DE2153547A1

DE2153547A1 - Fahrzeug mit einer lichtoptischen Positionierhilfe

Info

Publication number: DE2153547A1
Application number: DE19712153547
Authority: DE
Inventors: Howard C Battle Creek Mich. Hansen (V.StA.). F24c 3-00
Original assignee: Clark Equipment Co
Current assignee: Doosan Bobcat North America Inc
Priority date: 1970-10-28
Filing date: 1971-10-27
Publication date: 1972-05-04
Also published as: AU3325871A; DE2153547C3; FR2113259A5; GB1328737A; AU450936B2; DE2153547B2; ZA716453B; BE774460A

Description

Clark Equipment-Company in Buchanan, Michigan ( V.St.A. )

» Fahrzeug mit einer lichtoptischen Positionierhilfe.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Positionieren eines Fahrzeuges.

Auf dem von der Erfindung betroffenen Gebiet ist es seit langem für die Bedienungspersonen der verschiedenen Typen von Fahrzeugen zum Bewegen von Lasten ein Problem gewesen, eine Ladung oder die Lastaufnahmevorrichtung des Fahrzeuges wirksam in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung zu einem Objekt oder einer öffnung genau zu positionieren. Die Betätigung der in Rede stehenden Fahrzeug- Lastaufnahmevorrichtungen erfordert von der Bedienungsperson des Fahrzeugs und der Vorrichtung, diese in drei Dimensionen genau an eine bestimmte Stelle zu bringen und verlangt daher eine erhebliche Geschicklichkeit der Bedienungsperson und gute Sichtbedingungen. Die Fahrzeuge, die aus der vorliegenden Erfindung Nutzen ziehen können, umfassen beispielsweise Hubstapler, in einer Halle oder außerhalb arbeitende Kräne, ladebaumähnliche Einrichtungen, wie sie auf Schiffen und an Docks anzutreffen sind - kurz: grundsätzlich jede Art von Fahrzeug, die von der Bedienungsperson eine Geschicklichkeit bei der genauen dreidimensionalen Positionierung und Handhabung einer dem Fahrzeug zugeordneten Vorrichtung verlangt.

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Das Problem kann gut an einem im Betrieb befindlichen Gabelstapler dargestellt werden. Die vorliegende Erfindung wird auch im Arbeitsbereich eines Gabelstaplers erläutert. Es ist jedoch klar, daß dieser Arbeitsbereich nur als Beispiel dient und daß das Prinzip ganz allgemein bei entsprechenden Fahrzeugen, wie oben erwähnt, anwendbar ist.

Es sei nun das Problem des Fahrers im Betrieb eines als Beispiel gewählten Gabelstaplers allgemein erläutert. Häufig ist es für den Fahrer schwierig die Höhe und genaue Anordnung seiner Gabel im Verhältnis zu irgendeinem Objekt oder einer öffnung genau abzuschätzen, insbesondere beispielsweise bei Hochregalen zur Speicherung von Waren. Das Problem der richtigen Einschätzung von Höhe, Entfernung und Anordnung, wie es zum Einführen der Gabel in die Gabelöffnungen einer hoch oben befindlichen Palette notwendig ist, kann sogar für eine geschickte Bedienungsperson schwer zu lösen sein. Eb.enso kann bei nur wenige Fuß über die Augenhöhe des Fahrars angehobener Gabel es für den Fahrer schwierig sein, durch den Hubmast und den Hubschlitten hindurch zu sehen, um die Spitzen der Gabel zu beobachten, obwohl eine derartige Beobachtung genau erfolgen muß, um die Gabel richtig an einem zu erfassenden Gegenstand anzusetzen oder eine Last in einer bestimmten Stellung abzusetzen. Als Ergebnis stellen sich häufige Schäden an Paletten, Regalen und Waren ein.

