JPH1179685A - Balancer - Google Patents

Balancer

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JPH1179685A
JPH1179685A JP25284597A JP25284597A JPH1179685A JP H1179685 A JPH1179685 A JP H1179685A JP 25284597 A JP25284597 A JP 25284597A JP 25284597 A JP25284597 A JP 25284597A JP H1179685 A JPH1179685 A JP H1179685A
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JP
Japan
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nut
drive shaft
drum
balancer
cable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP25284597A
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Japanese (ja)
Inventor
Koei Suga
光栄 菅
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Double Research and Development Co Ltd
Original Assignee
Double Research and Development Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a balancer which quickly winds up or extends a cable according to changes in tension of the cable caused by the movement of a material to be supported and has a simple structure in the wind-up type balancer having a long cable wound around a rotating drum. SOLUTION: This balancer is provided with a drive shaft 1 which is provided with a screw groove 101 having a prescribed lead angle, a nut 2 which is threadly engaged with the screw groove, a drum 3 for winding a cable 4 which is coaxially fixed to the nut 2 and supported by the circumference of the drive shaft 1, and an elastic member which applies a pressing force f2 against the thrusting force f1 in the axial direction of the nut 2 to the end face of the nut, when the drum is relatively rotated about the drive shaft 1 in the direction for extending the cable, and when the thrusting force f1 by the tension of the cable 4 is larger than the pressing force f2, the drum 3 is smoothly rotated about the drive shaft 1 in the direction for extending the cable 4, and in the reverse case, the drum 3 is rotated in the direction for winding up the cable 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転ドラムに巻回
した長尺索条の巻き取り又は繰り出し動作を、索条の張
力変化に応答して即座に行うバランサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a balancer that immediately takes up or unwinds a long cord wound around a rotary drum in response to a change in the tension of the cord.

【0002】[0002]

【従来の技術】ある重量を有する物体を空中に支持して
任意の高さに静止させるとともに、僅かな外力を加える
ことによりその支持高さを容易に変更できるようにした
いという要求がある。このような要求に応える機構を本
明細書では「バランサ」と呼ぶことにする。
2. Description of the Related Art There is a demand that an object having a certain weight be supported in the air and stopped at an arbitrary height, and that the supporting height can be easily changed by applying a small external force. A mechanism that meets such a request will be referred to herein as a “balancer”.

【0003】バランサの機構には各種のものがある。例
えばばねを利用したもの、カウンターウェイトによるも
の、油圧又は空気圧によるクレーン式のもの、モーター
等によるウィンチ式のもの等である。いずれの方式にお
いても、ばねやカウンターウェイト等により被支持物の
重量を支えてバランスさせるとともに、外部から被支持
物に加えられる力に応じてその力の方向への動きを与え
る点は共通である。
There are various types of balancer mechanisms. For example, those using a spring, those using a counterweight, those using a crane using hydraulic pressure or pneumatic pressure, those using a winch type using a motor or the like can be used. Both methods have a common point in that the weight of the supported object is supported and balanced by a spring, a counterweight, or the like, and a movement in the direction of the force is given according to a force applied to the supported object from the outside. .

【0004】バランサの用途として、大きい支持重量
(数十kg〜100kg)と極めて広い可動範囲に加え
て、迅速な追従性を要求されるものがある。例えば作業
用ロボットを高さ数十メートルに及ぶ広い壁面上に支持
するような場合である。このようなロボットは吸盤を備
えた移動機能で自重を支えつつ、壁面を上下左右に自ら
移動できるが、まれには壁面への吸着に失敗することが
あり、また広い範囲を高速で移動することができない。
この場合、バランサには、必要に応じてロボットの全重
量を支えて高速に吊り上げ吊り降ろしができるととも
に、ロボットが壁面に取り付いて自ら移動している状態
では、索条に一定の張力を与えつつ、かつロボットに無
理な力が掛からないように、その動きに迅速に追従でき
ることが要求される。
[0004] As an application of the balancer, in addition to a large supporting weight (several tens of kg to 100 kg) and an extremely wide movable range, there is a demand for quick follow-up. For example, this is a case where a work robot is supported on a wide wall surface having a height of several tens of meters. Such a robot can move up, down, left, and right on the wall while supporting its own weight with a moving function equipped with a suction cup.However, in rare cases, it may fail to adsorb to the wall and move at high speed over a wide range. Can not.
In this case, the balancer can support the entire weight of the robot as needed and can be lifted and lowered at high speed, and while the robot is attached to the wall and moving by itself, it applies a certain tension to the rope. In addition, it is required that the robot can quickly follow the movement so that no excessive force is applied to the robot.

