WO2013065237A1 - ガス圧式重力補償昇降機 - Google Patents

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WO2013065237A1
WO2013065237A1 PCT/JP2012/006481 JP2012006481W WO2013065237A1 WO 2013065237 A1 WO2013065237 A1 WO 2013065237A1 JP 2012006481 W JP2012006481 W JP 2012006481W WO 2013065237 A1 WO2013065237 A1 WO 2013065237A1
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WO
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gas cylinder
gas
volume
unit
constant pressure
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Application number
PCT/JP2012/006481
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English (en)
French (fr)
Inventor
浅井 勝彦
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0095Gripping heads and other end effectors with an external support, i.e. a support which does not belong to the manipulator or the object to be gripped, e.g. for maintaining the gripping head in an accurate position, guiding it or preventing vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/005Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes with balanced jib, e.g. pantograph arrangement, the jib being moved manually
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008Balancing devices
    • B25J19/0012Balancing devices using fluidic devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008Balancing devices
    • B25J19/0016Balancing devices using springs

Definitions

  • the present invention is a gas pressure gravity compensation elevator that balances the weight of a cargo item using a gas cylinder, thereby suppressing the intake and exhaust amount of compressed gas during the elevation operation.
  • the present invention relates to a gas pressure gravity compensation elevator that reduces consumption.
  • the gas cylinder can be used to generate vertical force that balances the gravity acting on the load, allowing the heavy load to move up and down as if it were in a zero-gravity environment.
  • a gravity compensation elevator using gas pressure is known.
  • an arm type elevator that supports a freely movable arm in the horizontal direction with a gas cylinder in the vertical direction and balances the weight of the cargo loaded on the tip of the arm by the generated force of the gas cylinder, or
  • a hoist type elevator that converts the generated force of the gas cylinder that is held freely in the horizontal direction into torque of rotation using a ball screw, etc., and balances the weight of the cargo by using it as the winding force of the wire.
  • the gravity compensation elevator using such a gas cylinder balances the weight of the cargo item by the pressure of the compressed gas filled in the gas cylinder, the presence / absence or difference of the cargo item is changed by changing the pressure of the compressed gas.
  • the pressure of the compressed gas There is an advantage that it can be easily adapted to.
  • the cargo handling object is raised, it is necessary to supply compressed gas from the outside.
  • the cargo handling object is lowered, it is necessary to discharge the compressed gas to the outside. For this reason, the supply / exhaust amount of compressed gas increases as the loading / unloading operation is performed.
  • the conventional gravity compensation elevator will discharge the compressed gas supplied at the time of ascent to reduce potential energy.
  • the conventional gravity compensation elevator will discharge the compressed gas supplied at the time of ascent to reduce potential energy.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and by using a gas cylinder that can reduce energy consumption by suppressing the intake and exhaust amount of compressed gas during the lifting operation,
  • the object of the present invention is to provide a gas pressure type gravity compensation elevator for moving up and down.
  • an aspect of the present invention is configured as follows.
  • an elevating mechanism that lifts and lowers a cargo item
  • a gripping state detection unit for detecting a load handling state of the lifting mechanism
  • a gas cylinder that applies a driving force in the upward direction to the lifting mechanism
  • the volume of the gas cylinder that is pressed by the first constant load generation unit so that the gas cylinder maintains a pressure that generates a driving force that balances the weight of the lifting mechanism and the weight of the cargo handled by the lifting mechanism.
  • a first constant pressure gas cylinder capable of changing the volume more than the change;
  • a first connection valve for opening and closing a connecting pipe connecting the first constant pressure gas cylinder and the gas cylinder;
  • a first volume estimation unit that estimates the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder as an estimated value;
  • a second constant pressure gas capable of a volume change equal to or greater than a volume change of the gas cylinder pressed by a second constant load generator so that the gas cylinder maintains a pressure that generates a driving force that balances the dead weight of the lifting mechanism.
  • a gas supply unit for supplying gas at a pressure exceeding the pressure in the first constant pressure gas cylinder;
  • a gas exhaust section for discharging the gas in the second constant pressure gas cylinder;
  • a switching valve section for switching between The first control valve, the second control valve, and the switching valve unit are operated for each change in the cargo handling state by the gripping state detection unit, and the estimated value of the first volume estimation unit is averaged by the gas cylinder.
  • control the sum of the volume and the average volume of the first constant pressure gas cylinder, or the estimated value of the second volume estimator is the average volume of the gas cylinder and the average volume of the second constant pressure gas cylinder.
  • a gas amount control unit to control the sum A gas-pressure gravity compensation elevator is provided.
  • the gas cylinder and the first constant pressure gas cylinder are connected in a state where the lifting mechanism is gripping the cargo item, and the gas cylinder and the first cylinder are connected in a state where the lifting mechanism is not gripping the cargo item.
  • the gravity compensation effect can be obtained by connecting the two constant pressure gas cylinders. Furthermore, even if the elevating mechanism moves up and down, the gas only moves between the gas cylinder and the first constant pressure gas cylinder or the second constant pressure gas cylinder. Become.
  • the connection destination of the gas cylinder switches between the first constant pressure gas cylinder and the second constant pressure gas cylinder, so the pressure in the gas cylinder changes and the first constant pressure
  • the amount of gas equal to the pressure in the pressurized gas cylinder and the amount of gas equal to the pressure in the second constant pressure gas cylinder will also change.
  • the switching valve is operated so that the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder becomes the sum of the respective average volumes.
  • the switching valve unit is set so that the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the second constant pressure gas cylinder becomes the sum of the respective average volumes.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a gas pressure type gravity compensation elevator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart of volume control by the controller in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram comparing the cumulative discharge amount in an example of the operation of the gas gravity type gravity compensation elevator with volume control by the controller in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of a gas pressure type gravity compensation elevator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart of volume control by the controller in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram comparing the cumulative discharge amount in an example of the operation of the gas pressure gravity compensation elevator with volume control by the controller in the second embodiment of the present invention.
  • an elevating mechanism that grasps and lifts a cargo item;
  • a gripping state detection unit for detecting a load handling state of the lifting mechanism;
  • a gas cylinder that applies a driving force in the upward direction to the lifting mechanism;
  • the volume of the gas cylinder that is pressed by the first constant load generation unit so that the gas cylinder maintains a pressure that generates a driving force that balances the weight of the lifting mechanism and the weight of the cargo handled by the lifting mechanism.
  • a first constant pressure gas cylinder capable of changing the volume more than the change;
  • a first connection valve for opening and closing a connecting pipe connecting the first constant pressure gas cylinder and the gas cylinder;
  • a first volume estimation unit that estimates the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder as an estimated value;
  • a second constant pressure gas capable of a volume change equal to or greater than a volume change of the gas cylinder pressed by a second constant load generator so that the gas cylinder maintains a pressure that generates a driving force that balances the dead weight of the lifting mechanism.
  • a gas supply unit for supplying gas at a pressure exceeding the pressure in the first constant pressure gas cylinder;
  • a gas exhaust section for discharging the gas in the second constant pressure gas cylinder;
  • a switching valve section for switching between The first control valve, the second control valve, and the switching valve unit are operated for each change in the cargo handling state by the gripping state detection unit, and the estimated value of the first volume estimation unit is averaged by the gas cylinder.
  • control the sum of the volume and the average volume of the first constant pressure gas cylinder, or the estimated value of the second volume estimator is the average volume of the gas cylinder and the average volume of the second constant pressure gas cylinder.
  • a gas amount control unit to control the sum A gas-pressure gravity compensation elevator is provided.
  • the gas cylinder and the first constant pressure gas cylinder are connected in a state where the lifting mechanism is gripping the cargo handling object, and the gas cylinder and the second cylinder are connected in a state where the lifting mechanism is not gripping the cargo handling object.
  • the gravity compensation effect can be obtained by connecting the constant pressure gas cylinder. Further, even if the elevating mechanism moves up and down, the gas only moves between the gas cylinder and the first constant-pressure gas cylinder or the second constant-pressure gas cylinder, so that the compressed gas does not flow into and out of the outside.
  • the connection destination of the gas cylinder is switched between the first constant pressure gas cylinder and the second constant pressure gas cylinder, so the pressure in the gas cylinder changes and the first constant pressure gas
  • the amount of gas equal to the pressure in the cylinder and the amount of gas equal to the pressure in the second constant pressure gas cylinder will also change.
  • the switching valve portion is gasified so that the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder becomes the sum of the respective average volumes.
  • the switching valve unit is operated and controlled by the gas amount control unit, so that the compressed gas is sucked and exhausted according to the change when the pressure of the gas cylinder is switched regardless of the vertical movement in the middle of the lifting mechanism. Since continuous operation is possible only by this, the energy of the compressed gas can be used efficiently. Therefore, it is possible to suppress the intake / exhaust amount of the compressed gas in the repetition of the raising / lowering operation and reduce the energy consumption.
  • the gas amount control unit operates the switching valve unit for each change in the cargo handling gripping state by the gripping state detection unit, the gas supply unit, the gas exhaust unit,
  • the gas pressure type gravity compensation elevator according to the first aspect in which only one of the above is connected to the gas cylinder is provided.
  • the waste of exhausting the compressed gas once sucked into the gas cylinder or performing the intake of the compressed gas corresponding to the exhaust from the gas cylinder again is eliminated. Energy consumption can be further reduced. Accordingly, it is possible to obtain a gravity compensation elevator that consumes less energy in the lifting operation.
  • any one of the first and second embodiments wherein the second volume estimation unit estimates the volume sum as an estimated value using the displacement of the gas cylinder and the displacement of the second constant pressure gas cylinder.
  • a gas pressure gravity compensation elevator according to any one of the aspects is provided.
  • an elevating mechanism that lifts and lowers a cargo item
  • a gripping state detection unit for detecting a load handling state of the lifting mechanism
  • a gas cylinder that applies a driving force in the upward direction to the lifting mechanism
  • a self-weight compensator for compensating the self-weight of the lifting mechanism
  • Possible first constant pressure gas cylinder A first connection valve for opening and closing a connecting pipe connecting the first constant pressure gas cylinder and the gas cylinder; A first volume estimation unit that estimates the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder as an estimated value; A second connection valve for opening and closing a connection pipe connecting the gas cylinder and the ambient atmosphere; A gas supply unit for supplying gas at a pressure exceeding the pressure in the first constant pressure gas cylinder; Switching between the state in which the gas cylinder is connected to the gas supply unit, the state in which the gas cylinder is connected to the ambient atmosphere, and the state in which the gas cylinder is disconnected from both the gas supply unit and the ambient atmosphere A valve, The first control valve, the second control valve, and the switching valve unit are operated for each change in the cargo handling state by the gripping state detection unit, and the estimated value of the first volume estimation unit is averaged by the gas cylinder. Control to the sum of the volume and the average volume of the first constant pressure gas cylinder, or a gas amount control unit for connecting the gas
  • the gas cylinder and the first constant pressure gas cylinder are connected in a state where the lifting mechanism is holding the cargo item, and the gas cylinder and the surrounding atmosphere are connected in a state where the lifting mechanism is not holding the cargo item.
  • a gravity compensation effect can be obtained.
  • the elevating mechanism moves up and down
  • the compressed gas only moves between the gas cylinder and the first constant pressure gas cylinder, so that the compressed gas does not flow into and out of the outside.
  • the connection destination of the gas cylinder is switched between the first constant pressure gas cylinder and the surrounding atmosphere, so the pressure in the gas cylinder changes, and the inside of the first constant pressure gas cylinder changes.
  • the amount of gas equal to the pressure will also change.
  • the switching valve portion is gasified so that the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the first constant pressure gas cylinder becomes the sum of the respective average volumes.
  • the gas amount control unit operates the switching valve unit for each change in the cargo handling gripping state by the gripping state detection unit, which of the gas supply unit and the ambient atmosphere
  • a gas pressure type gravity compensation elevator according to a fourth aspect in which only one of them is connected to the gas cylinder is provided.
  • the waste of exhausting the compressed gas once sucked into the gas cylinder or performing the intake of the compressed gas corresponding to the exhaust from the gas cylinder again is eliminated. Energy consumption can be further reduced. Accordingly, it is possible to obtain a gravity compensation elevator that consumes less energy in the lifting operation.
  • the first volume estimation unit estimates the volume sum as an estimated value using the displacement of the gas cylinder and the displacement of the first constant pressure gas cylinder.
  • a gas pressure gravity compensation elevator according to any one aspect is provided.
  • the first constant load generating unit, the first constant pressure gas cylinder, the first connection valve, and the first volume estimating unit, each corresponding to a weight of a different cargo item With multiple combinations,
  • the gripping state detection unit further comprises a cargo handling object identifying unit for distinguishing a plurality of cargo handling materials,
  • the gas amount control unit uses the first constant pressure generating unit and the first constant pressure gas to be used in accordance with the gripped cargo item determined by the gripping state detection unit and the cargo item identification unit.
