Sensor zur Feststellung der Gabelhöhe eines Gabelstaplers

Hallo zusammen!

Im Rahmen einer Universitätsarbeit möchte ich die Höhe der Gabel eines Gabelstaplers mit Hilfe eines Sensors beliebiger Art feststellen. Wichtig ist mir dabei eine Auflösung von mind. 1cm und eine möglichst hohe Genauigkeit. Zudem sollte der Sensor über eine Reichweite von mind. 6m verfügen und möglichst <50€ kosten.
Die Messung würde ich mit einem Teensy 3.2 (3,3V Logik) vornehmen, der bereits in das Projekt integriert ist. Der Sensor sollte am Gabelstapler in Bodennähe befestigt werden und von unten auf die Gabel, welche sich dann nach oben bewegt, zeigen. Theoretisch wäre es auch möglich, den Sensor direkt an der Gabel zu befestigen und auf den Boden zeigen zu lassen (was die Sache vermutlich vereinfachen würde). Allerdings bekomme ich dann ein Kabelproblem. Den schematischen Aufbau (mit einem Ultraschallsensor) könnt Ihr im Anhang sehen.

Mein Problem ist nun folgendes: Zwar bin ich bereits teilweise fündig geworden, aber ich bin mir nicht sicher, ob die Sensoren für dieses Szenario geeignet sind. Vielleicht könnt Ihr mir ja helfen;).

Folgendes habe ich bereits gefunden:

Was denkt Ihr? Ermöglichen diese Sensoren die Messung der Gabelzinken? Gibt es noch andere Alternativen?

Vielen Dank und beste Grüße,
ghuzt

Hier wirds für 50€ gebaut und nachher für 500€ angeboten. zB diese Geräte vom Bau, die könnt man bestimmt für solche zwecke missbrauchen.

Der MB1230 hat eine Mindestmessentfernung von 20 cm. Wenn das für Dein Vorhaben passt, ist es ok.

Gruß Tommy

Mir würde spontan einfallen einen Sensor selbst zu basteln. Einfach über einen Seil oder ähnliches einen Drehgeber ansteuern. Mit etwas Mathematik ist dann eine ziemlich genaue Berechnung möglich (Vorausgesetzt der Untergrund ist eben)

(deleted)

Ich sehe da Probleme den Sensor unter der Gabel zu montieren (90° zur Gabel) da dieser dann unter der Gabel zu liegen käme und somit die Gabel nicht bis zum Boden gefahren werden kann. Wenn dieser schief neben der Gabel montiert wird dann wird die Gabel ab einer gewissen Höhe nicht emhr gesehen.

Wenn eine Pallette hochgehoben wird wird die Unterkante Palette gemessen und nicht die Gabel.

Einzig sehe ich einen Sensor von der Gabel zu Boden oder altenativ den Auszug der Hydraulikzylinder messen und daraus die Höhe errechnen.

Grüße Uwe

Uwe hat es auf den Punkt gebracht: es gibt keine einfache Lösung zu diesen Vorgaben:-(

Auch der raffinierteste Sensor hilft nicht weiter, wenn er nicht so montiert werden kann, daß er für den vollen Bereich (Gabel ganz oben/unten) brauchbare Werte liefern kann. Es ist also ein konstruktives Problem, kein programmtechnisches.

Vielen Dank schonmal für eure Antworten!

skorpi080: Hier wirds für 50€ gebaut und nachher für 500€ angeboten. zB diese Geräte vom Bau, die könnt man bestimmt für solche zwecke missbrauchen.

Müsste ich mir mal ansehen, wie und ob man die Information auf dem Arduino auslesen kann. Die Geräte wirken aber recht groß. Ich weiß nicht, ob dafür genügend Platz ist und da ich nicht mehr allzu viel Zeit habe, benötige ich möglichst eine Plug'n'Play Methode.

Tommy56: Der MB1230 hat eine Mindestmessentfernung von 20 cm. Wenn das für Dein Vorhaben passt, ist es ok.

Gruß Tommy

Das sollte schon passen;). Benötige die Entfernung vor allem in größeren Höhen.

