剪叉式升降机载荷感测系统和方法与流程

本申请要求于2019年4月5日提交的美国临时申请No.62/829,837的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

升降装置通常包括垂直可移动平台，该垂直可移动平台是由可折叠的一系列链接支承件支承的。这些链接支承件以“X”图案设置，以使彼此交叉移动。液压缸通常通过接合和旋转(即，展开)最下方链接支承件组来控制平台的垂直移动，该最下方链接支承件组进而展开该系统内的该系列链接支承件中的剩余链接支承件。该平台基于液压缸的致动程度而升高和降低。液压缸还可以控制各种其它载具(vehicle)动作，举例来说，诸如转向或平台斜移(tilt)功能。使用一个或更多个液压缸的升降装置需要机载储罐来储存用于升降处理的液压流体。

技术实现要素：

一个示例性实施方式涉及一种用于确定由升降装置的作业平台支承的载荷的方法。所述方法包括以下步骤：提供升降装置，该升降装置包括作业平台和线性致动器，该线性致动器被配置成在升起位置与降下位置之间支承并选择性地移动作业平台，该线性致动器具有电动机和电磁制动器。所述方法还包括以下步骤：使线性致动器的电磁制动器脱离。所述方法还包括以下步骤：使用线性致动器的电动机维持作业平台的高度。所述方法还包括以下步骤：确定由电动机施加的电动机转矩。所述方法还包括以下步骤：基于由电动机施加的电动机转矩来确定由线性致动器施加至作业平台的。所述方法还包括以下步骤：确定作业平台的高度。所述方法还包括以下步骤：基于被施加至作业平台的致动力以及作业平台的高度来确定由作业平台支承的载荷。

另一示例性实施方式涉及一种升降装置。该升降装置包括：基部、可伸缩升降机构、作业平台、线性致动器以及升降控制器。该基部具有多个轮子。该可伸缩升降机构具有被联接至基部的第一端，并且该可伸缩升降机构可在伸出位置与缩回位置之间移动。该作业平台被配置成支承载荷。该作业平台被联接至可伸缩升降机构的第二端并由该第二端支承。线性致动器被配置成使可伸缩升降机构选择性地在伸出位置与缩回位置之间移动。线性致动器具有电动机和电磁制动器。该电磁制动器被配置成在被接合时，防止线性致动器使可伸缩升降机构在伸出位置与缩回位置之间移动。该升降控制器与线性致动器通信，并且该升降控制器包括具有处理器和存储器的处理电路。该存储器具有指令，该指令被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器使电磁制动器脱离。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器使用电动机维持作业平台的高度。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器确定由电动机施加的电动机转矩。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器基于由电动机施加的电动机转矩来确定被施加至作业平台的致动力。该指令还被配置成在由处理器执行时，使升降控制器确定作业平台的高度。该指令还被配置成在由处理器执行时，使升降控制器基于被施加至作业平台的致动力以及作业平台的高度来确定由作业平台支承的载荷。

另一示例性实施方式涉及一种全电动剪叉式升降机。该全电动剪叉式升降机包括：基部、剪叉式升降机构、作业平台、线性致动器以及升降控制器。该基部具有多个轮子。该剪叉式升降机构具有被联接至基部的第一端，并且该剪叉式升降机构可在伸出位置与缩回位置之间移动。该作业平台被配置成支承载荷。作业平台被联接至剪叉式升降机构的第二端并且由该第二端支承。该线性致动器被配置成使剪叉式升降机构在伸出位置与缩回位置之间选择性地移动。该线性致动器具有电动机、电磁制动器以及推管总成(assembly)。该电磁制动器被配置成在被接合时，防止线性致动器使剪叉式升降机构在伸出位置与缩回位置之间移动。该推管总成具有保护性外管和内推管。该内推管包括应变计，该应变计被配置成监测内推管的压缩。该升降控制器与线性致动器通信，并且该升降控制器包括具有处理器和存储器的处理电路。该存储器具有指令，该指令被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器使电磁制动器脱离。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器使用电动机维持作业平台的高度。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器确定由电动机施加的电动机转矩。该指令还被配置成在由处理器执行时，使得升降控制器基于由电动机施加的电动机转矩来确定被施加至作业平台的致动力。该指令还被配置成在由处理器执行时，使升降控制器确定作业平台的高度。该指令还被配置成在由处理器执行时，使升降控制器基于被施加至作业平台的致动力、所监测的内推管的压缩以及作业平台的高度来确定由作业平台支承的载荷。

