JP2004509394A - 高性能な力の釣り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高帯域幅での軌道に渡って荷重を誘導するための高性能な力の釣り合わせ装置を提供する。
【解決手段】本発明は力の釣り合わせ装置１０に関し、その装置は、第１のヒンジピン２０に軸支された支持体で支えられた近接アーム１２と、近接アームで支えられ、第１のピンと平行に伸びる第２のヒンジピン２４に軸支された先端アーム１４とを有し、先端アームが荷重Ｆを支持する自由端部２６を有する。装置は、高帯域幅で近接アーム１２に作用する第１の釣り合わせ手段１８，２０と、高帯域幅で先端アーム１４に作用する第２の釣り合わせ手段１８，２２と、第１の釣り合わせ手段と第２の釣り合わせ手段との間に介在されて、近接アームおよび先端アームの各回転動作を調整する調整手段とをさらに有する。本発明は機械的なマニピュレータ、転送装置、および鉄道用パンタグラフに適用可能である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は所定の軌道、特に、直線状軌道に渡って荷重を誘導できる力の釣り合わせ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの釣り合わせ装置は既に知られており、支持体によって支えられ、第１のヒンジピンで軸支された近接アームと、近接アームによって支えられ、第１のピンと平行に伸びる第２のヒンジピンで軸支され、荷重を支える自由端部を有する先端アームとにより形成された関節機構を備えている。
【０００３】
このタイプの２つの関節アームを備えた釣り合わせ装置は、多くの用途、特に、操縦装置、移送装置などの分野における用途を有する。また、それは、パンタグラフとして、特に、電気機関車の鉄道用パンタグラフとして使用しても良い。
【０００４】
関節機構により支えられる荷重を釣り合わせるための様々な方法が既に知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
まず第１に、荷重を吊り下げるために、および／または、荷重を例えば垂直方向に移動させるためにジャッキを用いる空気圧解決法が知られている。
【０００６】
それらの解決法は、軽い荷重に対してほぼ満足する結果をもたらすが、ひとたびジャッキ内の空気の容積が１ｄｍ^３を越えると、管理不可能になる。これは、回路の様々な箇所の間での圧力変化をもたらす荷重の損失と、空気の圧縮性とによるものである。このタイプの空気圧手段は、約１秒の応答時間を有するという欠点を有し、これは平凡な帯域幅の値に相当し、換言すれば、特にオペレータによって気付くほどあまりにも長い時間に相当する。
【０００７】
また、空気圧システムをカウンターウェイトに連結した複合的解決法も知られている。この解決法は、上述の解決法と同じ結果をもたらし、慣性の著しい増加という欠点をも有し、これは、荷重の水平方向の動きにも影響を及ぼすこともある。
【０００８】
加えて、自動荷重制御での数タイプの滑車装置（ｔａｃｋｌｅ）の使用を一般的に伴った電気的解決法も知られている。この解決法は、一方で複雑化した装置（故障のリスク）という欠点、および、他方で荷重が制御されない間に比較検討段階を必要とする欠点を有し、オペレータにとって危険であるかもしれない。その解決法は、その狭い帯域幅のために実際には便利な操作と相入れない長い応答時間をもつという欠点をさらに有する。このことは、特に、この動きが、物理的に表示されない位置の制御を必要とする場合に、それ故、位置ループの存在を必要とする場合に、適用される。
【０００９】
さらに、フランス国特許出願第００ ０３０４７号で規定されているように、平行四辺形部を用いた解決法が知られており、これは、一方で（ケーブルのように）誘導をもたらさない、または、垂直面内のアーチ状軌道を必要とするという欠点、および、他方で重量に関連する全ての力をその平行四辺形部の単一のアームに集中するという欠点を有する。フランス国特許第９６ ０７５５６号で記載された解決法は、平行四辺形部を用いるが、調整手段を備えていない。従って、釣り合わせ手段の特性が何であろうと、組立体の帯域幅を正しく評価できない。
【００１０】
本発明の目的は、特に、上述の欠点を克服することである。
【００１１】
特に、高帯域幅での軌道に渡って荷重を誘導するための高性能な力の釣り合わせ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、最初から規定されたタイプの力の釣り合いを保つ装置を提案し、その装置は、第１の出力軸を有し、近接アームに作用する第１の高帯域幅の釣り合わせ手段と、第２の出力軸を有し、先端アームに作用する第２の高帯域幅の釣り合わせ手段と、第１の釣り合わせ手段と第２の釣り合わせ手段との間に介在されて、近接アームおよび先端アームの各々の回転動作を調整する高帯域幅の調整手段とを備えている。
【００１３】
それ故に、本発明は、互いに調整される第１の釣り合わせ手段と第２の釣り合わせ手段とにより、関節機構の近接アームおよび先端アームを別々に釣り合わせ可能となる。これにより、釣り合わせシステムに戻される慣性と、近接アームおよび先端アームの伝達における融通性とが最小限に抑えられる。
【００１４】
これらの釣り合わせ手段は、かなりの摩擦および慣性を加えることなく高帯域幅を有する。高帯域幅は約１００ヘルツを意味する。
【００１５】
思い出すように、帯域幅は、過渡現象に反応するように、機械システムの能力を解釈している。実際に、その帯域幅は、この場合には、約１００ヘルツの応力を被らされる時にその性能を維持するように、前記装置の能力を解釈しており、このことは、約１／１００秒の応答時間として定義しても良い。
【００１６】
本発明の範囲内において、ある場合にはモータリゼーション手段を含めて、様々なタイプの釣り合わせ手段が用いられても良い。
【００１７】
