JP5635688B2 - ３次元ワイヤーフライングシステム - Google Patents

Description

本発明は、３次元ワイヤーフライングシステムに関する。

安全装置（ｆａｉｌ−ｓａｆｅ）は、システム自体のエラーや人間のミスでシステムに異常が生じても、多重の安全措置を行うことによって、これにより発生し得る被害を事前に予防または最少化することができる装置を意味する。

例えば、エレベーターに対する電源供給が中断されてエレベーターが運行中に停止した時、エレベーターが墜落しないように非常ブレーキを作動させて救助隊が到着するまで乗客の生命を保護する装置、原子炉の多重保護装置、蓋が完全に結合されなければ刃が作動しないミキサー装置、電気火事を予防する漏電遮断器、鉄道施設に適用されるフェイルセイフシステム（脱線分岐器、安全側線、車上子、地上子、運転警報装置、非常ブレーキ）などを上述した安全装置の代表的な例と言える。

このような安全装置は、ウインチ（ｗｉｎｃｈ）を利用するシステムにも適用される必要がある。その例として、複数のウインチを組み合わせて利用するワイヤーフライングシステム（ｗｉｒｅ ｆｌｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）には、ウインチやワイヤー自体の異常による被害、このようなウインチやワイヤーを制御するソフトウェアの異常による被害、このような異常を感知して安全措置を行うハードウェア自体の異常による被害などが予測できずに発生し得る。

したがって、ウインチを利用する分野で、上述したように多様に発生し得る被害を防止または最少化するために、ウインチを多重に安全に利用することができるようにするウインチ安全装置に対する要求が高まっている。

本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ウインチを利用するシステムで多様に発生し得る被害を多重に防止することができる３次元ワイヤーフライングシステムを提供することにある。

前記課題を達成するための本発明の一実施形態によるワイヤーフライングシステムは、ウインチにより長さが調節されるワイヤーに物体をぶら下げて３次元空間で前記物体を移動させ、前記ウインチは、前記ワイヤーが解かれたり巻かれたりするドラム部、前記ドラム部に動力を提供するモータ部、前記ドラム部の回動を停止させるブレーキモジュール、ハードウェア限界状態を感知すれば動作する限界スイッチ、および制御部の命令により前記モータ部を制御し、前記ワイヤーと前記モータ部の状態をローカル安全ロジックにより判断し、前記ワイヤーと前記モータ部の状態を前記制御部に伝達するローカル安全デバイスを備えたサーボシステム部を含み、前記３次元空間は、１次範囲と、前記ワイヤーの長さが予め設定された安全長さの範囲である２次範囲と、前記ワイヤーの長さが予め設定された許容長さの範囲である３次範囲とを含み、前記ローカル安全ロジックが前記ワイヤーの動作範囲が前記１次範囲のみを離脱した状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記１次範囲の離脱に関する情報を前記制御部に伝達し、前記制御部はソフトウェア限界信号を前記サーボシステム部に伝達して前記モータ部を制御することによって前記ワイヤーの動作範囲が再び前記１次範囲内に入るようにし、前記ローカル安全ロジックが前記ワイヤーの長さが前記２次範囲を逸脱した状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記２次範囲の離脱に関する情報を前記制御部に伝達し、前記制御部はソフトウェア限界信号を前記サーボシステム部に伝達して前記モータ部の作動を停止させ、前記ローカル安全ロジックが前記ワイヤーの長さが前記３次範囲を逸脱した状態と判断した場合、前記限界スイッチがハードウェア限界状態を感知して機械的に前記モータ部の作動を停止させて前記ドラム部の回動を停止させることによってハードウェア的な安全制御が行われることを特徴とする。

また、前記ローカル安全ロジックが、前記モータ部が前記ドラム部に提供する動力が０になるか、または予め設定された動力の範囲を逸脱したローカル警告状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記ローカル警告状態の情報を前記制御部に伝達し、前記制御部は前記モータ部の作動を停止させることを特徴とする。

また、前記２次範囲は、前記３次範囲に含まれることを特徴とする。

また、前記ウインチは、一つ以上であり、前記一つ以上のウインチの状態を安全ロジックにより判断し、前記一つ以上のウインチの状態の情報を前記制御部に伝達する統合安全デバイスを含むことを特徴とする。

また、前記安全ロジックが、前記一つ以上のウインチの状態を、前記一つ以上のウインチのうちのいずれか一つでも前記ドラム部から解かれて使用されている前記ワイヤーの長さが前記２次範囲を逸脱するか、または前記モータ部が前記ドラム部に提供する動力が予め設定された動力の範囲を逸脱した警告状態と判断した場合、前記統合安全デバイスは前記警告状態の情報を前記制御部に伝達し、前記制御部は前記一つ以上のウインチの作動を全て停止させることを特徴とする。

また、前記一つ以上のウインチのうちのいずれか一つが前記ローカル安全デバイスを通じてローカル警告状態と判断された場合、前記ローカル安全デバイスは、前記ローカル警告状態の情報を前記統合安全デバイスに伝達して前記統合安全デバイスが前記一つ以上のウインチの作動を全て停止させる統合同期モーションが行われるようにすることを特徴とする。

