提升致动器的制作方法

专利名称：提升致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的提升致动器，尤其涉及一种用于各种提升系统的电 提升致动器，其中致动器包括各种各样的改进，这些改进降低了成本，并 且除了跨越多个应用和/或负载范围以普通的设计来制造致动器、终端操纵 装置和部件以外，还提高了致动器的性能(例如，增大了整体的最大能力) 和可靠性。
背景技术：
电提升致动器的使用在物料输送行业是公知的。电梯尤其有用，并且 已经以多种实施方式应用，以提供用于人员提升装置的变化提升容量，以
便提升和运送负载。这种装置的例子包括Gorbel G-ForceTM和Easy Arm 系统。
更确切地，本发明涉及一种称为平衡器或提升机的物料输送装置，其 包括机动化的提升滑轮，所述提升滑轮具有缆绳或线，所述缆绳或线的一 端固定到滑轮上，当滑轮旋转时缠绕在滑轮周围，以及包括采用悬架式或 类似的机电装置形式的终端操纵装置或操作控制器，其可以连接到缆绳的 另一 (自由或非固定)端。终端操纵装置具有连接到被提升的负载上的部 件，且滑轮的旋转巻绕或解绕所述线，并致使终端操纵装置提升或降低连 接到它的负载。在一种操作模式中，致动器施加转矩给滑轮，并产生正好 等于被提升物体的重力的向上的线力，从而线中的张力实质上平衡了物体 的重量。因此，操作员必须施加以便机动操纵该物体的力仅仅是物体的加 速力。
在一类系统中，这些装置测i人的力或运动，并且基于这种测量，改 变由致动器(气动驱动或电驱动)施加的速度或力。这种装置的一个例子 是授予Yasuhiro Kojima的美国专利No. 4917360、授予Kazerooni的美国 专利No, 66229卯，和授予Kazerooni的美国专利No. 6386513。授予Kazerooni的美国专利为"具有防松弛装置的用于提升负载的人力放大器"， 于2003年9月23日授权。利用该装置以及类似的装置，当人在终端操纵 装置上向上推时滑轮转动并提升负载物；而当人在终端操纵装置上向下推 时，滑轮沿相反的方向转动并使负载物下降。类似的操作可在具有经常被 称作"浮动模式"的系统中观察到，在该模式中操作员施加向上或向下力 到负载物自身，导致负载物发生系统辅助(system-assisted)运动。

发明内容
这里披露的实施例设计成向现有的电致动器和提升系统提供多个改 迸。 一般地，改进的设计有助于致动器设计的标准化，以便减少制造和服 务于宽范围的提升系统所需的部件的数量，从而具有变化的负载提升范围 的几个致动器之间较少的部件发生变化。该重新设计还修改了致动器中的 以及相关使用者控制中的几个部件以便提高控制的可靠性、适用性和扩展 性。
这里的实施例中披露的是一种提升致动器，包括控制器；用于驱动
该致动器的电动机，所述电动机响应于来自该控制器的控制信号而操作，
以驱动巻筒(drum)旋转， 一端固定到该巻筒上的钢缆巻绕在所述巻筒上 和从所述巻筒上松开；和操作员接口，连接到钢缆的自由端附近，所述操 作员接口包括可拆卸的提升工具，其中该操作员接口将来自操作员的信号 提供至该控制器，以控制该致动器的操作。
还披露了 一种框架，用于从该框架可旋转地悬挂电动机、机械减速 装置(mechanical reduction)和巻筒；连接到该框架上的负载传感器，用 于在负载施加到钢缆的未巻绕端时通过电动机/减速器(reducer) /巻筒组 件的旋转来感测负载；松弛传感器，用于感测电动机/减速器/巻筒组件的 定向角度，并响应于来自该松弛传感器的信号来确定何时存在松弛条件， 在一个实施例中所述松弛传感器安装在旋转组件上；通用电动机和减速器 组件，可与多个附加的减速器中的一个相配合以便改变致动器的能力范 围；行星减速器，其中减速器的机械结构基本上封闭在钢缆滑轮巻筒以内； 导缆器(cable guide),用于在缆绳巻绕在巻筒上或者从巻筒解绕时控制缆 绳的位置和保持缆绳的缠绕完整性(紧度)；可调整缆绳限制传感器，响
7应于导缆器随着缆绳巻绕或解绕时的极端轴向运动而被触发；且导缆器包 括多股线，用于与巻筒上的槽紧密配合，以提供侧向力来驱动导缆器随着 缆绳巻绕或解绕而运动。所述槽还用来使缆绳定位在巻筒上，形成缆绳在 巻筒上的精确的单层放置。
此外还披露了有关操作员接口的各种可选实施例，为手柄；可枢转 的联接器，用于将接口连接到钢缆但允许其经由类似于扁平形的滑动环
(slip ring)相对于缆绳旋转360度，所述滑动环适于提供电触点和空气通 道或空气通路；线圈传感器(coil sensor),用于感测施加到手柄上的位移 的垂直分量，其中该手柄由柔性细丝联接到通过线圈内部的芯；接口上的 液晶显示器，用以显示状态信息给操作员；非接触式光学接近传感器，用 于在操作期间检测操作员的手是否在手柄上；以及快速断开卡口型或插销 型附件，用于将工具连接到接口的底部。


图1是本发明实施例的示意图2—4是根据所披露的实施例的各种普通设计方面的致动器驱动组 件的各种可选实施例(例如，不同的负载能力)的说明性示图5和6是行星齿轮组件的示例，图解说明了适用于不同负载能力的 可选实施例；
图7A—C和8 — 11表示了用作所披露的实施例的一个方面的改进的 负载感测系统的说明性示图，其中负载单元用来感测经由驱动组件相对于 悬挂结构的旋转而施加的负载；
图12A和12B是根据所披露的发明使用的操作员接口装置的可选实
施例；
图13A—13C是图12A中所示的操作员接口装置的部件和操作(图 13A， 13B)的说明性示例；
图14是适用于将电信号以及空气(流体)传导至图12A的操作员接
