JPH06508591A - 持上げ装置のための電子的なつり合わせ−制御および調整 - 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】 持上げ装置のための電子的なつり合わせ一制御および調整 本発明は揺動可能なジブ上の荷重を手動で動かすだめの持上げ装置に関する。

この持上げ装置またはマニピュレータは往々にして、支柱あるいは定置されたま たは可動の懸吊保持装置の回りを３６０°回転可能なジブを備えている。これに 加えて、垂直方向の揺動運動のために、ジブは平行四辺形捧として形成されてい る。これにより、ジブのいかなる位置でも、荷重収容手段上方のアーム部分を垂 直に配向することができる。静的な自重モーメントは、載せて摺動可能であるカ ウンタウェイトによって、あるいは懸吊荷重またはダイナミックな運動に基づく モーメントと協働して、液圧または空気圧で付勢される流体シリンダによって、 つり合わせられてバランスされる。

ドイツ連邦共和国特許第２８２０８４８号明細書により、おもりの力を調整する ために流体シリンダ内の圧力を手動弁によって調整可能なこの種のマニピュレー タが知られている。この手動弁により、上昇または下降と天秤平衡状態（バラン ス）は、荷重を持たない状態であるいは荷重を持った状態で、圧力媒体回路の他 の弁を介して開始および停止可能である。

空気圧で運転される類似の装置はドイツ連邦共和国特許第３６１９１６２号明細 書によって知られている。

この装置の場合には、手動操作可能な空気圧弁によって、シリンダのアナログ運 動制御からバランス制御に切換えられる。その際、装置は、ダイヤフラム弁を備 えた圧縮空気アキュムレータひいては荷重アームに抗して圧力と荷重をバランス 状態に保持する。自重をつり合わせるためのカウンタウェイトは開示されていな い。

ドイツ連邦共和国特許第３１２７８７９号明細書には、平行四辺形棒として形成 されたジブを備えた持上げ装置が記載されている。このジブは垂直な揺動軸線と 水平な揺動輪線の回りに揺動可能に水平な支持体に支承され、ジブを上方へ揺動 させるための揺動装置に連結されている。安全装置は、例えば動かすべき荷重を 不意に離した場合に、荷重モーメントと力のモーメントとの間に大きな差が局所 的に発生するときに、いかなる位置でも自動的にジブの揺動運動を停止する。

この安全装置は安全ベルトおよびまたはジブを操作する流体シリンダの機械的な ブレーキからなっている。

ジブの自重のつり合わせは、揺動軸の後方で水平な支持体延長部に載る摺動可能 なカウンタウェイトによって可能である。吊り下げられる荷重は垂直な揺動軸と 水平な支持体の間に設けられた圧縮空気で付勢される流体シリンダによってバラ ンスされる。そのために、圧力制御弁を介してバランス圧力が手動で調節される 。

三つのすべての装置は、経験のある操作人によるきわめて注意深い圧力制御を必 要とする。なぜなら、流体弁があらゆるヒステリシス状態を有するからである。

装置は静的または動的な荷重変化に対して全く反応しないかまたはきわめて緩慢 にしか反応せず、その都度手動で補正制御を行わなければならない。

ヨーロッパ特許出願公開第００６９９９１号明細書により、このような進化した 持上げ装置において、吊り下げられる荷重に相応する作動圧力の補正制御を、ノ ブの端部ゐ荷重収容手段のすぐ上方に設けた重畳装置によって可能にすることが 提案されている。この場合、他の平行四辺形捧が設けられている。水平に対する この平行四辺形棒の傾斜は、片持ち式のレバーアームを介して、微調整弁に作用 する。この微調整弁は作動シリンダおよび圧力源に通じる接続導線を介して流体 圧力を制御する。微調整弁が適当な電気、液圧または空気圧式の制御装置によっ て置き換え可能であることが選択的に記載されている。荷重モーメントを補償す るための制御の精度は特に、微調整弁を操作するレバーの長さに依存する。これ は更に、荷重収容手段の範囲のジブヘッドを比較的に大きくする。

