也可以假设，出于安全原因或其他原因，当某些情况用作触发器时，元件将以预先已知和确定的某种方式来布置其自身。
为了能够精确地确定满足所设定的约束的空间布置，可在存储器模块32中记录一个或多个空间参考，使得上述限制参数实际上由移动元件10、11、13相对于这些参考的可能布置来限定。
例如，作为参考，可能采用机器1的中间中心轴线M或沿着该轴线的特定点。
在此情况中，几何约束可被选择为设备13的中间中心轴线F与机器1的中心轴线M之间的平行度，如在下面示出的两个实际实例中一样。
在必须靠近墙壁或类似障碍物操作的情况中，可能将机器1的托架14移动靠近墙壁，使设备13移动到与墙壁相距的适当距离，然后设定几何约束，使得其可总是以其平行于托架14轴线M的轴线F移动(见图2)。
这样，只要处理单元3以使得设备13总是保持与墙壁平行并且总是滑动到已使用界面装置4设定的或者在存储器模块32中预先记录为优选距离的距离的方式控制致动器20、21、22、23，操作者就可高速且安全地移动由设备13收集的负载。
实际上，当叉状件13前进时，平台11旋转远离墙壁，臂10延伸，并且叉状件13通过向外旋转而补偿；反之亦然，当负载向后移动时，这些运动是相反的。
注意，此操作也可使用与机器1的托架14的轴线M不同的但是从操作的观点来看是等同的参考来执行。
此外，在现有技术背景下描述的重复活动(也就是说，将多个托盘从其积聚的区域一个接一个地移动到目的地点的操作)的情况中，可能预先设定开始位置，在该开始位置，叉状件13定位在托盘组的前方，例如以平行于机器1的托架14的轴线M的方式定向(见图1)。
因此，每当操作员必须装载新的托盘时，使用界面4就足以选择开始位置，并且平台11、臂10和设备13自动地定位在起始构造中，准备好叉取新的托盘。
移动元件10、11、13的此布置可由制造商预先建立，或者可由操作者在此时建立，并借助于上述设定模块33记录在存储器模块32中。
同样，从功能的观点来看，可获得相同的结果，其具有与伸缩臂叉车1的托架的轴线不同的几何元件作为参考。
根据另一应用模式，几何约束可被设定为由设备13的轴线与机器1的轴线M之间的预定角度A构成，如图3、图4和图5所示，其中，所选的角度A例如为30°。
由于此特征，在已经建立预定安全半径的操作中，当平台11旋转时，避免了估计设备13与周围环境中的物体之间的可能干扰的误差；事实上，保持臂10的长度固定可能是不够的，因为如果设备13具有随机定向，则在臂10相对于托架的轴线的某些角度位置，其可能伸出超过安全区域并且撞击存在于周围环境中的元件。
通常，还可能在处理单元3中存储以机器1为中心的参考系统，例如在托架14的中心轴线M的一半中，并且将相对于该参考采用的坐标设定为约束参数，建立设备13不能超越的周围空间的限制。
本发明还被配置成一种用于控制自推进操作机器的移动元件10、11、13的方法，优选地配置成类似于前文描述的一种。
该方法包括以下步骤：
获取作为机器1的移动元件10、11、13的运动的空间约束的函数的一个或多个限制参数；以及
根据空间限制参数来自动调节移动元件10、11、13的操作。
可选地，该方法包括与由本发明的机器1的部件执行的相应功能对应的操作步骤，特别地但是不排他地涉及处理单元3的模块和传感器或其他测量和获取装置。
此外，当在电子处理装置上运行时实施上述方法的计算机程序被认为完全涵盖在所提出的发明构思中。

Claims (13)

1.一种自推进操作机器(1)，配备有移动元件，所述移动元件包括具有设备(13)的提升臂(10)，并且所述自推进操作机器配备有设计成致动所述移动元件的运动的多个致动器；其中，所述自推进操作机器包括控制系统，所述控制系统包括处理单元(3)，所述处理单元包括控制模块(31)，所述控制模块被配置成产生设计成基于一个或多个空间限制参数来调节所述致动器的操作的控制信号；所述空间限制参数中的至少一个是对于所述移动元件的运动的空间约束的函数，其特征在于，所述控制系统包括用于获取所述空间限制参数的获取装置，所述获取装置被设计成根据所述空间限制参数产生限制信号，其中，所述控制模块(31)被设计成接收所述限制信号，并且所述获取装置包括允许操作者输入或选择所述空间限制参数的用户界面(4)。
2.根据权利要求1所述的自推进操作机器(1)，包括用于提升和降低所述提升臂(10)的第一致动器(20)以及用于延伸或收回所述提升臂(10)的长度的至少第二致动器(22)。
3.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，其中，所述设备(13)能在第三致动器(23)的致动下旋转。
4.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，其中，所述移动元件中的一个是旋转平台(11)，所述提升臂以能移动的方式安装在所述旋转平台上，其中，设置有第四致动器(21)以用于以旋转的方式操作所述旋转平台(11)。
5.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，包括旋转伸缩臂叉车和所述控制系统。
6.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，其中，所述处理单元(3)包括存储器模块(32)，在所述存储器模块中记录用于所述移动元件的至少一个预定空间布置，其中，所述控制模块(31)被配置成产生设计成将所述移动元件自动地移动到所述预定空间布置中的控制信号。
7.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，包括设计成确定所述移动元件的位置的多个位置测量装置(5)，所述位置测量装置(5)被设计成产生相应的位置信号，其中，所述处理单元(3)被设计成接收所述位置信号并且包括配置成确定所述移动元件的当前布置的定位模块(34)，所述控制模块(31)被配置成基于由所述定位模块(34)确定的所述移动元件的布置来产生所述控制信号。
8.根据权利要求7所述的自推进操作机器(1)，其中，所述处理单元(3)包括反馈模块(35)，所述反馈模块被设计成接收所述控制信号和所述位置信号并且被配置成执行由所述定位模块确定的当前布置与所述移动元件的目标布置之间的比较，所述控制模块(31)被配置成执行对所述致动器的操作的校正。
9.根据权利要求1或2所述的自推进操作机器(1)，其中，包括在所述处理单元(3)中的存储器模块(32)记录用于计算所述移动元件的布置的一个或多个空间参考(M)，所述空间限制参数由所述移动元件中的一个或多个相对于所述空间参考的布置来限定。
10.根据权利要求9所述的自推进操作机器(1)，其中，至少一个空间参考是所述自推进操作机器(1)的中心轴线，并且至少一个空间限制参数的空间约束是所述设备(13)的轴线与所述自推进操作机器(1)的所述中心轴线之间的平行度。
11.根据权利要求9所述的自推进操作机器(1)，其中，至少一个空间参考是所述自推进操作机器(1)的中心轴线，并且至少一个空间约束是所述设备(13)的轴线与所述自推进操作机器(1)的所述中心轴线之间的预定角度。
12.一种用于控制根据权利要求1所述的自推进操作机器的移动元件的方法，所述移动元件包括具有设备(13)的提升臂(10)，所述方法包括以下步骤：
根据对于所述移动元件的运动的空间约束来获取一个或多个空间限制参数；
根据所述空间限制参数来自动调节所述移动元件的操作。
13.一种计算机程序，所述计算机程序当在电子处理装置上运行时实施根据权利要求12所述的方法。
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