口装置的滑动环组件的示意图15A—B和16是图12A—B的操作员接口装置的可选实施例的详细
示8图17—19是表示本发明的实施例的详细示图，涉及根据本发明的一
个方面感测对应于钢缆的松弛条件的潜在可能；
图20—21表示可以根据所披露的发明使用的可选的松弛感测实施例；
图22—24是根据本发明一个方面的改进的缆绳管理和巻筒盖特征的 详细示图，包括防松弛。
图25和26图解说明了一个实施例，其中图22—23的缆绳门(gate) 部件用来感测缆绳的行程限制；以及
图27—29图解说明了一个可选实施例，用于使用图22和23的门来 检测缆绳行程限制。
具体实施例方式
以下是意在提供关于针对电梯致动器的各个改进方面中的每一方面 的信息的说明，并且已经关于其实施例进行了说明。不过，可以理解的是， 一般地，改进方面中的几个方面可以用于或实施在其他类型的致动器或其 他负载运送设备上，并不特别限定于如这里所述的电致动器或提升系统。 附图并不是要规定比例大小， 一些特征可能被放大比例来表示以便提高清 晰度。
参考图1，描绘了本发明实施例的示意图，表示示例性的人力放大器
no中的巻取或驱动滑轮及相关机械组件。在装置的顶部，由致动器112 驱动的巻取滑轮iii直接连接到天花板、墙壁或高架起重机、臂或类似结
构(未示出)上。环形滑轮111上有线或缆绳113,所述线或缆绳的一端 连接到滑轮而相对的自由端用于连接负载。当滑轮lll转动时，缆绳113， 也称为钢缆，能够提升或降低负载125。线113可以是任何类型的线、丝、 缆绳、皮带、绳、金属丝、绳索、合股线、绳带、链条或能够缠绕在滑轮 或巻筒上并能够向负载提供提升力的其他构件。连接到线113的是终端操 纵装置114,其包括人接口子系统(例如，手柄或悬架式按钮台116)和 负载接口子系统117，所述负载接口子系统在该实施例中包括可移除的J 钩，但也可以包括一对吸盘或类似的负载抓紧装置。未示出但包括在吸盘 实施例中的可以是空气软管，用于将真空提供给吸盘。
在一个实施例中，致动器112是具有传动装置的电动机，但可选地它可以是没有传动装置的电力电动机。此外，致动器112还可以使用包括气 动、液压和其他可选类型的动力而被提供动力。如这里所用的，传动装置 是机械装置，比如齿轮、滑轮等能够增大或减小线上的张力的装置。滑轮 111可以由巻筒或绞盘或能够将由致动器112提供的转动或角动转化成使 线113升高和降低的垂直运动的任何机构来替换。尽管在该实施例中致动 器112直接供给巻取滑轮111以动力，但也可以将致动器112安装在另一 位置处，并经由另一传动系统(比如链条和链轮组件)将动力传递至巻取 滑轮lll。致动器112优选地响应于电子控制器150来操作，所述电子控 制器接收从终端操纵装置114越过信号电缆(未示出)、线束或类似的信 号传输装置的信号。可以理解的是，有多个方法来传输电信号，且传动装 置可以是可选的信号传输装置，包括无线传输(例如，RF，光学的，等)。 本发明的一个实施例考虑一种自定义盘绕绳索(custom coil cord) 148，在 该自定义盘绕绳索中巻绕的控制线和/或空气管道是自定义模制的，以便允 许这种绳索保持其形状(例如，巻曲的环绕绳索113)。
除了操作员的控制以外可以使用一个或多个传感器以向系统提供功 能的和/或安全的特征。例如，控制器150可以接收来自传感器(例如，开 关)(例如松弛传感器160、缆绳行程限制传感器170)，负载单元1170 (例 如，图10， 11)或者操作员在场传感器1710 (图17)的输入。
在一个实施例中控制器150包含三个主要部件-
1. 控制电路，包括模拟电路、数字电路、和/或具有输入输出能力和 标准外围设备的计算机。控制电路的功能是处理从各种输入接收的信息并 产生用于(经由功率放大器)控制致动器的命令信号。
2. 功率放大器，响应于来自控制电路(例如，指示由于负载引起的 力的负载单元)的命令而发送动力。 一般地，功率放大器从电源接收电力 并提供适量的电力给致动器。由功率放大器供应的电力(电流和/或电压) 的量由在计算机和/或控制电路内部产生的命令信号来决定。可以理解的 是，可以基于提升的需求而使用各种电动机一驱动器一放大器结构。在一 个实施例中，优选的电动机一驱动器系统是由B&R Automation在制造商 部分no.8V1016.50-2下生产的ACOPOS伺服驱动器(Servo Drive)。 一个 实施例还考虑了附加的其他模块与该驱动器协同使用，比如CPU (例如，ACOPOS8AC140或8AC141)， I/O模块(例如，8AC130,60-1)和类似的 部件，以完成控制。
3.逻辑电路，由机电或固态继电器(relay)、开关和传感器组成，以 便响应于一系列可能的事件启动和停止该系统。例如，利用安装在控制器 上或者终端操纵装置上的两个按钮而使用继电器启动和停止整个系统的 操作。在供电故障的情况下或当操作员离开系统的时候继电器还接合摩擦 制动器(未示出)。 一般地，根据本申请，各种结构和具体设计对于该逻 辑电路而言都是可能的。在一个实施例中，逻辑电路可以类似于在由 Gorbd， Inc.制造和出售的G-force电梯中使用的逻辑电路。
如美国专利6622990中详细说明的那样，人接口子系统114可以设计 成由人手来抓握并测量人施加的力，即由人类操作员施加在人接口子系统 114上的力。在一个实施例中，人施加的力由负载单元1170 (例如，图10， 11)或类似的产生输出的传感器来检测，如以下更详细的说明，其中由负 载传感器产生的信号输出水平是由人施加到终端操纵装置的负载的函数， 并且加上被支撑的负载或从被支撑的负载中减去。