Johannes81: Mir würde spontan einfallen einen Sensor selbst zu basteln. Einfach über einen Seil oder ähnliches einen Drehgeber ansteuern. Mit etwas Mathematik ist dann eine ziemlich genaue Berechnung möglich (Vorausgesetzt der Untergrund ist eben)

Du meinst eine Art Seilzugsensor? Sowas wie das hier? http://www.instructables.com/id/Low-cost-string-pot-displacement-transducer/ Aber kann ich damit wirklich 6m ausmessen und das Seil schnell genug auf und abrollen?

anwofis: Hallo,

am besten wird wahrscheinlich ein Magnet-Linear-Encoder sein, so wie dieser hier. (Ich hoffe mal der Link geht.) Dazu müsstest du ein durchgehendes Magnetband installieren, das der Sensor abfährt und dann z.B. mittels Interrupt die Impulse zählen. Das Dinge sollte laut Datenblatt bis zu 12 m/s schaffen bei 15 µm Auflösung (theoretisch). Finde ich für den Preis ordentlich.

MfG,

anwofis

Das klingt interessant, aber bekomme ich hier nicht wieder auch ein Kabelproblem? Der Sensor muss ja dann mit der Gabel mitfahren, während der Teensy stationär im Stapler befestigt ist, was dann in langen Kabeln resultiert, die ich auch führen müsste. Daher wäre mir grundsätzlich eben eine Time-of-Flight/Ultraschall-Lösung oder ähnliches lieber. Zudem fährt der Hubmasten nicht in einem Stück hoch (vgl. Ausziehleiter). Funktioniert das trotzdem?

uwefed: Ich sehe da Probleme den Sensor unter der Gabel zu montieren (90° zur Gabel) da dieser dann unter der Gabel zu liegen käme und somit die Gabel nicht bis zum Boden gefahren werden kann. Wenn dieser schief neben der Gabel montiert wird dann wird die Gabel ab einer gewissen Höhe nicht emhr gesehen.

Wenn eine Pallette hochgehoben wird wird die Unterkante Palette gemessen und nicht die Gabel.

Einzig sehe ich einen Sensor von der Gabel zu Boden oder altenativ den Auszug der Hydraulikzylinder messen und daraus die Höhe errechnen.

Grüße Uwe

Das hätte ich vermutlich noch erwähnen können, aber man kann ja nicht an alles denken;). Die Gabel berührt an ihrem tiefsten Punkt den Boden nur mit dem vorderen Teil. Das heißt, dass der Gabelrücken stets etwa 10cm in der Luft ist und dort möchte ich den Sensor unterbringen (evtl. 3D-Druck). Und auch das ist richtig mit dem Paletten-Problem. Aber ist ja auch nur ein Forschungsprojekt und daher interessiert mich in erster Linie eine Trockenübung:D. Also nur die Höhe der Gabel solange keine Palette aufliegt, da die Präzision in erster Linie benötigt wird, um in die Palette einzufahren. (Aber guter Punkt, muss da evtl. noch einmal etwas überdenken an meinem System).

DrDiettrich: Uwe hat es auf den Punkt gebracht: es gibt keine einfache Lösung zu diesen Vorgaben:-(

Auch der raffinierteste Sensor hilft nicht weiter, wenn er nicht so montiert werden kann, daß er für den vollen Bereich (Gabel ganz oben/unten) brauchbare Werte liefern kann. Es ist also ein konstruktives Problem, kein programmtechnisches.

Ich hoffe doch, dass ich ihn irgendwie befestigen kann und brauchbare Werte generieren kann. Aber ist eben nur ein Demonstrator und weit weg von Serienreife, wo man sich vermutlich noch ganz andere Methoden überlegen könnte. Habe auch schon überlegt, die CAN-Werte zu analysieren, aber diese liefern keine absoluten Höhenwerte, sondern nur (vermutlich) die Ansteuerung der Motoren, was man dann wieder integrieren könnte etc. Aber bis man da auf eine Lösung kommt....

Beste Grüße, ghuzt

Hallo,

was sagt der Hersteller des Staplers zu dem Problem? Oft haben die Hersteller bei universitären Forschungsarbeiten ein Herz für Studenten. Wenn das Projekt für sie neue Erkenntnisse bringt, sind sie sogar ausgesprochen hilfsbereit bis unterstützend.

Thema Ultraschallsensor: 1) gibt es hier das Problem (wie schon erwähnt) mit dem Mindestabstand von 20cm. Zudem haben diese Sensoren auch einen ungünstigen Erfassungsbereich, fährt der Gabelstapler also nah an einer Wand vorbei, kann dies zu Problemen führen. Thema IR-Sensor: die gemessene Distanz ist hier abhängig vom reflektierenden Material, auch nicht sehr günstig.