  • a gas pressure type gravity compensation elevator according to any one of the first to sixth aspects, wherein a combination of a cylinder, the first connection valve, and the first volume estimation unit is selected.
  • the first constant load for each combination of the first constant load generating part, the first constant pressure gas cylinder, the first connection valve, and the first volume estimating part, the first constant load A gas supply unit corresponding to the pressure in the pressurized gas cylinder is provided.
  • the gas pressure gravity according to the seventh aspect, wherein the switching valve unit selects a gas supply unit to be used in accordance with the gripped cargo item determined by the gripping state detection unit and the cargo item identification unit. Provide compensation elevator.
  • FIG. 1 schematically shows a gas-pressure gravity compensation elevator 1a according to a first embodiment of the present invention.
  • the cargo handling object 100 having the same weight is lifted and lowered repeatedly using the gas pressure gravity compensation elevator 1a.
  • the cylinder 1 includes a lifting mechanism, a gripping state detection unit, a gas cylinder, a first constant pressure gas cylinder, a first connection valve, a first volume estimation unit, and a second constant pressure gas.
  • the cylinder includes a cylinder, a second connection valve, a second volume estimation unit, a gas supply unit, a gas exhaust unit, a switching valve unit, and a gas amount control unit.
  • a piston 3 is provided in an air cylinder 2 as an example of a gas cylinder so as to be movable in the vertical direction.
  • a space (upper space) 51 surrounded by the upper portion of the air cylinder 2 and the piston 3 is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • the displacement of the piston 3 is measured by a linear encoder 4 disposed at the upper end of the air cylinder 2.
  • the arm 41 as an example of an elevating mechanism includes two turning arms 5 a and 5 b, a shaft 6, and a gripping hand 7.
  • One end of the first turning arm 5a is connected to the upper end of the piston rod 3g of the piston 3 so as to be freely rotatable about a vertical axis.
  • One end of the second turning arm 5b is connected to the other end of the first turning arm 5a so as to freely rotate around the vertical axis.
  • the other end of the second swivel arm 5b is connected to the upper end of the shaft 6 so as to be freely rotatable about the vertical axis.
  • a gripping hand 7 is fixed to the tip (lower end) of the shaft 6.
  • the gripping hand 7 is provided with a contact sensor 8 as an example of a gripping state detection unit. Accordingly, the entire arm 41 can be moved up and down in accordance with the vertical movement of the piston 3 and the gripping hand 7 at the tip of the arm 41 is free to move on a horizontal plane. Is possible. That is, in the horizontal direction, the cargo handling operator pushes the arm 41 in a desired direction, so that the first and second turning arms 5a and 5b and the shaft 6 can freely turn around their respective vertical axes. Yes.
  • a piston 10 is provided in a first constant pressure air cylinder 9 as an example of a first constant pressure gas cylinder so as to be movable in the vertical direction.
  • a space (upper space) 53 surrounded by the upper part of the first constant pressure air cylinder 9 and the piston 10 is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • a weight 11 as an example of the first constant load generating portion is fixed above the piston 10 (that is, the upper end of the piston rod 10g).
  • the displacement of the piston 10 is measured by a linear encoder 12 disposed at the upper end of the first constant pressure air cylinder 9.
  • the outputs of the linear encoder 4 and the linear encoder 12 are respectively input to a volume sum calculator 13 as an example of a first volume estimation unit, and are surrounded by the air cylinder 2 and the piston 3 (the lower portion of the air cylinder 2 and the piston). 3) and the air chamber surrounded by the lower portion of the first constant pressure air cylinder 9 and the piston 10 (lower portion of the first constant pressure air cylinder 9 and the piston 10).
  • the sum with the volume of the (lower space) 54 is calculated.
  • Each air chamber volume is calculated by utilizing the fact that the cross-sectional area of the air cylinder 2 and the first constant pressure air cylinder 9 is constant regardless of the positions of the pistons 3 and 10. It is obtained from the product of area and length.
  • the air chamber 52 and the air chamber 54 are connected by a connecting pipe 14A via a first on / off valve 14 as an example of a first connection valve.
  • the first constant pressure air cylinder 9 has a size such that the volume change (maximum volume ⁇ minimum volume) of the air chamber 54 is equal to or larger than the volume change of the air chamber 52 (for example, 1.2 times).
  • the volume change in the air chamber 54 causes the air chamber 52 to change in volume.
  • a size that is 1.1 to 1.3 times the volume change is desirable.
  • the weight 11 is a value obtained by dividing the sum of the weight of the arm 41, the weight of the piston 3 and the assumed weight of the load 100 by the cross-sectional area of the air cylinder 2, and then multiplying the cross-sectional area of the first constant-pressure air cylinder 9. It is set to the weight which subtracted the weight of piston 10 from.
  • a piston 16 is provided in the second constant pressure air cylinder 15 as an example of the second constant pressure gas cylinder so as to be movable in the vertical direction.
  • a space (upper space) 55 surrounded by the second constant pressure air cylinder 15 and the piston 16 is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • a weight 17 as an example of a second constant load generating portion is fixed above the piston 16.
  • the displacement of the piston 16 is measured by a linear encoder 18 disposed at the upper end of the second constant pressure air cylinder 15.
  • the outputs of the linear encoder 4 and the linear encoder 18 are respectively input to a volume sum calculator 19 as an example of a second volume estimation unit, and are surrounded by the air cylinder 2 and the piston 3 (the lower part of the air cylinder 2 and the piston).
  • each air chamber volume uses the fact that the cross-sectional area of the air cylinder 2 and the second constant-pressure air cylinder 15 is constant regardless of the positions of the pistons 3 and 16, and thus the cross-sectional area of the air chambers 52 and 56. And the product of length.
  • the air chamber 52 and the air chamber 56 are connected by a connecting pipe 20A via a second on / off valve 20 as an example of a second connection valve.
  • the second constant pressure air cylinder 15 has a size such that the volume change of the air chamber 56 is equal to or larger than the volume change of the air chamber 52 (for example, 1.2 times).
  • the volume change of the air chamber 56 causes the volume of the air chamber 52 to increase.
  • a size that is 1.1 to 1.3 times the change is desirable.
  • the weight 17 is obtained by dividing the sum of the weight of the arm 41 and the weight of the piston 3 by the cross-sectional area of the air cylinder 2 and then subtracting the weight of the piston 16 from the value obtained by multiplying the cross-sectional area of the second constant pressure air cylinder 15.
  • the valve unit 23 as an example of the switching valve portion is disposed so as to be connectable to the air chamber 52 of the air cylinder 2 by a connecting pipe 23A, and includes third and fourth on / off valves 24a and 24b.
  • the third on / off valve 24a changes the connection state between the compressed air supply port 21 and the air chamber 52, which is an example of a gas supply unit connected to the high pressure source 101. Compressed air having a pressure exceeding the pressure of the air chamber 54 is supplied from the compressed air supply port 21.
  • the fourth on / off valve 24b changes the connection state between the air opening 52 and the air chamber 52, which is an example of a low-pressure source or a gas exhaust unit.
  • the control controller 25 which is an example of a gas amount control unit, obtains information on the contact sensor 8, the volume sum calculator 13, and the volume sum calculator 19, while the first on / off valve 14, the second on / off valve 20, The operation with the valve unit 23 is controlled independently.
  • the third on / off valve 24 a is opened, compressed air flows from the compressed air supply port 21 into the air chamber 52.
  • the fourth on / off valve 24 b is opened, the compressed air flows out from the air chamber 52 to the atmosphere opening port 22.
  • FIG. 2 is a flowchart of volume control by the controller 25.
  • step S1 in FIG. 2 based on the output of the contact sensor 8, it is determined by the controller 25 whether or not the gripping hand 7 is gripping the cargo handling object 100 (step S1 in FIG. 2).
  • step S1 when it is determined by the controller 25 that the gripping hand 7 is gripping the cargo item 100, the second on / off valve 20 is closed by the controller 25 in step S2, and the first on / off valve 14 is Opened. As a result, the air chamber 52 and the air chamber 54 are connected. Regarding the closing of the second on / off valve 20 and the opening of the first on / off valve 14, the first on / off valve 20 is closed after the second on / off valve 20 is closed so that a wasteful air flow from the air chamber 54 to the air chamber 56 does not occur. It is desirable to perform 14 openings. Since the pressures in the air chamber 52 and the air chamber 54 are equal, gravity compensation in the state where the gripping hand 7 grips the cargo handling object 100 is realized.
  • the controller 25 sets the sum of the average volume of the air chamber 52 and the average volume of the air chamber 54 as the target volume sum in the control (step S3 in FIG. 2).
  • the average volume of the air chamber 52 is an average of the maximum volume and the minimum volume of the air chamber 52 when the piston 3 moves up and down.
  • the average volume of the air chamber 54 is an average of the maximum volume and the minimum volume of the air chamber 54 when the piston 10 moves up and down.
  • the controller 25 sets the output of the volume sum calculator 13 as the estimated volume as the control target (step S4 in FIG. 2). Thereafter, the process proceeds to step S8.
  • step S1 determines in step S1 that the gripping hand 7 is not gripping the cargo item 100
  • the controller 25 closes the first on / off valve 14 in step S5 and the second on / off valve. 20 is opened.
  • the air chamber 52 and the air chamber 56 are connected.
  • the second on / off valve 14 is closed after the first on / off valve 14 is closed so that a wasteful air flow from the air chamber 54 to the air chamber 56 does not occur. It is desirable to open the valve 20. Since the pressures in the air chamber 52 and the air chamber 56 are equal, gravity compensation in a state where the gripping hand 7 is not gripping the cargo handling object 100 is realized.
  • the controller 25 sets the sum of the average volume of the air chamber 52 and the average volume of the air chamber 56 as the target volume sum in the control (step S6 in FIG. 2).
  • the average volume of the air chamber 56 is an average of the maximum volume and the minimum volume of the air chamber 56 when the piston 16 moves up and down.
  • the controller 25 sets the output of the volume sum calculator 19 as an estimated volume as a control target (step S7 in FIG. 2). Thereafter, the process proceeds to step S8.
  • step S8 the controller 25 compares the target volume sum with the estimated volume. If the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume, the process proceeds to step S14. If the controller 25 determines that the target volume sum does not match the estimated volume, the process proceeds to step S9.
  • the coincidence determination between the target volume sum and the estimated volume by the controller 25 does not necessarily have to be strict, and takes into account, for example, within 5% of the range in consideration of design or calculation error. May be considered. The same applies to the following match determination.
  • step S9 the controller 25 determines whether the target volume sum and the estimated volume are large or small.
  • the controller 25 opens the third on / off valve 24a of the valve unit 23 to connect the air chamber 52 and the compressed air supply port 21 to the air Compressed air is caused to flow into the chamber 52 (step S10 in FIG. 2). Thereafter, this state is continued until the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume (step S11 in FIG. 2). After the coincidence determination by the controller 25, the process proceeds to step S14.
  • step S14 when it is determined by the controller 25 that the target volume sum is less than the estimated volume, the controller 25 opens the fourth on / off valve 24b of the valve unit 23 to connect the air chamber 52 and the atmosphere opening 22. Then, the compressed air is caused to flow out from the air chamber 52 (step S12 in FIG. 2). Thereafter, this state is continued until the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume (step S13 in FIG. 2). After the coincidence determination by the controller 25, the process proceeds to step S14.
  • the direction of whether the compressed air is sucked or exhausted is one direction when the target value is overshot due to a factor such as noise or temperature change. This is desirable because it is possible to eliminate waste such as exhausting the air again or inhaling the compressed air corresponding to the exhausted compressed air.
  • step S14 the controller 25 closes both the third and fourth on / off valves 24a and 24b of the valve unit 23. Thereafter, this state is continued until the output of the contact sensor 8 changes and the controller 25 determines that the gripping state has changed (step S15 in FIG. 2). If the controller 25 determines that the gripping state has changed, the process returns to step S1 to resume volume control.
  • FIG. 3 shows a comparison of the accumulated discharge amount in an example of the operation of the gas pressure type gravity compensation elevator 1a in which the volume control is performed by the control controller 25 as described above with the conventional one.
  • the lifting operation is performed while gripping the cargo handling object 100 between A ⁇ C, and the lifting operation is performed without gripping the cargo handling object 100 between C ⁇ E.
  • the volume of the air chamber 54 temporarily decreases and the piston 10 descends. Thereafter, the third on / off valve 24a is opened by the controller 25, so that the volume sum of the air chamber 52 and the air chamber 54 is controlled to be constant, and the operation after point E is the same as A ⁇ C. become able to.