负载接口子系统117，如以下也将说明的那样是可移除或可定制的机 构，设计成与负载相连接，并包含各种保持、夹紧或其他用户化的负载抓 紧装置。负载接口子系统的设计依赖于负载的几何形状以及与提升操作相 关的其他因素。除了钩117以外，其他负载接口可以包括吸盘和各种钩、 夹具和抓持器以及连接到负载接口系统的相似装置。为了提升重的物品， 负载接口子系统可包括多负载接口 (即，多个钩、夹具、抓持器、吸盘和 /或其组合)。
已经描述过提升系统的组成部分，现在将要把注意力转移到本发明的 不同方面。 一个方面是针对致动系统的所谓"积木式设计"。积木式设计 一般地表示在图2—6中，其中阐明了该设计的各个方面。在积木式设计 的创造过程中，提升系统的各个部件(例如，致动器、手柄、齿轮减速装 置等)这样设计，以使得部件可以用在多个模块上或多种类型的电梯(Easy ArmTM， G—Force ,等)上。认识到，在某些情况下特征(比如提升能 力)必须为每一级来构造，也可以分析该设计以确定哪一个部件，如果有 的话，可以用作公共或通用的，而哪一个必须基于每一级来选择。
ii一个这种例子描绘在图2—4中。在图2中，例如，使用了电动机210 和相关的减速器212，其中一个或两个部件都可跨越具有一定的提升能力 范围的几个致动器来使用一例如图3和4中所述的那样。在低能力单元上 巻筒滑轮整体适配器216a连接到电动机/减速器组件。没有使用附加的减 速装置。同样参考图3和4，代替巻筒滑轮整体适配器216a连接的是分别 以减速器216b和216c形式的可选的(图3)或附加的(图4)减速装置。 附加的减速器216b被设计/确定大小(例如，内行星齿轮组件218;图5) 以便允许电动机210提升增大的负载重量。同样参考图4，减速器216c被 连接，其中使用的附加的减速器被设计/确定大小以便允许电动机210提升 另一个范围以内的负载。在该方式下，通用电动机可跨越多个致动器负载 范围而使用，从而增加/改变的主要部件是附加的减速器。
如可以理解的那样，所述的实施例利用了堆叠的、积木式齿轮减速器 结构，其中减速器组件216a、 216b和216c的差别在于负载承载能力，因 为内行星齿轮装置218具有在不同模型之间改变的比例。对于最低的提升 能力，代替附加的减速装置使用简单的适配器。对于最重的能力，增加第 二或"堆叠的"减速器，且第二减速器的设计作为提升致动器想要的能力 的函数来选择。此外，由于使用不同的或可选的减速器(和行星)组件， 控制器被类似地改变或重新编程，以便恰当地调整电动机驱动特性，以调 节组件的可选减速能力以及电动机旋转方向。
可以理解的是，图2 — 6中描绘的致动器驱动设计使得针对特定应用 的致动器单元的大规模生产(但却是定制化)成为可能，且进一步有助于 高效的服务以及低体积下的更加成本有效的设计。同样如图5和6所示， 几个实施例包括巻筒滑轮111内部的减速传动装置(reduction gearing)。 行星齿轮减速器218位于钢缆巻筒滑轮111以内，与将减速器与巻筒成一 直线地放置的常规系统相比，这节省了空间、重量和成本。这还改善了致 动器的平衡，因为它被悬挂在外部结构上，比如起重机行车大梁。利用巻 筒内部的减速器，该单元紧凑了，且单元重量由于更少的巻筒材料而稍微 减少。减速器的成本也可以通过从常规的管材而不是机械加工的实心材料 块来制造巻筒而被降低。例如，在一个实施例中，巻筒可以由铝合金或者 可选地由尼龙或提供合适的机械特性的类似聚合物制造。如提升系统领域的技术人员将会理解的那样，这里披露的不同实施例 的一个重要方面是这种系统的重量的减少。为了实际上增大提升装置的提 升能力，还必须考虑用于提升装置的支撑结构(例如，桁架、悬臂、空中 吊运车，等)上的增大的能力的影响。因此，尽管有可能提供增大的提升 能力，但必须降低提升设备自身的重量以便从增大的能力获得优势。例如，
如果提升能力能够增大25 kg，为了利用改进的提升装置，必须确保支撑 结构能够处理增大的能力，或者由该结构支撑的总重量必须减小。后一点 通过这里披露的实施例的各个方面来解决。致动器重量的减少使得能够更 好地使用支撑结构对于负载重量的承载能力。此外，减小的致动器重量使 得更容易四处移动该提升装置(更少的操作员的耗力(人力)或更小的电 动机(空中吊运车))。
下面转到图7A—C和8 — 10，这里描绘的是致动器112的实施例的更 多组成部分，其中由致动器支撑的负载可利用压縮负载单元直接感测。致 动器112还包括臂710或类似结构和套管712，所述臂与所述套管在操作 上互相连接并连接到巻筒滑轮111。在一个实施例中，臂710连接到套管 上以便提供表面来促动这里所披露的负载感测和松弛感测，并在松弛状态 下提供正转制动。如图所示，例如在图9中，套管712还支撑附加的减速 装置和巻筒滑轮111，所述巻筒滑轮具有缠绕其上的钢缆或缆绳930，所 述钢缆或缆绳的一端连接到该巻筒滑轮111。
在一个实施例中，致动器112还利用超高分子重量(UHMW)聚合物 磨损环999(钢缆930穿过的致动器底部处的环形孔)。与常规致动器相比， 磨损环的使用导致了更高的耐久性。在另一个实施例中，可以理解的是， 致动器的可选设计可以改变支撑托架(例如，臂710)连接到致动器驱动 部件和/或盖和外壳的方式，如图8所示。例如，图10中所示的设计使用 了稍微不同的臂和致动器中的相关支撑结构。