Ich würde mal einen Laser zur Distanzmessung in den Raum werfen, vielleicht wäre das eine gute Lösung. Thema Montage: hast Du denn einen Gabelstapler? Wie sind denn die Zinken beschaffen? Manche Gabelstaplerzinken sind unten offen... da wäre Platz für einen Sensor

Mir gefällt dafür eigentlich der Magnet-Linear-Encoder (weiter oben wurde er beschrieben) und angebracht am Hydraulikzylinder. Da ist der Weg rel. überschaubar, er ist rel. gut geschützt, und die Messung Magnet-Linear-Encoder scheint sehr genau zu sein. Also sollte das umrechnen auf die Hubstrecke gut möglich sein.

Franz

Die Linear-Encoder haben einen Nachteil: man weiß nicht, wie groß der Abstand nun wirklich ist. Ich dachte daran eher an die genaue Abstandsmessung zum Punkt unter den Zinken, also nicht zwingend zum Boden... Genaueres müsste der TO zu seinen Anforderungen schreiben

Warum muss der Sensor an die Gabel?

Es gibt auch andere Punkte an denen man einen Sensor und einen Reflektor befestigen kann ;)

Kleines Beispiel, bei den meisten Staplern ist das Kabienendach (-käfig) niedriger als die Hebemechanik in unterster Stellung. Also Sensor aufs Dach und einen Reflektor an die Hebemechanik. Wo die Messtechnik ist ist ja egal, unten ist unten. Somit ist es auch egal was gehoben wird.

Wenn beide Teile an den "Schienen" befestigt werden, dann ist auch der eventuelle Kippwinkel der Schienen egal.

Ist irgendwie blöd zu erklären für mich, da ich die Fachausdrücke vom bzw. am Stapler nicht kenne und gerade keine Möglichkeit habe eine Zeichnung zu machen.

Aber egal wie, einen Sensor im ungeschützten Arbeitsbereich ist immer mit der Gefahr von Folgeproblemen behaftet.

Und, eigentlich scheiden alle optischen Sensoren aus, wenn die Optik nach oben schaut, da die Optik nach ein paar Tagen (oder Minuten) verschmutzt sein wird.

Eine andere Idee, gibt es Zeiten in denen die Gabel länger ganz unten ist? Wenn ja, könnte man oben einen Sensor mit Akku und Sender anbringen. Wenn die Mechanik unten ist, wird der Akku geladen, über entsprechende Kontakte usw., du verstehst?

Gruß

MiReu

Hi

MiReu: Aber egal wie, einen Sensor im ungeschützten Arbeitsbereich ist immer mit der Gefahr von Folgeproblemen behaftet.

Das kann man recht leicht ausschließen: Belasse den Sensor 10 Sekunden an einer ungeschützten Stelle und es wird keinen Sensor mehr geben, Der Probleme bekommen könnte :o .

Selbst umrandet von 1cm Stahl (also im Käfig eingelassen) findet Murphy einen Weg, den Sensor im Arbeitsleben zum Kontaktsport zu überreden :confused: .

MfG

postmaster-ino: HiDas kann man recht leicht ausschließen: Belasse den Sensor 10 Sekunden an einer ungeschützten Stelle und es wird keinen Sensor mehr geben, Der Probleme bekommen könnte :o .

Selbst umrandet von 1cm Stahl (also im Käfig eingelassen) findet Murphy einen Weg, den Sensor im Arbeitsleben zum Kontaktsport zu überreden :confused: .

MfG

Ich meinte nicht den Punkt den man "am Tisch" prüfen kann, ich meinte den unberechenbaren Menschen. Was glaubst du auf welche Ideen man alles kommt wofür man einen Stapler alles verwenden kann ;)

Hallo!

Es freut mich, dass sich so viele melden und ihre Meinung abgeben! Ich geh auf alles nochmal ein;)

Theseus: Hallo,

was sagt der Hersteller des Staplers zu dem Problem? Oft haben die Hersteller bei universitären Forschungsarbeiten ein Herz für Studenten. Wenn das Projekt für sie neue Erkenntnisse bringt, sind sie sogar ausgesprochen hilfsbereit bis unterstützend.

Bis jetzt hatte ich nur mit dem Konkurrenzhersteller Kontakt, die zwar interessiert, aber auch recht vorsichtig waren, da sie mehr interessiert sind an tatsächlich umsetzbaren Ideen und auf diesem Gebiet teilweise ihre eigenen Systeme schon im Einsatz haben (ich will jetzt nicht zu sehr ins Detail gehen, andernfalls klaut mir noch jemand die Idee:P). Aus Erfahrung am Lehrstuhl kann ich aber sagen, dass der andere Hersteller auch eher vorsichtig ist, derartige Informationen rauszurücken, z.B. bei CAN-Nachrichten (kann man natürlich auch verstehen, denn da gibt es viele Möglichkeiten für Manipulationen).

