JP7784875B2 - 巻上機の設定方法および巻上機 - Google Patents

Description

本発明は、巻上機の設定方法および巻上機に関する。

荷を昇降させる巻上機の中には、たとえば特許文献１のように、サーボモータを備え、そのサーボモータの駆動によってロードシーブを回転させることで、ロードチェーンの巻上げおよび巻下げを行う電気チェーンブロックが存在している。

ＷＯ２０２１／０７９６４２号公報

ところで、特許文献１に開示の構成を始めとして、ロードシーブとロードチェーンの係合は、多角形形状に近似することができる。このため、ロードチェーンの巻上げおよび巻下げに際しては、垂下するロードチェーンの中心線と、ロードシーブの回転中心との距離が変動することで、ロードチェーンの速度が変動してしまう。また、かかる速度の変動と、電気チェーンブロックの機械的な構成とで、共振を生じさせて、より大きな振動を生じさせてしまう場合がある。

しかしながら、上記のような速度の変動を抑えることで、共振を含めた振動の発生を防止するために、何らかの機械的な構成を追加すると、その分だけ、大型化やコストが上昇してしまうので、望ましくない。そこで、巻上機を出荷する前（製造段階）の初期設定において、制御的に上記の振動を防止することが検討されている。しかしながら、製造段階の初期設定で制御的に振動を防止する場合においては、より簡便な制御で高い効果を得られる方が好ましい。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、簡便な制御で振動の発生を抑制することが可能な巻上機の設定方法および巻上機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、駆動モータの回転を検出するエンコーダを備えると共に、駆動モータの駆動によってロードシーブを回転させることでロードチェーンを巻き上げ下げして荷を昇降させる巻上機の設定方法であって、ロードチェーンに張力を与えながら駆動モータを一定の回転速度で駆動させる駆動ステップと、駆動ステップにおいてエンコーダから得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて駆動モータを制御するためのモータトルク指令値を記憶手段に記憶させる記憶ステップと、記憶ステップで記憶されているモータトルク指令値の周期的な変動を基に、駆動モータを駆動する速度指令を補正する速度補正曲線を算出する速度補正曲線速度補正曲線算出ステップと、を備えることを特徴とする巻上機の設定方法が提供される。

また、上述の発明において、ロードチェーンに吊り下げられる荷の荷重を検出可能な負荷センサを備えると共に、速度補正曲線算出ステップで算出された速度補正曲線で補正した速度指令によって駆動モータの駆動を制御した場合に、荷の振動が所定の閾値を超えずに抑制されているか否かを、負荷センサでの検出荷重に基づいて行う判定ステップを備え、判定ステップにおいて所定の閾値を超えていると判断された場合には、駆動ステップ、記憶ステップおよび速度補正曲線算出ステップを再び実行する、ことが好ましい。

また、上述の発明において、速度補正曲線算出ステップでは、モータトルク指令値の極大値および／または極小値における位置情報から、速度補正曲線の初期位相を算出する、ことが好ましい。

また、上述の発明において、速度補正曲線算出ステップでは、速度補正曲線を正弦波形として算出する、ことが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によると、駆動モータの回転を検出するエンコーダを備えると共に、駆動モータの駆動によってロードシーブを回転させることでロードチェーンを巻き上げ下げして荷を昇降させる巻上機であって、駆動モータの駆動に際してエンコーダから得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて駆動モータを制御するためのモータトルク指令値を記憶させる記憶手段と、記憶手段に記憶されているモータトルク指令値の周期的な変動を基に、駆動モータを駆動する速度指令を補正する速度補正曲線を算出する速度補正曲線算出手段と、速度補正曲線算出手段で算出された速度補正曲線により速度指令を補正し、駆動モータの駆動を制御するモータ制御手段と、を備えることを特徴とする巻上機が提供される。

本発明によると、簡便な制御で振動の発生を抑制することが可能な巻上機の設定方法および巻上機を提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る巻上機の全体構成を示す側面図である。 図１に示す巻上機の制御的な構成を示す図である。 図１に示す巻上機のロードシーブおよびロードチェーンの模式図であり、（Ａ）はロードチェーンが回転中心から最も離れた状態を示し、（Ｂ）および（Ｃ）はロードチェーンが回転中心に最も近接した状態を示している。 図１に示す巻上機の設定方法を説明するフローチャートである。 図１に示す巻上機において、駆動モータを一定速度で駆動した場合のトルク指令値とエンコーダから得られた位置情報の関係を示す図である。 図１に示す巻上機の上位指令部に記憶された速度補正曲線を示す図である。 図１に示す巻上機の上位指令部から速度制御部に送出された速度指令を記録したグラフを示す。実線は速度補正曲線で補正した速度指令を示し、破線は速度補正曲線で補正していない速度指令（基準速度指令）を記録したグラフである。 図１に示す巻上機において、振動の抑制前の一例、および振動抑制後の一例を示すグラフであり、実線は本発明を適用した速度指令（図７実線）で駆動モータを駆動した場合の時間と振動の関係を示し、破線は従来の速度指令（図７破線）で駆動モータを駆動した場合の時間と振動の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態に係る巻上機１０の設定方法および巻上機１０について、図面に基づいて説明する。

＜１．巻上機１０の構成について＞
図１は、巻上機１０の全体構成を示す斜視図である。図２は、巻上機１０の制御的な構成を示す図である。図１に示すように、巻上機１０は、巻上機本体部２０と、上フック３０と、シリンダ操作装置１３０と、巻き上げ済みのロードチェーンＣ１を保持するチェーンバケット１４０と、下フック１５０とを主要な構成要素としている。すなわち、本実施の形態の巻上機１０は、シリンダ操作装置１３０の操作によって、駆動モータ４０の速度制御とトルク制御（電流制御）を行うことも可能な、電気チェーンブロックとなっている。