また、前記統合安全デバイスは、前記警告状態の情報を前記一つ以上のウインチのローカル安全デバイスにそれぞれ伝達して前記一つ以上のウインチのローカル安全デバイスが前記一つ以上のウインチの作動をそれぞれ停止させるローカル同期モーションが行われるようにすることを特徴とする。

また、前記ローカル安全デバイスまたは前記統合安全デバイスとは独立的に非常状態を機械的に感知して前記モータ部と前記ブレーキモジュールを制御する非常スイッチをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、ローカル安全デバイスと統合安全デバイスを通じて二重に安全制御が行われ、ウインチのソフトウェア的な停止とハードウェア的な停止が段階的に備えられ、非常スイッチの機械的な感知を通じた迅速な停止まで備えられることによって、ウインチを利用する３次元ワイヤーフライングシステムで多様に発生し得る被害を多重に防止することができる多重安全システムが安定的に構築され得る。

本発明の一実施形態によるウインチの概略的な斜視図である。 図１のウインチの概略的な分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるウインチを利用したウインチ安全システムを概略的に示す構成図である。 本発明の一実施形態によるウインチを利用した３次元ワイヤーフライングシステムを説明するための概念図である。 本発明の一実施形態による３次元ワイヤーフライングシステムが段階的に作動することを説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるウインチの概略的な斜視図であり、図２は、図１のウインチの概略的な分解斜視図である。

図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態によるウインチ１００（以下、「本ウインチ」という）は、ドラム部１、モータ部２、ブレーキモジュール３、限界スイッチ（図示せず）、そしてサーボシステム（ｓｅｒｖｏ−ｓｙｓｔｅｍ）部４を含む。また、本ウインチ１００は、手動制御部５をさらに含むことができ、非常スイッチをさらに含むこともできる。

まず、ドラム部１の構成を説明すると、ドラム部１は、ワイヤー１１が解かれたり巻かれたりするように回動可能に備えられる。その例として図１を参照すると、ドラム部１は、ワイヤー１１が周りに沿って解かれたり巻かれたりするように寝かせた円筒形状を有するドラム、および後述するモータ部２と連結されてこのようなドラムを回動させる回動軸の構成を含むことができる。

次に、モータ部２の構成を説明する。

本ウインチ１００の使用は、ワイヤー１１をこのドラム部１に巻いておいてから必要な長さだけ解いたり再び巻くことによって行われ得るが、モータ部２はドラム部１にワイヤー１１を解いたり巻いたりする動力を提供する。ここで、若干の差があるだろうが、モータ部２が提供する動力はモータ２１の出力トルクの概念として理解され得る。また、モータ部２は、上述したドラム部１の回動軸の一端と連結されることによって、ドラムを回転させてワイヤー１１を解いたり巻いたりすることができる。このようなモータ部２は、図１および図２に示されているように、ドラム部１の一側に配置され得る。

図１および図２を参照すると、モータ部２は、動力を提供するモータ２１と、モータ２１から提供された動力をドラム部１に伝達するプーリ２２（ｐｕｌｌｅｙ）を含むことができる。参考までに、モータ２１の内部には電子ブレーキが含まれ得る。制御部４００を通じてソフトウェア的な停止命令が下された時、モータ２１はこの電子ブレーキを通じて停止され得る。また、後述する限界スイッチや非常スイッチを通じたハードウェア的な停止命令が下された時にも、このようなモータ２１内部の電子ブレーキは限界スイッチや非常スイッチの動作と共に作動され得る。そして、モータ部２は、動力発生装置であるモータ２１の回転運動軸とプーリ２２を備えた運動装置の回転運動軸とを互いに噛み合わせてモータ２１から動力を伝達され得るようにするカップリング２３を含むことができる。

次に、ブレーキモジュール３の構成を説明する。

ブレーキモジュール３は、ドラム部１の回動を停止させる役割を果たす。図１および図２を参照すると、ブレーキモジュール３は、ドラム部１の他側に配置され得る。例えばブレーキモジュール３は、ドラム部１の回動軸の他端と連結されることによって、ドラムの回動を停止させることができる。また、ブレーキモジュール３は、電子ブレーキ方式であってもよい。

その例として、後述する限界スイッチや非常スイッチを通じてモータ２１の作動が停止する場合、このブレーキモジュール３が作動してドラム部１の回動も迅速に停止させることができる。参考までに、このような場合には、上述したモータ２１内部の電子ブレーキも共に作動してより迅速にドラム部１の回動を停止させることができる。

次に、限界スイッチ（図示せず）の構成を説明する。

限界スイッチは、ハードウェア限界状態を感知すれば動作する。その例として、ハードウェア限界状態は、ドラム部１から解かれて使用されている前記ワイヤーの長さが予め設定された許容長さの範囲を逸脱した状態であり得る。限界スイッチは、このようなハードウェア限界状態を感知すると、機械的にモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてドラム部１の回動を停止させることができる。この時、ブレーキモジュール３は、電子ブレーキを通じてドラム部１の回動を停止させることができ、上述したモータ２１内部の電子ブレーキも共に作動してより迅速にドラム部１の回動を停止させることができる。参考までに、このような限界スイッチは、モータ部２に備えられ得る。

