JP2934519B2 - 重量物対応型平衡荷役装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吊り荷の重量を上下
駆動装置で平衡させて静止状態にして重い吊り荷を直接
手で押し動かすことができるようにした装置に関するも
ので、特に重量の大きな吊り荷の荷役に適した上記装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の平衡荷役装置は、伸縮自在かつ
上下揺動自在なアームや走行ビームに沿って走行自在に
設けた巻上げドラムにより吊り荷を懸吊する構造を有し
ている。アームの上下方向の揺動や巻上げドラムの回転
は、通常、電動機を用いて行われ、その昇降速度を検出
する速度センサを設けている。また吊り荷の近傍に操作
ボックスと吊り荷の重さを検出する荷重センサとを設け
ている。

【０００３】荷役操作において、吊り荷を大きく上下動
させるときには、操作ボックスのレバーや押ボタンを操
作してその操作量に比例した第１の速度指令を吊り荷昇
降用の電動機に与えて吊り荷を昇降させる。レバーや押
ボタンは、操作力が解放されると中立位置へ戻り、第１
の速度指令が零となり、吊り荷の昇降は停止する。吊り
荷昇降用電動機には前記速度センサの検出信号がフィー
ドバック信号として与えられており、速度指令が零にな
ったときには、吊り荷の重量とバランスさせて電動機を
停止状態に保持するのに必要な電流が与えられ続ける。

【０００４】このバランス状態で吊り荷に上下方向の力
を加えると、荷重センサの検出値の差信号としてその力
が検出され、この差信号に比例した値の第２の速度指令
を生成され、この第２の速度指令に基いて吊り荷昇降用
の電動機を回転させることにより、吊り荷を直接押動す
ることによる吊り荷の昇降が行われる。

【０００５】一方吊り荷の水平方向移動は、巻上げドラ
ムを走行自在に支持しているビームや伸縮自在なアーム
を旋回台で支持し、旋回台の旋回と巻上げドラムの走行
またはアームの伸縮とにより、吊り荷を左右（旋回台の
旋回方向。以下同じ。）と前後（ビームに沿うドラムの
走行またはアームの伸縮方向。以下同じ。）に押し動か
すことによって行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の平衡荷役装置
は、比較的軽い重量物ないし中程度の重量物の荷役に用
いられていた。しかし近時の制御機器の信頼性の向上に
より、大重量物の荷役にも上記構造の平衡荷役装置が用
いられるようになってきた。

【０００７】ところが、従来構造の平衡荷役装置では、
吊り荷が重くなると、吊り荷を水平方向に動かすとき
に、慣性力のために始動および停止時に大きな力が必要
になってオーバーランも生じやすくなり、小さな力で吊
り荷を動かして任意の位置に正確に移動させることがで
きるという平衡荷役装置の特徴が失われてしまうという
問題が生じてきた。

【０００８】また吊り荷が重くなると、電動機で吊り荷
を昇降させる構造では、正確で応答の早い制御ができる
けれども、電動機が大型かつ大電流化したり、高減速比
の減速機が必要になるなどの問題が発生する。

【０００９】この発明は、上記の問題に鑑み、特に重量
の大きな吊り荷の正確で速やかな移動位置決めが可能な
平衡荷役装置を得ることを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の平衡荷役装置
は、吊り荷１の上下駆動装置１４に加えて、油圧または
電気駆動の前後駆動装置１３と左右駆動装置１５とを備
えている。上下駆動装置１４は、油圧サーボ駆動のもの
とする。

【００１１】操作ボックス６には、前後駆動装置１３お
よび左右駆動装置１５にそれぞれの第１の速度指令Ｖｉ
を与える操作レバー３６、３５ないし押ボタンを、上下
駆動用のレバー３５ないし押ボタンと共に設ける。

【００１２】これらのレバー３６、３５ないし押ボタン
は、外見上分離された別のものとして設ける必要はない
が（図のレバー３５は、先端を上下左右に動かすことに
よって上下方向と左右方向とを兼用している。）、対象
とする３個の駆動装置１３、１４および１５に個別的に
第１の速度指令Ｖｉを与えることができるものでなけれ
ばならない。

【００１３】また吊り荷１に近接した位置で吊り荷の重
量を支えている負荷部材３３には、吊り荷１の全重量Ｗ
と共に、吊り荷１に作用する水平方向力Ｆを前後方向
と、左右方向とに分離して検出可能な検出センサ３７、
３８を設ける。図示のものでは、負荷部材３３に旋回台
３の半径方向に対向させて添着した歪ゲージ対３７ａ、
３７ｂが前後方向センサ３７を構成し、旋回方向に対向
させて添着した歪ゲージ対３８ａ、３８ｂが左右方向セ
ンサ３８を構成している。そしてこれらの歪ゲージ３７
ａ、３８ａ、３７ｂ、３８ｂを直列接続することによ
り、上下方向センサ３９が構成される。