巻上機本体部２０は、上フック３０を介して、天井等の所定の部位に吊り下げることが可能となっている。この巻上機本体部２０は、ハウジング２１の内部に、各種の構成が収納されている。具体的には、ハウジング２１の内部には、駆動モータ４０と、減速機構５０と、ブレーキ機構６０と、ロードチェーンＣ１を巻き上げるロードシーブ７０と、負荷センサ８０と、制御部１００と、ドライバ１１０とが設けられている。

駆動モータ４０は、ロードシーブ７０を駆動する駆動力を与えるモータである。本実施の形態では、駆動モータ４０は、磁極情報を読み取る検出器（エンコーダ４１）を備えるサーボモータであり、検出器（エンコーダ４１）から速度情報と位置情報を検出または算出可能となっている。

また、減速機構５０は、駆動モータ４０の回転を減速して、ロードシーブ７０側に伝達する部分であり、図示を省略するロードギヤを有している。また、ブレーキ機構６０は、駆動モータ４０の作動時には、電磁力によりブレーキ力を解放し、駆動モータ４０が作動していない状態では、荷Ｐを保持するように、ブレーキ力を生じさせる部分である。

ロードシーブ７０は、ロードチェーンＣ１を巻き上げおよび巻き下げする部分であり、その外周に沿って、ロードチェーンＣ１の金属環が入り込むポケット７１が複数設けられている。ここで、ロードシーブ７０の模式図を図３（Ａ）～（Ｃ）に示す。なお、図３（Ａ）～（Ｃ）においては、ロードチェーンＣ１は、その中心線のみを模式的に図示している。図３（Ａ）～（Ｃ）に示すように、ロードシーブ７０は駆動モータ４０の駆動力をロードチェーンＣ１に伝達する部分であり、ロードチェーンＣ１に駆動力を伝達するためのポケット７１を外周部に有している。

ロードチェーンＣ１は、捩じれていない状態のとき、奇数番の金属環に対して、偶数番の金属環は直交している。このため、ロードシーブ７０には、縦溝と横溝のポケットが設けられている。したがって、一般的にロードシーブ７０を模式的に表してた場合は、縦溝に係合するロードチェーンＣ１の中心線を結んで形成される八角形状と、横溝に係合するロードチェーンＣ１の中心線を結んで形成される八角形状という、２つの異なる八角形状を重ね合わせて、辺の交点を頂点とする十六角形状をしている。しかしながら、図３（Ａ）～（Ｃ）においては、後述する図５に示すトルク指令値の実測値から得られた知見から、ロードチェーンＣ１の金属環の２つ分（奇数番と偶数番の金属環が１つずつ）のピッチ長さＬを一辺とする１種類の正八角形状で示すようにロードシーブ７０をモデル化して示している。

また、ロードチェーンＣ１がロードシーブ７０と係合して屈曲する仮想の屈曲点７２が、ロードシーブ７０の隣り合うポケット７１の間にそれぞれ存在する。屈曲点７２の位置は、ロードチェーンＣ１の形状や、ロードシーブ７０に対するロードチェーンＣ１の係合位置関係と、巻上機１０の運転中の傾動によって、変動する。また、駆動モータ４０の図示しないステータに対して、ロードシーブ７０の位置関係（位相）を合わせて組み立てるのは困難となっている。なお、ロードシーブ７０の概略形状は八角形には限られず、巻上機の仕様によって小型化したい場合は角数を小さく、振動を低減したい場合には角数の大きい多角形状を採用することが可能である。またポケット７１は係止歯から形成されるようにしても良い。

上記のように、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合い関係は仮想の屈曲点７２を頂点とする正多角形状で表せる。図３（Ａ）に示すように、ロードシーブ７０の中心Ｏ１と屈曲点７２とを結ぶ線が水平線Ｈに対して平行な状態のとき、ロードチェーンＣ１は、中心Ｏ１から最も離れた位置に存在する。また、この状態では、ロードチェーンＣ１が作用点においてロードシーブ７０から離れて吊り下がっている仮想的な垂下線が中心Ｏ１から最も離れる。なお、ロードチェーンＣ１がロードシーブ７０から係脱する部位の屈曲点７２は、力の作用点に対応する。また、上記の垂下線（ロードチェーンＣ１）は、ロードシーブ７０が垂下するロードチェーンＣ１に対して巻上力を作用する作用線でもある。以下の説明では、この垂下線を、垂下線Ｃ１とも称呼する。また、垂下線Ｃ１とロードシーブ７０の中心Ｏ１の距離を、回転トルクに関する腕長さＡと称呼する。したがって、腕長さＡが最大となるのは、図３（Ａ）に示すような、力の作用点である屈曲点７２が水平線Ｈ上にあるとき、となっている。垂下線Ｃ１は鉛直とは限らず、ロードチェーンＣ１の下端に働く力の作用線と一致する。その場合、水平線Ｈは、中心Ｏ１から作用線である垂下線Ｃ１に下した垂線Ｈと言い換えられる。

なお、腕長さＡが最大の状態では、ロードシーブ７０の回転に対しロードチェーンＣ１の速度は最大となり、駆動モータ４０のモータトルクも最大となる。

一方、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、隣り合う屈曲点７２を結んだ線と、水平線Ｈとの交点が、隣り合う屈曲点７２の中点となる場合、ロードチェーンＣ１は、中心Ｏ１に最も近接する位置に存在する。すなわち、垂下線Ｃ１がロードシーブ７０の中心Ｏ１に最も近づく状態となり、このとき腕長さＡが最小となる。なお、腕長さＡが最小の状態では、ロードシーブ７０の回転に対するロードチェーンＣ１の速度は最小となり、駆動モータ４０のモータトルクも最小となる。なお、図３において腕長さＡは次の（式１）で求められる。ここで、Ａ_０は、ロードシーブ７０の中心Ｏ１から屈曲点７２までの距離である。
Ａ＝Ａ_０ｃｏｓθ …（式１）

