JP7334919B2

JP7334919B2 - 電動昇降装置

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Publication number: JP7334919B2
Application number: JP2022165965A
Authority: JP
Inventors: 雄山本
Original assignee: ユニパルス株式会社
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: JP2022179777A

Description

本発明は、製造分野の製造組立てや搬送などに用いる電動昇降装置であって、例えば物品を昇降させる際にモータによるアシストで重量のバランスを行い、僅かな操作力で上下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吊下げて上下移動させる電動昇降装置を使用している。その電動昇降装置の中でも、大きな重量の物品に対してバランス状態を作り出し、作業者が小さな操作力（外力）で任意の高さに上下移動できるようにアシスト力を発生させるバランス型の電動昇降装置が一部で使用されている。このようにアシスト力を発生させるバランス型の電動昇降装置は、モータ部によってバランス状態を作り出し、作業者が物品に小さな操作力を加えると物品は上下移動して、操作力を止めるとその位置付近で停止する。（特許文献１、特許文献２）

特開２０１８―００２３６１号公報特開２０１８―０７０３６１号公報

しかしながら、物品がバランス状態にある時、作業者が外力すなわち操作力を物品に加えて加速させようとすると慣性による荷重が逆方向に加わって減速させてしまう現象が起こっていた。したがって作業者はそれに抗うためにより強い力を加える必要があった。この現象は対象とする物品の重量が例えば数十Ｋｇ以上の比較的大きな重量物を扱う作業ではより顕著に起こり、重い物品を扱う電動昇降装置の操作性において改善する余地があった。

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において操作性の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、
物品を係止して昇降させる昇降作動部と、
昇降作動部へ動力を供給するモータ部と、
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、
昇降作動部の位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
モータ部の制御を行う制御部と、
制御部へ操作の指令を行う操作指令部と、
を備えて係止した物品をバランス状態にて昇降自在にする電動昇降装置であって、
制御部は、
登録物品重量を操作指令部からの登録指令にて記憶部に記憶し、
係止した物品がバランス状態にある時、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と、記憶部からの登録物品重量と、を用いて昇降作動部に加わる外力推定値を算出し、
物品を上昇させる場合には物品を下降させる場合と比較して、作業者が受ける抵抗が小さくなるように外力推定値を減少させて、これを基に前記モータ部へ加速度による指令を行う。

本発明の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
物品を係止して昇降させる昇降作動部と、
昇降作動部へ動力を供給するモータ部と、
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、
昇降作動部の位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
モータ部の制御を行う制御部と、
制御部へ操作の指令を行う操作指令部と、
を備えて係止した物品をバランス状態にて昇降自在にする電動昇降装置であって、
制御部は、
登録物品重量を操作指令部からの登録指令にて記憶部に記憶し、
係止した物品がバランス状態にある時、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と、記憶部からの登録物品重量と、を用いて昇降作動部に加わる外力推定値を算出し、
物品の重量が所定の値よりも大きい場合には、物品の重量が比較的小さい場合よりも作業者が受ける抵抗が小さくなるように外力推定値を減少させて、これを基に前記モータ部へ加速度による指令を行う。

さらに、
制御部は、位置信号を微分して加速度信号を得る２つの微分器と、加速度信号と記憶部に記憶されている登録物品重量から慣性重量を演算する演算器と、重量検出部から受信した重量信号から慣性重量を減算して外力推定値を得る減算器と、を有している。

さらに、
制御部は、外力推定値に０より大きく１より小さな加速度変換係数を乗算し、これを基にモータ部へ加速度による指令を行う乗算器を有している。

さらに、
制御部は、加速度変換係数を、位置信号から演算して得た昇降作動部の作動方向及び記憶部に記憶された登録物品重量の少なくとも１つに応じて、異なる値に切換える切換設定部を有している。

また、
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、一方の端が物品を係止する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、
昇降作動部が、
対をなして相互に噛み合い、一方の端が物品を係止する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によれば、バランス状態にある比較的重い物品の昇降作業の操作性を改善することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置全体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本体部の一部を省略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を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置のバランスモードでの動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置のバランスモードでの動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置のバランスモードでの動作を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置のバランスモードでの動作を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置全体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を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置のバランスモードでの動作を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示す模式図である。本発明の第１及び第２の実施形態に係る電動昇降装置の制御に関するブロック図である。本発明の第１及び第２の実施形態に係る電動昇降装置の制御の各モードを示す図である。