致动器112还包括中心铸件840，从而致动器驱动组件的巻筒或附加 的减速装置由轴承844支撑在其中，但在那里驱动组件，包括巻筒滑轮111、 套管712、盘绕绳索(coil cord)支架和臂710，能够像所能理解的那样按 照需要相对于中心铸件转动(虽然会受到约束)，以便使用负载单元来感 测致动器处的负载(致动器驱动部件的旋转)。致动器112还包括，如图8中所示，连接到中心铸件840的支撑构件850，以通过其支撑结构——比 如空中吊运车或臂(未示出)悬挂致动器，以及包括机壳或外壳860 (在 图8中表示为切除一部分)，以封闭致动器的操作部件。适用于所示致动 器的外壳的一个实施例在例如美国设计专利申请29/256812中可以找到。
可以理解的是，除了模制的盖以外，有可能通过采用更便宜的盖子来 进一步降低致动器112的成本。例如，由成形板金属或塑料和原材料形状 制成的盖子或盖部件可导致充分的降低。此外，当前的片材成形技术允许 类似于图8中以及以上所述的设计申请中部分所示的那些稍微复杂的形状 的形成。在使用成形金属盖的一个实施例中，门或孔保持相同，但盖的剩 余部分可改变设计以便适应可选的材料和成形技术。
除了改进的通用驱动器设计以外，驱动和控制电子设备，例如由B&R Automation的制造商部分no. 8V1016.50-2生产的ACOPOS伺服驱动器， 进一步提供了改善的输入/输入能力并能够进一步改进设计，其特征在于即 插即用部件。不同部件——致动器、手柄等——的即插即用特点允许提升 控制器(未示出)意识到何种类型的手柄已经连接到提升装置上，以及调 整任何程序控制或I/O，从而所检测的部件与该手柄正确地协同工作。即 插即用设计克服了当从一个手柄类型或致动器类型变化成另一种时必须 进行机械和电气改造的时候在常规提升系统中观察到的困难，从而避免时 间消耗和昂贵的修改，并使得有可能实现改造和升级。
与致动器112相关的改进的控制器所实现的另一个特征是远程诊断能 力。在一个远程诊断实施例中，控制器包括通信电路，使得信息可以经由 网络连接(LAN/WAN/Intemet)在致动器控制器与另一个计算装置(例如， 工作站、起重机控制器等)之间交换。根据本发明的一个方面，远程诊断 能力使得能够实现远程配置以及提升装置(比如致动器)的故障查找。
例如，当美国底特律的顾客具有关于特定致动器的问题时，有可能经 由以太网、调制解调器和/或因特网从远地点访问致动器的控制器(利用某 个网络IP地址或类似的标识符)，或者至少在远地点接收来自该控制器的 数据，并检查和改变设置以及解决任何性能问题。远程诊断和服务能力被 认为显著地降低了维护和保养该系统的成本，因为目前不可能在通常没有 技术员行进到工作地点或使致动器运回来以便维修的情况下完成提升装置维护或解决性能问题。这会极大地减少装置的停工时间。预期控制器将
会利用标准通信协议(比如CANbus)以及其他公知的数字通信技术和协 议，并将至少能够执行和记录初步的诊断功能，所述功能包括记录信息和 执行记录等等的传送。
如上所述，致动器112的设计是这样的，使得驱动组件能够相对于中 心铸件840旋转。这种设计有助于如图10和11中更详细地描绘的压缩负 载单元1170的使用。在常规的负载平衡提升装置中，负载单元通常嵌入 在悬架式控制按钮台或终端操纵装置以内或与其相关联，负载施加或附加 到所述按钮台或操纵装置上。但是，这种系统要求使用更复杂的负载传感 器(张力和压缩感测)，并且还要求信号及时且准确地传回到致动器控制 器以便控制负载。它们还要求更复杂和更贵的互锁负载单元设计，以便即 使基于悬架式按钮台的负载单元失效，也能提供合理的安全性。将压縮负 载单元1170安装在巻筒中心铸件840上能够感测施加到臂710上的旋转 力，该旋转力由悬挂在缆绳930的自由端上的负载生成。将负载单元定位 在致动器的外壳中，邻近控制系统，这也提供了较短的传输路径并改善了 由控制器150 (图1)接收的信号的质量。
将负载单元取出负载路径还提高了提升装置的安全性，因为即使负载 单元失效，负载也不会必然下落。因此，图IO和11中所描绘的设计能够 感测邻近驱动组件的位置处的负载，并且无须使得负载单元"链接(link)" 在提升系统中。在驱动组件(例如，巻筒滑轮lll、减速齿轮变速箱212、 适配器/附加的减速装置(216a， b或c)以及电动机210)中，该组件的 部件在滚动轴承844上轴向旋转。致动表面1174与臂710相关联，且臂 710继而装配到套管712上，所述套管用螺栓固定到齿轮减速器212的安 装表面上。压缩型负载单元1170刚性地连接到起重机的中心铸件840上， 并且设置用于感测由致动表面1174施加的力。当操作员手动地施加力至 悬置负荷(suspended load)时，驱动机构在箭头1178的方向上旋转并改 变施加到负载单元上的力。力越重，由负载单元感测的压缩越大，反之亦 然。如图11所示，力传感器可包括在负载单元轴1145的端部处的小偏置 弹簧1150，其"平衡"缆绳和/或悬架式按钮台远离负载单元的静负载(dead weight),并且如下所述，对于松弛感测也是重要的。在可选实施例中，本
15发明考虑通过监测经过控制器的电动机电流以及相关联的软件来推导
(derivation)施加到缆绳上或悬挂在缆绳上的悬架式按钮台的负载。 对于提升致动器的进一步改进可包括负载单元信号调节。除了处理负 载单元信号以使得该信号对于当前的应用有用以外，进一步考虑可使用用 于负载单元信号的信号调节电路，其中可以使用可达三个或更多的负载单 元(例如，三个不同的负载范围)以及可以使用一个公共或通用的调节电 路。此外对于通用信号调节方法的可选方案可以是使用分离的电路来处理 不同的负载单元和这些负载单元响应于悬挂在或施加到缆绳的负载而产 生的输出信号。