以上のように、ロードシーブ７０との噛み合いによるロードチェーンＣ１に対する作用点の位置が変動することで、駆動モータ４０を一定速度で回転させてもロードチェーンＣ１の速度が変動し、同様に駆動モータ４０のモータトルクも変動する。なお、ロードチェーンＣ１の金属環（略長円形のリンク）の２つ分（奇数番と偶数番の金属環が１つずつ）のピッチ長さＬは、図２に示すロードチェーンＣ１の寸法Ｌと一致する。ロードシーブ７０のピッチ円半径Ｒｐは、Ｒｐ＝ｎ・Ｌ／２πで表すことができる。ｎはモデル化したロードシーブ７０の角数を示し、図３に示す八角形状の場合は、Ｒｐ＝４Ｌ／πとなる。ロードシーブ７０が回転速度ωで回転しているときの下フック１５０の平均速度（基準速度）Ｖａは、Ｖａ＝ｎ・Ｌ・ω＝２π・Ｒｐ・ωと表すことができる。

再び巻上機１０の各構成の説明に戻るが、負荷センサ８０は、上フック３０に掛かる荷重負荷を測定する負荷センサである。すなわち、負荷センサ８０は、巻上機本体部２０の荷重負荷と、ロードチェーンＣ１の荷重負荷（床等に着地していない部分）と、荷Ｐの荷重負荷との合計荷重負荷を測定・検知するセンサである。この負荷センサ８０を用いて測定・検知された合計荷重負荷から、本体自重等を差し引くことで、ロードチェーンＣ１を介してロードシーブ７０に掛かる荷重負荷を検知（算出）することができる。負荷センサ８０は、たとえば上フック３０を巻上機本体部２０に取り付けるための取付軸に取り付けられている。なお、負荷センサ８０は、荷重測定手段に対応する。

この負荷センサ８０としては、歪みゲージを備えるロードセルを用いることができる。負荷センサ８０の配置位置は、上記の他に、上フック３０と不図示の滑車の間、下フック１５０と荷Ｐの間、ロードチェーンＣ１の端末と下フック１５０の間など、荷Ｐを吊り下げるロードチェーンＣ１によりロードシーブ７０に掛かる負荷を検知・測定できる位置であればいずれでも良い。また、負荷センサ８０は、ロードセルの他、クレーンスケールなどを流用することが可能であるが、図８に示すように動的荷重変動の測定に利用可能な精度と応答性を有するものである必要がある。

また、制御部１００は、後述するドライバ１１０に対し、所定の制御指令を送信する。具体的には、制御部１００は、位置、速度、トルク等の指令値を与える部分である。制御部１００としては、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ１０１（ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、内部ストレージ、外部記憶装置等）、入出力インターフェース等を備えるコンピュータや集積回路が挙げられる。

また、制御部１００では、当該制御部１００が備えるハードウエアと、たとえばメモリ１０１に記憶されている所定のプログラムやデータが読み込まれて協動することにより、上位指令部１０２、速度制御部１０３、電流制御部１０４、判定部１０５が機能的に実現される。

メモリ１０１には、エンコーダ４１から得られた位置（駆動モータ４０の原点からの回転角度（位置））情報を記憶することが可能である。また、メモリ１０１には、駆動モータ４０を制御するための所定のプログラムや、制御に関する各種データが記憶されている。

また、上位指令部１０２は、速度制御部１０３に対して、目標とする速度に関する速度指令を送信し、あるいは目標とする位置に関する位置指令を送信する部分である。また、上位指令部１０２は、後述するような、速度補正曲線（関数）を算出し、メモリ１０１にその速度補正曲線（速度補正曲線を算出する関数とパラメータ）を記憶させる。そして、上位指令部１０２は、シリンダ操作装置１３０からの操作指令とメモリ１０１から読み出された速度補正曲線（速度補正曲線を算出する関数とパラメータ）に基づいて、エンコーダ４１から得られた回転角度（位置）情報に応じた速度指令を、速度制御部１０３に対して送信する。

また、速度制御部１０３は、上位指令部１０２から送信された速度指令に基づいて、駆動モータ４０の駆動を制御するための演算を行う部分である。具体的には、速度制御部１０３では、目標速度である速度指令と、エンコーダ４１から得られた回転角度（位置）に基づく速度情報とから、たとえばＰＩＤ制御における比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、微分制御（Ｄ制御）を行う。

また、電流制御部１０４は、速度制御部１０３における演算値に基づいて、モータトルク指令値（電流制御値）をドライバ１１０に対して出力する部分である。

また、判定部１０５は、速度補正曲線で補正した速度指令によって駆動モータ４０の駆動を制御した場合に、負荷センサ８０での荷重検出に基づいて、荷Ｐの振動が所定の閾値を超えずに抑制されているか否かの判定を行う。なお、判定部１０５は、判定手段に対応する。

また、ドライバ１１０は、上記の電流制御部１０４からのモータトルク指令値（電流制御値）と速度指令値を受信し、その駆動指令値に基づく電力を、駆動モータ４０に供給する。それにより、その制御された電力にて駆動モータ４０が駆動される。なお、制御部１００およびドライバ１１０はモータ制御手段に対応する。なお、図２では制御部１００に速度制御部１０３と電流制御部１０４を備え、ドライバ１１０に速度指令を出力する構成としているが、ドライバ１１０に速度制御部と電流制御部を備える構成とするようにしても良い。