Ein weiteres bisher bei dem normalen Betrieb eines Hubstaplers eintretendes Problem besteht darin, daß der Fahrer das Fahrzeug bis zu einer extrem niedrigen Krfechgeschwindigkeit verlangsamt oder es

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sogar überhaupt zum Anhalten bringt, um die Hubhöhe und Anordnung der Gabel einzustellen und zu korrigieren, bevor sie in eine Palette oder beispielsweise in ein Regalfach eingeführt wird. Es ergibt sich eine ernste Beeinträchtigung der möglichen Produktivität des Hubstaplers. In der letzten Zeit ist eine erhebliche Entwicklungsarbeit zur Lösung dieses Problems aufgewendet worden. Ein hoher Anteil dieser Arbeit ist auf Systeme und Vorrichtungen zur automatischen Höhenpositionierung der Hubgabel gerichtet worden, ohne daß der Fahrer andere Steuervorgänge als die Vorwahl beispielsweise einer bestimmten Regalfachhöhe in Einern Speicherregal, in das ein Gegenstand abgesetzt oder aus dem ein solcher entnommen werden soll, etwa durch Steuerknöpfe auszuführen hr'tte. Derartige Systeme und Vorrichtungen sind relativ teuer sowohl in der Anschaffung als auch im Einbau und in der Unterhaltung. Ein Beispiel einer solchen aa^;:/rnac.isehen Positioniereinrichtung für die Hubgabelhöhe und ihrem Neigungswinkel ist in der USA-Patentschrift 3 3I9 8l6 darge-. stellt. Die automatischen Positioniervorrichtungen für die Hubgabelhöhe haben sich bisher in der Industrie noch nicht allgemein durchsetzen können, so daß die vorerwähnten Probleme bisher ohne eigentliche Lösung geblieben sind.

Die Erfindung ist von besonderem Wert, insofern sie die Beurteilungsgrundlage der Bedienungsperson des Fahrzeugs verbessert, insbesondere im Hinblick darauf, daß sie die Notwendigkeit einer auf einer Tiefenwahrnehmung beruhenden Beurteilung bei der Positionierung der Lastaufnahmevorrichtung eines Fahrzeugs gegenüber irgend einem bestimmten Objekt oder einer solchen öffnung auf ein Mindestmaß herabsetzt. Durch die Vorsehung eines lichtoptischen Systems, das das Licht bündeln und es in einem gegenüber der Lastaufnahmevorrichtung eines Fahrzeugs vorbestimmten Richtung projizieren kann, kann diese Vorrichtung

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durch die Bedienungsperson schnell in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung zu irgend einem Objekt oder einer Öffnung außerhalb des Fahrzeugs positioniert werden. Der Lichtstrahl bietet der Bedienungsperson eine optische Wahrnehmung der . Stellung der Lastaufnahmevorrichtung, die anders nicht erhältlich wäre.

Die Erfindung bezweckt vornehmlich die" Schaffung eines im wesentlichen einfachen, preisgünstigen und wirksamen Mittels zur Unterstützung der Bedienungsperson des Fahrzeugs bei der Handhabung W einer Arbeitsvorrichtung am Fahrzeug, die wahlweise in eine räumliche Beziehung zu einem Objekt oder einer Öffnung gebracht werden kann-, in dem von einem in einer vorbestimmten Anordnung zu der Vorrichtung vorgesehenen gebündelten Lichtstrahl Gebrauch gemacht wird.

Eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, in einem Fahrzeug mit einer durch das Fahrzeug manipulierbaren und anhebbaren Lastaufnahmevorrichtung ein Mittel zur Orientierung der Vorrichtung in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung zu einem Objekt oder einer Öffnung zu schaffen, wobei die Bedienungsperson einen Lichtstrahl beobachtet und steuert, der in einer bestimmten räumlichen Anordnung zu der Lastaufnähmevorrichtung vorgesehen ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hubstaplers mit der Erfindung, die den Mast in ausgefahrener Stellung und in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung zu einer beladenen Palette zeigt, die in einem Regalfach einer Speicherregalanordnung erfaßt werden soll;

Fig.2 ist eine etwas schematisierte Ansicht des Hubschlittens mit der Hubgabel nach Fig. 1, die gerade in die Palette in dem Ragal der Fig. 1 einge-

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führt v/erden soll j

Fig. 3 ist eine teilweise Schnittansicht, die ein Beispiel einer Lichtprojektionsvorrichtung darstellt, die auf dem Hubschlitten der Fig. 2 verwendet werden kann;

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4 - 4 in Fig. 3-

In Fig. 1 ist ein Gabelstapler 10 bekannter Bauart in einer Arbeitsstellung dargestellt, in der die Hubgabel 11 und der Hubschlitten 12 angehoben sind und durch die Bedienungsperson 14 positioniert wird, in dem sowohl der Antrieb des Gabelstaplers als auch die hydraulischen Steuerungen der Mastanordnung 16 betätigt werden, um das Erfassen einer Palette mit einer Last 18 in einem Regalfach 20 einer Speicherregalanordnung 22 vorzubereiten. Auf beiden Seiten des Hubschlittens sind durch je zwei Befestigungslaschen 26 Einrichtungen 24 zur Erzaigung eines gebündelten Lichtstrahls angebracht. Vorzugsweise ist jede Einrichtung 24 so angeordnet, daß ein rohrförmiger Teil 27 verringerten Durchmessers in eine Öffnung in einem hohlen vertikalen Bauteil 28 an dem Hubschlitten eingreift. Das vertikale Bauteil bildet einen Teil einer Abstützung 250 für die Last, die auf zwei vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Gabelträgern 32 angeordnet ist, die wiederum durch nicht dargestellte Hubschlittenträger unterstützt werden, die über Rollen in einem inneren teleskopischen Mastteil 34 I-förmigen Querschnitts des Mastes in bekannter Weise gelagert sind. Die Bedienungsperson steuert einen konventionellen hydraulischen Hubzylinder und eine über Ritzel geführte Kettenanordnung 35* um die die Gabeln und den Hubschlitten 11, 12 sowie den Mastteil 34 zum Erfassen, Transportieren und /Absetzen von Lasten in bekannter Weise auf verschiedene Höhen zu heben, die zwischen der Bodenstellung und der maximalen Gabelhöhe liegen,

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Fig. 3 stellt schematisch ein lichtoptisches System dar, das für die beispielsweise Ausführungsform, die hier dargestellt ist, geeignet ist und die ein Gehäuse für eine elektrische Lampe umfaßt, das an dem in Fig. 3 rechten Ende einen rohrförmigen Teil 36 relativ großen Durchmessers, am anderen Ende einen rohrförmigen Endteil 27 kleinen Durchmessers und dazwischen einen die beiden Enden verbindenden konischen Mittelteil 37 umfaßt. Das Gehäuse enthält einen Parabolreflektor 39* eine Glühbirne oder eine ähnliche Lichtquelle 38, eine erste Linse 40, eine zweite Linse 42, einen reflektierenden Spiegel 44 und eine Öffnung 46, deren Achse quer zur Achse der Gehäuseanordnung verläuft, sowie eine Leitung 52, die die Lichtquelle 38 mit der Batterie des Fahrzeugs verbindet. In der dargestellten besonderen Ausführungsform ist ein konischer Reflektor 5^ vorgesehen, der in einem vorbestimmten vertikalen Abstand gegenüber der lichtoptischen Vorrichtung 24 und in einer vorbestimmten aehsialen (d.h. parallel zur optischen Achse der Vorrichtung 24 gesehen) Stellung gegenüber der Öffnung 46 angeordnet ist.

