JPH07165400A

JPH07165400A - 補力装置における荷重の移動制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH07165400A
Application number: JP34104893A
Authority: JP
Inventors: Kenro Motoda; 田謙郎元
Original assignee: Motoda Electronics Co Ltd
Current assignee: Motoda Electronics Co Ltd
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】操作者が荷重を移動，旋回させようとする手
の動きに、いわば無慣性状態で追従する移動や旋回状態
を実現する移動駆動源の制御方法とそのための装置を提
供する。【構成】仮想定比槓杆Ｌ等により形成された補力装置
ＷＲに吊下支持された荷重又はその負荷部７若しくはこ
れらと等価な部分に加えられる作業者の力の大きさと方
向を、荷重の移動が許容された方向に直交させて負荷部
７に設けた歪センサ等による検出手段に検出させ、検出
信号に基づいて形成される制御信号を、荷重の移動又は
旋回のために設けた駆動源８，１０，１２に供給するこ
と、並びに、荷重を支持する負荷部７の形成部材に、補
力装置ＷＲ本体に連結された垂直向きの撓み又は変位可
能な軸を基準軸として設けると共に、基準軸に対しほぼ
直交する操作軸であって基準軸を前後、及び、左右で撓
ませるか又は変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば仮想定比槓杆型
式の補力装置に釣合い吊下された荷重を、作業者がその
荷重又はその荷重の負荷部もしくはそれらの近傍に設け
た操作部に手を添え、その添えた手によって、荷重を移
動させたい方向へ、前記荷重等を押すか又は引く力を加
えることにより、前記荷重を移動させるための駆動源の
出力を制御する制御方法及びこのための装置に関する。

【０００２】即ち、本発明は、作業者の手によって荷重
又は負荷部若しくはその近傍に作用させられる当該荷重
を移動させようとする力の大きさと方向とを検出し、こ
の検出信号に基づいて移動駆動源の制御をすることによ
って、見かけ上、荷重の重量の慣性の作用を作業者が殆
んど乃至は全く受けることなく、前記荷重を移動させる
ことができるようにした制御方法及びその装置に関する
ものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、例えば、パントグラフ状の平
行リンクによるア−ム機構を利用した仮想定比槓杆タイ
プであって、モ−タやシリンダ等による駆動源の出力
を、支持した荷重等による負荷と釣合わせるようにした
補力装置が、いわゆる無重力バランサ−等の名称によ
り、各方面において利用されている。

【０００４】上記の補力装置は、様々な形状，大きさの
荷重（荷物）を、適宜の掴み手段や吸着具等の荷物支持
手段を具備して形成した負荷部に支持させ、モ−タやシ
リンダ等の駆動源の出力を前記荷重に釣合せることによ
って、当該荷重を疑似無動状態で空中に吊下支持するの
で、重量の大きな荷重の取扱い、例えば、各種加工機械
の金型交換や鋳湯の注入、或は、米穀類，酒類などの持
上げ等、様々な重量物の荷役作業の省力化に大きく寄与
している。

【０００５】しかし、従来の補力装置において無重力状
態で空中に吊下された荷重を、作業者が、例えば水平方
向に移動させるためには、移動させ始め、或は、その移
動を止めるとき、吊下支持されている荷重に、それを横
方向へ移動させるための力、又は、移動している荷重を
静止させるための力を、作業者の人力により加えなけれ
ばならない。このため、この水平移動作業を繰返し行う
と、相当の体力，労力を必要とし、この点で未だ省力的
といえない面が指摘されている。

【０００６】上記の問題点に対し、この種の補力装置に
於て、荷重の水平方向の移動を、モ−タ等の駆動力を利
用して行うようにしたものが提供されている。しかし、
荷重に手を掛けた状態で荷重の取扱を行う補力装置にお
いては、荷重を水平方向へ移動させるための操作レバ−
等による操作部が、上，下方向での釣合い支持のための
操作レバ−等による操作部に加えて別途設けられると、
操作部のレバ−が煩雑になって荷重の取扱いが行いにく
くなるほか、モ−タ等の駆動力を単純に利用した水平方
向の移動では、その移動に伴う慣性が生じるため、移動
先で荷重を静止させるために、駆動力の作用を止めたあ
とでも人力を必要とするという問題がある。

【０００７】また、荷重をその吊下点で旋回させる場合
にも、その回転のために回転モ−メントが生じたり、或
は、旋回停止後の静止のために、前記の水平移動と同様
の問題がある。

【０００８】一方、上記のような補力装置において空中
に吊下支持された状態にある荷重を、その位置から更に
上方へ、或は、下方へ移動させたい場合、従来装置で
は、荷重と釣合っているモ−タ等の吊下駆動源の出力
を、操作レバ−の操作によって増大、又は、減少させる
ことにより、前記荷重を、空中静止状態から上昇、或
は、降下させる移動を行っている。