ここで、図２から明らかなように、エンコーダ４１から得られる回転角度（位置）に基づく速度情報がフィードバックされることで、制御部１００およびドライバ１１０は、駆動モータ４０が、速度指令で指令された速度となるようにフィードバック制御を行う。それにより、駆動モータ４０は、速度指令で指令された速度に追従することが可能となっている。なお、エンコーダ４１は、モータの回転に伴うパルス信号を出力し、制御部１００は、パルス信号を速度情報や位置情報に変換し速度制御や位置制御のフィードバックに利用している。

また、シリンダ操作装置１３０は、作業者が手で握った状態で操作を行うための操作装置であり、ロードチェーンＣ１の下端側に連結されている。シリンダ操作装置１３０は、作業者が操作指令を入力する操作スイッチ部１３１を有しており、巻上機１０の動作モードを切り替え、駆動モータ４０の回転方向である巻上・下指令や速度指令および非常停止信号を入力できる。また、シリンダ操作装置１３０には、荷Ｐを掛けるための下フック１５０が連結されている。なお、シリンダ操作装置１３０の操作スイッチ部１３１に代えて、巻上機１０の巻上機本体部２０等からケーブルで吊り下げられた操作装置（ペンダントスイッチ）を用いても良く、無線式リモコン装置を用いても良い。

また、チェーンバケット１４０は、ロードシーブ７０を挟んで下フック１５０とは反対側に存在する無負荷側（巻き取り済み）のロードチェーンＣ１を収納する部分である。また、下フック１５０は、荷を掛ける部分である。

＜巻上機１０の設定方法について＞
次に、上述のような構成の巻上機１０の設定方法に関して、図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下で説明する巻上機１０の設定方法は、巻上機１０の初期設定に関するものであるが、初期設定以外の場合（たとえば巻上機１０の使用途中での設定変更や修理の際の設定等）についても適用することが可能である。

ステップＳ１：所定位置までの巻下げ
まず、原点位置まで上昇している下フック１５０を、所定の位置まで巻下げる。このとき、制御部１００の上位指令部１０２は、速度制御部１０３に対して所定の位置まで巻下げるための位置指令を出力し、その出力に基づいて、速度制御部１０３は、エンコーダ４１から得られる回転角度（位置）情報に基づいてドライバ１１０に駆動指令を出力し、下フック１５０を所定の位置まで下げるように駆動モータ４０を制御する。所定の位置までの巻下げ指令は、上述の通り予め定められた巻下げ量を制御部１００から指令するようにすることが好ましいが、操作者が操作スイッチ部１３１を用いて巻下げ操作するようにしても良い。

なお、上記における原点とは、下フック１５０を巻上げて上昇させた場合の基準位置であり、具体的には、巻上機本体部２０の下部に設けられた不図示の上限リミットスイッチが押し込まれている位置が該当する。かかる原点を基準とすることで、エンコーダ４１から得られた位置（駆動モータ４０の回転角度）情報によって下フック１５０の現在位置（ロードチェーンＣ１の繰り出し長さ）を算出することが可能となっている。上記のように原点は、巻上機１０において機械的にも制御的にもそれ以上巻上げられない位置（上限位置）とすることが好ましい。

なお、所定の位置まで巻下げた後に、下フック１５０に所定の重量の荷Ｐを吊り下げる。かかる所定の重量の荷Ｐとしては、定格荷重を十分に下回る程度の重量を有するものが挙げられ、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合いを安定させられる程度の張力を垂下するロードチェーンＣ１に負荷することが好ましい。

ステップＳ２：駆動モータ４０の一定速度での駆動（駆動ステップに対応）
次に、制御部１００は、駆動モータ４０を巻上げ方向に駆動させるように制御して、荷の巻上げを行う。具体的には、制御部１００の上位指令部１０２は、速度制御部１０３に対して、駆動モータ４０を一定の微速速度で駆動させるための速度指令を出力し、その速度指令に基づいて速度制御部１０３で演算を行い、さらに演算結果に基づいて電流制御部１０４は所定のモータトルク指令値（電流制御値）をドライバ１１０に出力する。このとき、エンコーダ４１から得られた、回転角度（位置）に基づく駆動モータ４０の速度情報が速度制御部１０３に供給されることで、速度指令（目標速度）に追従するような、フィードバック制御がなされる。速度指令は駆動モータ４０の回転速度としているが、ロードシーブ７０のピッチ円直径と減速機構５０の減速比から算出する下フック１５０の速度とするようにしても良い。

ステップＳ３：エンコーダから得られた位置情報とモータトルク指令の記憶（記憶ステップに対応）
また、上記のステップＳ２において、エンコーダ４１から得られた位置情報と駆動モータ４０のモータトルク指令値（電流制御値）を関連付けてメモリ１０１に記憶させる。上記のように駆動モータ４０がフィードバック制御されて一定速度で駆動されるように制御される場合、駆動モータ４０に作用する負荷が変動すると、駆動モータ４０の回転を一定速度に維持するために駆動モータ４０に与えるモータトルク指令値（電流制御値）が変動する。この変動するモータトルク指令値をエンコーダ４１から得られる位置情報と関連付けてメモリ１０１に記憶させる。

なお、エンコーダ４１から得られる位置情報とは、駆動モータ４０の図示しないロータの回転数や回転角度に対応するが、ロードチェーンＣ１の繰り出し長さや下フック１５０の位置情報に変換することを目的とする情報であり、変換した値とモータトルク指令値を関連付けてメモリ１０１に記憶する。具体的には、制御部１００は、エンコーダ４１からのパルス信号を積算することで位置情報である駆動モータ４０の回転角度（原点からの回転角度）に変換する。なお、これらのエンコーダ４１を基準とする位置情報は、減速比、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１を構成する金属環の形状、上限リミットスイッチの取り付け位置と形状、および下フックの形状等を考慮し、ロードチェーンＣ１の繰り出し長さや下フックの位置情報に変換できる。また、ステップＳ３でロードチェーンＣ１の繰り出し長さは、ロードシーブ７０のピッチ円を基準に算出するが、ロードシーブ７０のピッチ円とは、ロードシーブ７０を１回転したときに巻上げるロードチェーンＣ１の長さを円周長とする仮想の円である。