つまり、限界スイッチは、機械的にモータ２１の電源を遮断して停止させるハードウェア方式であってもよい。このように機械的な停止方式を有する限界スイッチを本ウインチ１００に備えておくことによって、制御部４００からのソフトウェア的な停止命令を通じたモータ２１の作動停止よりも緊迫にモータ２１の作動停止が要求される場合、これを通じて迅速にモータ２１の作動が停止され得る。このような限界スイッチが作動される場合については、後述するローカル安全デバイス４２の構成を説明しながら共に説明する。

参考までに、制御部４００については本発明の一実施形態によるウインチ安全システム１０００を説明しながら共に説明する。

次に、サーボシステム部４の構成を説明する。

サーボシステム部４は、制御部４００の命令によりモータ部２を制御する。図１および図２を参照すると、サーボシステム部４は、モータ部２の一側に配置され得る。また、サーボシステム部４は、モータ部２の制御のためにモータ部２と有線または無線で連結され得る。参考までに、サーボシステム部４は、モータ部２の駆動をソフトウェア的に停止させるためにモータ２１のモータブレーキングを利用することができる。

図３は、本発明の一実施形態によるウインチを利用したウインチ安全システムを概略的に示す構成図である。

図３を参照すると、本ウインチ１００に含まれるサーボシステム部４は、ローカル安全デバイス４２を備え、サーボドライバー部４１を備えることができる。

サーボドライバー部４１は、サーボシステム部４において制御部４００の命令によりモータ部２を制御する部分であり得る。その例として、サーボドライバー部４１は、イーサキャット（ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標））で制御部４００などの外部と情報のやりとりを行う従属通信部を含むことができる。

また、ローカル安全デバイス４２は、本ウインチ１００、例えば、ワイヤー１１とモータ部２の状態をローカル安全ロジックにより判断することができる。ローカル安全デバイス４２は、このようなローカル安全ロジックにより判断された本ウインチ１００の状態の情報を制御部４００に伝達することができる。このような本ウインチ１００の状態の情報は、後述するがワイヤー１１の長さやモータ部２の出力トルク（動力）と関連した情報であり得、これは必要に応じて具体的な情報で制御部４００に伝達されることもでき、単純な信号概念で伝達されることもできる。

ここで、ローカル安全ロジックとは、その例として、ローカル安全デバイス４２を通じて本ウインチ１００をモニターしてその状態を判断する論理過程を意味し得る。つまり、ローカル安全ロジックは、安全状態を判断するための多様な方法であり得る。

図４は、本発明の一実施形態によるウインチを利用したウインチ安全システムの多重安全システムを説明するための概念図である。

その例として、図４に示された１次範囲を参照すると、ローカル安全ロジックがワイヤー１１の動作範囲が図４に示された１次範囲のみを離脱した状態と判断した場合には、ローカル安全デバイス４２がこのような１次範囲離脱に関する情報を制御部４００に伝達し、制御部４００はソフトウェア限界信号をサーボシステム部４（例えば、サーボドライバー部４１）に伝達してモータ部２を制御することによって、ワイヤー１１の動作範囲が再び１次範囲内に入るようにできる。つまり、この場合には、非常に緊迫に本ウインチ１００の作動を停止しなければならない状況ではないため、制御部４００のソフトウェア的な命令を通じてワイヤー１１を安全に制御することができる。

次に、図４に示された２次範囲を参照すると、ローカル安全ロジックがワイヤー１１の状態をドラム部１から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱したローカル警告状態（２次範囲離脱）と判断した場合、ローカル安全デバイス４２はこのようなローカル警告状態の情報を制御部４００に伝達し、ローカル警告状態の情報を伝達された制御部４００はソフトウェア限界信号をサーボシステム部４（例えば、サーボドライバー部４１）に伝達してモータ部２の作動を停止させることができる。その例として、このような制御部４００を通じたモータ部２の作動停止は、モータ部２自体のブレーキング（ｂｒｅａｋｉｎｇ）を通じて行われ得る。

この時、予め設定された安全長さの範囲（例として、図４に示された２次範囲）は、後述する予め設定された許容長さの範囲（例として、図４に示された３次範囲）内に含まれる範囲であり得る。使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された許容長さの範囲（３次範囲離脱）まで逸脱するようになると、上述した通り、限界スイッチがこれをハードウェア限界状態と機械的に認識してハードウェア的な安全制御が行われ得る。

このようにローカル安全ロジックは、予め設定された安全長さの範囲を基準にソフトウェア方式の安全制御が優先的に行われるように構成され得、ソフトウェア方式の安全制御に異常がある時には、予め設定された許容長さの範囲を基準に予め設定されたハードウェア方式の安全制御が行われ得る。

