JPH01133900A - 平衡荷役装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、任意の重量のワークに対してその重量に見あ
った力をアクチエータが発生することによって平衡状態
を実現し、人がワークに直接手を触れ、軽い力で昇降す
ることができるようにした平衡荷役装置の制御方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

この種の平衡荷役装置の制御方法としては、本出願人が
昭和６２年２月１０日付で出願したもの（特願昭８２−
２８７９２号）、及び昭和６２年６月１８日付で出願し
たもの（特願昭８２−１５２２４４号）がある。

上記従来の技術の前者（特願昭６２−２８７９２号）の
ものは、ワーク重量を記憶するためのレバーモードと、
平衡状態を実現するためのバランスモードの２つのモー
ドであり、レバー操作を止めると直ちにバランスモード
に移動するような方法となっていた。

また後者（特願昭８２−１５２２４４号）のものは、平
衡状態で停止させたときのワーク重量を記憶するために
、レバー操作後のある一定時間の荷重検出器の信号を平
均するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の技術のうちの前者にあっては、バランスモー
ドにおいては、ワークの重量記憶値Ｗｏが正確でないと
ワークから手を離しても静止しない。また、従来の技術
の後者に示すようにワーク重量を正確に記憶させるため
にはレバー操作後ある一定時間の検出器の信号を平均し
なければならないため、この間はしっかりとワークを静
止する必要があり、操作速度性に問題があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、レバーモードからバランスモードに移行する間に位置
モードを設け、この位置モードにてワークの重量を記憶
し、次に作業者が操作力を加えるまではこの位置モード
を保持してワークを静止させ、ワークの重量記憶値に多
少の誤差があっても手を離したときに速やかにワークを
静止させることができるようにした平衡荷役装置の制御
方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明に係る
平衡荷役装置の制御方法は、ワークを昇降するワーク昇
降手段と、このワーク昇降手段を駆動する駆動手段と、
ワークに作用する荷重を検出する荷重検出手段と、ワー
ク昇降手段の速度を検出する速度検出手段と、ワーク昇
降手段の位置を検出する位置検出手段と、オペレータが
速度指令を入力する速度指令手段と、ワークの重量を記
憶する重量記憶手段を有する平衡荷役装置において、速
度指令手段からの速度指令信号を目標値とし、ワーク昇
降速度を負帰還するレバーモードと、上記速度指令信号
が微小になった瞬間のワーク昇降手段の位置を目標値と
してこの位置及び速度を負帰還する位置モードと、ワー
ク荷重を目標値とし、荷重検出手段からの荷重検出信号
を負帰還し、速度検出信号を正帰還するバランスモード
の３モードにて制御する。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の基本的原理を説明するものであり、図
中１はモータ２にて回転駆動されるドラム、３はモータ
２の回転位置を検出する位置検出器、４はモータ２の回
転速度を検出する速度検出器である。一方５はロープ６
を介して上記ドラム１に巻上げらえるワークである。そ
してこのワーク５を吊るロープ６には荷重検出器７と速
度指令器８とが介装しである。９は速度指令器８の操作
レバーである。

速度指令器８は操作レバー９の操作量に応じた速度指令
信号Ｒを出力するようになっており、また荷重検出器７
はワーク５に作用する荷重（力）を検出してその信号Ｆ
Ｌを出力するようになっている。さらに上記位置検出器
３はモータ２の回転位置信号Ｘを、速度検出器４は速度
信号Ｖをそれぞれ出力するようになっている。

１１はモータ２を駆動するドライブ回路であり、このド
ライブ回路１１は指令値Ｖｆとモータ２の速度信号Ｖと
の偏差をとる加算器１２と、駆動回路１３とで構成され
、上記偏差Ｖｆ−ｖに従ってモータ２を駆動するように
なっている。

１４はモータ加速度フィードバック回路であり、この回
路１４はモータ２の速度検出器４から出力される速度信
号Ｖを微分してモータ２の加速度信号※を求める微分器
１５と、加算点１６を有し、加算点１６において上記加
速度信号Ｖと後述する演算回路１７とからの速度指令値
ｖＭをフィードバックして指令値Ｖｆを出力するように
なっている。