本発明の好適な態様では、装置は、正弦波機械トルクを提供可能であり、２つの出力軸を有するバランサを備え、その２つの出力軸は、同期されるが反対方向に回転速度を有し、それらの出力軸は近接アームの第１のヒンジピンと先端アームの第２のヒンジピンとそれぞれ回動自在に係合されている。
【００１８】
一例として、このタイプのバランサは、フランス国特許第８８ ０２ ４２３号（第２ ６２７ ７１８号として発行）で記載されるタイプのものであっても良い。
【００１９】
純粋に機械的なタイプの公知のバランサを一般的に使って、ツール（工具）のように荷重で作用されるアームに作用する力を釣り合わせる。それは、その角度位置が何であろうと、厳密な釣り合いを保ち、そして、３６０°まで旋回可能になり、荷重に環状軌道を描かせることが可能になる。
【００２０】
この公知のバランサは、優れた出力と高帯域幅とを有する正弦波トルクを提供し、すなわち、短い応答時間での機械的釣り合いを提供するという利点を与える。
【００２１】
従って、そのバランサの２つの出力軸が近接アームのヒンジピンと先端アームのヒンジピンとにそれぞれ回動自在に係合される時に、本発明による釣り合わせ装置は、関節機構における２つのアームの各々にかかる荷重の分配がどのようなものであれ、荷重の単一の移動中に、２つのアームの同期運動を可能にする。
【００２２】
好ましくは、バランサの２つの出力軸のうち一方は近接アームのヒンジピンを形成し、他方の出力軸は、伝達手段によって先端アームのヒンジピンに連結されている。
【００２３】
様々な機械的手段が、特に、少なくとも一つの変形可能な平行四辺形部を有する手段が、この目的のために用いられても良い。
【００２４】
本発明の別の特徴によれば、近接アームと先端アームとは同じ長さを有する。
【００２５】
その結果、荷重は、上述のアームの各々の長さの４倍に相当する移動範囲で、直線状軌道に渡って移動することができる。
【００２６】
本発明の別の特徴によれば、装置は、その装置の少なくとも１つの可動部に連結された少なくとも１つのアクチュエータによって形成された追加的なモータリゼーション手段を備える。
【００２７】
このタイプのモータリゼーション手段を使って、使用位置および収納位置を含む２つの位置のうち一方から他方へ関節機構を移動させても良い。
【００２８】
好ましくは、これらの調整手段は、近接アームまたは先端アームの上で移動可能な主要部を備える。
【００２９】
また、本発明が提供することは、装置が、手動の移動の場合には、オペレータを補助するために、または、一定の力を所定の部分に加えるために、選択された位置に配置される力センサによって制御される追加的なモータリゼーション手段を備えても良いことである。
【００３０】
本発明の好適な適用では、先端アームの自由端部が、ケーブルから電気エネルギーを集電可能な鉄道用パンタグラフの弓形部を支えて、ここでの荷重が、その弓形部によってケーブルにかかる力で形成されるようにする。
【００３１】
鉄道用パンタグラフへの適用の場合に、有利であることは、装置が、第２の出力軸に回動自在に係合されているが、第２の出力軸または第１の出力軸のいずれかに取付けられ、選択された幾何図形的配列を有し、回動自在に係合された先端アームと平行に動く少なくとも１つの付属物、特にエーロフォイルを備え、その付属物が旋回半径上に配置されて、それの空中への進入が、関節機構（すなわちパンタグラフ）の空中への進入のトルクと等しくかつ反対向きのトルクを生成するようにし、それら２つのトルクが接続機構内で互いに相殺することである。風速に反応を示さないパンタグラフがこのように作られる。
【００３２】
上述したように、１つの変形では、本発明の釣り合わせ手段は、モータリゼーション手段を備えても良い。
【００３３】
特に鉄道用パンタグラフのために意図された別の態様では、サーボ制御のモータリゼーション手段は、垂直軸上に構造全体の動きに関連する慣性力を提供する。これにより、ケーブル上の弓形部により生成される力が、それらの動きによって妨げられることが防止される。また、このサーボ制御のモータリゼーション手段は、上述のエーロフォイルによって規定されるトルクの不完全さを補正可能であり、または、それがないことを補うことが可能である。このモータリゼーション手段は、ナットと協動するウォームネジに連結された電気モータを備え、このナットは、第１の出力軸または第２の出力軸のいずれかに連結されたクランクによって支えられ、サーボ制御手段は、先端アームの自由端部で支えられた力センサによって送信される制御信号に基づいて電気モータを制御するように設けられている。
【００３４】
ウォームネジは、有利には、減速装置を介して電気モータによって駆動されるリバーシブルネジであり、クラッチ機構が減速装置とウォームネジとの間に介在されている。
【００３５】
この減速装置の存在により、高い逆イールドを備えた大ピッチのリバーシブルウォームネジの使用が可能になる。しかしながら、小ピッチを有するが、減速装置を有しないネジも考慮に入れても良い。
【００３６】
サーボ制御手段は、有利には、電気モータによって駆動され、速度信号を送信可能なタキメトリック発電機と、この速度信号を受信し、第１の出力信号を生成する第１の演算増幅器（速度ループ）と、第１の出力信号を受信し、第２の出力信号を送信する第２の演算増幅器（電流ループ）と、この第２の出力信号を受信し、電気モータに送られると共にその画像が第２の演算増幅器に送られる出力電流を送信する電力増幅器とを備え、力センサにより送信された制御信号が、第２の演算増幅器（電流ループ）の入力に印加される。
【００３７】
また、サーボ制御のモータリゼーション手段が、広がりおよび折畳み操作用の補助装置として用いることは有利である。
【００３８】
この広がりおよび折畳み機構は、先端アームの自由端部が鉄道用パンタグラフの弓形部を支える時に、特に重要である。
【００３９】
好ましくは、この機構は、第１の演算増幅器（速度ループ）に適用して、関節機構の折畳みまたは広がりを引き起こす制御信号を受信できる。こうして、この信号は、電流ループに戻される力センサからの信号に優先するだろう。
