JP4103125B2

JP4103125B2 - パワーアシスト型吊搬装置

Info

Publication number: JP4103125B2
Application number: JP2000086618A
Authority: JP
Inventors: 学山田; 浩一梶原; 昌樹早津
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001270687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワーアシスト型吊搬装置に係り、特に作業者が荷に僅かな操作力を与えることにより、荷を昇降させながら運搬、揚上、据付け、位置決め等の荷役作業を行うためのパワーアシスト型吊搬装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場や建築作業現場等で重量物を精密に組み立てるような場合には、クレーンやホイスト等に比べて、より微細な位置決めが可能な平衡荷役装置（バランサ）が用いられている。この平衡荷役装置は、アクチュエータにより平衡状態に静止させた荷に対して、作業者が僅かな操作力を与えることにより、荷を昇降させる荷役作業を行うことができる。
【０００３】
しかし、この種の平衡荷役装置は、荷を持ち上げるためのアームや、それを支える本体、カウンタウェイト等の大掛かりな機構から構成され、更に揚程範囲も小さくて不便であるという問題があった。
【０００４】
そこで、汎用性の高いクレーンやホイスト等を利用し、平衡荷役装置のように人間の操作力に応じた動作制御を行う試みがなされている。
【０００５】
例えば、特開平５−３１０３９６号公報に記載の電動ホイストは、ワイヤで吊った荷が平衡状態にあるときの吊荷重を力センサによって検出し、その吊荷重を実吊荷重値（基準値）として設定し、その後、力センサによって検出される吊荷重と前記基準値との差（即ち、作業者によって与えられた操作力）に基づいてワイヤを巻き取るためのサーボモータを駆動制御するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平５−３１０３９６号公報に記載の電動ホイストは、荷を鉛直方向に移動させることができても、水平方向等のように鉛直方向以外の方向に荷を移動させることができないという問題がある。
【０００７】
一方、１つの荷を複数のワイヤによって多点吊りし、各ワイヤの巻取量をそれぞれ制御して荷を所望の方向に移動させる方法が考えられるが、この場合には、荷の移動に伴って各ワイヤの吊り方向が変化し、その結果、各ワイヤの張力が時々刻々と変化するため、各ワイヤの基準値が定まらず、装置が機能しないという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数のワイヤやチェーンによって多点吊りした荷を、作業者の僅かな操作力で所望の位置や方向に移動させることができるパワーアシスト型吊搬装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１に係るパワーアシスト型吊搬装置は、それぞれ異なる点で荷と連結された複数のワイヤやチェーンをそれぞれモータを駆動して巻き取る複数の巻上装置と、各巻上装置のワイヤやチェーンに加えられる張力をそれぞれ検出する複数の張力検出手段と、人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを指示又は検知する手段と、前記荷が吊り上げられた平衡状態時に前記複数の張力検出手段によって検出された張力値をそれぞれ基準値として設定する設定手段であって、人間の操作力が前記荷に作用していないことが指示又は検知されるごとに、最新の基準値を設定する設定手段と、前記複数の張力検出手段によって検出された各張力値と、各張力検出手段別に設定された各基準値との差分値をそれぞれ求め、これらの差分値に基づいて前記複数の巻上装置のモータをそれぞれ制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。本発明は、それぞれ独立した巻上装置を複数台用いて荷を多点吊りし、各巻上装置のワイヤやチェーンの張力を検出し、荷が平衡状態にあるときの張力値（基準値）と人間の操作力が付加された張力値との差分値に基づいて各巻上装置のモータをそれぞれ制御することにより、荷を人間が僅かな操作力で空間移動させることができるという知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
