提升致動器的製作方法
2023-08-09 06:34:46
專利名稱：提升致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及改進的提升致動器，尤其涉及一種用於各種提升系統的電 提升致動器，其中致動器包括各種各樣的改進，這些改進降低了成本，並 且除了跨越多個應用和/或負載範圍以普通的設計來製造致動器、終端操縱 裝置和部件以外，還提高了致動器的性能(例如，增大了整體的最大能力) 和可靠性。
背景技術：
電提升致動器的使用在物料輸送行業是公知的。電梯尤其有用，並且 已經以多種實施方式應用，以提供用於人員提升裝置的變化提升容量，以
便提升和運送負載。這種裝置的例子包括Gorbel G-ForceTM和Easy Arm 系統。
更確切地，本發明涉及一種稱為平衡器或提升機的物料輸送裝置，其 包括機動化的提升滑輪，所述提升滑輪具有纜繩或線，所述纜繩或線的一 端固定到滑輪上，當滑輪旋轉時纏繞在滑輪周圍，以及包括採用懸架式或 類似的機電裝置形式的終端操縱裝置或操作控制器，其可以連接到纜繩的 另一 (自由或非固定)端。終端操縱裝置具有連接到被提升的負載上的部 件，且滑輪的旋轉巻繞或解繞所述線，並致使終端操縱裝置提升或降低連 接到它的負載。在一種操作模式中，致動器施加轉矩給滑輪，並產生正好 等於被提升物體的重力的向上的線力，從而線中的張力實質上平衡了物體 的重量。因此，操作員必須施加以便機動操縱該物體的力僅僅是物體的加 速力。
在一類系統中，這些裝置測i人的力或運動，並且基於這種測量，改 變由致動器(氣動驅動或電驅動)施加的速度或力。這種裝置的一個例子 是授予Yasuhiro Kojima的美國專利No. 4917360、授予Kazerooni的美國 專利No, 66229卯，和授予Kazerooni的美國專利No. 6386513。授予Kazerooni的美國專利為"具有防鬆弛裝置的用於提升負載的人力放大器"， 於2003年9月23日授權。利用該裝置以及類似的裝置，當人在終端操縱 裝置上向上推時滑輪轉動並提升負載物；而當人在終端操縱裝置上向下推 時，滑輪沿相反的方向轉動並使負載物下降。類似的操作可在具有經常被 稱作"浮動模式"的系統中觀察到，在該模式中操作員施加向上或向下力 到負載物自身，導致負載物發生系統輔助(system-assisted)運動。
發明內容
這裡披露的實施例設計成向現有的電致動器和提升系統提供多個改 迸。 一般地，改進的設計有助於致動器設計的標準化，以便減少製造和服 務於寬範圍的提升系統所需的部件的數量，從而具有變化的負載提升範圍 的幾個致動器之間較少的部件發生變化。該重新設計還修改了致動器中的 以及相關使用者控制中的幾個部件以便提高控制的可靠性、適用性和擴展 性。
這裡的實施例中披露的是一種提升致動器，包括控制器；用於驅動
該致動器的電動機，所述電動機響應於來自該控制器的控制信號而操作，
以驅動巻筒(drum)旋轉， 一端固定到該巻筒上的鋼纜巻繞在所述巻筒上 和從所述巻筒上鬆開；和操作員接口，連接到鋼纜的自由端附近，所述操 作員接口包括可拆卸的提升工具，其中該操作員接口將來自操作員的信號 提供至該控制器，以控制該致動器的操作。
還披露了 一種框架，用於從該框架可旋轉地懸掛電動機、機械減速 裝置(mechanical reduction)和巻筒；連接到該框架上的負載傳感器，用 於在負載施加到鋼纜的未巻繞端時通過電動機/減速器(reducer) /巻筒組 件的旋轉來感測負載；鬆弛傳感器，用於感測電動機/減速器/巻筒組件的 定向角度，並響應於來自該鬆弛傳感器的信號來確定何時存在鬆弛條件， 在一個實施例中所述鬆弛傳感器安裝在旋轉組件上；通用電動機和減速器 組件，可與多個附加的減速器中的一個相配合以便改變致動器的能力範 圍；行星減速器，其中減速器的機械結構基本上封閉在鋼纜滑輪巻筒以內； 導纜器(cable guide),用於在纜繩巻繞在巻筒上或者從巻筒解繞時控制纜 繩的位置和保持纜繩的纏繞完整性(緊度)；可調整纜繩限制傳感器，響
7應於導纜器隨著纜繩巻繞或解繞時的極端軸向運動而被觸發；且導纜器包 括多股線，用於與巻筒上的槽緊密配合，以提供側向力來驅動導纜器隨著 纜繩巻繞或解繞而運動。所述槽還用來使纜繩定位在巻筒上，形成纜繩在 巻筒上的精確的單層放置。
此外還披露了有關操作員接口的各種可選實施例，為手柄；可樞轉 的聯接器，用於將接口連接到鋼纜但允許其經由類似於扁平形的滑動環
(slip ring)相對於纜繩旋轉360度，所述滑動環適於提供電觸點和空氣通 道或空氣通路；線圈傳感器(coil sensor),用於感測施加到手柄上的位移 的垂直分量，其中該手柄由柔性細絲聯接到通過線圈內部的芯；接口上的 液晶顯示器，用以顯示狀態信息給操作員；非接觸式光學接近傳感器，用 於在操作期間檢測操作員的手是否在手柄上；以及快速斷開卡口型或插銷 型附件，用於將工具連接到接口的底部。
圖1是本發明實施例的示意圖2—4是根據所披露的實施例的各種普通設計方面的致動器驅動組 件的各種可選實施例(例如，不同的負載能力)的說明性示圖5和6是行星齒輪組件的示例，圖解說明了適用於不同負載能力的 可選實施例；
圖7A—C和8 — 11表示了用作所披露的實施例的一個方面的改進的 負載感測系統的說明性示圖，其中負載單元用來感測經由驅動組件相對於 懸掛結構的旋轉而施加的負載；
圖12A和12B是根據所披露的發明使用的操作員接口裝置的可選實
施例；
圖13A—13C是圖12A中所示的操作員接口裝置的部件和操作(圖 13A， 13B)的說明性示例；