【０００９】しかし、上記の荷重の上，下移動は、例え
ば、荷重と釣合っているモ−タ出力を、操作レバ−の上
昇又は降下操作によって、予め設定された一定割合で
増，減する制御を行うので、所望の任意の速度で上，下
移動させることが出来ない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術に鑑み、例えば仮想定比槓杆タイプの補力装
置に釣合い支持されることにより疑似無重力状態で吊下
された荷重を、操作者が水平方向は勿論、垂直方向へ移
動させる際、或は、吊下点で旋回させる際に、当該荷重
による慣性の作用を、体感上殆んど消去し、操作者が荷
重を移動，旋回させようとする手の動きに、いわば無慣
性状態で追従する移動や旋回状態を実現する移動駆動源
の制御方法とそのための装置を提供することを課題とし
てなされたものである。

【００１１】即ち、本発明は、補力装置により空中に吊
下支持された荷重を、水平方向或は垂直方向に移動させ
たいとき、或は、吊下点で旋回させたいとき、その荷重
又は負荷部若しくはこれらと等価な位置に添えた作業者
の手によって、移動又は旋回させたい方向に向けて当該
荷重を押すか又は引く等の力を加えることにより、加え
られる力の方向と大きさを判別し、加えられる力の大き
さに比例した速度で加えられる力の方向に、前記荷重を
移動又は旋回させることができる移動駆動源の制御方法
とこのための装置を提供することを課題とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明の荷重の移動制御方法の構
成は、仮想定比槓杆等により形成された補力装置に吊下
支持された荷重又はその負荷部若しくはこれらと等価な
部分に加えられる作業者の力の大きさと方向を、前記荷
重の移動が許容された方向に直交させて前記負荷部に設
けた歪センサ等による検出手段に検出させ、該検出信号
に基づいて形成される制御信号を、前記荷重の移動又は
旋回のために設けた駆動源に供給することを特徴とする
ものである。

【００１３】また、上記制御方法を実施するための本発
明装置の構成は、補力装置における荷重を支持する負荷
部の形成部材に、前記補力装置本体に連結された垂直向
きの撓み又は変位可能な軸を基準軸として設けると共
に、該基準軸に対しほぼ直交する操作軸であって前記基
準軸を前後、及び、左右で撓ませるか又は変位させ、か
つ、当該操作軸自体が上，下に撓み可能な状態にして前
記負荷部の形成部材から突出させて設ける一方、前記基
準軸と操作軸とに、それらの撓み又は変位を検出する歪
センサ等の検出手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】

【実施例】次に、図に拠り本発明方法とこの方法を実施
するための装置の実施例について説明する。図１は仮想
定比槓杆タイプの補力装置の具体例の骨組図、図２は図
１の仮想定比槓杆タイプの補力装置に吊下支持された荷
重Ｗと、この荷重に釣り合うためのモ−タ等の出力によ
る力Ｆとの関係を模式的に示した斜視図、図３は図１の
補力装置における荷重の負荷部に形成した一例の操作部
の縦断面図、図４は操作部の別例の縦断面図、図５は操
作部の他の例の縦断面図、図６は操作部の出力によって
作動制御されるモ−タの出力パタ−ンの一例を示す出力
線図、図７は制御系の一例を示す機能ブロック図、図８
は本発明を適用する補力装置の他の例の概念斜視図、図
９は本発明を適用する補力装置の別例の概念斜視図であ
る。

【００１５】まず、図１の補力装置の構成について説明
する。１は第１ア−ム、２は第１ア−ムの先端に枢着P₁
した第２ア−ム、３は第１ア−ム１に平行でそれより短
か目の第３ア−ムで、先端は第２ア−ムに枢着P₂され、
後端が第２ア−ム２に平行であって、上端が第１ア−ム
に枢着P₃された連結リンク４の下端に枢着P₄されてお
り、上記第１ア−ム〜第３ア−ム１〜３と連結リンク４
によって平行四辺形を内包したパントグラフ状のア−ム
機構Ａを構成する。なお、図１においては、第１ア−ム
１と第２ア−ム２に平行，同長の補助ア−ム1'，2'を設
け、第２ア−ム２の先端に形成した負荷部７を常時水平
に保持できるようにしている。また、補助ア−ム1'，2'
は連結リンクCL₁を介して第１ア−ム１と第２ア−ム２
の枢着点P₁に枢着点P₁'，P₂'において枢着されている。

【００１６】上記ア−ム機構Ａは、第１ア−ム１の後端
1aが、ブラケット状の機筺５の垂直ガイド６にロ−ラ6a
を介して支持されると共に、第３ア−ム３と連結リンク
４の枢着点P₄が機筺５に枢着される一方、前記第１ア−
ム１の後端1aに下向きの力Ｆを調整しつつ作用するよう
に形成されることにより、第２ア−ム２の先端2aの負荷
部７に、荷重Ｗを吊下支持できるように形成され、仮想
定比槓杆タイプの補力装置WRの一例を構成する。

【００１７】即ち、上記補力装置WRのア−ム機構Ａは、
第１ア−ム１の後端1a，第３ア−ム３と連結リンク４の
枢着点P₄，第２ア−ム２の先端拐2aの３点が、これらを
通る仮想線Ｌを仮想槓杆とすると共に、枢着点P₄を支
点、第１ア−ム１の後端1aを力点、第２ア−ム２の先端
2aを負荷点とする仮想槓杆が、ア−ム機構Ａの姿勢の如
何を問わず形成される。この結果、負荷部７に吊った荷
重Ｗと力点に作用させる下向きの力Ｆとが釣合うことに
より、荷重Ｗは空中に吊下状態で支持され静止するの
で、この状態が、いわば疑似無重力状態である。なお、
８は上記力Ｆを出力するモ−タで、付設する巻上胴8a，
中間輪8b，鎖等の索9cを介して前記ロ−ラ6aをガイド６
に沿って上，下動させるためのものである。

