重量确定和闭环速度控制的系统和方法相关申请的交叉引用
本申请基于且要求2015年6月19日提交的、名称为“重量确定和闭环速度控制的系
统和方法”的美国临时专利申请62/182,338的优先权，其全部内容通过参考合并于此。
联邦资助的研究或开发的声明
不适用。
技术领域
本申请涉及物料搬运车(material handling vehicle)。更特别地，本申请涉及使
用闭环控制确定物料搬运车的负载重量且控制物料搬运车的速度的系统和方法。
背景技术
在仓库、工厂、运输码头以及通常来说的码垛、大包裹或商品装载需要从一个地方
运输至另一个地方的位置，物料搬运车是常见的。物料搬运车典型地包括承载叉，用于举升
包括或托盘用于运输，驱动电机用于推进卡车，转向控制机构和制动器。
物料搬运车辆通常运输不同重量的多种物料。由于位于物料搬运车上的额外负
载，这一重量会显著影响物料搬运车的操作。例如，较重的物体会需要更多的动力来操作物
料搬运车。
此外，当物料被能够举升负载的物料搬运车、例如叉车运输时，负载的举升以及重
量会影响车辆的操作。这会包括稳定性，在此负载会被举升至用于给定重量的预定水平上
方。
因此，机构已经被集成入物料搬运车，以尝试解决与使用物料搬运车运输不同重
量负载有关的问题。例如，基于速度图的动力限制已被用于特定实施。这一类型的基于动力
的速度图控制依赖开环速度控制，其是不可再生的，在此需要紧密度容限，由于这一类型控
制的开环特性。此外，开环操作导致了高度不准确，强制该系统进行保守方法，导致物料搬
运车在最佳速度之下操作。
此外，在市面上的系统已经使用之后，使得一定重量的物料被物料搬运车运输。例
如，应变仪可被安装在物料搬运车的物料搬运部上，例如叉车或码垛车的叉上。应变仪可测
量位于物料搬运车的负载承载部上的重量。然而，市面上的应变仪通常价值不菲，并且由于
机械接触易于失效。替代地，多种接近传感器(超声波、光、视觉，等)可被安装在物料搬运车
上以探测与运输负载相关的参数，例如负载的高度或存在。然而，这些类型的传感器具有假
设负载是固定重量和/或密度的缺点。这会导致不精确的负载估计和因而不适当的速度控
制。
因此，需要提供一种系统和方法，用于精确确定物料搬运车的负载重量且使用该
信息提供闭环速度控制。
发明内容
本发明提供了一种物料搬运车，其包括物料搬运车控制系统，该控制系统包括多
个传感器，多个传感器连接至物料搬运车。控制系统进一步包括数据收集系统和处理器。处
理器执行实时重量计算程序，重量计算程序包括步骤：从多个传感器接收数据；以及组合来
自多个传感器的数据，以持续确定物料搬运车的负载的实时重量值；处理器至少基于实时
重量值控制物料搬运车的速度。
在一些实施方式中，多个传感器中的至少一个是高度传感器。
在一些实施方式中，高度传感器是线性电位计。
在一些实施方式中，多个传感器中的至少一个是压力传感器，用于测量物料搬运
车的液压压力。
在一些实施方式中，处理器是现场可编程门阵列。
在一些实施方式中，可包括数据收集装置，数据收集装置从处理器接收操作数据。
在一些实施方式中，数据收集装置通过无线连接与处理器通讯。
在一些实施方式中，无线连接是Wi-Fi连接。
在一些实施方式中，处理器基于来自多个传感器的数据识别操作式样
(operational pattern)，操作式样提供关于物料搬运车的至少一个操作条件的数据。
在一些实施方式中，至少一个操作条件是操作者数据、物料搬运车操作数据、负载
损耗数据、电池尺寸数据和维修数据的至少一者。
在一些实施方式中，物料搬运车是码垛车。
在一些实施方式中，多个传感器包括至少一个高度传感器和至少一个压力传感
器，并且组合来自多个传感器的数据包括：组合来自至少一个高度传感器的高度传感器数
据与来自至少一个压力传感器的压力传感器数据。
依照本发明的另一个实施方式，公开了用于物料搬运车的速度控制方法。该方法
包括：在处理器处从连接至物料搬运车的多个传感器接收数据；使用处理器，组合来自多个
传感器的数据，以持续确定物料搬运车的负载的实时重量值；以及至少基于实时重量值控
