具有铲叉架高度计算功能的码垛铲车的制作方法

专利名称：具有铲叉架高度计算功能的码垛铲车的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料搬运装置，具体来说，涉及一种码垛铲车，其计算可垂直 移动的铲叉架的高度而不需使用诸如开关或传感器之类的机械装置。
背景技术：
低位提升的电动码垛铲车广泛地用于仓储行业内。这些铲车设计成可以变 化的速度行进，同时，在可垂直移动的铲叉架上装载着货盘承载的货物。驾驶 着码垛车，同时使铲叉架接近于地面，由于不留意发生与地面接触，例如，碰 撞或刮擦，常可导致损坏仓库的地面、铲叉架或货盘。当码垛车在高低不平或 粗糙地面上行驶时，码垛车或其货物可能摇晃或移位，增加地面和铲叉架之间 刮擦的可能性。此外，在行驶过程中铲叉架与地面接触可造成货盘或货物移动 甚至倒下。
为了防止发生这种情形，许多码垛车制造商在铲叉架低于最低最小高度时 限制码垛铲车的行进速度。尽管设计成防止不同的问题，但多数铲车制造商还 是要限制行驶速度，只是因为铲叉架升得太高时可能造成叉车倾翻。虽然情况 各有不同，但两种应用都利用铲叉架高度来限制码垛铲车的性能。因此，重要 的是要有精确和可靠的装置来确定材料搬运车辆铲叉架的高度。
制造商应运而起采用了许多高度确定技术或算子，其结果各不相同。流行 的一种方法是采用安装在固定高度处的限制开关、接近传感器等来直接探测铲 叉架的位置。然后，将此位置信息输入到车辆控制器内。在码垛车的一种控制 方法中，当探测到铲叉架高于预定高度时，就能执行高速运行。当探测到铲叉 架低于预定高度时，就适当地限制码垛车的最大许用行进速度。
只要所有的高度传感器或开关正常地发挥功能，则该类型控制技术就能工 作得很好。然而，机械传感器或开关可能磨损、变得错位、遭受实体的滥用、 使信号连线故意或不留意地变得脱开以及通常地遭受到叉车和码垛铲车等设计人员和使用者熟知的各种问题。这些问题由于连续使用、不断地误用、不利 的环境和许多码垛铲车承受的有限维护保养而变得加剧。此外，传感器和开关， 尤其是在冗余系统中使用多个传感器时，为了达到其使用寿命，会增加码垛,产 车相关的制造和维护成本。
本发明致力于解决上述问题。

发明内容
在一个方面，本发明提供一种码垛铲车，该铲车包括动力单元，该动力 单元包括驱动码垛铲车的牵引马达；可垂直移动的铲叉架，该铲叉架具有一对 联接到动力单元的承载货物的铲叉或平台；以及致动器，该致动器垂直地提升 铲叉架。控制器构造成储存对应于铲叉架目前高度的值、监视根据输入信号来 驱动铲叉架的致动器、以及响应于输入信号来引导铲叉架垂直运动。该控制器 测量引导铲叉架沿垂直方向移动所需的时间长度，并调整储存的对应于铲叉架 高度的值，调整的数据量对应于引导铲叉架移动所需的时间长度。对应于铲叉 架高度的值与预定的最小高度值比较，如果对应于铲叉架高度的值小于最小高 度值，则需限制码垛铲车的最大行进速度。
在本发明的另一方面，提供一种运行码垛铲车而无需使用高度指示装置的 方法。该方法包括以下步骤获得表示为时间函数的铲叉架高度；跟踪控制装 置指令铲叉架垂直运动的时间增量，以及根据控制装置指令铲叉架垂直运动的 时间增量来调整铲叉架高度。将铲叉架高度与预定的最小铲叉架行进高度比 较，如果铲叉架高度小于最小铲叉架行进高度，则需限制码垛铲车的行进速度。