調節装置は、吊り下げられる荷重に比較して定めることができる初期の力と、装 置内在のヒステリシス状態に打ち勝つことがうま（ゆ（ときにのみ、応答する。

圧力調整装置はその慣性のために実際の条件下では撮動する。従って、持上げ装 置による正確な作業および荷重の位置決めには困難を伴う。迅速なジブ運動、例 えば持ち上げられる容器が空のときの変化する荷重、ジブの把手を利用しない、 荷重の手動動きが代表的な問題である。

そこで、本発明の根底をなす問題は、このような持上げ装置において、実際のい ろいろな用途において迅速で確実に反応する流体圧力の調整を行い、その際定め られる安全条件を守ることである。

この問題は本発明に従い、請求の範囲第１項によって解決される。解決策の発展 形態は従属項に記載しである。

電子的な制御および調整装置は、瞬時に必要な作動圧力を特に電子−空気圧式に 調整するために、液圧または空気圧弁を利用する。そのために例えば、電磁的に 切換え可能なサーボ弁が使用される。最も簡単な場合には、流体弁が一つまたは 複数のアクチュエータによって、名目上の作動圧力、零点基準値、すなわちヒス テリシス状態や目標値変化と作動圧力変化の間の増幅ファクターの除去に合わせ て調節される。それによって、製作誤差、装置摩擦、空転、作動シリンダの死行 程等によって生しる持上げ装置の個々の特性に対する適合が、装置を“予備付勢 “するように達成される。

装置には、例えば５〜５００キログラムの範囲の、搬送される予め設定可能な荷 重または反復検出される荷重のための目標値調節器が補足的に設けられる。目標 値調節器はアナログ式の機器、例えばポテンショメータあるいはデジタル式の目 標圧力調節器として、無線であるいは例えば赤外線送信器で、手動操作可能であ る。

一定の荷重、例えば同じ重量の大量生産部品のために持上げ装置を利用する場合 、比較的に一定の移動で作業を行うときには、この微調整で充分である。

荷重重量が常に変化する場合およびまたは移動加速度が変化して、慣性力が大き な取扱操作力として感知される場合に持上げ装置すなわちマニピュレータを使用 するときには、電子的な調節部材を使用して装置の補正調節を持続して行うこと は比較的に複雑である。

特に、液体容器を空にすることあるいは木株を傾けることによって生じる重量の 変化の場合には、自動はかりを備えた持上げ装置を使用すると効果的である。

装置は特に、電子的なプロセッサに接続された力測定装置からなっている。この 力測定装置は持上げ装置のジブ端部と荷重収容手段の間に取付は可能である。

力測定装置は、カウンタウェイトまたは荷重をジブに加わる力として検出し、検 出された値を持上げ装置をつり合わせるための反力に変換するという課題を有す る。

電子的なプロセッサは例えば、コンピュータ、電流遮断回路、論理スイッチある いは電圧比較回路として形成可能である。力測定装置は持上げ装置のその都度の 使用目的、特にカルダンフック、掴み器具、拡開棒、真空リフト、複式懸吊具等 のような荷重収容手段の様式と、場合によっては異なる荷重重心に、合わせるこ とができる。なぜなら、そこから押圧力、ねじり力または曲げ力がジブに加わる からである。実際には、これらの力のための適当なセンサが、通常充分な精度で もって、組み合わせられた負荷を感知する。センサとしては特に、圧力センサ、 例えばピエゾ要素、引張りおよび曲げセンサとしてのひずみ測定テープ、例えば レーザー三角測量原理による光電式検出部を有する曲げ梁が使用される。

センサから発生した信号は電子的なプロセッサに供給され、そこで以前の実際値 あるいは負荷のための調節された目標値と比較される。実際の信号と設定された 値との間に偏差があると、例えば電子的に制御可能な圧力媒体回路のサーボ弁の ための調節信号を発生することになる。

力測定装置の校正のために、他のサーボ要素が設けられている。このサーボ要素 により、反復精度を高めるために、知られている荷重の信号値が微調整される。

校正は実際には長い使用期間の後で繰り返して行うことができる。これにより、 その間に発生した装置部品のひずみを補正することができる。これと同様に、力 測定装置の感度に影響を与えることができる。それによって例えば微々たる荷重 変動を否定し、作動圧力の不必要な調整を省略することができる。