【００４０】
また有利なことは、この機構が、第１の演算増幅器（速度ループ）に印加されて、緊急時に関節機構の折畳みを引き起こす緊急信号を受信できることである。この信号もまた、電流ループに戻される力センサからの信号に優先するだろう。
【００４１】
電流ループに対する速度ループの優先度は、ケーブル上の弓形部の力がかなりの時間の間消えるたびに広がる。
【００４２】
本発明の他の特徴によれば、センサの下流に配置された機構に関連する、特に、鉄道用パンタグラフの場合の弓形部の質量に関連する慣性力を相殺するために、サーボ制御手段は、力センサによって送信された制御信号と、荷重に加えられた実際の力との間での補正動作を実行可能にする補正手段を備える。この補正手段は、長期にわたってタキメトリック発電機に記録された速度変化を識別可能であり、および、それを第２の演算増幅器の入力に加えることが可能である識別手段からなる。
【００４３】
上述のシステムと異なる別の補助駆動システムは、この第１のシステムの故障の場合に、パンタグラフの折畳みを可能にするだろう。
【００４４】
単に一例として挙げられた以下の記述では、添付図面が参照されるだろう。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１で示される釣り合わせ装置は、近接アーム１２および先端アーム１４によって形成される関節機構１０を備える。近接アーム１２は、バランサ（ｂａｌａｎｃｅｒ）１８のフレームまたは本体によって形成された支持体１６で支えられている。
【００４６】
このバランサは、有利には、上述のフランス国特許第８８ ０２４２３号に記載されたタイプのものである。それは、互いに平行であり、この実施の形態では水平に配置された２つの出力ピンまたは出力軸２０、２２を備える。バランサは正弦波トルクを提供でき、２つの出力軸２０、２２は、同期回転速度を有するように接続されるが、反対方向に接続される。
【００４７】
出力軸２０は近接アーム１２のヒンジピンと一致している。先端アーム１４は、近接アーム１２によって支えられ、出力軸２０と平行に伸びるヒンジピン２４で軸支されている。
【００４８】
先端アーム１４は、力Ｆを提供可能な自由端部２６と、ヒンジピンを形成する反対端部２８とを有する。
【００４９】
近接アーム１２は、バランサ１８の出力軸２０に固定され、それ故に回転自在に係合される。
【００５０】
クランク３０は、バランサの出力軸２２に固定され、そしてまた、回転自在に係合される。その結果、近接アーム１２およびクランク３０は、同期して回転するが、反対方向に回転する。
【００５１】
クランク３２は、軸受け（図示せず）で出力軸２０に固定され、その軸受けによりこの軸上を自由に回転可能となっている。
【００５２】
さらに、接続リンク３４は、回転を可能にする軸受け（図示せず）でクランク３０、３２の端部に固定され、それによって、その軸受けはクランク３０の力をクランク３２に伝える平行四辺形部を形成する。
【００５３】
先端アーム１４は、軸受け（図示せず）で近接アーム１２の端部に固定され、その軸受けによりピン２４の周りを応力なしで自由に旋回可能となる。
【００５４】
アーム１４は、その端部２６とヒンジピン２４との間で長さＬを有し、その長さＬは、軸２０とピン２４との間で規定されるように、アーム１２の長さに等しい。
【００５５】
近接アーム１２と平行な接続ロッド３６は、その一側でクランク３８に固定され、その他側で軸受け（図示せず）を介して先端アーム１４の端部２８に固定され、それにより、クランク３８の力を先端アーム１４に伝える第２の平行四辺形部を作り出す。クランク３２、３８は、出力軸２０に固定され、その周りで自由に回転自在に装着されているが、互いに回転自在に係合され、バットレスでの支えを防止できる角度Ａを形成する。
【００５６】
出力軸２０、２２は反対方向に同期される。アーム１２が水平な場合に、クランク３８も水平になるように（接続ロッド３６がアーム１２の下または上であるかに依存して何れかの方向に）出力軸２０、２２は設けられている。その結果、出力軸２０、２２の１８０°回転により、自由端部２６が直線に沿って、４×Ｌに等しい距離または範囲に渡って移動させられる。この直線は、本実施の形態では垂直方向に伸びる直線状軌道Ｔに対応する。
【００５７】
従って、アーム１２、１４によって形成される様々な角度の二等分線がそれ自体と平行のままであるということが理解されよう。
【００５８】
バランサ１８が正弦波トルクを提供するので、端部２６に伝えられる力Ｆは一定であり、常に矢印で示される方向と平行である。この力は、出力軸２０、２２でのバランサ１８により与えられる最大トルクの合計と等しいが、値２×Ｌ（バットレスで支える現象が生じる場合には、アーム１２、１４が垂直、すなわち上向きまたは下向きである時を除く）によって分割される様々な可動要素（種々な搭載装置または搭載ツールに加えて、アーム、接続ロッド、クランク、接続リンク、平軸受けまたは回転軸受けなど）の重量によって戻されるトルクで低減される。
【００５９】
この力を使って、軌道Ｔの全体（ここでは垂直軌道）に渡って無重量になるであろう主要部の均衡を保っても良いし、または、ある力を適用、例えば、電流集電装置パンタグラフの弓形部がケーブルに及ぼすにちがいない力を適用しても良い。
【００６０】
図２の装置は図１の装置の基本的な要素を備え、同一要素は同じ参照番号で示される。また、その装置は、本実施の形態において、接続リンク３４にくっつけられ、異なる目的のために用いられる追加的なモータリゼーション手段４０をさらに有する。
【００６１】
この追加的なモータリゼーション手段を使って、特に、使用位置および収容位置を含んだ２つの位置のうち一方から他方に関節機構１０を移動させても良い。このモータリゼーション手段は、装置が使用位置または作動位置にある時に、中立にされるだろう。
【００６２】
