JP5492949B2 - 自走式昇降装置 - Google Patents
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Description
一般に、従動回転体と経路部材との間の摩擦係数が多少低くなっても、これらの間では実質的な滑りが生じることはないが、駆動回転体と経路部材との間では摩擦係数が低くなると、これらの間では滑りが生じやすい。駆動回転体と経路部材との間で滑りが発生すると、負荷トルクの減少によって駆動回転体の回転速度が急激に高まり、駆動回転体と従動回転体との間に回転速度差が生じる。したがって、この回転速度差を検出することで、駆動回転体と経路部材との間の摩擦係数が滑りを生じさせるほどに低下したことを把握することができる。本自走式昇降装置においては、所定値以上の回転速度差が生じた場合に駆動回転体と従動回転体との間の挟持力を増加させる制御を行う。これにより、当該所定値を適切に設定することで、滑り始めの早い段階で、駆動回転体と経路部材との間に働く垂直抗力Nを増大させ、滑りを迅速に無くすことができる。
一方、本自走式昇降装置においては、このように挟持力を増加させても、その後にその挟持力を経時的に減少させる制御が行われる。そのため、増加させた後の大きな挟持力がずっと維持されるわけではなく、挟持力は、上述のように増加させた後、徐々に弱まっていく。このように挟持力が徐々に弱まるので、いずれは再び滑りが生じ始めることになるが、その際には再び挟持力を増加させる制御が行われ、すぐに滑りが無くなる。このような制御を継続することで、駆動回転体と経路部材との間の摩擦係数が刻々と変動する状況であっても、駆動回転体と従動回転体との挟持力は、滑りを生じさせない必要最小限の範囲内で変動を繰り返すことになる。その結果、駆動源の駆動トルクを必要最小限の範囲内に安定して抑えることができる。
昇降距離の長いケースにおいては、そのような長い昇降距離に沿って経路部材を配置する必要があり、この場合、経路部材を非常に強いテンションで張る必要が出てくる。この場合、前記特許文献1に開示の昇降装置のように駆動ローラ(駆動回転体)に対してベルト(経路部材)を約半周分も巻き付けるような構成は実現不可能である。本自走式昇降装置によれば、実質的に駆動回転体に対して経路部材を巻き付けることなく、経路部材を駆動回転体と従動回転体とで挟持して自走することができる。したがって、非常に強いテンションで張られる経路部材にも対応することができる。
駆動回転体と経路部材との間に滑りが生じると、駆動回転体に加わっていた負荷トルクが減少する結果、駆動回転体の回転速度が上昇し、滑りを進行させる結果を招く。本自走式昇降装置においては、判断手段により所定値以上の速度差が生じたと判断したら、駆動回転体の回転トルクを減少させるので、滑りによる駆動回転体の回転速度の上昇が抑制される。これにより、駆動回転体と経路部材との速度差が広がるのを抑制して、迅速に滑りを無くすことができる。
本自走式昇降装置は、上昇時には、上述した挟持力の制御を行うことで、駆動源の駆動トルクを必要最小限の範囲内に抑えた上昇動作を実現する。一方、下降時には、駆動源をオフにして駆動回転体を経路部材に対して従動回転させながら自重により経路部材に沿って下降し、下降速度は制動力付与手段による制動力によって目標速度に追従させる。このような下降制御は、駆動源の駆動力をコントロールしながら下降速度を制御する場合と比較して、エネルギー効率のよい下降動作を実現できる。
図1は、本実施形態に係る昇降装置1の要部である駆動装置を示す斜視図である。
本昇降装置1は、所定の昇降経路に沿って配置される経路部材としてベルト状部材であるテザー100を用い、このテザー100に沿って走行して上昇及び下降が可能なものである。テザー100は、鉛直方向に沿って配置されたものでもよいが、本実施形態では、鉛直方向に対して斜め方向に配置されている。本昇降装置1は、昇降距離が長いケースを想定したものであり、そのため、テザー100は強いテンションで張られている。このようなケースとしては、昇降装置を用いて高層ビルやタワーなどの清掃、検査等を行うケースや、地球上から静止軌道以上まで延びる昇降経路を昇降する宇宙エレベータあるいは軌道エレベータとして昇降装置を使用するケースなど、様々なケースが挙げられる。昇降装置1は、その用途に応じて、図1に示す駆動装置に対して籠体(ゲージ)などの各種部品が取り付けられるが、それらの部品についての説明は省略する。
駆動ローラ2は、固定フレーム10における2つの側部構造体11A,11Bの間に取り付けられている。2つの側部構造体11A,11Bは、ステー12等によって一体となっている。一方、従動ローラ3は、可動フレーム20における2つの側部構造体21A,21Bの間に回転自在に取り付けられている。2つの側部構造体21A,21Bは、背面板22等によって一体となっている。可動フレーム20は、その側部構造体21A,21Bの内部に、固定フレーム10の側部構造体11A,11Bに取り付けられたガイドフレーム13A,13Bが入り込むようにして、固定フレーム10に連結されている。可動フレーム20は、ガイドフレーム13A,13Bにより、従動ローラ3と駆動ローラ2との接離方向(テザー100の平坦面に対して直交する方向)に移動が規制された状態で、固定フレーム10に対して移動可能な構成となっている。