DerLehmi: Thema Ultraschallsensor: 1) gibt es hier das Problem (wie schon erwähnt) mit dem Mindestabstand von 20cm. Zudem haben diese Sensoren auch einen ungünstigen Erfassungsbereich, fährt der Gabelstapler also nah an einer Wand vorbei, kann dies zu Problemen führen. Thema IR-Sensor: die gemessene Distanz ist hier abhängig vom reflektierenden Material, auch nicht sehr günstig.

Ich würde mal einen Laser zur Distanzmessung in den Raum werfen, vielleicht wäre das eine gute Lösung. Thema Montage: hast Du denn einen Gabelstapler? Wie sind denn die Zinken beschaffen? Manche Gabelstaplerzinken sind unten offen... da wäre Platz für einen Sensor

Der Mindestabstand wäre kein Problem. Wie bereits geschrieben, sind insbesondere größere Höhen relevant. Das mit dem Erfassungsbereich ist auch das, was mir am meisten Kopfschmerzen bereitet, ob es da zu Komplikationen kommen kann. Aktuell geht aber die Tendenz dazu, es mit einem solchen Sensor einfach mal auszuprobieren. Wenn das passiert, halte ich euch auf dem Laufenden.

Was für eine Art Lasersensor meinst Du? Oft haben die ja nur eine recht kurze Reichweite, bzw. wenn man so Geräte aus dem Baumarkt betrachtet, benötigen die viel zu lange für eine Messung und eignen sich damit nicht für dynamische Bewegungen.

Ja, ein Gabelstapler ist vorhanden. Das sind ganz einfache Zinken, schätze aus Gußeisen (?!) und soweit ich mich erinnern kann ohne irgendwelche Öffnungen.

Franz54: Mir gefällt dafür eigentlich der Magnet-Linear-Encoder (weiter oben wurde er beschrieben) und angebracht am Hydraulikzylinder. Da ist der Weg rel. überschaubar, er ist rel. gut geschützt, und die Messung Magnet-Linear-Encoder scheint sehr genau zu sein. Also sollte das umrechnen auf die Hubstrecke gut möglich sein.

Franz

DerLehmi: Die Linear-Encoder haben einen Nachteil: man weiß nicht, wie groß der Abstand nun wirklich ist. Ich dachte daran eher an die genaue Abstandsmessung zum Punkt unter den Zinken, also nicht zwingend zum Boden... Genaueres müsste der TO zu seinen Anforderungen schreiben

Schaut euch mal dieses Video an: https://www.youtube.com/watch?v=ZxoRTfuVG8c So sieht das aus, wenn die Gabel hochfährt. Vielleicht hilft das der allgemeinen Vorstellung. Ich muss "einfach" die genaue Position der Gabel wissen. Ob das vom Boden aus gemessen wird oä ist egal solange ich einen Bezug zur Umwelt herstellen kann. Wie würdet Ihr da den Linearencoder anbringen?

MiReu: Warum muss der Sensor an die Gabel?

Es gibt auch andere Punkte an denen man einen Sensor und einen Reflektor befestigen kann ;)

Kleines Beispiel, bei den meisten Staplern ist das Kabienendach (-käfig) niedriger als die Hebemechanik in unterster Stellung. Also Sensor aufs Dach und einen Reflektor an die Hebemechanik. Wo die Messtechnik ist ist ja egal, unten ist unten. Somit ist es auch egal was gehoben wird.

Wenn beide Teile an den "Schienen" befestigt werden, dann ist auch der eventuelle Kippwinkel der Schienen egal.

Ist irgendwie blöd zu erklären für mich, da ich die Fachausdrücke vom bzw. am Stapler nicht kenne und gerade keine Möglichkeit habe eine Zeichnung zu machen.

Aber egal wie, einen Sensor im ungeschützten Arbeitsbereich ist immer mit der Gefahr von Folgeproblemen behaftet.

Und, eigentlich scheiden alle optischen Sensoren aus, wenn die Optik nach oben schaut, da die Optik nach ein paar Tagen (oder Minuten) verschmutzt sein wird.

Eine andere Idee, gibt es Zeiten in denen die Gabel länger ganz unten ist? Wenn ja, könnte man oben einen Sensor mit Akku und Sender anbringen. Wenn die Mechanik unten ist, wird der Akku geladen, über entsprechende Kontakte usw., du verstehst?