一つの変形では、この追加的なモータリゼーション手段をまた使って、必ずしも存在するとは限らない付加的な主要部の、または、重量が実質的に異なる付加的な主要部の釣り合いを保たせても良いし、または、付加的な主要部がないのを補っても良い。１つの実例として、１つの主要部はグリッパ（ｇｒｉｐｐｅｒ）であり、付加的な主要部は種々の部品であり、モータリゼーション手段４０は、既存部品の重量に限定される。
【００６３】
また、この付加的なモータリゼーション手段を使って、端部２６を所望の動きで通過させても良いし、モータリゼーション手段は、不釣合いの荷重を除いて、摩擦および慣性に制限される。
【００６４】
付属物の任意の組合せ、すなわち、付加的な主要部とモータリゼーション手段との釣り合いを保つことを使っても良い。
【００６５】
必要に応じて、この装置は、本出願人の名義でフランス国特許出願第０００３０４７号により教示されるように、サーボ制御を備えた機械的操縦手段を制御する装置と組合せても良い。
【００６６】
追加的なモータリゼーション手段４０は任意の種類（空気圧、油圧、電気など）、すなわち直線タイプまたは環状タイプも可能であることが理解されよう。加えて、本出願のポイントは接続リンク３４に限定されず、また、出力軸２０、２２および先端アームの自由端部２６を含めて動きに関連する任意の部品であっても良い。
【００６７】
さらに、図２の装置は、荷重（力Ｆ）を支える接続リンク４２に対して一定方向を伝達可能な手段を備える。そのため、この接続リンク４２は、上述の軌道Ｔの方向に伸びている。
【００６８】
この装置は、回転軸受けによって近接アーム１２の端部に固定され、それにより、それに関して自由に回転可能に固定されるクランク４４を備える。このクランク４４は、その下方端部において細長い部材４６を支えており、その細長い部材は、ヒンジピン２４に対して垂直に接続ロッド３６に固定される指状突起部（ｆｉｎｇｅｒ）４８を摺動させる矩形状孔を備えている。作動中のアーム１２、１４、接続リンク３８、および、接続ロッド３６で形成された平行四辺形部の変形により、指状突起部４８が矩形状孔の中を摺動するとき、クランク４４は垂直のままである。接続ロッド５０は、その一端部で回転軸受けにより固定され、それによって自由に回転可能に固定され、そして、その一端部で接続リンク４２に固定されてアーム１４に対して平行のままになるようにし、それによって、変形可能な平行四辺形部を形成するようにする。
【００６９】
このように摺動する指状突起部タイプの装置を、出力軸２０と固定箇所との間で所定方向（できるだけ垂直方向）を得ようとする平行四辺形部に取り替えることは明らかに可能である。
【００７０】
ある用途に対して、接続リンク４２上に、その重心の位置がどのようであっても所定方向を維持するツール（図示せず）、特に、この部品の方向変化を可能にする一部保持ツールを構成することが可能である。
【００７１】
なお、端部２６（図１）で所望される荷重変化または力変化は、モータリゼーション手段４０を介してだけでなく、アーム１２、１４の一方に沿った荷重の移動を介しても達成される。この移動は、手動またはモータリゼーション手段によってもたらされる。その移動によって、可動要素の重量に関連されると共に装置１８に戻される機械的トルクが変更可能となる。
【００７２】
次に、図３および図４に関して、図２の装置と類似する本発明による釣り合わせ装置が示されており、鉄道用動力装置のパンタグラフに適用される。図２の要素と共通する要素は同じ参照符号で示される。その装置は、ケーブル（図示せず）と接触可能な２つの鉄道用弓形部７６、７８を支える。
【００７３】
本実施の形態は、水平方向の力の作用、特に、空中への進入に対する抵抗力によって引き起こされる力の作用を改善することを目的とする。
【００７４】
パンタグラフの実際の構造によって、鉄道用動力装置の進行方向に対して垂直に生じる横からの力に関しての優れた動作が可能となり、これによって、何らの特別な問題が引き起こされない。
【００７５】
鉄道用動力装置の移動方向で発生する力に関しての問題がさらに明確に生じる。
【００７６】
前述のフランス国特許第８８ ０２４２３号に記載されたタイプのバランサは、直接的利益および間接的利益の高い値、すなわち、約９８％の値を提供する。このような機構の高帯域幅は、パンタグラフに対して出力軸の一方から他方にトルクの非常に良好な伝達をもたらす。実際に、これらの出力軸が反対方向に回転するにつれ、バランサは、伝達されるトルクの方向を一方の出力軸から他方の出力軸に逆転させるだろう。従って、この特性により、ある程度の安定性が全体構造に伝達可能となる。
【００７７】
図３および図４の実施の形態による装置は、一定方向を接続リンク４２に伝達可能な手段に関して、図２の装置と異なっている。矩形状孔（図２）を備える細長い部材４６（図２）は、その方向をバランサのフレーム上で得ようとするタイロッド８０で取り替えられている。
【００７８】
この場合、弓形部７６、７８とそれらの支持体との空中への進入によって、および、ケーブル上の摩擦によって作り出される力は、垂直軸の方へのパンタグラフの動きに影響を及ぼさない。このことは、先端アームの端部に位置づけられる全ての機構に有効である。
【００７９】
他方、近接アーム１２および先端アーム１４の空中への進入力は、完全に相殺されているわけではない。近接アーム１２の端部にくっつけられた先端アーム１４の進入力で生成される力と等しい力は、（近接アームを支持する）出力軸２０の上に残る。
【００８０】
従って、これにより、動力装置の移動方向に依存してケーブルに及ぼされる力の増加または減少がもたされる。そのため、この現象は、パンタグラフの良好な動作を損ない、それを相殺するように、または、その影響を少なくとも低減するように考慮されるべきである。
【００８１】
第１の解決法は、第１の出力軸２０で支えられている関節機構と等しい構造体を、それ故に、こられの２つのトルクがバランサで相互に相殺する構造体を、バランサの第２の出力軸上に配置することを伴う。
【００８２】
