JP7202561B2 - 電動昇降装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、製造分野の製造組立て設備、運輸分野の移送設備などに用いて、物品等を鉛直上下方向にモータによって昇降移動させる電動昇降装置に関するものである。

従来から工業製品の組立てを行う工場では、大きな重量を有する工具、作業用機器製品、半完成品などの物品を上下動作させる荷役機械を使用している。その中でも、作業者が大きな重量の物品を比較的軽い操作力で任意の高さに上下動できるように助力を発生させるバランス型の昇降装置は、圧力エアを用いたものと、電動モータを用いたものとが知られている。

エアシリンダを用いたものは、例えばアーム式で、圧力エアが必要であることからエアコンプレッサ等が別途必要であり、またエア供給が切れた際の安全装置が必要であるという難点があった。また異なる重量の物品を吊下げると、その重量差によって助力の度合いが変わってしまうため、これを修正するために、都度手動でエア圧を調整する必要があって作業効率が低下する。そこで物品重量をコンピュータに登録して登録呼出しで行うようにしようとすると電空レギュレータを用いるため配管なども含め構成が複雑になるという難点があった。

これに対して電動モータを用いた昇降装置には、物品をロープやチェーンで吊下げる吊下げ式が知られていて、ロープやチェーンを巻胴に巻回して鉛直上下方向にモータによるアシストで重量バランスさせ僅かな操作力で昇降移動させるバランス型の電動昇降装置が開示されている（特許文献１）。

また電動モータを用いた昇降装置の変形例として、可搬台車の上に並列リンクにより鉛直方向に移動自在な天板を設けて、噛合チェーンの伸縮によって天板を昇降させ、噛合チェーンに繋がったモータによるアシストで重量バランスさせるものも開示されている（特許文献２）。

特開２０１７－１９３４４０号公報 特開２０１８－０７０３６１号公報

このようなバランス型の電動昇降装置において、特に物品を係止部材に係止させないでバランス状態として作業者が係止部材を自在に操作して作業を行う時、操作性において改善の余地があった。例えば作業者が係止部材を急速に鉛直下方向に移動させようとすると、その速度に制限が生じて、作業者が所望するより速い速度で係止部材を移動できなくなる。というのは、モータが一定レベル以上高速になった場合にモータのステーターコイルに逆起電力が発生して、モータへの印加電圧が限界に達し回転速度が上げられなくなるからである。

このような問題に鑑みて、本発明は、バランス型の電動昇降装置の、操作性向上を目的としている。

本発明の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
昇降させる物品を係止する係止部材と、
係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
係止部材に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
モータ部の回転位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
を備える電動昇降装置であって、
制御部は、モータ部の電流値を検出する電流検出部を有し、
当該制御部は、操作指令部からバランス指令を受信した後、重量検出部からの重量信号を基に係止部材若しくは係止部材に係止された物品をバランスするように制御すると共に、重量検出部からの重量の大きさに応じて、係止部材に直接的若しくは間接的に加えた鉛直方向の成分を有する外力によって動く係止部材の速度を制御し、
制御部が実行する当該速度の制御では、
重量検出部からの重量が所定値より小さいと判断した場合には、当該外力が重量検出部に加わったことを検出したときに、モータ部に対して位置信号と電流値を用いて弱め界磁制御を実行し、
重量検出部からの重量が所定値以上と判断した場合には、弱め界磁制御を実行せず、
当該弱め界磁制御は、モータ部のモータ回転数が一定レベルになった際に、当該モータ回転数を当該一定レベルより増加させる制御である、ように構成されている。

また、本発明の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
制御部は、係止部材に直接的若しくは間接的に加えた鉛直下向き方向の成分を有する外力が重量検出部に加わったことを検出したときに、当該弱め界磁制御を実行する、ように構成されている。

また、本発明の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
昇降作動部が、
半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交互に連接され、片端が係止部材に連結するリンクチェーンと、
モータ部の駆動により回転して、リンクチェーンを巻回してリンクチェーンの繰り出しと引込みを巻回する回転部材と、を備えている。

また、本発明の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
昇降作動部が、
対をなして相互に噛み合い、片端が係止部材に連結して鉛直上方向に剛直化する噛合チェーンと、
モータ部の駆動により回転して、噛合チェーンと噛み合って噛合チェーンの繰り出し及び引込みを行う歯車と、を備えている。

本発明の電動昇降装置の制御方法は、上記の目的を達成するために、
昇降させる物品を係止する係止部材と、
係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
係止部材に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
モータ部の回転位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
を備える電動昇降装置の制御方法であって、
制御部は、モータ部の電流値を検出する電流検出部を有し、
操作指令部からバランス指令を受信したことを判断するステップ（Ｓ１０４）と、
バランス指令を受信した時の重量検出部からの重量を記憶するステップ（Ｓ１０５）と、
重量に基づいて係止部材若しくは係止部材に係止された物品をバランスするように制御するステップ（Ｓ１０６）と、
重量が所定値より小さいことを判断するステップ（Ｓ１０７）と、
重量が所定値より小さいと判断した時、係止部材若しくは係止部材に係止された物品に鉛直方向の成分を有する外力が加わったことを判断するステップ（Ｓ１０８）と、
外力が加わったと判断した時、前記モータ部に対して弱め界磁制御を実行するステップ（Ｓ１０９）と、を含み、
当該弱め界磁制御は、モータ部のモータ回転数が一定レベルになった際に、当該モータ回転数を当該一定レベルより増加させる制御である、ようにすることができる。

