JP3794743B2 - 力制御方法による荷役物運搬機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、平行四辺形リンク式またはジブ式などの昇降機構を有し、エアーシリンダーや電動機などのアクチュエータを用いて荷役物を昇降する荷役物運搬機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の荷役物運搬機においては、荷役物を昇降する制御方法として、エアーシリンダーを駆動源としたものと電動機を駆動源としたものがあり、エアーシリンダーを駆動源にしたものについて述べればバランス制御方法と流量制御方法とがあった。また、電動機を駆動源としたものについて述べれば速度制御方法と位置制御方法とが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前述した従来の制御方法について、その内容と不具合点を述べれば、まずエアーシリンダーを駆動源とするバランス制御方法とは、荷役物重量に対応した圧力のエアーを常にエアーシリンダーに供給することにより荷役物を昇降する方式であり、事前に荷役物重量に対応した供給圧の設定が必要となるため荷役物重量の変化には対応出来なかった。また複雑な回路構成及び機構により荷役物重量の変化に対応させる事も可能であるが、応答性の悪化、コストが高くなる等の問題点があった。
また、流量制御方法とはエアー源とシリンダーの間に流量制御バルブを設け、流量制御バルブの開度を制御する事により一定圧力のエアーを調整し、荷役物を昇降する制御方法である。この流量制御方法では、昇降動作状態から停止状態に移行する場合には流量制御バルブを閉じてシリンダー内のエアー量を固定する事で停止動作をさせる制御方法であるため、流量制御弁が閉じた直後では昇降機構部には昇降しようとする慣性力が作用している。この慣性力により、シリンダー圧力と荷役物重量とのバランスが崩れてバウンド現象が発生してしまう。換言すれば、上昇動作状態から停止動作を行った場合、流量制御バルブを閉じても上昇動作をしていた昇降機構は慣性力により更に上昇しようとする。その結果、シリンダー圧力は荷役物とのバランスに必要な圧力よりも低くなり、慣性力の無くなった昇降機構は下降しようとする。この動作を繰り返しながらバウンド現象は減衰していき停止するという動作を行う。流量制御方式では前述のバウンド現象が必ず発生する制御方法であるため操作性を悪化させるといった面があった。
さらに、バランス制御方法並びに流量制御方法では、指令を停止して中立状態になると昇降機構が停止する制御方法となっており、中立点を基準点として上昇指令による上昇動作及び下降指令による下降動作をさせることから中立点が必要不可欠となっている。この中立点は昇降動作の不感帯となるため、昇降動作に移行する際には必ず不感帯から動作を開始する事となり、指令に対する反応速度の遅れから指令信号を入れ過ぎ、想定以上の速度で動いてしまうといった面があった。
【0004】
次に電動機を駆動源とする速度制御方法及び位置制御方法とは、速度指令信号または位置指令信号に対応した速度または位置変化量で電動機を駆動させる事により荷役物を昇降する制御方法であり、指令信号に応じた速度で昇降するため同じ指令信号であれば荷役物の重量に関係なく同じ速度で昇降してしまい、作業者には荷役物の重量感が全く伝わらないため安全性の面で不具合点を有していた。例えば、荷役物を吊り上げた状態で昇降機構に上昇指令を与えている場合に、荷役物が周辺設備等に干渉したとしても作業者には重量感が伝わらないため上昇指令を出し続けてしまう。その結果、荷役物には過大な外力が加わる事になり、荷役物の落下、破損などのトラブルが発生するという危険性があった。さらに、速度制御方法及び位置制御方法では、前述した流量制御方法と同様に、指令を停止して中立状態になると昇降機構が停止する制御方法となっており、中立点を基準点として上昇指令による上昇動作及び下降指令による下降動作をさせることから中立点が必要不可欠となっている。この中立点は昇降動作の不感帯となるため昇降動作に移行する際には必ず不感帯から動作を開始する事となり、指令に対する反応速度の遅れから指令信号を入れ過ぎ、想定以上の速度で動いてしまうといった面があった。