本发明能够具有其它实施方式，并且能够按各种方式来执行。另选示例性实施方式涉及如本文中可能陈述的其它特征和特征组合。

附图说明

根据下面结合附图进行的详细描述，本公开将变得更全面被理解，其中，相同标号指相同元件，其中：

图1A是根据示例性实施方式的采用剪叉式升降机(scissor lift)形式的升降装置的侧立体图；

图1B是图1A的升降装置的另一侧立体图；

图2A是图1A的以缩回或收起位置示出的升降装置的侧视图；

图2B是图1A的以伸出或作业位置示出的升降装置的侧立体图；

图3是描绘各种载具控制器的图1A的升降装置的侧视图；

图4是图1A的升降装置的线性致动器的侧视图；

图5是图4的线性致动器的仰视图；

图6是图4的线性致动器的推管和螺母总成的侧视图；

图7是确定由图3的升降装置的作业平台支承的载荷的示例性方法的流程图；以及

图8是根据另一示例性实施方式的采用动臂升降机(boom lift)形式的另一升降装置的侧立体图。

具体实施方式

在转向详细例示示例性实施方式的附图之前，应理解，本申请不限于附图中阐述或附图中例示的细节或方法。还应理解，术语仅是出于描述的目的，而不应被视为进行限制。

总体上参照附图，本文所公开的各种示例性实施方式涉及用于感测由作业平台支承的载荷的系统、设备以及方法。在一些实施方式中，可以使升降致动器电动机的电磁制动器脱离，并且升降致动器电动机可以被用于维持作业平台高度。然后，升降控制器可以被配置成使用各种致动器/电动机特性以及所测得的作业平台的高度来确定由作业平台支承的载荷。

根据图1A和图1B所描绘的示例性实施方式，例示了诸如载具10的载具。载具10例如可以是剪叉式升降机，该剪叉式升降机可以被用于在不同高度处执行多种不同任务。载具10包括由围绕基部12定位的轮子14A、14B支承的基部12。载具10还包括位于载具10的基部12上的电池16，以向载具10上存在的各种操作系统提供电力。

电池16例如可以是可再充电锂离子电池，其能够向载具10的控件、电动机、致动器等供应直流电(DC)或交流电(AC)。电池16可以包括能够接收电流以对电池16进行再充电的至少一个输入端18。在一些实施方式中，输入端18是能够接纳与外部电源电连通的插头的端口，例如墙壁电源插座。电池16可以被配置成接收和存储来自传统120V电源插座、240V电源插座、480V电源插座、发电机或另一合适电源中的一个的电流。

载具10还包括被联接至基部12的可伸缩升降机构，其被示出为剪叉式升降机构20。剪叉式升降机构20支承作业平台22(如图3所示)。如图所描绘的，剪叉式升降机构20的第一端23被锚定至基部12，而剪叉式升降机构20的第二端24支承作业平台22。如图所例示的，剪叉式升降机构20由可折叠的一系列链接支承构件25形成。剪叉式升降机构20可使用致动器(被示出为线性致动器26)在缩回或收起位置(图2A中所示)与部署或作业位置(图2B中所示)之间选择性地移动。线性致动器26是电致动器。线性致动器26通过向剪叉式升降机构20选择性地施加力来控制剪叉式升降机构20的取向。当通过线性致动器26向剪叉式升降机构20施加足够力时，剪叉式升降机构20从收起或缩回位置展开或以其它方式部署到作业位置。因为作业平台22被联接至剪叉式升降机构20，所以作业平台22也响应于剪叉式升降机构20的部署而升高离开基部12。

如图3所示，载具10还包括载具控制器27和升降控制器28。载具控制器27与升降控制器28进行通信。升降控制器28与线性致动器26进行通信，以控制剪叉式升降机构20的移动。升降控制器28与线性致动器26之间和/或载具控制器27与升降控制器28之间的通信可以通过硬布线连接或者通过无线连接(例如，蓝牙、互联网、基于云的通信系统等)来提供。应理解，载具控制器27和升降控制器28中的每一个皆包括被配置成执行本文所描述的各种活动和方法的各种处理和存储器组件。例如，在一些情况下，载具控制器27和升降控制器28中的每一个皆包括具有处理器和存储器的处理电路。存储器被配置成存储各种指令，这些指令被配置成在由处理器执行时使载具10执行本文所描述的各种活动和方法。