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、モータ部２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及びモータ部２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の一方の端に繋がって対象の物品３０ａを吊下げ係止する。リンクチェーン収納部１２は巻上げられたリンクチェーン６の他方の端側、すなわち物品３０ａが係止されない側の一部を収納する。

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及びモータ部２の一部の内部構造を示したものであって、図１のカバー等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バランスさせる時に、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、物品を吊下げた時に電動昇降装置１が大きく傾くことがない位置に設けられる。

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。その時には昇降作動部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を吊下げた構造を有している。重量検出部５は、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軸型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。

そして制御部１０が本体部１１内に配置されている。制御部１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、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からの重量信号等を基に、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、さらに位置検出部４、重量検出部５及び各回路へ電源を供給する電源回路や、モータ部２を駆動する駆動回路を含んでいる。

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の重量をモータ部２のアシスト駆動によってキャンセルして、物品３０ａをバランス状態にすることを指令するためのものである。なおバランス釦２２ｂは係止部材８ａに係止された対象の物品の重量を登録する登録指令釦としての役割も有している。保持釦２２ｃは、現在の係止部材８ａの位置を保持することを指令するためのものである。すなわち制御部１０は、昇降作動部７ａの昇降位置を保持する保持モードと、係止部材８ａ及びこれに係止された物品３０ａをバランス状態にするバランスモードと、を操作指令部２２ａの保持釦２２ｃ及びバランス釦２２ｂの指令によって切換え可能である。上昇釦２２ｄは、一時的に保持状態若しくはバランス状態を解除して、モータ部２を直接的に所定の速度で駆動して係止部材８ａを上昇させる。下降釦２２ｅは、一時的に保持状態若しくはバランス状態を解除して、モータ部２を直接的に所定の速度で駆動して係止部材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との接続を赤外線や電波等を用いた無線方式で行い、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。

図３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を示す模式図である。図３から図７は床３１に置かれた物品３０ａを持ち上げて、床３１からの高さｈ１の固定構造物３２へ移動させる際の経過状態を示している。

図３において、電動昇降装置１は保持モード若しくはバランスモードのいずれかにある。作業者は、係止部材８ａを床３１に置かれた物品３０ａに係止するため、係止部材８ａを下降させる必要がある。係止部材８ａを下降させる方法には２つの方法がある。第１の方法は、作業者は電動昇降装置１を保持モード若しくはバランスモードにしておき、係止部材８ａが所望の位置に到達するまで下降釦２２ｅを押し続ける。第２の方法は、作業者は保持モード中に係止部材８ａに何も係止させない状態でバランス釦２２ｂを押してバランスモードにする。するとその時に重量検出部５が検出した重量で電動昇降装置１はバランス状態となる。係止部材８ａはバランス状態であるので、作業者は自在に係止部材８ａを僅かな操作力で上下移動することができる。したがって作業者は係止部材８ａを掴んで係止部材８ａが所望の位置に到達するまで引き下げる。

図４に示すように、作業者が上述のいずれかの方法で、係止部材８ａを物品３０ａに係止させる位置まで下降させて、係止部材８ａを物品３０ａに係止させたところで上昇釦２２ｄを押すと、係止部材８ａは上昇を始める。作業者は、図５に示すように、物品３０ａが床３１から完全に離れる位置ｈ２に到達するまで、上昇釦２２ｄを押し続ける。物品３０ａが床３１から完全に離れる位置ｈ２に到達した後、作業者がバランス釦２２ｂ（登録指令釦）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、すなわち物品３０ａの重量を登録物品重量として記憶部５３ａにて記憶し、これを基にしてバランス制御を開始する。なお登録物品重量は、物品３０ａの重量が既知である場合、操作指令部２２ａに設けた図示しない釦、制御部１０と有線や無線で接続されたコンピュータなどによって記憶部５３ａにて登録済みのものを指定するものであっても良い。

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。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を駆動する制御を行う。制御部１０は、バランスモードでは常に重量検出部５からの重量信号を受信して、モータ部２によって昇降作動部７ａにて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。したがって図６に示すように、作業者が物品３０ａに鉛直上向きの比較的小さな外力すなわち操作力を加えると、物品３０ａは上昇して、例えば図７の位置ｈ３へ物品３０ａを持ち上げることができる。一方、作業者が物品３０ａに鉛直下向きの比較的小さな外力すなわち操作力を加えると、物品３０ａは下降する。ゆえに物品３０ａはバランスモードにて昇降自在の状態となっている。