１７は上記速度指令値ｖＭを出力する演算回路であり、
この演算回路１７にレバーモード演算部１８、位置モー
ド演算部１９、バランスモード演算部２０が設けである
。２１は上記各モード演算部１８，１９．２０を適宜選
択するモード選択回路である。また２２は、重量記憶演
算部であり、この演算部２２ではワークの重量Ｗを記憶
して重量指令Ｗｏを出力するようになっている。

上記モード選択回路２１は後述する各フローチャートに
て示された選択作動を行なうようになっている。

次に第２図から第５図を用いて各モードにおける作用及
び各演算部の構成を説明する。

（１）レバーモード（第２図） まず速度指令器８の操作レバー９を作動する。

速度指令器８から出力された速度指令信号Ｒは演算回路
１７のレバーモード演算部１８に入力される。一方安定
化のために、速度検出器４から速度信号Ｖもレバーモー
ド演算部１８に入力される。

レバーモード演算部１８ではゲインに、が乗じられ、そ
の結果が加算点１６を経てモータ２のドライブ回路１１
に入力される。このとき、モータの速度信号Ｖにゲイン
Ｋｖｎが乗じられて負帰還（ネガティブ　フィードバッ
ク）されてドライブ回路１１に入力され指令値Ｖｆが安
定化される。

なおレバーモードは他のモードに優先し、レバー人力が
あればモード選択回路２１は強制的にレバーモード位置
ａに切換わる。

（２）位置モード（第３図） 位置モードは、操作レバー９が停止してこの操作レバー
９による速度指令信号Ｒがなくなった直後、すなわち、
ＩＲｌく閾値Ｒ，となったときからモード選択回路２１
が位置モード位置すに切換って開始される。そしてこれ
と同時に荷重記憶演算部２２も作動を開始する。位置モ
ード開始後、記憶時間ＴＭが過ぎても作業員が操作しな
ければ １荷重信号ＦＬ−記憶値Ｗｏｌ≦閾値Ｆ。

となって位置モードが維持される。

また重量記憶値Ｗｏの精度が閾値Ｆｏ以内であれば同様
にバランスモードに移ることなく位置モー′ドを維持し
て静止している。なお閾値ＲＯｓ閾値Ｆｏはあらかじめ
設定されているものである。

上記位置モードではワーク５を静止させるために位置フ
ィードバックがかけられ、実際には位置モードになった
瞬間のモータ位置信号Ｘからの偏差Ｘ−ｘｇにゲインＫ
ｘを乗じて負帰還する。一方安定化のためにモータ速度
信号ＶにゲインＫｖｎを乗じ負帰還する。

（３）バランスモード（第４図） 位置モードになってからＴ、後で、かつワーク５に作用
する操作力の絶対値１ＦｔＷｏｌが閾値Ｆ。より大きく
なったときに移行する。

荷重検出器７からの検出値ＦＬは加算点２３にて重量記
憶演算部２２からの重量指令Ｗ。とが比較され、この偏
差（ＷＯＦＬ）に所定のゲインに１を乗じる。また安定
化のために、モータ速度信号ＶにゲインＫｖｐを乗じて
正帰還し、その結果をモード選択回路２１より加速度フ
ィードバック回路１４の加算器１６に入力する。

上記重量記憶演算部２２には静止しているときのワーク
５の重量Ｗがあらかじめ記憶されている。

今静止しているワーク５に対して作業者が上向きの操作
力（荷重）Ｆを加えたとすると、このときの荷重検出器
７の検出値ＦＬが加算点２３に入力される。加算点２３
は重量記憶演算部２２からの出力Ｗｏと上記検出値ＦＬ
と比較する。

そしてその偏差にゲインに、−が乗じられて増幅される
。このときの操作力信号はモータ速度信号ＶにゲインＫ
ｖｐを乗じた値を正帰還された後、加速度フィードバッ
ク回路１４に入力される。この場合、上向きの操作力Ｆ
により荷重検出器７の検出値ＦＬは減少するので、加算
器２３から出力される偏差Ｗｏ　　　（Ｗ　　Ｆ）は静
止時の偏差Ｗ、−Ｗに比べて操作力Ｆだけ増大し、これ
によりモータトルクが増大しワーク５は上方へ移動する
。すなわち、平衡状態からワークに力を加え始める際に
、荷重検出器７がこの操作力Ｆを感知さえすれば、加算
点２３にワーク５を上下させる偏差が生じ、このためゲ
イン定数ＫＦを十分大きくとれば、作業員は静止摩擦を
殆ど感じることなくワーク５を昇降させることができる
。