在一些实施方式中，载具控制器27可以被配置成根据作业平台22的高度来限制载具10的驱动速度。即，升降控制器28可以与剪刀角(scissor angle)传感器29进行通信，该剪刀角传感器29被配置成监测最底侧支承构件25相对于基部12的升降角度。基于该升降角度，升降控制器28可以确定作业平台22的当前高度。使用该高度，载具控制器27可以被配置成随着作业平台22升高而限制或成比例地降低载具10的驱动速度。

如图4至图6所提供的示例性实施方式中所例示的，线性致动器26包括：推管总成30、齿轮箱32以及升降电动机34。推管总成30包括：保护性外管36(如图4和5所示)、内推管38以及螺母总成40(如图6所示)。保护性外管36具有被设置在其近侧端44处的耳轴连接部分42。耳轴连接部分42被刚性地联接至齿轮箱32，从而将保护性外管36刚性地联接至齿轮箱32。耳轴连接部分42还包括耳轴安装件45，该耳轴安装件45被配置成将保护性外管36可旋转地联接至支承构件25中的一个支承构件(如图2B所示)。

保护性外管36在其远侧端46处还包括开口。保护性外管36的开口被配置成可滑动地接纳内推管38。内推管38包括被示出为耳轴安装件48的连接端，该连接端被配置成将内推管38可旋转地联接至支承构件25中的另一支承构件(如图2B所示)。如下将讨论的，内推管38可在伸出位置(如图2B所示)与缩回位置(如图4所示)之间滑动地移动和选择性地致动。

现在参照图6，内推管38被刚性地联接至螺母总成40，使得螺母总成40的运动导致内推管38的运动。内推管38和螺母总成40包围中心螺杆。中心螺杆与齿轮箱32可旋转地接合，并且中心螺杆被配置成在内推管38和螺母总成40内绕推管总成30的中心轴线旋转。螺母总成40被配置成接合中心螺杆，并将中心螺杆的旋转运动转换成内推管38和螺母总成40相对于中心螺杆沿着推管总成30的中心轴线的平移运动。

再次参照图4，升降电动机34被配置成选择性地向齿轮箱32提供旋转致动。然后，来自升降电动机34的旋转致动通过齿轮箱32被变换成选择性地旋转推管总成30的中心螺杆。然后，中心螺杆的旋转由螺母总成40变换成沿着推管总成30的中心轴线选择性地平移内推管38和螺母总成40。因此，升降电动机34被配置成在伸出位置与缩回位置之间选择性地致动内推管38。因此，在保护性外管36的耳轴安装件45和内推管38的耳轴安装件48皆可旋转地被联接至它们的相应支承构件25的情况下，升降电动机34被配置成选择性地将剪叉式升降机构20移动至缩回或收起位置与部署或作业位置之间(且包括所述位置)的各种高度。

在一些实施方式中，螺母总成40可以是滚珠丝杠螺母总成。在一些其它实施方式中，螺母总成40可以是滚柱丝杠螺母总成。在又一些其它实施方式中，螺母总成40可以是被配置成将中心螺杆的旋转运动转换成内推管38和螺母总成40的轴向移动的任何其它合适螺母总成。

当升降电动机34被断电或被释放(discharged)时，螺母总成40允许剪叉式升降机构20因重力而逐渐缩回。这样，升降电动机34包括电磁制动器50，该电磁制动器被配置成当升降电动机34被断电或被释放时保持作业平台22的位置。在一些情况下，电磁制动器50还被配置成辅助升降电动机34在正常操作期间维持作业平台22的位置。

升降电动机34可以是AC电动机(例如，同步、异步等)或DC电动机(并励(shunt)、永磁体、串励(series)等)。在一些情况下，升降电动机34与电池16连通并由电池16供电。在一些其它情况下，升降电动机34可从载具10上的另一电源接收电力。

在一些实施方式中，线性致动器26包括被配置成监测各种致动器/电动机特性的各种内置传感器。例如，线性致动器26可以包括电动机速度传感器、电动机转矩传感器(例如，电动机电流传感器)、各种温度传感器、各种振动传感器等。然后，升降控制器28可以与这些传感器中的各个传感器进行通信，并且可以使用由传感器接收/测得的实时信息以确定由作业平台22保持的载荷。