  • the second on / off valve 20 is opened by the controller 25 and there is no exchange of compressed air with the outside. Therefore, when the piston 3 is raised, the piston 16 is lowered, and when the piston 3 is lowered, the piston 16 is As a result, the volume sum of the air chamber 52 and the air chamber 56 is kept constant. After point E, the operation is the same as A ⁇ C.
  • the compressed air is discharged only around the point C.
  • pressure control is performed on the chamber 52, the compressed air continues to be discharged while the arm 41 descends as in B ⁇ C or D ⁇ E. Therefore, it can be seen that the cumulative discharge amount of compressed air can be greatly reduced by using the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an outline of a gas gravity compensator elevator 1b as an example of a gas gravity compensated elevator according to the second embodiment of the present invention.
  • a piston 3 is provided in an air cylinder 2 as an example of a gas cylinder so as to be movable in the vertical direction.
  • a space 51 surrounded by the air cylinder 2 and the piston 3 is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • a constant load spring 28 as an example of a self-weight compensator is provided in the space 51.
  • the constant load spring 28 is adjusted so that an upward force corresponding to the sum of the weight of the arm 41 and the weight of the piston 3 is always applied to the piston 3 regardless of the displacement of the constant load spring 28. .
  • the arm 41 not holding the cargo handling object 100 is balanced in the vertical direction by the constant load spring 28.
  • the constant load spring 28 not only a general constant load spring composed of a closely wound thin plate, but also an arbitrary elastic mechanism that can obtain the same effect, such as a gas spring with a small volume change rate with respect to displacement, can be used. Is available.
  • the displacement of the piston 3 is measured by the linear encoder 4.
  • An arm 41 as an example of an elevating mechanism includes first and second turning arms 5 a and 5 b, a shaft 6, and a gripping hand 7.
  • One end of the first turning arm 5a is connected to the upper end of the piston rod 3g of the piston 3 so as to be freely rotatable about a vertical axis.
  • One end of the second turning arm 5b is connected to the other end of the first turning arm 5a so as to freely rotate around the vertical axis.
  • the other end of the second swivel arm 5b is connected to the upper end of the shaft 6 so as to be freely rotatable about the vertical axis.
  • a gripping hand 7 is fixed to the tip (lower end) of the shaft 6.
  • the gripping hand 7 is provided with a contact sensor 8 as an example of a gripping state detection unit and a hand width measuring device 27 as an example of a cargo handling item identification unit. Accordingly, the entire arm 41 can be moved up and down in accordance with the vertical movement of the piston 3 and the gripping hand 7 at the tip of the arm 41 is free to move on a horizontal plane. It is configured to allow work. That is, similarly to the first embodiment, in the horizontal direction, the cargo handling operator pushes the arm 41 in a desired direction, so that the first and second swivel arms 5a and 5b and the shaft 6 rotate around their respective vertical axes. It is possible to turn freely.
  • the first constant pressure air cylinder 9a as an example of the first constant pressure gas cylinder is provided with a piston 10a so as to be movable in the vertical direction.
  • the space 53a surrounded by the first constant pressure air cylinder 9a and the piston 10a is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • a weight 11a as an example of the first constant load generating portion is fixed above the piston 10a (that is, the upper end of the piston rod 10h).
  • the displacement of the piston 10a is measured by a linear encoder 12a disposed at the upper end of the first constant pressure air cylinder 9a.
  • the outputs of the linear encoder 4 and the linear encoder 12a are respectively input to a volume sum calculator 13a as an example of a first volume estimating unit, and are surrounded by the air cylinder 2 and the piston 3 (the lower part of the air cylinder 2 and the piston). 3) and the air chamber surrounded by the lower part of the first constant pressure air cylinder 9a and the piston 10a (lower part of the first constant pressure air cylinder 9a and the piston 10a).
  • the sum of the volume of the lower space 54a is calculated.
  • the calculation of the respective air chamber volumes uses the fact that the cross-sectional areas of the air cylinder 2 and the first constant pressure air cylinder 9a are constant regardless of the positions of the pistons 3 and 10a. Is obtained from the product of length and length.
  • the air chamber 52 and the air chamber 54a are connected by a connection pipe 14A via a first on / off valve 14a as an example of a first connection valve.
  • the first constant pressure air cylinder 9a has a size such that the volume change (maximum volume ⁇ minimum volume) of the air chamber 54a is equal to or greater than (for example, 1.2 times) the volume change of the air chamber 52.
  • the first constant pressure air cylinder 9a increases in size, it becomes more resistant to volume changes or errors when switching on / off valves in the volume control described later.
  • the volume change in the air chamber 54a causes the air chamber 52 to change in volume.
  • a size that is 1.1 to 1.3 times the volume change is desirable.
  • the weight 11a is obtained by dividing the assumed weight of the first cargo handling object 100 by the cross-sectional area of the air cylinder 2, and then subtracting the weight of the piston 10a from the value obtained by multiplying the cross-sectional area of the first constant pressure air cylinder 9a. Is set.
  • a piston 10b is provided so as to be movable in the vertical direction.
  • the space (upper space) 53b surrounded by the upper part of the third constant pressure air cylinder 9b and the piston 10b is open to the atmosphere and is always at atmospheric pressure.
  • a weight 11b as an example of the first constant load generating portion is fixed above the piston 10b (that is, the upper end of the piston rod 10j).
  • the displacement of the piston 10b is measured by a linear encoder 12b disposed at the upper end of the third constant pressure air cylinder 9b.
  • the outputs of the linear encoder 4 and the linear encoder 12b are respectively input to a volume sum calculator 13b as an example of a first volume estimating unit, and are surrounded by the air cylinder 2 and the piston 3 (the lower part of the air cylinder 2 and the piston). 3) and the air chamber surrounded by the lower part of the third constant pressure air cylinder 9 b and the piston 10 b (the lower side surrounded by the lower part of the third constant pressure air cylinder 9 b and the piston 10). The sum of the space and the volume of 54b is calculated.
  • the calculation of the respective air chamber volumes uses the fact that the cross-sectional areas of the air cylinder 2 and the third constant pressure air cylinder 9b are constant regardless of the positions of the pistons 3 and 10b, and thus the cross-sectional areas of the air chambers 52 and 54b. Is obtained from the product of length and length.
  • the air chamber 52 and the air chamber 54b are connected by the connection pipe 14B via the 3rd on-off valve 14b as an example of a 1st connection valve.
  • the third constant pressure air cylinder 9b has a size such that the volume change of the air chamber 54b is equal to or larger than the volume change of the air chamber 52 (for example, 1.2 times).
  • the weight 11b is calculated from the value obtained by dividing the weight of the second cargo handling object having a weight different from that of the first cargo handling object by the sectional area of the air cylinder 2 and then multiplying the sectional area of the third constant pressure air cylinder 9b. The weight is set by subtracting the weight of the piston 10b.
  • the arm 41 holding the second cargo item is in a state of being balanced in the vertical direction and can be easily moved up and down. Become. However, since it is not preferable for safety to move the arm 41 up and down at high speed, it is desirable to prevent the air cylinder 2 from operating at high speed by the flow path resistance in the third on / off valve 14b. If necessary, a throttle or an excessive flow shutoff valve may be added to the third on / off valve 14b to further enhance safety.
  • the air chamber 52 of the air cylinder 2 is connected to the ambient atmosphere by a connecting pipe 20A through a second on / off valve 20 as an example of a second connecting valve.
  • a second on / off valve 20 as an example of a second connecting valve.
  • the arm 41 that is not holding the cargo handling object is in a state of being balanced in the vertical direction and can be easily lifted and lowered. Operation becomes possible.
  • it is not preferable for safety to move the arm 41 up and down at high speed it is desirable to prevent the air cylinder 2 from operating at high speed by the flow path resistance in the second on / off valve 20. If necessary, the safety may be further improved by adding a throttle or an excessive flow cutoff valve to the second on / off valve 20.
  • the valve unit 23 as an example of the switching valve portion is disposed so as to be connectable to the air chamber 52 of the air cylinder 2 by a connecting pipe 23A, and includes third and fourth on / off valves 24a and 24b.
  • the third on / off valve 24a changes the connection state between the compressed air supply port 21 and the air chamber 52, which is an example of a gas supply unit connected to the high pressure source 101.
  • Compressed air having a pressure exceeding the pressure of the air chamber 54a and the air chamber 54b is supplied from the compressed air supply port 21.
  • the compressed air is supplied from the single compressed air supply port 21 regardless of which of the air chamber 54a and the air chamber 54b is connected to the air chamber 52, but for the air chamber 54a.
  • Different compressed air supply ports may be provided for the air chamber 54b and the controller 25 may select the compressed air supply port. If it is known in advance that the pressure in the air chamber 54b is lower than the pressure in the air chamber 54a, providing a compressed air supply port with a lower pressure for the air chamber 54b is necessary for the production of compressed air. This is desirable because it can save energy.
  • the fourth on / off valve 24b changes the connection state between the air opening 52 and the air chamber 52, which is an example of a low-pressure source or a gas exhaust unit.
  • the control controller 25 which is an example of a gas amount control unit, obtains information on the contact sensor 8, the volume sum calculator 13, and the volume sum calculator 19, while the first on / off valve 14, the second on / off valve 20, The operation with the valve unit 23 is controlled independently.
  • the third on / off valve 24 a is opened, compressed air flows from the compressed air supply port 21 into the air chamber 52.
  • the fourth on / off valve 24 b is opened, the compressed air flows out from the air chamber 52 to the atmosphere opening port 22.
  • FIG. 5 is a flowchart of volume control by the controller 25.
  • step S1 in FIG. 5 based on the output of the contact sensor 8, it is determined by the controller 25 whether or not the gripping hand 7 is gripping a cargo item.
  • step S1 when it is determined by the controller 25 that the gripping hand 7 is not gripping a cargo item, the first on-off valve 14a and the third on-off valve 14b are closed by the controller 25, and the second on-off is turned on.
  • the valve 20 is opened (step S16 in FIG. 5).
  • the first on / off valve is used so that a wasteful air flow from the air chambers 54a, 54b to the surrounding atmosphere does not occur. It is desirable to open the second on / off valve 20 after closing the 14a and the third on / off valve 14b.
  • gravity compensation is realized in a state where the gripping hand 7 is not gripping the cargo item. Thereafter, the process proceeds to step S15.
  • the control controller 25 uses the controller 25 based on the output of the hand width measuring device 27 in step S17.
  • the cargo item being gripped is identified (step S17 in FIG. 5).
  • the identification of the cargo handling object is performed by measuring the hand width with the hand width measuring device 27 assuming that the width differs for each cargo handling object.
  • the present invention is not limited to this. Even the determination using the shape or the appearance of the cargo handling object, the barcode, or an identifier such as an electronic tag can be similarly performed.
  • a control target in the following flowchart is selected based on the identification result in step S17 (step S18 in FIG. 5).
  • the first on / off valve 14a is the first on / off valve 14
  • the air chamber 54a is the air chamber 54
  • the volume The sum calculator 13 a is handled as the volume sum calculator 13.
  • the third on / off valve 14b is the first on / off valve 14
  • the air chamber 54b is the air chamber 54
  • the volume sum calculator 13 b is handled as the volume sum calculator 13.
  • step S2 the controller 25 closes the second on / off valve 20 and opens the first on / off valve 14.
  • the air chamber 52 and the air chamber 54 are connected.
  • the first on / off valve 20 is closed after the second on / off valve 20 is closed so that a wasteful air flow from the air chamber 54 to the air chamber 56 does not occur. It is desirable to perform 14 openings. Since the pressure in the air chamber 52 and the pressure in the air chamber 54 are equal, gravity compensation in a state in which the gripping hand 7 grips the cargo item is realized.
  • the controller 25 sets the sum of the average volume of the air chamber 52 and the average volume of the air chamber 54 as the target volume sum in the control (step S3 in FIG. 5).
  • the average volume of the air chamber 52 is an average of the maximum volume and the minimum volume of the air chamber 52 when the piston 3 moves up and down.
  • the average volume of the air chamber 54 is an average of the maximum volume and the minimum volume of the air chamber 54 when the piston 10 moves up and down.
  • the controller 25 sets the output of the volume sum calculator 13 as the estimated volume as a control target (step S4 in FIG. 5). Thereafter, the process proceeds to step S8.
  • step S8 the controller 25 compares the target volume sum with the estimated volume. If the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume, the process proceeds to step S14. If the controller 25 determines that the target volume sum does not match the estimated volume, the process proceeds to step S9.
  • the coincidence determination between the target volume sum and the estimated volume by the controller 25 does not necessarily have to be strict, and takes into account, for example, within 5% of the range in consideration of design or calculation error. May be considered. The same applies to the following match determination.