【0005】
また、この種の従来例としては、たとえば、特開平7−61800(開発の名称:補力装置により空中に支持された荷重を移動させるための操作方法及びそのための操作部)がある。この装置は、荷役物を空中に支持した状態を起点として、そこから動作させる方向及び出力を制御しているものであり、前述した各制御方法と同様に中立点を有しているため昇降動作に移行する際には必ず不感帯から動作を開始する事となり、指令に対する反応速度の遅れから指令信号を入れ過ぎ、想定以上の速度で動いてしまうといった面があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述したそれぞれの不具合点及び共通した不具合点を解決したもので、荷役物を昇降する機構と、この昇降機構を駆動する駆動源と、この駆動源を制御する為の制御部及び操作部を有する荷役物運搬機において、人間が操作部を持ち、荷役物を持ち上げようとする時に出す反重力方向への持ち上げ力(以下、「反重力方向の力」と略す)のみを、操作部に設けた力センサーで検出し、常にその人間の持ち上げ力の大きさに応じて荷役物運搬機の吊り上げ力を増幅させ、荷役物の上昇及び下降及び停止の全てに反重力方向への人間の持ち上げ力を使用し、その反重力方向への人間の持ち上げ力と荷役物運搬機の吊り上げ力を加算して荷役物を上昇又は下降又は停止させる力制御方法を有する事を特徴とする荷役物運搬機である。
【0007】
次いで、本発明の実施例を図1より説明する。図1は実施例の概念図である。支柱1と旋回台2を介してつながれた本体部3の側板にAアーム4の一端部を固定軸5に固着し、Aアーム4の他端部は支軸6を介してCアーム7の一端部と接続し、リンクアーム8とBアーム9と前記Aアーム4及びBアーム9により平行リンク機構を形成している。また、旋回台2の回転軸と直角な向きに平行リンク機構の力点10を支えるガイドを設け、更に旋回台2の回転軸に平行に上下動作が可能なシリンダー11により、平行リンクの力点10を昇降し、Cアーム7の他端部に力センサー12a及びグリップ12bを組み込んだ操作部12を配設し前記操作部12に荷重を吊るフック13を備えている。
また、制御構成について述べれば、制御部14は制御基板14aと電空比例弁14bにより構成されており、力センサー12aと制御基板14aが信号電線15により接続され、制御基板14aは電空比例弁14bに接続される。また電空比例弁14bはエアー配管を介してシリンダー11に接続される。
尚、駆動源としてはトルクモータやサーボモータ等を使い、トルク制御を行うことも可能である。
【0008】
【作用】
以上の構成から、図1よりその作用について述べれば、Wは荷役物16の重量、F1は反重力方向の力、F2は反重力方向の力F1により出力される荷役物運搬機の吊り上げ力である。まずグリップ12bを上方向に持ち上げようとすると、その反重力方向の力が力センサー12aに伝えられる。力センサー12aは受け取った力を電気信号に変換し、信号電線15を通して制御部14の制御基板14aに送る。制御基板14aは、信号を増幅処理し、電空比例弁14bを駆動する。電空比例弁14bはその信号に比例した圧力になるようにシリンダー11の圧力を調整する。フック13により荷役物Wを吊り上げようとしてグリップ12bを持ち上げると、力センサー12aに加わった反重力方向の力F1が制御部14、シリンダー11及び各アームよる平行リンク機構により増幅されて荷役物運搬機の吊り上げ力F2となり操作部12に働く。(F1+F2)≧Wとなれば荷役物を吊り上げる事が出来、反重力方向の力F1を緩めて(F1+F2)<Wとすれば、荷役物を降ろす事が出来る。更に図2の機能説明図より力制御の概念について述べれば、bは荷役物が空中に静止するバランス点、Fbは荷役物をバランスさせるのに必要な手で加える反重力方向の力(以下、「バランス力」と略す)である。直線aは制御系の特性曲線である。本図では便宜上直線で描いてあるが、必ずしも直線である必要はない。又、図は力の増幅比(F1+F2)/F1=10の場合について示してあるが、数値は参考的なものであり本発明の技術的範囲を限定するものではない。