JPS6382297A - 平衡荷役装置 - 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〕 この発明は巻上げ式あるいは平行四辺形リンク式などの
平衡荷役装置に関し、特に電動機により平衡状態に外出
させた吊り荷に対し操作者が住かな力を加えることによ
り吊り荷を上昇あるいは下降させる装置の改良に関する
。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置としては、例えば特公昭５２−２６
０１５号公報に示される平衡運搬機がある。この従来装
置は、平行四辺形リンク機構の一端に荷物を吊下げ、他
端にモータを設け、前記モータからリンク機構を介して
荷物に該荷物の重量に応じた力を加えることにより荷物
の平衡状態を保持するようにしたものであるが、この装
置においては、速度指令とそのフィードバック信号との
偏差を記憶回路に記憶し、該記憶した速度指令値を定電
流回路の一方の入力端子に入力するとともに、前記モー
タの回転子を流れた電流を検出し、該検出した電流値に
対応する電圧値を前記定電流回路の他方の入力端子にフ
ィードバックしている。

定電流回路は、これら入力信号の比較器として動作し、
その比較結果をトルク指令としてモータをトルク制御す
る。

かかる従来装置において、速度指令電圧を零にするとモ
ータの回転が停止するとともに前記記憶回路にはその状
態に対応するトルク指令値が記憶されることになり、荷
物はその位置で停止する。

この後前記記憶回路は、平衡状態を維持するトルク指令
値を出力し続けるので、この状態で荷物に上下方向に僅
かな力を加えることにより荷物を上昇、下降することが
できる。

第２図にかかる従来装置のブロック線図を示す。

第２図において、重量Ｗ１質Ｑｍからなる荷１はロニプ
２、ドラム３を介してモータ４によって昇降される。１
０はモータドライブ回路、２０は加算点であり、加算点
２０にはトルク指令電流ｉ０が入力されるとともにモー
タ電流ｉがフィードバックされる。かかる構成において
、モータ４の理論的引張力ＦＭは次式で表わせる。

ＦＭ　＝に□　　（ｉｏ−ｉ）　　ａｘ　　　・”　（
１）上記（１）式において、ＫＯはドライバゲイン、モ
ータトルクゲインを１としたゲイン、ＣＸはモータ粘性
力である。

また、モータ電流ｉは次式で表わすことができ、ｉ−Ｆ
Ｍ　・ＫＭ　　　　　　　　　　　・・・（２）従って
、これら（１）（２）式より ・・・　（３） が成立する。又、モータ４、ドラム３、減速機等で発生
する全ての摩擦力の合計摩擦力をＦｄとすると、モータ
の実引張力Ｔは Ｔ−ＦＭ　−Ｆｄ　　　　　　　　　　　・・・（４）
となり、作業者が平衡状態で加える操作力をｆとすると
以下のようなつり合い条件式が成立する。

ＦＭ　−Ｆｄ　−ｍ’ｘ＋Ｗ−ｆ　　　　　−−−（５
）そして、（３）式及び（５）式によりＦＭを消去する
と ｍｘ＋□ １　＋ＫＯＫＭ ・・・（６） が成立する。

すなわちこの従来装置は、モータ電流とモータトルクが
略１対１に対応することを利用し、フィードバック値と
してモータ電流を用いたものであるが、モータ、吊り荷
機構等の摩擦によって実際に荷を吊っている部分の力が
目標値と大きく異った値となる。また、上記（６）式か
らトルク指令電流ｉ０はｉ　ｏ　−Ｗ　（１＋Ｎａ　Ｋ
Ｍ　）　／Ｋｏであれば良いことが判るが、この従来装
置においては、荷重Ｗをモータ電流によって間接的に検
出しているため、モータ等の摩擦により検出値に誤差が
生じ、このため荷が完全に静止しない等の不都合が生じ
る。またこの従来装置においては、上記（６）式からも
明らかなように、摩擦力Ｆｄが直接操作力ｆに対する抵
抗力として働くため、操作力ｆとして大きな力が必要と
なるという問題点があった。