本発明の電動昇降装置によれば、操作性に優れた電動昇降装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の斜視構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の一部を透明化した斜視構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作フローチャート図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の斜視構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る電動昇降装置について、図面を基に詳細な説明を行う。

図１は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置１の外観構成を示した斜視図である。電動昇降装置１は、本体部１１と、リンクチェーン６と、操作指令部２２ａと、係止部材８ａと、リンクチェーン収納部１２と、で構成されている。本体部１１はカバーで覆われている。操作指令部２２ａは本体部１１からリンクチェーン６に沿って下方に伸びた位置にある。係止部材８ａはリンクチェーン６の片端に繋がって物品３０ａを吊下げ係止する。リンクチェーン収納部１２はリンクチェーン６の他端側（無負荷側）を始めとして、巻上げられたリンクチェーン６の一部を収納する。

図２は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置１の本体部１１の一部の内部構造を示したものであって、図１における本体部１１の一部を省略して表したものである。

モータ部２は、モータと、モータの負荷側に取り付けられた減速機と、で構成されている。モータは例えば交流サーボモータである。そして減速機はモータの回転速度を所定の速度に減速している。減速機は例えば波動歯車減速機である。波動歯車減速機は、ウエーブジェネレータと、フレクスプラインと、サーキュラスプラインとからなる。ウエーブジェネレータは外周が楕円状のものである。フレクスプラインは、外周に多数の外歯が形成されウエーブジェネレータに外嵌されてウエーブジェネレータの回転により円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なものである。サーキュラスプラインは、フレクスプラインの外周側にあってフレクスプラインの外歯と嵌合する内歯を備えている。そして動力は、フレクスプラインを回転出力として繋げた回転出力軸３に取り出されて伝達するようになっている。

減速機に例えば波動歯車減速機のようなバックラッシが微小なものを使用することで、モータの正逆回転切り換えを頻繁に行って助力動作を行う時に、切り換え時の制御不能な領域をなくし、スムーズな操作感を実現できる。回転出力軸３は減速機にて減速された回転軸であり、昇降作動部７ａに連結され、昇降作動部７ａを連続的に正逆に回転させるものである。

本体部１１の天面にはこの電動昇降装置１を吊下げるための吊下げ用フック９が固定されている。この吊下げ用フック９は水平方向の位置で電動昇降装置１の重心位置に近いところに設けられる。

リンクチェーン６は、半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交差して交互に連接されたものである。リンクチェーン６の一端は係止部材８ａに繋がっていて、他端（無負荷側）はリンクチェーン収納部１２に収納されている。

係止部材８ａは物品３０ａを係止して吊下げるためのものであって、本実施形態ではリンクチェーン６に連結されたフック形状のものを使用している。係止部材８ａはフックに限らず、対象とする物品３０ａの形状によって適宜選択される。

昇降作動部７ａは、回転部材と、リンクチェーン６と、を含んで構成される。回転部材は、駆動源のモータ部２からの動力の伝達によって回転する。リンクチェーン６は、係止部材８ａに接続されている。本実施形態では昇降作動部７ａの回転部材は円筒の形状であって、回転出力軸３と繋がっていて、リンクチェーン６の繰り出しと引込みを行う。リンクチェーン６が巻回される位置は、おおよそ吊下げ用フック９の鉛直下付近であって、本体部１１の重心位置に近いところに設けられる。リンクチェーン６は回転部材に設けられたポケット溝に嵌入されておおよそ１８０度ほど巻回される。本実施形態では係止部材８ａに繋がった昇降作動部７ａにリンクチェーン６を用いたが、これに限らずワイヤーロープ等であっても良い。その際昇降作動部７ａの回転部材はドラム形状でワイヤーロープはその一端がドラムの胴部に固定されて巻回される。

モータ部２の反負荷側にはモータの回転角位置を検出する位置検出部４が連結されている。位置検出部４は例えばアブソリュートエンコーダであって、光学式にてモータの回転角位置を検出して位置信号を出力する。この位置検出部４は、係止部材８ａの繰り出し位置すなわち昇降位置を検出することができる。本実施形態では、位置検出部４はモータ部２の反負荷側に配置したがこれに限らず、減速機の出力である回転出力軸３や昇降作動部７ａに設けられても良く、また両方に設けられても良い。さらに光学式に限らず磁気式や静電容量式等であっても良い。

重量検出部５は、昇降作動部７ａに巻きつけられているリンクチェーン６から伝達される力を反力として検出できるように昇降作動部７ａを吊下げた構造であり、起歪体と起歪体に貼られた歪みゲージとを備えている。歪みゲージは重量に応じて起歪体に生ずる歪みを電気信号に変換するホイートストーンブリッジ回路に組み込まれ、これによって重量検出部５は重量信号を出力する。