第５図はデジタル型の演算回路１７′の場合の実施例を
示す。

この場合、モータ速度信号ｖ１モータ位置信号ｘ１荷重
検出信号ＦＬｓ速度指令値Ｒの４つの信号は演算回路１
７′に入力され、この演算回路１７′としては、Ａ／Ｄ
コンバータでデジタルに変換する。

上記デジタル演算回路１７′では、まず第６図に示すフ
ローチャートによりモードが決定される。

図中閾値Ｒｏは操作レバー９の不感帯になるため、微小
値が好ましい。一方間値Ｆｏはバラ。

シスモード時の静摩擦力のように作用する。この値を大
きく設定すると、作業員が操作するときに重く、ファイ
ンコントロールしにくくなり、また小さく設定すると記
憶値Ｗ。が正確でない場合にすぐバランスモードに移行
してしまい、作業員が手を離しても静止せず、じりじり
と動き出してしまう。

モードが決定したら下記の演算式の計算し、Ｄ／Ａコン
バータを通しモータ速度指令値ｖＭをアナログ出力する
。

レバーモード ＶＭＩ−ＫＲ−ＲＫｖ　ｐ　φＶ 位置モード ＶＭ２−−Ｋｘ　　（ｘ−ｘ（１）　　−Ｋｖｎ　　ｅ
　　Ｖバランスモード ＶＭ、　−−ＫＰ　　（ＦＬ　−ＷＯ）　＋Ｋｖ　ｐ−
Ｖ上記式中、Ｘｏは位置モードに入った瞬間のモータ位
置である。またＷｏはワークの重量記憶値であり、位置
モードの演算部に入ってＴＭ秒間の力信号ＦＬの平均値
より求める。また速度信号Ｖは微分回路１５を通して微
分され、上記ｖＭ、〜ｖＭ３から常時減算され、負帰還
されてモータ駆動回路１１に入力される。

なお第７図は上記各モード間の遷移状態を示すものであ
る。

また上記実施例において、モータ２はＡＤあるいはＤＣ
モータが用いられる。また速度指令器８としては操作レ
バー９の傾角をポテンショメータで検出し、速度検出器
４としてはレゾルバ、タコジェネレータ等が用いられる
。さらに荷重検出器７としては一般のロードセル等を使
用し、位置検出器３としてはエンコータまたはレゾルバ
等が用いられる。

またワーク４を昇降する手段としては上記ドラム１とロ
ープ６に代えて第８図に示すような平行四辺形タイプの
昇降機としてもよい。

上記実施例で示した発明に係る平衡荷役装置の制御方法
では、上記したように、操作レバー９による速度指令に
よるレバーモードと、平衡状態を実現するバランスモー
ドと、静止のための位置モードの３つのモードが実現で
き、ワーク５の重量記憶値に多少の誤差があっても手を
離したときにワーク５が静止するという作用効果を−す
るができる。

第９図から第１４図は本発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例では、−度バランスモードに移行して作業員が
手を離した場合には、すぐに位置モードに戻るのではな
く、別にバランス静止モードを設け、そこでは位置制御
に荷重フィードバックを加えることによってバランスモ
ード時とモータ指令値に大きな変化が生じるのを防ぐこ
とができるようになる。

第９図はこの実施例の基本的原理を説明するものであり
、第１図に示す上記第１の実施例と同一の部材は同一の
符号を示して説明を省略する。

演算回路２５にはレバーモード演算部１８と、位置モー
ド演算部１９と、バランスモード演算部１９のほかに、
バランス静止モード演算部２６を設け、これらのモード
はモード選択回路２７にて選択されるようになっている
。