下面参考附图12A—B和13A — C以及附图14，在图12A中表示的是 一种用于确定控制用悬架式按钮台116中的操作员意图的改进的机电机 构。作为可选方案，可使用比如图12B中所示的悬架式按钮台来控制本发 明。这种悬架式按钮台的一些方面披露在2005年3月21日由M. Taylor 等提交的己公开的US申请2005/0207872Al (USSN 11/085764)。两种装 置都可使用各种发信号装置(视觉的、听觉的、振动的)，并可包括液晶 或类似的显示装置3610，用于为操作员指示当前操作状态或其他信息。
在图12A的实施例中，如进一步在图13A—C中图解说明的那样，与 常规的线性可变位移变换器(LVDT)相比较，感测机构使用线圈(coil) 装置1310。在该实施例中，线圈用来感测其中的由金属棒或类似部件构成 的芯，以及感测操作员意图(提升或降低)。在所示实施例中的进一步修 改是使用柔性细丝1320来将芯连接到手柄、操作员把手1716的滑动部分。 常规线圈装置的使用被认为相对于商业上可购得的LVDT是较便宜的可选 方案。此外，使用柔性细丝(例如，尼龙或类似塑料或柔性材料)来将芯 连接到手柄上防止了在手柄由于负载而过扭转或旋转的使用条件下切断 该芯，并且能够防止在没有很好地对准的情况下在系统上的费力拖拉。也 可能使用LVDT或磁性感测装置来确定向下或向上的操作员输入，分别如 图13A和13B所示。图13A和B中所示的实施例说明了手柄(大箭头以 下)相对于线圈的相应运动。
用于感测操作员经由手柄的输入的可选装置在例如属于Kazerooni、 于2002年5月14日授权的、标题为"HUMANPOWERAMPLIF正RFORLIFTING LOAD INCLUDE-歸APPARATUS FOR PREVENTING SLACK IN LIFTING CABLE"的美国专利6386513以及2005年10月16 日公开的WO 2005092054，标题为"ELECTRONIC LIFT INTERFACE USING LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSDUCERS"中有所说 明。在一个实施例中，控制用悬架式按钮台可以类似于例如联合未决的美 国设计申请29/256811中所述的那样。
改进的控制用悬架式按钮台的另一个方面表示在图14中，其中滑动 环设计成允许来自线圈传感器1320以及电力开关1610的输出或存在于电 连接器1624中的相关电信号、经由盘绕型控制软线线缆精确和可靠地传 送至致动器112，所述盘绕型控制软线线缆可插入连接器1628。该设计利 用了控制手柄中的扁平形滑动环组件1620，以允许独立于钢缆和盘绕型控 制软线线缆的360度连续旋转。常规的滑动环使电信号从旋转手柄通到盘 绕型控制软线线缆。常规的滑动环组件还特别设计成允许空气(充气的和 /或真空的)或其他加压流体经由回转入口 (swivel inlet) 1640通过其中心。 这使得操作员能够使空气动力运行至终端工具，并仍连续旋转360度。
可以理解的是，滑环触点是已知的，但相信有助于无限制旋转的集成 电和空气导管的设计是悬架式按钮台设计的改进方面，在提升技术领域中 以前还未使用过。空气导管优选地使得加压流体(例如，气动的、真空的、 液压的)输送到与悬架式按钮台相关联的工具。改进的设计以合理的成本 进一步控制或降低了悬架式按钮台中的可接受的"净空高度"。
参考图13A—C，这里描述了悬架式按钮台设计的另一个方面，其中 操作员的存在(手在手柄上)利用感应的或优选地反射式光电传感器1710 来感测。在一个实施例中，传感器1710是管状光电传感器(金属的，12mm， PNP)和传感器开关上的指示光，当传感器探测到反射光时指示光指示操 作员的手是存在的。然而，可以理解的是，各种可选类型的事故自动关闭 开关(dead-man switch)是已知的，这些中的许多都需要牢牢地抓住或长 时间地紧握操作员把手1716，这可能导致操作员疲劳以及混淆。图13A 一C中所示的设计表示了一种光电传感器，作为感测与控制手柄相接合的 起重机操作员的手，不要求对使用者进行说明，避免使用者使用该开关作 为打开或关闭装置的工具。当接合时，传感器发送信号到控制器，控制器然后允许起重机在上下方向上操作。用于探测操作员的手的可选传感器或 开关包括类似于已知设计的机械型滚轮开关、接触式传感器、感应式光学 传感器、以及薄膜传感器。如可以理解的那样，将传感器定位在悬架式按 钮台的主体以内是优选的，以避免损坏或干扰，不过，悬架式按钮台手柄
应该包括孔1730，通过该孔能够感测到操作员的手的存在。
在致动器和控制用悬架式按钮台的各种使用中，有时必须改变或更改 场地中的负载接口。例如，负载可能需要利用螺纹连接器等而不是钩来提 升。参考图15A—B，这里所示的设计考虑悬架式按钮台或终端操纵装置 H6的底部上的快速断开适配器，其中操作员可通过滑下套环1810来快速 地改变终端工具(endtooling),所述套环收縮锁定销1820，并允许工具安 装柄松开。另一种工具能够通过使其安装柄上滑入安装孔内、当其通过时 收缩锁定销、然后当销接合柄上的槽1834时紧紧地锁入适当位置而被快 速且容易地安装。对于终端工具的变化不需要任何工具。
熟悉提升系统的本领域技术人员可以理解的是，可以使用已知的螺纹 联接技术，或者可选方案，需要操作员身体力行地除去销1910 (图16) 以便释放工具，这些都包括在这里所述的各种实施例的范围以内。