【００１８】上記の疑似無重力状態を、模式的に示すと
図２の状態に表わされるが、荷重Ｗは、モ−タ８の出力
による力Ｆとなって釣合っているので上，下、左，右の
いずれの方向においても重力の作用を受けることなく、
人力によって移動させることが可能である。このため、
この種の補力装置は、各方向における重量物の持上げ支
持に多用されている。

【００１９】しかし、実際に重量がある物体（荷重Ｗ）
をこの補力装置WRの負荷部７に支持させて、例えば図２
のＸ軸又はＹ軸若しくはＺ軸方向に人力によって移動さ
せ、移動の後、静止させるには、当該荷重Ｗの慣性の作
用を受けるため、相当の人力を必要とする点は、先にも
述べた通りである。

【００２０】このため、図１により上記に説明した従来
の補力装置に支持した荷重Ｗを、モ−タ等の駆動力を利
用して移動させるようにした補力装置が提案され、実用
にも供されている。即ち、図１に示したように、９は枢
着点P₄を位置固定に形成せず、この枢着点P₄にロ−ラ9a
を設けてこのロ−ラ9aを水平方向に移動可能に支持した
水平ガイド、10はこのガイド９に支持された前記ロ−ラ
9aを移動させるためのモ−タで、巻上胴10a，案内輪10
b，チェ−ン等の索10cを介して前記ロ−ラ9aに連結され
ることにより、ア−ム機構Ａの枢着点P₄を水平ガイド９
に沿って前後動させ、負荷部７を前後（図の左右）に駆
動力によって移動させることができるようにされてい
る。

【００２１】これに加え、支柱11の上端に機筺５を旋回
自在にマウントすると共に、この機筺５をモ−タ12の回
転出力によって、支柱11上で正転，逆転させることによ
り、負荷部７を、支柱11を中心としてア−ム機構が回転
する円周上で移動できるようにしている。

【００２２】上記のように３個のモ−タ８，10，12を具
備した図１の補力装置WRは、各モ−タ８，10，12の出力
によって、負荷部７がＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向に移動可能
である。なお、図１，図２の補力装置WRにおけるＹ軸方
向の移動は、ア−ム機構Ａの支柱11上での旋回により実
行される。

【００２３】本発明方法は、上記の補力装置WRにおける
負荷部７の水平方向での移動、即ち、Ｘ軸，Ｙ軸方向で
の移動駆動源たるモ−タ10と12の制御を、図３〜図５に
示す操作部Ｃの構成により、従来公知の操作方法とは全
く異なる方法によって実行できるようにしたものであ
る。以下、この点について説明する。

【００２４】負荷部７は、第２ア−ム２とその補助ア−
ム2'の先端2a，2a'に枢着されたア−ム機構Ａと一体の
負荷部７の基体71から一体的に基準軸7aが垂下されてお
り、操作部Ｃが内装される箱体7bは、前記基体71に対し
ベアリング71aを介して旋回自在に吊下支持されてい
る。箱体7bの内部において前記基準軸7aの周囲には、圧
力センサ又は歪センサなどによる検出手段となるセンサ
±Sx，Syが、図２のＸ，Ｙ軸座標に合せてＸ軸方向，Ｙ
軸方向のそれぞれの方向に対応させて４個設けられてい
る。

【００２５】一方、箱体7bの側面からは、基準軸7aに対
して直交すると共に、交叉環7dにおいて基準軸7aを貫通
させた操作軸7cが設けられている。前記操作杆7cは、先
端部71cが上記箱体7bの前後側壁内面に対向して設けた
受部71bと支持ブラケットの横長穴72bに、前後スライド
可能に支持されると共に、基準軸7aとの交叉部が、前記
交叉環7dに形成され、かつ、この軸7cの後端（図３の左
方）が箱体7bの側壁に明けた軸径よりも大径の穴73bか
ら外部に突出させられている。7eはこの軸7cの後端立上
り部72cに回転可能に軸止めして取付けたグリップ、±S
zは前記操作軸7cの交叉環7dと穴72bの間において、当該
操作軸7cの上，下面に設けた歪センサである。±Swは前
記グリップ7eの軸回りに対向して配設した圧力センサ
で、グリップ7eのｗ軸上での旋回とその方向を検出し、
負荷部７に吊下した荷重Ｗの旋回に対応する。

【００２６】上記構成によって、まず、グリップ7eを握
ってこのグリップ7eを上，下（Ｚ軸方向）に少し変位さ
せると、操作軸7cが交叉環7dの手前（グリップ7e寄り）
側が撓む。また、前記グリップ7eを握って前後又は左右
（基準軸7aのＸ軸方向、Ｙ軸方向）に少し変位させる
と、この基準軸7aの下半側は交叉環7dにおいて各軸の方
向で撓み変位させられるので、基準軸7aは、前記操作軸
7cの交叉環7dの変位によってＸ軸又はＹ軸方向において
撓む。