【００１４】前後方向レバー３６および左右方向レバー
３５で前後および左右方向の第１速度指令Ｖｉを生成す
る手段は、上下方向レバー３５ないし押ボタンで上下方
向の第１速度指令を生成する従来手段をそのまま用い
る。前後方向および左右方向の第２速度指令Ｖｆは、上
下方向の第２速度指令のように記憶値との差信号を基礎
とするのではなく、検出値そのものにある比例定数を乗
じて得られる。好ましくは、その零レベル付近に適当な
幅の不感帯を設けておくのが良い。この不感帯の幅は、
水平力Ｆの時間積分値によって決定されるようにするの
が更に良い。

【００１５】前後左右方向については、レバー３６、３
５ないし押しボタンとセンサ３７、３８とのいずれか一
方だけを設けることもできる。一方だけを設けるとき
は、センサ３７、３８を設けるのがより好ましい。一方
だけを設けるときは、速度指令生成手段も上記第１か第
２の一方のみになることは勿論である。

【００１６】生成された前後方向および左右方向の速度
指令Ｖｉ、Ｖｆにより、それぞれの駆動装置１３、１５
を制御する手段は、上下方向の制御に用いられている従
来手段をそのまま用いることができる。上下方向の制御
には、速度検出器２５によるフィードバック制御が必須
であるが、前後方向および左右方向制御においては、速
度フィードバックを省略することが可能で、このときに
はもちろん前後方向および左右方向の速度検出器２６、
２７は不要である。

【００１７】

【作用】以上のように構成された平衡荷役装置では、吊
り荷１を上下させるときはもちろん、水平移動させると
きにも、そのレバー３６、３５ないし押ボタンの操作あ
るいは吊り荷１に小さい水平力Ｆを加えることによって
行うことができる。特に水平方向センサ３７、３８を設
けて第２速度指令Ｖｆによる制御を採用したときは、吊
り荷１に与える押動力Ｆに略比例した速度で吊り荷１が
水平移動し、停止させるときにも、従来のように反対側
から停止力を作用させる必要がなく、水平力Ｆを解放す
るだけで直ちに吊り荷１の移動を停止できる。

【００１８】また上下方向駆動装置１４として油圧アク
チュエータを用い、これを比例電磁式流量制御弁やサー
ボ弁あるいは可変容量ポンプ等によって制御してやれ
ば、電気式のアクチュエータを用いたものと同等な精度
と応答性を維持しつつ、コンパクトな構造で高い荷重負
担力を有する平衡荷役装置が実現できる。一方吊り荷の
移動に必要な水平力は、吊り荷の荷重に比較して小さい
ので、水平方向アクチュエータ１３、１５は電気式のも
のを用いることも可能である。

【００１９】

【実施例】次に図示実施例について説明する。吊り荷１
を懸吊するアーム２は、旋回台３にピン４で基端を枢支
された第１アーム２ａと、第１アームの先端にピン５で
基端を枢支された第２アーム２ｂで構成され、操作ボッ
クス６が第２アーム２ｂの先端にピン７で枢着されてい
る。外側のリンク８ａおよび８ｂは、第１アーム２ａお
よび第２アーム２ｂとそれぞれ平行かつ等長で、それぞ
れが平行リンク機構を構成し、操作ボックス６を常時正
立状態に維持している。内側のリンク９ａおよび９ｂ
は、第１アーム２ａおよび第２アーム２ｂと共に平行リ
ンクによる比例運動機構を構成している。リンク９ａと
９ｂとを枢着するピン１０は、駆動ピンとなっており、
旋回台３に設けた昇降ブロック１１の水平方向の長孔１
２に遊動自在に嵌合されており、昇降ブロック１１に搭
載された前後方向シリンダ１３が駆動ピン１０を前後方
向に駆動することにより操作ボックス６が前後動し、旋
回台３に搭載された昇降シリンダ１４が昇降ブロック１
１を上下方向に駆動することにより操作ボックス６が上
下動する。

【００２０】昇降ブロック１１の昇降速度及び駆動ピン
１０の移動速度は、これらに設けられたラック２１、２
２が旋回台３及び昇降ブロック１１に軸着されたピニオ
ン２３、２４を回転させ、ピニオン２３、２４の軸に固
定したエンコーダ２５、２６を回転させることによって
検出されている。