次に、駆動モータ４０に掛かる負荷トルクの変動について説明する。図３（Ａ）に示すような、作用線である垂下線Ｃ１がロードシーブ７０の中心Ｏ１から最も離れたとき、駆動モータ４０に掛かる負荷トルクが最大となり、駆動モータ４０に与えるモータトルク指令値が最大となる。

これとは逆に、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すような、作用線である垂下線Ｃ１がロードシーブ７０の中心Ｏ１に最も近づくとき、駆動モータ４０に掛かる負荷トルクが最小となり、駆動モータ４０に与えるモータトルク指令値が最小となる。

前述の通り、モータトルク指令値（モータトルク）を計測すれば、ロードチェーンＣ１と係合するロードシーブ７０に掛かる負荷トルクの変動を把握することができる。ロードシーブ７０にはロードチェーンＣ１との噛み合い位置関係により周期的に変動することが知られており、ロードチェーンＣ１の巻き上げ速度（下フック１５０の移動速度）の変動要因となっている。したがって、モータトルク指令値とエンコーダ４１から得られた位置情報を関連付けてメモリ１０１に記憶することにより、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合い位置関係をサーボモータである駆動モータ４０の制御に用いるエンコーダ４１から得られた位置情報と関連付けて制御することができ、巻上機１０の傾動などによる外的要因に影響されない。

たとえば、図５に示すグラフにおいては、モータトルク指令値が極大値Ｔmaxの位置が、図３（Ａ）に示すような、腕長さＡが最大のときに対応する。また、図５においては、モータトルク指令値が極小値Ｔminの位置が、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すような、腕長さＡが最小のときに対応する。

なお、図５は、図３で示すモデル化したロードシーブ７０を巻上げ方向に一定の微速速度で駆動して得たモータトルク指令値とエンコーダ４１から得られた位置との関係を示すグラフであるが、当該グラフにおいて細線は位置情報と関連付けてメモリ１０１に記憶されているモータトルク指令値を示し、太線は、減速機構５０の図示しない歯車の噛み合いなどにより細かく変動するモータトルク指令値を移動平均等の所定の方法により平滑化処理を行った値である。また、図５においては、グラフの左から右に進むにつれて、ロードチェーンＣ１のロードシーブ７０からの繰り出し長さが減少する位置関係となっている。図５のグラフには、モータトルク指令値の極大値Ｔmaxを示す位置が２つと、極小値Ｔminを示す位置が２つ示されている。この図５においては、隣り合う２つの極大値を示す位置の間隔または隣り合う２つの極小値を示す位置の間隔を、変動する波形の周期長さとみなすことができる。そして、駆動モータ４０とロードシーブ７０を連結する減速機構５０の減速比の関係から、図５から得られる周期長さは、ロードチェーンＣ１を構成する、隣り合って連結されている金属環２個分（縦リンクと横リンク）の長さＬに対応していることが新たに確認できた。これによって、ロードシーブ７０を縦リンクと横リンクの金属環それぞれ一辺とする多角形（実施例では十六角形）のモデルとして振動を抑制する制御を実行するよりも、金属環２個分（縦リンクと横リンク）の長さＬを一辺とする正多角形形（実施例では八角形）のモデルで制御することが好ましいことが確認できた。また、ロードシーブ７０は１回転で巻き上げるロードチェーンＣ１を構成する金属環の個数は一定なので、このデータから、原点から任意の位置の変動波形の位相も算出することができる。

ステップＳ４：速度補正曲線の算出（速度補正曲線算出ステップに対応）
次に、下フック１５０の速度変動を抑制する速度指令を作成するための速度補正曲線（関数）を算出する。前述の通り、ロードシーブ７０のポケット７１には縦溝と横溝を組とする複数のポケットを有している。ロードシーブ７０の１回転で巻上げるロードチェーンＣ１の長さはポケット７１の数とロードチェーンＣ１を構成する金属環（縦リンクと横リンク）の形状寸法で決定できる。そして、縦リンクと横リンクを一組としてロードシーブ７０と係合する位置関係を正多角形状に近似することができる。この場合、正多角形状の一辺の長さを縦リンクと横リンクを一組とした長さ（図２に示すロードチェーンＣ1の寸法Ｌ）とする正多角形とする。図３では正八角形としている。

この速度補正曲線の算出に当たっては、先ず、ステップ３で記憶したエンコーダ４１から得られた位置情報とモータトルク指令値の関係から、速度の変動周期と位置情報における変動周期の位相を確認する。モータトルク値が極大値を示す位置で巻上げ速度も極大値となり、それとは逆にモータトルク値が極小値を示す位置で巻上げ速度も極小値となる。

図６は、速度制御部１０３に与える速度指令において、下フック１５０の速度変動を抑制するために与える速度の変動成分を、正弦波形として作成した速度補正曲線を示している。速度補正曲線は、図５に示すモータトルク指令値の極小値を示す位置と速度補正曲線の極大値を示す位置を一致するように、または、モータトルク指令値の極大値を示す位置と速度補正曲線の極小値を示す位置を一致するように、正弦波形の位相を合わせて作成している。これによって、ロードチェーンＣ１をロードシーブ７０で巻上げ駆動するときに発生する速度変動を低減する速度指令ｙを作成することができ、次の（式２）のように表すことができる。
ｙ＝ｓ［1＋ｋ・ｓｉｎ｛（２π／Ｌ）（ｘ－ｄ）｝］ …（式２）
ここで、式ｋ・ｓｉｎ｛（２π／Ｌ）（ｘ－ｄ）｝が下フック１５０の速度変動を抑制するために与える速度の変動成分で、速度補正曲線（関数）に対応する。