圖14是適用於將電信號以及空氣(流體)傳導至圖12A的操作員接
口裝置的滑動環組件的示意圖15A—B和16是圖12A—B的操作員接口裝置的可選實施例的詳細
示8圖17—19是表示本發明的實施例的詳細示圖，涉及根據本發明的一
個方面感測對應於鋼纜的鬆弛條件的潛在可能；
圖20—21表示可以根據所披露的發明使用的可選的鬆弛感測實施例；
圖22—24是根據本發明一個方面的改進的纜繩管理和巻筒蓋特徵的 詳細示圖，包括防鬆弛。
圖25和26圖解說明了一個實施例，其中圖22—23的纜繩門(gate) 部件用來感測纜繩的行程限制；以及
圖27—29圖解說明了一個可選實施例，用於使用圖22和23的門來 檢測纜繩行程限制。
具體實施例方式
以下是意在提供關於針對電梯致動器的各個改進方面中的每一方面 的信息的說明，並且已經關於其實施例進行了說明。不過，可以理解的是， 一般地，改進方面中的幾個方面可以用於或實施在其他類型的致動器或其 他負載運送設備上，並不特別限定於如這裡所述的電致動器或提升系統。 附圖並不是要規定比例大小， 一些特徵可能被放大比例來表示以便提高清 晰度。
參考圖1，描繪了本發明實施例的示意圖，表示示例性的人力放大器
no中的巻取或驅動滑輪及相關機械組件。在裝置的頂部，由致動器112 驅動的巻取滑輪iii直接連接到天花板、牆壁或高架起重機、臂或類似結
構(未示出)上。環形滑輪111上有線或纜繩113,所述線或纜繩的一端 連接到滑輪而相對的自由端用於連接負載。當滑輪lll轉動時，纜繩113， 也稱為鋼纜，能夠提升或降低負載125。線113可以是任何類型的線、絲、 纜繩、皮帶、繩、金屬絲、繩索、合股線、繩帶、鏈條或能夠纏繞在滑輪 或巻筒上並能夠向負載提供提升力的其他構件。連接到線113的是終端操 縱裝置114,其包括人接口子系統(例如，手柄或懸架式按鈕臺116)和 負載接口子系統117，所述負載接口子系統在該實施例中包括可移除的J 鉤，但也可以包括一對吸盤或類似的負載抓緊裝置。未示出但包括在吸盤 實施例中的可以是空氣軟管，用於將真空提供給吸盤。
在一個實施例中，致動器112是具有傳動裝置的電動機，但可選地它可以是沒有傳動裝置的電力電動機。此外，致動器112還可以使用包括氣 動、液壓和其他可選類型的動力而被提供動力。如這裡所用的，傳動裝置 是機械裝置，比如齒輪、滑輪等能夠增大或減小線上的張力的裝置。滑輪 111可以由巻筒或絞盤或能夠將由致動器112提供的轉動或角動轉化成使 線113升高和降低的垂直運動的任何機構來替換。儘管在該實施例中致動 器112直接供給巻取滑輪111以動力，但也可以將致動器112安裝在另一 位置處，並經由另一傳動系統(比如鏈條和鏈輪組件)將動力傳遞至巻取 滑輪lll。致動器112優選地響應於電子控制器150來操作，所述電子控 制器接收從終端操縱裝置114越過信號電纜(未示出)、線束或類似的信 號傳輸裝置的信號。可以理解的是，有多個方法來傳輸電信號，且傳動裝 置可以是可選的信號傳輸裝置，包括無線傳輸(例如，RF，光學的，等)。 本發明的一個實施例考慮一種自定義盤繞繩索(custom coil cord) 148，在 該自定義盤繞繩索中巻繞的控制線和/或空氣管道是自定義模製的，以便允 許這種繩索保持其形狀(例如，巻曲的環繞繩索113)。
除了操作員的控制以外可以使用一個或多個傳感器以向系統提供功 能的和/或安全的特徵。例如，控制器150可以接收來自傳感器(例如，開 關)(例如鬆弛傳感器160、纜繩行程限制傳感器170)，負載單元1170 (例 如，圖10， 11)或者操作員在場傳感器1710 (圖17)的輸入。
在一個實施例中控制器150包含三個主要部件-
1. 控制電路，包括模擬電路、數字電路、和/或具有輸入輸出能力和 標準外圍設備的計算機。控制電路的功能是處理從各種輸入接收的信息並 產生用於(經由功率放大器)控制致動器的命令信號。
2. 功率放大器，響應於來自控制電路(例如，指示由於負載引起的 力的負載單元)的命令而發送動力。 一般地，功率放大器從電源接收電力 並提供適量的電力給致動器。由功率放大器供應的電力(電流和/或電壓) 的量由在計算機和/或控制電路內部產生的命令信號來決定。可以理解的 是，可以基於提升的需求而使用各種電動機一驅動器一放大器結構。在一 個實施例中，優選的電動機一驅動器系統是由B&R Automation在製造商 部分no.8V1016.50-2下生產的ACOPOS伺服驅動器(Servo Drive)。 一個 實施例還考慮了附加的其他模塊與該驅動器協同使用，比如CPU (例如，ACOPOS8AC140或8AC141)， I/O模塊(例如，8AC130,60-1)和類似的 部件，以完成控制。
3.邏輯電路，由機電或固態繼電器(relay)、開關和傳感器組成，以 便響應於一系列可能的事件啟動和停止該系統。例如，利用安裝在控制器 上或者終端操縱裝置上的兩個按鈕而使用繼電器啟動和停止整個系統的 操作。在供電故障的情況下或當操作員離開系統的時候繼電器還接合摩擦 制動器(未示出)。 一般地，根據本申請，各種結構和具體設計對於該邏 輯電路而言都是可能的。在一個實施例中，邏輯電路可以類似於在由 Gorbd， Inc.製造和出售的G-force電梯中使用的邏輯電路。
如美國專利6622990中詳細說明的那樣，人接口子系統114可以設計 成由人手來抓握並測量人施加的力，即由人類操作員施加在人接口子系統 114上的力。在一個實施例中，人施加的力由負載單元1170 (例如，圖10， 11)或類似的產生輸出的傳感器來檢測，如以下更詳細的說明，其中由負 載傳感器產生的信號輸出水平是由人施加到終端操縱裝置的負載的函數， 並且加上被支撐的負載或從被支撐的負載中減去。
