WO2013065237A1

WO2013065237A1 - ガス圧式重力補償昇降機

Info

Publication number: WO2013065237A1
Application number: PCT/JP2012/006481
Authority: WO
Inventors: 浅井　勝彦
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-05-10
Also published as: US9387592B2; JP5669153B2; JPWO2013065237A1; US20140037412A1; CN103339057A

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。

　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。

　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。

　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

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。