在本发明的另一方面，提供一种具有控制器的码垛铲车，该控制器构造成 计算铲叉架的高度而不使用诸如开关和传感器之类的机械装置。控制器保持计 算得到的铲叉架高度，该高度表达为铲叉架提升时间的量，例如，两秒钟时间。 跟踪操作者要求铲叉架提升和下降指令的每个时间段，并因此向上或向下调整 计算的铲叉架高度。或者，跟踪控制器引导铲叉架提升或下降的每个时间段， 并相应地调整计算得到的铲叉架高度。
根据优选的实施例，码垛铲车包括具有内部存储器和计时器的微处理器。 该微处理器控制码垛铲车的操作，包括通过执行储存在存储器内的运行码对输入进行监测和对输出装置下指令。微处理器监测铲叉架提升和铲叉架下降指令 按钮的状态，并跟踪一个按钮按下的时间长度或指令铲叉架提升或下降的时间 长度。微处理器通过将每个时间增量加到储存在存储器内的计算的铲叉架高 度，来以规则的增量调整储存在存储器内计算的铲叉架高度。在某些应用中， 高度值也可通过从下降运动过程的高度值中减去时间增量来进行下调。计算得 到的,产叉架高度也可保持在非易失性的存储器内，以便在码垛铲车启动时就可 提供使用。如果铲叉架太靠近地面，则微处理器还可限制码垛铲车的最大许用 速度。
在本发明的另一方面，如果在大于完全下降铲叉架所需时间的一个时间长 度内指令铲叉架下降，则微处理器将计算的铲叉架高度设定到零。同样地，如 果在大于完全提升铲叉架所需时间的一个时间长度内指令铲叉架提升，则微处 理器将计算的铲叉架高度设定到最大铲叉架高度。在类似的方面，在大于完全
下降(或提升)铲叉架所需时间的一个时间长度内，初始化的程序可下降(或 提升)铲叉架。其后，微处理器将计算的铲叉架高度初始化到合适的提升时间
本发明上述和其它的目的和优点将显现在下面的详细描述中。在以下描述 中将参照显示本发明优选实施例的附图。


图l是码垛铲车的立体图2是图1的码垛铲车的控制电路一部分的方框图；以及 图3是示出推断图1码垛铲车铲叉架高度的过程和因而控制移动速度的流 程图。
具体实施例方式
参照图l，手操纵的电动低位起重码垛铲车10包括铲叉架12，其具有一对 联接到动力单元的11的承载货物的铲叉14。动力单元11包括容纳液压提升马 达泵16 (图2)和牵引马达24 (图2)的外壳22、驱动轮(未示出)，以及容 纳电池20的电池外壳18。驱动轮联接到驾驶机构26，该机构具有舵柄臂28
6和操作者控制手柄30。驾驶机构26可转动到右边和左边来控制码垛伊车10 的转向。尽管电池20在这里显示为设置在电池外壳18内，但电池也可直接安 装在码垛铲车10上而没有外壳18。
铲叉架12具有几英寸的垂直跨距，其可在地面和最大高度之间上下移动。 码垛铲车10设计成铲叉14可插入到诸如货盘之类要移动的货物下面，且铲 叉架12将货物完全提离地面。码垛铲车IO可行驶到另一地方，在那里铲叉架 12下降而将货物放置在地面上，然后铲叉14从货物下抽出。
现再参照图2，图中示出码垛铲车10的控制系统40的一实施例的方框图。 控制系统40由电池18供电并通过键开关42致动。控制系统40还包括装在在 操作者控制手柄30内的微处理器44和马达控制器，或功率放大器46。
微处理器44和马达控制器46通过CAN (控制器区域网络)总线48通信。
控制手柄30还包括连接到微处理器44或受微处理器44监测的多个开关和 致动器。操作者的控制装置包括但不局限于铲叉架提升按钮52、铲叉架下降 按钮50、喇叭按钮54以及显示器56。显示器56可提供诸如电池电量状态、 计时数据和其它操作信息之类相关数据。控制手柄30还包括方向(即，向前 或倒退)和速度控制致动器，例如，指轮或扭转把手58。有选择地沿第一方向 致动扭转把手58来产生码垛铲车IO前进的控制信号，而沿第二方向致动扭转 把手58来产生码垛车10倒退的控制信号。有选择地沿任一方向致动扭转把手 58通过对应于码垛铲车10的零移动速度和最大移动速度的范围。