  • step S9 the controller 25 determines whether the target volume sum and the estimated volume are large or small.
  • the controller 25 opens the third on / off valve 24a of the valve unit 23 to connect the air chamber 52 and the compressed air supply port 21 to the air Compressed air is caused to flow into the chamber 52 (step S10 in FIG. 5). Thereafter, this state is continued until the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume (step S11 in FIG. 5). After the match determination by the controller 25, the process proceeds to step S14.
  • the controller 25 opens the fourth on / off valve 24b of the valve unit 23 to connect the air chamber 52 and the atmosphere opening 22. Then, the compressed air is caused to flow out from the air chamber 52 (step S12 in FIG. 5). Thereafter, this state is continued until the controller 25 determines that the target volume sum matches the estimated volume (step S13 in FIG. 5). After the coincidence determination by the controller 25, the process proceeds to step S14.
  • the direction of whether the compressed air is sucked or exhausted is one direction when the target value is overshot due to a factor such as noise or temperature change. This is desirable because it is possible to eliminate waste such as exhausting the air again or inhaling the compressed air corresponding to the exhausted compressed air.
  • step S14 the controller 25 closes both the third and fourth on / off valves 24a and 24b of the valve unit 23. Thereafter, this state is continued until the output of the contact sensor 8 changes and the controller 25 determines that the gripping state has changed (step S15 in FIG. 5). If the controller 25 determines that the gripping state has changed, the process returns to step S1 to resume volume control.
  • FIG. 6 shows a comparison of the accumulated discharge amount in an example of the operation of the gas pressure type gravity compensation elevator 1b in which the volume control by the control controller 25 as described above is performed, with a conventional one.
  • the arm position in FIG. 6 indicates the vertical displacement of the arm 41.
  • the P52 pressure in FIG. 6 indicates the pressure in the air chamber 52.
  • the lifting operation is performed while gripping the first cargo handling object 100 between A ⁇ C, and the lifting operation is performed without gripping the cargo handling operation between C ⁇ E.
  • the P4 output in FIG. 6 indicates the output of the linear encoder 4, that is, the displacement of the piston 3, and changes in conjunction with the arm position. Since the output of the linear encoder 4 can be converted into a volume by multiplying the cross-sectional area of the air cylinder 2, the volume change is the same change.
  • FIG. 6 shows the output of the linear encoder 12a, that is, the displacement of the piston 10a.
  • the first on / off valve 14a is opened by the controller 25 and there is no exchange of compressed air with the outside. Therefore, when the piston 3 is raised, the piston 10a is lowered, and when the piston 3 is lowered, the piston 10a is As a result, the volume sum of the air chamber 52 and the air chamber 54a is kept constant.
  • the first on / off valve 14a is closed by the controller 25, so that the volume of the air chamber 54a is kept constant.
  • the compressed air is discharged only around the point C.
  • pressure control is performed on the chamber 52
  • the compressed air continues to be discharged while the arm 41 descends while holding the cargo item as B ⁇ C. Therefore, it can be seen that the cumulative discharge amount of compressed air can be greatly reduced by using the second embodiment of the present invention.
  • the example of the operation of FIG. 6 does not include the state in which the second cargo handling object is gripped, but even in this case, the cumulative discharge amount can be reduced as in the case of gripping the first cargo handling object 100.
  • air is used as an example of gas.
  • the present invention is not limited to this, and can be carried out even with a gas other than air.
  • air is desirable because it is easy to handle and inexpensive.
  • a horizontal articulated arm is used as an example of an elevating mechanism.
  • the present invention is not limited to this, and a link arm type or a hoist type is used. Even other structures that balance the weight of the cargo item by the generated force are applicable.
  • a contact sensor is used as an example for detecting a gripping state, but the present invention is not limited to this, and a proximity sensor is used, or the weight of a cargo item is measured. Can also be implemented.
  • two on / off valves are used as an example of the switching valve portion.
  • the present invention is not limited to this, and other port valves such as a spool valve may be used. .
  • the use of two on / off valves is desirable because each can be reliably turned on / off.
  • a compressed air supply port is used as an example of a high pressure source or a gas supply unit.
  • the present invention is not limited to this, and a high pressure tank is used or compression is performed from a compressor. It is also possible to carry out by directly sending air.
  • the atmosphere opening is used as an example of the low pressure source or the gas exhaust unit.
  • the present invention is not limited to this, and a low pressure tank or a vacuum pump is used. It is also possible to carry out suction.
  • the use of an open air opening is desirable in terms of stable characteristics and no energy consumption.
  • the valve unit directly sucks and exhausts compressed air to and from the air chamber 52.
  • the present invention is not limited to this, and the air chamber 54, the air chamber 56, or the air chamber is not limited thereto.
  • the compressed air may be sucked into and exhausted from the air chamber 52 through the air chamber 54a or the air chamber 54b.
  • the configuration for directly sucking and exhausting air from the air chamber 52 is a configuration in which the hoist operation can be easily realized by operating the valve unit 23 in a state where the first on / off valves 14, 14 a, 14 b and 20 are closed. So desirable.
  • the pressure fluctuation accompanying the intake and exhaust of the compressed air is changed to the air chamber 54 or the air chamber 56 or the air chamber 54a. It is desirable that the volume of the air chamber 54b is changed and is easily suppressed before being transmitted to the air chamber 52.
  • the present invention is not limited to two types, and three or more types can be similarly implemented. Moreover, even if it is the structure which provided the gas cylinder of the low voltage
  • the atmosphere opening port 22 and the atmosphere opening port 26 are provided independently, and the fourth on / off valve 24b and the second on / off valve 20 are provided independently. Even in the case, it can be similarly implemented.
  • the present invention includes the following cases.
  • Part or all of the first volume estimation unit, the second volume estimation unit, and the gas amount control unit of the gas pressure gravity compensation elevator specifically, a microprocessor, a ROM, a RAM, a hard disk unit, You may comprise by the computer system comprised from a display unit, a keyboard, a mouse
  • a computer program is stored in the RAM or hard disk unit.
  • Each of the first volume estimation unit, the second volume estimation unit, and the gas amount control unit achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program.
  • the computer program is configured by combining a plurality of instruction codes indicating instructions for the computer in order to achieve a predetermined function.
  • each component can be realized by a program execution unit such as a CPU reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • achieves a part or all of the element which comprises a 1st volume estimation part, a 2nd volume estimation part, and a gas amount control part in the said embodiment or modification is the following programs. That is, this program is the gas gravity type gravity compensation elevator of the above aspect.