下面参考图17—21，表示了结合了改进的缆绳松弛感测能力的本发明 实施例的各个方面。特别地，如以上关于改进的负载感测间接提到的，图 17-21中所示的致动器实施例利用巻筒、齿轮减速装置和电动机(驱动装 置)的旋转(虽然是在相反的旋转方向上)感测缆绳的松弛。在该设计中， 主驱动组件(巻筒滑轮111、变速箱(未示出)和电动机210)在滚动轴 承844上轴向旋转。致动板或臂710组装到套管上，所述套管利用螺栓固 定到主变速箱的安装表面上，并且还随着驱动组件旋转。当操作员除去除 了控制手柄和来自钢缆930的任何可利用工具以外的所有重量时，引起了 松弛。当导致松弛时，驱动组件在逆时针方向(箭头2020)上旋转，受助 于压缩弹簧1150 (图11)的使用。需要能够调整弹簧力，以促进用户应 用的工具中的波动。压縮弹簧1150安装在负载单元1170与致动板的表面 1174之间并与安装在负载单元中的负载销或轴同轴。当驱动组件在未加负 载或松弛条件下旋转时，安装到起重机的主支撑框架上的微开关2030通 过与致动板在2034处的接触感测到致动板(图24)的存在。当微开关启动时，它发送信号至控制器(未示出)，由此软件将仅允许起重机在向上 方向上运动。为了使用者的安全， 一旦感测到松弛，控制器将不允许起重 机在向下方向上送出任何附加的钢缆。
如可以理解的那样，用于负载和松弛感测目的的旋转驱动组件的使用 允许负载感测装置"发现"任何扭矩的加载，从而能够感测到钢缆以及盘
绕绳索/空气软管都会感觉到(see)的所有负载。换句话说，负载传感器 将使压缩负载施加到其上，所述压缩负载是负载重量的直接结果。同样当 负载升高或降低时，累积的负载保持相同，即使由盘绕绳索、空气软管和 钢缆承载的负载的相关部分可以改变。因为整个缆绳和盘绕绳索组件由旋 转驱动组件支撑，因此负载单元总是感测它们的总重量，从而负载高度中 的变化不会影响负载感测或浮动模式操作。弹簧力的任何潜在的有害影 响，例如对于浮动模式的影响，以及盘绕绳索的重量都通过该安装构造打 消了。
在可选实施例中，有可能利用用以监测电动机的电流的软件来感测松 弛，从而确定松弛条件。尽管可能，但仍然有担心这种方法可能是不可靠 的。也考虑使用非接触式接近传感器2040而不是机械的接触式开关(滚 轮开关等)来感测板710的旋转。这种实施例表示在例如图20和21中， 这里使用传感器2040来检测板710的旋转以确定松弛条件。
现在将注意力转移到改进致动器112的几个附加的方面，所述致动器 包括巻筒滑轮和钢缆(缆绳)引导装置。参考图22—29，改进的设计利用 了二片组件2610 (2610a， 2610b，等)，所述二片组件夹在或安装在钢缆 或其他提升介质周围，并在由巻筒盖998 (图25)提供的轨道上往复滑动。 用于组件2610的滑动由包含在该组件的一半2610a上的螺纹2620引起， 所述螺纹在钢缆巻筒滑轮111的敞口槽2622中延伸。
组件2610，当组装在缆绳930周围时，提供了滑动门或孔，通过所述 门或孔钢缆930离开如图24中所示的巻筒。这种装置，除了保护缆绳和 巻筒的功能以外，还防止巻筒槽上的任何侧面磨损，并保持钢缆紧紧地约 束在巻筒滑轮上，从而避免发生不期望的松弛。换句话说，钢缆的侧面力 由门承受且缆绳不倾向于磨损巻筒表面，因为在入口处与巻筒槽的对准几 乎在任何情况下都几乎是完美的。门2610a上的螺纹的大承载面积提供了极大的侧向力，并使该力分散在巻筒中的许多槽之上，因为任何侧向力仅 在钢缆几乎完全出来时出现，且门与巻筒槽的接合是在门上的螺纹数量最 大处。使得该门的一半永久地连接到巻筒上，在替换钢缆时这允许它保持
对正(registration)。
本实施例的另一个特征特别表示在图24—29中，在这里滑动门2610 允许门自身用作缆绳的上下行程限制的指示器。如图25—28中的虚线箭 头所示，随着钢缆在巻筒上缠绕和解绕，门由巻筒滑轮的旋转所驱动而往 复滑动。例如图25和26中的限制开关2510的增加允许门2610的通过杆 2520或类似构件传递的运动被用来识别行程限制。如下所述，该设计允许 限制开关的设定不受到系统变化、钢缆更换等的影响。实际上，只有门最 靠近钢缆的锚定端的那一侧才不得不被移除以改变缆绳，即使用于最大的 缆绳输出的限制开关必须被绕过以便进行重新加载操作。可以理解的是， 可以使用更常规的滚珠丝杠驱动机构，以驱动钢缆巻筒滑轮往复运动，或 者可以使用用齿轮连接惰轮或经由巻筒滑轮上的单个槽可操作地驱动惰 轮的机构，就像许多当前的Gorbel致动器中的情况一样。
特别地参考图25和26，这里表示的是使用如上简要地说明的微开关 2510的限制感测系统。所描述的是由杆2520构成的实施例，所述杆由于 带螺纹的门(门2610a)的运动而往复运动。在杆上包含有两个可调整的 圆筒2530，所述圆筒能够被移动到想要的位置然后固定在适当的位置，例 如，利用锁定螺母或类似手段。当门处在其高和低的限制位置时这些圆筒 接触微开关2510。当钢缆引导#或门机构往复滑动，且圆筒触发传感器 2510时，信号被发送到控制器以激活该单元的上或下行程限制。当行程限 制被触发时，软件然后将仅允许起重机在与所触发对象相反的方向上操作 (即，如果上限制被触发，那么起重机将仅允许在向下方向上操作)。这 些限制可以通过驱动圆筒运动来调整。
尽管微开关机构被认为是优选的，因为其简单，但应该理解的是，可 以使用可选的感测系统(比如磁性的、非接触式传感器)消除为致动该传 感器所需的接触力，从而消除部件磨损。例如，如图27—29所示，磁性 传感器3410可固定地安装到固定的钢缆巻筒盖998上。连同安装到钢缆 引导机构2610的两个磁靶3420和3422 —起，传感器可操作地连接到巻