Wie bei parabolischen Reflektoren bekannt ist, wird das Licht der Lichtquelle 38, die im Brennpunkt des Reflektors 39 angeordnet ist, in eine Gesamtheit von parallelen Lichtstrahlen 56 reflektiert, die durch die Linse 40 in dem Gehäuseabschnitt 37 konvergieren und auf die konkave Seite der Parallelisierungslinse 42 treffen, die das Licht in dem Gehäuseabschnitt 27 in einen engen Strahl 58 hoher Intensität bündelt und intensiviert. In der dargestellten Ausführungsform empfiehlt es sich, das lichtoptische System an der die Hubgabel und den Hubschlitten umfassenden Anordnung

in der vorbeschriebenen Weise anzuordnen, so daß der reflektierende Spiegel 44 im Ende des Gehäuseabschnitts 27 unter 45° sowohl zur Achse der öffnung 46 als auch

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zu der des GehäuseabSchnitts 27 angeordnet ist, so daß der gebündelte Lichtstrahl 58 umgelenkt wird und sich koachsial zur öffnung 46 fortpflanzt.

Der Lichtstrahl 58 kann in gewünschter Weise hinsichtlich seines Brennpunkts eingestellt werden, d.h. auf unendlich oder auf irgendeinen bestimmten Abstand, der gegebenenfalls bei bestimmten Anwendungen vorzuziehen sein kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Strahl 58 auf einen Punkt etwa ein Fuß vor den Spitzen der Gabelzinken 11 fokussiert. Die im wesentlichen im rechten Winkel erfolgende Reflektion des Spiegels 44 sendet den bleistiftdünnen Strahl 58 auf die reflektierende Oberfläche des Rechtwinkelkonus 54, so daß der Strahl 58 die konische Oberfläche parallel zur vertikalen Achse des Konus erreicht. Der bleistiftdünne Lichtstrahl behält bei der Reflektion von der konischen Oberfläche, abgesehen von einem leichten Streueffekt, einen konstanten Querschnitt 60 in der durch den Strahl 58 und den Strahl 60 gegebenen Ebene. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, bereitet sich jedoch der Strahl in der zur Achse des Konus 54 senkrechten Ebene fächerförmig aus, wie es durch die äußeren Begrenzungslinien 62 und 64 dargestellt ist. Der Winkel zwischen den Liniei62 und 64, der von dem Lichtstrahl überdeckt wird, ist durch den Querschnitt des Strahls 58 und durch den Abstand bestimmt, um den dieser von der vertikalen, durch die Spitze des Konus 54 gehenden Achse seitlich versetzt ist. In der Praxis wird nur ein kleiner Oberflächenteil des Konus erforderlich sein.

Das lichtoptische System der Erfindung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, macht von den Bauteilen des Gabelschlittens, der Lastabstützung und der Gabelzinken Gebrauch, um die Elemente des Systems in einer solchen Weise sowohl zu tragen als auch zu schützen, daß die Bedienungsperson des Fahrzeugs in keiner Weise hinsichtlich der praktischen Benutzung des Fahrzeugs beschränkt

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ist. Wie ersichtlich, ist der Dispersionswinkel des Lichtstrahls relativ klein, je nach dem, wo er den Konus 54 trifft, und abhängig von Anordnung und Ausführung der lichtoptischen Vorrichtung 24. Faktoren wie der Querschnitt des Lichtstrahls und dessen Dispersionswinkel können natürlich hedarfsweise variiert werden. Die Verwendung des Konus 54 und des Reflektionsspiegels 44 beispielsweise braucht in manchen Ausführungsformen nicht erforderlich zu sein. Der vorliegenden Ausführungsform wohnt eine besondere Eignung für die Besonderheiten des "Mgsystems und der räumlichen Anordnung inne, die in der Anordnung der rechtwinkligen Gabelzinken und des Hubschlittens gezeigt ist, wie sie für Hubstapler Verwendung finden.

