JP7253167B2 - 荷役助力装置 - Google Patents

Description

本発明は、製造分野の製造組立てや搬送などに用いる荷役助力装置であって、例えば荷役物を昇降させる際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上下移動させる荷役助力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、半完成品などの荷役物を吊下げて上下移動させる荷役装置を使用している。その荷役装置の中でも、大きな重量の荷役物に対してバランス状態を作り出し、使用者が軽い操作力で任意の高さに上下移動できるように助力を発生させる荷役助力装置が一部で使用されている。このように助力を発生させる荷役助力装置は、モータによって助力を行いバランス状態を作り出し、荷役物に小さな操作力を加えることでスムーズに移動させることができる。したがって単に上下動作を電動モータで行うものとは異なり、荷役物の荷重やこれに加わる操作力を例えば荷重検出器で検出して、回転角検出器と繋がったＡＣサーボモータ等で細かいバランス制御を行うように構成されている。

このような荷役助力装置を用いて様々な形状の荷役物を扱うことが求められている。荷役物は荷役助力装置から繰出される索体（リンクチェーンやワイヤーロープ）の端部に設けられた係止部材にて係止されるが、荷役物の形状は様々であり吊り上げた時に荷役物の重心位置により荷役物の姿勢が大きく傾く場合がある。

特開２０１８－４３８７４号公報

特許文献１では、この姿勢を矯正するため複数台の荷役助力装置を用いる技術が開示されている。しかしながら複数台の荷役助力装置を用いるとコストアップになると共に設置場所の制約も生ずる。そこで荷役物の姿勢を一定に保ちつつ昇降を行うため、荷役助力装置による昇降の軌道を規制しつつ摺動自在に案内するレールを設ける方式を発明者らは検討している。そして扱う荷役物の昇降の鉛直方向の範囲が大きく、吊るされた荷役物よりもレールが鉛直下方向に張り出して作業の邪魔をしないようにすることが作業者から求められることから、このレールは多段で重層した複数のレールが鉛直方向にて連動する多段スライドレールによって行われるものを採用している。しかしながら多段スライドレールを鉛直方向で使用すると、すべてのレールが引き出された場合といくつかのレールが収容されている場合で、荷役助力装置に加わる荷重が変わってしまうことから操作性に関して改善の余地があった。

このような問題に鑑みて、本発明は多段スライドレールによって昇降の軌道を規制して摺動自在に案内しつつ荷役物をバランスさせる荷役助力装置において、操作性の向上を目的としている。

請求項１に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、
昇降させる荷役物を係止する係止部材と、
係止部材をチェーン若しくはロープで繰出して係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
少なくとも３段以上の重層した複数のレールが鉛直方向にて連動して、係止部材の昇降の軌道を規制しつつ摺動自在に案内する多段スライドレールと、
昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
昇降作動部に加わる重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
係止部材の繰出し位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
位置検出部からの位置信号と重量検出部からの重量信号に基いて、モータ部へ指令を行う制御部と、
を有した荷役助力装置であって、
制御部は、係止部材の繰出し位置によって定めた区間に応じて、昇降作動部に加わる重量に所定値を加減してバランス制御を実行するように構成されている。

請求項２に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、
所定値が、多段スライドレールの中間段のうちの少なくとも１段分のレールの重量を含んで構成されている。

請求項３に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、
制御部は、定めた区間の境界部の近傍で、昇降作動部に加わる重量に、所定値を等分若しくは不等分した値を段階的に加算若しくは減算してバランス制御を実行するように構成されている。

本発明の荷役助力装置システムによれば、多段式の軌道レールによって昇降を規制しつつ荷役物をバランスさせる荷役助力装置システムにおいて、操作性が向上する。

本発明の実施形態に係る荷役助力装置の斜視構成図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置の側面図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置の駆動ユニットの詳細図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置による昇降動作を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置による昇降動作を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置による昇降動作を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る荷役助力装置による昇降動作を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る荷役助力装置について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の実施形態の一例である荷役助力装置の斜視構成図である。