【００２７】上記の構成によって、一例として、基準軸
7aが＋Ｘ方向に変位させられると、その軸7aの撓みがセ
ンサ＋Sxに検出されて、当該センサ＋Sxに前記撓み量に
応じた電気信号が生じる。このセンサ＋Sxの信号出力は
基準軸7aの撓み度合、つまり、操作軸7cに対する押出力
に比例したものである。前記と同様に軸7aが−Ｘ方向に
変位させられると、当該センサ−Sxに前記変位による撓
みに比例した信号出力が生じる。この点は、Ｙ軸のセン
サ±Syについても同様である。

【００２８】ここで、基準軸7aに対して、箱体7bが自由
に旋回する、つまり、操作軸7cがその交叉環7dを中心に
回転するので、操作軸7cの向きと各センサ±Sx，±Syと
の対向関係は、この操作軸7cが平面内で旋回した角度
（向き）によって変化する。しかし、各センサ±Sx，±
Syの位置は、前記基準軸7aと一体、つまりア−ム機構Ａ
の第２ア−ム２の向きに対して固定されているので、操
作軸7cが平面内で適宜角度旋回して作動させられること
によって基準軸7aを撓ませて得られる各センサ±Sx，±
Syの信号出力と、この出力を処理して制御するＸ，Ｙ軸
のモ−タ10，12の出力との関係を予め決めておけば、前
記各センサ±Sx，±Syの夫々の出力によって、これらの
モ−タ10，12の回転方向と回転速度とを制御できる。な
お、操作軸7cの上下での撓みは、平面内での向きのいか
んに拘らず、この軸7cの撓みに比例したセンサ±Szの信
号出力が得られる。

【００２９】次に、モ−タ10，12の制御態様について説
明する。いま、図１の補力装置WRにより空中に吊下げら
れた荷重Ｗに対し、作業者が負荷部７におけるグリップ
7eを掴み、そのグリップ7eを移動させたい方向に押す
か、引く力を加えたとする。ここで移動させたい方向が
図２の−Ｘの方向であったとすると、上記作業者の力、
つまり、作業者の荷重Ｗを移動させたい意思（移動方向
と移動の速さ）は、操作軸7cを介して基準軸7aに伝達さ
れる。

【００３０】基準軸7aは、上記作業者の力を受けて撓
み、その力の大きさと方向によって前記撓みの向きとそ
の撓み度合がセンサ−Sxに検出される。このセンサ−Sx
の信号出力は処理されて、図１の補力装置WRのモ−タ10
に、その回転方向の指令と図６に例示した起動出力の指
令とが供給される。この指令によるモ−タ10の起動出力
は、例えば、スタ−ト時刻t₀からt₁までの予め適宜時間
が設定された起動モ−ドにおいて、モ−タ10を最大出力
により駆動させたあと移動モ−ド（時刻t₁〜t₂）に移
り、この移動モ−ドにおいて前記センサSxの信号出力に
比例したモ−タ出力によって、荷重Ｗが滑らかに−Ｘ方
向に移動する。つまり、図１のア−ム機構Ａの姿勢が負
荷部７を右方へ水平移動させるように変化するのであ
る。

【００３１】上記のモ−タ10の移動出力による荷重Ｗの
−Ｘの方向への移動を止めたいとき、作業者はグリップ
7eに加えていたＸ軸方向の手の力を抜くか、又は、上記
の移動方向とは逆方向の力を少し加える。逆方向の力が
加えられると、この力によって基準軸7aが＋Ｘの方向へ
撓み、この撓みがセンサ＋Sxに検出されている信号出力
が得られるので、前記モ−タ10には、前記とは逆方向の
回転方向の指令とその起動出力の指令が供給される。こ
れがモ−タ10に時刻t₂からt₃までの間の停止モ−ドの間
に供給され、このときのモ−タ10の出力が、荷重Ｗのこ
れまでの移動により生じた慣性に対する制動力として作
用する。

【００３２】上記の説明は、図１の補力装置WRにより空
中に吊下された荷重ＷをＸ軸方向に移動させる場合につ
いてのものであるが、図１の補力装置WRにおいては、Ｙ
軸方向の移動についても上記例とほぼ同様にして、モ−
タ12が駆動制御される。なお、図１，図２の補力装置WR
においては、Ｙ軸方向の移動は、基本的には、荷重Ｗの
支柱11の回りに対する旋回によって実現されているが、
この旋回とＸ軸方向との移動を併用すれば、Ｙ軸に平行
な直線移動、或は、Ｘ軸とＹ軸の中間における直線移動
も可能である。

【００３３】このためには、例えば、操作軸7cの平面上
の向きを、固定された基準軸7a上に配置された２組のセ
ンサ±Sx，±Syの中間（箱体7bの旋回による）に位置付
けて、この向きで当該操作軸7cを押，引き、或は、左，
右に変位させるように操作する。また、補力装置WRの負
荷部７が、Ｘ軸，Ｙ軸に沿って直線移動可能な例えば、
図９に示す補力装置WRでは、Ｘ軸，Ｙ軸の各軸方向での
水平移動は、直線移動となる。また、この装置WRでも２
つの軸に挟まれた方向への直線移動も可能である。