制物料搬运车的速度。
在一些实施方式中，该方法可进一步包括，基于来自多个传感器的数据识别操作
式样，操作式样提供关于物料搬运车的至少一个操作条件的数据。
在一些实施方式中至少一个操作条件是操作者数据、物料搬运车操作数据、负载
损耗数据、电池尺寸数据和维修数据的至少一者。
在一些实施方式中，多个传感器包括至少一个高度传感器和至少一个压力传感
器；以及组合来自多个传感器的数据包括：组合来自至少一个高度传感器的高度传感器数
据与来自至少一个压力传感器的压力传感器数据。
在一些实施方式中，组合来自多个传感器的数据包括：持续确定物料搬运车的负
载的实时重量值以及持续确定物料搬运车的负载的实时高度值；以及至少基于实时重量值
和实时高度值控制物料搬运车的速度。
在一些实施方式中，该方法可进一步包括，使用闭环速度控制，用于至少基于实时
重量值控制物料搬运车的速度。
基于对下面的详细描述、附图和所附权利要求的考虑，本发明的这些和其它特征、
方面和优点将更好理解。
附图说明
附图1是示出了物料搬运车控制系统中的多个传感器的实施的系统视图。
附图2是物料搬运车连杆组件的分解图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应理解的是，本发明的应用并不限制在
在下面的描述中阐述或在附图中示出的结构细节和部件布置。本发明能够是其它实施方式
且以多种方式被实践或执行。同样，应理解的是，在此使用的措辞和术语是用于描述的目的
且不应被看作为限制。“包括”、″包含″或″具有″及其变形在此的使用意味着包含有其后列
出的项目及其等价以及额外项目。除非特定的或另外限制的，术语″安装”、“连接″、“支撑″
和“接合″及其变形被广泛应用且包含直接和间接安装、连接、支撑和接合。此外，“连接”和
“接合”并不严格限于物理或机械连接或接合。
呈现下面的讨论来使得本领域技术人员能够实施和使用本发明的实施方式。对所
示实施方式的多种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且在此的通用原则可被
用于其它实施方式和应用，而不偏离本发明的实施方式。因此，本发明的实施方式并不意图
限制为所示的实施方式，但是依照与在此公开的原则和特征一致的最宽范围。应参考附图
阅读下面的详细描述，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。如图，其并不必须
是成比例的，描述了所选择的实施方式且并不意图限制本发明实施方式的范围。本领域技
术人员将认识到，在此提供的示例具有很多有用的替代且落入本发明的实施方式的范围
内。
还意识到，物料搬运车以多种构造设计来执行多种任务。对本领域技术人员而言
将清楚的是，本发明并不限制于特定类型或目的的物料搬运车，并且还可提供与多种其它
类型的物料搬运车构造，包括，例如，码垛车、到达车、理货车、窄通道塔楼车和任何其它类
型的物料搬运车。
参考附图1，可以看到用于物料搬运车的控制系统100。控制系统100可具有多个传
感器。在一个实施方式中，控制系统100可具有高度传感器102和压力传感器104。在一个实
施方式中，高度传感器102可以是线性电位计。替代地，高度传感器102可以是超声波传感
器、视觉传感器、光传感器、角度传感器、线性接近传感器或其它适当传感器，用于确定高度
或距离。高度传感器102可以是输出模拟值的模拟传感器。替代地，高度传感器可输出数字
信号。高度传感器102可被用于确定码垛车的叉的高度。替代地，高度传感器102可被用于确
定被运输的负载的高度。
压力传感器104可被用于确定与支撑负载相关的液压系统的压力。压力传感器可
被安装在液压缸内，以确定传感器内的液压流体的压力。替代地，压力传感器104、例如应变
计或角度传感器可被使用。替代地，压力传感器104可替代为举升泵电机举升泵传感器，或
者转速计结合电压和电流传感器，以确定需要举升给定负载的转矩(工作)。在一个实施方