荷役助力装置１は、主なものとして、駆動ユニット２と、係止部材１１と、多段スライドレール５（５ａ～５ｃ）と、フレーム３と、を含んで構成される。駆動ユニット２は荷役物１２の昇降を行う。係止部材１１は、駆動ユニット２から鉛直下方向へ伸びたリンクチェーン８に接続されている。多段スライドレール５は、リンクチェーン８に沿って鉛直方向に伸縮する。フレーム３は、駆動ユニット２及び多段スライドレール５を支持固定するものである。そして荷役助力装置１は、構造物として設けられた水平レール７の軌道に沿ってローラー１３によって水平方向に移動可能である。

図２は本発明の実施形態の一例である荷役助力装置の側面図である。図１及び図２は、多段スライドレール５のレールがそれぞれ繰り出された時の状態を示している。

駆動ユニット２はフレーム３によって組まれて固定された天板４に、吊下げ部材６によって吊下げられている。そしてフレーム３は駆動ユニット２の側面を囲うように設けられ、鉛直下方向に延びている。駆動ユニット２から鉛直下向きに伸びるリンクチェーン８の端部は、接続部９によって枠フレーム１０に接続されている。枠フレーム１０は矩形の中空の枠形状であって、その中心部には回転軸１０ａが回転自在に設けられている。回転軸１０ａは枠フレーム１０から鉛直下方向にその一部が突出しており、回転軸１０ａの突出した部分は係止部材１１に接続固定されている。

係止部材１１は扱う荷役物の形状に適合するものが使用される。本実施形態では例えば、荷役物１２は断面が略正方形の部分から突出した部分があって、その突出部が略直方体である。そして係止部材１１は断面が長方形のパイプ状の部材である。したがって当該突出部分が係止部材１１の内部に挿入されることで、 荷役物１２は係止部材１１によって係止することができる。さらに係止部材１１及び荷役物１２は、回転軸１０ａを中心として回転させることが可能である。

多段スライドレール５は少なくとも３段以上であって、鉛直方向に伸縮するようにフレーム３に固定されている。多段スライドレール５は、重層した複数のレールが連動するものであって、本実施形態では３段であり、垂直レール５ａと、垂直レール５ｂと、垂直レール５ｃとで構成され、さらにこれが対向して１対で設けられている。垂直レール５ａがフレーム３に固定され、２段目以降の垂直レール５ｂと垂直レール５ａとは、多段スライドレール５が縮まった時には垂直レール５ａの内部に引き込まれる。そして枠フレーム１０の側面は対をなす垂直レール５ｃによって挟み込まれるように接続固定されていて、多段スライドレール５は枠フレーム１０及び係止部材１１の昇降の軌道を規制すると共に摺動自在に案内する。

図３は本発明の実施形態の荷役助力装置１の駆動ユニット２のカバー等の一部を省略した詳細図である。

駆動ユニット２はカバーを備えていて、その内部には制御部２３、モータ部２０、昇降作動部２５及び重量検出部２２等が収納されている。

制御部２３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、リンクチェーン８を介して係止部材１１の昇降の制御等を行う。

係止部材１１及び荷役物１２を昇降させるための駆動源であるモータの負荷側には減速機が取り付けられて、モータと合わせてモータ部２０を構成している。この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。波動歯車減速機は外周が楕円状のウエーブジェネレータと、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フレクスプラインと、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たサーキュラスプラインとからなる。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出力軸２４に取り出されて伝達するようになっている。この装置の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上下移動を行う時に、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。

出力軸２４は減速機にて回転速度を減速されて増大させた動力を出力する回転軸であり、昇降作動部２５に連結され、昇降作動部２５を連続的に正逆に回転させるものである。

リンクチェーン８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って、一端は接続部９によって枠フレーム１０に繋がっている。そしてリンクチェーン８の他端（無負荷側）はチェーン収納部３１に収納されている。