【００３４】Ｘ軸，Ｙ軸に挟まれた中間方向への負荷部
７の直線移動のため、図１，図２に示す円筒座標系の可
動範囲を持つ補力装置WRでは、その負荷部７のモ−タ12
の出力による移動ベクトルとモ−タ10の出力による移動
ベクトルの合成ベクトルの方向が、当該負荷部７に加え
た作業者の力のベクトルの方向と一致する必要がある。

【００３５】このためには、Ｙ軸方向に沿って負荷部７
の旋回をさせるモ−タ12の出力を制御するか、又は、モ
−タ10と12の出力を同時に制御して、負荷部７のＸ軸方
向での移動ベクトルとＹ軸に沿った負荷部７の旋回半径
の接線ベクトルによる移動方向が直線を描くようにす
る。

【００３６】なお、本発明において、負荷部７に加える
作業者の力の方向を判断するため、基準軸7aの操作軸7c
との結合部、具体的には交叉環7dの部分にエンコ−ダ等
の角度検出器（図示せず）を設け、このエンコ−ダに検
出される箱体7bの向きから負荷部７の移動させたい方向
を検出し、この検出角度に対応してモ−タ10と12の出力
を制御し、負荷部７のＸ軸，Ｙ軸に挟まれた中間的方向
での直線移動ができるようにしてもよい。

【００３７】以上の説明は、図１の補力装置WRによって
空中に吊下支持された荷重Ｗを水平面内で横移動させる
ときのモ−タ10，12の制御例についてのものであるが、
本発明方法は、負荷部７における箱体7bの基体71上での
旋回（荷重の手首旋回）、並びに、荷重Ｗの上下方向の
移動についても本発明方法による制御の適用ができるの
で、以下に説明する。

【００３８】負荷部７の箱体7bのその場での旋回は、基
体71に図４に例示するようにモ−タMwを設けてその出力
を出力ピニオン7pから箱体7bの入力歯車7gに伝達するよ
うにしておく一方、グリップ7eの取付軸となる操作軸7c
の後端立上り軸部72c上に、ｗ軸回りに１対のセンサ±S
wを設け、前記グリップ7eの軸部72c上での右又は左方向
への旋回を前記センサ＋Sw又は−Swで検出して前記モ−
タMwを正，逆転させて行う。

【００３９】一方、荷重Ｗの上，下方向の移動は、次の
通りである。図１の補力装置WRにおいて、荷重Ｗを空中
に吊下して保持するため、モ−タ８は、荷重Ｗと釣合っ
た出力Ｆに保持されている。図２に示すように、モ−タ
８の出力Ｆと釣合って空中に静止保持されている荷重Ｗ
を、その位置よりも上方又は下方、即ち、Ｚ軸方向に移
動させるには、モ−タ８の前記出力Ｆを大きくするか、
又は、小さくすることにより行う。そして、所望の上方
又は下方の位置において、前記荷重Ｗを止めるには、そ
の位置の荷重Ｗと釣合うようにモ−タ８の出力を制御す
る。

【００４０】図３の操作部Ｃでは、モ−タ８に対する出
力制御を実行させるための検出部を、前記操作軸7cの
上，下面に設けた一対のセンサ±Szにより、グリップ7e
を握って当該操作軸7cに加えられる上，下方向の人の力
による操作軸7cの上，下の撓みを検出し、この信号出力
によってモ−タ８の回転方向と回転出力の制御が実行で
きるように構成されている。

【００４１】本発明における図３に示した操作部Ｃは、
図４，図５のように構成することもできるので、以下、
図４，図５に例示した操作部Ｃの構造について説明す
る。

【００４２】図３の操作部Ｃでは、操作軸7cが箱体7bの
対向した前後側壁内面に設けた受部71bと支持ブラケッ
トの横長穴72bにより支持されていたが、図４の操作部
Ｃでは、この操作軸7cを箱体7bの天井側から吊設したバ
ネ74b，75bの下端により支持させている。ここで板バネ
74b，75bは、操作軸7cの静止位置を保持するための位置
決めバネとしての役割を担う。図４の操作部Ｃにおい
て、その他の部分の構成及び機能は、図３の装置とほぼ
同様である。

【００４３】図５の操作部Ｃでは、Ｘ軸及びＹ軸のセン
サ±Sx，±Syにポテンシオメ−タを用いると共に、基準
軸7aを、一例として図５の通りの構成にした。即ち、基
準軸7aを、その上方において同軸上で上，下に二分割し
た型式にすると共に、上方部材71aをＹ軸と平行な軸73a
により基体71の下端に枢着し、下方部材72aをＸ軸と平
行な軸74aにより、前記上方部材71aの下端に枢着したの
である。

【００４４】そして、軸73aと74aは、夫々、上方部材71
aと下方部材72aと一体に揺動するように各部材71a，72a
に固着されており、また、下方部材72aの下端延長部が
Ｘ軸方向とＹ軸方向の支持バネ75a，76aによって支持さ
れ、バネの撥力によって静止位置に自己復帰するように
形成されている。その他の部分の構成は、図４の操作部
Ｃとほぼ同様である。