【0005】このように広い可動範囲と大きい支持重量
を要求される場合には、ウィンチ型の巻き上げ式バラン
サが候補になるが、ウィンチ型のものは一般に機構自体
が頑丈で重く、索条の張力変化から応答動作までの時間
的な遅れが問題になる。リレー回路や機械式クラッチに
よる駆動軸入力制御方式ではここで問題にするような迅
速な応答を期待できない。勿論、電子制御回路とサーボ
モータによる精密制御を採用することは可能であるが、
高価につく。
[0005] When such a wide movable range and a large supporting weight are required, a winch-type roll-up balancer is a candidate. The winch-type one generally has a strong and heavy mechanism itself, and the rope tension is high. The time delay from the change to the response operation becomes a problem. The drive shaft input control method using a relay circuit or a mechanical clutch cannot expect such a quick response as is problematic here. Of course, it is possible to adopt precision control by electronic control circuit and servo motor,
Expensive.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明が解決し
ようとする課題は、回転ドラムに巻回した長尺索条を有
する巻き上げ式のバランサにおいて、被支持物の動き等
に起因する索条の張力変化に応じて、索条の巻き取り又
は繰り出し動作を即座に行うことができ、しかも構造簡
単なバランサを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a hoist-type balancer having a long cable wound around a rotary drum. An object of the present invention is to provide a balancer that can immediately perform a winding or unwinding operation of a cord according to a change in tension and that has a simple structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本明細書
に添付した図1によりその構成を模式的に説明するバラ
ンサにより解決することができる。図1はバランサの要
部構成を示す一部破断立面図であり、参照符号1は駆動
軸、101は駆動軸1に設けたねじ溝、2はナット、3
は索条巻回用ドラム、4は索条、f1はドラム3が索条
4を繰り出す向きに回転する際ナット2に生じる軸方向
推進力、f2は図示しない弾性部材によりナット2の端
面にf1とは反対方向に加えられる押圧力である。押圧
力f2左端のハッチ記号は弾性部材の支点となる静止部
材を模式的に示している。またf1、f2を表す矢印は
力の大きさを示すものではなく、単に力の向きを示す。
The above object can be attained by a balancer whose structure is schematically explained with reference to FIG. 1 attached to the present specification. FIG. 1 is a partially cutaway elevational view showing a configuration of a main part of a balancer, wherein reference numeral 1 denotes a drive shaft, 101 denotes a thread groove provided on the drive shaft 1, 2 denotes a nut,
Is a drum for winding the rope, 4 is a rope, f1 is an axial thrust generated in the nut 2 when the drum 3 rotates in the direction in which the rope 4 is fed, and f2 is f1 on an end face of the nut 2 by an elastic member (not shown). Is the pressing force applied in the opposite direction. A hatch symbol at the left end of the pressing force f2 schematically shows a stationary member that becomes a fulcrum of the elastic member. Further, arrows indicating f1 and f2 do not indicate the magnitude of the force, but simply indicate the direction of the force.

【0008】すなわち、本発明のバランサ(以下、「本
機」という)は、所定のリード角を有するねじ溝101
を設けた駆動軸1と、ねじ溝101に螺合するナット2
と、ナット2に同軸に固定されて駆動軸1の周りに支持
された索条4巻回用ドラム3と、ドラム3を駆動軸1に
対して索条4を繰り出す向きに相対回転させるときのナ
ット2の軸方向推進力f1に対向する押圧力f2をナッ
ト2の端面に加える弾性部材とを備え、索条4の張力に
よるナット2の軸方向推進力f1が押圧力f2より大き
い場合は索条4を繰り出す向きに、その逆の場合は索条
4を巻き取る向きに、ドラム3が駆動軸1に対して円滑
に相対回転することを特徴とする。
That is, the balancer of the present invention (hereinafter referred to as “the machine”) has a thread groove 101 having a predetermined lead angle.
And a nut 2 screwed into the screw groove 101
And a drum 4 for winding the rope 4 which is coaxially fixed to the nut 2 and supported around the drive shaft 1, and when the drum 3 is rotated relative to the drive shaft 1 in a direction in which the rope 4 is extended. An elastic member that applies a pressing force f2 opposing the axial propulsion force f1 of the nut 2 to the end face of the nut 2, and if the axial propulsion force f1 of the nut 2 due to the tension of the cable 4 is greater than the pressing force f2, It is characterized in that the drum 3 smoothly rotates relative to the drive shaft 1 in the direction in which the thread 4 is extended, and in the opposite case, in the direction in which the cable 4 is wound.

【0009】本機は長尺の索条4を巻いたドラム3を備
えるので、必要に応じて被支持物を広い範囲で高速に吊
り上げ吊り降ろすことができる。また被支持物の重量が
他の手段(例えばロボットの吸盤)で支持されバランス
している状態で、例えば被支持物の自己運動によって生
じる力をドラム3と駆動軸1との相対回転を介して弾性
部材により吸収する。すなわち、索条4の張力がドラム
3に加わることによって生じるナット2の軸方向推進力
f1と弾性部材によるナット2の端面への押圧力f2と
がバランスすると、ドラム3は駆動軸1に対して静止
し、これら二つの力が等しくない場合はドラム3と駆動
軸1とが相対的に回転する。
Since this machine is provided with the drum 3 on which the long cord 4 is wound, the object to be supported can be lifted and lowered at high speed in a wide range as required. In a state where the weight of the supported object is supported and balanced by another means (for example, a suction cup of a robot), for example, a force generated by the self-motion of the supported object is generated through the relative rotation of the drum 3 and the drive shaft 1. Absorbed by elastic members. That is, when the axial propulsion force f1 of the nut 2 generated by the tension of the cable 4 applied to the drum 3 and the pressing force f2 of the elastic member against the end face of the nut 2 are balanced, the drum 3 moves with respect to the drive shaft 1. At rest, if these two forces are not equal, the drum 3 and the drive shaft 1 rotate relatively.