このタイプの解決法は、いくつかの欠点、特に、構造体の重量の増加と、その慣性の増加と、パンタグラフが折畳まれた時の２倍の容積とを含んでいる。さらに重要なことだが、この解決法は非常に金がかかる。
【００８３】
この問題を解決するために、本発明は、この第２の構造体の模型を作り、それを付属物に置き換えること、特に、この第２の構造体と空気力学的に等価なエーロフォイル（ａｅｒｏｆｏｉｌ）に置き換えることを伴ったさらなる解決法を提案する。
【００８４】
図３および図４について説明すると、このタイプの付属物８２、ここではエーロフォイルタイプのものが示され、その付属物は、選択された幾何図形的配列を有し、回動自在に係合された先端アーム１４と平行に動く。
【００８５】
この付属物８２は旋回半径Ｒで配置され、それの空中への進入が関節機構１０（パンタグラフ）の空中への進入トルクと等しくかつ反対向きのトルクを生成するようにし、これらの２つのトルクがバランサ１８の接続機構で互いに相殺するようにしている。
【００８６】
本実施の形態において、付属物８２は、実際のエーロフォイルを形成し、クランク３０に回動自在に係合された２つのレバー８６の端部に固定されるプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）８４を備える。
【００８７】
この結果、これら２つのレバーは、近接アームと同時であるが反対方向に回転される。
【００８８】
残りのトルクが、先端アームの空中への進入に対応する力によって作り出され、近接アームの端部に作用されることは既に説明した。
【００８９】
バランサの第２の出力軸に回動自在に係合される付属物８２は、回動自在に係合された先端アームと同じ角度で空中を飛ぶように、および、そのレバーアームの変動が近接アームの変動と完全に対称的であるように、同一摩擦条件を提供する。従って、それは、空中へのパンタグラフ構造の進入のために、タイプおよび値の点で残りのトルクと同じトルクを作り出す。それ故に、これら２つのトルクは、バランサの機構を介して互いに相殺する。
【００９０】
このような模型制作は、特に、動力装置およびパンタグラフの空気力学的特性に依存して、エーロフォイルの構造体およびその幾何図形的配列と、その旋回半径とに関して、明らかに調節可能である。
【００９１】
加えて、このシステムの取付けは、図１および図２を参照して述べた全ての箇所に対して、特に、力用のサーボ制御システムの取付け（上述のモータリゼーション手段９０を参照）と、パンタグラフの慣性を制御するためにその役割を限定することで容易になる調節とに対して相補的である。
【００９２】
この付属物の取付けは、パンタグラフの慣性全体に著しく影響を及ぼさない。その重量は、バランサにより充分に考慮される。
【００９３】
最後に、この付属物はねじれの修正を可能にしている。その理由は、計算で取られた仮定と反対に、先端アームと近接アームとが同じ長さを有するけれども、先端アームの空中への進入力が、特に、動力装置のカウリングと接続ロッド３６との存在のために、近接アームのそれと同一ではないからである。
【００９４】
１つの変形では、付属物は、バランサの第２の出力軸と回動自在に係合されたクランク３２に交替で取付けて、この配置により折畳まれた付属物の容積が低減されるようにしても良い。この場合には、付属物は、第１の出力軸２０に取付けられる。
【００９５】
さらに一般的には、パンタグラフの構造体によって空中への進入力を相殺する手段は、バランサの第２の出力軸に回動自在に係合され、バランサの第１の出力軸または第２の出力軸のいずれか、または、それらの両方にさえ配置されていても良い。
【００９６】
付属物の構造は、図３および図４に示すようなエーロフォイルに限定されないが、その空中への進入の模型を形作る先端アームにもっと接近した構造体に似ていても良い。
【００９７】
次に、図５について説明すると、関節機構１０のサーボ制御に用いられるモータリゼーション手段９０が示されており、この関節機構は、有利には、図６に示すような鉄道用パンタグラフからなる。
【００９８】
サーボ制御を用いたこのモータリゼーション手段は、有利には、上述した２つの出力軸２０、２２を有する機械的バランサ１８と組合わされる。このモータリゼーション手段９０は、ピン９２の周りに関節状に連結された組立体を備え、タキメトリック発電機（ｔａｃｈｙｍｅｔｒｉｃ ｄｙｎａｍｏ）９６に接続された電気モータ９４を含む。このモータ９４は、減速装置９８およびクラッチ１００を介して、ナット１０４と協動するウォームネジ（ｅｎｄｌｅｓｓ ｓｃｒｅｗ）１０２を駆動する。このナット１０４は、バランサ１８の出力軸２０、２２のうち一方に連結されるクランク１０８の端部に、符号１０６で関節状に連結されている。有利には、この連結は、バランサの電位（ケーブルの電位）をウォームネジ（動力装置の主要部）の電位と絶縁するだろう。
【００９９】
図７で後述されるサーボ制御回路１１０は、関節機構１０の先端アーム１４の自由端部で支えられた力センサ１１２から送られる制御信号ＳＣに基づいて、電気モータ９４を制御する。上述したように、このモータリゼーション手段は、有利には、図６に示すように、鉄道用パンタグラフの場合に用いられる。図６のパンタグラフは、図３および図４のものに対応する。その特定の実施の形態では、鉄道用パンタグラフは、上述のものと類似するエーロフォイルからなる。クランク１０８は、有利には、エーロフォイルに回動自在に係合され、すなわち、さらに詳細には、バランサ１８の出力軸２２に回動自在に係合されたレバー８６に回動自在に係合される。
【０１００】
このサーボ制御手段の設置は、特に、ケーブル７４にかかる圧力を発生させる装置を分離すること、および、パンタグラフ構造の慣性を制御することの問題に向かわせようと意図されている。このことは、線路の現実的な幾何図形的配列のせいであろうと、または、第１のパンタグラフの通過によりケーブルに発生され、第１のパンタグラフの通過によってケーブルに引き起こされ、および、後続のパンタグラフにより追従される必要がある振動のせいであろうと、ケーブルと鉄道との間の平行関係の変化を抑えようと意図されている。