【００４５】次に、図３の操作部Ｃの各センサ±Sx，±
Sy，±Szと、図１の補力装置WRにおける各軸の各モ−タ
10，12，８との間に設けられる制御系の一例を図７によ
り説明する。まず、図７の制御系では支持すべき荷重Ｗ
と釣合うモ−タ８の出力を検出し、この検出値Baを当該
荷重Ｗの重量として換算する。モ−タ８の出力と釣合っ
た重量を示す検出値Baは、分岐されてその荷重Ｗを水平
方向に移動させるために駆動させるＸ軸，Ｙ軸のモ−タ
10，12の制御系に、基準荷重として供給される。

【００４６】図７に示した各軸の制御系に於て、30X，3
0Y，30Zは、モ−タ回転方向の判別回路であって、各軸
のそれぞれのセンサ±Sx〜±Szにおいて、いずれのセン
サから出力があるのかを判別し、各軸のモ−タ10，12，
８の回転方向を決める。ここで、荷重支持部7fを操作部
Ｃに関して回転させる場合には、図４に例示するように
箱体7bに吊下される支持部7fの軸71fに、モ−タMwを設
け、このモ−タMwの回転方向と回転出力を、センサ±Sw
の信号出力を処理する制御部（図示せず）によって制御
するようにすればよい。

【００４７】31X，31Y，31Zは各軸のセンサ±Sx〜±Sz
に検出される信号出力を、適宜サンプリング周期におい
て検出処理し、時間関数のデジタル値に変換する検出デ
−タの処理部、32X，32Y，32Zは前記の各デ−タ処理部3
1X〜31Zの出力がそれぞれに供給され、各軸の設定部33
X，33Y，33Zに予め設定された設定値を基準にし前記検
出デ−タによる各軸のモ−タ出力制御に用いる信号を演
算する演算部である。

【００４８】即ち、各軸の設定部33X〜33Zには、荷重Ｗ
と釣合った出力Ｆを保持しているモ−タ８の出力が、基
準荷重Baとして供給される一方、各モ−タ10，12，８に
ついて、一例として図６に示す出力パタ−ンが予め設定
されている。この実施例では、基準荷重Baの大きさによ
って、図６の出力パタ−ンが予め設定した複数の出力レ
ベルのパタ−ンの中から選択されるようになっている。
なお、図６の出力パタ−ンに於て、時刻t₀〜t₁は起動モ
−ド、t₁〜t₂が定常走行速度の移動モ−ド、t₂〜t₃は停
止モ−ドである。

【００４９】一方、例えば、Ｘ軸の演算部32Xでは、そ
こに処理されたセンサ＋Sx又は−Sxからの検出デ−タ
が、デ−タ処理部31Xから、時系列的に入力するとき、
最初のデ−タ入力によって図６の出力パタ−ンにおける
起動モ−ドの出力が選択され、これが制御部34Xに供給
され、ひきつづき、前記センサ＋Sx又は−Sxからのデ−
タ入力があるあいだ、図６の定常走行の移動モ−ドにお
ける出力が制御部34Xに継続して供給される。移動モ−
ドにおいては、モ−タ出力は、例えば、センサ＋Sx又は
−Sxからの出力に比例し、前記センサからの検出デ−タ
の入力がなくなるか、又は、対向側のセンサ−Sx又は＋
Sxからの入力があって反対方向の回転指令入力がある
と、図６の停止モ−ドに入り、制動出力が、制御部34X
に供給されて、モ−タ10の回転が停止させられる。

【００５０】上記のモ−タ10に対する制御アルゴリズム
は一例であって、本発明では別の態様のアルゴリズムに
よるモ−タ制御も可能であるので、この例をモ−タ12に
ついて説明する。モ−タ12は、荷重ＷのＹ軸方向の移
動、図１，図２の補力装置WRではア−ム機構Ａ（槓杆
Ｌ）の支柱11の回りでの回転による移動のために駆動さ
れる。即ち、荷重Ｗを＋Ｙ軸方向に移動させるため、グ
リップ7eを＋Ｙ方向に押すと、基準軸7aが＋Ｙ側に撓む
ので、センサ＋Syに信号出力が生じる。

【００５１】上記センサ＋Syの信号出力によって、Ｙ軸
の駆動源であるモ−タ12の回転方向の判別部30Yがその
モ−タ12の回転方向を決定すると共に、この検出出力が
デ−タ処理部31Y，演算部32Yにおいて演算処理され、モ
−タ12に、ここでも図６に示す出力パタ−ンにおける時
刻t₀〜t₁の間の起動モ−ドにおけるスタ−ト出力を生じ
させ、このあと定常移動のためセンサ＋Syからの信号出
力に比例したモ−タ出力を生じさせる。これにより、荷
重Ｗを吊下したア−ム機構Ａは、滑らかに支柱11の回り
を旋回し始める。

【００５２】上記の旋回において、操作部Ｃの向きを旋
回方向（＋Ｙ方向）に一致させた向きで、かつ、一定の
力で押すか又は引きつづければ、基準軸7aの向きはア−
ム機構Ａの向きと同一であるから、前記センサ＋Syに生
じる信号出力は原則として変化しないので、モ−タ12の
みが回転して旋回をつづける。