【0010】本機の初期荷重調整は、駆動軸1が静止し
ている状態で弾性部材の強さを調節することにより、索
条4に所定の張力を与えた状態でドラム3が駆動軸1に
対して静止し、かつ押圧力f2が作用する側のナット2
の端面がナット2の移動範囲(行程)の中点に来るよう
にして行う。なお上記所定の張力は、被支持物の重量と
バランスする大きさであっても、それより小さくても良
い。張力が被支持物の重量とバランスする場合とは被支
持物側に自重を支える能力がない場合に、それより小さ
い場合は被支持物側の自重支持能力をある程度期待でき
る場合等に対応する。これらいずれの場合にも、弾性部
材の弾性定数を適当に選ぶことにより対応することがで
きる。このように荷重調整された本機は、駆動軸1の停
止又は回転にかかわらず、ドラム3と駆動軸1との相対
的揺動に対応して、ナット2が上記行程中点の前後で往
復運動しながらバランス動作を行う。
The initial load of the machine is adjusted by adjusting the strength of the elastic member while the drive shaft 1 is stationary, so that the drum 3 is driven in a state where a predetermined tension is applied to the cable 4. Nut 2 on the side which is stationary with respect to and on which the pressing force f2 acts
In such a manner that the end surface of the nut comes to the middle point of the moving range (stroke) of the nut 2. Note that the predetermined tension may be a magnitude that balances with the weight of the supported object or may be smaller. The case where the tension is balanced with the weight of the supported object corresponds to the case where the supported object has no ability to support its own weight, and the case where the tension is smaller than that corresponds to the case where the own weight supporting capacity of the supported object can be expected to some extent. Any of these cases can be dealt with by appropriately selecting the elastic constant of the elastic member. In this machine whose load has been adjusted in this way, the nut 2 reciprocates before and after the midpoint of the stroke in accordance with the relative swing between the drum 3 and the drive shaft 1 irrespective of the stop or rotation of the drive shaft 1. Perform balance while exercising.

【0011】いまこの状態で、例えば被支持物の動きに
よって下向きの力が作用したとする。この力は索条4の
張力を増大させるので、ナット2の軸方向推進力f1が
押圧力f2よりも大きくなり、その結果、ドラム3は駆
動軸1に対して即座に相対的な回転を起こして索条4が
繰り出される。また上記とは逆に、力が上向きに作用し
索条4の張力が減少した場合は、即座にドラム3が索条
4を巻き取る向きに相対回転する。したがって被支持物
の動きに対して本機は極めて迅速に追従し、被支持物に
無理な力を与えることがない。
In this state, it is assumed that a downward force acts due to, for example, the movement of the supported object. This force increases the tension of the rope 4, so that the axial thrust f1 of the nut 2 becomes larger than the pressing force f2, and as a result, the drum 3 immediately rotates relative to the drive shaft 1. The rope 4 is extended. Conversely, when the force acts upward and the tension of the rope 4 decreases, the drum 3 immediately rotates relative to the direction in which the drum 4 takes up the rope. Therefore, the apparatus follows the movement of the supported object very quickly, and does not apply an excessive force to the supported object.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態として、
ねじ溝101のリード角が、45°を中心として、ナッ
ト2の軸方向推進力f1が押圧力f2より大きい場合又
はその逆の場合のいずれにおいても、ねじ溝101及び
ナット2間の滑り摩擦係数が実用上許容される値以下と
なる角度範囲内で設定されること、を挙げることができ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a preferred embodiment of the present invention,
The sliding friction coefficient between the screw groove 101 and the nut 2 when the lead angle of the screw groove 101 is about 45 ° and the axial propulsion force f1 of the nut 2 is larger than the pressing force f2 or vice versa. Is set within an angle range that is equal to or less than a practically allowable value.

【0013】本機における「リード角」は、駆動軸1に
設けたねじ溝101の接線が駆動軸1の横断面となす角
である。索条4の張力がドラム3に加わることによって
ナット2に回転力が与えられる場合は、リード角が例え
ば30°程度であっても支障がない。逆に、ナット2の
端面に加わる押圧力によりナット2の回転力が生じる場
合は、リード角が上記のような値であると、ねじ溝10
1とナット2間の滑り摩擦係数が過大になり円滑な回転
が妨げられる。この場合はリード角として例えば60°
以上の値が望ましいであろう。しかしこのように大きい
リード角では、索条4の張力によるドラム3の回転に支
障を生じうる。したがってこれら両方の場合を満足させ
るため、リード角を45°前後とすることが考えられ
る。
The “lead angle” in the present machine is the angle between the tangent of the thread groove 101 provided on the drive shaft 1 and the cross section of the drive shaft 1. When a rotational force is applied to the nut 2 by the tension of the cable 4 being applied to the drum 3, there is no problem even if the lead angle is, for example, about 30 °. On the other hand, when the pressing force applied to the end face of the nut 2 generates a rotational force of the nut 2, if the lead angle has the above value, the thread groove 10
The coefficient of sliding friction between the nut 1 and the nut 2 becomes excessive, preventing smooth rotation. In this case, the lead angle is, for example, 60 °.
The above values would be desirable. However, with such a large lead angle, the rotation of the drum 3 due to the tension of the cable 4 may interfere. Therefore, in order to satisfy both cases, it is conceivable to set the lead angle to around 45 °.