なお重量検出部５はこれに限らず、係止部材８ａに加わる重量を検出できれば良く、減速機と昇降作動部７ａとの間に設けた回転出力軸３の捻れからトルクを検出するような回転型トルクセンサの構造であっても良い。また重量検出部５は、モータ部２のケーシングと本体部１１の固定部材の間に設けてモータ部２が受ける反力を検出する鼓型の構造のものであっても良い。

そして不図示の制御部１０が昇降作動部７ａの近傍で本体部１１内に配置されている。制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の記憶装置及び入出力装置を備えている。制御部１０は、位置検出部４からの位置信号及び重量検出部５からの重量信号を基に、モータ部２を制御する。制御部１０をはじめとする電装部は、電動昇降装置１を粉粒や水滴のかかる場所での使用も可能にするためにカバーにて覆われた本体部１１内に配置されている。制御部１０は、モータ部２を駆動するドライバを含み、さらにモータ部２のモータの電流値を検出する電流検出部も含んでいる。

制御部１０は、さらに弱め界磁指令部を有する。弱め界磁制御指令部は、位置検出部４からの位置信号を基にこれを微分して回転速度を演算し、これに基づいてモータのステータに流れる電流を制御する。弱め界磁制御は、永久磁石モータの永久磁石の磁束を減少させるようにモータのステータにより磁界を発生させる制御であり、ロータの回転に伴う逆起電力を減少させる。したがってモータ回転数がある一定レベルの高速になった場合に、それ以上の回転数にすることを抑制する逆起電力を減少させ、モータの回転数をさらに増加させることができる。

操作指令部２２ａは、係止部材８ａの鉛直上方向でリンクチェーン６の端部近傍に配置されている。操作指令部２２ａは例えば箱型の形状であって、照光式の操作釦等が設けられている。これらの操作釦は制御部１０にスパイラルコード１３で電気的に繋がっていて係止部材８ａの昇降に係る指令を制御部１０へ行うことができる。操作指令部２２ａの操作釦は、例えばバランス釦２２ｂと、保持釦２２ｃと、上昇釦２２ｄと、下降釦２２ｅと、からなる。バランス釦２２ｂは、係止部材８ａに吊下げた物品３０ａをバランス状態にする。保持釦２２ｃは、現在の係止部材８ａの位置を保持する。上昇釦２２ｄは、電動操作で係止部材８ａを上昇させる。下降釦２２ｅは、電動操作で係止部材８ａを下降させる。これら操作指令部２２ａの各操作釦は、発光によって押されたことを作業者に報知する。操作指令部２２ａは、制御部１０との接続を有線に限らず赤外線等を用いた無線式で行い、電池にて駆動され、リンクチェーン６から取り外し可能なものであっても良い。

以上の構成にて、作業者が係止部材８ａを引き下げて床等に置かれた物品３０ａの係止部に係止させ、上昇釦２２ｄを押し続けると、モータ部２が駆動され昇降作動部７ａが作動して物品３０ａは上昇して床から離れる。この時、物品３０ａの重量によって係止部材８ａが鉛直下向きに引っ張られるため、リンクチェーン６、昇降作動部７ａ、回転出力軸３、モータ部２を介して重量検出部５も鉛直下向きに引っ張られ、重量検出部５の起歪部が変形する。この時作業者がバランス釦２２ｂを押すと、制御部１０は昇降作動部７ａに加わる重量を起歪部に添着された歪みゲージにて検出した重量信号を基に演算して、物品３０ａがバランスするようにモータ部２に対して助力する制御を行う。すなわち制御部１０は、モータ部２によって昇降作動部７ａに発生させる係止部材８ａへの鉛直上向きの力と、係止部材８ａに加わる鉛直下向きの力を釣り合わせる。ゆえに制御部１０は、係止部材８ａと物品３０ａとを任意の位置にてバランス状態になるようにモータ部２の制御を行っている。

もし作業者が係止部材８ａに何も係止させずにバランス釦２２ｂを押すと、制御部１０はその時の昇降作動部７ａに加わる重量にてバランス制御を行うことになる。したがって作業者は係止部材８ａを掴んで、自由に動かすことができる。

図３は本発明の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示すフローチャート図である。図４から図１１は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作模式図である。図３から図１１を用いて本発明の実施形態に係る電動昇降装置を用いた作業の例と、制御部１０の制御方法を説明する。

図３において、作業者が電動昇降装置１の電源を投入すると、制御部１０が起動し、制御部１０はステップＳ１０１にて昇降作動部７ａ及び係止部材８ａのその時の位置を保持する保持状態となって、ステップＳ１０２へ進む。次いで作業者は、まず図４に示すように、床３１に置かれている物品３０ａの鉛直上方の位置（ａ）に本体部１１及び係止部材８ａを近づける。本体部１１は、吊下げ用フック９とサドル３５を介してレール３４に吊るされている。サドル３５には車輪が設けられていて、本体部１１はレール３４の軌道に沿って水平方向の移動ができるので、作業者は係止部材８ａを引っ張るなどして図４の位置へ本体部１１を移動させる。