【００５３】しかし、操作部Ｃの箱体7bの向きを＋Ｙ軸
に平行な向きに保持しつつ、その＋Ｙ軸方向に押すか、
又は、引くと、ア−ム機構Ａの支柱11上での旋回に伴
い、基準軸7aがア−ム機構Ａと一体であるのに対し、操
作部Ｃの箱体7bは、＋Ｙ軸と平行な向きであるため、グ
リップ7eを押すことによる基準軸7aの撓みは、センサ＋
Syによる検出からセンサ−Sxによる検出に、連続的に変
遷移動する。即ち、このような操作状態では、まず、＋
Ｙ軸のセンサ＋Syから信号出力が得られているが、次第
にセンサ＋Syとセンサ−Sxの両センサに信号出力が生
じ、遂には、センサ−Sxのみから信号出力が得られる状
態となる。

【００５４】上記のようにセンサ＋Syから−Sxに逐次生
じる信号出力の検出によって、モ−タ12は、まず図６の
出力パタ−ンにおける起動モ−ドで起動され、次いで、
モ−タ12が定常の移動モ−ドによる出力に入ったあと、
センサ−Sxの信号出力によりモ−タ10が起動される。こ
こでモ−タ12が既に回転しているときに起動されるモ−
タ10は、図６の出力パタ−ンにおける起動モ−ドの出力
はなく、当初から移動モ−ドでの出力で足りる。この関
係は、モ−タ10とモ−タ12の起動順が逆になっても、上
記と同様の関係で、後から起動されるモ−タに起動モ−
ドの出力は指令されない制御内容となっている。

【００５５】また、図１の補力装置WRでは、Ｘ軸方向で
の荷重Ｗ又はその負荷部７の移動は、ア−ム機構Ａの第
１ア−ム１と第２ア−ム２との伸縮によりなされるた
め、図２の仮想槓杆Ｌの長さが異なることとなる。従っ
て、Ｘ軸方向での移動のあとＹ軸方向の移動、即ち、支
柱12上での旋回をさせるとき、ア−ム機構ＡのＸ軸方向
での長さＬ、つまり、回転半径が異なるため、モ−タ12
の出力が一定であると周速が同一ではなくなる。

【００５６】そこで、本発明では、このア−ム機構Ａの
Ｘ軸上での投影長さ（槓杆の長さ）Ｌが異なることがあ
っても、図１の補力装置WRのＹ軸方向移動、つまり支柱
11上での旋回における負荷部７又は荷重Ｗの移動速度、
つまり、周速を一定にするため、一例として予め設定部
33Yにモ−タ12の出力を、前記長さＬの大きさに対応さ
せて変化させるように設定しておく。このようにすれ
ば、操作部Ｃの向きによりＸ軸のセンサ±SxとＹ軸セン
サ±Syとが同時に基準軸7aの撓みを検出し、モ−タ10と
モ−タ12とが同時に駆動されるとき、グリップ7eをつか
んで操作する荷重Ｗを移動させたい方向と、実際の荷重
Ｗの移動方向に差異が生じないか、生じても少なくする
ことができる。

【００５７】一方、モ−タ８は、荷重Ｗを空中で支持す
るために釣合う力Ｆに見合った出力が、荷重Ｗの持上げ
保持のために、既に与えられているので、この荷重Ｗを
支持位置から更に高く持上げたり、下げたりするために
は、モ−タ８の出力を増大させるか、又は、減少させる
が、そのための操作は、図３〜図５の操作部Ｃでは、グ
リップ7eをつかみ、操作軸7cを押下げるか持上げて撓ま
せ、加える力の向きと大きさをセンサ＋Sz，−Szにより
検出させ、図７のモ−タ８の制御系によりその検出値を
処理演算し、モ−タ８の出力を制御する。

【００５８】以上に説明した実施例は、図１に示した平
行リンクによるア−ム機構を利用した補力装置WRに於
て、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の駆動源を本発明方法により制御
したものであるが、本発明方法は上記図１の負荷部７が
円筒座標系において移動する補力装置以外の構造の補力
装置、例えば、図８や図９に示すような補力装置につい
ても勿論適用可能である。

【００５９】図８の補力装置は、図１の補力装置WRに比
べ、ア−ム機構A'が進退タイプで異なるが、荷重の負荷
部は、円筒座標上で移動する点で、図１の補力装置と同
じである。図８において、11は支柱、h₁は支柱11上にモ
−タMyにより旋回できるように支柱11に架装した第１ア
−ム、h₂は第１ア−ムh₁に沿ってモ−タMxにより進退自
在に装着した第２ア−ム、V₁はモ−タMzにより第２ア−
ムh₂の先端に取付けた昇降ア−ム、７は昇降ア−ムV₁の
下端に設けた負荷部である。

【００６０】一方、図９は直交座標系において、その負
荷部７が水平移動，垂直移動できるようにした補力装置
WRの例である。この装置は、天井等に設けられるレ−ル
Ｒに、モ−タMxにより走行可能に設けたフレ−ム台車Px
を載架し、この台車Pxの上に、モ−タMyにより走行可能
に設けた副台車Pyを載架し、更に、この副台車Pyにモ−
タMzによって昇降させられる昇降ア−ムV₂を設け、該ア
−ムV₂の下端に負荷部７を設けて形成されている。