  • a first volume estimation unit that estimates a sum of a volume in the gas cylinder and a volume in the first constant pressure gas cylinder as an estimated value
  • a second volume estimation unit that estimates the sum of the volume in the gas cylinder and the volume in the second constant pressure gas cylinder as an estimated value
  • the first control valve, the second control valve, and the switching valve unit are operated for each change in the cargo handling state by the gripping state detection unit, and the estimated value of the first volume estimation unit is averaged by the gas cylinder.
  • control the sum of the volume and the average volume of the first constant pressure gas cylinder, or the estimated value of the second volume estimator is the average volume of the gas cylinder and the average volume of the second constant pressure gas cylinder.
  • a gas amount control unit to control the sum It is a control program for gas pressure type gravity compensation elevator to function as.
  • the program may be executed by being downloaded from a server or the like, and a program recorded on a predetermined recording medium (for example, an optical disk such as a CD-ROM, a magnetic disk, or a semiconductor memory) is read out. May be executed.
  • a predetermined recording medium for example, an optical disk such as a CD-ROM, a magnetic disk, or a semiconductor memory
  • the computer that executes this program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed. In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably.
  • the gas-pressure gravity compensation elevator according to the present invention is useful because it can reduce energy consumption by suppressing the intake and exhaust amount of compressed gas during the lifting operation.
  • the present invention can also be applied as an assist device that reduces the load in a system that performs a lifting operation.

Landscapes

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Abstract

 荷役物(100)を昇降させるガス圧式重力補償昇降機であって、昇降機構(41)に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダ(2)に、把持状態に応じて定圧に維持した定圧ガスシリンダ(9、15)を選択的に接続させるとともに、把持状態の変化ごとにガスシリンダと定圧ガスシリンダの容積和がそれぞれの平均容積の和となるよう制御する制御部(25)を備える。

Description

ガス圧式重力補償昇降機
 本発明は、荷役物の重量をガスシリンダを用いてバランスさせることで、荷役物の昇降を容易にするガス圧式重力補償昇降機において、昇降動作中の圧縮ガスの吸排気量を抑制することでエネルギー消費を低減させるガス圧式重力補償昇降機に関する。
 重量のある荷物の荷役作業を容易にするために、ガスシリンダを用いて荷役物に作用する重力と釣り合う垂直力とを発生させ、重量物を無重力環境下にあるのと同様の感覚で昇降可能にする、ガス圧を利用した重力補償昇降機が知られている。このような重力補償昇降機には、水平方向に可動自由なアームを垂直方向にガスシリンダで支え、アームの先端に把持した荷役物の重量をガスシリンダの発生力によりバランスさせるアーム式昇降機、又は、水平方向に可動自由に保持されたガスシリンダの発生力をボールねじ等を用いて回転のトルクに変換し、それをワイヤの巻き上げ力として利用することで荷役物の重量をバランスさせるホイスト式昇降機等が知られている(例えば、特許文献1~2参照)。
特許第3794743号公報 特開2010-111464号公報
 このようなガスシリンダを用いた重力補償昇降機は、ガスシリンダ内に充填した圧縮ガスの圧力によって荷役物の重量をバランスさせているため、圧縮ガスの圧力を変化させることで荷役物の有無又は違いに容易に対応させられるという利点がある。一方で、昇降動作に伴ってガスシリンダの内容積が変化するたびに、ガスシリンダに対して圧縮ガスを流出入させて圧力を調整する必要がある。荷役物を上昇させる場合には、圧縮ガスを外部から供給する必要があり、荷役物を降下させる場合には、圧縮ガスを外部に排出する必要がある。このため、荷役物の昇降動作を行うほど圧縮ガスの給排気量が増加することになる。従って、荷役物を一度上昇させた後、元の高さまで降下させる動作を行った場合でも、従来の重力補償昇降機では、上昇時に供給した圧縮ガスを降下時に排出することになり、位置エネルギーの観点ではトータルのエネルギー消費が無いにもかかわらず、圧縮ガスの吸排気が発生し、無駄なエネルギー消費が生じるという課題があった。
 従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、昇降動作中の圧縮ガスの吸排気量を抑制することで、エネルギー消費を低減させることのできる、ガスシリンダを用いて荷役物を昇降するガス圧式重力補償昇降機を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の態様は以下のように構成する。
 本発明の1つの態様によれば、荷役物を把持して昇降する昇降機構と、
 前記昇降機構の荷役物把持状態を検出する把持状態検出部と、
 前記昇降機構に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダと、
 前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重および前記昇降機構の把持する前記荷役物の重量と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第一定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第一定圧ガスシリンダと、
 前記第一定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第一接続弁と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
 前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第二定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第二定圧ガスシリンダと、
 前記第二定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第二接続弁と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第二定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第二容積推定部と、
 前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力を超える圧力でガスを供給するガス供給部と、
 前記第二定圧ガスシリンダ内のガスを排出するガス排気部と、
 前記ガスシリンダが前記ガス供給部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス排気部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス供給部と前記ガス排気部の両方と遮断された状態とを切り替える切り替え弁部と、
 前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記第二容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第二定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するガス量制御部と、
 を備えるガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、並びに、システム及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
 本発明の前記態様によれば、昇降機構が荷役物把持している状態ではガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続し、昇降機構が荷役物を把持していない状態ではガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとを接続することで、重力補償効果が得られるようになる。さらに昇降機構が上下動しても、ガスシリンダと第一定圧ガスシリンダ若しくは第二定圧ガスシリンダとの間でガスが移動するだけであるので、外部に対する圧縮ガスの流出入は発生しないことになる。昇降機構の荷役物把持状態が変化するごとに、ガスシリンダの接続先が第一定圧ガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとの間で切り替わるため、ガスシリンダ内の圧力は変化し、第一定圧ガスシリンダ内の圧力と等しいガスの量と第二定圧ガスシリンダ内の圧力と等しいガスの量も変化することになる。しかし、ガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続するたびにガスシリンダ内の容積と第一定圧ガスシリンダ内の容積の和をそれぞれの平均容積の和となるように切り替え弁部を動作させて制御し、ガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとを接続するたびにガスシリンダ内の容積と第二定圧ガスシリンダ内の容積の和をそれぞれの平均容積の和となるように切り替え弁部を動作させて制御することで、昇降機構の途中の上下動に関係なくガスシリンダの圧力を切り替えた際の変化に応じた圧縮ガスの吸排気を行うだけで連続動作が可能になるので、圧縮ガスの持つエネルギーを効率よく利用できるようになる。よって、昇降動作の繰り返しにおける圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図1は、本発明の第1実施形態におけるガス圧式重力補償昇降機の概略を示す図であり、 図2は、本発明の第1実施形態における制御コントローラによる容積制御のフローチャートであり、 図3は、本発明の第1実施形態において、制御コントローラによる容積制御を行ったガス圧式重力補償昇降機の動作の一例における累積排出量を従来と比較した図であり、 図4は、本発明の第2実施形態におけるガス圧式重力補償昇降機の概略を示す図であり、 図5は、本発明の第2実施形態における制御コントローラによる容積制御のフローチャートであり、 図6は、本発明の第2実施形態において、制御コントローラによる容積制御を行ったガス圧式重力補償昇降機の動作の一例における累積排出量を従来と比較した図である。
 以下に、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
 本発明の実施形態について説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
 本発明の第1態様によれば、荷役物を把持して昇降する昇降機構と、
 前記昇降機構の荷役物把持状態を検出する把持状態検出部と、
 前記昇降機構に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダと、
 前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重および前記昇降機構の把持する前記荷役物の重量と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第一定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第一定圧ガスシリンダと、
 前記第一定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第一接続弁と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
 前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第二定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第二定圧ガスシリンダと、
 前記第二定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第二接続弁と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第二定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第二容積推定部と、
 前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力を超える圧力でガスを供給するガス供給部と、
 前記第二定圧ガスシリンダ内のガスを排出するガス排気部と、
 前記ガスシリンダが前記ガス供給部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス排気部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス供給部と前記ガス排気部の両方と遮断された状態とを切り替える切り替え弁部と、
 前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記第二容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第二定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するガス量制御部と、
 を備えるガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、昇降機構が荷役物把持している状態ではガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続し、昇降機構が荷役物を把持していない状態ではガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとを接続することで、重力補償効果が得られるようになる。さらに昇降機構が上下動しても、ガスシリンダと第一定圧ガスシリンダ若しくは第二定圧ガスシリンダとの間でガスが移動するだけなので、外部に対する圧縮ガスの流出入は発生しないことになる。昇降機構の荷役物把持状態が変化するごとに、ガスシリンダの接続先が第一定圧ガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとで切り替わるため、ガスシリンダ内の圧力は変化し、第一定圧ガスシリンダ内の圧力と等しいガスの量と第二定圧ガスシリンダ内の圧力と等しいガスの量も変化することになる。しかし、ガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続するたびにガスシリンダ内の容積と第一定圧ガスシリンダ内の容積の和をそれぞれの平均容積の和となるように切り替え弁部をガス量制御部により動作させて制御し、ガスシリンダと第二定圧ガスシリンダとを接続するたびにガスシリンダ内の容積と第二定圧ガスシリンダ内の容積の和をそれぞれの平均容積との和となるように切り替え弁部をガス量制御部により動作させて制御することで、昇降機構の途中の上下動に関係なく、ガスシリンダの圧力を切り替えた際の変化に応じた圧縮ガスの吸排気を行うだけで連続動作が可能になるので、圧縮ガスの持つエネルギーを効率良く利用できるようになる。よって、昇降動作の繰り返しにおける圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 本発明の第2態様によれば、前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記切り替え弁部を動作させる際、前記ガス供給部と前記ガス排気部とのどちらか一方だけを前記ガスシリンダに接続させる第1の態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、ガス量制御部による容積制御において、ガスシリンダに一度吸気した圧縮ガスを排気したり、ガスシリンダからの排気に相当する圧縮ガスの吸気を再度行ったりという無駄を排除できるようになり、よりエネルギー消費を低減することができる。従って、昇降動作におけるエネルギー消費のより少ない重力補償昇降機を得ることができる。