負載接口子系統117，如以下也將說明的那樣是可移除或可定製的機 構，設計成與負載相連接，並包含各種保持、夾緊或其他用戶化的負載抓 緊裝置。負載接口子系統的設計依賴於負載的幾何形狀以及與提升操作相 關的其他因素。除了鉤117以外，其他負載接口可以包括吸盤和各種鉤、 夾具和抓持器以及連接到負載接口系統的相似裝置。為了提升重的物品， 負載接口子系統可包括多負載接口 (即，多個鉤、夾具、抓持器、吸盤和 /或其組合)。
已經描述過提升系統的組成部分，現在將要把注意力轉移到本發明的 不同方面。 一個方面是針對致動系統的所謂"積木式設計"。積木式設計 一般地表示在圖2—6中，其中闡明了該設計的各個方面。在積木式設計 的創造過程中，提升系統的各個部件(例如，致動器、手柄、齒輪減速裝 置等)這樣設計，以使得部件可以用在多個模塊上或多種類型的電梯(Easy ArmTM， G—Force ,等)上。認識到，在某些情況下特徵(比如提升能 力)必須為每一級來構造，也可以分析該設計以確定哪一個部件，如果有 的話，可以用作公共或通用的，而哪一個必須基於每一級來選擇。
ii一個這種例子描繪在圖2—4中。在圖2中，例如，使用了電動機210 和相關的減速器212，其中一個或兩個部件都可跨越具有一定的提升能力 範圍的幾個致動器來使用一例如圖3和4中所述的那樣。在低能力單元上 巻筒滑輪整體適配器216a連接到電動機/減速器組件。沒有使用附加的減 速裝置。同樣參考圖3和4，代替巻筒滑輪整體適配器216a連接的是分別 以減速器216b和216c形式的可選的(圖3)或附加的(圖4)減速裝置。 附加的減速器216b被設計/確定大小(例如，內行星齒輪組件218;圖5) 以便允許電動機210提升增大的負載重量。同樣參考圖4，減速器216c被 連接，其中使用的附加的減速器被設計/確定大小以便允許電動機210提升 另一個範圍以內的負載。在該方式下，通用電動機可跨越多個致動器負載 範圍而使用，從而增加/改變的主要部件是附加的減速器。
如可以理解的那樣，所述的實施例利用了堆疊的、積木式齒輪減速器 結構，其中減速器組件216a、 216b和216c的差別在於負載承載能力，因 為內行星齒輪裝置218具有在不同模型之間改變的比例。對於最低的提升 能力，代替附加的減速裝置使用簡單的適配器。對於最重的能力，增加第 二或"堆疊的"減速器，且第二減速器的設計作為提升致動器想要的能力 的函數來選擇。此外，由於使用不同的或可選的減速器(和行星)組件， 控制器被類似地改變或重新編程，以便恰當地調整電動機驅動特性，以調 節組件的可選減速能力以及電動機旋轉方向。
可以理解的是，圖2 — 6中描繪的致動器驅動設計使得針對特定應用 的致動器單元的大規模生產(但卻是定製化)成為可能，且進一步有助於 高效的服務以及低體積下的更加成本有效的設計。同樣如圖5和6所示， 幾個實施例包括巻筒滑輪111內部的減速傳動裝置(reduction gearing)。 行星齒輪減速器218位於鋼纜巻筒滑輪111以內，與將減速器與巻筒成一 直線地放置的常規系統相比，這節省了空間、重量和成本。這還改善了致 動器的平衡，因為它被懸掛在外部結構上，比如起重機行車大梁。利用巻 筒內部的減速器，該單元緊湊了，且單元重量由於更少的巻筒材料而稍微 減少。減速器的成本也可以通過從常規的管材而不是機械加工的實心材料 塊來製造巻筒而被降低。例如，在一個實施例中，巻筒可以由鋁合金或者 可選地由尼龍或提供合適的機械特性的類似聚合物製造。如提升系統領域的技術人員將會理解的那樣，這裡披露的不同實施例 的一個重要方面是這種系統的重量的減少。為了實際上增大提升裝置的提 升能力，還必須考慮用於提升裝置的支撐結構(例如，桁架、懸臂、空中 吊運車，等)上的增大的能力的影響。因此，儘管有可能提供增大的提升 能力，但必須降低提升設備自身的重量以便從增大的能力獲得優勢。例如，
如果提升能力能夠增大25 kg，為了利用改進的提升裝置，必須確保支撐 結構能夠處理增大的能力，或者由該結構支撐的總重量必須減小。後一點 通過這裡披露的實施例的各個方面來解決。致動器重量的減少使得能夠更 好地使用支撐結構對於負載重量的承載能力。此外，減小的致動器重量使 得更容易四處移動該提升裝置(更少的操作員的耗力(人力)或更小的電 動機(空中吊運車))。
下面轉到圖7A—C和8 — 10，這裡描繪的是致動器112的實施例的更 多組成部分，其中由致動器支撐的負載可利用壓縮負載單元直接感測。致 動器112還包括臂710或類似結構和套管712，所述臂與所述套管在操作 上互相連接並連接到巻筒滑輪111。在一個實施例中，臂710連接到套管 上以便提供表面來促動這裡所披露的負載感測和鬆弛感測，並在鬆弛狀態 下提供正轉制動。如圖所示，例如在圖9中，套管712還支撐附加的減速 裝置和巻筒滑輪111，所述巻筒滑輪具有纏繞其上的鋼纜或纜繩930，所 述鋼纜或纜繩的一端連接到該巻筒滑輪111。
在一個實施例中，致動器112還利用超高分子重量(UHMW)聚合物 磨損環999(鋼纜930穿過的致動器底部處的環形孔)。與常規致動器相比， 磨損環的使用導致了更高的耐久性。在另一個實施例中，可以理解的是， 致動器的可選設計可以改變支撐託架(例如，臂710)連接到致動器驅動 部件和/或蓋和外殼的方式，如圖8所示。例如，圖10中所示的設計使用 了稍微不同的臂和致動器中的相關支撐結構。