このようにして検定された力測定装置は、持上げ装置の他の多彩な用途に利用可 能である。実際の荷重重量を表示し、記憶し、決算することができ、また他の加 工のために利用可能である。

これには、例えば停電あるいは液圧または空気圧装置内の圧力変化の際の緊急の ために、荷重値を一時的に記憶することも含まれる。エネルギーを再び投入した 後、装置をバランスした実際の荷重値が記憶される。

正確なバランスを生じる自動はかりと電子的な圧力調整装置の精度は、荷重を垂 直方向に移動させる試験の際に、荷重または吊り下げられた対象物がアームにし っかりと装着されているような持上げ装置の挙動を生しる。この機能は、例えば 乗用車のバランスされた車輪を正確に組み立てるために利用することができる。

このよう、な作業の際に対象物を少しだけ持ち上げることは、力測定装置により 負荷解除として記録され、遅れを生じることなく調整装置で更に加工される。

技術水準では、持上げ装置は、駆動装置全体の停止時に、その持上げ工程および または下降工程において機械的にまたは液体回路の遮断によって停止可能である 。本発明による持上げ装置は更に、水平方向運動または任意の他の揺動運動のた めのブレーキによって錠止可能である。回転軸受と揺動軸受は通常、できるだけ 摩擦損失を少なくするために、きわめて容易に動くように形成されている。これ は、小さな衝撃または不充分な手動制動がジブまたはその部分アームの意図しな い回転や移動を生しるという欠点がある。従って、軸受個所は本発明に従って、 例えば空気圧または電磁的に操作可能なブレーキディスク、ブレーキシュー等を 備えている。このブレーキディスク、ブレーキシュー等はそれに適した安全装置 と関連して電子的なプロセッサによって解放される。

スイッチの操作によってブレーキを機能させることは知られている。この種の持 上げ装置の場合には、スイッチを操作しないときに、ジブが“反れる”危険があ る。ばね圧ブレーキの様式の動き遮断装置が周知である。この場合、装置の運動 中、ばねを連続して手動押庄すると、遮断物が解放する。ばねを離すと、ブレー キが作用する。このような装置はしかし、持上げ装置の取扱操作を困難にする。

これに対して、本発明に従い、持上げ装置またはジブを案内する把手に設けられ たセンサがブレーキに接続されていると、改善される。センサは把手の利用を記 録し、ブレーキを解放する信号を送る。その都度の切換状態は同様に、電子的な プロセッサによって確認することができる。しかし、プロセッサに依存しないで 、停電または流体装置内の圧力低下時にブレーキは安全のため自動的に遮断され る。そのためのセンサとしては、市販の容量性接触式センサまたは電位低下を記 録する他のセンサが使用される。同様に、光学式通過センサ、引張りセンサまた は圧力センサ並びにリミットスイッチ原理によるセンサ（近接センサ、二点スイ ッチ）が使用可能である。

本発明の他の実施形では、持上げ装置の安全水準を高めるために、荷重収容手段 が電子的な調整装置に取り入れられる。持上げ装置は把手の近くまたは把手に、 両手回路を備えている。この両手回路は、操作化膿な荷重収容手段、例えば掴み 器具または拡開捧のセンサに作用連結されている。このセンサは位置発信器、例 えはリミットスイッチ、反射センサ、間隔測定装置等として形成可能である。荷 重が降ろす面の近くに達しない場合には、両手回路の操作にもがかわらず荷重を 降ろすことができない。荷重降ろし面からの距離に関する調節可能な目標値を下 回って初めて、荷重収容手段の遮断部材へのエネルギー供給を解放することによ って、荷重収容手段、例えば掴み器具が開放されることにより、両手スイッチや センサに接続された電子的なプロセッサが荷重の降ろしを許容する。

同じように、荷重を収容する際にクラジブ工程を制御することができる。そのた めに、荷重収容手段に設けられた力センサかクランプ圧力を報告し、電子的なプ ロセッサがジブの運動を解放する。