 本発明の第3態様によれば、前記第二容積推定部が、前記ガスシリンダの変位と前記第二定圧ガスシリンダの変位とを用いて容積和を推定値として推定する第1~2のいずれか1つの態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、ガス量制御部による容積制御において必要となる推定容積和の情報を簡易な手段で得ることができるようになる。
 本発明の第4態様によれば、荷役物を把持して昇降する昇降機構と、
 前記昇降機構の荷役物把持状態を検出する把持状態検出部と、
 前記昇降機構に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダと、
 前記昇降機構の自重を補償する自重補償部と、
 前記ガスシリンダが前記昇降機構の把持する前記荷役物の重量と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第一定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第一定圧ガスシリンダと、
 前記第一定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第一接続弁と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
 前記ガスシリンダと周辺大気とを接続する接続管の開閉を行う第二接続弁と、
 前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力を超える圧力でガスを供給するガス供給部と、
 前記ガスシリンダが前記ガス供給部と接続された状態と、前記ガスシリンダが周辺大気と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス供給部と周辺大気の両方と遮断された状態とを切り替える切り替え弁部と、
 前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記ガスシリンダを周辺大気に接続するガス量制御部と、
 を備えるガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、昇降機構が荷役物把持している状態ではガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続し、昇降機構が荷役物を把持していない状態ではガスシリンダと周辺大気とを接続することで、重力補償効果が得られるようになる。さらに昇降機構が上下動しても、圧縮ガスはガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとの間で移動するだけなので、外部に対する圧縮ガスの流出入は発生しないことになる。昇降機構の荷役物把持状態が変化するごとに、ガスシリンダの接続先が第一定圧ガスシリンダと周辺大気とで切り替わるため、ガスシリンダ内の圧力は変化し、第一定圧ガスシリンダ内の圧力と等しいガスの量も変化することになる。しかし、ガスシリンダと第一定圧ガスシリンダとを接続するたびにガスシリンダ内の容積と第一定圧ガスシリンダ内の容積の和をそれぞれの平均容積の和となるように切り替え弁部をガス量制御部により動作させて制御することで、昇降機構の途中の上下動に関係なく、ガスシリンダの圧力を切り替えた際の変化に応じた圧縮ガスの吸排気を行うだけで連続動作が可能になるので、圧縮ガスの持つエネルギーを効率良く利用できるようになる。よって、昇降動作の繰り返しにおける圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 本発明の第5態様によれば、前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記切り替え弁部を動作させる際、前記ガス供給部と周辺大気とのどちらか一方だけを前記ガスシリンダに接続させる第4の態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、ガス量制御部による容積制御において、ガスシリンダに一度吸気した圧縮ガスを排気したり、ガスシリンダからの排気に相当する圧縮ガスの吸気を再度行ったりという無駄を排除できるようになり、よりエネルギー消費を低減することができる。従って、昇降動作におけるエネルギー消費のより少ない重力補償昇降機を得ることができる。
 本発明の第6態様によれば、前記第一容積推定部が、前記ガスシリンダの変位と前記第一定圧ガスシリンダの変位とを用いて容積和を推定値として推定する第1~5のいずれか1つの態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、ガス量制御部による容積制御において必要となる推定容積和の情報を簡易な手段で得ることができるようになる。
 本発明の第7態様によれば、それぞれが異なる荷役物の重量に対応した前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせを複数備えるとともに、
 前記把持状態検出部に複数の荷役物を区別する荷役物識別部をさらに備え、
 前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部と前記荷役物識別部とにより判定された前記把持している荷役物に応じて、使用する前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせを選択する第1~6のいずれか1つの態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、異なる種類(異なる重量)の荷役物を切り替えての昇降動作の繰り返しにおいても、圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 本発明の第8態様によれば、前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせごとに、それぞれの前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力に応じたガス供給部を備え、
 前記切り替え弁部が、前記把持状態検出部と前記荷役物識別部により判定された前記把持している荷役物に応じて、使用するガス供給部を選択する第7の態様に記載のガス圧式重力補償昇降機を提供する。
 このような構成によれば、それぞれの第一定圧ガスシリンダの圧力に対して差圧の小さいガス供給部を選択することができ、ガス供給部における圧縮ガス製造に伴うエネルギー消費を低減させることが可能になる。
 以下、本発明の実施形態にかかるガス圧式重力補償昇降機について、図面を参照しながら説明する。
 (第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態による、ガス圧式重力補償昇降機1aの概略を示す。ここでは、ガス圧式重力補償昇降機1aを使用して、同じ重量の荷役物100を繰り返し昇降する場合を想定している。
 図1のガス圧式重力補償昇降機1aは、昇降機構と、把持状態検出部と、ガスシリンダと、第一定圧ガスシリンダと、第一接続弁と、第一容積推定部と、第二定圧ガスシリンダと、第二接続弁と、第二容積推定部と、ガス供給部と、ガス排気部と、切り替え弁部と、ガス量制御部とを備えて構成されている。以下、これらの装置又は部材について詳細に説明する。
 ガス圧式重力補償昇降機1aにおいて、ガスシリンダの一例としてのエアシリンダ2にはピストン3が上下方向に移動可能に設けられている。エアシリンダ2の上部とピストン3とで囲まれる空間(上側の空間)51については、大気開放されており、常に大気圧となっている。ピストン3の変位は、エアシリンダ2の上端に配置したリニアエンコーダ4により計測される。昇降機構の一例としてのアーム41は、2つの旋回アーム5a、5bと、シャフト6と、把持ハンド7とで構成されている。第一旋回アーム5aの一端は、ピストン3のピストンロッド3gの上端部に垂直軸回りに回転自由に接続されている。第二旋回アーム5bの一端は、第一旋回アーム5aのもう一端に垂直軸回りに回転自由に接続されている。第二旋回アーム5bのもう一端には、シャフト6の上端が垂直軸回りに回転自由に接続されている。シャフト6の先端(下端)には、把持ハンド7が固定されている。把持ハンド7には、把持状態検出部の一例としての接触センサ8が設けられている。従って、アーム41全体がピストン3の上下動に合わせて昇降可能であるとともに、アーム41の先端の把持ハンド7が水平面上を移動自由なので、把持ハンド7に荷役物100を把持させることで荷役作業が可能な構成となっている。すなわち、水平方向には、荷役作業者が、アーム41を所望の方向に押すことにより、第一、第二旋回アーム5a,5b及びシャフト6がそれぞれの垂直軸回りに自在に旋回可能となっている。
 第一定圧ガスシリンダの一例としての第一定圧エアシリンダ9には、ピストン10が上下方向に移動可能に設けられている。第一定圧エアシリンダ9の上部とピストン10とで囲まれる空間(上側の空間)53については、大気開放されており、常に大気圧となっている。ピストン10の上方(すなわち、ピストンロッド10gの上端)には、第一定荷重発生部の一例としての錘11が固定されている。ピストン10の変位は、第一定圧エアシリンダ9の上端に配置したリニアエンコーダ12により計測される。リニアエンコーダ4とリニアエンコーダ12との出力はそれぞれ第一容積推定部の一例としての容積和演算器13に入力され、エアシリンダ2とピストン3とで囲まれる空気室(エアシリンダ2の下部とピストン3とで囲まれる下側の空間)52の容積と、第一定圧エアシリンダ9の下部とピストン10とで囲まれる空気室(第一定圧エアシリンダ9の下部とピストン10とで囲まれる下側の空間)54の容積との和が演算される。それぞれの空気室容積の演算は、エアシリンダ2と第一定圧エアシリンダ9との断面積がピストン3,10の位置にかかわらず一定であることを利用して、空気室52,54の断面積と長さとの積より求められる。空気室52と空気室54とは、第一接続弁の一例としての第一オンオフ弁14を介して接続管14Aで接続されている。第一定圧エアシリンダ9は、空気室54の容積変化(最大容積-最小容積)が空気室52の容積変化以上(例えば1.2倍)となるサイズである。第一定圧エアシリンダ9が大型化するほど、後述の容積制御におけるオンオフ弁切り替え時の容積変化又は誤差に強くなるが、全体サイズが大型化するため、空気室54の容積変化が空気室52の容積変化の1.1~1.3倍となるサイズが望ましい。錘11は、アーム41の重量とピストン3の重量と想定する荷役物100の重量との和をエアシリンダ2の断面積で除した後、第一定圧エアシリンダ9の断面積を掛けた値からピストン10の重量を引いた重量に設定されている。このようにすることで、空気室52の圧力が空気室54の圧力と等しくなるとき、荷役物100を把持したアーム41は、垂直方向にバランスした状態となり、容易に昇降動作が可能になる。しかし、アーム41の昇降動作が高速に行われることは安全上好ましくないので、第一オンオフ弁14における流路抵抗により、エアシリンダ2が高速に動作するのを阻害することが望ましい。必要な場合、第一オンオフ弁14に絞り又は過大流量遮断弁を追加することで、さらに安全性を高めるようにしても良い。
 第二定圧ガスシリンダの一例としての第二定圧エアシリンダ15にはピストン16が上下方向に移動可能に設けられている。第二定圧エアシリンダ15とピストン16とで囲まれる空間(上側の空間)55については、大気開放されており、常に大気圧となっている。ピストン16の上方には、第二定荷重発生部の一例としての錘17が固定されている。ピストン16の変位は、第二定圧エアシリンダ15の上端に配置したリニアエンコーダ18により計測される。リニアエンコーダ4とリニアエンコーダ18との出力はそれぞれ第二容積推定部の一例としての容積和演算器19に入力され、エアシリンダ2とピストン3とで囲まれる空気室(エアシリンダ2の下部とピストン3とで囲まれる下側の空間)52の容積と、第二定圧エアシリンダ15の下部とピストン16とで囲まれる空気室(第二定圧エアシリンダ15の下部とピストン16とで囲まれる下側の空間)56の容積との和が演算される。それぞれの空気室容積の演算は、エアシリンダ2と第二定圧エアシリンダ15との断面積がピストン3,16の位置にかかわらず一定であることを利用して、空気室52,56の断面積と長さの積より求められる。空気室52と空気室56は、第二接続弁の一例としての第二オンオフ弁20を介して接続管20Aで接続されている。第二定圧エアシリンダ15は、空気室56の容積変化が空気室52の容積変化以上(例えば1.2倍)となるサイズである。第二定圧エアシリンダ15が大型化するほど後述の容積制御におけるオンオフ弁切り替え時の容積変化又は誤差に強くなるが、全体サイズが大型化するため、空気室56の容積変化が空気室52の容積変化の1.1~1.3倍となるサイズが望ましい。錘17は、アーム41の重量とピストン3の重量との和をエアシリンダ2の断面積で除した後、第二定圧エアシリンダ15の断面積を掛けた値からピストン16の重量を引いた重量に設定されている。このようにすることで空気室52の圧力が空気室56の圧力と等しくなるとき、荷役物100を把持していないアーム41は、垂直方向にバランスした状態となり、容易に昇降動作が可能になる。しかし、アーム41の昇降動作が高速に行われることは安全上好ましくないので、第二オンオフ弁20における流路抵抗により、エアシリンダ2が高速に動作するのを阻害することが望ましい。必要な場合、第二オンオフ弁20に絞り又は過大流量遮断弁を追加することでさらに安全性を高めるようにしても良い。
 切り替え弁部の一例としての弁ユニット23は、エアシリンダ2の空気室52に接続管23Aにより接続可能に配置され、第三、第四オンオフ弁24a、24bで構成される。第三オンオフ弁24aは、一例として、高圧源101と接続されるガス供給部の一例である圧縮空気供給口21と空気室52との接続状態を変化させる。圧縮空気供給口21からは、空気室54の圧力を上回る圧力の圧縮空気が供給される。第四オンオフ弁24bは、一例として、低圧源又はガス排気部の一例である大気開放口22と空気室52との接続状態を変化させる。ガス量制御部の一例である制御コントローラ25は、接触センサ8と、容積和演算器13と、容積和演算器19との情報を得つつ、第一オンオフ弁14と、第二オンオフ弁20と、弁ユニット23との動作をそれぞれ独立して制御する。第三オンオフ弁24aが開放されると、圧縮空気供給口21から空気室52に圧縮空気が流入する。第四オンオフ弁24bが開放されると、空気室52から大気開放口22に圧縮空気が流出する。
 次に、制御コントローラ25の制御の下で行われる、ガス圧式重力補償昇降機1aの作用を説明する。図2は、制御コントローラ25による、容積制御のフローチャートである。
 最初に、接触センサ8の出力に基づき、把持ハンド7が荷役物100を把持しているかどうかが、制御コントローラ25により判定される(図2のステップS1)。
 ステップS1において、制御コントローラ25により、把持ハンド7が荷役物100を把持していると判定された場合、制御コントローラ25により、ステップS2で第二オンオフ弁20が閉鎖され、第一オンオフ弁14が開放される。この結果、空気室52と空気室54が接続される。第二オンオフ弁20の閉鎖と第一オンオフ弁14の開放については、空気室54から空気室56への無駄な空気の流れが発生しないように、第二オンオフ弁20の閉鎖後に第一オンオフ弁14の開放を行うのが望ましい。空気室52と空気室54との圧力が等しくなることで、把持ハンド7が荷役物100を把持している状態での重力補償が実現されることになる。
 次に、制御コントローラ25は、空気室52の平均容積と空気室54の平均容積との和を、制御における目標容積和とする(図2のステップS3)。空気室52の平均容積とは、ピストン3が上下動した際の空気室52の最大容積と最小容積との平均である。空気室54の平均容積とは、ピストン10が上下動した際の空気室54の最大容積と最小容積との平均である。さらに、制御コントローラ25は、容積和演算器13の出力を、制御対象としての推定容積とする(図2のステップS4)。その後、ステップS8に進む。
 一方、ステップS1において、制御コントローラ25により、把持ハンド7が荷役物100を把持していないと判定された場合、制御コントローラ25により、ステップS5で第一オンオフ弁14が閉鎖され、第二オンオフ弁20が開放される。この結果、空気室52と空気室56とが接続される。第一オンオフ弁14の閉鎖と第二オンオフ弁20の開放とについては、空気室54から空気室56への無駄な空気の流れが発生しないように、第一オンオフ弁14の閉鎖後に第二オンオフ弁20の開放を行うのが望ましい。空気室52と空気室56との圧力が等しくなることで、把持ハンド7が荷役物100を把持していない状態での重力補償が実現されることになる。
 次に、制御コントローラ25は、空気室52の平均容積と空気室56の平均容積との和を、制御における目標容積和とする(図2のステップS6)。空気室56の平均容積とは、ピストン16が上下動した際の空気室56の最大容積と最小容積との平均である。さらに、制御コントローラ25は、容積和演算器19の出力を、制御対象としての推定容積とする(図2のステップS7)。その後、ステップS8に進む。
 ステップS8では、制御コントローラ25により目標容積和と推定容積との比較を行う。目標容積和と推定容積とが一致していると制御コントローラ25により判定した場合は、ステップS14に進む。目標容積和と推定容積とが一致しないと制御コントローラ25により判定した場合は、ステップS9に進む。制御コントローラ25による目標容積和と推定容積との一致判定については、必ずしも厳密である必要はなく、設計又は演算誤差などを考慮して、例えば5%以内の範囲に収まることで一致していると見なしてもよい。これは、以下の一致判定においても同様である。
 ステップS9に進んだ場合、制御コントローラ25により目標容積和と推定容積との大小を判定する。目標容積和が推定容積を上回ったと制御コントローラ25により判定した場合、制御コントローラ25は、弁ユニット23の第三オンオフ弁24aを開放して空気室52と圧縮空気供給口21とを接続し、空気室52に圧縮空気を流入させる(図2のステップS10)。その後、目標容積和が推定容積と一致したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図2のステップS11)。制御コントローラ25による一致判定後には、ステップS14に進む。