次いで作業者が下降釦２２ｅを押すと、制御部１０はステップＳ１０２にて下降釦２２ｅが押されたことを判断して（Ｙｅｓ）（図３参照）、ステップＳ１０３へ進む。制御部１０はステップＳ１０３にて係止部材８ａの下降動作をモータ部２へ指令し、モータ部２はこれを実行する。作業者は下降釦２２ｅを押し続けて、図５に示す係止部材８ａが物品３０ａの被係止部に係止できる位置まで係止部材８ａを下降させる。次いで制御部１０はステップＳ１０４にてバランス釦２２ｂが押されたことを判断するまで保持モードを保ち、上昇釦２２ｄ／下降釦２２ｅが作業者によって押されればその都度上昇若しくは下降動作を行う（図３参照）。

作業者は係止部材８ａを物品３０ａに係止させ、上昇釦２２ｄを押し続ける。すると図６に示すように物品３０ａは床３１から離れて宙吊り状態となる。この動作は制御部１０のステップＳ１０２とステップＳ１０３にて行われる。

作業者は物品３０ａが床３１から離れて宙吊り状態となったことを確認すると、この物品３０ａをバランス状態にして作業を行うために、バランス釦２２ｂを押す。すると、制御部１０は、ステップＳ１０４にてバランス釦２２ｂが押されたと判断して（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５へ進む。制御部１０は、ステップＳ１０４にてバランス釦２２ｂが押されていないと判断した場合は（Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻って保持状態を保つ。

制御部１０は、ステップＳ１０５にて昇降作動部７ａに加わる重量の重量信号を重量検出部５から受信して、これを記憶してステップＳ１０６へ進む（図３参照）。

次いで、制御部１０は、ステップＳ１０６にて昇降作動部７ａに加わる重量と昇降作動部７ａを駆動する力を釣り合わせるようにバランス制御を開始して、ステップＳ１０７へ進む。図５においては、昇降作動部７ａに加わる重量は物品３０ａが吊るされていることから、昇降作動部７ａに加わる重量が所定値よりも大きい。ここで重量が所定値以下であるということは、ここでは係止部材８ａに何も係止されていない状態である。よって制御部１０は、ステップＳ１０７にて昇降作動部７ａに加わる重量が所定値よりも大きいため（Ｎｏ）、ステップＳ１１０へ進む（図３参照）。

この時、物品３０ａはバランス状態となっているので、作業者は係止部材８ａ若しくは物品３０ａに手を添えて鉛直方向に成分を有する小さな外力で物品３０ａを上下に移動させることができる。作業者はこの移動に関して、係止部材８ａへ直接的に外力を加えても良いし、物品３０ａに手を添えて係止部材８ａへ間接的に外力を加えても良い。そして、作業者はこの物品３０ａを床３１からの高さｈ１の固定構造物３２の上面に置くために、高さｈ１よりも高い高さｈ２へ移動させる（図７）。次いで作業者は、本体部１１を車輪のついたサドル３５によってレール３４の軌道上を水平移動させ、固定構造物３２の鉛直上の位置（ｂ）へ到達させる（図８）。

作業者は、物品３０ａを固定構造物３２の上面に降ろすために、下降釦２２ｅを押す。すると、制御部１０は、ステップＳ１１０にて下降釦２２ｅが押されたことを判断して（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１へ進む（図３参照）。制御部１０は、ステップＳ１１１にて係止部材８ａの下降動作をモータ部２へ指令し、ステップＳ１１２へ進む。作業者は下降釦２２ｅを押し続けて、物品３０ａを固定構造物３２に着地させ、係止部材８ａを物品３０ａから外すことができる位置まで係止部材８ａを下降させる。その後作業者は係止部材８ａを物品３０ａから外し、バランス釦２２ｂを押す。すると、制御部１０は、ステップＳ１１２にてバランス釦２２ｂが押されてバランス指令を受信したことを判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５へ進む（図３参照）。この時、昇降作動部７ａに加わる重量は物品等が係止部材８ａに吊るされていないことから、所定の重量以下となる。

制御部１０は、ステップＳ１０５にて昇降作動部７ａに加わる重量を記憶し、ステップＳ１０６にてバランス制御を開始し、ステップＳ１０７にて昇降作動部７ａに加わる重量が所定の値以下であると判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８へ進む。

作業者は次の物品３０ｂを扱うために、係止部材８ａを鉛直上方向に移動させる（図９）。この時、制御部１０は係止部材８ａのバランスを保っていることから、係止部材８ａに鉛直方向の外力を加えることで、作業者は係止部材８ａを小さな力で昇降させることができる。

作業者は次の物品３０ｂを扱うために、本体部１１を車輪のついたサドル３５によってレール３４の軌道上を水平移動させ、物品３０ｂの鉛直上の位置（ｃ）へ到達させる（図１０）。そして作業者はバランス状態にある係止部材８ａを物品３０ｂに係止させるために鉛直下向きの外力を係止部材８ａに印加して、図１１に示すように係止部材８ａを物品３０ｂに係止させる。この時、制御部１０はステップＳ１０８にて昇降作動部７ａに外力が加わったと判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９へ進む。制御部１０は、ステップＳ１０８にて、昇降作動部７ａに外力が加わっていないと判断した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１１０へ進む。

制御部１０はステップＳ１０９にて、モータ部２に対して弱め界磁制御の実行を指令する。したがって作業差が急速に係止部材８ａを引張り降ろしてモータ回転数がある一定レベルの高速になった場合において、さらなる回転数の上昇を抑制する逆起電力を減少させる。制御部１０はモータ部２に対して弱め界磁制御を実行することで、モータの回転数をさらに増加させることができ、スムーズな係止部材８ａの引っ張り操作が可能となる。