本発明の目的は作業者がこの外力を物品３０ａへ加えた際に、物品３０ａから受ける反力を作業者が感じるため、特に重量物における操作性に改善の余地がある。この改善についての詳細は後述する。

その後に作業者は、電動昇降装置１をレール３４に沿って、吊下げ用フック９を係止したブロック３５を水平移動させ、固定構造物３２の所定位置の上方へ移動させる。なおブロック３５はレール３４に沿って水平移動が可能な部材である。そして作業者は下降釦２２ｅを押し続けると、物品３０ａが下降して固定構造物３２に着地し、係止部材８ａがさらに下降し、やがて係止部材８ａが物品３０ａから取り外し可能となって、物品３０ａの移動が完了する。そして作業者が下降釦２２ｅの押すのを止めると、制御部１０は保持モードに切換えて次の指令を待つ。

図８から図１１は固定構造物３２に置かれた物品３０ａを持ち上げて床３１へ移動させる際の経過を示している。図８における電動昇降装置１は、作業者が上述の第１の方法若しくは第２の方法にて係止部材８ａを物品３０ａに係止できる位置まで到達させたものである。

次いで作業者は保持モードにて上昇釦２２ｄを押して、図９に示すように物品３０ａが固定構造物３２から離れる位置ｈ４まで上昇させて、保持モードを保つ。次いで作業者はブロック３５を水平移動させて、電動昇降装置１を物品３０ａの移動先の床３１の鉛直上に水平移動させる。

そして作業者は、バランス釦２２ｂ（登録指令釦）を押す。すると図１０に示すように、制御部１０はその時の昇降作動部７ａに加わる重量、すなわち物品３０ａの重量を登録してバランスモードを開始する。そこで作業者が物品３０ａに鉛直下向きの比較的小さな外力すなわち操作力を加えると、物品３０ａは下昇して、例えば図１１に示す位置ｈ５へ物品３０ａを下げることができる。そして作業者は下降釦２２ｅを押し続けると、物品３０ａが下降して床３１に着地し、係止部材８ａがさらに下降し、やがて係止部材８ａが物品３０ａから取り外し可能となって、物品３０ａの移動が完了する。もちろん位置ｈ５は限りなくゼロに近い位置まで物品３０ａを下げることができるが、バランス状態で位置ｈ５は負の値にはできないため、作業者は着地の安全が確認できたところで下降釦２２ｅを押して係止部材８ａを強制的に下げ、下降釦２２ｅを押すのを止めると、制御部１０は保持モードに切換えて次の指令を待つ。

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は対象の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の昇降の姿勢を案内矯正する。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に接続されている駆動源によって駆動され、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方の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のもう一方の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軸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、減速機は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。

モータの回転角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の昇降姿勢を案内及び矯正保持している。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を含んでいて、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るように配置されている。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。また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を駆動する回路を含み、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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、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、さらに位置検出部４、重量検出部５及び各回路へ電源を供給する電源回路や、モータ部２を駆動する駆動回路を含んでいる。

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やモータ部２等へ電源供給を行う。

操作指令部２２ａは例えばハンドル４５に取り付けられ、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、作業者が物品を係止部材８ｂに載せ置いて操作指令部２２ａに配置されたバランス釦２２ｂ（登録指令釦）を押すと、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に置かれた物品のバランス状態を保つ。その後作業者は係止部材８ｂ若しくは物品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、物品を上下方向に昇降移動させることができる。そして作業者がこの外力を止めると、係止部材８ｂはその位置近傍でバランス状態となる。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及び載置された物品をバランス状態に保つ。

図１４から図１８は、床３１から高さｈ６の固定構造物３３ａに置かれた物品３０ｂを持ち上げて他の場所の床３１から高さｈ１０の固定構造物３３ｂへ移動させる際の経過を示している。

固定構造物３３ａは床３１上に電動昇降装置４０が挿入可能に離間して設置された台状のものである。そして対象とする物品３０ｂは固定構造物３３ａに載置されている。

作業者は固定構造物３３ａの高さよりも少し低い位置ｈ７以下へ操作指令部２２ａの各釦を操作して係止部材８ｂを昇降させ、物品３０ｂの鉛直下側で、固定構造物３３ａに挟まれた空間に電動昇降装置４０を移動させ保持釦２２ｃを押して保持モードにしておく（図１４）。