【００２１】旋回台３を垂直軸３１まわりに軸支する基
台３２には、垂直軸３１と同心にホイール歯車１６が固
定されており、旋回台３に搭載した旋回モータ１５のピ
ニオン１７がホイール歯車１６と噛合している。旋回モ
ータ１５の回転速度は、当該モータ１５に装着されたエ
ンコーダ２７によって検出されている。

【００２２】操作ボックス６は、短円筒状の負荷部材３
３を介して支持されており、この操作ボックス６の下端
にフック３４が設けられている。操作ボックス６には、
上下揺動によって昇降シリンダ１４用の第１速度指令を
生成し、左右揺動によって旋回モータ１５用の第１速度
指令を生成する第１レバー３５と、水平方向にのみ揺動
して前後方向シリンダ１３用の第１速度指令を生成する
第２レバー３６とが設けられている。

【００２３】一方負荷部材３３には、旋回台３の半径方
向と旋回方向とにそれぞれ対向させた歪ゲージ対３７
ａ、３７ｂ及び３８ａ、３８ｂ（３８ｂは図の裏側）が
添着され、歪ゲージ３７ａ、３８ａ、３７ｂ、３７ｂを
直列接続することによって荷重センサ３９が形成され、
歪ゲージ３７ａと３７ｂを含むホイートストンブリッジ
によって前後方向センサ３７が構成され、歪ゲージ３８
ａと３８ｂを含むホイートストンブリッジによって左右
方向センサ３８が構成されている。

【００２４】昇降シリンダ１４と前後方向シリンダ１３
には、可変容量ポンプ４１の作動油が各々のサーボバル
ブ４２ａ、４２ｂを介して供給されており、ドライバ４
３ａ、４３ｂからの指令によってサーボバルブ４２ａ、
４２ｂの開度をコントロールすることによって吊り荷１
の昇降速度及び前後移動速度がコントロールされる。一
方旋回モータ１５には、サーボモータが用いられ、ドラ
イバ４３ｃからの指令により、吊り荷１の左右移動速度
がコントロールされる。

【００２５】図３は、制御装置の構成を示すブロック図
で、上下、前後および左右方向についてそれぞれ図３に
示す制御装置が設けられている。以下前後方向の制御を
例にして説明する。

【００２６】レバー３６の前後方向の変位は、操作ボッ
クス６内のポテンショメータ（図示せず）によって検出
され、その検出値が第１速度指令信号Ｖｉとして制御装
置４０内の切替回路４４の入力端子に加えられる。ま
た、前後方向力センサ３７の検出値Ｆは、加算点４５に
入力される。この加算点４５の他方の入力端子に加えら
れる信号は、前後および左右方向の制御装置においては
零レベルであり、上下方向の制御装置においては吊り荷
の荷重Ｗである。

【００２７】加算点４５に入力された検出値Ｆは、力／
速度変換回路４６を経て切替回路４４の入力端子に入力
する。切替回路４４は、入力される第１速度指令Ｖｉと
検出値Ｔの速度変換値すなわち第２速度指令Ｖｆとを切
替出力するもので、操作ボックス６からの第１速度指令
Ｖｉが零以外のときにはその接点を操作ボックス６側
に、第１速度指令Ｖｉが零のときにはその接点を力／速
度変換回路４６側に接続する。

【００２８】切替回路４４の出力は、第２の加算点４７
に入力され、加算点４７において、切替回路４４の出力
と前後移動速度検出用のエンコーダ２６の検出信号ＶN
との偏差が求められ、この偏差は比例積分回路４８に入
力される。比例積分回路４８は、比例要素４８ａおよび
積分要素４８ｂを有し、そのＰＩ動作によって制御系の
定常特性を改善する。比例積分回路４８の出力はドライ
バ４３ｂに入力され、ドライバ４３ｂによってサーボバ
ルブ４２ｂの開度が制御され、前後方向シリンダ１３が
駆動される。

【００２９】実際の操作においては、操作レバー３６を
操作して吊り荷１を適宜移動させたあと操作レバー３６
を中立位置に戻す。この結果、第１速度指令Ｖｉが零と
なり、吊り荷１は停止する。この際、制御装置４０は、
第１速度指令Ｖｉが零となったことを検出し、その検出
時点で切替回路４４の接点を操作ボックス６側から力／
速度変換回路４６側に切り替える。

【００３０】この状態で作業者が吊り荷１に前後方向の
ごく僅かな力Ｆ（図１）を加えると、前後方向センサ３
７はその力Ｆを検出し、この検出値Ｆは加算点４５を経
て力／速度変換回路４６に入力され、力／速度変換回路
４６において所定の関数を用いた変換演算が行われるこ
とにより、操作力Ｆに対応する第２速度指令Ｖｆが出力
される。この第２速度指令Ｖｆは，切替回路４４を介し
て加算点４７に入力され、加算点４７においてフィード
バック信号ＶN との偏差Ｖｆ−ＶN が出力される。この
偏差Ｖｆ−ＶN は、比例積分回路４８を介してドライバ
４３ｂに入力され、ドライバ４３ｂによってサーボバル
ブ４２ｂの開度が制御され、前後方向シリンダ１３が駆
動され、吊り荷１を力Ｆを加えた方向に移動させる。