式中，压力传感器104可提供模拟输出，例如4-20mA信号。替代地，压力系统可包括模拟至数
字转换器，以允许输出数字值。压力传感器104和高度传感器102比典型的重量或应变计更
经济。此外，高度传感器102和压力传感器104可以是坚固的且更不易受到与物料搬运车的
机械接触的影响。此外，虽然未示出，还可安装额外的传感器，例如惯性传感器、位置传感
器、压电传感器等。
来自多个传感器的数据随后可被提供给控制系统100的处理器106。处理器106可
以是独立处理器，或可与物料搬运车控制器集成。在一个实施方式中，处理器106可以是
FPGA。替代地，处理器106可以是ARM处理器、ASICS、基于Intel的处理器、或能够履行所需软
件且执行所需功能的的处理器。处理器106可接受关于物料搬运车的操作以及物料搬运车
状态的数据。例如，物料搬运车的操作数据可包括举升、下降、运行、负载角度、运行方向(前
进/倒退)等。状态数据可包括电池剩余动力、操作小时、流体水平等。
在一个实施方式中，处理器106可包括软件108，以融合来自多个传感器的数据，与
物料搬运车的操作和状态数据，以计算负载的恒定重量。软件108可被存储在连接至处理器
的存储器中。软件108可使用操作和状态数据，结合来自高度传感器102和压力传感器104的
数据，以计算负载重量。在一个实施方式中，软件108可持续计算负载重量，以提供实时重量
数据。由软件108计算的重量测量可被平均以提供一致的读数。平均计算的重量可提供一致
的读数，当操作在非标准条件下时，例如当行驶在不平坦表面上时。使用来自多个传感器的
数据，包括高度传感器102和压力传感器104，实时计算的负载重量可被确定物料搬运车是
否停止或移动，同时考虑举升系统的非线性。
融合来自多个传感器的数据，或“数据融合”，如上所述，可允许融合的数据具有较
小的不确定性，比起独立使用来自多个传感器的数据而言。处理器106可执行数据融合。此
外，软件108可当计算负载重量时将来自多个传感器的数据融合在一起。
在一个实施方式中，一旦已经执行了初始重量计算，处理器106可开始数据收集。
在一个实施方式中，处理器106可将实时重量数据提供给数据收集系统110。此外，处理器
106可将物料搬运车的操作和状态数据提供给数据收集系统110。数据收集系统110可位于
物料搬运车上。替代地，数据收集系统110可与物料搬运车远程定位。在数据收集系统110与
物料搬运车远程定位处，处理器106可无线传送数据至数据手机系统110。在一个实施方式
中，处理器106可使用Wi-Fi通讯无线传输数据。在一个实施方式中，数据收集系统110可存
储数据用于后面的分析。替代地，数据收集系统110可处理接收的数据以确定操作参数，例
如工作效率、机器利用、作业完成、操作者效率、仓库效率、预测维修、仓库地面条件，等。在
一个实施方式中，数据收集系统110可使用处理器106处理接收的数据。
处理器106还可识别传感器反馈中的式样。这些式样可基于由软件108提供的计算
重量。此外，这些式样还可基于接收的物料搬运车的操作和状态数据。在传感器反馈中的式
样识别可允许传感器探测和评估关于物料搬运车的问题。
在一个实施方式中，在模块112，处理器106可使用识别式样以确定操作者行为。操
作者行为数据可包括操作者效率、操作者正常运行时间、操作者驾驶习惯包括速度、直线运
动(也就是，上和下)等。这一操作者行为数据可被用于为操作者提供反馈。此外，其可提供
关于操作者操作统计的概览的管理用以评估。例如，每个时间周期移动的重量、移动的平均
重量，等。此外，工作编码和操作者确认可被用于提供更细节的统计。在一个实施方式中，操
作者识别可基于操作者识别标志而确定，其在物料搬运车的操作之前需要被读取。
此外，在模块114，处理器可使用识别的式样来探测物料搬运车操作。物料搬运车
操作可包括过载(也就是，运输的负载超过了物料搬运车的等级)、超速、或会影响物料搬运
车操作或条件的任何其它操作。
在模块116，处理器106还可使用识别的式样来确定是否有负载损失。通过融合来