そこで、特公昭５３−３４３７８号公報においては、か
かる特公昭５２−２６０１５号公報に示す構成に、動き
始めの機械的摩擦力を補償する第１の摩擦補償回路と、
動き出した後の摩擦力を補償する第２の摩擦補償回路と
を追加し、トルク伝達装置に発生する動き出し始めと動
き出し後の摩擦力の変化に対してモータトルクの変化を
追従させるようにして、わずかの操作力で荷物を直接上
昇下降できるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この従来装置において摩擦を完全に補償するた
めには、モータ、吊り荷機構等、機械の特性を全て完全
に把握することが不可欠であり、このように機械の各種
特性を完全に把握することは実際上無理である。したが
って、上記従来装置においては、摩擦を完全に補償しき
れず、この結果、荷が完全に静止しなかったり、上下方
向の一方向の操作力が重くなってしまうことがある。

また、この従来装置においては、摩擦補償回路を具えた
複雑な構成となっており、装置構成が複雑かつ高価にな
るという問題点がある。さらに、この従来装置では、前
記従来装置同様モータ電流に対応する電圧値をフィード
バックし、このフィードバック値を用いてトルク指令を
求めているため、モータ等の摩擦により荷の自重を正確
に検出することができず、このためトルク指令に誤差が
生じ、荷が完全に静止しない、精度良い運転ができない
等の問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、吊下げた荷を昇降する吊り荷昇降機構と
、この吊り荷昇降機構を駆動するモータと、前記吊り荷
昇降機構の荷を吊る部位の近傍に配されて前記モータに
対する第１の速度指令信号を発生する速度指令発生手段
と、前記モータの速度を検出する速度検出手段と、前記
吊り荷昇降機構の荷を吊る部位の近傍に配される重量セ
ンサと、前記第１の速度指令信号が零のときの前記重量
センサの検出値を記憶するメモリ手段と、前記重量セン
サの検出値と前記メモリ手段の記憶データとの偏差を求
め、この偏差に対応する第２の速度指令信号を出力する
演算手段と、前記第１の速度指令信号が零のときは前記
第２の速度指令信号を選択し、前記第１の速度指令信号
が零以外のときはこの第１の速度指令信号を選択するよ
う前記速度指令発生手段の第１の速度指令信号と前記演
算手段の第２の速度指令信号とを切替出力する切替手段
と、前記切替手段を介して切替出力される前記第１の速
度指令信号または前記第２の速度指令信号と前記速度検
出手段の検出値との偏差を求める第２の比較手段と、こ
の比較手段の出力に基づき前記モータを駆動する駆動制
御回路とを具えるようにする。

〔作用〕

かかる本発明の構成においては、重量センサによって荷
の自重Ｗおよび荷に加わる荷重ｆを直接検出し、これら
検出値を用いて、人手操作の際の速度指令を発生する。

荷の通常の昇降のときには、速度指令発生手段から第１
の速度指令信号を発生し、該第１の速度指令信号と速度
検出手段の検出値との偏差を前記駆動制御回路に入力し
てモータを駆動することにより、荷を上下させる。

人手による荷の昇降のときには、まず第１の速度指令信
号を零として、前記重量センサの検出値を前記メモリ手
段に取り込むことによりメモリ手段に荷の自重Ｗを記憶
させる。その後衛に対して操作力ｆが加わると前記重量
センサにより荷重（Ｗ＋ｆ）が検出され、この荷重値（
Ｗ＋ｆ）は演算手段に入力される。演算手段は入力され
た値（Ｗ＋ｆ）と前記メモリ手段に記憶した荷の自重Ｗ
との偏差、すなわち操作力ｆを求めた後、この操作力ｆ
に対応する第２の速度指令信号を出力する。この第２の
速度指令信号は切替手段を介して比較手段に入力され、
比較手段によって第２の速度指令信号と前記速度検出値
との偏差が求められる。駆動制御回路はこの偏差に基づ
きモータを駆動し、この結果荷は操作力ｆに対応する速
度で上下動する。