制御部１０は、ステップＳ１０９を終了するとステップＳ１１０へ進み、バランス状態を保つ。

制御部１０は、ステップＳ１１２にてバランス釦２２ｂが新たに押されていないと判断すると（Ｎｏ）、ステップＳ１１３へ進む。

制御部１０は、ステップＳ１１３にて保持釦２２ｃが押されていないと判断すると（Ｎｏ）、ステップＳ１０６へ進んで、バランス状態を保つ。一方、制御部１０は、ステップＳ１１３にて保持釦２２ｃが押されたと判断すると（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ進んで保持状態となる。

なお作業者は、図４に示された係止部材８ａの位置でバランス釦２２ｂを押して、物品が係止されていないバランス状態として、係止部材８ａを鉛直下方向に引っ張り降ろして物品３０ａに係止させるという方法で作業を行っても良い。

図１２は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の斜視図である。また図１３は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の正面図である。

本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０は、係止部材８ｂと、昇降作動部７ｂと、昇降支持部４１と、リンクアーム４６と、モータ部２と、重量検出部５と、位置検出部４と、制御部１０と、を備えている。係止部材８ｂは扱う物品を載せ置くものである。昇降作動部７ｂは係止部材８ｂを上下方向に昇降可能にするものである。昇降支持部４１は昇降作動部７ｂを支持固定する。リンクアーム４６は係止部材８ｂの昇降を案内矯正する。モータ部２は昇降作動部７ｂを駆動する。重量検出部５は係止部材８ｂに印加される重量を検出する。位置検出部４はモータ部２に繋がって係止部材８ｂの昇降位置を検出する。制御部１０はモータ部２を用いて係止部材８ｂの昇降動作を制御する。そして電動昇降装置４０は、これに加えて、車輪４３、電源４４、ハンドル４５及び操作指令部２２ａを含み、移動台車の構造となっている。

車輪４３は、自由に方向転換可能な複数の自在輪と、方向転換が不能な固定輪からなる複数の従動輪と、で構成されている。したがって作業者は、ハンドル４５を押し引き操作することで電動昇降装置４０を操舵することができる。

昇降作動部７ｂが昇降支持部４１上に、係止部材８ｂを昇降可能にするように載置されている。昇降作動部７ｂは、例えば対をなして相互に噛合可能な噛合チェーン４２を有する。噛合チェーン４２は、噛み合いが外れた方向に伸長してかつ屈曲自在な状態で昇降作動部７ｂ内の噛合チェーン収容部に収容されている。そして噛合チェーン４２は、昇降作動部７ｂに接続した駆動源を駆動することで、剛直化した状態で鉛直上方向に繰り出されて進み、噛合チェーン４２の噛み合った方の一端が接続されている支持板４８を介して係止部材８ｂを上昇させる。噛合チェーン４２の噛み合った方の一端部は、係止部材８ｂを構成する支持板４８にボルト等によって接続固定される。一方、噛合チェーン４２の他端部は噛み合いが外れた箇所からそれぞれ反対方向に昇降作動部７ｂの噛合チェーン収容部内に設けた案内部に沿って動き、自由端として収容されている。噛合チェーン４２は昇降作動部７ｂのケース内の歯車と噛み合うことで繰り出し及び引き込みすることが可能である。そしてこの歯車の回転軸は継ぎ手を介して駆動源であるモータ部２に接続されている。

モータ部２は例えば減速機を取り付けた交流サーボモータであって、減速機によって重量物である物品を昇降させるのに必要なトルクに増幅させている。本発明の実施形態では減速機は波動歯車減速機を使用している。波動歯車減速機は、ウエーブジェネレータと、フレクスプラインと、サーキュラスプラインとからなる。ウエーブジェネレータは外周が楕円状のものである。フレクスプラインは、外周に多数の外歯が形成されウエーブジェネレータに外嵌されてウエーブジェネレータの回転により円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なものである。サーキュラスプラインは、フレクスプラインの外周側にあってフレクスプラインの外歯と嵌合する内歯を備えている。そして動力は、フレクスプラインを回転出力として繋げたスプロケット回転軸に取り出されて伝達する。電動昇降装置４０においては回転動力系のガタつきは可能な限り低減させることが望ましく、減速機のバックラッシは昇降作動部７ｂの昇降状態に影響するので、本発明の実施形態ではバックラッシが極めて微小な波動歯車減速機を用いている。

モータの回転位置を検出する位置検出部４が、モータ部２の反負荷側に取り付けられている。この位置検出部４は、本実施形態ではモータ部２の反負荷側に配置したエンコーダである。位置検出部４は変形例として、昇降作動部７ｂのケース内の歯車や歯車の回転軸に設けて噛合チェーン４２の繰り出し位置を検出しても良い。また位置検出部４を減速機の部分に設けても良い。また本実施形態では位置検出部４は光学的な反射によるエンコーダであるがこれに限らず、光学式で透過式のものであっても良いし、磁力を使用したものであっても良い。さらに位置検出部４は昇降支持部４１に設置した反射型の光センサ等で構成し、支持板４８の高さを測定して係止部材８ｂの鉛直方向の位置を検出しても良い。