次いで作業者は操作指令部２２ａの上昇釦２２ｄを押して、物品３０ｂが固定構造物３３ａから離れる位置ｈ８まで係止部材８ｂを上昇させる（図１５）。物品３０ｂが固定構造物３３ａから離れる位置ｈ８まで係止部材８ｂが上がったら、作業者はバランス釦２２ｂ（登録指令釦）を押す。すると電動昇降装置４０は、この時に係止部材８ｂに加わる荷重を基にしてバランスを保つバランスモードへ移行する。

図１６はバランスモード中の電動昇降装置４０を示していて、作業者が物品３０ｂ若しくは係止部材８ｂに手を添えて鉛直上方向に持ち上げるように外力を加えると、物品３０ｂは鉛直上向きに移動し、外力の印加が終わるとその近傍で停止する。作業者は固定構造物３３ａに対して物品３０ｂが充分離れた位置となるように持ち上げて、電動昇降装置４０を固定構造物３３ａから離間させて、さらに物品３０ｂを別の場所へ移動させる際の搬送に適した高さに移動させる。

その後作業者は保持釦２２ｃを押して保持モードに切換えて物品３０ｂの高さを保持させ、電動昇降装置４０を操舵して、移動先の固定構造物３３ｂの近傍まで移動する。そして作業者はバランス釦２２ｂを押してバランスモードに切換え、外力を加えて固定構造物３３ｂの高さｈ１０よりも若干高い位置ｈ１１になるように物品３０ｂの高さを調整する。そして図１７に示すように、作業者は電動昇降装置４０を固定構造物３３ｂの間に挿入する。

次いで作業者は下降釦２２ｅを押して係止部材８ｂを下降させ、物品３０ｂを固定構造物３３ｂに着地させ（図１８）、さらに下降釦２２ｅを押して電動昇降装置４０を固定構造物３３ｂ間から抜け出すことができる高さまで係止部材８ｂを下降させることで作業は完了となる。

図１９は本発明の第１及び第２の実施形態における制御部１０とその周辺の接続を示したブロック図である。図１９は電動昇降装置の制御構成とこれと接続されているモータ部２、位置検出部４及び重量検出部５との関係を模式的に示している。なお制御部１０は、ＬＳＩなどを用いたハードウェアによって実現してもよく、コンピュータープログラムを用いたソフトウェアによって実現してもよい。

制御部１０は、位置検出部４から出力された位置信号θと、重量検出部５から出力された重量信号Ｆ_Ｌを入力として、モータ部２へのモータ加速度指令信号Ｆａを出力としている。

位置検出部４から出力された位置信号θは、微分器５０ａにて微分されて速度信号に変換される。そして速度信号はさらに微分器５０ｂにて微分されて加速度信号に変換される。さらに加速度信号はローパスフィルタ５１にて微分器５０ａ及び微分器５０ｂにて発生するノイズ等を除去する。ローパスフィルタ５１は、作業者が加えた操作力に応じて発生する荷重の変化を分別できれば良いので、通過させる周波数帯域は数Ｈｚ程度でのフィルタである。ローパスフィルタ５１でノイズを除去した加速度信号は演算器５２に入力される。

一方で、重量検出部５から出力された重量信号のうち、電動昇降装置４０が保持モードにあって、バランス釦２２ｂ（登録指令釦）が作業者によって押された直後に得たものを基に登録物品重量を算出し、この登録物品重量は記憶部５３ａに記憶される。そして演算器５２は、加速度信号と記憶部５３ａに記憶されている登録物品重量を参照して慣性重量Ｆｊを算出して出力する。

重量検出部５は一定の周期で昇降作動部７ａ若しくは７ｂに加わる重量を重量信号Ｆ_Ｌにて出力している。

減算器５５は重量信号Ｆ_Ｌから慣性重量Ｆｊを減算して、結果を外力推定値Ｆｃとして出力する。

乗算器５６は外力推定値Ｆｃを入力として、切換設定部５４にて定められた加速度変換係数ｋをこれに乗算し、モータ加速度指令信号Ｆａとしてモータ部２へ出力する。

切換設定部５４は、記憶部５３ａにて記憶されている登録物品重量ｍと、位置検出部４から出力された位置信号θを基に加速度変換係数ｋを決定して乗算器５６へ送信する。切換設定部５４は、切換え時に使用する加速度変換係数ｋを記憶部５３ｂに記憶させ、必要に応じて取り出して使用する。