致動器112還包括中心鑄件840，從而致動器驅動組件的巻筒或附加 的減速裝置由軸承844支撐在其中，但在那裡驅動組件，包括巻筒滑輪111、 套管712、盤繞繩索(coil cord)支架和臂710，能夠像所能理解的那樣按 照需要相對於中心鑄件轉動(雖然會受到約束)，以便使用負載單元來感 測致動器處的負載(致動器驅動部件的旋轉)。致動器112還包括，如圖8中所示，連接到中心鑄件840的支撐構件850，以通過其支撐結構——比 如空中吊運車或臂(未示出)懸掛致動器，以及包括機殼或外殼860 (在 圖8中表示為切除一部分)，以封閉致動器的操作部件。適用於所示致動 器的外殼的一個實施例在例如美國設計專利申請29/256812中可以找到。
可以理解的是，除了模製的蓋以外，有可能通過採用更便宜的蓋子來 進一步降低致動器112的成本。例如，由成形板金屬或塑料和原材料形狀 製成的蓋子或蓋部件可導致充分的降低。此外，當前的片材成形技術允許 類似於圖8中以及以上所述的設計申請中部分所示的那些稍微複雜的形狀 的形成。在使用成形金屬蓋的一個實施例中，門或孔保持相同，但蓋的剩 餘部分可改變設計以便適應可選的材料和成形技術。
除了改進的通用驅動器設計以外，驅動和控制電子設備，例如由B&R Automation的製造商部分no. 8V1016.50-2生產的ACOPOS伺服驅動器， 進一步提供了改善的輸入/輸入能力並能夠進一步改進設計，其特徵在於即 插即用部件。不同部件——致動器、手柄等——的即插即用特點允許提升 控制器(未示出)意識到何種類型的手柄已經連接到提升裝置上，以及調 整任何程序控制或I/O，從而所檢測的部件與該手柄正確地協同工作。即 插即用設計克服了當從一個手柄類型或致動器類型變化成另一種時必須 進行機械和電氣改造的時候在常規提升系統中觀察到的困難，從而避免時 間消耗和昂貴的修改，並使得有可能實現改造和升級。
與致動器112相關的改進的控制器所實現的另一個特徵是遠程診斷能 力。在一個遠程診斷實施例中，控制器包括通信電路，使得信息可以經由 網絡連接(LAN/WAN/Intemet)在致動器控制器與另一個計算裝置(例如， 工作站、起重機控制器等)之間交換。根據本發明的一個方面，遠程診斷 能力使得能夠實現遠程配置以及提升裝置(比如致動器)的故障查找。
例如，當美國底特律的顧客具有關於特定致動器的問題時，有可能經 由乙太網、數據機和/或網際網路從遠地點訪問致動器的控制器(利用某 個網絡IP位址或類似的標識符)，或者至少在遠地點接收來自該控制器的 數據，並檢查和改變設置以及解決任何性能問題。遠程診斷和服務能力被 認為顯著地降低了維護和保養該系統的成本，因為目前不可能在通常沒有 技術員行進到工作地點或使致動器運回來以便維修的情況下完成提升裝置維護或解決性能問題。這會極大地減少裝置的停工時間。預期控制器將
會利用標準通信協議(比如CANbus)以及其他公知的數字通信技術和協 議，並將至少能夠執行和記錄初步的診斷功能，所述功能包括記錄信息和 執行記錄等等的傳送。
如上所述，致動器112的設計是這樣的，使得驅動組件能夠相對於中 心鑄件840旋轉。這種設計有助於如圖10和11中更詳細地描繪的壓縮負 載單元1170的使用。在常規的負載平衡提升裝置中，負載單元通常嵌入 在懸架式控制按鈕臺或終端操縱裝置以內或與其相關聯，負載施加或附加 到所述按鈕臺或操縱裝置上。但是，這種系統要求使用更複雜的負載傳感 器(張力和壓縮感測)，並且還要求信號及時且準確地傳回到致動器控制 器以便控制負載。它們還要求更複雜和更貴的互鎖負載單元設計，以便即 使基於懸架式按鈕臺的負載單元失效，也能提供合理的安全性。將壓縮負 載單元1170安裝在巻筒中心鑄件840上能夠感測施加到臂710上的旋轉 力，該旋轉力由懸掛在纜繩930的自由端上的負載生成。將負載單元定位 在致動器的外殼中，鄰近控制系統，這也提供了較短的傳輸路徑並改善了 由控制器150 (圖1)接收的信號的質量。
將負載單元取出負載路徑還提高了提升裝置的安全性，因為即使負載 單元失效，負載也不會必然下落。因此，圖IO和11中所描繪的設計能夠 感測鄰近驅動組件的位置處的負載，並且無須使得負載單元"連結(link)" 在提升系統中。在驅動組件(例如，巻筒滑輪lll、減速齒輪變速箱212、 適配器/附加的減速裝置(216a， b或c)以及電動機210)中，該組件的 部件在滾動軸承844上軸向旋轉。致動表面1174與臂710相關聯，且臂 710繼而裝配到套管712上，所述套管用螺栓固定到齒輪減速器212的安 裝表面上。壓縮型負載單元1170剛性地連接到起重機的中心鑄件840上， 並且設置用於感測由致動表面1174施加的力。當操作員手動地施加力至 懸置負荷(suspended load)時，驅動機構在箭頭1178的方向上旋轉並改 變施加到負載單元上的力。力越重，由負載單元感測的壓縮越大，反之亦 然。如圖11所示，力傳感器可包括在負載單元軸1145的端部處的小偏置 彈簧1150，其"平衡"纜繩和/或懸架式按鈕臺遠離負載單元的靜負載(dead weight),並且如下所述，對於鬆弛感測也是重要的。在可選實施例中，本
15發明考慮通過監測經過控制器的電動機電流以及相關聯的軟體來推導
(derivation)施加到纜繩上或懸掛在纜繩上的懸架式按鈕臺的負載。 對於提升致動器的進一步改進可包括負載單元信號調節。除了處理負 載單元信號以使得該信號對於當前的應用有用以外，進一步考慮可使用用 於負載單元信號的信號調節電路，其中可以使用可達三個或更多的負載單 元(例如，三個不同的負載範圍)以及可以使用一個公共或通用的調節電 路。此外對於通用信號調節方法的可選方案可以是使用分離的電路來處理 不同的負載單元和這些負載單元響應於懸掛在或施加到纜繩的負載而產 生的輸出信號。
