本申請基于且要求2015年6月19日提交的、名稱為“重量確定和閉環(huán)速度控制的系統(tǒng)和方法”的美國臨時專利申請62/182,338的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考合并于此。

聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明

不適用。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及物料搬運車(material handling vehicle)。更特別地，本申請涉及使用閉環(huán)控制確定物料搬運車的負(fù)載重量且控制物料搬運車的速度的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在倉庫、工廠、運輸碼頭以及通常來說的碼垛、大包裹或商品裝載需要從一個地方運輸至另一個地方的位置，物料搬運車是常見的。物料搬運車典型地包括承載叉，用于舉升包括或托盤用于運輸，驅(qū)動電機用于推進(jìn)卡車，轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)和制動器。

物料搬運車輛通常運輸不同重量的多種物料。由于位于物料搬運車上的額外負(fù)載，這一重量會顯著影響物料搬運車的操作。例如，較重的物體會需要更多的動力來操作物料搬運車。

此外，當(dāng)物料被能夠舉升負(fù)載的物料搬運車、例如叉車運輸時，負(fù)載的舉升以及重量會影響車輛的操作。這會包括穩(wěn)定性，在此負(fù)載會被舉升至用于給定重量的預(yù)定水平上方。

因此，機構(gòu)已經(jīng)被集成入物料搬運車，以嘗試解決與使用物料搬運車運輸不同重量負(fù)載有關(guān)的問題。例如，基于速度圖的動力限制已被用于特定實施。這一類型的基于動力的速度圖控制依賴開環(huán)速度控制，其是不可再生的，在此需要緊密度容限，由于這一類型控制的開環(huán)特性。此外，開環(huán)操作導(dǎo)致了高度不準(zhǔn)確，強制該系統(tǒng)進(jìn)行保守方法，導(dǎo)致物料搬運車在最佳速度之下操作。

此外，在市面上的系統(tǒng)已經(jīng)使用之后，使得一定重量的物料被物料搬運車運輸。例如，應(yīng)變儀可被安裝在物料搬運車的物料搬運部上，例如叉車或碼垛車的叉上。應(yīng)變儀可測量位于物料搬運車的負(fù)載承載部上的重量。然而，市面上的應(yīng)變儀通常價值不菲，并且由于機械接觸易于失效。替代地，多種接近傳感器(超聲波、光、視覺，等)可被安裝在物料搬運車上以探測與運輸負(fù)載相關(guān)的參數(shù)，例如負(fù)載的高度或存在。然而，這些類型的傳感器具有假設(shè)負(fù)載是固定重量和/或密度的缺點。這會導(dǎo)致不精確的負(fù)載估計和因而不適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂啤?/p>

因此，需要提供一種系統(tǒng)和方法，用于精確確定物料搬運車的負(fù)載重量且使用該信息提供閉環(huán)速度控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種物料搬運車，其包括物料搬運車控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括多個傳感器，多個傳感器連接至物料搬運車。控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和處理器。處理器執(zhí)行實時重量計算程序，重量計算程序包括步驟：從多個傳感器接收數(shù)據(jù)；以及組合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，以持續(xù)確定物料搬運車的負(fù)載的實時重量值；處理器至少基于實時重量值控制物料搬運車的速度。

在一些實施方式中，多個傳感器中的至少一個是高度傳感器。

在一些實施方式中，高度傳感器是線性電位計。

在一些實施方式中，多個傳感器中的至少一個是壓力傳感器，用于測量物料搬運車的液壓壓力。

在一些實施方式中，處理器是現(xiàn)場可編程門陣列。

在一些實施方式中，可包括數(shù)據(jù)收集裝置，數(shù)據(jù)收集裝置從處理器接收操作數(shù)據(jù)。

在一些實施方式中，數(shù)據(jù)收集裝置通過無線連接與處理器通訊。

在一些實施方式中，無線連接是Wi-Fi連接。

在一些實施方式中，處理器基于來自多個傳感器的數(shù)據(jù)識別操作式樣(operational pattern)，操作式樣提供關(guān)于物料搬運車的至少一個操作條件的數(shù)據(jù)。