【0014】しかし、本機におけるリード角は45°に
限られるものではなく、その最適値は、ねじ101及び
ナット2の材質、潤滑方法、構造(例えばボールね
じ)、ねじ101とドラム3の直径比等の設計条件によ
り変化する。よってこれらの設計条件に応じて、ねじ溝
101及びナット2の間の滑り摩擦係数が実用上許容さ
れる値以下に抑えられ、ナット2がねじ溝101に対し
て円滑に回転しうるリード角を選択することが望まし
い。
However, the lead angle in this machine is not limited to 45 °, and the optimum values are the materials of the screw 101 and the nut 2, the lubrication method, the structure (for example, ball screw), the diameter of the screw 101 and the diameter of the drum 3. It changes depending on design conditions such as the ratio. Therefore, according to these design conditions, the sliding friction coefficient between the screw groove 101 and the nut 2 is suppressed to a value that is practically allowable or less, and the lead angle at which the nut 2 can smoothly rotate with respect to the screw groove 101 is reduced. It is desirable to choose.

【0015】本発明の他の実施形態として、前記弾性部
材が駆動軸1を支持する軸受を含む静止部材と前記ナッ
ト2の端面との間に挿入したコイルスプリングであるこ
とを挙げることができる。なお、このコイルスプリング
がナット2の全行程に対して有効に押圧力を与えるため
に、ナット2の行程より大きい自然長を有するととも
に、その強さを調節できることが望ましい。またナット
2の円滑な回転を実現するには、コイルスプリングの先
端とナット2の端面との間の滑りも重要であるので、こ
れらの間にベアリング等を介在させることが考えられ
る。
As another embodiment of the present invention, the elastic member may be a coil spring inserted between a stationary member including a bearing for supporting the drive shaft 1 and an end face of the nut 2. In order for the coil spring to effectively apply a pressing force to the entire stroke of the nut 2, it is desirable that the coil spring has a natural length greater than the stroke of the nut 2 and its strength can be adjusted. In order to realize smooth rotation of the nut 2, it is also important to slide between the tip of the coil spring and the end face of the nut 2, so that a bearing or the like may be interposed between them.

【0016】本発明のさらに他の好適な実施形態とし
て、ナット2の行程両端近傍に設けたセンサにより、駆
動軸を駆動する原動機の起動、停止、回転方向及び速度
を制御すること、を挙げることができる。
As still another preferred embodiment of the present invention, starting, stopping, rotation direction and speed of a prime mover for driving a drive shaft are controlled by sensors provided near both ends of the stroke of the nut 2. Can be.

【0017】上述のように本機では、索条4の張力変化
が駆動軸1への入力変化へ変換されるのを待つことな
く、被支持物の自己運動によって生じる力をドラム3と
駆動軸1との相対回転を介して弾性部材により吸収す
る。しかし、弾性部材が有効に作用するのはナット2の
行程内に限られるから、ナット2がその行程限界に達し
たならば、その時の索条4の張力状態を駆動軸1への入
力に反映させて、駆動軸1の回転状態を変更することに
より対応しなければならない。すなわち、その状態で駆
動軸1が停止中ならば原動機を起動して駆動軸1を所望
の向きに回転させ、あるいは駆動軸1が回転中ならその
速度を変更する必要がある。
As described above, in this machine, the force generated by the self-motion of the supported object is transferred to the drum 3 and the drive shaft without waiting for the change in the tension of the cable 4 to be converted into the change in the input to the drive shaft 1. It is absorbed by the elastic member through the relative rotation with respect to 1. However, the effective operation of the elastic member is limited to within the stroke of the nut 2, so when the nut 2 reaches its stroke limit, the tension state of the cable 4 at that time is reflected in the input to the drive shaft 1. Then, it is necessary to cope with the situation by changing the rotation state of the drive shaft 1. That is, in this state, if the drive shaft 1 is stopped, it is necessary to start the prime mover to rotate the drive shaft 1 in a desired direction, or to change the speed if the drive shaft 1 is rotating.