包括控制手柄30内输入的每个开关、按钮和其它致动器的状态被微处理器 44连续地监测。这些输入的状态定期地通过CAN总线48从微处理器44通讯 到马达控制器46。基于输入状态，马达控制器46致动或停止致动主接触器60、 喇叭62、伊叉架提升接触器64以及铲叉架下降螺线管66。马达控制器46还 根据扭转把手58的位置调节对牵引马达24的速度输出来对码垛铲车10执行 可变速的驱动。
触发键开关42来对控制手柄30和马达控制器46施加合理的功率，使码垛 ,产车10置于操作的模式中。在键开关42被触发之后，对控制手柄30通电， 操作者能够通过上述的控制装置对码垛铲车10提出方向性和功能性的控制要 求。例如，微处理器44探测到操作者选择的对动力的要求，就通过CAN总线48将该信息通讯到马达控制器46。在触发键开关42之后，用于大功率马达转 换器阶段的电容组(未示出)进行充电。当电容组充电时，控制器46接通主 接触器60，关闭常开的触头70，允许操作的全功率从电池20施加到马达控制 器46。
一旦探测到提升要求(即，铲叉架提升按钮50被按下)，马达控制器46 就接通提升接触器64，关闭常开的触头72，允许功率施加到液压提升马达泵 16。在一实施例中，,产叉架12的垂直运动由液压缸(未示出)和连接到铲叉 架12的活塞(未示出)来实现，就如美国专利No.5,341,695中所揭示的液压 系统那样，本文援引该专利以供参考。当提升马达泵16通电时，它将液压流 体泵送到液压缸内，根据货物重量以一定的速度将活塞和铲叉架12提升到要 求的高度。如果按下铲叉架提升按钮52，则在铲叉架12完全被提升之后，提 升马达泵16继续运行，但设置液压旁路管线(未示出)来防止缸内过高的压 力。
当提升马达泵16断电时，铲叉架12通过缸内的静压保持在位置上。当按 下铲叉架下降按钮50时，对铲叉架下降螺线管66通电，打开液压流体返回路 径，并能够将流体推出缸外。铲叉架12可以某一恒定速率下降，或可以变化 的速率下降，视货物的重量而定，例如，较重的货物可借助于重力快速地下降。 如果在铲叉架12位于最下位置之后按下铲叉架下降按钮50，则对螺线管66 将通电，但铲叉架12不进一步下降，因为所有的液压流体已经从缸内排出。
现再参照图3，在操作中以及触发键开关42致动时(步骤152)，微处理 器44开始执行储存在非易失性的存储器内的运行码的程序。从存储器中取出 先前计算的铲叉架的高度(步骤154)。或者，可执行初始化程序，由此，铲 叉架12下降(或提升)持续大于完全下降(或提升)铲叉架12所需的时间段， 其后，将计算的铲叉架高度设定到合适的初始值。
然后，微处理器44比较计算的铲叉架高度与预定的最小移动高度(步骤 156)。如果伊叉架12大于或等于最小移动高度，则能够进行全速的操作(方 框158)。然而，如果计算的铲叉架高度小于最小移动高度，则对码垛铲车IO 赋予速度限制(步骤160)。根据一实施例，通过将对于牵引马达24的行进速 度指令通讯到马达控制器46，微处理器44就可控制码垛铲车10的速度。例如，当能够实施全速的操作时，通讯到马达控制器46的行进速度指令可在0至 4500RPM的范围内。当赋予速度限制时，码垛车的行进速度指令在0至 2000RPM范围之内。