在一些實施方式中，至少一個操作條件是操作者數(shù)據(jù)、物料搬運車操作數(shù)據(jù)、負(fù)載損耗數(shù)據(jù)、電池尺寸數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)的至少一者。

在一些實施方式中，物料搬運車是碼垛車。

在一些實施方式中，多個傳感器包括至少一個高度傳感器和至少一個壓力傳感器，并且組合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)包括：組合來自至少一個高度傳感器的高度傳感器數(shù)據(jù)與來自至少一個壓力傳感器的壓力傳感器數(shù)據(jù)。

依照本發(fā)明的另一個實施方式，公開了用于物料搬運車的速度控制方法。該方法包括：在處理器處從連接至物料搬運車的多個傳感器接收數(shù)據(jù)；使用處理器，組合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，以持續(xù)確定物料搬運車的負(fù)載的實時重量值；以及至少基于實時重量值控制物料搬運車的速度。

在一些實施方式中，該方法可進(jìn)一步包括，基于來自多個傳感器的數(shù)據(jù)識別操作式樣，操作式樣提供關(guān)于物料搬運車的至少一個操作條件的數(shù)據(jù)。

在一些實施方式中至少一個操作條件是操作者數(shù)據(jù)、物料搬運車操作數(shù)據(jù)、負(fù)載損耗數(shù)據(jù)、電池尺寸數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)的至少一者。

在一些實施方式中，多個傳感器包括至少一個高度傳感器和至少一個壓力傳感器；以及組合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)包括：組合來自至少一個高度傳感器的高度傳感器數(shù)據(jù)與來自至少一個壓力傳感器的壓力傳感器數(shù)據(jù)。

在一些實施方式中，組合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)包括：持續(xù)確定物料搬運車的負(fù)載的實時重量值以及持續(xù)確定物料搬運車的負(fù)載的實時高度值；以及至少基于實時重量值和實時高度值控制物料搬運車的速度。

在一些實施方式中，該方法可進(jìn)一步包括，使用閉環(huán)速度控制，用于至少基于實時重量值控制物料搬運車的速度。

基于對下面的詳細(xì)描述、附圖和所附權(quán)利要求的考慮，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將更好理解。

附圖說明

附圖1是示出了物料搬運車控制系統(tǒng)中的多個傳感器的實施的系統(tǒng)視圖。

附圖2是物料搬運車連桿組件的分解圖。

具體實施方式

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實施方式之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用并不限制在在下面的描述中闡述或在附圖中示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠是其它實施方式且以多種方式被實踐或執(zhí)行。同樣，應(yīng)理解的是，在此使用的措辭和術(shù)語是用于描述的目的且不應(yīng)被看作為限制。“包括”、″包含″或″具有″及其變形在此的使用意味著包含有其后列出的項目及其等價以及額外項目。除非特定的或另外限制的，術(shù)語″安裝”、“連接″、“支撐″和“接合″及其變形被廣泛應(yīng)用且包含直接和間接安裝、連接、支撐和接合。此外，“連接”和“接合”并不嚴(yán)格限于物理或機械連接或接合。

呈現(xiàn)下面的討論來使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明的實施方式。對所示實施方式的多種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，并且在此的通用原則可被用于其它實施方式和應(yīng)用，而不偏離本發(fā)明的實施方式。因此，本發(fā)明的實施方式并不意圖限制為所示的實施方式，但是依照與在此公開的原則和特征一致的最寬范圍。應(yīng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，其中不同附圖中的相同元件具有相同的附圖標(biāo)記。如圖，其并不必須是成比例的，描述了所選擇的實施方式且并不意圖限制本發(fā)明實施方式的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在此提供的示例具有很多有用的替代且落入本發(fā)明的實施方式的范圍內(nèi)。