 一方で、目標容積和が推定容積を下回ったと制御コントローラ25により判定した場合、制御コントローラ25は、弁ユニット23の第四オンオフ弁24bを開放して空気室52と大気開放口22とを接続し、空気室52から圧縮空気を流出させる(図2のステップS12)。その後、目標容積和が推定容積と一致したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図2のステップS13)。制御コントローラ25による一致判定後には、ステップS14に進む。
 このように、容積制御を行う際に、圧縮空気を吸気するか又は排気するかの一方向とすることは、ノイズ又は温度変化といった要因により目標値をオーバーシュートした場合に、一度吸気した圧縮空気を再度排気したり、排気した圧縮空気に相当する圧縮空気を、再度吸気したり、といった無駄が排除できるので望ましい。
 ステップS14では、制御コントローラ25により弁ユニット23の第三、第四オンオフ弁24a、24bの両方を閉鎖する。その後、接触センサ8の出力が変化し、把持状態が変化したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図2のステップS15)。把持状態が変化したと制御コントローラ25により判定されると、ステップS1に戻り、容積制御を再開する。
 図3に、以上のような制御コントローラ25による容積制御を行ったガス圧式重力補償昇降機1aの動作の一例における累積排出量を、従来と比較したものを示す。
 図3のアーム位置は、アーム41の垂直方向変位を示す。
 図3のP52圧力は、空気室52の圧力を示している。図3の動作の一例では、A→Cの間で荷役物100を把持した昇降動作を行い、C→Eの間で荷役物100を把持せずに昇降動作を行っている。これは、ガス圧式重力補償昇降機1aにより、複数回、同じ重量の荷役物100を連続的に移動させる状態を模擬している。
 図3のP4出力は、リニアエンコーダ4の出力すなわちピストン3の変位を示しており、アーム位置に連動して変化する。リニアエンコーダ4の出力は、エアシリンダ2の断面積を掛けることで容積に変換できるので、容積変化も同様の変化となる。
 図3のP12出力は、リニアエンコーダ12の出力すなわちピストン10の変位を示している。A→Cの間では、制御コントローラ25により第一オンオフ弁14が開放され、外部との圧縮空気のやりとりがないので、ピストン3が上昇するとピストン10は下降し、ピストン3が下降するとピストン10は上昇するようになり、空気室52と空気室54との容積和は一定に保たれる。C→Eの間では、制御コントローラ25により第一オンオフ弁14が閉鎖されるので、空気室54の容積は一定に保たれる。E点において、制御コントローラ25により、再度、第一オンオフ弁14が開放されたときには、空気室52の圧力と空気室54の圧力とを等しくするために、空気室54から空気室52に空気が流入するので、一時的に空気室54の容積は減少し、ピストン10は下降する。その後、制御コントローラ25により第三オンオフ弁24aが開放されることで、空気室52と空気室54との容積和が一定になるように制御され、E点以降も、A→Cと同様に動作できるようになる。
 図3のP18出力は、リニアエンコーダ18の出力すなわちピストン16の変位を示している。A→Cの間では、制御コントローラ25により第二オンオフ弁20が閉鎖されるので、空気室56の容積は一定に保たれる。C点において、制御コントローラ25により第二オンオフ弁20が開放されたときには、空気室52の圧力と空気室56の圧力とを等しくするために、空気室52から空気室56に空気が流入するので、一時的に空気室56の容積は増加し、ピストン16は上昇する。その後、制御コントローラ25により第四オンオフ弁24bが開放されることで、空気室52と空気室56との容積和が一定になるように制御さる。C→Eの間では、制御コントローラ25により第二オンオフ弁20が開放され、外部との圧縮空気のやりとりがないので、ピストン3が上昇するとピストン16は下降し、ピストン3が下降するとピストン16は上昇するようになり、空気室52と空気室56との容積和は一定に保たれる。E点以降は、A→Cと同様の動作になる。
 このような動作を行ったときの圧縮空気の累積排出量を、従来と比較すると、本発明の第1実施形態では、C点周辺においてのみ圧縮空気が排出されているが、従来のように空気室52に対する圧力制御を行う場合、B→C又はD→Eのようにアーム41が降下する間も圧縮空気を排出し続けることになる。従って、本発明の第1実施形態を用いることで、圧縮空気の累積排出量を大きく削減できることがわかる。
 以上のように、制御コントローラ25による容積制御を行うことで、荷役物100を把持の状態にかかわらず重力補償効果が得られるようになる。また、把持状態が変化したときのみ圧縮空気の流出入が発生し、昇降動作の間中に流出入が従来は発生していたが、そのような発生が無くなるので、圧縮ガスの持つエネルギーを効率良く利用できるようになる。よって、昇降動作の繰り返しにおける圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 (第2実施形態)
 図4は、本発明の第2実施形態による、ガス圧式重力補償昇降機の一例としての、ガス圧式重力補償昇降機1bの概略を示す。図4のガス圧式重力補償昇降機1bにおいて、ガスシリンダの一例としてのエアシリンダ2にはピストン3が上下方向に移動可能に設けられている。エアシリンダ2とピストン3とで囲まれる空間51については、大気開放されており、常に大気圧となっている。第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、空間51に自重補償部の一例としての定荷重バネ28が設けられている。定荷重バネ28は、アーム41の重量とピストン3の重量との和に相当する上方向への力を、定荷重バネ28の変位にかかわらず、常に、ピストン3に作用させるよう調節されている。これにより、空間51が大気圧の場合において、荷役物100を把持していないアーム41は、定荷重バネ28により、垂直方向にバランスした状態となる。定荷重バネ28としては、密着巻きされた薄板で構成される一般的な定荷重バネだけでなく、変位に対する容積変化率を小さくしたガススプリングなど、同様の効果の得られる、任意の弾性機構が利用可能である。ピストン3の変位は、リニアエンコーダ4により計測される。昇降機構の一例としてのアーム41は、第一、第二旋回アーム5a、5bと、シャフト6と、把持ハンド7とで構成されている。第一旋回アーム5aの一端は、ピストン3のピストンロッド3gの上端部に垂直軸回りに回転自由に接続されている。第二旋回アーム5bの一端は、第一旋回アーム5aのもう一端に垂直軸回りに回転自由に接続されている。第二旋回アーム5bのもう一端には、シャフト6の上端が垂直軸回りに回転自由に接続されている。シャフト6の先端(下端)には、把持ハンド7が固定されている。把持ハンド7には、把持状態検出部の一例としての接触センサ8と、荷役物識別部の一例としてのハンド幅計測器27とが設けられている。従って、アーム41全体が、ピストン3の上下動に合わせて昇降可能であるとともに、アーム41の先端の把持ハンド7が水平面上を移動自由なので、把持ハンド7に荷役物100を把持させることで荷役作業が可能な構成となっている。すなわち、第1実施形態と同様に、水平方向には、荷役作業者が、アーム41を所望の方向に押すことにより、第一、第二旋回アーム5a,5b及びシャフト6がそれぞれの垂直軸回りに自在に旋回可能となっている。
 第一定圧ガスシリンダの一例としての第一定圧エアシリンダ9aには、ピストン10aが上下方向に移動可能に設けられている。第一定圧エアシリンダ9aとピストン10aとで囲まれる空間53aについては、大気開放されており、常に大気圧となっている。ピストン10aの上方(すなわち、ピストンロッド10hの上端)には、第一定荷重発生部の一例としての錘11aが固定されている。ピストン10aの変位は、第一定圧エアシリンダ9aの上端に配置したリニアエンコーダ12aにより計測される。リニアエンコーダ4とリニアエンコーダ12aとの出力はそれぞれ第一容積推定部の一例としての容積和演算器13aに入力され、エアシリンダ2とピストン3とで囲まれる空気室(エアシリンダ2の下部とピストン3とで囲まれる下側の空間)52の容積と、第一定圧エアシリンダ9aの下部とピストン10aとで囲まれる空気室(第一定圧エアシリンダ9aの下部とピストン10aとで囲まれる下側の空間)54aの容積との和が演算される。それぞれの空気室容積の演算は、エアシリンダ2と第一定圧エアシリンダ9aの断面積がピストン3,10aの位置にかかわらず一定であることを利用して、空気室52,54の断面積と長さとの積より求められる。空気室52と空気室54aとは、第一接続弁の一例としての第一オンオフ弁14aを介して接続管14Aで接続されている。第一定圧エアシリンダ9aは、空気室54aの容積変化(最大容積-最小容積)が空気室52の容積変化以上(例えば1.2倍)となるサイズである。第一定圧エアシリンダ9aが大型化するほど、後述の容積制御におけるオンオフ弁切り替え時の容積変化又は誤差に強くなるが、全体サイズが大型化するため、空気室54aの容積変化が空気室52の容積変化の1.1~1.3倍となるサイズが望ましい。錘11aは、想定する第一の荷役物100の重量をエアシリンダ2の断面積で除した後、第一定圧エアシリンダ9aの断面積を掛けた値からピストン10aの重量を引いた重量に設定されている。このようにすることで、空気室52の圧力が空気室54aの圧力と等しくなるとき、第一の荷役物100を把持したアーム41は、垂直方向にバランスした状態となり、容易に昇降動作が可能になる。しかし、アーム41の昇降動作が高速に行われることは安全上好ましくないので、第一オンオフ弁14aにおける流路抵抗により、エアシリンダ2が高速に動作するのを阻害することが望ましい。必要な場合、第一オンオフ弁14aに絞り又は過大流量遮断弁を追加することでさらに安全性を高めるようにしても良い。
 第一定圧ガスシリンダの別の一例としての第三定圧エアシリンダ9bには、ピストン10bが上下方向に移動可能に設けられている。第三定圧エアシリンダ9bの上部とピストン10bとで囲まれる空間(上側の空間)53bについては、大気開放されており、常に大気圧となっている。ピストン10bの上方(すなわち、ピストンロッド10jの上端)には、第一定荷重発生部の一例としての錘11bが固定されている。ピストン10bの変位は、第三定圧エアシリンダ9bの上端に配置したリニアエンコーダ12bにより計測される。リニアエンコーダ4とリニアエンコーダ12bとの出力はそれぞれ第一容積推定部の一例としての容積和演算器13bに入力され、エアシリンダ2とピストン3とで囲まれる空気室(エアシリンダ2の下部とピストン3とで囲まれる下側の空間)52の容積と、第三定圧エアシリンダ9bの下部とピストン10bとで囲まれる空気室(第三定圧エアシリンダ9bの下部とピストン10とで囲まれる下側の空間)54bの容積との和が演算される。それぞれの空気室容積の演算は、エアシリンダ2と第三定圧エアシリンダ9bとの断面積がピストン3,10bの位置にかかわらず一定であることを利用して、空気室52,54bの断面積と長さとの積より求められる。空気室52と空気室54bとは、第一接続弁の一例としての第三オンオフ弁14bを介して接続管14Bで接続されている。第三定圧エアシリンダ9bは、空気室54bの容積変化が空気室52の容積変化以上(例えば1.2倍)となるサイズである。第三定圧エアシリンダ9bが大型化するほど、後述の容積制御におけるオンオフ弁切り替え時の容積変化又は誤差に強くなるが、全体サイズが大型化するため、空気室54bの容積変化が空気室52の容積変化の1.1~1.3倍となるサイズが望ましい。錘11bは、想定する、第一の荷役物とは異なる重量の第二の荷役物の重量をエアシリンダ2の断面積で除した後、第三定圧エアシリンダ9bの断面積を掛けた値からピストン10bの重量を引いた重量に設定されている。このようにすることで、空気室52の圧力が空気室54bの圧力と等しくなるとき、第二の荷役物を把持したアーム41は、垂直方向にバランスした状態となり、容易に昇降動作が可能になる。しかし、アーム41の昇降動作が高速に行われることは安全上好ましくないので、第三オンオフ弁14bにおける流路抵抗により、エアシリンダ2が高速に動作するのを阻害することが望ましい。必要な場合、第三オンオフ弁14bに絞り又は過大流量遮断弁を追加することでさらに安全性を高めるようにしても良い。
 エアシリンダ2の空気室52は、第二接続弁の一例としての第二オンオフ弁20を介して接続管20Aで周辺大気に接続されている。このようにすることで空気室52の第二オンオフ弁20を開放して周辺大気の圧力と等しくするとき、荷役物を把持していないアーム41は、垂直方向にバランスした状態となり、容易に昇降動作が可能になる。しかし、アーム41の昇降動作が高速に行われることは安全上好ましくないので、第二オンオフ弁20における流路抵抗により、エアシリンダ2が高速に動作するのを阻害することが望ましい。必要な場合、第二オンオフ弁20に絞り又は過大流量遮断弁を追加することでさらに安全性を高めるようにしても良い。
 切り替え弁部の一例としての弁ユニット23は、エアシリンダ2の空気室52に接続管23Aにより接続可能に配置され、第三、第四オンオフ弁24a、24bで構成される。第三オンオフ弁24aは、一例として、高圧源101と接続されるガス供給部の一例である圧縮空気供給口21と空気室52との接続状態を変化させる。圧縮空気供給口21からは、空気室54a及び空気室54bの圧力を上回る圧力の圧縮空気が供給される。この第2実施形態では、空気室52に空気室54aと空気室54bとのどちらが接続している場合でも、単一の圧縮空気供給口21から圧縮空気を供給しているが、空気室54a用と空気室54b用とに異なる圧縮空気供給口をそれぞれ設けて、制御コントローラ25が圧縮空気供給口を選択するようにしても良い。空気室54bの圧力が空気室54aの圧力を下回っていると予めわかっている場合、空気室54b用として、より圧力の低い圧縮空気供給口を設けておくと、圧縮空気の製造に必要となるエネルギーを削減できるので、望ましい。第四オンオフ弁24bは、一例として、低圧源又はガス排気部の一例である大気開放口22と空気室52との接続状態を変化させる。ガス量制御部の一例である制御コントローラ25は、接触センサ8と、容積和演算器13と、容積和演算器19との情報を得つつ、第一オンオフ弁14と、第二オンオフ弁20と、弁ユニット23との動作をそれぞれ独立して制御する。第三オンオフ弁24aが開放されると、圧縮空気供給口21から空気室52に圧縮空気が流入する。第四オンオフ弁24bが開放されると、空気室52から大気開放口22に圧縮空気が流出する。
 次に、制御コントローラ25の制御の下で行われる、ガス圧式重力補償昇降機1bの作用を説明する。図5は、制御コントローラ25による、容積制御のフローチャートである。
 最初に、接触センサ8の出力に基づき、把持ハンド7が荷役物を把持しているかどうかが、制御コントローラ25により判定される(図5のステップS1)。
 ステップS1において、制御コントローラ25により、把持ハンド7が荷役物を把持していないと判定された場合、制御コントローラ25により、第一オンオフ弁14aと第三オンオフ弁14bとが閉鎖され、第二オンオフ弁20が開放される(図5のステップS16)。第一オンオフ弁14aと第三オンオフ弁14bとの閉鎖と第二オンオフ弁20の開放については、空気室54a、54bから周辺大気への無駄な空気の流れが発生しないように、第一オンオフ弁14aと第三オンオフ弁14bとの閉鎖後に第二オンオフ弁20の開放を行うのが望ましい。空気室52と周辺大気の圧力が等しくなることで、把持ハンド7が荷役物を把持していない状態での重力補償が実現されることになる。その後、ステップS15に進む。
 一方、ステップS1において、制御コントローラ25により、把持ハンド7が荷役物を把持していると判定された場合、制御コントローラ25により、ステップS17でハンド幅計測器27の出力に基づき、制御コントローラ25により、把持している荷役物が識別される(図5のステップS17)。なお、ここでは荷役物の識別を、荷役物ごとに幅が異なるものとして、ハンド幅をハンド幅計測器27で計測することで行っているが、これに限るものではなく、幅以外の荷役物の形状又は荷役物の外観、バーコード、又は、電子タグ等の識別子等を用いた判定であっても、同様に実施可能である。
 次に、ステップS17における識別結果に基づき、以下のフローチャートにおける制御対象を選択する(図5のステップS18)。ステップS17において荷役物が第一の荷役物100であると制御コントローラ25により判定された場合、以下では、第一オンオフ弁14aを第一オンオフ弁14として、空気室54aを空気室54として、容積和演算器13aを容積和演算器13として扱う。一方、ステップS17において荷役物が第二の荷役物であると制御コントローラ25により判定された場合、以下では、第三オンオフ弁14bを第一オンオフ弁14として、空気室54bを空気室54として、容積和演算器13bを容積和演算器13として扱う。
 次に、ステップS2で、制御コントローラ25により、第二オンオフ弁20が閉鎖され、第一オンオフ弁14が開放される。この結果、空気室52と空気室54とが接続される。第二オンオフ弁20の閉鎖と第一オンオフ弁14の開放については、空気室54から空気室56への無駄な空気の流れが発生しないように、第二オンオフ弁20の閉鎖後に第一オンオフ弁14の開放を行うのが望ましい。空気室52の圧力と空気室54の圧力とが等しくなることで、把持ハンド7が荷役物を把持している状態での重力補償が実現されることになる。
 次に、制御コントローラ25は、空気室52の平均容積と空気室54の平均容積との和を、制御における目標容積和とする(図5のステップS3)。空気室52の平均容積とは、ピストン3が上下動した際の空気室52の最大容積と最小容積との平均である。空気室54の平均容積とは、ピストン10が上下動した際の空気室54の最大容積と最小容積との平均である。さらに、制御コントローラ25は、容積和演算器13の出力を、制御対象としての推定容積とする(図5のステップS4)。その後、ステップS8に進む。