ここで加速度変換係数ｋは０より大きく１より小さい係数である。したがって作業者は、加速度変換係数ｋが大きい場合は慣性力による影響が小さく、加速度変換係数ｋが小さい場合は慣性力による影響が大きく感じられることになる。加速度変換係数ｋの決定は、例えば対象の物品の重量が大きい場合に慣性力による影響を小さく、対象の物品の重量が小さい場合に慣性力による影響を大きくする。したがって作業者は比較的重量が大きい物品を扱う場合には抵抗感を小さめにし、比較的重量が小さい物品を扱う場合には抵抗感を少し大きめに設定することで快適な操作が可能となる。

さらに切換設定部５４は、昇降作動部７ａ、７ｂの作動方向すなわち対象とする物品の上昇及び下降によっても加速度変換係数ｋを変更する。例えば対象とする物品を上昇させる時は慣性力による影響を小さく、下降させる時は慣性力による影響を大きくすることができる。したがって作業者は、例えば物品を上昇させる場合には抵抗感を小さく、物品を下降させる場合には抵抗感を少し多く設定することで快適な操作が可能となる。加速度変換係数ｋの設定は、重量と移動方向のマトリックス表を作成して行っても良い。

図２０は本発明の第１及び第２の実施形態における電動昇降装置の動作モードについて示す図である。電動昇降装置は操作指令部２２ａからの指令に基づき制御部１０によって保持モード又はバランスモードを選択的に切換え可能である。電動昇降装置が保持モードにある時は、制御部１０は昇降作動部７ａ、７ｂをその位置で保持するように、すなわち速度がゼロとなるように制御する。そして電動昇降装置が保持モードにあってバランス釦２２ｂが作業者によって押されたことを制御部１０が検出すると、その時の重量検出部５からの重量信号を記憶部５３ａに記憶させて、バランスモードに移行する。電動昇降装置がバランスモードにある時は、制御部１０は昇降作動部７ａ、７ｂに加わる力をキャンセルするように制御する。そして電動昇降装置がバランスモードにあって保持釦２２ｃが作業者によって押されたことを制御部１０が検出すると、保持モードに移行する。なお制御部１０は、係止部材８ａ、８ｂに物品が係止されているか否やに関係なく、保持モードとバランスモードが実施される。そして保持モード及びバランスモードのいずれの状態においても、作業者が上昇釦２２ｄ若しくは下降釦２２ｅを押すと、モータ部２によって係止部材８ａ、８ｂの昇降が行われる。

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、物品の移動をアシストして行う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（登録指令釦）
２２ｃ：保持釦
２２ｄ：上昇釦
２２ｅ：下降釦
３０ａ、３０ｂ：物品
３１：床
３２：固定構造物
３３ａ、３３ｂ：固定構造物
３４：レール
３５：ブロック
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
５０ａ、５０ｂ：微分器
５１：ローパスフィルタ
５２：演算器
５３ａ、５３ｂ：記憶部
５４：切換設定部
５５：減算器
５６：乗算器

Claims

物品を係止して昇降させる昇降作動部と、
前記昇降作動部へ動力を供給するモータ部と、
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、
前記昇降作動部の位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
前記モータ部の制御を行う制御部と、
前記制御部へ操作の指令を行う操作指令部と、
を備えて係止した前記物品をバランス状態にて昇降自在にする電動昇降装置であって、
前記制御部は、
登録物品重量を前記操作指令部からの登録指令にて記憶部に記憶し、
係止した前記物品がバランス状態にある時、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と、前記記憶部からの前記登録物品重量と、を用いて前記昇降作動部に加わる外力推定値を算出し、
前記物品を上昇させる場合には前記物品を下降させる場合と比較して、作業者が受ける抵抗が小さくなるように前記外力推定値を減少させて、これを基に前記モータ部へ加速度による指令を行うことを特徴とする電動昇降装置。
物品を係止して昇降させる昇降作動部と、
前記昇降作動部へ動力を供給するモータ部と、
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、
前記昇降作動部の位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
前記モータ部の制御を行う制御部と、
前記制御部へ操作の指令を行う操作指令部と、
を備えて係止した前記物品をバランス状態にて昇降自在にする電動昇降装置であって、
前記制御部は、
登録物品重量を前記操作指令部からの登録指令にて記憶部に記憶し、
係止した前記物品がバランス状態にある時、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と、前記記憶部からの前記登録物品重量と、を用いて前記昇降作動部に加わる外力推定値を算出し、
前記登録物品重量が所定の値よりも大きい場合には、前記登録物品重量が小さい場合よりも作業者が受ける抵抗が小さくなるように前記外力推定値を減少させて、これを基に前記モータ部へ加速度による指令を行うことを特徴とする電動昇降装置。