略示した若干の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

図１は持上げ装置の側面図、 図２〜４は本発明による制御および調整装置の変形実施例を示す図、 図５は電子的な零点調整器の機能を示す図、図６は電子的な傾斜調整器の機能を 示す図である。

図１は、約５〜５００キログラムの重量範囲の対象物を持上げて搬送するための 持上げ装置を示している。

この持上げ装置はバランスの原理で作動し、天秤のように持上げ軸線（揺動範囲 Ｓ）内で機能する。

左回転のモーメントコ右回転のモーメント持上げ装置の作動高さは持ち上げ範囲 Ｈによって決まる。持上げ装置は揺れ腕の原理で平面内で作動する。

持上げ装置の到達距離（作動半径Ｒ）は、前側の支持体３の相回転軸受６に回転 可能に支承された揺動指７と、支持体３の長さとによって決まる。揺動指７はア ーム回転軸受を支持している。このアーム回転軸受にはジブアーム１８が回転可 能に支承されている。ジブアーム１８には、本実施例ではクレーンフックとして 形成された荷重収容手段９と、ジブ全体を動かすだめの把手１３が固定されてい る。相回転軸受６とアーム回転軸受８およびジブアーム１８が上下揺動の際に常 に垂直になるようにするために、平行棒ＩＯが装置に付設されている。それによ って、平行四辺形ジブの原理が生しる。

機器ヘッド１４で水平に作用する回転軸受５によって支柱Ｉ５に支承されたジブ の全自重は、支持体２の自重と、ジブの揺動軸受ｌと相対的に支持体２上を摺動 可能に支承されたカウンタウェイト４とによって釣り合わされる。

それによって、ジブは荷重収容手段９または工具と共にバランスし、すべての方 向に自由に動くことができる。荷重りをクレーンフックで吊ることにより、バラ ンスが解消され、ジブ側は下方へ沈下する。荷重りを搬送できるようにするには 、ジブを荷重りと共にバランスさせなければならない。これは補助力によって達 成される。すなわち、旋回点１６で機器ヘッド１４に固定された空気圧シリンダ １１が旋回点１７において支持体３を必要な力で支えることによって達成される 。荷重モーメントが異なる場合、補助力は電子−空気圧式の圧力調整装置によっ て調整される。ジブアーム１８と荷重収容手段９の間には、力測定装置１２が設 けられている。

図２〜４は電子制御および調整装置のいろいろな実施形を略示している。零点調 整器ＮＲと傾斜調整器ＲＲを接続した電子プロセッサＰＲには、給電部ＥＡから コンバータＡＣ／ＤＣを経て電流が供給される。電子的な部分は、電子的なサー ボ要素のほかに、空気圧サーボ弁ＥＰのための電磁的な調節装置を含んでいる。

このサーボ弁自体は空気圧供給部ＰＡと圧力予備調節および圧縮空気の準備のた めの調整器ＰＥを経て、圧縮空気によって付勢される。このサーボ弁を介して空 気圧シリンダＺが圧縮空気で付勢される。給電部と圧力媒体供給部は、例えば弁 または電気スイッチとして形成された安全装置Ｓで切換えられる。この安全装置 は電子エネルギーまたは圧力媒体が欠如したときに空気圧回路およびまたは電流 を遮断する。更に、サーボ弁ＥＰは超過圧供給部Ｖを備えている。

図５は零点調整器の機能を示している。調節可能な電圧Ｕが、空気圧装置内の調 節可能な初期圧力ｐに依存して記入されている。液体圧力が支配しないとき、あ るいは装置のヒステリシス状態を制御するために、電圧Ｕ＝Ｏて圧力Ｐ′が設定 されるときに、零点調整器ＮＲによって電圧Ｕ′を調節することができる。

図６は傾斜調整器ＲＲの作用を示している。装置内の圧力ｐの上昇に依存して電 圧Ｕが記入されている。

すなわち、傾斜調整器は実際には増幅率を設定する。

零点調整器ＮＲと傾斜調整器ＲＲは、その都度の持上げ装置の要求に相応して調 整装置を個々に調節することができる。すなわち持上げ装置の摩擦損失、遊びお よび類似の不完全な点に依存して、電子−空気圧式弁ＥＰが予備制御されるので 、装置の作動圧力を後から微調整することができる。