20筒滑轮。传感器靶3420、 3422由一个北极和一个南极定向的磁体构成， 并适于类似地提供如上讨论的行程限制信号。用于行程限制传感器的其他 选择包括光学或其他非接触技术，以及常规的机械传感器和开关。
这里所披露的各种特征和功能优选地通过使用适于在编程代码的控 制下运行的控制器或类似的处理系统来实现。 一个实施例考虑具有适于宽 范围的特征和功能的预载功能性的控制器150 (图1)，其中一个或多个特 征及功能仅由于随后的给控制器的指示或信号来启动。这样，致动器112 (包括控制器150)的一般性质可以进一步扩展。预载所有软件功能性以 及然后仅启动用户想要或想购买的那些部分的处理和操作，被认为有助于 根据本发明一个方面的组成部分的预期的可交换性。这种处理还可以在致 动器已经部署在场地中之后实现功能增加一一例如当用户的需求或应用 改变时，该致动器能够启动额外的特征或功能。还有可能，在即插即用部 件后来连接到致动器的情况下，致动器将不仅如上所述地识别该部件，而 且改变其编程控制以助于新安装的部件的使用。相信这些改进将会允许致 动器针对用户的需求快速地用户化，同时减少或消除对于用户软件变化以 及正在进行的技术支持的需要。
返回到图12A，这里所示的是对于操作员控制用悬架式按钮台或终端 操纵装置116的进一步改进。在所示的实施例中，悬架式按钮台116装配 有液晶显示器(LCD) 3610或类似的显示技术，以便提供能力来以更容易 获得的方式向使用者传达信息。显示在LCD上的信息包括基本信息，比 如系统状态(即，系统预备使用)，高级或可选信息，比如负载重量、系 统用法和服务信息(即，已完成的循环数和系统服务指示器)以及当处在 编程模式，比如哪些特征当前正在被编程(即，虚拟限制)时的增强的引 导和反馈。
通过使用LCD,有可能提供更多和不同的信息给安装者、使用者甚至 维修人员。同样地，作为LCD显示器的可选方案，常规的发光二极管(LED) 等可以用来将致动器状态信息传达给操作员。
在另一个可选实施例中，例如图25所示，钢缆总是紧紧地缠绕在巻 筒滑轮lll、巻筒盖998和滑动门2610之间，从而无论是致动器的任何地 方都没有空间允许钢缆中出现松弛环圈。这样甚至是施加到钢缆上的压缩负载也不会允许松弛形成或积累在致动器112以内，只要锚定端被约束而 不滑出。实事求是地说，有可能有钢缆的一小部分在致动器内部和离开门 之前保持自由，因为它在离开致动器或巻筒外壳之前从滑轮上解绕。迸一 步可以理解的是，使用更大直径的钢缆(例如，0.25英寸直径的缆绳在这 方面有帮助，因为它比较小直径的缆绳具有更大的圆柱强度(column strength))降低了缆绳在短距离的未受约束的情形下形成环圈(松弛)的 能力。本领域技术人员将理解，缆绳的直径是致动器的负载能力的函数并 可以小于或大于0.25英寸。
利用当前控制器中提供的附加的功能性，该系统还可以在通电期间执 行一个或多个硬件识别处理，并可将所得的信息与指定的功能性作对比。 利用这种信息，如果发现问题，比如不能操作或子系统故障，例如，手柄 故障或操作员存在感测不能执行，系统可产生能够被显示的警告消息。
同样考虑到这里所述的有意用于各种实施例的一般设计，本发明考虑 使用通过柔性结构设置的实时I/O端口分配，而不是每一次都修改源代码 程序。这种系统将允许使用者访问控制器以内的预编程功能，以针对它们 的特定应用更快速地构造该装置的I/O。考虑可以提供软件界面来进一步 简化应用结构的简易性和柔性。
可以理解的是，上面公开的各个方面以及其他特征和功能或其可选技 术方案，可以根据需要结合到许多其他不同系统或应用中去。此外，其中 的各种目前不可预见或不可预期的可选办法、修改、变更或改进可以随后 通过本领域技术人员来完成，这些也都包含在以下权利要求中。
权利要求
1. 一种提升系统，包括控制器；致动器，所述致动器响应于所述控制器，所述致动器包括具有附着于其上的缆绳的滑轮，所述缆绳以单层方式缠绕在其上以支撑所述缆绳的自由端上的负载，滑轮由电动机和相关联的传动装置驱动，所述电动机适用于至少两个负载范围，且所述传动装置具有积木式齿轮减速构造，其中所述构造确定致动器的负载提升能力；以及负载接口，所述负载接口在操作上连接到所述缆绳的端部，所述负载接口包括使用者控制装置并产生信号以传送到所述控制器，其中响应于所述信号，所述控制器使得致动器操作以升高和降低悬挂在所述致动器上的负载。
2. 根据权利要求1的提升系统，还包括用作传动装置的齿轮减速装置的行星齿轮减速器。
3. 根据权利要求1的提升系统，还包括压縮负载传感器，所述压縮负载传感器在操作上与所述致动器相关联，其中所述传感器感测来自致动器的元件的、响应于缆绳上的负载的压縮负载。
4. 根据权利要求3的提升系统，其中致动器的所述元件包括臂，所述臂与滑轮和相关的电动机以及传动装置相关联，所述臂响应于负载在旋转方向上移动。
5. 根据权利要求1的提升系统，还包括与所述控制器相关联的通信电路，所述通信电路允许控制器与远程计算机通信。
6. 根据权利要求5的提升系统，其中与所述远程计算机的通信包括远程诊断信息的传输。
7. 根据权利要求1的提升系统，其中所述致动器还包括滑动门，所述缆绳的自由端通过所述滑动门离开滑轮。
8. 根据权利要求7的提升系统，其中所述滑动门在操作上与滑轮相关联，以便当滑轮旋转且缆绳巻绕或解绕时保持对正。
9. 根据权利要求8的提升系统，其中所述门响应于滑轮的旋转沿着纵向纵贯滑轮，并且还包括至少一个行程传感器，所述行程传感器适用于感测所述门的位置，以便确定所述缆绳从所述滑轮解绕的量。