還意識到，物料搬運車以多種構(gòu)造設(shè)計來執(zhí)行多種任務(wù)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將清楚的是，本發(fā)明并不限制于特定類型或目的的物料搬運車，并且還可提供與多種其它類型的物料搬運車構(gòu)造，包括，例如，碼垛車、到達(dá)車、理貨車、窄通道塔樓車和任何其它類型的物料搬運車。

參考附圖1，可以看到用于物料搬運車的控制系統(tǒng)100。控制系統(tǒng)100可具有多個傳感器。在一個實施方式中，控制系統(tǒng)100可具有高度傳感器102和壓力傳感器104。在一個實施方式中，高度傳感器102可以是線性電位計。替代地，高度傳感器102可以是超聲波傳感器、視覺傳感器、光傳感器、角度傳感器、線性接近傳感器或其它適當(dāng)傳感器，用于確定高度或距離。高度傳感器102可以是輸出模擬值的模擬傳感器。替代地，高度傳感器可輸出數(shù)字信號。高度傳感器102可被用于確定碼垛車的叉的高度。替代地，高度傳感器102可被用于確定被運輸?shù)呢?fù)載的高度。

壓力傳感器104可被用于確定與支撐負(fù)載相關(guān)的液壓系統(tǒng)的壓力。壓力傳感器可被安裝在液壓缸內(nèi)，以確定傳感器內(nèi)的液壓流體的壓力。替代地，壓力傳感器104、例如應(yīng)變計或角度傳感器可被使用。替代地，壓力傳感器104可替代為舉升泵電機舉升泵傳感器，或者轉(zhuǎn)速計結(jié)合電壓和電流傳感器，以確定需要舉升給定負(fù)載的轉(zhuǎn)矩(工作)。在一個實施方式中，壓力傳感器104可提供模擬輸出，例如4-20mA信號。替代地，壓力系統(tǒng)可包括模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以允許輸出數(shù)字值。壓力傳感器104和高度傳感器102比典型的重量或應(yīng)變計更經(jīng)濟。此外，高度傳感器102和壓力傳感器104可以是堅固的且更不易受到與物料搬運車的機械接觸的影響。此外，雖然未示出，還可安裝額外的傳感器，例如慣性傳感器、位置傳感器、壓電傳感器等。

來自多個傳感器的數(shù)據(jù)隨后可被提供給控制系統(tǒng)100的處理器106。處理器106可以是獨立處理器，或可與物料搬運車控制器集成。在一個實施方式中，處理器106可以是FPGA。替代地，處理器106可以是ARM處理器、ASICS、基于Intel的處理器、或能夠履行所需軟件且執(zhí)行所需功能的的處理器。處理器106可接受關(guān)于物料搬運車的操作以及物料搬運車狀態(tài)的數(shù)據(jù)。例如，物料搬運車的操作數(shù)據(jù)可包括舉升、下降、運行、負(fù)載角度、運行方向(前進(jìn)/倒退)等。狀態(tài)數(shù)據(jù)可包括電池剩余動力、操作小時、流體水平等。

在一個實施方式中，處理器106可包括軟件108，以融合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，與物料搬運車的操作和狀態(tài)數(shù)據(jù)，以計算負(fù)載的恒定重量。軟件108可被存儲在連接至處理器的存儲器中。軟件108可使用操作和狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合來自高度傳感器102和壓力傳感器104的數(shù)據(jù)，以計算負(fù)載重量。在一個實施方式中，軟件108可持續(xù)計算負(fù)載重量，以提供實時重量數(shù)據(jù)。由軟件108計算的重量測量可被平均以提供一致的讀數(shù)。平均計算的重量可提供一致的讀數(shù)，當(dāng)操作在非標(biāo)準(zhǔn)條件下時，例如當(dāng)行駛在不平坦表面上時。使用來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，包括高度傳感器102和壓力傳感器104，實時計算的負(fù)載重量可被確定物料搬運車是否停止或移動，同時考慮舉升系統(tǒng)的非線性。