下面參考附圖12A—B和13A — C以及附圖14，在圖12A中表示的是 一種用於確定控制用懸架式按鈕臺116中的操作員意圖的改進的機電機 構。作為可選方案，可使用比如圖12B中所示的懸架式按鈕臺來控制本發 明。這種懸架式按鈕臺的一些方面披露在2005年3月21日由M. Taylor 等提交的己公開的US申請2005/0207872Al (USSN 11/085764)。兩種裝 置都可使用各種發信號裝置(視覺的、聽覺的、振動的)，並可包括液晶 或類似的顯示裝置3610，用於為操作員指示當前操作狀態或其他信息。
在圖12A的實施例中，如進一步在圖13A—C中圖解說明的那樣，與 常規的線性可變位移變換器(LVDT)相比較，感測機構使用線圈(coil) 裝置1310。在該實施例中，線圈用來感測其中的由金屬棒或類似部件構成 的芯，以及感測操作員意圖(提升或降低)。在所示實施例中的進一步修 改是使用柔性細絲1320來將芯連接到手柄、操作員把手1716的滑動部分。 常規線圈裝置的使用被認為相對於商業上可購得的LVDT是較便宜的可選 方案。此外，使用柔性細絲(例如，尼龍或類似塑料或柔性材料)來將芯 連接到手柄上防止了在手柄由於負載而過扭轉或旋轉的使用條件下切斷 該芯，並且能夠防止在沒有很好地對準的情況下在系統上的費力拖拉。也 可能使用LVDT或磁性感測裝置來確定向下或向上的操作員輸入，分別如 圖13A和13B所示。圖13A和B中所示的實施例說明了手柄(大箭頭以 下)相對於線圈的相應運動。
用於感測操作員經由手柄的輸入的可選裝置在例如屬於Kazerooni、 於2002年5月14日授權的、標題為"HUMANPOWERAMPLIF正RFORLIFTING LOAD INCLUDE-歸APPARATUS FOR PREVENTING SLACK IN LIFTING CABLE"的美國專利6386513以及2005年10月16 日公開的WO 2005092054，標題為"ELECTRONIC LIFT INTERFACE USING LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSDUCERS"中有所說 明。在一個實施例中，控制用懸架式按鈕臺可以類似於例如聯合未決的美 國設計申請29/256811中所述的那樣。
改進的控制用懸架式按鈕臺的另一個方面表示在圖14中，其中滑動 環設計成允許來自線圈傳感器1320以及電力開關1610的輸出或存在於電 連接器1624中的相關電信號、經由盤繞型控制軟線線纜精確和可靠地傳 送至致動器112，所述盤繞型控制軟線線纜可插入連接器1628。該設計利 用了控制手柄中的扁平形滑動環組件1620，以允許獨立於鋼纜和盤繞型控 制軟線線纜的360度連續旋轉。常規的滑動環使電信號從旋轉手柄通到盤 繞型控制軟線線纜。常規的滑動環組件還特別設計成允許空氣(充氣的和 /或真空的)或其他加壓流體經由迴轉入口 (swivel inlet) 1640通過其中心。 這使得操作員能夠使空氣動力運行至終端工具，並仍連續旋轉360度。
可以理解的是，滑環觸點是已知的，但相信有助於無限制旋轉的集成 電和空氣導管的設計是懸架式按鈕臺設計的改進方面，在提升技術領域中 以前還未使用過。空氣導管優選地使得加壓流體(例如，氣動的、真空的、 液壓的)輸送到與懸架式按鈕臺相關聯的工具。改進的設計以合理的成本 進一步控制或降低了懸架式按鈕臺中的可接受的"淨空高度"。
參考圖13A—C，這裡描述了懸架式按鈕臺設計的另一個方面，其中 操作員的存在(手在手柄上)利用感應的或優選地反射式光電傳感器1710 來感測。在一個實施例中，傳感器1710是管狀光電傳感器(金屬的，12mm， PNP)和傳感器開關上的指示光，當傳感器探測到反射光時指示光指示操 作員的手是存在的。然而，可以理解的是，各種可選類型的事故自動關閉 開關(dead-man switch)是已知的，這些中的許多都需要牢牢地抓住或長 時間地緊握操作員把手1716，這可能導致操作員疲勞以及混淆。圖13A 一C中所示的設計表示了一種光電傳感器，作為感測與控制手柄相接合的 起重機操作員的手，不要求對使用者進行說明，避免使用者使用該開關作 為打開或關閉裝置的工具。當接合時，傳感器發送信號到控制器，控制器然後允許起重機在上下方向上操作。用於探測操作員的手的可選傳感器或 開關包括類似於已知設計的機械型滾輪開關、接觸式傳感器、感應式光學 傳感器、以及薄膜傳感器。如可以理解的那樣，將傳感器定位在懸架式按 鈕臺的主體以內是優選的，以避免損壞或幹擾，不過，懸架式按鈕臺手柄
應該包括孔1730，通過該孔能夠感測到操作員的手的存在。
在致動器和控制用懸架式按鈕臺的各種使用中，有時必須改變或更改 場地中的負載接口。例如，負載可能需要利用螺紋連接器等而不是鉤來提 升。參考圖15A—B，這裡所示的設計考慮懸架式按鈕臺或終端操縱裝置 H6的底部上的快速斷開適配器，其中操作員可通過滑下套環1810來快速 地改變終端工具(endtooling),所述套環收縮鎖定銷1820，並允許工具安 裝柄鬆開。另一種工具能夠通過使其安裝柄上滑入安裝孔內、當其通過時 收縮鎖定銷、然後當銷接合柄上的槽1834時緊緊地鎖入適當位置而被快 速且容易地安裝。對於終端工具的變化不需要任何工具。
熟悉提升系統的本領域技術人員可以理解的是，可以使用已知的螺紋 聯接技術，或者可選方案，需要操作員身體力行地除去銷1910 (圖16) 以便釋放工具，這些都包括在這裡所述的各種實施例的範圍以內。