昇降作動部２５は、駆動源のモータ部２０からの動力の伝達によって回転する回転部材を含んで構成される。本実施形態では昇降作動部２５の回転部材は中空円柱の形状であって、出力軸２４と繋がっていて、リンクチェーン８を巻回し、リンクチェーン８の巻き上げ及び繰出しを行う。リンクチェーン８が巻回される位置は、おおよそ吊下げ部材６の鉛直下付近であって、駆動ユニット２の重心位置に近いところに設けられる。リンクチェーン８は昇降作動部２５の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。なお本実施形態では昇降作動部２５に巻回されるものにリンクチェーン８を用いたが、これに限らずワイヤーロープであっても良い。ワイヤーロープを使用した時は、昇降作動部２５はドラム形状でワイヤーロープはその一端がドラムに固定されて胴部に巻回される。

モータ部２０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２１がモータ部２０に連結されている。位置検出部２１はいわゆるアブソリュート型ロータリー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。したがってこの位置検出部２１は、係止部材１１の繰出し位置すなわち昇降位置を検出することができる。

重量検出部２２は昇降作動部２５に巻きつけられているリンクチェーン８から伝達される力を反力として検出できるように弾性変形する起歪体と起歪体に貼られた歪みゲージを備えている。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、重量検出部２２は昇降作動部２５に加わる重量値を検出して重量信号を出力する。

そして制御部２３が例えば駆動ユニット２内の昇降作動部２５の近傍に配置されている。制御部２３は、位置検出部２１からの位置値及び重量検出部２２からの重量値を基に、モータ部２０を制御する。制御部２３及びこれに関連した電源などの電装部は、駆動ユニット２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内に配置されている。

本実施形態では、位置検出部２１はモータ部２０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出力軸２４や昇降作動部２５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。

また重量検出部２２は昇降作動部２５に加わる重量を検出できれば良く、減速機と昇降作動部２５との間に設けた回転軸の捻れからトルクを検出するような回転型の構造や、モータ部２０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。さらに歪みゲージ式に限らず静電容量式等であっても良い。

操作装置２６は、駆動ユニット２を遠隔にて操作するための装置であって、本実施形態では電波によって制御部２３内の送受信回路と通信している。操作装置２６は、電池によって駆動される。操作装置２６は、操作手段として例えばバランス釦２７、保持釦２８、上昇釦２９、下降釦３０を有している。

次いで操作装置２６に設けられている操作手段である各操作釦の役割について説明する。各操作釦は例えばモーメンタリスイッチである。作業者がバランス釦２７を押すと、制御部２３はこれを受けて駆動ユニット２をバランスモードへの移行を開始する。制御部２３は、重量検出部２２が昇降作動部２５に加わる重量を検出して出力した重量値を基に演算を行って、昇降作動部２５に加わる重量をキャンセルしてバランス状態となるようにモータ部２０を制御する。したがって作業者がバランス釦２７を押して制御部２３が受信して上記演算を実行した直後から駆動ユニット２はバランスモードとなる。一方で、作業者が保持釦２８を押すと、制御部２３はこれを受けて演算を行って、昇降作動部２５を現在位置にて保持すなわち係止部材１１及び荷役物１２の昇降位置を一定に保つようにモータ部２０を制御する。したがってこの時から駆動ユニット２は保持モードとなる。

また上記のバランスモード、保持モードいずれの状態においても、作業者は上昇釦２９若しくは下降釦３０を押すことで、昇降作動部２５を強制的に作動させて、係止部材１１及び荷役物１２を上昇若しくは下降させることができる。