在一些实施方式中，为了确定由作业平台22保持的载荷，升降控制器28可以使电磁制动器50临时脱离，并且使用升降电动机34来维持作业平台22的高度。如上间接提到的，在一些情况下，电磁制动器50被配置成辅助升降电动机在正常操作期间维持作业平台22的位置。通过使电磁制动器50脱离，必须使用升降电动机34来支承作业平台22上的全部载荷。在作业平台22上的全部载荷正在由升降电动机34支承的情况下，然后，升降控制器28可以基于各种致动器/电动机特性来确定作业平台22上的载荷。在一些情况下，可以使电磁制动器50脱离达少于五秒钟。在一些情况下，可以使电磁制动器50脱离达少于一秒钟。

例如，现在参照图7，提供了流程图，示出了确定作业平台22上的载荷的示例性方法。如图所描绘的，在步骤200，升降控制器28可以首先使电磁制动器脱离。然后，在步骤202，升降控制器28可以使用升降电动机34来维持作业平台22的高度。

在使电磁制动器50脱离并且升降电动机34维持作业平台22的高度的情况下，在步骤204，升降控制器28可以使用所测得的升降电动机34的电动机电流、所测得的升降电动机34的电动机转差率、以及与升降电动机34相关联的各种其它电动机特性(例如，电动机类型、升降电动机34的线圈的缠绕密度、升降电动机34的线圈的缠绕材料等)的组合，来确定由升降电动机34输出的所施加的电动机转矩。然后，在步骤206，升降控制器28可以使用所施加的电动机转矩和线性致动器26的力学模型，来确定由线性致动器26施加在剪叉式升降机构20上的致动力。

在确定由线性致动器26施加的致动力之前、期间或之后，在步骤208，升降控制器28可以使用由剪刀角传感器29感测的升降角度以及剪叉式升降机构20的力学模型，来确定作业平台22的高度。然后，在步骤210，升降控制器28可以使用所施加的致动力、平台高度以及剪叉式升降机构20的高度-力曲线，来确定由作业平台22支承的载荷。

在一些示例性实施方式中，应变计52(如图6所示)可以被联接至内推管38，以在操作期间监测内推管38的压缩(例如，沿着内推管的轴向长度)。升降控制器28可以与应变计52进行通信。因此，升降控制器28可以另外或者另选地使用所监测的内推管38的压缩、内推管38的各种尺寸特征(例如，长度、直径、厚度等)、以及内推管38材料特性(例如，杨氏模量(Young’s modulus))，以确定由内推管38支承的载荷，并由此确定由作业平台22支承的载荷。

在一些实施方式中，升降控制器28可以被配置成基于所确定的由作业平台22支承的载荷，来限制或缩放剪叉式升降机构20的升降功能。例如，在一些情况下，当由作业平台支承的载荷处于载具辆10的额定容量的100％与120％之间时，升降控制器28可以限制或缩放升降功能。例如，在额定容量的100％与120％之间，可以降低线性致动器26的升降速度(升起或下降)(例如，正常运行速度的20％、50％、75％)。

再次参照图1A和图1B，电池16还可以向驱动电动机54供应电力以推进载具10。驱动电动机54例如可以类似为AC电动机(例如，同步、异步等)或DC电动机(并励、永磁体、串励等)，该驱动电动机从电池16或载具10上的另一电源接收电力，并将该电力转换成驱动轴的旋转能量。驱动轴可以用于使用传动装置来驱动载具10的轮子14A、14B。传动装置可以从驱动轴接收转矩，并随后将所接收的转矩传送到载具10的后轴56。使后轴56旋转还使载具10上的后轮14A旋转，这使载具10推进。

载具10的后轮14A可以用于驱动载具，而前轮14B可以用于使载具10转向。在一些实施方式中，后轮14A被刚性地联接至后轴56，并且相对于载具10的基部12保持在恒定取向(例如，大致与载具10的外周58对齐)。与此相反，前轮14B被枢转地联接至载具10的基部12。前轮14B可以相对于基部12旋转以调节载具10的行进方向。具体地，前轮14B可以使用电动转向系统60被定向。在一些实施方式中，转向系统60本质上可以是完全电动的，并且可以不包括任何形式的液压装置。

应意识到，虽然被包括在载具10上的可伸缩升降机构是剪叉式升降机构，但是在一些情况下，可以提供这样一种载具，即，该载具另选地包括采用动臂升降机构形式的可伸缩升降机构。例如，在图8所描绘的示例性实施方式中，例示了被示出为视为载具310的载具。载具310包括可伸缩升降机构，被示出为动臂升降机构20。动臂升降机构320类似地由可折叠的一系列链接支承构件325形成。该动臂升降机构320可使用多个致动器326在缩回或收起位置与部署或作业位置之间选择性地移动。所述多个致动器326中的各个致动器皆是类似于线性致动器26的线性致动器。