【０１０１】
このサーボ制御のモータリゼーション手段は、本実施の形態では、機械的バランサ１８に取付けられている。このタイプの機械的バランサは、構造体の主要部の９８％を釣り合わせる正弦波トルクを本質的に生成する。パンタグラフの場合には、それらの一部分に対して誘導される運動は、パンタグラフ構造の広げ位置がどのようであろうと、同じ精度でケーブルにかかる力を本質的に作り出す。加えて、バランサの低慣性値および低摩擦値のみならずその高帯域幅により、それはこのタイプのモータリゼーション手段に特に適する。
【０１０２】
バランサ１８の周辺に構成されるパンタグラフ構造は、被らされる全てのタイプにおける水平方向の力の妨害を完全な状態で相殺する。その結果、アクチュエータと、それが作り出した弓形部にかかる力との関係は、列車の速度、パンタグラフの移動方向、および、その折畳んだ高さに依然として実質的に無関係である。
【０１０３】
モータリゼーション手段９０によって、構造体の垂直方向の動きに必要とされる慣性力が、実質的に適応可能とされる。このモータリゼーション手段は、特に高いダイナミックな性能を有する。必要ならば、そのモータリゼーション手段は、特にパンタグラフ構造の空中への進入により引き起こされる残りの力を、好ましくは、上述のエーロフォイル８２と連携して相殺することができる。それは、このモータリゼーション手段９０が、有利には、図６に示すように、エーロフォイルを備えたパンタグラフに組合わされるからである。さらに、このモータリゼーション手段は、同様に必要ならば、釣り合わせの全てまたは一部を補い、または、ケーブルにかかる弓形部の力の全てまたは一部を生成する。
【０１０４】
本発明によれば、サーボ制御手段の運動連鎖は同一運動（ｈｏｍｏｋｉｎｅｔｉｃ）である。そのため、パンタグラフの位置が何であっても、駆動トルクと弓形部の直線加速との間の機械的利得はほぼ一定になるだろう。
【０１０５】
これらの運動は、一定の力を正弦波トルクに変換する接続ロッド／クランクシステム（クランク１０８）を再現することで達成され、そのトルクは、弓形部７６、７８の領域のパンタグラフ構造によって一定の力に再変換される。
【０１０６】
そのような状況では、クランク１０８の正弦波は、パンタグラフの正弦波と同期され、すなわち位相の点で同期される。
【０１０７】
減速装置９８（図５）は、有利には、パンタグラフ構造とモータリゼーション手段のクランク（クランク１０８）との間の増幅のギアと逆関係でピニオン列を有する減速装置からなる。
【０１０８】
ウォームネジ１０２は、有利には、高い逆イールド（ｙｉｅｌｄ）を有するリバーシブル（逆転可能な）タイプのネジである。従って、回転ネジ山を有するボールネジ、好適には直径３０ｍｍでピッチ３０ｍｍのネジを用いるのが好ましい。
【０１０９】
図示された実施の形態では、そのネジはリバーシブルであり、その理由は、減速装置もまた設けられるからである。しかしながら、１つの変形では、減速装置を用いずに小ピッチであるが、その逆イールドが低いネジを用いることが可能である。
【０１１０】
クラッチ１００によりモータリゼーション手段９０が、例えば故障時に解除可能とされて、パンタグラフの減速移動を可能にしている。これは、パンタグラフの性能が、そのような動作モードではサーボ制御を用いないパンタグラフの性能と同等であることを意味する。
【０１１１】
次に、図７を参照して、サーボ制御手段１１０の実例について説明する。図７は、モータ９４とタキメトリック発電機９６とを示す。そのモータで駆動されるタキメトリック発電機は速度信号ＳＶを送信する。
【０１１２】
また、回路１１０は、この速度信号ＳＶを受信し、および、第２の演算増幅器１１６（電流ループ）に伝送される第１の出力信号Ｓ１を生成する第１の演算増幅器１１４（速度ループ）を備える。この第２の演算増幅器は、電力増幅器１１８で受信される第２の出力信号Ｓ２を送信し、電力増幅器１１８は、電気モータ９４に送られる出力電流ＣＳを伝え、第２の出力信号Ｓ２の画像が第２の演算増幅器１１６に送られる。（パンタグラフの弓形部で支えられる）力センサ１１２は、第２の演算増幅器１１６の入力に印加される制御信号ＳＣを送信する。
【０１１３】
こうして、弓形部／ケーブルの力を制御することが、サーボ制御手段（演算増幅器１１６）の電流ループの領域に適用される。これにより、モータ９４で伝えられたトルクがこのループの制御信号に比例するので、組立体の応答時間が非常に短くなり、および、完全に均一の値が管理されるようになる。
【０１１４】
また、第１の演算増幅器（速度ループ）に印加される制御信号ＳＲＤを受信可能にして、関節機構１０の折畳みまたは広げ、すなわち本実施の形態ではパンタグラフの折畳みまたは広げをもたらすための広げおよび折畳み機構１２０が設けられている。
【０１１５】
加えて、ケーブルの故障時に作動する安全装置１２２によって緊急信号ＳＵが送られる。（例として挙げる）以下の何れかの場合にパンタグラフ構造を折畳むために、この安全装置は緊急信号を送る：
作動状態における弓形部／ケーブルの力の長引く消滅
構造体の最高点でのタイミングの悪い到達
動力装置に供給する電流の長引く消滅
他の検知システムによる緊急信号の送信。
【０１１６】
ある場合には、力センサで送信された信号ＳＣと、弓形部によりケーブルにかかる実際の力との間で補正動作を行なう価値があるかもしれない。それ故に、それは、センサの下流に配置された機構のために、特に弓形部のために慣性力を考慮に入れる。この目的のために、力センサ１１２で送信される制御信号ＳＣと、荷重Ｆにかかる実際の力、または、この場合にはケーブルにかかる実際の力との間で補正動作を伝達可能である補正手段１２４が設けられている。この補正手段は、長期にわたってタキメトリック発電機９６に記録された速度変化を識別可能であり、および、その速度変化を第２の演算増幅器１１６の入力に印加可能である識別手段を備える。加速時に線形であるこの信号は電流を生成し、それ故に、前記加速と比例する上述の慣性力を補正可能なトルクを生成する。