図４から図７は本発明の実施形態に係る荷役助力装置１の昇降動作を示す模式図である。図４は係止部材１１が駆動ユニット２から鉛直距離Ｌ４の位置Ｐ４にある場合を示している。係止部材１１が位置Ｐ４にある場合には、例えば多段スライドレール５はすべて繰り出された状態で、垂直レール５ｂと垂直レール５ｃとが鉛直下方向に露出し、例えばこれより鉛直下方向には係止部材１１が下降できない位置である。この状態で作業者は荷役助力装置１を水平レール７に沿って方向Ａへ動かすことができる。そして作業者は駆動ユニット２をバランス釦２７を押してバランスモードにすることで、制御部２３は重量検出部２２にこの時に加わる重量を記憶して、これを基にバランス制御を開始する。したがって作業者は係止部材１１を掴んで昇降自在に動かすことができる。そして荷役物１２は床に接して置かれていて、未だ荷役物１２は係止部材１１に係止されていない状態である。

図５は作業者は荷役助力装置１を水平レール７に沿って方向Ａへ動かして、荷役物１２を係止部材１１に係止させて、上昇釦２９を押し続けて、荷役物１２を床面から離れて浮かせた時の状態である。荷役物１２が床面から離れた位置Ｐ３で、作業者がバランス釦２７を押すと制御部２３はこの時、重量検出部２２が検出した重量を記憶する。そして荷役物１２が係止部材１１に係止された状態でバランス制御を開始する。位置Ｐ３は係止部材１１が駆動ユニット２から鉛直方向に距離Ｌ３にあって、Ｌ３＜Ｌ４の関係である。

図５にて、作業者はバランス釦２７を押した後、制御部２３は常にバランス制御を実行していることから、荷役物１２又は係止部材１１に触れて荷役物１２又は係止部材１１をバランス状態を保ちつつ上昇させることができる。係止部材１１は位置Ｐ２の高さまで到達することができる（図６）。すると、垂直レール５ｃは垂直レール５ｂ内に入って行き、やがて垂直レール５ｃは垂直レール５ｂの上端部に設けられたストッパー５ｄに当接する（位置Ｐ２）。もし作業者が引き続き荷役物１２又は係止部材１１に触れて上昇させようとすると、垂直レール５ｃによって垂直レール５ｂを持ち上げようとする力を抵抗力として作業者は感じることになる。制御部２３は先にバランス釦２７の指令によって登録した重量を基にバランス制御を行っているので、この垂直レール５ｂを持ち上げる力は昇降作動部２５からは発生しない。制御部２３は係止部材１１がこの位置Ｐ２よりも鉛直上方向の位置にある時は、先に記憶した重量に垂直レール５ｂの重量を加算して新重量としてこれを記憶し、この新重量を基にバランス制御を実行する。

作業者が引き続き荷役物１２又は係止部材１１に触れて上昇させると、垂直レール５ｃは垂直レール５ｂを持ち上げつつ垂直レール５ｂに取り込まれて行く。やがて係止部材１１は図７に示す位置Ｐ１まで到達することができる。位置Ｐ１は駆動ユニット２から距離Ｌ３だけ鉛直下方向に位置していて、係止部材１１の可動範囲の上端である。

ゆえに、作業者が位置Ｐ３でバランス釦２７を押してその時の重量を記憶してバランスモードを開始させた時には、係止部材１１の鉛直方向の位置が区間Ｓ２において、記憶した当該重量を基に制御部２３はバランス制御を実行する。そして係止部材１１の鉛直方向の位置が区間Ｓ１において、記憶した当該重量に予め記憶してある所定値（垂直レール５ｂの重量）を加算して新重量として記憶し、当該新重量を基に制御部２３はバランス制御を実行する。なお所定値は多段レールの中間段のうちの少なくとも１段分のレールの重量、すなわち垂直レール５ｂの重量である。さらに所定値に垂直レール５ｂの摺動抵抗等によって発生する力等を加えても良い。