リンクアーム４６は、鉛直方向にそれぞれ伸縮する複数のアームで構成され、昇降作動部７ｂによる係止部材８ｂの昇降姿勢を矯正保持している。そしてリンクアーム４６は、鉛直上方向に複数段積み上げて、組み合わせた構造である。

昇降支持部４１は金属フレームや板金等で構成され、リンクアーム４６及び昇降作動部７ｂを支持固定している。

係止部材８ｂは支持板４８と天板４７を有しており、支持板４８の上には天板４７が配置され、支持板４８は天板４７を支持している。さらに重量検出部５が、支持板４８の上面部付近に、支持板４８と天板４７との間に挟み込まれて配置されている。重量検出部５は例えば歪みゲージを有したロードセルである。重量検出部５は起歪部を有して起歪部に歪みゲージが添着されていて、起歪部に加わる歪みを検出できるようになっている。そして重量検出部５は、歪みゲージを含んでホイートストーンブリッジ回路を構成して歪み量に応じたアナログ信号を出力し、これを増幅して演算を行って天板４７に加わる重量を求め、重量信号として出力する。そしてこの重量信号は、配線ケーブル（不図示）等によって制御部１０へ送信されている。なお配線ケーブルは伸縮するスパイラルコードであっても良いし、アーム部２２に沿うようにして配線及び固定されていても良いし、有線に限らず無線で制御部１０へ送信するものであっても良い。なお本実施形態では、重量検出部５は係止部材８ｂに４つ設けてあるがこれに限るものではない。

また重量検出部５は、昇降作動部７ｂ内の歯車の軸に起歪部を設けてそこに歪みゲージを添着してトルク値を求め重量を演算して求めるような構成にしても良い。重量検出部５はこの他、減速機と一体で設けて減速機の出力軸を起歪部として歪みゲージを設けたものであっても良い。この場合重量検出は、歪みゲージ式に限らず、磁歪式や静電容量式等によるものであっても良い。

制御部１０は昇降支持部４１にブラケット等で固定されていて、重量検出部５は制御部１０にケーブル等で接続されている。制御部１０はモータ部２を駆動する回路を有してモータ部２とケーブルで電気的に接続されている。制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の記憶装置及び入出力装置を備えている。制御部１０は、位置検出部４からの位置信号及び重量検出部５からの重量信号を基に、モータ部２を制御する。制御部１０は、モータ部２を駆動するドライバを含み、さらにモータ部２のモータの電流値を検出する電流検出部も含んでいる。

電源４４は昇降支持部４１にブラケット等で固定されていて、 例えば電池とインバータ等で構成され、制御部１０とモータ部２と等へ電源供給を行うものである。

操作指令部２２ａは例えばハンドル４５にあって、制御部１０とケーブル等で繋がって、操作の指令を行うものである。なお操作指令部２２ａはハンドル４５から着脱可能であって良いし、制御部１０と無線で繋がって通信するものであっても良い。また操作指令部２２ａに配置された釦類は第２の実施形態では第１の実施形態と同様のものであるが、これに限るものではない。

この構成で作業者が物品３０ｂを係止部材８ｂに載せ置くと。制御部１０は、係止部材８ｂに設けられた重量検出部５から重量信号を受信し、これに基づき、係止部材８ｂが受ける重量をキャンセルしてバランスするように指令するための指令信号を演算する。そして制御部１０は、この指令信号によってモータ部２の駆動を行い、係止部材８ｂに置かれた物品３０ｂを任意の位置にて留まらせ、バランス状態を保つ。そして作業者は係止部材８ｂ若しくは物品３０ｂに手を添えて鉛直方向の成分を有する小さな外力を加えるという操作で、物品３０ｂを上下方向に昇降移動させることができる。その後作業者がこの外力を止めると、係止部材８ｂはその位置でバランス状態となって保持される。すなわち制御部１０は、係止部材８ｂに加わる鉛直下向きの力と、昇降作動部７ｂが発生させる係止部材８ｂへの力とを釣り合わせ、係止部材８ｂを任意の位置にてバランスさせる。

図１４から図１８は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の動作説明模式図である。図３の動作フローチャートと図１４から図１８を用いて本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０を用いた作業の例と、制御部１０の制御方法を説明する。ここでは、図１４に示すように床３１に配置された高さｈ４の固定構造物３３ａ上の物品３０ｃを、図１８に示すように床３１に配置された高さｈ６の固定構造物３３ｂ上に移動させる作業を例として説明する。

図３において、作業者が電動昇降装置４０の電源を投入すると、制御部１０が起動し、制御部１０は係止部材８ｂのその時の位置を保持する保持状態となって（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０２へ進む。作業者は上昇釦２２ｄ若しくは下降釦２２ｅを押して係止部材８ｂが物品３０ｃを係止できる高さ、すなわち固定構造物３３ａの高さｈ４より低い高さｈ３へ移動させる。そして作業者は係止部材８ｂが物品３０ｃの鉛直下になるように電動昇降装置４０を移動させる（図１４）。