下面參考圖17—21，表示了結合了改進的纜繩鬆弛感測能力的本發明 實施例的各個方面。特別地，如以上關於改進的負載感測間接提到的，圖 17-21中所示的致動器實施例利用巻筒、齒輪減速裝置和電動機(驅動裝 置)的旋轉(雖然是在相反的旋轉方向上)感測纜繩的鬆弛。在該設計中， 主驅動組件(巻筒滑輪111、變速箱(未示出)和電動機210)在滾動軸 承844上軸向旋轉。致動板或臂710組裝到套管上，所述套管利用螺栓固 定到主變速箱的安裝表面上，並且還隨著驅動組件旋轉。當操作員除去除 了控制手柄和來自鋼纜930的任何可利用工具以外的所有重量時，引起了 鬆弛。當導致鬆弛時，驅動組件在逆時針方向(箭頭2020)上旋轉，受助 於壓縮彈簧1150 (圖11)的使用。需要能夠調整彈簧力，以促進用戶應 用的工具中的波動。壓縮彈簧1150安裝在負載單元1170與致動板的表面 1174之間並與安裝在負載單元中的負載銷或軸同軸。當驅動組件在未加負 載或鬆弛條件下旋轉時，安裝到起重機的主支撐框架上的微開關2030通 過與致動板在2034處的接觸感測到致動板(圖24)的存在。當微開關啟動時，它發送信號至控制器(未示出)，由此軟體將僅允許起重機在向上 方向上運動。為了使用者的安全， 一旦感測到鬆弛，控制器將不允許起重 機在向下方向上送出任何附加的鋼纜。
如可以理解的那樣，用於負載和鬆弛感測目的的旋轉驅動組件的使用 允許負載感測裝置"發現"任何扭矩的加載，從而能夠感測到鋼纜以及盤
繞繩索/空氣軟管都會感覺到(see)的所有負載。換句話說，負載傳感器 將使壓縮負載施加到其上，所述壓縮負載是負載重量的直接結果。同樣當 負載升高或降低時，累積的負載保持相同，即使由盤繞繩索、空氣軟管和 鋼纜承載的負載的相關部分可以改變。因為整個纜繩和盤繞繩索組件由旋 轉驅動組件支撐，因此負載單元總是感測它們的總重量，從而負載高度中 的變化不會影響負載感測或浮動模式操作。彈簧力的任何潛在的有害影 響，例如對於浮動模式的影響，以及盤繞繩索的重量都通過該安裝構造打 消了。
在可選實施例中，有可能利用用以監測電動機的電流的軟體來感測松 弛，從而確定鬆弛條件。儘管可能，但仍然有擔心這種方法可能是不可靠 的。也考慮使用非接觸式接近傳感器2040而不是機械的接觸式開關(滾 輪開關等)來感測板710的旋轉。這種實施例表示在例如圖20和21中， 這裡使用傳感器2040來檢測板710的旋轉以確定鬆弛條件。
現在將注意力轉移到改進致動器112的幾個附加的方面，所述致動器 包括巻筒滑輪和鋼纜(纜繩)引導裝置。參考圖22—29，改進的設計利用 了二片組件2610 (2610a， 2610b，等)，所述二片組件夾在或安裝在鋼纜 或其他提升介質周圍，並在由巻筒蓋998 (圖25)提供的軌道上往復滑動。 用於組件2610的滑動由包含在該組件的一半2610a上的螺紋2620引起， 所述螺紋在鋼纜巻筒滑輪111的敞口槽2622中延伸。
組件2610，當組裝在纜繩930周圍時，提供了滑動門或孔，通過所述 門或孔鋼纜930離開如圖24中所示的巻筒。這種裝置，除了保護纜繩和 巻筒的功能以外，還防止巻筒槽上的任何側面磨損，並保持鋼纜緊緊地約 束在巻筒滑輪上，從而避免發生不期望的鬆弛。換句話說，鋼纜的側面力 由門承受且纜繩不傾向於磨損巻筒表面，因為在入口處與巻筒槽的對準幾 乎在任何情況下都幾乎是完美的。門2610a上的螺紋的大承載面積提供了極大的側向力，並使該力分散在巻筒中的許多槽之上，因為任何側向力僅 在鋼纜幾乎完全出來時出現，且門與巻筒槽的接合是在門上的螺紋數量最 大處。使得該門的一半永久地連接到巻筒上，在替換鋼纜時這允許它保持
對正(registration)。
本實施例的另一個特徵特別表示在圖24—29中，在這裡滑動門2610 允許門自身用作纜繩的上下行程限制的指示器。如圖25—28中的虛線箭 頭所示，隨著鋼纜在巻筒上纏繞和解繞，門由巻筒滑輪的旋轉所驅動而往 復滑動。例如圖25和26中的限制開關2510的增加允許門2610的通過杆 2520或類似構件傳遞的運動被用來識別行程限制。如下所述，該設計允許 限制開關的設定不受到系統變化、鋼纜更換等的影響。實際上，只有門最 靠近鋼纜的錨定端的那一側才不得不被移除以改變纜繩，即使用於最大的 纜繩輸出的限制開關必須被繞過以便進行重新加載操作。可以理解的是， 可以使用更常規的滾珠絲槓驅動機構，以驅動鋼纜巻筒滑輪往復運動，或 者可以使用用齒輪連接惰輪或經由巻筒滑輪上的單個槽可操作地驅動惰 輪的機構，就像許多當前的Gorbel致動器中的情況一樣。
特別地參考圖25和26，這裡表示的是使用如上簡要地說明的微開關 2510的限制感測系統。所描述的是由杆2520構成的實施例，所述杆由於 帶螺紋的門(門2610a)的運動而往復運動。在杆上包含有兩個可調整的 圓筒2530，所述圓筒能夠被移動到想要的位置然後固定在適當的位置，例 如，利用鎖定螺母或類似手段。當門處在其高和低的限制位置時這些圓筒 接觸微開關2510。當鋼纜引導#或門機構往復滑動，且圓筒觸發傳感器 2510時，信號被發送到控制器以激活該單元的上或下行程限制。當行程限 制被觸發時，軟體然後將僅允許起重機在與所觸發對象相反的方向上操作 (即，如果上限制被觸發，那麼起重機將僅允許在向下方向上操作)。這 些限制可以通過驅動圓筒運動來調整。
儘管微開關機構被認為是優選的，因為其簡單，但應該理解的是，可 以使用可選的感測系統(比如磁性的、非接觸式傳感器)消除為致動該傳 感器所需的接觸力，從而消除部件磨損。例如，如圖27—29所示，磁性 傳感器3410可固定地安裝到固定的鋼纜巻筒蓋998上。連同安裝到鋼纜 引導機構2610的兩個磁靶3420和3422 —起，傳感器可操作地連接到巻