ところで、多点吊りした荷を移動させると、荷の移動に伴って各巻上装置のワイヤやチェーンの張力値が変化し、徐々に大きな操作力が必要となり、荷を移動させることができなくなる。一方、荷に大きな操作力を加えた状態からその操作力の供給を止めると、前記操作力と逆方向に操作力が荷に加えられたと判断し、もとの張力状態（平衡状態）の地点に戻るように各モータは制御されることになる。そこで、本発明では、人間の操作力が荷に作用しているか否かを判断する機能を設け、人間の操作力が作用していない時点での各巻上装置のワイヤやチェーンの張力値を平衡状態の基準値として再設定し、人間の操作力が作用しているときは前記平衡状態の基準値と張力値との差分値に基づいて各巻上装置のモータをそれぞれ制御し、これを繰り返すことにより荷の平衡状態を保持しつつ、人間の僅かな操作力で荷を所望の位置や方向に移動できるようにしている。
【００１１】
尚、人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを指示する手段は、本願請求項２に示すように操作者によってＯＮ／ＯＦＦ操作されるスイッチ、手又は手袋に取り付けられた荷との接触、非接触を検出するスイッチ、及び両手又は両手袋にそれぞれ取り付けられる一対の接点を含み、該一対の接点間の導通、非導通を検出するスイッチのうちのいずれかである。即ち、上記スイッチにより荷の平衡状態の基準値の再設定を行うことができる。
【００１２】
また、人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを検知する手段は、本願請求項３に示すように前記複数の張力検出手段によって検出された各張力値の変化状況に基づいて人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを検知することを特徴としている。例えば、荷に操作力を加えて荷を移動させている時の現在の張力値と基準値との差分値に対し、各差分値が逆方向に（正の差分値が負の差分値に、負の差分値が正の差分値に）変化した時点を、荷に加えられていた操作力が除去され、人間の操作力が荷に作用しなくなった時点として検知することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】
図１は本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の全体構成を示す斜視図であり、図２はその平面図である。
【００１５】
これらの図面に示すように、パワーアシスト型吊搬装置１０は、主として複数の電動チェーンブロック１１と、各電動チェーンブロック１１ごとに設けられたロードセル等の荷重センサ１４と、制御装置１５と、リリーススイッチ１６と、マニュアルコントロールボックス２３とから構成されている。
【００１６】
各電動チェーンブロック１１は、ステッピングモータ１２によりチェーンブロック１３を駆動できるように構成されており、その一端は荷重センサ１４及び吊金具３３を介して梁３２に連結され、他端は吊金具３３を介して荷３１に連結されている。この実施の形態では、図１に示すように４台の電動チェーンブロック１１によって荷３１を多点吊りできるようにしている。
【００１７】
チェーンブロック１３は、ラチェット機構を内蔵しているため、ステッピングモータ１２に供給する電力が停止した場合でも、荷３１の落下を防止することができる。尚、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置のアクチュエータは、電動チェーンブロック１１に限らず、例えばモータとワイヤで構成されるダイレクトドライブ方式のものも適用できる。
【００１８】
荷重センサ１４は、電動チェーンブロック１１のチェーンの張力を検出することができる任意の位置に取り付けられている。チェーンの張力は荷重センサ１４及び動歪アンプ１７により電圧信号に変換され、チェーンの張力値を示す電圧信号が制御装置１５に加えられる。尚、チェーンの張力を検出する手段は、荷重センサ１４及び動歪アンプ１７に限らず、チェーンの張力情報を検出することができるものであれば如何なるものでもよく、例えば、トルクセンサでモータの負荷トルクを検出するものでもよい。
【００１９】
リリーススイッチ１６は、作業者３０の操作力５０が荷３１に作用しているか否かを指示するもので、作業者３０が操作力５０を荷３１に与えるときに押圧（ＯＮ）され、操作力５０を荷３１に与えないときに押圧が解除（ＯＦＦ）されるものである。このリリーススイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを示す信号は制御装置１５に加えられる。
【００２０】
また、マニュアルコントロールボックス２３は、メインスイッチ２４、マニュアルスイッチ２５、及び緊急停止スイッチ２６から構成され、これらのスイッチ出力は制御装置１５に加えられる。
【００２１】