【0018】上記の制御動作は、ナット2の行程限界点
近傍にそれぞれ少なくとも1個の位置センサを設け、そ
の出力信号を適宜な論理回路を含む制御回路へ導くこと
で実現できる。例えば原動機としてインバータ制御の交
流モータを、位置センサとしてリミットスイッチ等を採
用する場合は、検出、制御動作の全てを電気信号により
行うことができるので好都合である。なお制御の遅れ時
間を考慮して、センサの取り付け位置をナットの行程限
界点よりも若干内側に寄せておくことが望ましい。
The above control operation can be realized by providing at least one position sensor in the vicinity of the stroke limit point of the nut 2 and guiding its output signal to a control circuit including an appropriate logic circuit. For example, when an inverter-controlled AC motor is used as a prime mover and a limit switch or the like is used as a position sensor, all of the detection and control operations can be performed by electric signals, which is convenient. In consideration of the delay time of the control, it is desirable that the mounting position of the sensor is set slightly inside of the stroke limit point of the nut.

【0019】なお、本機を所定位置に固定して設置する
場合には、バランス動作に伴ってドラム3が駆動軸1の
軸方向に往復運動し、また、索条4がドラム3から繰り
出され又は巻き取られる際にも索条4の垂下位置が移動
するため、本機と被支持物とを結ぶ索条4の方向が垂直
から傾いて、被支持物に有害な水平方向の分力を及ぼす
ことが起こりうる。同様の現象は被支持物が水平方向に
自己運動することによっても生じる。したがってこれを
避けるため、例えば駆動軸1に平行なレールを設けてそ
の上に本機を滑車を介して載置し、水平方向に滑動自在
とすることが考えられる。
When the apparatus is fixedly installed at a predetermined position, the drum 3 reciprocates in the axial direction of the drive shaft 1 with the balance operation, and the rope 4 is extended from the drum 3. Also, since the hanging position of the cable 4 moves when it is wound up, the direction of the cable 4 connecting the machine and the supported object is inclined from the vertical, so that a horizontal component force harmful to the supported object is released. It can happen. A similar phenomenon occurs when the supported object moves in a horizontal direction. Therefore, in order to avoid this, for example, it is conceivable to provide a rail parallel to the drive shaft 1 and mount the machine on the rail via a pulley so as to be slidable in the horizontal direction.

【0020】[0020]

【実施例】図2A、Bを参照しつつ本発明の一実施例に
ついて説明する。図2Aは本実施例たるバランサ100
の全体構成を示す一部破断平面図であり、図2Bはセン
サ部の詳細図である。なお、図1と同一の構成要素には
同一の参照符号を用いる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. FIG. 2A shows a balancer 100 according to the present embodiment.
FIG. 2B is a partially cutaway plan view showing the overall configuration of FIG. 2, and FIG. 2B is a detailed view of the sensor unit. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0021】図2A、Bにおいて、参照符号5は前記押
圧力f2を発生するコイルスプリング、6はコイルスプ
リング5の強さを調節するボルト、7は駆動軸1を支え
る軸受けと共にコイルスプリング5の一端を固定する静
止部材、8はコイルスプリング5の他端とナット2の端
面との間に挿入したスラスト軸受、9は調節ボルト6の
遊動端に設けた可動プレート(図2B参照)、10は可
動プレート9の位置を検出するセンサ(同)、11は原
動機としてのACモータ、12はACモータ11と駆動
軸1とを連結するギヤ列、13は索条4を滑らせるため
のロール、14は索条4の繰出長を表示するための駆動
軸回転角検出センサ、15は保護カバー、16はベース
プレートである。なお、ナット2の端面に加わる押圧力
が偏心しないように、偶数個のコイルスプリング5が駆
動軸1の周囲に均等に配置される。
2A and 2B, reference numeral 5 denotes a coil spring for generating the pressing force f2, 6 denotes a bolt for adjusting the strength of the coil spring 5, and 7 denotes a bearing for supporting the drive shaft 1 and one end of the coil spring 5. 8 is a thrust bearing inserted between the other end of the coil spring 5 and the end face of the nut 2, 9 is a movable plate (see FIG. 2B) provided at a floating end of the adjusting bolt 6, and 10 is movable. A sensor for detecting the position of the plate 9 (the same), 11 is an AC motor as a prime mover, 12 is a gear train connecting the AC motor 11 and the drive shaft 1, 13 is a roll for sliding the cable 4, and 14 is A drive shaft rotation angle detection sensor for displaying the extension length of the cable 4, 15 is a protective cover, and 16 is a base plate. An even number of coil springs 5 are evenly arranged around the drive shaft 1 so that the pressing force applied to the end face of the nut 2 is not eccentric.