20筒滑輪。傳感器靶3420、 3422由一個北極和一個南極定向的磁體構成， 並適於類似地提供如上討論的行程限制信號。用於行程限制傳感器的其他 選擇包括光學或其他非接觸技術，以及常規的機械傳感器和開關。
這裡所披露的各種特徵和功能優選地通過使用適於在編程代碼的控 制下運行的控制器或類似的處理系統來實現。 一個實施例考慮具有適於寬 範圍的特徵和功能的預載功能性的控制器150 (圖1)，其中一個或多個特 徵及功能僅由於隨後的給控制器的指示或信號來啟動。這樣，致動器112 (包括控制器150)的一般性質可以進一步擴展。預載所有軟體功能性以 及然後僅啟動用戶想要或想購買的那些部分的處理和操作，被認為有助於 根據本發明一個方面的組成部分的預期的可交換性。這種處理還可以在致 動器已經部署在場地中之後實現功能增加一一例如當用戶的需求或應用 改變時，該致動器能夠啟動額外的特徵或功能。還有可能，在即插即用部 件後來連接到致動器的情況下，致動器將不僅如上所述地識別該部件，而 且改變其編程控制以助於新安裝的部件的使用。相信這些改進將會允許致 動器針對用戶的需求快速地用戶化，同時減少或消除對於用戶軟體變化以 及正在進行的技術支持的需要。
返回到圖12A，這裡所示的是對於操作員控制用懸架式按鈕臺或終端 操縱裝置116的進一步改進。在所示的實施例中，懸架式按鈕臺116裝配 有液晶顯示器(LCD) 3610或類似的顯示技術，以便提供能力來以更容易 獲得的方式向使用者傳達信息。顯示在LCD上的信息包括基本信息，比 如系統狀態(即，系統預備使用)，高級或可選信息，比如負載重量、系 統用法和服務信息(即，已完成的循環數和系統服務指示器)以及當處在 編程模式，比如哪些特徵當前正在被編程(即，虛擬限制)時的增強的引 導和反饋。
通過使用LCD,有可能提供更多和不同的信息給安裝者、使用者甚至 維修人員。同樣地，作為LCD顯示器的可選方案，常規的發光二極體(LED) 等可以用來將致動器狀態信息傳達給操作員。
在另一個可選實施例中，例如圖25所示，鋼纜總是緊緊地纏繞在巻 筒滑輪lll、巻筒蓋998和滑動門2610之間，從而無論是致動器的任何地 方都沒有空間允許鋼纜中出現鬆弛環圈。這樣甚至是施加到鋼纜上的壓縮負載也不會允許鬆弛形成或積累在致動器112以內，只要錨定端被約束而 不滑出。實事求是地說，有可能有鋼纜的一小部分在致動器內部和離開門 之前保持自由，因為它在離開致動器或巻筒外殼之前從滑輪上解繞。迸一 步可以理解的是，使用更大直徑的鋼纜(例如，0.25英寸直徑的纜繩在這 方面有幫助，因為它比較小直徑的纜繩具有更大的圓柱強度(column strength))降低了纜繩在短距離的未受約束的情形下形成環圈(鬆弛)的 能力。本領域技術人員將理解，纜繩的直徑是致動器的負載能力的函數並 可以小於或大於0.25英寸。
利用當前控制器中提供的附加的功能性，該系統還可以在通電期間執 行一個或多個硬體識別處理，並可將所得的信息與指定的功能性作對比。 利用這種信息，如果發現問題，比如不能操作或子系統故障，例如，手柄 故障或操作員存在感測不能執行，系統可產生能夠被顯示的警告消息。
同樣考慮到這裡所述的有意用於各種實施例的一般設計，本發明考慮 使用通過柔性結構設置的實時I/O埠分配，而不是每一次都修改原始碼 程序。這種系統將允許使用者訪問控制器以內的預編程功能，以針對它們 的特定應用更快速地構造該裝置的I/O。考慮可以提供軟體界面來進一步 簡化應用結構的簡易性和柔性。
可以理解的是，上面公開的各個方面以及其他特徵和功能或其可選技 術方案，可以根據需要結合到許多其他不同系統或應用中去。此外，其中 的各種目前不可預見或不可預期的可選辦法、修改、變更或改進可以隨後 通過本領域技術人員來完成，這些也都包含在以下權利要求中。
權利要求
1. 一種提升系統，包括控制器；致動器，所述致動器響應於所述控制器，所述致動器包括具有附著於其上的纜繩的滑輪，所述纜繩以單層方式纏繞在其上以支撐所述纜繩的自由端上的負載，滑輪由電動機和相關聯的傳動裝置驅動，所述電動機適用於至少兩個負載範圍，且所述傳動裝置具有積木式齒輪減速構造，其中所述構造確定致動器的負載提升能力；以及負載接口，所述負載接口在操作上連接到所述纜繩的端部，所述負載接口包括使用者控制裝置並產生信號以傳送到所述控制器，其中響應於所述信號，所述控制器使得致動器操作以升高和降低懸掛在所述致動器上的負載。
2. 根據權利要求1的提升系統，還包括用作傳動裝置的齒輪減速裝置的行星齒輪減速器。
3. 根據權利要求1的提升系統，還包括壓縮負載傳感器，所述壓縮負載傳感器在操作上與所述致動器相關聯，其中所述傳感器感測來自致動器的元件的、響應於纜繩上的負載的壓縮負載。
4. 根據權利要求3的提升系統，其中致動器的所述元件包括臂，所述臂與滑輪和相關的電動機以及傳動裝置相關聯，所述臂響應於負載在旋轉方向上移動。
5. 根據權利要求1的提升系統，還包括與所述控制器相關聯的通信電路，所述通信電路允許控制器與遠程計算機通信。
6. 根據權利要求5的提升系統，其中與所述遠程計算機的通信包括遠程診斷信息的傳輸。
7. 根據權利要求1的提升系統，其中所述致動器還包括滑動門，所述纜繩的自由端通過所述滑動門離開滑輪。
8. 根據權利要求7的提升系統，其中所述滑動門在操作上與滑輪相關聯，以便當滑輪旋轉且纜繩巻繞或解繞時保持對正。