ここで、上記の（式２）において、各記号は、以下のものとなっている。
ｓ：基準速度
ｋ：変動係数
Ｌ：周期長さ
ｘ：原点からの距離（変数）
ｄ：初期位相

基準速度ｓは、補正前のシリンダ操作装置１３０の操作指令に対応し作成した速度指令の速度であり、ロードシーブ７０のピッチ円を基準に作成する速度となっている。変動係数ｋは、腕長さＡの変動から求められる。また、周期長さＬは、ロードチェーンＣ１を構成する金属環２個分（縦リンクと横リンク）の長さである。原点からの距離ｘは、原点から積算したエンコーダ４１の回転数（駆動モータ４０の回転角度に対応）とロードシーブ７０のピッチ円の円周長の積と減速比から求めた距離であるが、ロードチェーンＣ１の繰り出し長さとみなせる。初期位相ｄは、図６に示す位相であり、エンコーダ４１の位置情報を基準とし、原点でのロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合い関係を示している。速度補正曲線は、図５に示すモータトルク指令値の任意の隣り合う２つの極大値または極小値の位置の一つの組から作成するようにしているが、複数の組から統計的処理により作成するようにしても良い。変動係数ｋは、ロードシーブ７０のピッチ円の半径Ｒｐと、ロードシーブ７０の回転トルクに関する腕長さＡの最大値Ａ_０の関係からｋ＝（Ａ_０－Ｒｐ）／Ｒｐとすることができ、この値を基準に振動の実測を繰り返して定めると良い。周期長さＬと原点からの距離ｘと初期位相ｄは、エンコーダ４１のパルス信号の積算値を基準に定められるので、パルス数で表しても良く、エンコーダ４１のパルス信号を変換して駆動モータ４０の回転角度や回転数で表すようにしても良い。基準速度ｓと変動係数ｋの積は、補正後の速度指令の周期変動成分の振幅ａとなるが、振幅ａを決めてから変動係数ｋを求めるようにしても良い。

上記の（式２）においては、原点からの距離ｘは、前述の通りロードシーブ７０を円形と仮定したときの仮想距離であり、次式で表せられる。
ｘ＝ｎ・Ｌ・Ｎ …（式３）
ｎ：モデル化したロードシーブ角数
ｎ・Ｌ：ロードシーブのピッチ円の円周長さに相当
Ｎ：原点からのロードシーブ回転数
ロードシーブ７０のピッチ円を基準として算出している、原点からの距離ｘは、実際のロードチェーンＣ１の繰り出し長さとは異なるが、（式２）を用いて作成した速度指令ｙを積分することで、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合い位置関係を考慮したロードチェーンＣ１の繰り出し長さや下フック１５０の位置を正確に算出することができる。

かかる（式２）で求められる速度指令で、駆動モータ４０の駆動を制御する場合には、当該駆動モータ４０は一定速度では駆動されずに回転速度に周期的な変動を生じるが、下フック１５０および荷Ｐは、ロードシーブ７０とロードチェーンＣ１の噛み合いが多角形状であることに起因する速度の変動が抑制されて上昇する状態となる。

このようにして算出した速度指令を記録したグラフを図７に示す。図７では、実線は速度補正曲線で補正した速度指令を示し、破線は速度補正曲線で補正していない従来の速度指令（基準速度指令）を示している。

具体的には、下フック１５０に荷Ｐを吊り下げた状態で、操作スイッチ部１３１で高速巻上指令を所定時間入力したときの、速度補正あり（実線）、速度補正無し（破線）の、上位指令部１０２から速度制御部１０３に送出された速度指令を、それぞれ記録したグラフとなっている。

なお、算出された速度補正曲線は、関数とその定数として、メモリ１０１に記憶させられる。

ステップＳ５：振動が抑制されているか否かの判定（判定ステップに対応）
次に、ステップＳ４で求められた速度補正曲線を用いて作成した速度指令ｙによって駆動モータ４０を駆動制御した場合に、下フック１５０における振動が抑制されているか否かの判定を行う。そして、たとえば所定の振動の閾値を下回るように振動が抑制されていると確認された場合（Ｙｅｓの場合）には、算出された速度補正曲線が問題ないものとして、速度補正曲線を求めるための巻上機１０の初期設定を終了する。これとは逆に、所定の振動の閾値を超えるものと確認された場合（Ｎｏの場合）には、再びステップＳ１～Ｓ５の各ステップを実行する。あるいは、ステップＳ４で作成した速度補正曲線（関数）における変動係数ｋの値を変更して、次のステップＳ５を繰り返し実行することで最適な変動係数ｋを決定するようにしても良い。

また、振動の抑制前の一例、および振動抑制後の一例を図８に示す。図８は、ステップＳ４で算出された速度補正曲線にて補正した速度指令で、駆動モータ４０を駆動した場合の時間と振動による荷重の関係を実線で示すと共に、ステップＳ４で算出された速度補正曲線で速度指令を補正した場合の制御ではなく、基準速度ｓによる通常の速度制御にて、駆動モータ４０を駆動した場合の時間と振動による荷重の関係を破線で示すグラフである。この図８では、それぞれの速度指令で駆動されたときに負荷センサ８０で検知した負荷情報から振動成分（巻上運転中の荷重：動荷重－運転直前の荷重：静荷重）を算出し記録したグラフを示している。