在运行过程中，微处理器44连续地监测从铲叉架提升按钮52和铲叉架下 降按钮50发出的输入信号(步骤162)。如果探测到输入信号(步骤164)， 例如，由两个按钮50、 52之一接收到离散信号，则微处理器将指令通讯到马 达控制器46，以分别对铲叉架提升接触器64或下降螺线管66通电。
当探测到输入信号时，微处理器44还开始跟踪探测到该输入信号的时间(步 骤166)。在一实施例中，使用微处理器44内部的计时器来跟踪时间。每次微 处理器44执行操作程序的一个循环时，例如，每20毫秒，计算的铲叉架高度 然后递增地向上调整(提升时)或向下调整(下降时)(步骤168)。在计算 的铲叉架高度已经向上或向下调整之后，微处理器44比较计算的铲叉架高度 与预定的最小移动高度(步骤170)。如上所述，如果铲叉架12大于或等于最 小移动高度，则能够进行全速的操作(步骤172)。如果铲叉架12高度小于最 小高度，则可赋予或维持速度限制(步骤174)。在不再探测到输入信号之后 (步骤176),计时器停止并清零。当码垛车10操作时，微处理器44连续地 监侧输入信号(步骤162)。
因为铲叉架高度基本上是实时进行计算的，所以，即使码垛车10快速地移 动，微处理器44也可响应于铲叉架高度的变化。例如，如果铲叉架12下降到 低于最小移动高度，同时码垛铲车10以全速移动，则将施加速度限制，码垛 伊车10将快速减慢下来，理想地是在铲叉架12和地面之间发生任何造成损坏 的接触之前快速减慢下来。
在本发明的一个构思的实施例中，如果微处理器44计算小于零的铲叉架高 度，例如，在炉叉架12完全下降之后操作者继续按下铲叉架下降按钮50时， 则微处理器44将计算的铲叉架高度设定到零。然而，在铲叉架12不能完全降 下来的地面上，例如，在高低不平或粗糙的地面上，如此的动作会在稍许高的 高度处导致"设定不到零(zeroing out)"的效应。相反地，如果计算的铲叉 架高度大于可能的最大铲叉架高度，则微处理器44将计算的铲叉架高度设定 到铲叉架12的最大垂直位移。在另一构思的实施例中，通过监侧流到马达提升液压泵16中的液体流来纠 正计算的铲叉架高度。相当重的货物可致使提升马达泵16以较慢的速度提升 铲叉架12。这可通过监测流到提升马达泵16中的液体流的增加来探测到。在 这样的情形中，计算的铲叉架高度减小一定数量，该减小量对应于降低的提升 速率。其它的参数也可用来调整计算的铲叉架高度，包括提升马达泵运行状态、 提升马达泵的每分钟转速(RPM)、液压流体压力、流量和温度等。
已对本发明较佳的实施例和实例详细地进行了描述。本技术领域内的技术 人员将会明白到对于所述的优选实施例还有许多修改和改变。因此，应该理解 到，上述方法和装置只是说明性的并不限制本发明的范围，还应理解到本技术 领域内的技术人员可作出的各种修改都落入本发明的范围之内。为了告知公众 本发明的范围，特作出如下的权利要求书。
权利要求
1.一种码垛铲车，包括牵引马达，所述牵引马达用于驱动所述码垛铲车；可垂直移动的铲叉架，所述铲叉架具有一对联接到所述牵引马达的承载货物的铲叉；致动器，所述致动器用于垂直地驱动所述铲叉架；以及控制器，所述控制器构造成储存对应于所述铲叉架目前高度的值；监测根据输入信号来驱动所述铲叉架的所述致动器；响应于所述输入信号来引导所述铲叉架的垂直运动；测量引导所述铲叉架沿垂直方向移动的时间长度；调整对应于所述铲叉架高度的所述储存的值，调整的量对应于引导所述铲叉架移动的所述时间长度；将对应于所述铲叉架高度的所述值与预定的最小行进高度值比较；以及如果对应于所述铲叉架高度的所述值小于所述最小行进高度值，则限制所述码垛铲车的最大行进速度。