还应意识到，可以将在升降机构20、320以及转向系统60中使用的线性致动器26、326并入几乎任何类型的电动载具中。例如，本文所描述的电气系统例如可以被并入剪叉式升降机、铰接动臂、伸缩动臂或任何其它类型的空中作业平台中。

有利地，载具10、310可以是全电动升降装置。载具10、310的全部电致动器和电动机均可以被配置成执行它们的相应操作，而无需任何液压系统、液压储罐、液压流体、发动机系统等。即，载具10、310通常可以完全没有任何液压系统和/或液压流体。换句话说，载具10、310均可以没有任何运动流体。传统升降装置载具不使用全电动系统，并且需要定期维护以确保各种液压系统正常运行。同样，载具10、310可以使用电动机和电致动器，这允许不存在可燃燃料(例如，汽油、柴油)和/或液压流体。同样，载具10、310可以由电池(诸如电池16)供电，该电池可以在需要时进行再充电。

尽管这些描述可能会讨论方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可不同于所概述的顺序。而且，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计人员的选择。所有这样的变型都处于本公开的范围内。同样，软件实现可以利用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成，以实现各种连接步骤、处理步骤、比较步骤以及决定步骤。

如本文所利用的，术语“近似”、“大约”、“大致”以及类似术语旨在具有与本公开的主题所属领域的普通技术人员常用和接受的用法一致的广泛含义。阅读本公开的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许描述所描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表示对所描述和要求保护的主题的非实质或无关紧要的修改或改变被认为处于如所附权利要求陈述的本发明的范围内。

应注意，如本文所使用的描述各种实施方式的术语“示例性”旨在指示此类实施方式是可能实施方式的可能示例、表示和/或例示(并且此类术语不旨在暗示此类实施方式必定是非凡的或最高级的示例)。

如本文所使用的，术语“联接”、“连接”等意指两个构件直接或间接地彼此接合。这种接合可以是固定的(例如，永久的等)或可移动的(例如，可拆除的、可释放的等)。这种接合可以利用两个构件或者被彼此成一体地形成为单一整体的两个构件和任何附加的中间构件来实现，或者利用两个构件或者被彼此附接的两个构件和任何附加的中间构件来实现。

本文中引用的元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“之间”等)仅被用于描述图中各种元件的取向。应注意，根据其它示例性实施方式，各种元件的取向可以不同，并且这种变化旨在被本公开所涵盖。

被用于实现结合本文所公开的实施方式描述的各种过程、操作、例示性逻辑、逻辑框、模块以及电路的硬件和数据处理组件可以利用以下项来实现或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者被设计成执行本文所描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合。通用处理器可以是微处理器或任何常规处理器或状态机。还可以将处理器实现为计算装置的组合，诸如DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或更多个微处理器结合DSP芯板的组合、或者任何其它此类配置。存储器(例如，存储器、存储器单元、存储装置)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置(例如，RAM、ROM、闪速存储器、硬盘存储装置)，该数据和/或计算机代码用于完成或促进本公开所描述的各种过程、层以及模块。存储器可以是或者包括易失性存储器和/或非易失性存储器，并且可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或者用于支持本公开所描述的各种活动和信息结构的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施方式，存储器被联接至处理器以形成处理电路，并且包括用于执行(例如，由处理器)本文所描述的所述一个或更个多个过程的计算机代码。

重要的是注意，在示例性实施方式中示出的载具的构造和布置仅是例示性的。尽管仅详细描述了本公开的少数实施方式，但是阅读本公开的本领域技术人员将容易想到，在没有实质背离本主题的新颖教导和优点的情况下，很多修改都是可能的(诸如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如，被示出为成一体形成的元件可以由多个零件或元件构成。应注意到，本文所描述的元件和/或组件的总成可以由各种提供足够强度或耐久性的任意材料构成，并且可以为各种颜色、质地和组合的任意形式。因此，所有这些修改均旨在被涵盖在本发明的范围之内。在不脱离本公开的范围的情况下或者根据所附权利要求的精神，可以在优选和其它示例性实施方式的设计、操作条件以及布置上作出其它替换、修改、变化以及省略。