また、モータ部２がドラム部１に提供する動力の側面で説明すると、ローカル安全ロジックがモータ部２の状態をモータ部２がドラム部１に提供する動力が予め設定された動力の範囲を逸脱したローカル警告状態と判断した場合にも、ドラム部１から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱したローカル警告状態の場合と同様に、ローカル安全デバイス４２は、ローカル警告状態の情報を制御部４００に伝達し、制御部４００は、モータ部２の作動を停止させることができる。

ここで、予め設定された動力の範囲は、出力トルクの概念として考察した時、モータ２１の出力トルクが０よりも大きく、最大許容トルクよりも小さい範囲を意味し得る。モータ部２の作動中にモータ２１の出力トルクが０になるか、または最大許容トルクよりも大きくなるということは、モータ２１に異常が発生したことを意味し得るためである。

また、図４に示された３次範囲を参照すると、ドラム部１から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された許容長さの範囲を逸脱したハードウェア限界状態（３次範囲離脱）である場合には、上述した通り、このようなハードウェア限界状態を機械的に感知して動作する限界スイッチが機械的にモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてドラム部１の回動を停止させることができる。この時、モータ２１に備えられる電子ブレーキも共に作動することができる。

つまり、使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された許容長さの範囲を逸脱した場合は、予め設定された安全長さの範囲を逸脱した場合よりも緊迫した場合であるため、ソフトウェア的な限界信号を通じてモータ部２に対する作動停止が行われるのではなく、上述したようにハードウェア的な限界感知を通じて限界スイッチが動作する方式で安全制御が行われ得る。

ここで、予め設定された許容長さの範囲（例として、図４に示された３次範囲）とは、この範囲を逸脱すれば安全に問題が発生し得る最も広く設定された範囲であり得る。つまり、予め設定された許容長さの範囲は、多重安全システムにおいてソフトウェア的なエラー（Ｓ／Ｗ ｆａｕｌｔ）による非正常状況によりソフトウェア的な命令を通じた安全システムが良好に動作できなかった場合、このような他の安全システムとは独立的に限界スイッチが機械的に動作して安全を確保することができるように設定されたワイヤー１１の長さの範囲であり得る。

また、予め設定された長さの範囲とは、ワイヤーフライングシステムを構成することにおいて、ワイヤーフライングが行われ得る安全区域を形成するために予め設定しておいた、ドラム部１から解かれて使用されるワイヤー１１の長さの範囲であり得る。

ひいては、停電が発生したり、安全ロジック、制御部４００、限界スイッチ、またはモータ部２に問題が発生したりした非常状態には、非常スイッチが機械的にモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてドラム部１の回動を停止させることができる。この時、モータ２１に備えられる電子ブレーキも共に作動することができる。このような非常スイッチについては本発明の一実施形態によるウインチ安全システム１０００で再び説明する。

次に、手動制御部５の構成を説明する。

手動制御部５は、モータ部２とブレーキモジュール３を手動で制御することができる。その例として、図１および図２を参照すると、手動制御部５は、モータ部２の前方に装着され得、スイッチパネル（ｓｗｉｔｃｈ ｐａｎｅｌ）の形態で備えられ得る。上述したローカル安全デバイス４２を通じて自動的に多くの段階に亘る安全システムが備えられ得、このような手動制御部５を通じて手動的な安全システムまで二重に備えられてより安全に本ウインチ１００が活用され得る。

次に、上述した構成を通じた本ウインチ１００の作用を説明すると、本ウインチ１００は、通常の場合には制御部４００から命令を伝達されるサーボドライバー部４１を通じてモータ部２を制御してドラム部１からワイヤー１１を解いたり巻いたりする方式で動作する。その例として、ワイヤー１１の動作範囲が図４に示された１次範囲のみを逸脱した場合には、制御部４００を通じてワイヤー１１の動作範囲が１次範囲の内側に回復するようにソフトウェア的な制御が行われ得る。

しかし、ワイヤー１１の動作範囲が図４に示された２次範囲（予め設定された安全長さの範囲）まで逸脱した場合には、制御部４００を通じたソフトウェア的な停止命令を通じて本ウインチ１００のモータ部２の駆動を停止させる安全制御が行われ得る。この時、モータ部２自体のモータブレーキングを通じてこのような駆動の停止が行われ得、モータ２１に備えられた電子ブレーキが作動することもできる。

ひいては、ワイヤー１１の動作範囲が図４に示された３次範囲（予め設定された許容長さの範囲）まで逸脱した場合は、上述した制御部４００を通じたソフトウェア的な安全制御に問題が発生した非正常状況、つまり、ハードウェア限界状況であり得る。このように緊迫した場合には、ローカル安全デバイス４２とは独立的に機械的な感知を通じて動作する限界スイッチを通じて迅速に本ウインチ１００の駆動を停止させることができる。

以下、上述した本ウインチ１００を利用した本発明の一実施形態によるウインチ安全システム１０００（以下、「本ウインチ安全システム」という）について説明する。ただし、本ウインチ１００に関する説明での構成と重複したり類似したりする構成については簡略に説明するか、説明を省略する。