制御装置１５は、前記荷重センサ１４及び動歪アンプ１７から入力する各チェーンの張力値、リリーススイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦ信号、及びマニュアルコントロールボックス２３の各スイッチの操作信号に基づいて各電動チェーンブロック１１のステッピングモータ１２をそれぞれ駆動するためのパルス信号をモータドライバ１８を介して出力する。尚、図２上で符号１９は、各チェーンの張力値、緊急停止情報、その他の各種の情報を表示するモニタである。
【００２２】
次に、上記構成のパワーアシスト型吊搬装置１０の作用について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】
このパワーアシスト型吊搬装置１０は、マニュアルコントロールボックス２３のメインスイッチ２４がＯＮされて動作がスタートすると、初期化処理を実行した後（ステップＳ１０）、次の３つの状態をとる。
【００２４】
即ち、マニュアルコントロールボックス２３を使用して荷３１を移動させる第１の移動状態と、電動チェーンブロック１１を停止させた待機状態と、作業者３０の操作力により荷３１を移動させる第２の移動状態である。
【００２５】
まず、マニュアルコントロールボックス２３のマニュアルスイッチ２５が操作（ＯＮ）されたか否かを判別し（ステップＳ１２）、マニュアルスイッチ２５がＯＮされると、第１の移動状態となる。この第１の移動状態では、マニュアルスイッチ２５の操作によって各電動チェーンブロック１１のステッピングモータ１２をそれぞれ駆動させ（ステップＳ１４）、荷３１を空間に吊り上げる。
【００２６】
上記マニュアルスイッチ２５がＯＦＦされ、かつリリーススイッチ１６もＯＦＦされると、待機状態となる。
【００２７】
この待機状態では、各ステッピングモータ１２を停止させ（ステップＳ１６）、この停止した状態で各チェーンに加わる張力値を荷重センサ１４により検出する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８で検出した各チェーンの張力値は、荷３１の平衡状態の基準値として設定され、後述する演算に使用される（ステップＳ２０）。この待機状態では、上述したようにマニュアルスイッチ２５及びリリーススイッチ１６は、いずれもＯＦＦ状態であるため、ステップＳ１２及びステップＳ２２での判定はそれぞれＮＯとなり、ステップＳ１２からステップＳ２２の処理が繰り返される。尚、張力値は荷３１の振動等で変化するため、ステップＳ１２又はステップＳ２２での判定がＹＥＳとなるまでの平均値を平衡状態の基準値とする。
【００２８】
次に、ステップＳ２２において、リリーススイッチ１６がＯＮになったことが判定されると、操作者３０の操作力によって荷３１を移動できる第２の移動状態となる。即ち、操作者３０はリリーススイッチ１６をＯＮにしながら操作力５０を荷３１に加える（ステップＳ２４）。このときの各チェーンに加わる張力値を荷重センサ１４により検出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２８では、ステップＳ２６で検出した現在の張力値からステップＳ２０で設定した基準値を減算し、その差分値を求める（ステップＳ２８）。尚、各チェーンごとに求められる差分値は、作業者３０によって加えられた操作力の大きさと方向に対応する。
【００２９】
続いて、各ステッピングモータ１２によるチェーンの巻取又は巻戻速度が、各チェーンごとに求めた差分値に対応する速度となるように各ステッピングモータ１２にそれぞれパルス指令を与え、ステッピングモータ１２を駆動する（ステップＳ３０）。このステップＳ１８からステップＳ３０の処理を繰り返し実行することにより、作業者３０が加えた操作力の方向に、その操作力の大きさに応じた速度で荷３１を移動させることができる。
【００３０】
上記のようにして荷３１が移動すると、チェーンの吊り角度が変化するため、各チェーンの張力値が操作力以外でも変化し、その結果、荷３１を移動させるためには大きな操作力が必要となってくる。
【００３１】
この場合には、リリーススイッチ１６をＯＦＦにし、前述した待機状態に移行させ、ステップＳ１２からステップＳ１６により荷３１の移動後の各チェーンの張力値を基準値として再設定する。これにより、再び僅かな操作力で荷３１を移動させることができるようになる。
【００３２】
図４はリリーススイッチの他の実施の形態を示す図である。このリリーススイッチ４０は、荷との接触、非接触を検出するタイプのタッチセンサ４２を手袋３４の内部に取り付けて構成されている。このリリーススイッチ４０によれば、人間の操作力を与えるときに、能動的にリリーススイッチ４０を作動させる必要がなくなり、操作性がよくなる。
【００３３】
図５はリリーススイッチの更に他の実施の形態を示す図である。このリリーススイッチ４４は、荷が導電性材料からなる場合に適用されるもので、両手の手袋３４にそれぞれ接点３５が設けられ、各接点３５は制御装置１５に接続されている。このリリーススイッチ４４によれば、荷に両手が触れると、各接点３５及び荷を通じて回路が閉じ、制御装置１５で人間が荷を移動させようとしているか否かを検知することができる。更に、両手の手袋３４の接点３５に代えて前述してタッチセンサを設け、両手が荷に接触しているときのみ動作する状態とすれば、危険な片手作業を防止するインターロックとなる。