図２は更に、目標値発信器ＳＧを示している。この目標値発信器によって、作動 圧力を直接調整可能である。図示の場合、目標値発信器はポテンショメータであ る。このポテンショメータは目標値調節のためのスケールを備えている。

図３は図２と類似の制御および調整装置を示しているか、目標値発信器ＳＧが他 の切換ユニットによって置き換えられている。電子的なプロセッサＰＲは自動は かりＥＷの力測定装置１２によって付勢される。力測定装置１２は校正ユニット ＫＥを備えている。この校正ユニットによって、力測定装置は公知の荷重を用い て検定することがてきる。力測定装置１１２は更に、荷重測定値ＫＡのだめの表 示装置に接続されているので、吊り下げた荷重の実際の重量を表示することがで きる。調整装置の後調整をわざと阻止するために、例えば同一重量の大量生産部 品を搬送する際に、目標値固定ＳＦを行い、その後所定の限界値の外で装置の後 調整を行うように装置を制御することができる。目標値固定ＳＦは例えば荷重の 最初の測定の後で調節可能である。他方では、目標値固定ＳＦは例えば運動力を 加えることにより、垂直方向の荷重りの移動を可能にする。これは、目標値固定 ＳＦを持たない装置の場合には不可能である。この機能は垂直方向に少しだけ操 縦するかまたは荷重り自体を操作しなければならない特殊な組み立て構造の場合 に利用される。更に、目標値固定ＳＦは、電子−空気圧式プロセッサＰＲまたは 弁ＥＰへのエネルギーが中断される場合のための測定値記憶装置としての働きを する。

図３による制御および調整装置に加えて、あるいはその代わりに、図４の切換機 能を個々におよび複数備えることができる。この切換機能は実質的に、持上げ装 置の操作安全性を改善する働きをする。図４はいろいろな安全装置に対するプロ セッサＰＲの作用連結部を示す。この安全装置の一つは持上げ装置の揺動軸受ま たは回転軸受１，５，６．８の一つまたは複数のためのブレーキからなっている 。ジブアーム１８を操作するだめの把手１３のセンサＨ３は、電子的なプロセッ サＰＲと安全装置ｔＳのための許可信号を発生する。

センサＨ３のエネルギー不足または非接触の場合、安全装置ＳはシリンダＺへの 流体回路と、ブレーキＢＲへのエネルギー流れを遮断する。電気不足の場合、安 全回路Ｓはすべての機器機能を次のように停止する。

すなわち、状態、すなわちその時の持上げ装置の位置と荷重の位置並びにそのと きに生じた装置パラメータか、電気不足の前に凍結されるように停止する。

荷重収容手段９用の位置発信器ＰＳを備えた持上げ装置の補足的な実施形では、 この位置発信器は安全装置ｔｓとプロセッサＰＲを解除し、それによって荷重が 降ろされる。この場合、機能の制御は電子的なプロセッサＰＲによって行われる 。同じことがプロセンサＰＲ１安全装置Ｓおよび掴み装置として形成された荷重 収容手段９内の力センサＧＳの間の作用連結部についても言える。

作用するモーメトを作動圧力によって平衡するための信号のこの解放は、付加装 置、例えば両手回路ＺＳ（図３．４）を続いて意図して操作することによって、 位置発信器ＰＳと関連して行われる。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）１９国際出願番号 ＰＣＴ／ＤＥ　９２１００５２５ ２．５！明の名称 持上げ装置のための電子的なつり合わせ一制御および調整３、特許出願人 住所　ドイツ連邦共和国　デー・５９０７１　ハム　ツインニエンシュトラーセ 　２６ ５、補正書の提出年月日 １９９３年　４月２１日 ６、添付書類の目録 （］）補正書の写しく翻訳文）　１通 請求の範囲第１項（新しい） １、自重モーメントと荷重モーメントが、カウンタウェイト（４）と圧力操作さ れる流体シリンダ（１１）によって、かつ流体シリンダ（１１）内の作動圧力の ための調整器を用いてつり合わせられ、瞬時的に必要な作動圧力のための電子的 な制御および調整装置（図２〜４）が、ジブアーム（１Ｂ）と荷重収容手段（９ ）の間に設けられた力測定装置（１２）によって付勢可能であることを特徴とす る、揺動可能なジブ（３，６，７，８，１０，１８）上の荷重を、操作によって 確実にかつ手動で動かすための持上げ装置。