反重力方向の力F1は荷役物16の重量Wに比例し力の増幅比に反比例する。力の増幅比が大きい程小さな反重力方向の力F1で荷役物16の重量Wを支えることが出来るが、増幅比は制御系の安定性や操作感の点から適正範囲がある。グリップ12bを反重力方向に動かそうとすると、反重力方向の力F1がバランス力Fbを越えた時点で荷役物が上昇する。上昇の加速度は反重力方向の力F1とバランス力Fbの差に比例し荷役物16の重量Wに反比例する。つまり、反重力方向の力F1を大きくすれば速い速度で上昇させることが出来るが、重量の大きいものは軽いものに比べて加速度が小さくなるので、特に意識しなくても荷役物重量に見合った安全な速度で上昇させることが出来る。反重力方向の力F1がバランス力Fbと同じならバランス状態となる。グリップ12bの持ち上げ力を緩めて反重力方向の力F1がバランス力Fbより小さくなると、荷役物は下降する。
【0009】
【発明の効果】
以上の構成並びに作用からその効果について述べれば、本発明である力制御方法を用いたことにより、人間が持ち上げようとする手の力を加減することで荷役物を自在に上昇、中立保持(バランス)、下降させることが出来る。
本発明である力制御方法は人間が自力で荷役物を移載するときの動作、すなわち上昇方向への力のみを制御することにより荷役物を昇降するという動作と全く同一の制御を行っているため、人間の自然な動作と一致しており、その操作感は軽い荷役物を直接手で持った場合と殆ど同じである。また、上昇方向という一方向だけの力の強弱を直接増幅している制御であるため、中立点を有しておらず制御系における不感帯が無いことから、応答性が良いばかりか位置決め精度についても従来の制御方法と比較して優れた特性を有している。また、実際に荷役作業を行う人間の手に荷役物の重量が比例して伝わるので重い荷役物は重く、また軽い荷役物は軽くという手応えが有り、負荷状態が常に作業者に伝わっているため安心して荷役作業を行うことが出来る。また、実施例に示した力制御方法は、電空比例弁を使ってエアーシリンダーの圧力を制御している事から、応答性が高く重量の異なった荷役物を瞬時に持ち上げる事が可能となり、作業効率を上げることが出来る。また、圧力を常に調整しているためバウンド現象が発生せず、スムーズな操作感を得ることが出来る。さらに、手と荷役物とは一体で動くので、従来機のように荷役物の昇降速度を観察しながら操作レバーへの操作力を補正するような煩わしさがない。さらにまた、従来の速度制御方法又は位置制御方法を用いる事がないので、比較的簡単な構造となり、その結果コスト的にも安価に製作できるという、従来にない多大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す概念図。
【図2】本発明の実施例の機能説明図。
【符号の説明】
1 支柱
2 旋回台
3 本体部
4 Aアーム
5 固定軸
6 支軸
7 Cアーム
8 リンクアーム
9 Bアーム
10 力点
11 シリンダー
12 操作部
12a 力センサー
12b グリップ
13 フック
14 制御部
14a 制御基板
14b 電空比例弁
15 信号電線
16 荷役物
a 特性曲線
b バランス点
F1 反重力方向の力
F2 荷役物運搬機の吊り上げ力
Fb バランス力
W 荷役物の重量
Claims (2)
- 荷役物を昇降する機構と、この昇降機構を駆動する駆動源と、この駆動源を制御する為の制御部及び操作部を有する荷役物運搬機において、人間が操作部を持ち、荷役物を持ち上げようとする時に出す反重力方向への人間の持ち上げ力を操作部に設けた力センサーで検出し、常にその人間の持ち上げ力の大きさに応じて荷役物運搬機の吊り上げ力を増幅させ、荷役物の上昇及び下降及び停止の全てに反重力方向への人間の持ち上げ力を使用し、その反重力方向への人間の持ち上げ力と荷役物運搬機の吊り上げ力を加算して荷役物を上昇又は下降又は停止させる力制御方法を有する事を特徴とする荷役物運搬機。
- 駆動源にエアーシリンダーを用い、制御部に電空比例弁を用いた事を特徴とする請求項1記載の荷役物運搬機。
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