 ステップS8では、制御コントローラ25により目標容積和と推定容積との比較を行う。目標容積和と推定容積とが一致していると制御コントローラ25により判定した場合は、ステップS14に進む。目標容積和と推定容積とが一致しないと制御コントローラ25により判定した場合は、ステップS9に進む。制御コントローラ25による目標容積和と推定容積との一致判定については、必ずしも厳密である必要はなく、設計又は演算誤差などを考慮して、例えば5%以内の範囲に収まることで一致していると見なしてもよい。これは、以下の一致判定においても同様である。
 ステップS9に進んだ場合、制御コントローラ25により目標容積和と推定容積との大小を判定する。目標容積和が推定容積を上回ったと制御コントローラ25により判定した場合、制御コントローラ25は、弁ユニット23の第三オンオフ弁24aを開放して空気室52と圧縮空気供給口21とを接続し、空気室52に圧縮空気を流入させる(図5のステップS10)。その後、目標容積和が推定容積と一致したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図5のステップS11)。制御コントローラ25による一致判定後には、ステップS14に進む。
 一方で、目標容積和が推定容積を下回ったと制御コントローラ25により判定した場合、制御コントローラ25は、弁ユニット23の第四オンオフ弁24bを開放して空気室52と大気開放口22とを接続し、空気室52から圧縮空気を流出させる(図5のステップS12)。その後、目標容積和が推定容積と一致したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図5のステップS13)。制御コントローラ25による一致判定後には、ステップS14に進む。
 このように、容積制御を行う際に、圧縮空気を吸気するか又は排気するかの一方向とすることは、ノイズ又は温度変化といった要因により目標値をオーバーシュートした場合に、一度吸気した圧縮空気を再度排気したり、排気した圧縮空気に相当する圧縮空気を、再度吸気したり、といった無駄が排除できるので望ましい。
 ステップS14では、制御コントローラ25により弁ユニット23の第三、第四オンオフ弁24a、24bの両方を閉鎖する。その後、接触センサ8の出力が変化し、把持状態が変化したと制御コントローラ25により判定されるまで、この状態を継続する(図5のステップS15)。把持状態が変化したと制御コントローラ25により判定されると、ステップS1に戻り、容積制御を再開する。
 図6に、以上のような制御コントローラ25による容積制御を行ったガス圧式重力補償昇降機1bの動作の一例における累積排出量を、従来と比較したものを示す。
 図6のアーム位置は、アーム41の垂直方向変位を示す。
 図6のP52圧力は、空気室52の圧力を示している。図6の動作の一例では、A→Cの間で第一の荷役物100を把持した昇降動作を行い、C→Eの間で荷役物を把持せずに昇降動作を行っている。これは、ガス圧式重力補償昇降機1bにより、複数回、同じ重量の第一の荷役物100を連続的に移動させる状態を模擬している。
 図6のP4出力は、リニアエンコーダ4の出力すなわちピストン3の変位を示しており、アーム位置に連動して変化する。リニアエンコーダ4の出力は、エアシリンダ2の断面積を掛けることで容積に変換できるので、容積変化も同様の変化となる。
 図6のP12a出力は、リニアエンコーダ12aの出力すなわちピストン10aの変位を示している。A→Cの間では、制御コントローラ25により第一オンオフ弁14aが開放され、外部との圧縮空気のやりとりがないので、ピストン3が上昇するとピストン10aは下降し、ピストン3が下降するとピストン10aは上昇するようになり、空気室52と空気室54aとの容積和は一定に保たれる。C→Eの間では、制御コントローラ25により第一オンオフ弁14aが閉鎖されるので、空気室54aの容積は一定に保たれる。E点において、制御コントローラ25により、再度、第一オンオフ弁14aが開放されたときには、空気室52の圧力と空気室54aの圧力とを等しくするために、空気室54aから空気室52に空気が流入するので、一時的に空気室54aの容積は減少し、ピストン10aは下降する。その後、制御コントローラ25により第三オンオフ弁24aが開放されることで、空気室52と空気室54aとの容積和が一定になるように制御され、E点以降も、A→Cと同様に動作できるようになる。
 このような動作を行ったときの圧縮空気の累積排出量を、従来と比較すると、本発明の第2実施形態では、C点周辺においてのみ圧縮空気が排出されているが、従来のように空気室52に対する圧力制御を行う場合、B→Cのように荷役物を把持したままアーム41が降下する間も圧縮空気を排出し続けることになる。従って、本発明の第2実施形態を用いることで、圧縮空気の累積排出量を大きく削減できることがわかる。図6の動作の一例では第二の荷役物を把持した状態は含まれていないが、この場合でも、第一の荷役物100を把持した場合と同様に、累積排出量を削減できる。
 以上のように、制御コントローラ25による容積制御を行うことで、荷役物を把持の状態にかかわらず重力補償効果が得られるようになる。また、把持状態が変化したときのみ圧縮空気の流出入が発生し、荷役物を把持した昇降動作の間中に流出入が従来は発生していたが、そのような発生が無くなるので、圧縮ガスの持つエネルギーを効率良く利用できるようになる。よって、昇降動作の繰り返しにおける圧縮ガスの吸排気量を抑制し、エネルギー消費を低減させることが可能になる。
 なお、第1実施形態および第2実施形態では、ガスの一例として空気を用いているが、これに限るものではなく、空気以外の気体であっても実施可能である。しかし、空気は取り扱いが容易で安価な面で望ましい。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、昇降機構の一例として水平多関節式のアームを用いているが、これに限るものではなく、リンクアーム式、又は、ホイスト式等、ガスシリンダの発生力により荷役物の重量をバランスさせる他の構造であっても適用可能である。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、把持状態検出に接触センサを一例として用いているが、これに限るものではなく、近接センサを用いたり、又は、荷役物の重量を計測したりすることでも実施可能である。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、定荷重発生部の一例として錘を用いているが、これに限るものではなく、定荷重バネ等、同様の作用効果が得られるあらゆる公知手法が利用可能である。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、切り替え弁部の一例としてオンオフ弁を2つ用いているが、これに限るものではなく、スプール弁等の他ポート弁を用いることも可能である。オンオフ弁を2つ用いるのは、それぞれのオンオフを確実に行える点で望ましい。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、高圧源又はガス供給部の一例として圧縮空気供給口を用いているが、これに限るものではなく、高圧タンクを用いたり、又は、コンプレッサーから圧縮空気を直接送り込むようにしたりすることでも実施可能である。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、低圧源又はガス排気部の一例として大気開放口を用いているが、これに限るものではなく、低圧タンクを用いたり、又は、真空ポンプにより直接吸引するようにしたりすることでも実施可能である。大気開放口を用いるのは、特性が安定し、エネルギー消費もない点で望ましい。
 また、第1実施形態および第2実施形態では、弁ユニットは空気室52に対して直接圧縮空気を吸排気しているが、これに限るものではなく、空気室54又は空気室56若しくは空気室54a又は空気室54bを介して空気室52に対して圧縮空気を吸排気するようにしても良い。空気室52に対して直接吸排気する構成は、第一オンオフ弁14、14a、14b、20を閉鎖した状態で、弁ユニット23を動作させることで、ホイスト動作が容易に実現可能な構成となるので望ましい。一方で、空気室54又は空気室56若しくは空気室54a又は空気室54bを介して吸排気する構成は、圧縮空気の吸排気に伴う圧力変動が、空気室54又は空気室56若しくは空気室54a又は空気室54bの容積が変化することによって空気室52に伝達される前に抑えられやすくなるので、望ましい。
 また、第2実施形態では、二種類の荷役物に対応しているが、二種類に限るものではなく、三種類以上であっても同様に実施可能である。また、第1実施形態のように低圧側のガスシリンダを設けた構造であっても、同様に実施可能である。
 また、第2実施形態では、大気開放口22と大気開放口26とが独立に設けられるとともに、第四オンオフ弁24bと第二オンオフ弁20とが独立に設けられているが、これらを共用した場合でも同様に実施可能である。
 なお、本発明を第1~第2実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第1~第2実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。
 例えば、以下のような場合も本発明に含まれる。
 前記ガス圧式重力補償昇降機のうちの第一容積推定部と第二容積推定部とガス量制御部とのうちの一部又は全部を、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムで構成してもよい。前記RAM又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、第一容積推定部と第二容積推定部とガス量制御部とのそれぞれは、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
 例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例において第一容積推定部と第二容積推定部とガス量制御部とを構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、前記態様のガス圧式重力補償昇降機において、
 コンピュータに、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
 前記ガスシリンダ内の容積と前記第二定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第二容積推定部と、
 前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記第二容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第二定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するガス量制御部と、
 として機能させるためのガス圧式重力補償昇降機用制御プログラムである。
 また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD-ROMなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
 また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
 なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
 本発明にかかるガス圧式重力補償昇降機は、昇降動作中の圧縮ガスの吸排気量を抑制することでエネルギー消費を低減させることが出来、有用である。また、手動の昇降機以外でも、昇降動作を行うシステムにおける負荷を低減するアシスト装置としても応用できる。
 本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (8)

  1.  荷役物を把持して昇降する昇降機構と、
     前記昇降機構の荷役物把持状態を検出する把持状態検出部と、
     前記昇降機構に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダと、
     前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重および前記昇降機構の把持する前記荷役物の重量と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第一定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第一定圧ガスシリンダと、
     前記第一定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第一接続弁と、
     前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
     前記ガスシリンダが前記昇降機構の自重と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第二定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第二定圧ガスシリンダと、
     前記第二定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第二接続弁と、
     前記ガスシリンダ内の容積と前記第二定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第二容積推定部と、
     前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力を超える圧力でガスを供給するガス供給部と、
     前記第二定圧ガスシリンダ内のガスを排出するガス排気部と、
     前記ガスシリンダが前記ガス供給部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス排気部と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス供給部と前記ガス排気部の両方と遮断された状態とを切り替える切り替え弁部と、
     前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記第二容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第二定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するガス量制御部と、
     を備えるガス圧式重力補償昇降機。
  2.  前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記切り替え弁部を動作させる際、前記ガス供給部と前記ガス排気部とのどちらか一方だけを前記ガスシリンダに接続させる請求項1に記載のガス圧式重力補償昇降機。
  3.  前記第二容積推定部が、前記ガスシリンダの変位と前記第二定圧ガスシリンダの変位とを用いて容積和を推定値として推定する請求項1又は2に記載のガス圧式重力補償昇降機。
  4.  荷役物を把持して昇降する昇降機構と、
     前記昇降機構の荷役物把持状態を検出する把持状態検出部と、
     前記昇降機構に上昇方向への駆動力を作用させるガスシリンダと、
     前記昇降機構の自重を補償する自重補償部と、
     前記ガスシリンダが前記昇降機構の把持する前記荷役物の重量と釣り合う駆動力を発生する圧力を維持するように、第一定荷重発生部により押圧される前記ガスシリンダの容積変化以上の容積変化が可能な第一定圧ガスシリンダと、
     前記第一定圧ガスシリンダと前記ガスシリンダとを接続する接続管の開閉を行う第一接続弁と、
     前記ガスシリンダ内の容積と前記第一定圧ガスシリンダ内の容積との和を推定値として推定する第一容積推定部と、
     前記ガスシリンダと周辺大気とを接続する接続管の開閉を行う第二接続弁と、
     前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力を超える圧力でガスを供給するガス供給部と、
     前記ガスシリンダが前記ガス供給部と接続された状態と、前記ガスシリンダが周辺大気と接続された状態と、前記ガスシリンダが前記ガス供給部と周辺大気の両方と遮断された状態とを切り替える切り替え弁部と、
     前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記第一制御弁と前記第二制御弁と前記切り替え弁部とを動作させ、前記第一容積推定部の推定値を前記ガスシリンダの平均容積と前記第一定圧ガスシリンダの平均容積との和に制御するか、もしくは、前記ガスシリンダを周辺大気に接続するガス量制御部と、
     を備えるガス圧式重力補償昇降機。
  5.  前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部による荷役物把持状態の変化ごとに前記切り替え弁部を動作させる際、前記ガス供給部と周辺大気とのどちらか一方だけを前記ガスシリンダに接続させる請求項4に記載のガス圧式重力補償昇降機。
  6.  前記第一容積推定部が、前記ガスシリンダの変位と前記第一定圧ガスシリンダの変位とを用いて容積和を推定値として推定する請求項1、2、4、又は、5に記載のガス圧式重力補償昇降機。
  7.  それぞれが異なる荷役物の重量に対応した前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせを複数備えるとともに、
     前記把持状態検出部に複数の荷役物を区別する荷役物識別部をさらに備え、
     前記ガス量制御部が、前記把持状態検出部と前記荷役物識別部とにより判定された前記把持している荷役物に応じて、使用する前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせを選択する請求項1、2、4、又は、5に記載のガス圧式重力補償昇降機。
  8.  前記第一定荷重発生部と前記第一定圧ガスシリンダと前記第一接続弁と前記第一容積推定部との組み合わせごとに、それぞれの前記第一定圧ガスシリンダ内の圧力に応じたガス供給部を備え、
     前記切り替え弁部が、前記把持状態検出部と前記荷役物識別部により判定された前記把持している荷役物に応じて、使用するガス供給部を選択する請求項7に記載のガス圧式重力補償昇降機。
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