本実施形態では、昇降装置1をテザー100に沿って目標上昇速度で一定に上昇させるために、駆動モータ4は、目標上昇速度に応じた一定の目標回転速度で駆動するように制御される。なお、上昇移動時には、第1ディスク44Aの電磁石に電流を流し、駆動ローラ2の回転軸と連動する制動軸45に制動力が作用しないようにしておく。昇降装置1が目標上昇速度で安定して上昇するには、駆動ローラ2がテザー100に対して滑り無く回転して、転がり移動することが必要となる。ただし、駆動ローラ2とテザー100との間の摩擦係数は、温度や湿度等の環境条件、駆動ローラ2とテザー100との間に介在する付着物の種類や量などによって刻々と変化するものである。そのため、この摩擦係数が低下した場合、テザー100に対する駆動ローラ2の滑りが発生し得る。このとき、摩擦係数が低下しても滑りが発生しないように駆動ローラ2と従動ローラ3との挟持力を予め十分に大きく設定しておくと、駆動ローラ2の回転負荷が大きくなって、駆動モータ4に必要な駆動トルクを増大させることとなり、エネルギー効率が悪くなってしまう。そこで、本実施形態では、以下のような制御を行うことによって、駆動ローラ2と従動ローラ3との挟持力を必要最小限の範囲内にコントロールすることにより、滑りが少なくかつエネルギー効率のよい上昇移動を実現する。
図4は、本実施形態における挟持力調整制御の流れを示すフローチャートである。
まず、制御部50の挟持力調整部53は、挟持力調整モータ31A,31Bを制御して、駆動ローラ2と従動ローラ3との間の挟持力を予め決められた初期値に設定する(S1)。この初期値は、想定される摩擦係数の低下が発生しても滑りが発生しない程度の挟持力に設定されている。その後、制御部50の駆動制御部51は、駆動モータ4の駆動を開始し(S2)、駆動ローラ用エンコーダ42から駆動ローラ2の回転速度情報の取得を開始する。そして、駆動ローラ2の回転速度が目標上昇速度に応じた目標回転速度に達するまで、所定の増速プロファイルに従って駆動モータ4へ入力する駆動電流を制御して、駆動モータ4の増速制御を行う(S3)。
2 駆動ローラ
3 従動ローラ
4 駆動モータ
10 固定フレーム
11 側部構造体
13 ガイドフレーム
14 ガイド板
15 弾性ゴム
20 可動フレーム
21 側部構造体
24 ガイド板
31 挟持力調整モータ
32 ねじ軸
34 ばね台座
35 ガイドレール
36 圧縮ばね
41 圧力センサ
42 駆動ローラ用エンコーダ
43 従動ローラ用エンコーダ
50 制御部
51 駆動制御部
52 速度差判断部
53 挟持力調整部
54 制動力制御部
100 テザー
Claims (4)
- 昇降経路に沿って配置された経路部材に沿って走行して昇降する自走式昇降装置において、
駆動源からの駆動力によって回転駆動する駆動回転体と、
前記駆動回転体との間に前記経路部材を挟持する従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間の挟持力を変動させる挟持力変動手段と、
前記駆動回転体及び前記従動回転体の回転速度を示す回転速度情報を検出する回転速度情報検出手段と、
前記回転速度情報検出手段の検出結果に基づいて前記駆動回転体の回転速度と前記従動回転体の回転速度との間に所定値以上の速度差が生じたか否かを判断する判断手段と、
前記挟持力が経時的に減少するように前記挟持力変動手段を動作させる制御を行うとともに、その制御中に前記判断手段が所定値以上の速度差が生じたと判断した場合には該挟持力を増加させるように該挟持力変動手段を制御する挟持力制御手段とを有することを特徴とする自走式昇降装置。 - 請求項1の自走式昇降装置において、
前記駆動回転体及び前記従動回転体は、前記昇降経路に対して直交する方向から前記経路部材を挟持するように配置されていることを特徴とする自走式昇降装置。 - 請求項1又は2の自走式昇降装置において、
前記判断手段が所定値以上の速度差が生じたと判断したときに、前記駆動回転体の回転トルクを減少させる駆動力制御手段を有することを特徴とする自走式昇降装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の自走式昇降装置において、
前記駆動回転体及び前記従動回転体の少なくとも一方の回転体に制動力を付与する制動力付与手段と、
当該自走式昇降装置を下降させる際、前記駆動源をオフにして前記駆動回転体を前記経路部材に対して従動回転可能にし、かつ、前記回転速度情報検出手段の検出結果から得られる前記駆動回転体の回転速度又は前記従動回転体の回転速度が目標下降速度となるように、前記制動力付与手段を制御する下降制御手段とを有し、
前記挟持力制御手段は、当該自走式昇降装置を上昇させる際には前記制御を行い、当該自走式昇降装置を下降させる際には、前記制動力が付与された前記少なくとも一方の回転体と前記経路部材との間に当該自走式昇降装置を減速させることが可能な摩擦力が作用するように前記挟持力変動手段を制御することを特徴とする自走式昇降装置。
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