Gruß

MiReu

Ich möchte den Sender auch nur ungern an der Gabel befestigen wegen Kabelproblematik usw. Das Beispiel verstehe ich leider nicht ganz. Wei kann man da sicherstellen, dass der Sensor diesen großen Abstrahlwinkel erreicht, wenn der Reflektor mit der Gabel hochfährt? Und wie soll man da die Neigung rausrechnen? Glaub da steh ich gerade auf dem Schlauch:D. Naja, es soll ja jetzt nicht für den dauerhaften Einsatz konstruiert werden. Daher wäre es kein Problem gelegentlich den Sensor zu reinigen. Ganz unten ist die Gabel, wenn man den Stapler parkt. Im Betrieb sollte sie immer leicht vom Boden entfernt sein. Gibt es solche Sensoren, die gleichzeitig noch über Funk verfügen?

MiReu: Ich meinte nicht den Punkt den man "am Tisch" prüfen kann, ich meinte den unberechenbaren Menschen. Was glaubst du auf welche Ideen man alles kommt wofür man einen Stapler alles verwenden kann ;)

Ein bisschen Vorsicht muss man schon walten lassen, aber ich denke, dass ich den Sensor auch wieder abbaue, wenn er gerade nicht gebraucht wird, um derartiges zu vermeiden.

Beste Grüße, ghuzt

Da laufen doch Zahnriemen etc. mit, wenn die Gabel in der Höhe verstellt wird. Da würde ich ansetzen, um die Höhe zu bestimmen.

ghuzt: Bis jetzt hatte ich nur mit dem Konkurrenzhersteller Kontakt, die zwar interessiert, aber auch recht vorsichtig waren, da sie mehr interessiert sind an tatsächlich umsetzbaren Ideen und auf diesem Gebiet teilweise ihre eigenen Systeme schon im Einsatz haben (ich will jetzt nicht zu sehr ins Detail gehen, andernfalls klaut mir noch jemand die Idee:P). Aus Erfahrung am Lehrstuhl kann ich aber sagen, dass der andere Hersteller auch eher vorsichtig ist, derartige Informationen rauszurücken, z.B. bei CAN-Nachrichten (kann man natürlich auch verstehen, denn da gibt es viele Möglichkeiten für Manipulationen).

Die Frage wäre ob es vom Hersteller solche Sensorsysteme oder Datenschnittstellen für Industrie 4.0 schon gibt. Im Normalfall fallen das aber komplett aus dem 50Euro Rahmen. Ich kenne es aber von Studienarbeiten in anderen Bereichen, dass Hersteller bereit sind Geräte leihweise zur Verfügung zu stellen. Mein Bruder hatte z.B. für ein halbes Jahr ein Workstationsystem im Gegenwert einer Mercedes E-Klasse zur Verfügung gestellt und zeitweise sogar nach Hause bekommen.

ghuzt: Ich möchte den Sender auch nur ungern an der Gabel befestigen wegen Kabelproblematik

Da sehe ich nicht so das Problem. Der Stapler hat doch einen Leitungskanal, der mit hoch fährt, für die Steuerung der Gabel.

Die Gabel dürfte übrigens geschmiedet sein. Gusseisen wäre für den Zweck viel zu spröde und bei den deshalb erforderlichen Materialstärken zu schwer. Ein mal blöd die Gabel angeschlagen, schon wäre sie gebrochen. Geschmiedetes ist da elastisch und bekommt vielleicht eine Delle.

ghuzt:
Das Beispiel verstehe ich leider nicht ganz. Wei kann man da sicherstellen, dass der Sensor diesen großen Abstrahlwinkel erreicht, wenn der Reflektor mit der Gabel hochfährt?

So, ich habe dein Bild mal geändert.

Du willst doch die Gabel als Reflektor nutzen, wo ist der Unterschied?

Hi

Da die Gabel zweiteilig angehoben wird - sind die beiden Zylinder parallel angeschlossen?
Vll. könnte man einfach nur die Ölmenge mitzählen, Die in den Zylinder rein geht.
An dem Punkt, wo der 2.te Zylinder ausfährt, muß man natürlich mit einer anderen Ölmenge pro Millimeter weiter rechnen.
Wäre die Frage: Wie wiederholbar zählt eine Flügelzellenpumpe - wäre ja blöd, wenn man bei jedem dritten Hub neu Nullen müsste.

Vorteil hier:

  • nur ein elektro-mechanisches Bauteil in den Innereien, Da kommt der experimentierfreudigste Bediener nicht dran
  • mit zwei Ölmengen pro Millimeter und einem Grenzwert, ab welcher Höhe Welcher davon benutzt werden muß, einfach in der Programmierung
  • störsicher
  • es kann Nichts abreißen/abgefahren werden
  • verändert weder Gabel noch Blick auf Diese

MfG