10. 根据权利要求9的提升系统，其中当提升系统已经到达行程限制时所述至少一个行程传感器产生信号。
11. 一种提升系统，包括控制器；致动器，所述致动器响应于所述控制器，所述致动器包括滑轮，缆绳缠绕在滑轮上以支撑所述缆绳的自由端上的负载，滑轮通过电动机和相关联的传动装置来驱动；负载接口，所述负载接口可操作地连接到所述缆绳的端部，所述负载接口包括使用者控制器并产生被传输至所述控制器的信号，其中响应于所述信号，所述控制器致使致动器操作以升高和降低悬挂于所述致动器的负载；以及负载单元，所述负载单元适用于响应施加到缆绳上的负载而仅感测压縮力，所述负载单元产生被传输至所述控制器的负载信号，其中所述控制器致使致动器的操作成为负载信号的函数。
12. —种提升系统，包括控制器；致动器，所述致动器响应于所述控制器，所述致动器包括滑轮，缆绳缠绕在滑轮上以支撑所述缆绳的自由端上的负载，滑轮通过电动机和相关联的传动装置来驱动；负载接口，所述负载接口可操作地连接到所述缆绳的端部，所述负载接口包括使用者控制器并产生被传输至所述控制器的信号，其中响应于所述信号，所述控制器致使致动器操作以升高和降低悬挂于所述致动器的负载，至少一个使用者控制器利用线圈产生信号，以感测芯的相关运动，且所述芯利用柔性部件连接到可滑动的手柄；和负载单元，所述负载单元适用于感测压缩力，所述负载单元产生被传输至所述控制器的负载信号，其中所述控制器致使致动器的操作成为负载信号的函数。
13. 根据权利要求12的提升系统，还包括设置用于电信号的传输的旋转滑环组件，以及通过所述滑环组件的加压流体。
14. 根据权利要求12的提升系统，还包括反射式光电传感器，适用于感测操作员的手是否存在于所述手柄上。
15. 根据权利要求12的提升系统，还包括所述负载接口上的液晶显示器，所述显示器显示从所述控制器传输来信息。
16. —种提升系统，包括控制器；致动器，所述致动器响应于所述控制器，所述致动器包括滑轮，缆绳缠绕在滑轮上以支撑所述缆绳的自由端上的负载，滑轮通过电动机和相关联的传动装置来驱动，其中所述致动器还包括滑动引导装置，所述滑动引导装置在操作上与滑轮相关联，以便当滑轮旋转且缆绳巻绕或解绕时保持对正；以及负载接口，所述负载接口可操作地连接到所述缆绳的端部，所述负载接口包括使用者控制器并产生被传输至所述控制器的信号，其中响应于所述信号，所述控制器致使致动器操作以升高和降低悬挂于所述致动器的负载。
17. 根据权利要求16的提升系统，其中所述引导装置响应于滑轮的旋转沿着纵向纵贯滑轮，并且还包括至少一个行程传感器，所述行程传感器适用于感测所述引导装置的位置，以便确定所述缆绳从所述滑轮解绕的
18. 根据权利要求17的提升系统，其中当提升系统已经到达行程限制时，所述至少一个行程传感器产生信号。
19. 一种提升装置致动器，包括控制器；用于驱动该致动器的电动机，所述电动机响应于来自控制器的控制信号而操作，以便驱动巻筒，钢缆巻绕在所述巻筒上；操作员接口，所述操作员接口连接到钢缆的未巻绕端附近，所述操作员接口包括可拆卸的提升工具，其中所述操作员接口将来自操作员的信号提供至所述控制器，以控制所述致动器的操作；框架，用于可旋转地悬挂整个驱动组件，其中所述驱动组件包括电动机、减速装置和巻筒；连接到所述框架上的负载传感器，用于在负载施加到钢缆的未巻绕端时通过整个驱动组件的旋转来感测负载；松弛传感器，用于感测整个驱动组件的定向或旋转角度，并响应于来自所述松弛传感器的信号来确定何时存在松弛条件；通用电动机和减速器组件，所述通用电动机和减速器组件能够与多个附加的减速器中的一个相配合，以便改变致动器的负载能力范围；行星齿轮减速器，其中减速器的行星齿轮结构基本上封闭在钢缆滑轮巻筒以内；导缆器，用于在缆绳巻绕在巻筒上或者从巻筒解绕时控制缆绳的位置；缆绳限制传感器，随着缆绳巻绕或解绕，所述缆绳限制传感器响应于导缆器的侧向运动而被触发；导缆器包括多股线，用于与巻筒上的槽配合，以提供侧向力来驱动导缆器随着缆绳巻绕或解绕而运动。
20.根据权利要求19的提升装置致动器，其中操作员接口还包括手柄；可枢转的联接器，用于将接口连接到缆绳但允许其相对于缆绳旋转360度；扁平形的滑环，适用于提供电触点和随其设置的空气通道或空气通路；线圈传感器，用于感测施加到手柄上的位移的垂直分量，其中该手柄由柔性细丝联接到通过线圈内部的芯；接口上的液晶显示器，用以向操作员显示状态信息；非接触式接近传感器，用于在操作期间检测操作员的手是否存在于手柄上。
全文摘要
一种改进的电提升装置致动器，适用于各种提升系统，包括各种各样的改进，能够实现横跨几个负载范围的具有可交换部分的通用设计。该通用设计还能够实现附加的特征和功能(例如，改善负载单元定位，改进操作员悬架式按钮台中的操作员感测和电信号/空气通道)，提高可靠性并降低用于操作员施力检测的费用，等等)。此外，该通用设计与旋转驱动装置相结合，所述旋转驱动装置中负载感测和钢缆松弛感测以及缆绳限制可以利用改进的部件和技术来实现——比如非接触式传感器等。除了使得致动器具有跨越几个应用和负载范围的公共设计以外，所述的许多改进被认为降低了成本，提高了性能并扩展了致动器的能力和可靠性。
文档编号B66D1/48GK101460387SQ200780003284
公开日2009年6月17日 申请日期2007年1月17日 优先权日2006年1月17日
发明者B·皮斯, B·里斯, J·彭布罗克, J·斯道克马思特尔, J·爱尔戴, R·德沃瑞安, 彼得·刘 申请人:高博公司