次いで作業者は上昇釦２２ｄを押して物品３０ｃを係止部材８ｂに当接させてさらに物品３０ｃを固定構造物３３ａから離れる高さｈ５まで上昇させる（図１５）。物品３０ｃが固定構造物３３ａから浮いた状態で作業者がバランス釦２２ｂを押すと、制御部１０はステップＳ１０４にてバランス釦２２ｂが押されたことを判断して（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、ステップＳ１０５へ進む。制御部１０は、ステップＳ１０４にてバランス釦２２ｂが押されていないと判断した場合は（Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻って保持状態を保つ。

制御部１０は、ステップＳ１０５にて昇降作動部７ｂに加わる重量を重量検出部５から受信して、これを記憶してステップＳ１０６へ進む（図３参照）。

制御部１０は、ステップＳ１０６にて昇降作動部７ｂに加わる重量と昇降作動部７ｂを駆動する力を釣り合わせて、バランス制御を開始して、ステップＳ１０７へ進む。 図１５においては、昇降作動部７ｂに加わる重量は物品３０ｃが係止部材８ｂに置かれていることから、重量が所定値よりも大きい。重量が所定値以下であるということは、ここでは係止部材８ｂの上に何も置かれていない状態である。よって制御部１０は、ステップＳ１０７にて昇降作動部７ｂに加わる重量が所定値よりも大きいため（Ｎｏ）、ステップＳ１１０へ進む（図３参照）。

この時、物品３０ｃはバランス状態となっているので、作業者は係止部材８ｂに手を添えて小さな力で上下に移動させることができる。作業者はこの移動に関しては、係止部材８ｂへ直接的に外力を加えても良いし、物品３０ｃに手を添えて係止部材８ｂへ間接的に外力を加えても良い。そして、作業者はこの物品３０ｃを床３１からの高さｈ６の固定構造物３２の上面に置くために、高さｈ６よりも高い位置ｈ７へ移動させる（図１６）。そして作業者は、ハンドル４５を操舵して電動昇降装置４０を移動させ、固定構造物３３ｂの鉛直上の位置へ到達させる（図１７）。

作業者は、物品３０ｃを固定構造物３３ｂの上面に降ろすために、下降釦２２ｅを押す。すると、制御部１０は、ステップＳ１１０にて下降釦２２ｅが押されたことを判断して（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１へ進む（図３参照）。制御部１０は、ステップＳ１１１にて係止部材８ｂの下降動作をモータ部２へ指令し、ステップＳ１１２へ進む。作業者は下降釦２２ｅを押し続けて、物品３０ｃを固定構造物３３ｂに着地させ、係止部材８ｃが物品３０ｃと離れる位置まで係止部材８ｂを下降させる（図１８）。作業者は係止部材８ｂが物品３０ｃと離れたことを確認し、バランス釦２２ｂを押す。すると、制御部１０は、ステップＳ１１２にてバランス釦２２ｂが押されたことを判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５へ進む（図３参照）。この時、昇降作動部７ｂに加わる重量は物品３０ｃが係止部材８ｂに載せ置かれていないことから、重量が所定値以下となる。

したがって制御部１０は、ステップＳ１０５にて昇降作動部７ｂに加わる重量を記憶し、ステップＳ１０６にてバランス制御を開始し、ステップＳ１０７にて昇降作動部７ｂに加わる重量が所定値以下であると判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８へ進む。

作業者は次の作業を行うために、電動昇降装置４０を固定構造物３３ｂの間から抜き去り、図１４に示すような高さｈ４の固定構造物３３ａ上の物品３０ｃを扱えるように高さｈ３まで係止部材８ｂを押し下げる。すなわち作業者はバランス状態にある係止部材８ｂを物品３０ｃに係止させるために鉛直下向きの外力を係止部材８ｂに印加する。

制御部１０は、ステップＳ１０８にて、昇降作動部７ａに外力が加わったと判断し（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９へ進む。制御部１０は、ステップＳ１０８にて、昇降作動部７ａに外力が加わっていないと判断した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１１０へ進む。

制御部１０は、ステップＳ１０９にてモータ部２に対して弱め界磁制御の実行を指令する。したがって作業差が急速に係止部材８ｂを降ろしてモータ回転数がある一定レベルの高速になった場合において、さらなる回転数の上昇を抑制する逆起電力を減少させる。制御部１０はモータ部２に対して弱め界磁制御を実行するので、モータの回転数をさらに増加させることができ、スムーズな係止部材８ｂの昇降操作が可能となる。

制御部１０は、ステップＳ１０９を終了するとステップＳ１１０へ進み、バランス状態を保つ。

制御部１０は、ステップＳ１１２にてバランス釦２２ｂが新たに押されていないと判断すると（Ｎｏ）、ステップＳ１１３へ進む。

制御部１０は、ステップＳ１１３にて保持釦２２ｃが押されていないと判断すると（Ｎｏ）、ステップＳ１０６へ進んで、バランス状態を保つ。一方、制御部１０は、ステップＳ１１３にて保持釦２２ｃが押されたと判断すると（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１へ進んで保持状態となる。

なお本発明の第１の実施形態と第２の実施形態とは共に、昇降作動部に加わる重量が、係止部材に物品が係止されていない状態を所定値としてこれ以下の時、制御部１０はモータ部２に対して弱め界磁制御を行っているがこれに限るものではない。ステップＳ１０７の判断基準の重量の所定値は、予め電動昇降装置の管理者などによって定めることができる。