【０１１７】
既に上述したように、構造体を折畳むため、または、構造体を広げるための補助として用いられるサーボ制御装置は、第１のシステムが故障した場合に、パンタグラフを折畳むための他のシステムによって、例えば、図２で示された追加的なモータリゼーション手段４０によって再現される。
【０１１８】
上述したように、サーボ制御を具備したモータリゼーション手段は他の釣り合わせ手段と組合せて使用可能であることが理解されるべきである。また、その手段は、鉄道用パンタグラフタイプの関節機構との使用に限定されない。
【０１１９】
図（図６）の理解を助けるために、サーボ制御のモータリゼーションシステムは、エーロフォイルを支える軸に垂直に配置されていた。実際には、および、スペースを節約するためには、このモータリゼーションシステムは、バランサの２つの出力軸のいずれかに取付けられ、その一側で水平に配置されるだろう。
【０１２０】
本発明の主題は多くの用途を有し、特に処理装置、移送装置、鉄道用パンタグラフなどのための多くの用途を有することが理解されるだろう。
【０１２１】
本発明の装置の釣り合わせ手段は、有利には、上述のフランス国特許第８８ ０２ ４２３号のタイプのバランサを利用している。
【０１２２】
高帯域幅を有する場合には、他の釣り合わせ手段を用いることは明らかに可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態による釣り合わせ装置の図である。
【図２】
本発明の第２の実施の形態による釣り合わせ装置の図である。
【図３】
鉄道用パンタグラフに適用した本発明の第３の実施の形態による釣り合わせ装置の側面図である。
【図４】
図３に対応する正面図である。
【図５】
本発明によるモータリゼーション手段を示す図である。
【図６】
図３と類似する図であり、図５のモータリゼーション手段を組み込んだものである。
【図７】
図５および図６のモータリゼーション手段の一部分を形成するサーボ制御回路を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　関節機構
１２　　　近接アーム
１４　　　先端アーム
１８　　　バランサ（釣り合わせ手段）
２０　　　出力軸（第１のヒンジピン）
２２　　　出力軸
２４　　　第２のヒンジピン
２６　　　自由端部
３４　　　接続リンク（可動部）
４０　　　モータリゼーション手段
７６　　　弓形部
７８　　　弓形部
８２　　　付属物
９０　　　モータリゼーション手段
９４　　　電気モータ
９８　　　タキメトリック発電機
１０２　　ウォームネジ
１０４　　ナット
１１０　　サーボ制御手段（サーボ制御回路）
１１２　　力センサ
１１４　　第１の演算増幅器
１１６　　第２の演算増幅器
１２０　　補助システム（折畳みおよび広げ機構）
１２２　　電力増幅器
１２４　　補正手段

Claims (19)

1. 支持体で支えられ、第１のヒンジピン（２０）で軸支される近接アーム（１２）と、前記近接アームで支えられ、前記第１のピンと平行に伸びる第２のヒンジピン（２４）で軸支され、荷重（Ｆ）を支える自由端部（２６）を有する先端アーム（１４）とによって形成された関節機構（１０）を備えるタイプの力の釣り合わせ装置であって、
   前記装置が、出力軸（２０）を有し、前記近接アーム（１２）に作用する第１の高帯域幅の釣り合わせ手段（１８）と、
   出力軸（２２）を有し、前記先端アーム（１４）に作用する第２の高帯域幅の釣り合わせ手段（１８）と、
   前記第１の釣り合わせ手段と前記第２の釣り合わせ手段との間に介在されて、前記近接アームおよび前記先端アームの各々の回転動作を調製する高帯域幅の調製手段とを有することを特徴とする力の釣り合わせ装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記装置が、正弦波の機械的トルクを提供可能であり、同期されるが反対方向に回転速度を有する２つの出力軸（２０、２２）を備えるバランサ（１８）を有し、
   それらの出力軸（２０、２２）が、前記近接アーム（１２）の第１のヒンジピン（２０）と、前記先端アーム（１４）の第２のヒンジピン（２４）とにそれぞれ回動自在に係合されていることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、
   前記釣り合わせ手段がモータリゼーション手段（４０、９０）を備えることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置であって、
   前記２つの出力軸のうち一方（２０）が前記近接アーム（１２）のヒンジピンを形成し、他方の出力軸（２２）が、伝達手段によって、特に、少なくとも１つの変形可能な平行四辺形部を有する手段によって、前記先端アーム（１４）のヒンジピン（２４）に連結されていることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、
   前記近接アーム（１２）および前記先端アーム（１４）が同じ長さ（Ｌ）を有することを特徴とする力の釣り合わせ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置において、
   前記装置が、前記装置の少なくとも１つの可動部（３４）に連結された少なくとも１つのアクチュエータによって形成される追加的なモータリゼーション手段（４０）を有することを特徴とする力の釣り合わせ装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   前記追加的なモータリゼーション手段（４０）が、使用位置および収納位置を含む２つの位置のうち一方から他方に前記関節機構（１０）を移動可能であることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、