【００３１】以上は前後方向シリンダ１３の制御につい
て説明したものであるが、旋回モータ１５及び昇降シリ
ンダ１４も同様な制御系によって制御することができ、
レバー３５を左右または上下に操作することにより、あ
るいは平衡状態で停止している吊り荷１に左右方向の力
あるいは上下方向の力を作用させることにより、吊り荷
１をごく僅かな力で左右方向あるいは上下方向に移動さ
せることができ、操作力を解放すれば吊り荷１の移動お
よび昇降は直ちに停止する。なお前後方向シリンダ１３
及び旋回モータ１５の制御においては、加算点４５に与
える基準レベル信号は零レベルであるが、昇降シリンダ
１４の制御系では、加算点４５に基準レベル信号として
吊り荷１の自重Ｗが与えられねばならない。この基準レ
ベル信号Ｗは、吊り荷１を停止させた状態で荷重センサ
３９の出力信号をメモリに取り込むことによって行われ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、吊り荷
１の重量が非常に重い場合であっても、その慣性力に影
響されることなく、吊り荷１をごく僅かな力で昇降およ
び水平移動させることができ、昇降及び移動中の速度コ
ントロール及び停止位置の制御も正確に行うことができ
る。

【００３３】また吊り荷の昇降を油圧シリンダで行い、
サーボ弁や電磁比例式流量制御弁で速度コントロールを
行うことにより、重量物をコンパクトな装置で精度よく
昇降できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平衡荷役装置の要部を示す側面図。

【図２】駆動及び検出系を示す模式図。

【図３】制御系を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 吊り荷 ６ 操作ボックス 13 前後方向シリンダ 14 昇降シリンダ 15 旋回モータ 25,26,27 エンコーダ 33 負荷部材 35 第１レバー 36 第２レバー 37 前後方向センサ 37(a,b) 歪ゲージ 38 左右方向センサ 39 荷重センサ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吊り荷(1) の上下駆動装置(14)と共に油
   圧または電気駆動の前後駆動装置(13)と左右駆動装置(1
   5)とを備え、吊り荷(1) に近接した位置で吊り荷の重量を支えている
   負荷部材(33)に吊り荷(1) の全重量を検出する荷重セン
   サ(39)と共に吊り荷(1) に作用する水平方向力Ｆを前後
   方向と左右方向とに分離して検出するセンサ(37),(38)
   が設けられ、 前後駆動装置(13)および左右駆動装置(15)それぞれの速
   度指令Ｖｆを与える力／速度変換回路(46)が吊り荷昇降
   用の力／速度変換回路と共に設けられ、 前記速度指令Ｖｆは検出センサ(37),(38) の検出値に比
   例して生成される ことを特徴とする、重量物対応型平衡
   荷役装置。
2. 【請求項２】 吊り荷(1) の上下駆動装置(14)と共に油
   圧または電気駆動の前後駆動装置(13)と左右駆動装置(1
   5)とを備え、操作ボックス(6) には前後駆動装置(13)および左右駆動
   装置(15)にそれぞれの第１速度指令Ｖｉを与える自動復
   帰式の操作レバー(36),(35) ないし押ボタンが上下駆動
   用のレバー(35)ないし押ボタンと共に設けられ、 吊り荷(1) に近接した位置で吊り荷の重量を支えている
   負荷部材(33)に吊り荷(1) の全重量を検出する荷重セン
   サ(39)と共に吊り荷(1) に作用する水平方向力Ｆを前後
   方向と左右方向とに分離して検出するセンサ(37),(38)
   が設けられ、 前後駆動装置(13)および左右駆動装置(15)それぞれの第
   ２速度指令Ｖｆを与える力／速度変換回路(46)が吊り荷
   昇降用の力／速度変換回路と共に設けられ、前記第１速度指令Ｖｉは操作レバー(36),(35) ないし押
   ボタンの操作量に比例して生成され、 前記第２速度指令Ｖｆは検出センサ(37),(38) の検出値
   に比例して生成されることを特徴とする、重量物対応型
   平衡荷役装置。
3. 【請求項３】 吊り荷の昇降駆動装置(14)が油圧サーボ
   駆動のものである、請求項１または２記載の重量物対応
   型平衡荷役装置。