次にバランス静止モードにおける作用及びこれの演算部
の構成を説明する。

（４）バランス静止モード（第１０図）ワーク５を静止
させるために位置フィードバックをかけるのは位置モー
ドと同様である。今仮に位置フィードバックだけだとす
る。

バランスモード時に重量記憶値Ｗ、に誤差があると、こ
のときの速度及び加速度は小さく、無視できるので、バ
ランスモード時における演算出力値ｖＭ３は ＶＭ、−−ＫＦ　（ＦＬ−Ｗｏ） となり、手を離しても微速で昇降する。しかし、操作力
の絶対値ｌＦｔ、Ｗｏｌと閾値Ｆｏの関係が １ＦｔＷｏｌ≦Ｆ。

となってバランス静止モードとなるので、モータ指令値
はＶＭ３から ＶＭ４Ｗ−Ｋｘ　（ｘ−ＸＱ　） と変化するが、バランス静止モードになった瞬間の位置
Ｘを目標値ｘ（１とするため、バランス静止モードにな
った瞬間は ＶＭ４−０ である。このＶＭ３とＶＭ４の差がモータのショックと
なり、荷重検出器７のロードセルが一瞬変動し、そのた
め、操作力は ｌ　ＦＬ　−ＷＯｌ　＞Ｆ。

となってまたバランスモードに入ってしまう。

第１１図（Ａ）、（Ｂ）にこの状態を示す。

このため、バランス静止モード時にもバランスモード時
と同じ荷重フィードバックを付加し、ＶＭ４−−Ｋｘ　
（ｘ−ＸＯ）　　ＫＰ　　（ＦＬ−Ｗｏ） とすることにより、モード切換り時のモータ指令値ＶＭ
の変動を抑えることができ、バランス静止モードに落ち
着く。第１１図（Ａ）、（Ｂ）にこの状態を示す。

バランスモードとバランス静止モードの相互の切換え論
理は上記第１実施例におけるバランスモードと位置モー
ドの相互の切換え論理と同様であり、またこの実施例に
おけるモード遷移は第１３図に示すようになる。

この実施例においては、上記第１の実施例と同様にモー
ドが決定したらレバーモードＶＭＩ、位置モードｖＭ２
、バランスモードｖＭ３のそれぞれの計算を行ない、そ
のほかに、 バランス静止モード ＶＭ４＝−Ｋｘ　（ｘ−ｘｏ）　　Ｋｐ　　（Ｆｔ−Ｗ
ｏ） の演算の計算し、Ｄ／Ａコンバータを通してアナログ出
力する。その他の作用は第１の実施例と同様である。そ
して第１４図はそのフローチャートである。

この実施例では、ワークの重量記憶値に多少の誤差があ
る場合でも手を離したときにワークが静止する。

なお上記第２の実施例では、常に作業員は閾値Ｆｏ以上
の力（荷重）をワーク５に与えないとワーク５は動かず
、すなわち、バランスモードに移行することができず、
このためＦ。という不感帯が生じてしまい、たとえばピ
ンの嵌合作業のようにファインな位置決めを行なう作業
が難かしかったが、この問題は次に示す第３の実施例に
よって解決できる。

すなわち、上記第２の実施例では第１３図に示すように
、ＩＦＬ−Ｗｏ１≦Ｆ、になった瞬間にバランスモード
からバランス静止モードに移行するようにしたが、この
実施例では第１５図のモード遷移図で示すように、ＩＦ
ＬＷＯ１≦Ｆ、がある時間、Ｔｄ時間連続しなときには
じめてバランス静止モードに移行させる。

この実施例の方法によれば、嵌合作業を行なっていると
きにはＴｄ時間閾値以下であることはなく、従って作業
を行なっている間はバランス静止モードに移ることなく
、不感帯がなくなり、かつ上記ファインコントロールが
しやすくなる。また作業員が手を離せば操作力は連続し
て閾値Ｆｏ以下になり、Ｔｄ後にはバランス静止モード
になり、静止する。