Die Fig. 1 und 2 stellen eine Situation dar, in der eine Drehung nach links ausgeführt wird, um die Gabelzinken 11 in die öffnungen 70 einer doppelseitigen Palette üblicher Konstruktion hinein zu bringen, die zusammen mit einer Last 18 dargestellt ist. Das Licht des fächerförmigen Strahls, der zwischen den Begrenzungslinien 62 und 64 gebildet ist, wird von den Stirnflächen der Endträger 72 und 74 benachbarter Paletten sowie von dem dazwischen liegenden Pfosten der Regalanordnung 22 reflektiert. Der Fahrer hat einen relativ schwierigen Beobachtungspunkt auf dem Führerstand, besonders während Absetz- und Aufnahmevorgängen, die bei hoch ausgefahrenem Hubmast erfolgen. V/enn dann der Lichtstrahl parallel zu den Gabelzinken 11 verläuft und der Hubmast 16 des Hubstaplers vertikal steht (ein Hubstaplerfahrer sollte stets den gegebenenfalls vorhandenen Neigungswinkel des Hubmastes beobachten), so zeigt die Reflektion auf den Paletten an, daß die Gabel, die ja horizontal steht, sich in der richtigen Höhe zum sicheren Einbringen in die Gabeltaschen 70 der Palette befindet.

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In ähnlicher Weise arbeilet die auf der rechten Seite der Anordnung der Hubgabel und des Hubschlittens befindliche lichtoptische Vorrichtung und zeigt dem Fahrer die Gabelstellung zum Einführen in beladene Paletten an, wenn eine Rechtskurve in den Bereich eines Speicherregals ausgeführt werden muß. Natürlich arbeiten die beiden Einheiten zusammen, um den Fahrer beim Einbringen der Gabelanordnung in eine beladene Palette oder Regalfachöffnung oder sonstige Stelle zum Absetzen oder Aufnehmen einer Ladung zu unterstützen, wenn die Operation geradeaus erfolgt.

Ersichtlich setzt das lichtoptische System die Bedienungsperson in jeder Höhenstellung einschließlich der Bodenstellung in die Lage, wesentlich wirksamer bei Lade- und Entladevorgängen manövrieren zu können, sei es gegenüber Regalfachöffnungen, gegenüber anderen Ladungen oder feststehenden Objekten oder bei irgend einer der Vielzahl von Arbeitsvorgängen, bei denen Hublader Verwendung finden. Auch wird der Einbau eines solchen lichtoptischen Systems bei einer Anzahl von Vorsatzgeräten für Hubstapler, z.B. pantographähnliche, mit einer Gabel arbeitende Erfassungsvorrichtungen, seitlich versetzbare Vorrichtungen und ähnliches, die Bedienungsperson in die Lage versetzen, wirksamer und produktiver mit dem Vorsatzgerät umzugehen, wobei den zu handhabenden Gegenständen wenig oder kein Schade zugefügt wird.

Die Verwendung von gebündeltem Licht, das auf unendlich oder auf einen vorbestimmten Abstand fokussiert und in einer vorbestimmten Weise im Verhältnis zum Fahrzeug oder zu der mit dem lichtoptischen System versehenen Vorrichtung und dem zu erfassenden Objekt projiziert, verhilft der Bedienungsperson zu einem wichtigen Vorteil, in dem sie die Notwendigkeit genauer räumlicher Tiefenschätzung im wesentlichen erübrigt. Dies ist mindestens in einer kritischen Dimension

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bei den in drei Dimensionen erfolgenden Arbeitsvorgängen bei der Handhabung von Lasten oder beim Manövrieren des Fahrzeugs der Fall. Indem so die Basis verbessert wird, auf Grund deren der Fahrer die räumliche Lage beurteilt, ergeben sich durch die Verwendung der Erfindung erhebliche Verbesserungen.

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Claims

Patentansprüche.