【００３４】
また、人間の操作力が荷に作用しているか否かを、各チェーンの張力値の変化状況に基づいて検知するようにしてもよい。例えば、荷に操作力を加えて荷を移動させている時の現在の張力値と基準値との差分値に対し、各差分値が逆方向に（正の差分値が負の差分値に、負の差分値が正の差分値に）変化した時点を、荷に加えられていた操作力が除去され、人間の操作力が荷に作用しなくなった時点として検知する。この場合には、前記逆方向の差分値によって荷をもとの位置に戻す方向に各モータが駆動される前に、モータを停止させて荷の平衡状態の基準値が更新されることになる。
【００３５】
この実施の形態では、４台の電動チェーンブロックを使用したが、荷を多点吊りする巻上装置の数量には制限はなく、荷の回転、並進移動などの複雑な移動を、荷の位置、速度、各ワイヤやチェーンの角度等を検出することなく、多数の巻上装置を用いて達成することができる。また、許容荷重の小さな巻上装置を多数使用することで、重量物を繊細に移動させることもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、それぞれ独立した巻上装置を複数台用いて荷を多点吊りし、各巻上装置のワイヤやチェーンの張力を検出し、荷が平衡状態にあるときの張力値（基準値）と人間の操作力が付加された張力値との差分値に基づいて各巻上装置のモータをそれぞれ制御することにより、荷を人間が僅かな操作力で空間移動させることができ、特に人間の操作力が荷に作用しているか否かを判断する機能を設け、人間の操作力が作用していない時点での各巻上装置のワイヤやチェーンの張力値を平衡状態の基準値として再設定するようにしたため、荷の平衡状態を保持しつつ、人間の僅かな操作力で荷を所望の位置や方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の全体構成を示す斜視図
【図２】本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の全体構成を示す平面図
【図３】本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の作用を説明するために用いたフローチャート
【図４】図１に示したパワーアシスト型吊搬装置に適用されるリリーススイッチの他の実施の形態を示す図
【図５】図１に示したパワーアシスト型吊搬装置に適用されるリリーススイッチの更に他の実施の形態を示す図
【符号の説明】
１０…パワーアシスト型吊搬装置、１１…電動チェーンブロック、１２…ステッピングモータ、１３…チェーンブロック、１４…荷重センサ、１５…制御装置、１６、４０、４４…リリーススイッチ、２３…マニュアルコントロールボックス、２５…マニュアルスイッチ、３１…荷、３２…梁、３４…手袋、３５…接点

Claims

それぞれ異なる点で荷と連結された複数のワイヤやチェーンをそれぞれモータを駆動して巻き取る複数の巻上装置と、
各巻上装置のワイヤやチェーンに加えられる張力をそれぞれ検出する複数の張力検出手段と、
人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを指示又は検知する手段と、
前記荷が吊り上げられた平衡状態時に前記複数の張力検出手段によって検出された張力値をそれぞれ基準値として設定する設定手段であって、人間の操作力が前記荷に作用していないことが指示又は検知されるごとに、最新の基準値を設定する設定手段と、
前記複数の張力検出手段によって検出された各張力値と、各張力検出手段別に設定された各基準値との差分値をそれぞれ求め、これらの差分値に基づいて前記複数の巻上装置のモータをそれぞれ制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするパワーアシスト型吊搬装置。
人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを指示又は検知する手段は、操作者によってＯＮ／ＯＦＦ操作されるスイッチ、手又は手袋に取り付けられた荷との接触、非接触を検出するスイッチ、及び両手又は両手袋にそれぞれ取り付けられる一対の接点を含み、該一対の接点間の導通、非導通を検出するスイッチのうちのいずれかである請求項１のパワーアシスト型吊搬装置。
人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを指示又は検知する手段は、前記複数の張力検出手段によって検出された各張力値の変化状況に基づいて人間の操作力が前記荷に作用しているか否かを検知することを特徴とする請求項１のパワーアシスト型吊搬装置。