本発明の電動昇降装置によれば、制御部は、バランス制御を行っている時に、鉛直下方向の外力が重量検出部に加わったことを検出すると、重量検出部からの重量に応じて、モータ部に対して位置信号とモータの電流値を用いて弱め界磁制御を実行する。したがって本発明によれば各重量に最適な速度での操作が可能となって操作性に優れた電動昇降装置を提供することができる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。なお請求項に記載された符号は説明及び図面に対して請求項の理解を容易にするためのもので、請求項に係る発明の保護の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の活用例として、構造物に吊下げられたり、移動できる車両等に搭載されたりして使用される電動昇降装置への適用が可能である。

１ ：電動昇降装置
２ ：モータ部
３ ：回転出力軸
４ ：位置検出部
５ ：重量検出部
６ ：リンクチェーン
７ａ、７ｂ ：昇降作動部
８ａ、８ｂ ：係止部材
９ ：吊下げ用フック
１０：制御部
１１ ：本体部
１２ ：リンクチェーン収納部
１３ ：スパイラルコード
２２ａ ：操作指令部
２２ｂ ：バランス釦
２２ｃ ：保持釦
２２ｄ ：上昇釦
２２ｅ ：下降釦
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ ：物品
３１ ：床
３２ ：固定構造物
３３ａ、３３ｂ ：固定構造物
３４ ：レール
３５ ：サドル
４０ ：電動昇降装置
４１ ：昇降支持部
４２ ：噛合チェーン
４３ ：車輪
４４ ：電源
４５ ：ハンドル
４６ ：リンクアーム
４７ ：天板
４８ ：支持板

Claims (5)

1. 昇降させる物品を係止する係止部材と、
   前記係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
   前記昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
   前記係止部材に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
   前記重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
   前記制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
   前記モータ部の回転位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
   を備える電動昇降装置であって、
   前記制御部は、前記モータ部の電流値を検出する電流検出部を有し、
   前記制御部は、前記操作指令部からバランス指令を受信した後、前記重量検出部からの前記重量信号を基に前記係止部材若しくは前記係止部材に係止された前記物品をバランスするように制御すると共に、前記重量検出部からの前記重量の大きさに応じて、前記係止部材に直接的若しくは間接的に加えた鉛直方向の成分を有する外力によって動く前記係止部材の速度を制御し、
   前記制御部が実行する前記速度の制御では、
   前記重量検出部からの前記重量が所定値より小さいと判断した場合には、前記外力が前記重量検出部に加わったことを検出したときに、前記モータ部に対して前記位置信号と前記電流値を用いて弱め界磁制御を実行し、
   前記重量検出部からの前記重量が前記所定値以上と判断した場合には、前記弱め界磁制御を実行せず、
   前記弱め界磁制御は、前記モータ部のモータ回転数が一定レベルになった際に、前記モータ回転数を前記一定レベルより増加させる制御である、
   ことを特徴とする電動昇降装置。
2. 前記制御部は、前記係止部材に直接的若しくは間接的に加えた鉛直下向き方向の成分を有する外力が前記重量検出部に加わったことを検出したときに、前記弱め界磁制御を実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動昇降装置。
3. 前記昇降作動部が、
   半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交互に連接され、片端が前記係止部材に連結するリンクチェーンと、
   前記モータ部の駆動により回転して、前記リンクチェーンを巻回して前記リンクチェーンの繰り出しと引込みを巻回する回転部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動昇降装置。
4. 前記昇降作動部が、
   対をなして相互に噛み合い、片端が前記係止部材に連結して鉛直上方向に剛直化する噛合チェーンと、
   前記モータ部の駆動により回転して、前記噛合チェーンと噛み合って前記噛合チェーンの繰り出し及び引込みを行う歯車と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動昇降装置。
5. 昇降させる物品を係止する係止部材と、
   前記係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
   前記昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
   前記係止部材に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
   前記重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
   前記制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
   前記モータ部の回転位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
   を備える電動昇降装置の制御方法であって、
   前記制御部は、前記モータ部の電流値を検出する電流検出部を有し、
   前記操作指令部からバランス指令を受信したことを判断するステップ（Ｓ１０４）と、
   前記バランス指令を受信した時の前記重量検出部からの前記重量を記憶するステップ（Ｓ１０５）と、
   前記重量に基づいて前記係止部材若しくは前記係止部材に係止された前記物品をバランスするように制御するステップ（Ｓ１０６）と、
   前記重量が所定値より小さいことを判断するステップ（Ｓ１０７）と、
   前記重量が前記所定値より小さいと判断した時、前記係止部材若しくは前記係止部材に係止された前記物品に鉛直方向の成分を有する外力が加わったことを判断するステップ（Ｓ１０８）と、
   前記外力が加わったと判断した時、前記モータ部に対して弱め界磁制御を実行するステップ（Ｓ１０９）と、を含み、
   前記弱め界磁制御は、前記モータ部のモータ回転数が一定レベルになった際に、前記モータ回転数を前記一定レベルより増加させる制御である、
   ことを特徴とする電動昇降装置の制御方法。
   

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