請求の範囲第１４項（新しい） １４゜自重モーメントと荷重モーメントが、カウンタウェイト（４）およびまた は圧力操作される流体シリンダ（１１）によって、かつ流体シリンダ（１１）内 の作動圧力のための調整器を用いてつり合わせられ、瞬時的に必要な作動圧力の ための電子的な制御および調整装置（図２〜４）か、力測定装置（１２）によっ て付勢可能であることを特徴とする、揺動可能なジブ（３，６，７，８，ｔｏ、 １８）上の荷重を、操作によって確実にかつ手動で動かすための持上げ装置。

国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．自重モーメントと荷重モーメントが、カウンタウェイトと圧力操作される流 体シリンダによって、かつ流体シリンダ内の作動圧力のための調整器を用いてつ り合わせられ、瞬時的に必要な作動圧力のための電子的な制御および調整装置が 、ジブアーム（１８）と荷重収容手段（９）の間に設けられた力測定装置（１２ ）によって付勢可能であることを特徴とする、揺動可能なジブ上の荷重を、操作 によって確実にかつ手動で動かすための持上げ装置。
2. ２．制御および調整装置が、特に流体弁（ＥＰ）を制御するための電子的なプロ セッサ（ＰＲ）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項の持上げ装置。
3. ３．作動圧力の目標値のための装置パラメータと、流量およびまたは作動圧力に 対する装置パラメータの比を電子的に調節するための手段（ＮＲ，ＲＲ，ＳＧ） を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項の持上げ装置。
4. ４．力測定装置（１２）が、荷重（Ｌ）によってジブアーム（１８）に加わる引 張り力、圧縮力、ねじり力または曲げ力を検出するための少なくとも一つの手段 、並びに力に対応する電子的な信号を発生するための手段、およびこの信号をプ ロセッサ（ＰＲ）に導くための手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第 ３項の持上げ装置。
5. ５．力測定装置（１２）のための校正装置（ＫＥ）を備えていることを特徴とす る請求の範囲第３項または第４項の持上げ装置。
6. ６．持上げ機能を停止するための、プロセッサ（ＰＲ）によって操作可能な安全 装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか 一つの持上げ装置。
7. ７．安全装置が持上げ装置の一つまたは複数の回転軸受と揺動軸受（１，５，６ ，８）の運動を阻止するための手段（Ｓ，ＢＲ）を含んでいることを特徴とする 請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一つの持上げ装置。
8. ８．プロセッサ（ＰＲ）が、ジブアーム（１８）を操作するための把手（１３） に設けられた、電子的な信号を発生するセンサ（ＨＳ）に接続されていることを 特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか一つの持上げ装置。
9. ９．プロセッサ（ＰＲ）が荷重収容手段（９）の位置のための位置発信器（ＰＳ ）に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項までのいずれ か一つの持上げ装置。
10. １０．プロセッサ（ＰＲ）が掴み装置として形成された荷重収容手段内の力セン サ（ＧＳ）に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項まで のいずれか一つの持上げ装置。
11. １１．力に対応する信号を中断させるための適切な手段（ＺＳ）を備えているこ とを特徴とする請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか一つの持上げ装置 。
12. １２．力に対応する電気的な信号が荷重測定値（ＫＡ）であることを特徴とする 請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか一つの持上げ装置。
13. １３．力に対応する信号のための記憶装置（ＳＦ）を備えていることを特徴とす る請求の範囲第１項から第１２項までのいずれか一つの持上げ装置。
14. １４．新しいすべての特徴およびこの特徴の組み合わせを含む、揺動可能なジブ 上の荷重を手動で動かすための持上げ装置。