【0022】本実施例のバランサ100は、所定のリー
ド角を有するねじ溝101を設けた駆動軸1と、ねじ溝
101に螺合するナット2と、ナット2に同軸に固定さ
れて駆動軸1の周りに支持された索条4巻回用ドラム3
と、ドラム3を駆動軸1に対して索条4を繰り出す向き
に相対回転させるときのナット2の軸方向推進力f1に
対向する押圧力f2をナット2の端面に加えるコイルス
プリング5とを備え、索条4の張力によるナット2の軸
方向推進力f1が押圧力f2より大きい場合は索条4を
繰り出す向きに、その逆の場合は索条4を巻き取る向き
に、ドラム3が駆動軸1に対して相対回転することを特
徴とする。この場合、コイルスプリング5の先端と上記
ナット2の端面との間にはスラスト軸受8が挿入され、
上記のリード角は45°に取られているので、上記いず
れの向きにもドラム3が駆動軸1に対して円滑に相対回
転する。
The balancer 100 of this embodiment has a drive shaft 1 provided with a screw groove 101 having a predetermined lead angle, a nut 2 screwed into the screw groove 101, and a drive shaft 1 fixed coaxially to the nut 2. Drum 4 for winding four ropes supported around
And a coil spring 5 for applying to the end face of the nut 2 a pressing force f2 that opposes the axial propulsion force f1 of the nut 2 when the drum 3 is rotated relative to the drive shaft 1 in the direction in which the cable 4 is extended. When the axial propulsion force f1 of the nut 2 due to the tension of the rope 4 is larger than the pressing force f2, the drum 3 is driven in the direction in which the rope 4 is extended, and in the opposite case, in the direction in which the rope 4 is wound up. It is characterized by relative rotation with respect to 1. In this case, a thrust bearing 8 is inserted between the tip of the coil spring 5 and the end face of the nut 2,
Since the lead angle is set to 45 °, the drum 3 rotates smoothly relative to the drive shaft 1 in any of the above directions.

【0023】バランサ100は長尺の索条4を巻いたド
ラム3を備え、高さが数十メートルに及ぶ広い壁面上
で、例えば作業用ロボットのような重い(数十kg〜1
00kg)被支持物を必要に応じて高速に吊り上げ、吊
り降ろすことができる。また被支持物の重量が他の手段
(例えばロボットの吸盤)で支持されバランスしている
状態で、例えばロボットの自己運動によって生じる力を
ドラム3と駆動軸1との相対回転を介してコイルスプリ
ング5により吸収する。すなわち、索条4の張力がドラ
ム3に加わることによって生じるナット2の軸方向推進
力f1とコイルスプリング5によるナット2の端面への
押圧力f2とがバランスすると、ドラム3は駆動軸1に
対して静止し、これら二つの力が等しくない場合はドラ
ム3と駆動軸1とが相対的に回転する。
The balancer 100 is provided with a drum 3 on which a long cable 4 is wound, and on a wide wall having a height of several tens of meters, for example, a heavy (several tens kg to 1) like a working robot.
00kg) The object to be supported can be lifted and lowered at high speed as needed. In a state where the weight of the supported object is supported and balanced by other means (for example, a suction cup of the robot), for example, a force generated by the self-motion of the robot is transmitted through a coil spring via the relative rotation between the drum 3 and the drive shaft 1. Absorbed by 5. That is, when the axial propulsion force f1 of the nut 2 caused by the tension of the cable 4 applied to the drum 3 and the pressing force f2 of the coil spring 5 against the end face of the nut 2 are balanced, the drum 3 moves with respect to the drive shaft 1. When the two forces are not equal, the drum 3 and the drive shaft 1 rotate relatively.

【0024】バランサ100の初期荷重調整は、駆動軸
1が静止している状態で、ボルト6を回してコイルスプ
リング5の強さを調節することにより行う。すなわち、
索条4に所定の張力(例えば10kg)を与えた状態で
ドラム3が駆動軸1に対して静止し、かつ押圧力f2が
作用する側のナット2の端面がナット2の移動範囲(行
程)の中点に来るようにする。このように荷重調整され
たバランサ100は、駆動軸1の停止又は回転にかかわ
らず、ドラム3と駆動軸1との相対的揺動に対応して、
ナット2が上記行程中点の前後で往復運動しながらバラ
ンス動作を行う。このとき、ボルト6の頭部が静止部材
7の面と直角方向に往復遊動する。
The initial load of the balancer 100 is adjusted by turning the bolt 6 and adjusting the strength of the coil spring 5 while the drive shaft 1 is stationary. That is,
When a predetermined tension (for example, 10 kg) is applied to the cable 4, the drum 3 is stationary with respect to the drive shaft 1, and the end face of the nut 2 on the side on which the pressing force f <b> 2 acts is the moving range (stroke) of the nut 2. At the midpoint of. The balancer 100 thus adjusted in load responds to the relative swing between the drum 3 and the drive shaft 1 regardless of whether the drive shaft 1 is stopped or rotated.
The nut 2 performs a balance operation while reciprocating before and after the midpoint of the stroke. At this time, the head of the bolt 6 reciprocates in a direction perpendicular to the surface of the stationary member 7.

【0025】いまこの状態で、例えば被支持物の動きに
よって下向きの力が作用したとする。この力は索条4の
張力を増大させるので、ナット2の軸方向推進力f1が
押圧力f2よりも大きくなり、その結果、ドラム3は駆
動軸1に対して即座に相対的な回転を起こして索条4が
繰り出される。また上記とは逆に、力が上向きに作用し
索条4の張力が減少した場合は、即座にドラム3が索条
4を巻き取る向きに相対回転する。したがって被支持物
の動きに対してバランサ100は極めて迅速に追従し、
被支持物に無理な力を与えることがない。索条4はドラ
ム3に隣接して設けられたロール13を介してスムーズ
に繰り出し又は巻き取りが行われる。
In this state, it is assumed that a downward force acts on the object to be supported, for example. This force increases the tension of the rope 4, so that the axial thrust f1 of the nut 2 becomes larger than the pressing force f2, and as a result, the drum 3 immediately rotates relative to the drive shaft 1. The rope 4 is extended. Conversely, when the force acts upward and the tension of the rope 4 decreases, the drum 3 immediately rotates relative to the direction in which the drum 4 takes up the rope. Therefore, the balancer 100 follows the movement of the supported object very quickly,
Does not give excessive force to the supported object. The cable 4 is smoothly fed out or wound up via a roll 13 provided adjacent to the drum 3.