図３を参照すると、本ウインチ安全システム１０００は、一つ以上のウインチ１００、統合安全デバイス２００を含む。また、本ウインチ安全システム１０００は、非常スイッチ（図示せず）をさらに含むことができ、制御部４００をさらに含むことができる。

まず、ウインチ１００の構成は、上述した本ウインチ１００の構成を参照する。

次に、統合安全デバイス２００の構成を説明する。

統合安全デバイス２００は、一つ以上のウインチ１００の状態を安全ロジックにより判断することができる。また、統合安全デバイス２００は、このような安全ロジックにより判断された一つ以上のウインチ１００の状態の情報を制御部４００に伝達することができる。

その例として図３を参照すると、本ウインチ安全システム１０００には、サーボドライバー部４１とローカル安全デバイス４２が備えられるサーボシステム部４をそれぞれ含む４個のウインチ１００が備えられており、統合安全デバイス２００は、このような４個のウインチ１００のサーボシステム部４（例えば、サーボドライバー部４１）と連結されてこれらの状態を安全ロジックにより判断することができる。

ここで、安全ロジック（ｓａｆｅｔｙ ｌｏｇｉｃ）とは、その例として、統合安全デバイス２００を通じて一つ以上のウインチ１００をモニターしてその状態を判断する論理過程を意味することができる。つまり、安全ロジックは、安全状態を判断するための多様な方法であり得る。

その例として、図４に示された１次範囲を参照すると、安全ロジックが一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つでも当該ワイヤー１１の動作範囲が図４に示された１次範囲のみを離脱した状態と判断した場合には、統合安全デバイス２００がこのような１次範囲離脱に関する情報を制御部４００に伝達し、制御部４００はソフトウェア的な制御命令を一つ以上のウインチ１００のサーボシステム部４（例えば、サーボドライバー部４１）にそれぞれ適当に伝達してそれぞれのモータ部２を共に制御することによって、当該ワイヤー１１の動作範囲が再び１次範囲内に入るようにできる。つまり、この場合には非常に緊迫に一つ以上のウインチ１００の作動を停止しなければならない状況ではないため、制御部４００のソフトウェア的な命令を通じてワイヤー１１を安全に制御することができる。

次に、図４に示された２次範囲を参照すると、安全ロジックが一つ以上のウインチ１００の状態を、一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つでもドラム部１から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱した警告状態（２次範囲離脱）と判断した場合、統合安全デバイス２００はこのような警告状態の情報を制御部４００に伝達し、警告状態の情報を伝達された制御部４００はソフトウェア限界信号を一つ以上のウインチ１００のサーボシステム部４（例えば、サーボドライバー部４１）に伝達して一つ以上のウインチ１００の作動を全て停止させることができる。その例として、このような制御部４００を通じた一つ以上のウインチ１００のモータ部２の作動停止は、モータ部２自体のブレーキングを通じて行われ得る。

また、モータ部２がドラム部１に提供する動力の側面で説明すると、安全ロジックが一つ以上のウインチ１００の状態を、一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つでもモータ部２がドラム部１に提供する動力が予め設定された動力の範囲を逸脱した警告状態と判断した場合にも、統合安全デバイス２００はこのような警告状態の情報を制御部４００に伝達し、制御部４００は一つ以上のウインチ１００の作動を全て停止させることができる。

一方、統合安全デバイス２００は、一つ以上のウインチ１００のそれぞれに備えられるローカル安全デバイス４２と本ウインチ安全システム１０００で共に同期化されて動作する共存概念であり得る。

一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つが当該ローカル安全デバイス４２のローカル安全ロジックを通じて自分がローカル警告状態にあると判断した場合、当該ローカル安全デバイス４２はこのようなローカル警告状態の情報を統合安全デバイス２００に伝達して、統合安全デバイス２００が一つ以上のウインチ１００の作動を全て停止させる統合同期モーションが行われるようにできる。

つまり、一つ以上のウインチ１００のうちの一つに発生した問題をローカル安全デバイス４２がモニターして当該ウインチ１００が停止する場合、統合安全デバイス２００も共に動作して本ウインチ安全システム１０００が全体にかけて停止され得る。言い換えると、一つ以上のウインチ１００のうちの一つに備えられたローカル安全デバイス４２が当該ウインチ１００に問題が発生したことをモニターして当該ウインチ１００が停止する場合、統合安全デバイス２００は、その当該ウインチ１００以外に一つ以上のウインチ１００が全て停止するように制御することができるように一つ以上のウインチ１００のそれぞれのローカル安全デバイス４２と同期化され得る。

また、統合安全デバイス２００の安全ロジックが一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つでも警告状態にあると判断した場合、その警告状態の情報を一つ以上のウインチ１００のローカル安全デバイス４２毎にそれぞれ伝達して、一つ以上のウインチ１００のローカル安全デバイス４２が一つ以上のウインチ１００の作動をそれぞれ停止させるローカル同期モーションが行われるようにできる。つまり、統合安全デバイス２００を通じた停止の時にも、一つ以上のウインチ１００のそれぞれに備えられたローカル安全デバイス４２が共に動作して本ウインチ安全システム１０００が全体にかけて停止することができる。