自多个传感器的数据且平均实时计算数据，控制系统100可更好的确定何时有实际的负载
损失情况。例如，使用平均重量数据允许在计算的重量中引起短暂变化。例如，粗糙地形或
快速操作者移动有时会影响到指示负载损失条件的数据。通过依赖于识别的式样和平均的
实时数据，可导致这些短暂变化且考虑进负载损失确定。
此外，在模块118，识别的式样可被用于确定物料搬运车的电池是否是不适当的尺
寸。例如，处理器106可确定电池改变式样，结合其它因素，例如负载重量、物料搬运车的平
均速度，等，以确定电池是否是用于特定车辆/应用的正确尺寸。此外，在模块118，可确定是
否已经安装了错误类型的电池，例如安装了商场包装代替了所需的牵引电池。在模块120，
识别的式样还可被用于确定超过时间移动的重量。此外，在模块122，识别的使用可被用于
探测物料搬运车可能的维修。例如，操作时间、限制最大速度、负载不平衡，等，全部可指示
物料搬运车的可能维修。
在一个实施方式中，在进程块124处理器106还可使用识别的式样以及实时计算的
负载重量，来控制物料搬运车的速度。通过具有实时计算的负载重量，处理器106可使用闭
环控制来持续控制物料搬运车的速度。例如，已知计算的重量，存在重载的物料搬运车的速
度可降低。此外，在重载且举升情形中，例如通过上升码垛车的叉，速度可被进一步降低，以
确定物料搬运车的稳定性。此外，实时计算的重量可指示地面条件的情形，例如不平坦表
面。这一信息可被用于限制最大速度，以确保物料搬运车的正常操作，以及降低部件的可能
磨损和破洞，因而增加物料搬运车及其相关部件的操作寿命。
实时计算的重量允许通过速度控制模块124实时响应。此外，闭环控制是可能的，
由于实时计算的重量可持续更新速度模块124，基于持续改变负载和/或条件。此外，由处理
器执行的数据融合允许降低了测量中的不确定性，速度控制模块124进行精确、可靠和高效
的速度控制确定。此外，闭环速度控制可改进负载采集的生产率，通过允许物料搬运车在较
高速度操作。精确的实时重量可允许更高速，同时仍然控制所需的停止距离。
附图2示出了典型的物料搬运车连杆200，典型地与叉操作相关。高度传感器102可
位于连杆202和/或叉204上或之间，以确定叉204的高度值。替代地，高度传感器可位于连杆
206和叉208上或之间。在另一实施方式中，高度传感器102可位于连杆202和叉204、连杆206
和叉208二者之间，以提供用于每个独立叉206、208的高度值。在另一实施方式中，高度传感
器102可位于上连杆210和连杆202上或之间以提供叉204的高度值。高度传感器可位于上连
杆212和连杆204上或之间以提供叉208的高度值。此外，高度传感器102可位于上连杆210和
连杆202、上连杆212和连杆206上或之间，以确定叉204和208的高度。还示出了负载轮支架
214和216，且还可包括高度传感器102。类似地，在一些实施方式中，压力传感器104可位于
任何识别的位置之上，以测量关于叉上重量的压力。
本发明参考附图描述了实施方式，其中类似的附图标记表示相同或类似元件。贯
穿这一说明书的参考“一个实施方式”、“一实施方式”或类似语言意味着结合实施方式描述
的特定特征、结构或特征，包含在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿这一说明书出
现短语“在一个实施方式中”、“在一实施方式中”和类似语言，可但不必须全部表示相同实
施方式。
描述的实施方式的特征、结构或特征可在一个或多个实施方式中以任何适当的方
式结合。在说明书中，许多特定细节被指示一提供对本发明实施方式的彻底理解。然而，本
领域技术人员将认识到，可没有一个或多个特定细节、或通过其它方法、部件、材料等等来
执行实施方式。在其它例子中，熟知的结构、材料或操作未被示出或详细描述，以避免混淆
本发明的各方面。
虽然上面的讨论公开了本发明的多个典型实施方式，对本领域技术人员明显的
是，可进行多种修改，其将实现本发明的一些优点，而不偏离本发明的实际范围。