【0026】このようにバランサ100では、索条4の
張力変化が駆動軸1への入力変化へ変換されるのを待つ
ことなく、被支持物の自己運動によって生じる力をドラ
ム3と駆動軸1との相対回転を介してコイルスプリング
5により吸収する。しかし、コイルスプリング5が有効
に作用するのはナット2の行程内に限られるから、ナッ
ト2がその行程限界に達したならば、その時の索条4の
張力状態を駆動軸1への入力に反映させて、駆動軸1の
回転状態を変更することにより対応しなければならな
い。すなわち、その状態で駆動軸1が停止中ならば原動
機を起動して駆動軸1を所望の向きに回転させ、あるい
は駆動軸1が回転中ならその速度を変更する必要があ
る。
As described above, in the balancer 100, the force generated by the self-movement of the supported object is applied to the drum 3 and the drive shaft 1 without waiting for the change in the tension of the cable 4 to be converted into the change in the input to the drive shaft 1. Absorbed by the coil spring 5 via the relative rotation of However, the effective operation of the coil spring 5 is limited to the stroke of the nut 2. Therefore, when the nut 2 reaches the stroke limit, the tension state of the cable 4 at that time is input to the drive shaft 1. The reflection must be taken into account by changing the rotation state of the drive shaft 1. That is, in this state, if the drive shaft 1 is stopped, it is necessary to start the prime mover to rotate the drive shaft 1 in a desired direction, or to change the speed if the drive shaft 1 is rotating.

【0027】バランサ100では、原動機としてインバ
ータ制御の交流モータ11を用い、その回転力をギヤ列
12を介して駆動軸1へ伝達する。また、コイルスプリ
ング5の伸縮に伴って遊動するボルト6の頭部に可動プ
レート9を取り付け、可動プレートの位置をセンサ10
により検出し、センサ10の出力信号を適宜な論理回路
を含む制御回路(図示せず)へ導くことにより、交流モ
ータ11の回転制御を行う。センサ10としては例えば
光センサを用い、ナット2の行程に対応する可動プレー
ト9の可動範囲の限界点近傍にそれぞれ2個のセンサ1
0を設けてある。合計4個のセンサのうち内側の2個は
限界点に近づいたことを制御回路に知らせ、外側の2個
は限界点に到達したことを知らせる。このように限界点
近傍にそれぞれ2個のセンサ10を設けることにより、
ナット2の移動速度を検出できるので、検出した速度を
交流モータ11の速度制御に反映させることにより、ド
ラム3のコイルスプリング5による駆動から交流モータ
11による駆動への切り替えをよりスムーズに行うこと
ができ、被支持物に対するショックを小さくすることが
できる。
In the balancer 100, an AC motor 11 controlled by an inverter is used as a prime mover, and its rotational force is transmitted to the drive shaft 1 via a gear train 12. A movable plate 9 is attached to the head of a bolt 6 that moves with the expansion and contraction of the coil spring 5, and the position of the movable plate is determined by a sensor 10.
To control the rotation of the AC motor 11 by guiding the output signal of the sensor 10 to a control circuit (not shown) including an appropriate logic circuit. For example, an optical sensor is used as the sensor 10, and two sensors 1 are provided near the limit of the movable range of the movable plate 9 corresponding to the stroke of the nut 2.
0 is provided. Of the four sensors in total, the inner two inform the control circuit that they are approaching the limit, and the outer two inform them that they have reached the limit. By providing two sensors 10 near the limit point in this way,
Since the moving speed of the nut 2 can be detected, the detected speed is reflected in the speed control of the AC motor 11, so that the driving of the drum 3 from the driving by the coil spring 5 to the driving by the AC motor 11 can be performed more smoothly. As a result, the shock to the supported object can be reduced.