参考までに、一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つが当該ローカル安全デバイス４２のローカル安全ロジックを通じて自分がローカル警告状態にあると判断した場合、当該ローカル安全デバイス４２は、このようなローカル警告状態の情報を残りのウインチ１００にも伝達して、残りのウインチ１００もその作動を停止する作業を行うようにできる。

このようにローカル安全デバイス４２は、その構成が属したウインチ１００の安全状態を自主的にモニターし、統合安全デバイス２００は、一つ以上のウインチ１００の安全状態を全般的にモニターしながら、両安全デバイス４２、２００同士は互いに同期化されて共に動作するようにすることによって、安全制御がより安定的に行われ得る。

また、図４に示された３次範囲を参照すると、一つ以上のウインチ１００のうちのいずれか一つでもドラム部１から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された許容長さの範囲を逸脱したハードウェア限界状態（３次範囲離脱）である場合には、上述した通り、このようなハードウェア限界状態を機械的に感知して動作する限界スイッチが機械的にモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてドラム部１の回動を停止させることができる。この時、モータ２１に備えられる電子ブレーキも共に作動することができる。つまり、このような限界スイッチは、一つ以上のウインチ１００毎に備えられているため、一つ以上のウインチ１００毎にこのようなハードウェア限界状態を限界スイッチを通じて機械的に感知してモータ部２が上述したように迅速に停止するようにできる。

同時に、一つ以上のウインチ１００のサーボドライバー部４１と統合安全デバイス２００は、それぞれイーサキャット（ＥｔｈｅｒＣＡＴ）のための従属通信部を含んで連結されたり制御部４００と連結されたりし得る。例えば、従属通信部は、ワイヤー１１、ドラム部１、またはモータ部２の状態に関する情報を制御部４００に伝達し、制御部４００の命令に関する情報を伝達され得る。

次に、非常スイッチの構成を説明する。

非常スイッチは、ローカル安全デバイス４２や統合安全デバイス２００とは独立的に非常状態を機械的に感知してモータ部２とブレーキモジュール３を制御することができる。より具体的には、非常スイッチは、機械的にこのような非常状態を感知してモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてドラム部１の回動を停止させることができる。また、非常スイッチは、モータ２１内部の電子ブレーキを作動させることができる。

その例として、非常状態は停電が発生した状態であり、このような非常スイッチは停電を判断する停電非常スイッチであり得る。停電非常スイッチは、停電を判断してモータ２１の電源を遮断すると同時にブレーキモジュール３を作動させることができる。また、非常状態は、安全ロジック、制御部４００、限界スイッチ、モータ部２などに問題が発生した状態でもあり得る。

次に、制御部４００の構成を説明する。

制御部４００は、上述したように一つ以上のウインチ１００のそれぞれのサーボシステム部４にモータ部２の制御のための命令を伝達することによって、一つ以上のウインチ１００をそれぞれ制御することができる。また、制御部４００は、ローカル安全デバイス４２や統合安全デバイス２００から一つ以上のウインチ１００に関する安全状態の情報を伝達されて一つ以上のウインチ１００の動作をソフトウェア的に停止させることができる。

図３を参照すると、制御部４００は、メインシステム（Ｍａｉｎ ＰＣ）とエンベデッドシステム（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＰＣ）を含むことができる。その例として、メインシステムは、Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ ＰＣであってもよく、このようなＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ ＰＣにはＴｗｉｎＣＡＴ(登録商標)とＥｔｈｅｒＣＡＴ Ｍａｓｔｅｒ Ｓｔａｃｋ（商品名）が適用され得る。また、エンベデッドシステムは、一つ以上のウインチ１００の制御（ＲＴ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）のために一つ以上のウインチ１００のそれぞれのサーボドライバー部４１に命令を伝達する構成であってもよく、それぞれのサーボドライバー部４１から各構成に関する情報を伝達される構成であってもよい。その例として、エンベデッドシステムは、ＴｗｉｎＣＡＴとＥｔｈｅｒＣＡＴ Ｍａｓｔｅｒが適用され得る。このような制御部４００と上述した従属通信部を通じて本ウインチ安全システム１０００は、１ｍｓｅｃ以内の速い同期制御性能を有するネットワーク基盤の分散制御システムになることができる。

また図３を参照すると、本ウインチ安全システム１０００は、機械式緊急停止ボタン３１０（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥＳＴＯＰ）と回動制限スイッチ（Ｒｏｔａｒｙ ｌｉｍｉｔ ＳＷ）３２０をさらに含むことができる。このような緊急停止ボタンを通じてモータ部２の電源を機械的に遮断し、回動制限スイッチを通じてドラム部１の回動を停止させる駆動が付加的に行われ得るため、自動または手動にかけてより多重の安全制御が行われ得る。