2. 如权利要求1所述的码垛铲车，其特征在于，所述控制器构造成通过减 小对所述牵引马达的最大输出来限制所述最大许用行进速度。
3. 如权利要求1所述的码垛铲车，其特征在于，对应于所述铲叉架高度的 所述值是积累的提升时间；由所述控制器引导的所述垂直运动是如下两种情况 之一提升所述铲叉架和下降所述铲叉架；以及通过加上引导所述铲叉架提升 的时间长度和减去引导所述铲叉架下降的时间长度，来确定对应于所述铲叉架 高度的积累提升时间。
4. 如权利要求l所述的码垛铲车，其特征在于，所述致动器包括 第一操作者致动的输入，所述输入连接到所述控制器，来要求铲叉架提升运动；以及第二操作者致动的输入，所述输入连接到所述控制器，来要求铲叉架下降运动；其中，所述控制器还构造成当所述计算的铲叉架高度大于所述预定的 最大铲叉架高度时，所述控制器将所述计算的铲叉架高度重设定到预定的最大 铲叉架高度。
5. 如权利要求4所述的码垛铲车，其特征在于，所述预定的最大铲叉架高 度在4英寸至10英寸范围之内。
6. 如权利要求1所述的码垛铲车，其特征在于，所述控制器还构造成当 所述计算的铲叉架高度小于所述预定的最小铲叉架高度时，所述控制器将所述 铲叉架高度重设定到预定的最小铲叉架高度。
7. 如权利要求1所述的码垛铲车，其特征在于，所述致动器包括提供用于 提升所述铲叉架的输入信号的提升致动器，以及提供用于下降所述铲叉架的输 入信号的下降致动器。
8. 如权利要求1所述的码垛铲车，其特征在于，所述控制器还构造成 将所述积累的铲叉架提升时间与代表预定的最小行进高度的铲叉架提升时间相比较；以及如果所述累积的铲叉架提升时间小于代表最小行进高度的所述铲叉架 提升时间，则限制所述码垛铲车的所述最大行进速度。
9. 一种操作具有可垂直延伸的铲叉架的码垛铲车而不使用高度指示装置 的方法，所述方法包括以下步骤获得表达为时间的函数的铲叉架高度值； 跟踪控制装置指令铲叉架垂直运动的时间增量；调整所述铲叉架高度值，调整的量为所述控制装置指令铲叉架垂直运动 的时间增量；将所述铲叉架高度值与预定的最小铲叉架行进高度值相比较；以及 如果所述铲叉架高度值小于所述最小铲叉架行进高度值，则限制所述码 垛铲车的行进速度。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制装置是微处理器。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制装置是操作者致动的 输入。
全文摘要
一种包括控制器的码垛铲车，控制器计算铲叉架的高度而不需使用诸如开关或传感器之类的机械装置。通过加上指令铲叉架提升的时间量，并减去按压铲叉架下降按钮的时间量，来得出计算的铲叉架高度。计算的铲叉架高度基本上是累积的提升时间，其中，铲叉架提升的时间是正值，而铲叉架下降的时间是负值。当这些值组合时，得到的结果就是目前计算的铲叉架高度。控制器还监测计算得到的铲叉架高度，这样，如果铲叉架太接近于地面，则就限制码垛铲车的最大速度以防止因铲叉和地面之间碰撞或刮擦引起的铲叉或地面的损坏。
文档编号B66F9/075GK101559909SQ20091013501
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月15日 优先权日2008年4月16日
发明者A·R·巴尔迪尼 申请人:雷蒙德股份有限公司