【0028】なおバランサ100では、駆動軸1の一端
に回転角センサ14が設けられており、その出力信号を
処理することにより、索条4の繰出長を表示することが
できる。以上の各要素はベースプレート16の上に組立
てられており、ギヤ列12及びセンサ類は保護カバー1
5により保護されている。
In the balancer 100, a rotation angle sensor 14 is provided at one end of the drive shaft 1, and by processing an output signal thereof, the extension length of the cable 4 can be displayed. The above components are assembled on a base plate 16, and the gear train 12 and the sensors are connected to the protective cover 1.
5 protected.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本機によれば大き
い支持重量を持つ被支持物を広い範囲で高速に吊り上
げ、吊り降ろしすることが可能であることに加えて、被
支持物の重量が他の手段で支持されてバランスしている
状態において、被支持物の自己運動によって生じる力
を、ドラムと駆動軸との相対回転を介して弾性部材によ
り吸収する。したがって索条の張力変化が駆動軸への入
力変化へ変換されるのを待つことなく、即座にドラムが
張力変化を打ち消す方向に相対回転して索条の繰り出し
又は巻き取りを行うので、被支持物の自己運動に対する
追従性が極めて高い。
As described above, according to the present invention, a supported object having a large supporting weight can be lifted and lowered at high speed in a wide range, and the weight of the supported object can be reduced. Is supported by other means and is balanced, the force generated by the self-movement of the supported object is absorbed by the elastic member through the relative rotation between the drum and the drive shaft. Therefore, without waiting for the change in the tension of the cable to be converted into a change in the input to the drive shaft, the drum is immediately rotated relative to the direction in which the change in the tension is canceled, so that the cable is fed or wound up. The ability to follow an object's self-motion is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るバランサの要部の構成を示す一部
破断立面図である。
FIG. 1 is a partially broken elevational view showing a configuration of a main part of a balancer according to the present invention.

【図2】図2Aは本発明の一実施例たるバランサの全体
構成を示す一部破断平面図、図2Bはセンサ部の詳細図
である。
FIG. 2A is a partially cutaway plan view showing an entire configuration of a balancer according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a detailed view of a sensor unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

f1:ナットの軸方向推進力 f2:コイルスプ
リングによる押圧力 1:駆動軸 101:ねじ溝 2:ナット 3:ドラム 4:索条 5:コイルスプリ
ング 6:ボルト 7:静止部材 8:スラスト軸受 9:可動プレート 10:位置センサ 11:ACモータ 12:ギヤ列 13:ロール 14:回転角セン
サ 15:保護カバー 16:ベースプレ
ート 100:バランサ
f1: axial propulsion force of nut f2: pressing force by coil spring 1: drive shaft 101: screw groove 2: nut 3: drum 4: cable 5: coil spring 6: bolt 7: stationary member 8: thrust bearing 9: Movable plate 10: Position sensor 11: AC motor 12: Gear train 13: Roll 14: Rotation angle sensor 15: Protective cover 16: Base plate 100: Balancer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定のリード角を有するねじ溝を設けた駆
動軸と、前記ねじ溝に螺合するナットと、前記ナットに
同軸に固定されて駆動軸の周りに支持された索条巻回用
ドラムと、前記ドラムを駆動軸に対して索条を繰り出す
向きに相対回転させるときのナットの軸方向推進力に対
向する押圧力をナットの端面に加える弾性部材とを備
え、 索条の張力による前記推進力が前記押圧力より大きい場
合は索条を繰り出す向きに、その逆の場合は索条を巻き
取る向きに、前記ドラムが駆動軸に対して円滑に相対回
転することを特徴とするバランサ。
1. A drive shaft provided with a screw groove having a predetermined lead angle, a nut screwed into the screw groove, and a cable winding fixed coaxially to the nut and supported around the drive shaft. And a resilient member for applying a pressing force to the end face of the nut opposite to an axial propulsion force of the nut when the drum is relatively rotated in a direction in which the rope is extended with respect to the drive shaft, the tension of the rope. When the thrust force is larger than the pressing force, the drum rotates smoothly relative to the drive shaft in the direction in which the rope is extended, and in the reverse case, in the direction in which the rope is wound up. Balancer.
【請求項2】前記リード角が、前記ドラムが駆動軸に対
して前記いずれの向きに相対回転する際にも前記ねじ溝
及びナット間の滑り摩擦係数が実用上許容される値以下
となる角度範囲内において設定されることを特徴とする
請求項1に記載のバランサ。
2. An angle at which the coefficient of sliding friction between the thread groove and the nut becomes less than a value practically allowable when the drum rotates relative to the drive shaft in any of the above directions. The balancer according to claim 1, wherein the balancer is set within a range.
【請求項3】前記リード角が実質的に45°であること
を特徴とする請求項2に記載のバランサ。
3. The balancer according to claim 2, wherein said lead angle is substantially 45 °.
【請求項4】前記弾性部材が、前記駆動軸を支持する軸
受を含む静止部材と前記ナットの端面との間に挿入した
コイルスプリングであることを特徴とする請求項1から
3のいずれかに記載のバランサ。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the elastic member is a coil spring inserted between a stationary member including a bearing for supporting the drive shaft and an end face of the nut. The balancer described.
【請求項5】前記ナットの行程限界近傍に設けた位置セ
ンサにより、前記駆動軸を駆動する原動機の回転方向及
び速度を制御することを特徴とする請求項1から4のい
ずれかに記載のバランサ。
5. The balancer according to claim 1, wherein a rotation direction and a speed of a motor driving the drive shaft are controlled by a position sensor provided near a stroke limit of the nut. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112203804A (en) * 2018-05-29 2021-01-08 泰克纳股份公司 Balancer for tool
CN113172597A (en) * 2021-04-28 2021-07-27 清华大学 Line rope actuating mechanism

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