【００６１】上記図８，図９の補力装置WRに於て、各軸
のモ−タMx，My，Mzは、図１の補力装置における各軸の
モ−タ10，12，８に対応する。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、Ｘ，
Ｙ，Ｚの各軸方向の移動に関する駆動源を設けた補力装
置に対し、移動させたい方向と移動させたい速さを、荷
重又は負荷部若しくはそれと等価の部位に、人手による
押し力又は引き力として作用させることにより、この力
の方向と大きさを、対応した各移動軸のセンサで検出
し、該センサ出力に対応する各移動軸の駆動源を、あた
かも作業者の荷重を移動させたいとする意思に従動し、
しかも、荷重が慣性の作用を見かけ上受けないような態
様で制御するから、荷重を任意の方向へ自由に操作する
者の手の動きに追従させて移動位置決めさせることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】仮想定比槓杆タイプの補力装置の具体例の骨組
図。

【図２】図１の仮想定比槓杆タイプの補力装置に吊下支
持された荷重Ｗと、この荷重に釣り合うためのモ−タ等
の出力による力Ｆとの関係を模式的に示した斜視図。

【図３】図１の補力装置における荷重の負荷部に形成し
た操作部の縦断面図。

【図４】操作部の別例の縦断面図。

【図５】操作部の他の例の縦断面図。

【図６】操作部の出力によって作動制御されるモ−タの
出力パタ−ンの一例を示す出力線図。

【図７】制御系の一例を示す機能ブロック図。

【図８】本発明を適用する補力装置の他の例の概念斜視
図。

【図９】本発明を適用する補力装置の別例の概念斜視
図。

【符号の説明】

１第１ア−ム２第２ア−ム３第３ア−ム４連結リンク５機筺６垂直ガイド 6a ロ−ラ７負荷部８モ−タ９水平ガイド 9a ガイドロ−ラ 10 モ−タ 11 支柱 12 モ−タ＋Sx，−Sx Ｘ軸のセンサ＋Sy，−Sy Ｙ軸のセンサ＋Sz，−Sz Ｚ軸のセンサ＋Sw，−Sw 手首軸のセンサ 30X，30Y，30Z 方向判別回路 31X，31Y，31Z 検出デ−タの処理部 32X，32Y，32Z 演算部 33X，33Y，33Z 設定部Ｗ荷重 WR 補力装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仮想定比槓杆等により形成された補力装
置に吊下支持された荷重又はその負荷部若しくはこれら
と等価な部分に加えられる作業者の力の方向と大きさ
を、前記荷重の移動が許容された方向に直交させて前記
負荷部に設けた歪センサ等による検出手段に検出させ、
該検出信号に基づいて形成される制御信号を、前記荷重
の移動又は旋回のために設けた駆動源に供給することを
特徴とする補力装置における荷重の移動制御方法。
【請求項２】作業者が荷重を移動させたために当該荷
重又はその負荷部若しくはこれらの等価の部分に加える
力の方向と大きさを負荷部に配置した基準軸と操作軸に
関連させた歪センサ等による検出手段に検出させ、該検
出信号に基づいて駆動源の出力を制御し荷重の移動方向
と移動速度を制御する請求項１の制御方法。
【請求項３】補力装置の負荷部等に加える作業者の力
の方向が、Ｘ軸とＹ軸に挟まれた中間方向であるとき、
Ｘ軸に関する駆動源の出力による前記負荷部等の移動ベ
クトルとＹ軸に関する駆動源の出力による前記負荷部等
の移動ベクトルとの合成ベクトルが前記作業者の力の方
向と一致するように、前記各軸の駆動源の出力を制御す
る請求項１又は２の補力装置における荷重の移動制御方
法。
【請求項４】補力装置の荷重の負荷部等が支柱等を中
心として旋回するとき、その旋回半径の大きさによって
旋回駆動源の出力を制御し、前記負荷部等の旋回速度を
制御する請求項１〜３のいずれかの補力装置における荷
重の移動制御方法。
【請求項５】駆動源の出力には、荷重の移動時におけ
る荷重による慣性と補力装置の機械抵抗を加味する請求
項１〜４のいずれかの制御方法。
【請求項６】荷重の水平移動に伴い生じる慣性は、該
荷重の重量と補力装置の負荷部に設けた歪センサ等の検
出手段に得られる電気信号を処理演算して求め、この演
算して求めた慣性に基づいて駆動源の出力を制御する請
求項１〜５のいずれかの制御方法。
【請求項７】検出手段は、圧力センサ又は歪センサ若
しくはポテンシオメ−タである請求項１〜６のいずれか
の制御方法。
【請求項８】補力装置における荷重を支持する負荷部
の形成部材に、前記補力装置本体に連結された垂直向き
の撓み又は変位可能な軸を基準軸として設けると共に、
該基準軸に対しほぼ直交する操作軸であって前記基準軸
を前後、及び、左右で撓ませるか又は変位させ、かつ、
当該操作軸自体が上，下に撓み可能な状態にして前記負
荷部の形成部材から突出させて設ける一方、前記基準軸
と操作軸とに、それらの撓み又は変位を検出する歪セン
サ等の検出手段を設けたことを特徴とする補力装置にお
ける荷重の移動制御のための操作装置。