融合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，或“數(shù)據(jù)融合”，如上所述，可允許融合的數(shù)據(jù)具有較小的不確定性，比起獨立使用來自多個傳感器的數(shù)據(jù)而言。處理器106可執(zhí)行數(shù)據(jù)融合。此外，軟件108可當(dāng)計算負(fù)載重量時將來自多個傳感器的數(shù)據(jù)融合在一起。

在一個實施方式中，一旦已經(jīng)執(zhí)行了初始重量計算，處理器106可開始數(shù)據(jù)收集。在一個實施方式中，處理器106可將實時重量數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110。此外，處理器106可將物料搬運車的操作和狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110可位于物料搬運車上。替代地，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110可與物料搬運車遠(yuǎn)程定位。在數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110與物料搬運車遠(yuǎn)程定位處，處理器106可無線傳送數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)手機系統(tǒng)110。在一個實施方式中，處理器106可使用Wi-Fi通訊無線傳輸數(shù)據(jù)。在一個實施方式中，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110可存儲數(shù)據(jù)用于后面的分析。替代地，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110可處理接收的數(shù)據(jù)以確定操作參數(shù)，例如工作效率、機器利用、作業(yè)完成、操作者效率、倉庫效率、預(yù)測維修、倉庫地面條件，等。在一個實施方式中，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)110可使用處理器106處理接收的數(shù)據(jù)。

處理器106還可識別傳感器反饋中的式樣。這些式樣可基于由軟件108提供的計算重量。此外，這些式樣還可基于接收的物料搬運車的操作和狀態(tài)數(shù)據(jù)。在傳感器反饋中的式樣識別可允許傳感器探測和評估關(guān)于物料搬運車的問題。

在一個實施方式中，在模塊112，處理器106可使用識別式樣以確定操作者行為。操作者行為數(shù)據(jù)可包括操作者效率、操作者正常運行時間、操作者駕駛習(xí)慣包括速度、直線運動(也就是，上和下)等。這一操作者行為數(shù)據(jù)可被用于為操作者提供反饋。此外，其可提供關(guān)于操作者操作統(tǒng)計的概覽的管理用以評估。例如，每個時間周期移動的重量、移動的平均重量，等。此外，工作編碼和操作者確認(rèn)可被用于提供更細(xì)節(jié)的統(tǒng)計。在一個實施方式中，操作者識別可基于操作者識別標(biāo)志而確定，其在物料搬運車的操作之前需要被讀取。

此外，在模塊114，處理器可使用識別的式樣來探測物料搬運車操作。物料搬運車操作可包括過載(也就是，運輸?shù)呢?fù)載超過了物料搬運車的等級)、超速、或會影響物料搬運車操作或條件的任何其它操作。

在模塊116，處理器106還可使用識別的式樣來確定是否有負(fù)載損失。通過融合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)且平均實時計算數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)100可更好的確定何時有實際的負(fù)載損失情況。例如，使用平均重量數(shù)據(jù)允許在計算的重量中引起短暫變化。例如，粗糙地形或快速操作者移動有時會影響到指示負(fù)載損失條件的數(shù)據(jù)。通過依賴于識別的式樣和平均的實時數(shù)據(jù)，可導(dǎo)致這些短暫變化且考慮進(jìn)負(fù)載損失確定。

此外，在模塊118，識別的式樣可被用于確定物料搬運車的電池是否是不適當(dāng)?shù)某叽?。例如，處理?06可確定電池改變式樣，結(jié)合其它因素，例如負(fù)載重量、物料搬運車的平均速度，等，以確定電池是否是用于特定車輛/應(yīng)用的正確尺寸。此外，在模塊118，可確定是否已經(jīng)安裝了錯誤類型的電池，例如安裝了商場包裝代替了所需的牽引電池。在模塊120，識別的式樣還可被用于確定超過時間移動的重量。此外，在模塊122，識別的使用可被用于探測物料搬運車可能的維修。例如，操作時間、限制最大速度、負(fù)載不平衡，等，全部可指示物料搬運車的可能維修。