この実施例において、第５図に示すディジタル演算器で
は、まずモードが決定される。そしてそのフローチャー
トは第１６図に示すようになる。図中閾値のＲｏはレバ
ーの不感帯になるためなるべく微小が好ましい。一方Ｆ
ｏは静止状態（位置モード、バランス位置モード）がら
バランスモードへ移る際の静摩擦になる。この値が大き
いと、嵌合作業等を行なっている際中でもバランス静止
モードに移ってしまうこともあり、ファインコントロー
ルがしにくくなる。

逆にこれを小さくしすぎるとバランス静止モードに写り
にくくなり、手を離しても静止しにくくなる。

バランス静止モードへ移行するための遅れ時間Ｔｄの計
測にはタイマまたはサンプリングタイムを代用しても良
い。第１６図に示すフローチャートはタイマを用いた場
合を示している。

操作力の絶対値ＩＦＬＷＯＩがＦ。以上のときにはタイ
マをリセットすることによりｌＦ。

Ｗｏｌ≦Ｆｏになってからの時間を計測できる。

なお、上記遅れ時間Ｔｄとしては、長すぎると手を離し
てもバランス静止モードになるまでの時間に重量記憶値
の誤差によって大きく動いてしまう。逆に短すぎると、
すぎにバランス静止モードに移ってしまい、嵌合作業を
行なっている際中に急に荷重の不感帯が生じてしまうた
めファインコントロールがしにくくなる。

この実施例によれば、手を離したときの静止性を満足し
、かつバランスモード時の不感帯をなくしたため、ファ
インコントロールがしやすくなる。

第１７図に本発明の第４の実施例を示す。この実施例は
第１図に示す第１の実施例に、ワーり５の操作時におけ
る加速度検出器３０を設けた例である。

次に第１８図、第１９図を用いて各モードにおける作用
及び各演算部の構成を説明する。なお、上記第１の実施
例と同様の部分は説明を省略する。

（５）レバーモード（第１８図） 第２図に示す第１の実施例に加えて揺れ止めのために加
速度計信号ａにゲインＫａｎを乗じて負帰還する。

（６）位置モード（第１９図） 第３図に示す第１の実施例に加えてレバー操作モードと
同様に揺れ止めのために加速度信号ａにゲインＫａｎを
乗じて負帰還する。

速度指令器信号が閾値より小さくなると位置モードに切
り換る。位置モードに切り換った瞬間からある一定時間
の荷重信号の平均をとる。

機構部が柔らかい場合、第１の実施例の場合には第２０
図（Ａ）に示すようにワーク５が揺れ、長い時間の平均
値をとらないと正確な荷重が記憶できない。

この実施例では加速度フィードバックがある場合には第
２０図（Ｂ）に示すように揺れが小さくなり、短い時間
の平均でも正確な重量を記憶できる。

なお図示しないが、この実施例においても第１の実施例
と同様にバランスモードの作用が行なわれる。

第２１図はこの実施例において、デジタル演算回路１７
′を用いた場合を示す。このデジタル演算回路１７′で
は、まず第６図に示すフローチャートによりモードが決
定される。

図中閾値のＲ，は操作レバー９の不感帯になるため、微
小値が好ましい。一方閾値Ｆｏはバランスモード時の静
摩擦力のように作用する。

この値を大きく設定すると、作業員が操作するときに重
く、ファインコントロールしにくくなり、また小さく設
定すると記憶値Ｗｏが正確でない場合にすぐバランスモ
ードに移行してしまい、作業員が手を離しても静止せず
、じりじりと動き出してしまう。