図８に示すグラフでは、実線で示すような補正した速度指令で、駆動モータ４０を駆動した場合には、破線で示すような基準速度ｓによる通常の速度制御にて駆動モータ４０を駆動した場合と比較して、駆動モータ４０の駆動によってロードシーブ７０を回転させた際に、下フック１５０に生じる振動が抑制されている。すなわち、エンコーダ４１から得られた位置情報（駆動モータ４０の原点からの回転角度位置）とモータトルク指令を関連付けて記憶したデータから作成した速度補正曲線を用いて算出した速度指令によって、駆動モータ４０の駆動を制御することで、下フック１５０（すなわち荷Ｐ）の振動を良好に抑制することが可能となっている。なお、このステップ５では、振動成分を２乗平均して所定の閾値と比較し、補正曲線の良否を判断するようにしている。

＜効果について＞
以上のような、駆動モータ４０の回転を検出するエンコーダ４１を備えると共に、駆動モータ４０の駆動によってロードシーブ７０を回転させることでロードチェーンＣ１を巻き上げ下げして荷を昇降させる巻上機の設定方法においては、ロードチェーンＣ１に張力を与えながら駆動モータ４０を一定の回転速度で駆動させる駆動ステップと、駆動ステップにおいてエンコーダ４１から得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて駆動モータ４０を制御するためのモータトルク指令値をメモリ１０１（記憶手段）に記憶させる記憶ステップと、記憶ステップで記憶されているモータトルク指令値の周期的な変動を基に、駆動モータ４０を駆動する速度指令を補正する速度補正曲線（関数）を算出する速度補正曲線算出ステップと、を備えている。

このようにすることで、巻上機１０の設定において（特に出荷段階の設定において）、減速機の減速比やロードチェーンＣ１のピッチ長さが異なるそれぞれの巻上機１０毎に、下フック１５０の上下振動を抑制するための速度補正曲線をモータトルク指令値の周期的変動から容易に算出することができ、その速度補正曲線に基づいて速度指令を算出し駆動モータ４０の駆動を制御する。それにより、垂下するロードチェーンＣ１の中心線と、ロードシーブ７０の回転中心との間の距離が変動し、その変動によって発生する振動が巻上機１０毎に異なっていても、上記のモータ負荷の変動を予め計測し作成した速度補正曲線に基づいて速度指令を算出し駆動モータ４０を駆動させることで、荷Ｐの巻上げ速度の変動を適切に抑制し、振動を抑制することができる。また、上記のように、駆動モータ４０を駆動させた際に、下フック１５０（荷Ｐ）の巻上げ速度の変動を適切に抑えることにより、巻上機１０に共振が生じるのを防止することが可能となる。

また、上記のように、サーボモータの速度制御モードにおける速度の変動を抑えるためのモータトルク指令値を基に速度補正曲線を予め作成し、その速度補正曲線に基づいて速度指令を算出し駆動モータ４０を制御駆動するので、作業者の操作指令に基づく速度で巻上げ下げする駆動モータ４０の制御が簡便であると共に、緩衝装置のような別途の機械的な構成が不要であり、コストの上昇を抑えることが可能となる。

また、本実施の形態では、ロードチェーンＣ１に吊り下げられる荷Ｐの荷重を検出可能な負荷センサ８０を備えると共に、速度補正曲線算出ステップＳ４で算出された速度補正曲線で補正した速度指令によって駆動モータ４０の駆動を制御した場合に、荷Ｐの振動が所定の閾値を超えずに抑制されているか否かを、負荷センサ８０での検出荷重に基づいて行う判定ステップを備え、判定ステップにおいて所定の閾値を超えていると判断された場合には、巻下げステップＳ１，駆動ステップＳ２、記憶ステップＳ３および速度補正曲線算出ステップＳ４のうち、少なくとも速度補正曲線算出ステップＳ４を再び実行する。

このようにすることで、速度補正曲線で補正した速度指令に基づく駆動モータ４０の制御で、荷Ｐの実際の振動を負荷センサ８０で検出することで、振動の抑制効果を判定することができる。そして、下フック１５０（荷Ｐ）の振動が所定の閾値を超えるような、振動の抑制効果が低い場合には、再度、速度指令曲線を求めるため、確実に振動の抑制効果が高い状態とすることができる。

また、本実施の形態では、速度補正曲線算出ステップＳ４では、モータトルク指令値の極大値Ｔmaxまたは／および極小値Ｔminにおける位置情報から、速度補正曲線の初期位相を算出する。

このようにすることで、周期的に変動する速度補正曲線の初期位相を容易に算出することができる。また、巻上機１０の初期位相の個体毎のばらつきを反映させた状態で、速度補正曲線を算出することができるので、駆動モータ４０の駆動時に、効果的に速度が変動するのを防止でき、巻上機１０に振動が生じるのを良好に防止することができる。

また、本実施の形態では、速度補正曲線算出ステップＳ４で、速度補正曲線を正弦波形として算出する。

このようにすることで、速度補正曲線の算出が容易で、正弦波を基本とする速度補正曲線で補正した速度指令に、駆動モータ４０が追従するように駆動モータ４０の駆動制御も用意に実現でき、効果的に下フック１５０（荷Ｐ）の振動を抑制することができる。

また、本実施の形態の巻上機１０は、駆動モータ４０の駆動に際してエンコーダ４１から得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて駆動モータ４０を制御するためのモータトルク指令値を記憶させるメモリ１０１（記憶手段）と、メモリ１０１（記憶手段）に記憶されているモータトルク指令値の周期的な変動を基に、駆動モータ４０を駆動する速度指令を補正する速度補正曲線を算出する速度補正曲線算出手段と、速度補正曲線算出手段で作成した速度補正曲線により速度指令を補正し、駆動モータ４０の駆動を制御する制御部１００およびドライバ１１０（モータ制御手段）と、を備えている。