以下、上述した構成を通じた本ウインチ安全システム１０００の段階的な作用を説明する。

図５は、本発明の一実施形態によるウインチ安全システムが段階的に作動することを説明するためのフローチャートである。

図５を参照すると、ワイヤー１１の使用長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱せず（Ｓ１１からＳ１２）、モータ２１の出力トルクも０ではなく、許容最大トルクよりも大きくないと（Ｓ１２からＳ３）ローカル安全デバイス４２や統合安全デバイス２００を通じて判断され、非常スイッチも作動しないと、ウインチ１００は継続して正常作動され得る。ただし、停電が発生した場合であれば、停電非常スイッチが作動して（Ｓ３からＳ５）ウインチ１００においてモータ２１の電源が遮断され、ブレーキモジュール３を通じてドラム部１の回動が迅速に停止する。

また、ワイヤー１１の使用長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱しなくても（Ｓ１１からＳ１２）、モータ２１の出力トルクが０であるか、または許容最大トルクよりも大きいと（Ｓ１２からＳ１）、（ローカル）安全ロジックを通じてソフトウェア的な（ローカル）警告状態に到達したことであって、ローカル安全デバイス４２または統合安全デバイス２００はこのような（ローカル）警告状態の情報を制御部４００に伝達したり互いに同期化したりし、制御部４００はこのような（ローカル）警告状態の情報を受けてソフトウェア的にモータ部２の作動を停止（Ｓ１）させることができる。

また、ワイヤー１１の使用長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱したが（Ｓ１１からＳ１３）、まだ予め設定された許容長さの範囲までは逸脱しない場合（Ｓ１３からＳ１）にも、（ローカル）安全ロジックを通じてソフトウェア的な（ローカル）警告状態に到達したことであって、ローカル安全デバイス４２または統合安全デバイス２００はこのような（ローカル）警告状態の情報を制御部４００に伝達したり互いに同期化したりし、制御部４００はこのような（ローカル）警告状態の情報を受けてソフトウェア的にモータ部２の作動を停止（Ｓ１）させることができる。

また、ワイヤー１１の使用長さが予め設定された許容長さの範囲まで逸脱したとすると（Ｓ１３からＳ２）ハードウェア限界状態に到達したことであって、このような状態を機械的に感知して動作する限界スイッチは、ソフトウェア的な安全制御の場合よりも迅速に機械的にモータ部２の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を通じてドラム部１の回動を停止させることができる。

本発明によれば、上述した３段階にかけた仮想運用空間設定および運用を通じて多重安全システムが安定的に構築され得る。また、一つ以上のウインチ１００のそれぞれには手動制御部５が含まれるため、使用者もこのような手動制御部５を利用して安全制御を行うことができる。

以下、図５を参照して本発明の一実施形態によるウインチ安全制御方法（以下、「本ウインチ安全制御方法」という）を説明する。ただし、本ウインチ１００や本ウインチ安全システム１０００に関する説明における構成や作用と重複したり類似したりする構成や作用に対しては簡単に説明するか、または説明を省略する。

参考までに、本ウインチ安全制御方法に利用されるウインチは、本ウインチと同一の図面符号１００を使用するが、以下でウインチに含まれると言及される構成要素を含むウインチであり得る。

図５を参照すると、本ウインチ安全制御方法は、安全ロジックを通じてウインチ１００から解かれて使用されているワイヤー１１の長さが予め設定された安全長さの範囲以内にあるか判断する安全長さ判断段階（Ｓ１１）、安全ロジックを通じてウインチ１００に備えられるモータ２１の出力トルクが０であるか、または最大許容トルクよりも大きいか判断するモータ動力判断段階（Ｓ１２）、安全ロジックを通じてワイヤー１１の長さが予め設定された安全長さの範囲を逸脱したと判断された場合、制御部４００からソフトウェア停止命令を伝達される段階（Ｓ１）、限界スイッチが、ワイヤー１１の長さが予め設定された許容長さの範囲を逸脱するか機械的に判断する許容長さ判断段階（Ｓ１３）、安全ロジックを通じてモータ２１の出力トルクが０であるか、または最大許容トルクよりも大きいと判断された場合、制御部４００からソフトウェア停止命令を伝達される段階（Ｓ１）、ソフトウェア停止命令を通じてモータ２１が停止してウインチ１００の駆動が停止する段階（Ｓ４）、そして限界スイッチが機械的にモータ２１の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてウインチ１００の駆動が停止する段階（Ｓ５）を含む。

ここで、安全ロジックは、本ウインチ１００で言及したローカル安全ロジックであってもよく、本ウインチ安全システム１０００で言及した安全ロジックであってもよい。

そして、上述した安全長さ判断段階（Ｓ１１）は、モータ動力判断段階（Ｓ１２）よりも先に行われ得る。２つの判断段階（Ｓ１１）が同時に行われる場合、段階が進行される方向を判断しにくくなり得るため、このように順序を決めることができる。