Iy Fahrzeug mit einer beweglichen Arbeitsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Positionierhilfe umfaßt, die die Bedienungsperson bei der Erreichung einer vorbestimmten Positionierung der Arbeitsvorrichtung gegenüber einem Gegenstand oder einer Stelle außerhalb des Fahrzeugs unterstützt.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine von der Arbeitsvorrichtung getragene lichtoptische Anordnung aufweist, die einen gebündelten Lichtstrahl in einer Vorbestimmten räumlichen Anordnung und einer vorbestimmten Richtung gegenüber der Arbeitevorrichtung aussendet.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische Anordnung ein Gehäuse (27, 37, 36) mit einer Lichtquelle (38) und einem Parabolreflektor (39) sowie eine erste Linse (4o) und eine zweite Linse (42) in einem solchen Abstai d von der Lichtquelle (38) und dem Parabolreflektor ( 39) umfaßt, daß in dem Gehäuse (27, 37, 36) ein verhältnismäßig dünner Strahl (58) gebündelten Lichts gebildet wird, der auf dem oder der das Bezugelement der Bedienungsperson bildenden Gegenstand bzw. Stelle eine gut definierte beobachtbare Reflektion bildet, gegenüber der die Arbeitsvorrichtung leicht positionierbar ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische Anordnung Mittel (46, 54) umfaßt, die den Lichtstrahl (58) im wesentlichen unter 90° zu seiner ursprünglichen Richtung

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bündeln und projizieren und ihn dann auf den anzuleuchtenden Gegenstand oder die anzuleuchtende Stelle hin zurückumlenken.
5· Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische Anordnung eine erste und eine zweite unter etwa 45° zur Strahlrichtung angeordnete Reflektionsflache umfaßt.
6. Fahrzeug nach Anpruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflektionsfläche (44) mit der Lichtquelle (38) und den. Linsen (40, 42) in einem'gemeinsamen Gehäuse (27, 37* 36) vorgesehen ist.
7· Fahrzeug nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederumlenkung des Lichtstrahls stattfindet, in dem im Querschnitt gebündeltes Licht in einen Strahl reflektiert wird, der in einer Ebene um einen vorbestimmten Winkel von der Stelle der Wiederumlenkung ausgehend, divergiert.
8. Fahrzeug nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reflektionsfläche als reflektierender, sich entgegen dem Strahl (58) verjüngender und eine zur Strahlrichtung parallele Achse aufweisender Konus (54) ausgebildet ist.
9« Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, : dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische '

Anordnung auf der Arbeitsvorrichtung so angeordnet ist,

daß sie durch die Konstruktion der Arbeitsvorrichtung während deren Betrieb geschützt ist.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung um etwa des Lichtstrahls innerhalb der äußeren Begrenzung eines Bauteils der Arbeitsvorrichtung erfolgt.
11. Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10 für einen einen Hubschlitten aufweisenden Hubstapler, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lichtquelle (38) und die Linsen (40,42) enthaltende Gehäuse (27, 37, 36) der

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lichtoptischen Anordnung zwischen zwei seitlichen vertikalen Hohlträgern (28) des Hubschlittens (12) angeordnet ist und die optische Achse horizontal in der durch die Hohlträger (28) gegebenen Ebene verläuft, daß die erste Umlenkfläche (44) im Innern des vertikalen Hohlträgers (28) und die zweite Umlenkfläche (54) mit vertikalem Abstand davon in dem vertikalen Hohlträger (28) vorgesehen sind und daß öffnungen in den Hohlträgern (28) vorgesehen sind, durch die der Lichtstrahl in den Hohlträger (28) eintreten und aus diesem austreten kann.
12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische Anordnung auf der Arbeitsvorrichtung so angeordnet ist, daß der Lichtstrahl (62, 64) nach vorn gerichtet ist.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12 für einen eine Hubgabel aufweisenden Hubstapler, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich der Hubgabel innere.Begrenzung (64) des nach vorn austretenden Lichtstrahls parallel zu einem der Gabelzinken (11) der Hubgabel verläuft.

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