9. 根據權利要求8的提升系統，其中所述門響應於滑輪的旋轉沿著縱向縱貫滑輪，並且還包括至少一個行程傳感器，所述行程傳感器適用於感測所述門的位置，以便確定所述纜繩從所述滑輪解繞的量。
10. 根據權利要求9的提升系統，其中當提升系統已經到達行程限制時所述至少一個行程傳感器產生信號。
11. 一種提升系統，包括控制器；致動器，所述致動器響應於所述控制器，所述致動器包括滑輪，纜繩纏繞在滑輪上以支撐所述纜繩的自由端上的負載，滑輪通過電動機和相關聯的傳動裝置來驅動；負載接口，所述負載接口可操作地連接到所述纜繩的端部，所述負載接口包括使用者控制器並產生被傳輸至所述控制器的信號，其中響應於所述信號，所述控制器致使致動器操作以升高和降低懸掛於所述致動器的負載；以及負載單元，所述負載單元適用於響應施加到纜繩上的負載而僅感測壓縮力，所述負載單元產生被傳輸至所述控制器的負載信號，其中所述控制器致使致動器的操作成為負載信號的函數。
12. —種提升系統，包括控制器；致動器，所述致動器響應於所述控制器，所述致動器包括滑輪，纜繩纏繞在滑輪上以支撐所述纜繩的自由端上的負載，滑輪通過電動機和相關聯的傳動裝置來驅動；負載接口，所述負載接口可操作地連接到所述纜繩的端部，所述負載接口包括使用者控制器並產生被傳輸至所述控制器的信號，其中響應於所述信號，所述控制器致使致動器操作以升高和降低懸掛於所述致動器的負載，至少一個使用者控制器利用線圈產生信號，以感測芯的相關運動，且所述芯利用柔性部件連接到可滑動的手柄；和負載單元，所述負載單元適用於感測壓縮力，所述負載單元產生被傳輸至所述控制器的負載信號，其中所述控制器致使致動器的操作成為負載信號的函數。
13. 根據權利要求12的提升系統，還包括設置用於電信號的傳輸的旋轉滑環組件，以及通過所述滑環組件的加壓流體。
14. 根據權利要求12的提升系統，還包括反射式光電傳感器，適用於感測操作員的手是否存在於所述手柄上。
15. 根據權利要求12的提升系統，還包括所述負載接口上的液晶顯示器，所述顯示器顯示從所述控制器傳輸來信息。
16. —種提升系統，包括控制器；致動器，所述致動器響應於所述控制器，所述致動器包括滑輪，纜繩纏繞在滑輪上以支撐所述纜繩的自由端上的負載，滑輪通過電動機和相關聯的傳動裝置來驅動，其中所述致動器還包括滑動引導裝置，所述滑動引導裝置在操作上與滑輪相關聯，以便當滑輪旋轉且纜繩巻繞或解繞時保持對正；以及負載接口，所述負載接口可操作地連接到所述纜繩的端部，所述負載接口包括使用者控制器並產生被傳輸至所述控制器的信號，其中響應於所述信號，所述控制器致使致動器操作以升高和降低懸掛於所述致動器的負載。
17. 根據權利要求16的提升系統，其中所述引導裝置響應於滑輪的旋轉沿著縱向縱貫滑輪，並且還包括至少一個行程傳感器，所述行程傳感器適用於感測所述引導裝置的位置，以便確定所述纜繩從所述滑輪解繞的
18. 根據權利要求17的提升系統，其中當提升系統已經到達行程限制時，所述至少一個行程傳感器產生信號。
19. 一種提升裝置致動器，包括控制器；用於驅動該致動器的電動機，所述電動機響應於來自控制器的控制信號而操作，以便驅動巻筒，鋼纜巻繞在所述巻筒上；操作員接口，所述操作員接口連接到鋼纜的未巻繞端附近，所述操作員接口包括可拆卸的提升工具，其中所述操作員接口將來自操作員的信號提供至所述控制器，以控制所述致動器的操作；框架，用於可旋轉地懸掛整個驅動組件，其中所述驅動組件包括電動機、減速裝置和巻筒；連接到所述框架上的負載傳感器，用於在負載施加到鋼纜的未巻繞端時通過整個驅動組件的旋轉來感測負載；鬆弛傳感器，用於感測整個驅動組件的定向或旋轉角度，並響應於來自所述鬆弛傳感器的信號來確定何時存在鬆弛條件；通用電動機和減速器組件，所述通用電動機和減速器組件能夠與多個附加的減速器中的一個相配合，以便改變致動器的負載能力範圍；行星齒輪減速器，其中減速器的行星齒輪結構基本上封閉在鋼纜滑輪巻筒以內；導纜器，用於在纜繩巻繞在巻筒上或者從巻筒解繞時控制纜繩的位置；纜繩限制傳感器，隨著纜繩巻繞或解繞，所述纜繩限制傳感器響應於導纜器的側向運動而被觸發；導纜器包括多股線，用於與巻筒上的槽配合，以提供側向力來驅動導纜器隨著纜繩巻繞或解繞而運動。
20.根據權利要求19的提升裝置致動器，其中操作員接口還包括手柄；可樞轉的聯接器，用於將接口連接到纜繩但允許其相對於纜繩旋轉360度；扁平形的滑環，適用於提供電觸點和隨其設置的空氣通道或空氣通路；線圈傳感器，用於感測施加到手柄上的位移的垂直分量，其中該手柄由柔性細絲聯接到通過線圈內部的芯；接口上的液晶顯示器，用以向操作員顯示狀態信息；非接觸式接近傳感器，用於在操作期間檢測操作員的手是否存在於手柄上。
全文摘要
一種改進的電提升裝置致動器，適用於各種提升系統，包括各種各樣的改進，能夠實現橫跨幾個負載範圍的具有可交換部分的通用設計。該通用設計還能夠實現附加的特徵和功能(例如，改善負載單元定位，改進操作員懸架式按鈕臺中的操作員感測和電信號/空氣通道)，提高可靠性並降低用於操作員施力檢測的費用，等等)。此外，該通用設計與旋轉驅動裝置相結合，所述旋轉驅動裝置中負載感測和鋼纜鬆弛感測以及纜繩限制可以利用改進的部件和技術來實現——比如非接觸式傳感器等。除了使得致動器具有跨越幾個應用和負載範圍的公共設計以外，所述的許多改進被認為降低了成本，提高了性能並擴展了致動器的能力和可靠性。
文檔編號B66D1/48GK101460387SQ200780003284
公開日2009年6月17日 申請日期2007年1月17日 優先權日2006年1月17日
發明者B·皮斯, B·裡斯, J·彭布羅克, J·斯道克馬思特爾, J·愛爾戴, R·德沃瑞安, 彼得·劉 申請人:高博公司