〔実施例〕

以下、第１図に示す実施例にしたがって本発明を説明す
る。

第１図において、荷１はローブ２に吊り下げられており
、このローブ２をドラム３を介して電動ｆｉ４により巻
取り／繰出すことによって荷１を昇降する。このローブ
２には、操作レバー５を備えた操作ボックス６と、荷１
の自重およびこの荷１に加えられる荷重等を検出するた
めの重量センサ７とが設けられている。操作レバー５は
電動機４に対するキ速度指令信号Ｖｉを与えるもので、
このレバー５の変位は操作ボックス内のポテンショメー
タ（図示せず）によって検出され、その検出値が速度指
令信号Ｖｉとして制御装置２０内の切替回路８の入力端
子に加えられる。また、重量センサ７としては例えば歪
ゲージ式のロードセルが用いられ、該センサ７の検出値
Ｔは加算点９に入力される。この加算点９の他方の入力
端子には、重量記憶部１０の記憶データが入力される。

制御装置２０内の重量記憶部１０は操作レバー５が中立
位置にあるとき、重量センサ７の検出値を取込んで記憶
するものであり、このため重量記憶部１０には、吊り荷
の速度が零、すなわち吊り荷が停止しているときの吊り
荷の重量Ｗが記憶される。

加算点９は前記重量センサ７の検出値Ｔと重量記憶部１
０の記憶データＷの偏差を求め、該求めた偏差（Ｔ−Ｗ
）を力／速度変換回路１１を介して切替回路８の入力端
子に入力する。切替回路８は、入力される速度指令信号
Ｖｉと前記偏差信号（Ｔ−Ｗ）の速度変換値Ｖｆとを切
替出力するもので、操作ボックス６からの速度指令信号
■１が零以外のときにはその接点を操作ボックス６側に
、速度指令信号Ｖｉが零のときにはその接点を力／速度
変換回路１１側に接続する。

切替回路８の出力は加算点１２に入力され、加算点１２
において、該切替回路８の出力と回転速度検出器１３（
例えばタコジュネレータ）の検出信号ＶＮとの偏差が求
められ、この偏差は比例積分回路１４に入力される。比
例積分回路１４は、比例要素１５および積分要素１６を
有し、そのＰＩ動作によって制御系の定常特性を改善す
る。

比例積分回路１４の出力はドライブ回路１７に入力され
、ドライブ回路１７によって電動機４が駆動される。

かかる構成において、荷１を上昇あるいは下降する際に
は、通常、操作レバー５を操作することにより速度指令
信号Ｖｉを発生する。この速度指令信号Ｖｉは切替回路
８を介して加算点１２に入力され、加算点１２において
回転速度検出信号ＶＮとの偏差Ｖｉ−ＶＮがとられる。

比例積分回路１４は該偏差ＶＬ−ＶＮに伝達関数（Ｋｐ
十Ｋｌ　／Ｓ）によるＰ１駆動を加え、その出力をドラ
イブ回路１７に出力する。ドライブ回路１７はこの入力
信号により電動機４を回転する。この結果ドラム３が回
動し、ロープ２が巻取りあるいは繰出されることにより
荷１は指定された速度で上昇あるいは下降する。

このようにして、操作レバー５を操作することにより荷
１を適宜昇降させた後、操作レバー５を中立位置に戻す
と、その速度指令信号ＶＬは零となり、この結果筒１は
吊り状態で停止する。この際、制御装置２０は、前記操
作レバー５が中立位置に戻されたこと、すなわち前記速
度指令信号Ｖｉが零となったことを検出し、該検出時点
で重量記憶部１０に重量センサ７の検出値Ｔを取り込ま
せるとともに、切替回路８の接点を操作ボックス６側か
ら力／速度変換回路１１側に切替える。