また、本ウインチ安全制御方法は、停電が発生したり、安全ロジックに問題が発生してワイヤー１１の長さ範囲やモータ２１の出力トルクの大きさの判断に問題が生じたり、制御部４００、限界スイッチ、またはモータ２１に問題が発生してワイヤー１１の長さ制御に問題が生じた非常状態である場合、このような非常状態を機械的に感知して動作する非常スイッチがモータ２１の電源を遮断し、ブレーキモジュール３を作動させてウインチ１００の駆動が停止する段階（Ｓ３）をさらに含むことができる。この時、非常スイッチは停電を判断する停電非常スイッチであり得る。

以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、本発明の実施形態から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により容易に変更されて均等なものと認められる範囲のすべての変更および修正を含む。

本発明による３次元ワイヤーフライングシステムは、公演、演劇などに活用され得る。

１…ドラム部
２…モータ部
３…ブレーキモジュール
４…サーボシステム
５…手動制御部
２１…モータ
２２…プーリ
２３…カップリング
４１…サーボドライバー部
４２…ローカル安全デバイス
１００…ウインチ
２００…統合安全デバイス
３１０…機械式緊急停止ボタン
３２０…回動制限スイッチ
４００…制御部
１０００…ウインチ安全システム

Claims (7)

1. 複数のウインチにより長さが調節されるワイヤーに物体をぶら下げて３次元空間で前記物体を移動させるワイヤーフライングシステムにおいて、
   前記ウインチは、前記ワイヤーが解かれたり巻かれたりするドラム部、前記ドラム部に動力を提供するモータ部、前記ドラム部の回動を停止させるブレーキモジュール、ハードウェア限界状態を感知すれば動作する限界スイッチ、および制御部の命令により前記モータ部を制御し、前記ワイヤーと前記モータ部の状態を判断し、前記ワイヤーと前記モータ部の状態を前記制御部に伝達するローカル安全デバイスを備えたサーボシステム部を含み、
   前記３次元空間は、前記ワイヤーの動作範囲であって予め設定された１次範囲と、前記ワイヤーの動作範囲であって前記１次範囲よりも外側まで設定された２次範囲と、前記ワイヤーの動作範囲であって前記２次範囲よりも外側まで設定された３次範囲とを含み、
   前記ローカル安全デバイスが前記ワイヤーの動作範囲が前記１次範囲のみを離脱した状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記１次範囲の離脱に関する情報を前記制御部に伝達し、前記制御部はソフトウェア限界信号を前記サーボシステム部に伝達して前記モータ部を制御することによって前記ワイヤーの動作範囲が再び前記１次範囲内に入るようにし、
   前記ローカル安全デバイスが前記ワイヤーの動作範囲が前記２次範囲を逸脱した状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記２次範囲の離脱に関する情報を前記制御部に伝達し、前記制御部はソフトウェア限界信号を前記サーボシステム部に伝達して前記モータ部の作動を停止させ、
   前記ワイヤーの動作範囲が前記３次範囲を逸脱した場合、前記限界スイッチがハードウェア限界状態を感知して機械的に前記モータ部の作動を停止させて前記ドラム部の回動を停止させることによってハードウェア的な安全制御が行われる
   ことを特徴とする、３次元ワイヤーフライングシステム。
2. 前記ローカル安全デバイスが、前記モータ部が前記ドラム部に提供する動力が０になるか、または予め設定された動力の範囲を逸脱したローカル警告状態と判断した場合、前記ローカル安全デバイスは前記ローカル警告状態の情報を前記制御部に伝達し、前記制御部は前記モータ部の作動を停止させることを特徴とする、請求項１に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。
3. 前記複数のウインチの状態を安全ロジックにより判断し、前記複数のウインチの状態の情報を前記制御部に伝達する、統合安全デバイスを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。
4. 前記安全ロジックが、前記複数のウインチの状態を、前記複数のウインチのうちのいずれか一つでも前記ドラム部から解かれて使用されている前記ワイヤーの長さが前記２次範囲を逸脱するか、または前記モータ部が前記ドラム部に提供する動力が予め設定された動力の範囲を逸脱した警告状態と判断した場合、前記統合安全デバイスは前記警告状態の情報を前記制御部に伝達し、前記制御部は前記複数のウインチの作動を全て停止させることを特徴とする、請求項３に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。
5. 前記複数のウインチのうちのいずれか一つが前記ローカル安全デバイスを通じてローカル警告状態と判断された場合、前記ローカル安全デバイスは、前記ローカル警告状態の情報を前記統合安全デバイスに伝達して前記統合安全デバイスが前記複数のウインチの作動を全て停止させる統合同期モーションが行われるようにすることを特徴とする、請求項４に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。
6. 前記統合安全デバイスは、前記警告状態の情報を前記複数のウインチのローカル安全デバイスにそれぞれ伝達して前記複数のウインチのローカル安全デバイスが前記複数のウインチの作動をそれぞれ停止させるローカル同期モーションが行われるようにすることを特徴とする、請求項５に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。
7. 前記ローカル安全デバイスまたは前記統合安全デバイスとは独立的に非常状態を機械的に感知して前記モータ部と前記ブレーキモジュールを制御する非常スイッチをさらに含むことを特徴とする、請求項５または６に記載の３次元ワイヤーフライングシステム。

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