   前記第１の釣り合わせ手段（１８、２０）と前記第２の釣り合わせ手段（１８、２２）のうち少なくとも一方が、前記先端アーム（１４）の自由端部（２６）に加わる荷重（Ｆ）を変化可能な調整手段を備えることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   前記調整手段が、前記近接アーム（１２）または前記先端アーム（１４）の上で移動可能な主要部を備えることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置において、
    前記装置が、手動での移動の場合にオペレータを補助するために、または、一定の力を所定の部分に加えるために、選択された位置に配置された力センサによって制御される追加的なモータリゼーション手段（４０、９０）を有することを特徴とする力の釣り合わせ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置において、
    前記先端アーム（１４）の自由端部（２６）が、ケーブルから電気エネルギーを集電可能なパンタグラフの弓形部（７６、７８）を支え、ここでの負荷が前記弓形部によって前記ケーブルにかかる力により形成されるようにすることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置において、
    前記装置が、前記第２の出力軸（２２）に回動自在に係合される一方、前記第２の出力軸または前記第１の出力軸（２０）の何れかに取付けられ、選択された幾何図形的配列を有し、および、回動自在に係合された前記先端アーム（１４）と平行に動く少なくとも一つの付属物（８２）を備え、
    前記付属物（８２）が旋回半径（Ｒ）の上に配置されてそれの空中への進入が前記関節機構（１０）の空中への進入のトルクと等しくかつ反対向きのトルクを生成するようにし、
    前記２つのトルクが接続機構内で相互に相殺していることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置において、
    前記装置が、ナット（１０４）と協動するウォームネジ（１０２）に連結された電気モータ（９４）を備えるサーボ制御のモータリゼーション手段（９０）を有し、前記ナットが、前記第１の出力軸（２０）と前記第２の出力軸（２２）とのうち一方に連結されたクランク（１０８）で支えられ、
    サーボ制御手段（１１０）が、前記先端アーム（１４）の自由端部で支えられた力センサ（１１２）からの信号に基づいて前記電気モータ（９４）を制御していることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、
    前記ウォームネジ（１０２）が、減速装置（９８）を介して前記電気モータ（９４）で駆動されるリバーシブルネジであり、
    クラッチ機構（１００）が、前記減速装置（９８）と前記ウォームネジ（１０２）との間に介在されていることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
15. 前記サーボ制御機構が、前記電気モータ（９４）で駆動され、出力信号（ＳＶ）を送信可能であるタキメトリック発電機（９６）と、速度信号（ＳＶ）を受信し、第１の出力信号（Ｓ１）を生成する第１の演算増幅器（１１４）（速度ループ）と、前記第１の出力信号（Ｓ１）を受信し、第２の出力信号（Ｓ２）を送信する第２の演算増幅器（１１６）（電流ループ）と、前記第２の出力信号（Ｓ２）を受信し、前記電気モータ（９４）に送られると共にその画像が前記第２の演算増幅器（１１６）に送られる出力電流（ＣＳ）を伝える電力増幅器（１１８）とを有する請求項１３または１４に記載の装置において、
    前記力センサ（１１２）から送信された前記制御信号（ＳＣ）が、前記第２の演算増幅器（１１６）（電流ループ）の入力に印加されていることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
16. 請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置において、
    前記サーボ制御のモータリゼーション手段（９０）が、前記関節機構（１０）を折畳みおよび広げるのための補助システム（１２０）を形成していることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、
    折畳みおよび広げ機構（１２０）が、前記第１の演算増幅器（１１４）（速度ループ）に印加される制御信号（ＳＲＤ）を受信可能にして、前記関節機構（１０）の折畳みまたは広がりを引き起こすようにし、
    前記制御信号（ＳＲＤ）が、前記電流ループにもたらされた前記力センサからの信号に優先していることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
18. 請求項１６に記載の装置において、
    折畳みおよび広げ機構（１２０）が、前記第１の演算増幅器（１１４）（速度ループ）に印加される緊急信号（ＳＵ）を受信可能にして、緊急時に前記関節機構（１０）の折畳みを引き起こし、
    前記緊急信号（ＳＵ）が、前記力センサからの信号に優先し、前記電流ループにもたらされていることを特徴とする力の釣り合わせ装置。
19. 請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の装置において、
    前記サーボ制御手段（１１０）が、力センサ（１１２）から送られた制御信号（ＳＣ）と、荷重（Ｆ）に加えられた実際の力との間の補正動作を実行可能な補正手段（１２４）を備え、
    前記補正手段が、長期にわたってタキメトリック発電機（９６）に記録された速度変化を識別可能であり、および、それらを前記第２の演算増幅器（１１６）の入力に印加する識別手段からなることを特徴とする力の釣り合わせ装置。