このため、この検出時点における重量センサ７の検出値
Ｔは吊り荷１の自重Ｗであり、したがって重量記憶部１
０には吊り荷の重ＨＷが記憶される。

この状態で、作業者が荷を持ち上げるべく、ごく僅かな
力ｆを上方に加えたとすると、重量センサ７はそのとき
の張力Ｔ（−Ｗ−ｆ）を検出する。

この検出値Ｔは加算点９に入力され、加算点９において
該検出値Ｔと重量記憶部１０の記憶値Ｗとの偏差（Ｔ−
Ｗ）が求められる。どのとき重量センサ７の検出値Ｔは
（Ｗ−ｆ）であるので加算点９から出力される値は（Ｗ
−ｆ　−Ｗ）　、すなわち操作力−ｆに等しくなる。こ
の操作力−ｆは力／速度変換回路１１に入力され、力／
速度変換回路１１において所定の関数を用いた変換演算
が行なわれることにより、操作力−ｆに対応する速度指
令信号Ｖｆが出力される。この速度指令信号Ｖｆは切替
回路８を介して加算点１２に入力され、加算点１２にお
いてフィードバック信号ＶＮとの偏差Ｖｆ−ＶＮがとら
れる。この偏差Ｖｆ−ＶＮは比例積分回路１４を介して
ドライブ回路１７に人力され、ドライブ回路１７によっ
て電動機４が駆動されることによりドラム３が回動し、
荷１は加えられた操作力ｆに対応する速度で速やかに上
昇する。

このように、この実施例では、重量センサ７を吊り荷近
傍に配設し、該重量センサ７によりロープ２の張力を直
接検出し、このセンサ７の検出値に基づき荷１に加わる
操作力ｆを求めるようにした。そして、この操作力ｆを
力／速度変換することにより速度指令Ｖｆを求め、この
速度指令Ｖｆにしたがってモータ３を速度制御するよう
にした。

このため、モータ等の摩擦により指令値に誤差が生じる
、あるいは作業者が機械系その他の摩擦を感じるといっ
たことが無くなり、吊り荷をごく僅かな操作力で正確に
昇降・停止させることができる。また、速度制御である
ため、作業者の操作力に対応して所望の移動速度を得る
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、人手操作によ
る吊り荷移動の際、荷重の変動を吊り荷近傍に設けた荷
重センサによって直接検出し、該検出値に基づき電動機
を駆動する速度指令信号を発生させるようにしたので、
簡単かつ安価な構成で、摩擦等による指令誤差の無い正
確かつ安全な荷の昇降・停止をなし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す全体構成図、第２図
は従来装置の制御ブロック線図である。 １・・・荷、２・・・ローブ、３・・・ドラム、４・・
・モータ、５・・・操作レバー、６・・・操作ボックス
、７・・・重量センサ、８・・・切替回路、９，１２・
・・加算点、１０・・・重量記憶部、１１・・・力／速
度変換回路、１３・・・速度検出器、１４・・・比例積
分回路、１７・・・モータドライブ回路、２０・・・制
御装置。 Ｗ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吊下げた荷を昇降する吊り荷昇降機構と、 この吊り荷昇降機構を駆動するモータと、 前記吊り荷昇降機構の荷を吊る部位の近傍に配されて前
   記モータに対する第１の速度指令信号を発生する速度指
   令発生手段と、 前記モータの速度を検出する速度検出手段と、前記吊り
   荷昇降機構の荷を吊る部位の近傍に配される重量センサ
   と、 前記第１の速度指令信号が零のときの前記重量センサの
   検出値を記憶するメモリ手段と、 前記重量センサの検出値と前記メモリ手段の記憶データ
   との偏差を求め、この偏差に対応する第２の速度指令信
   号を出力する演算手段と、 前記第１の速度指令信号が零のときは前記第２の速度指
   令信号を選択し、前記第１の速度指令信号が零以外のと
   きはこの第１の速度指令信号を選択するよう前記速度指
   令発生手段の第１の速度指令信号と前記演算手段の第２
   の速度指令信号とを切替出力する切替手段と、 前記切替手段を介して切替出力される前記第１の速度指
   令信号または前記第２の速度指令信号と前記速度検出手
   段の検出値との偏差を求める比較手段と、 この比較手段の出力に基づき前記モータを駆動する駆動
   制御回路とを具える平衡荷役装置。