モードが決定したら下記の演算式の計算し、Ｄ／Ａコン
バータを通しモータ速度指令値ＶＭをアナログ出力する
。

レバーモード ＶＭＩ−ＫＲ−Ｒ−Ｋｖ　ｐ−Ｖ−ｋＨ−ａ位置モード ＶＭ２−−Ｋｘ　（ｘ−ｘＯ）　−Ｋｖｎ　争Ｖ−ｋａ
ｎ１１ａ バランスモード ＶＭ３−　　ＫＰ　　（ＦＬ　　Ｗ（１）＋Ｋｖｐ−Ｖ
（＋ｋａｎ−ａ） 上記式中、ＸＱは位置モードに入った瞬間のモータ位置
である。またＷ。はワークの重量記憶値であり、位置モ
ードの演算部に入ってＴＭ秒間の力信号ＦＬの平均値よ
り求める。また速度信号Ｖは微分回路１５を通して微分
され、上記ｖＭ１〜ｖＭ３から常時減算され、負フィー
トノ（ツクされ、モータ駆動回路１１に入力される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レバーモードからバランスモードに移
行する間に位置モードを設け、この位置モードにてワー
ク重量を記憶し、次に作業者が操作力を加えるまではこ
の位置モードを保持してワークを静止、ワーク５の重量
記憶値Ｗ、に多少の誤差があっても手を離したときに速
やかにワーク５を静止させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第８図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図はその基本的な構成説明図、第２図はレバーモ
ードの構成説明図、第３図は位置モードの構成説明図、
第４図はバランスモードの構成説明図、第５図は具体的
な実施例を示す構成説明図、第６図はモードを選択決定
するときのフローチャート、第７図はモード間の遷移図
、第８図は平行四辺形タイプの昇降機を用いた例の構成
説明図、第９図から第１４図は本発明の第２の実施例を
示すもので、第９図はその基本的な構成説明図、第１０
図はバランス静止モードの構成説明図、第１１図（Ａ）
、（Ｂ）は位置フィードバックだけをかけた場合のモー
タ切り換え時のモータ指令値と操作力の関係を示す線図
、第１２図（Ａ）、（Ｂ）は荷重フィードバックをかけ
た場合のモータ切り換え時のモータ指令値と操作力の関
係を示す線図、第１３図はモード遷移図、第１４図はモ
ードを選択決定するときのフローチャート、第１５図、
第１６図は第３の実施例を示すもので、第１５図はモー
ド遷移図、第１６図はモードを選択決定するときのフロ
ーチャート、第１７図から第２１は第４の実施例を示す
もので、第１７図はその基本的な構成説明図、第１８図
はレバーモードの構成説明図、第１９図は位置モードの
構成説明図、第２０図（Ａ）は加速度フィートノ＜・ツ
ク無しの場合の荷重検出器信号を示す線図、第２０図（
Ｂ）は加速度フィードパ・ツク有りの場合の荷重検出器
信号を示す線図、第２１図は具体的な実施例を示す構成
説明図である。 １はドラム、２はモータ、３は位置検出器、４は速度検
出器、５はワーク、７は荷重検出器、８は速度指令器、
９は操作レバー、１０は１次遅れ回路、１７．１７’　
、１７’　、２５は演算回路、１８はレバーモード演算
部、１９は位置モード演算部、２０はバランスモード演
算部、２１はモード選択回路、２２は重量記憶演算部。 出願人　　株式会社　小　松　製　作　所代理人　　弁
理士　　米　原　正　章

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークを昇降するワーク昇降手段と、このワーク
   昇降手段を駆動する駆動手段と、ワークに作用する荷重
   を検出する荷重検出手段と、ワーク昇降手段の速度を検
   出する速度検出手段と、ワーク昇降手段の位置を検出す
   る位置検出手段と、オペレータが速度指令を入力する速
   度指令手段と、ワークの重量を記憶する重量記憶手段を
   有する平衡荷役装置において、速度指令手段からの速度
   指令信号を目標値とし、ワーク昇降速度を負帰還するレ
   バーモードと、上記速度指令信号が微小になった瞬間の
   ワーク昇降手段の位置を目標値としてこの位置及び速度
   を負帰還する位置モードと、ワーク重量を目標値とし、
   荷重検出手段からの荷重検出信号を負帰還し、速度検出
   信号を正帰還するバランスモードの３モードにて制御す
   ることを特徴とする平衡荷役装置における制御方法。
2. （２）速度指令信号が入力した場合に、優先的にレバー
   モードにし、速度指令信号がゼロになったときに位置モ
   ードにすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の平衡荷役装置における制御方法。
3. （３）重量記憶手段は位置モードになった瞬間から作動
   し始め、重量記憶が完了し、かつ荷重検出信号と記憶値
   の差の絶対値がある閾値を越えたらバランスモードに切
   り換り再び同絶対値が閾値以下になったら位置モードに
   切り換ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   平衡荷役装置における制御方法。