在一個實施方式中，在進(jìn)程塊124處理器106還可使用識別的式樣以及實時計算的負(fù)載重量，來控制物料搬運車的速度。通過具有實時計算的負(fù)載重量，處理器106可使用閉環(huán)控制來持續(xù)控制物料搬運車的速度。例如，已知計算的重量，存在重載的物料搬運車的速度可降低。此外，在重載且舉升情形中，例如通過上升碼垛車的叉，速度可被進(jìn)一步降低，以確定物料搬運車的穩(wěn)定性。此外，實時計算的重量可指示地面條件的情形，例如不平坦表面。這一信息可被用于限制最大速度，以確保物料搬運車的正常操作，以及降低部件的可能磨損和破洞，因而增加物料搬運車及其相關(guān)部件的操作壽命。

實時計算的重量允許通過速度控制模塊124實時響應(yīng)。此外，閉環(huán)控制是可能的，由于實時計算的重量可持續(xù)更新速度模塊124，基于持續(xù)改變負(fù)載和/或條件。此外，由處理器執(zhí)行的數(shù)據(jù)融合允許降低了測量中的不確定性，速度控制模塊124進(jìn)行精確、可靠和高效的速度控制確定。此外，閉環(huán)速度控制可改進(jìn)負(fù)載采集的生產(chǎn)率，通過允許物料搬運車在較高速度操作。精確的實時重量可允許更高速，同時仍然控制所需的停止距離。

附圖2示出了典型的物料搬運車連桿200，典型地與叉操作相關(guān)。高度傳感器102可位于連桿202和/或叉204上或之間，以確定叉204的高度值。替代地，高度傳感器可位于連桿206和叉208上或之間。在另一實施方式中，高度傳感器102可位于連桿202和叉204、連桿206和叉208二者之間，以提供用于每個獨立叉206、208的高度值。在另一實施方式中，高度傳感器102可位于上連桿210和連桿202上或之間以提供叉204的高度值。高度傳感器可位于上連桿212和連桿204上或之間以提供叉208的高度值。此外，高度傳感器102可位于上連桿210和連桿202、上連桿212和連桿206上或之間，以確定叉204和208的高度。還示出了負(fù)載輪支架214和216，且還可包括高度傳感器102。類似地，在一些實施方式中，壓力傳感器104可位于任何識別的位置之上，以測量關(guān)于叉上重量的壓力。

本發(fā)明參考附圖描述了實施方式，其中類似的附圖標(biāo)記表示相同或類似元件。貫穿這一說明書的參考“一個實施方式”、“一實施方式”或類似語言意味著結(jié)合實施方式描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特征，包含在本發(fā)明的至少一個實施方式中。因此，貫穿這一說明書出現(xiàn)短語“在一個實施方式中”、“在一實施方式中”和類似語言，可但不必須全部表示相同實施方式。

描述的實施方式的特征、結(jié)構(gòu)或特征可在一個或多個實施方式中以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合。在說明書中，許多特定細(xì)節(jié)被指示一提供對本發(fā)明實施方式的徹底理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可沒有一個或多個特定細(xì)節(jié)、或通過其它方法、部件、材料等等來執(zhí)行實施方式。在其它例子中，熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未被示出或詳細(xì)描述，以避免混淆本發(fā)明的各方面。

雖然上面的討論公開了本發(fā)明的多個典型實施方式，對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可進(jìn)行多種修改，其將實現(xiàn)本發(fā)明的一些優(yōu)點，而不偏離本發(fā)明的實際范圍。