なお本実施形態の多段スライドレール５が対で使用されている場合、それぞれの垂直レール５ｃがストッパー５ｄに当接開始する位置、すなわち位置Ｐ２に差が生じる場合がある。したがって制御部２３は、係止部材１１が上昇して、区間Ｓ２と区間Ｓ１との境界部である位置Ｐ２の近傍で（区間Ｓ２側から所定の距離近づいた時点で）、所定値を等分若しくは不等分した値を、その時点で記憶されている重量値に加算しバランス制御をその都度実行する。そして係止部材１１が位置Ｐ２に近づくにつれて段階的に加算値を増加させて、係止部材１１が区間Ｓ１に入った際にはすべてを加算し終えてバランス制御を実行しても良い。所定値を等分して加算した場合は、直線状に変化し、不等分して加算した場合は例えば２次曲線状に変化することになる。これは荷役作業の内容や荷役物によって作業者及び管理者等が選択できるようにしても良い。

さらにこの段階的に加算を開始する所定の距離は、再設定が可能な固定値であっても良いし、係止部材１１の移動速度によって可変としても良い。制御部２３は位置検出部２１から得た位置信号を微分して速度を算出して、これを基に段階的に加算を開始する所定の距離を設定することができる。係止部材１１の移動速度が比較的速い場合は、段階的に加算を開始する所定の距離を大きくすることで滑らかな操作感を得ることができる。

なお係止部材１１の鉛直方向の位置が区間Ｓ１内において作業者によってバランス釦２７が押された場合には、制御部２３が記憶した重量値が垂直レール５ｂの重量を含んでいる。よってその後、作業者が係止部材１１を位置Ｐ２を超えて下方に降下させ、区間Ｓ２に入った時は垂直レール５ｂの重量値を減算してバランス制御を行うことになる。

本発明の実施形態では垂直レールは３段であるがこれに限らず、少なくとも３段以上のものであれば本発明は適用可能である。例えば垂直レールが４段の時は、バランス制御を切り替える位置が２つになり、中間段のうちの２段分の垂直レールの重量を加算する区間、中間段の下側１段分の垂直レールの重量を加算する区間、加算なしの区間というように、制御部は３つの異なる重量を対象として３区間で連続的にバランス制御を行うことができる。

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。

本発明の活用例として、荷役物の移動を助力して行う荷役助力装置への適用が可能である。

１ ：荷役助力装置
２ ：駆動ユニット
３ ：フレーム
４ ：天板
５ ：多段スライドレール
５ａ ：垂直レール
５ｂ ：垂直レール
５ｃ ：垂直レール
５ｄ ：ストッパー
６ ：吊下げ部材
７ ：水平レール
８ ：リンクチェーン
９ ：接続部
１０ ：枠フレーム
１０ａ ：回転軸
１１ ：係止部材
１２ ：荷役物
１３ ：ローラー
２０ ：モータ部
２１ ：位置検出部
２２ ：重量検出部
２３ ：制御部
２４ ：出力軸
２５ ：昇降作動部
２６ ：操作装置
２７ ：バランス釦
２８ ：保持釦
２９ ：上昇釦
３０ ：下降釦
３１ ：チェーン収納部

Claims (3)

1. 昇降させる荷役物を係止する係止部材と、
   前記係止部材をチェーン若しくはロープで繰出して前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
   少なくとも３段以上の重層した複数のレールが鉛直方向にて連動して、前記係止部材の昇降の軌道を規制しつつ摺動自在に案内する多段スライドレールと、
   前記昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
   前記昇降作動部に加わる重量を検出して重量信号を出力する重量検出部と、
   前記係止部材の繰出し位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
   前記位置検出部からの前記位置信号と前記重量検出部からの前記重量信号に基いて、前記モータ部へ指令を行う制御部と、
   を有した荷役助力装置であって、
   前記制御部は、前記係止部材の前記繰出し位置によって定めた区間に応じて、前記昇降作動部に加わる重量に所定値を加減してバランス制御を実行することを特徴とする荷役助力装置。
2. 前記所定値が、前記多段スライドレールの中間段のうちの少なくとも１段分の前記レールの重量を含むことを特徴とする請求項１に記載の荷役助力装置。
3. 前記制御部は、前記定めた区間の境界部の近傍で、前記昇降作動部に加わる重量に、前記所定値を等分若しくは不等分した値を段階的に加算若しくは減算してバランス制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の荷役助力装置。

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