このため、既に述べたように、巻上機１０の設定において（特に出荷段階の設定において）、減速機の減速比やロードチェーンＣ１のピッチ長さが異なるそれぞれの巻上機１０毎に、駆動モータ４０を一定速度で駆動した時のモータトルク指令値を用いて速度補正曲線を事前に算出し、その速度補正曲線に基づいて駆動モータ４０の駆動を制御する。それにより、垂下するロードチェーンＣ１の中心線と、ロードシーブ７０の回転中心との間の距離（回転半径）が変動し、その変動によって発生する振動が巻上機１０毎に異なっていても、上記のモータ負荷の変動を予め測定し算出した速度補正曲線に基づいて速度指令を補正し駆動モータ４０を駆動させることで、荷Ｐの巻上げ速度の変動を適切に抑制することができる。また、上記のように、駆動モータ４０を駆動させた際に、下フック１５０（荷Ｐ）の巻上げ速度の変動を適切に抑えることにより、巻上機１０に共振が生じるのを防止することが可能となる。

また、上記のように、速度の変動を抑えるために、荷重の変動による振動を抑制するための速度指令曲線を上位指令部１０２で算出し、その速度指令曲線に基づいて駆動モータ４０を制御駆動するので、駆動モータ４０の制御が簡便であると共に、緩衝装置のような別途の機械的な構成が不要であり、コストの上昇を抑えることが可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。

上述の実施の形態では、駆動モータ４０を駆動する間は、同一の速度指令曲線に基づいて駆動モータ４０の駆動を制御するものとしている。しかしながら、駆動モータ４０の駆動から停止までの間を複数の区間に区切り、その区間毎に、（式２）の速度指令曲線の変動係数ｋを変えるようにしても良い。たとえば、図８に示すように、駆動モータ４０の起動の際には、他の区間よりも振動が大きくなっているが、そのような区間では、（式２）の変動係数ｋを調整することで、駆動モータ４０の駆動に伴って発生する振動を一層良好に低減することが可能となる。

また、上記のように駆動モータ４０の駆動から停止までの間を複数の区間に区切ることに代えて、変動係数ｋを、何らかの関数としても良い。

また、上述の実施の形態では、速度補正曲線を正弦波として算出したが、実測したトルク指令値を基に、三角波形として算出するようにしても良い。その場合も、速度補正曲線はモータトルク指令値の極小値を示す位置（駆動モータ４０の回転角度）と速度補正曲線の極大値を示す位置（駆動モータ４０の回転角度）とが一致するようにし、モータトルク指令値の極大値を示す位置（駆動モータ４０の回転角度）と速度補正曲線の極小値を示す位置（駆動モータ４０の回転角度）とが一致するように作成する。速度補正曲線の振幅は、腕長さＡの駆動モータ４０の回転角度の移動に伴う変化量を基に算出するようにすると良い。

また、単に実測したトルク指令値を平滑化して求めた曲線を上下反転して得られた曲線を基に速度補正曲線を算出するようにしても良い。その場合も、前述したロードシーブ７０のピッチ円半径Ｒｐで定まる基準速度ｓに対し、変動波形の振幅を、図３に示す腕長さの最大値Ａ_０とピッチ円半径Ｒｐの差または腕長さＡの最小値とピッチ円半径Ｒｐの差を基に求めると良い。

また、本実施の形態の巻上機１０は、駆動モータ４０の速度制御とトルク制御が可能な電気チェーンブロックとしていて、駆動モータは、サーボモータが好ましいとしているが、ロードシーブとロードチェーンの噛み合い位置関係（多角形作用）による駆動モータに作用する負荷トルクを精度よく検知できる駆動モータとエンコーダと駆動制御装置を備えていることが好ましい。

また、ステップＳ１において所定の位置まで巻下げて、ステップＳ２からＳ３でモータトルク指令を記憶するようにしているが、巻上機１０の全揚程分巻下げてからステップＳ２からＳ３で全揚程分巻上げてモータトルク指令を記憶し、ステップＳ４で全揚程の位置の速度補正曲線（関数）を算出しメモリに記憶させるようにしても良い。

１０…巻上機、２０…巻上機本体部、２１…ハウジング、３０…上フック、４０…駆動モータ、４１…エンコーダ、５０…減速機構、６０…ブレーキ機構、７０…ロードシーブ、７１…ポケット、７２…屈曲点、８０…負荷センサ（荷重測定手段に対応）、１００…制御部、１０１…メモリ（記憶手段に対応）、１０２…速度指令算出部（速度指令算出手段に対応）、１１０…ドライバ（モータ制御手段に対応）、１３０…シリンダ操作装置、１４０…チェーンバケット、１５０…下フック、Ｃ１…ロードチェーン、Ｐ…荷

Claims (5)

1. 駆動モータの回転を検出するエンコーダを備えると共に、前記駆動モータの駆動によってロードシーブを回転させることでロードチェーンを巻き上げ下げして荷を昇降させる巻上機の設定方法であって、
   前記ロードチェーンは、縦リンクと横リンクを一組として連結されたリンクチェーンであり、
   前記ロードチェーンに張力を与えながら前記駆動モータを一定の回転速度で駆動させる駆動ステップと、
   前記駆動ステップにおいて前記エンコーダから得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて前記駆動モータを制御するためのモータトルク指令値を記憶手段に記憶させる記憶ステップと、
   前記記憶ステップで記憶されている前記モータトルク指令値の周期的な変動を基に、前記駆動モータを駆動する速度指令を補正する速度補正曲線を算出する速度補正曲線算出ステップと、
   を備え、
   前記速度補正曲線算出ステップでは、前記ロードチェーンが前記ロードシーブと係合する位置関係を前記縦リンクと前記横リンクを一組とした一辺の長さとする正多角形状に近似することで、前記ロードチェーンの速度の周期的な変動を抑えるための前記速度補正曲線を算出している、
   ことを特徴とする巻上機の設定方法。
2. 請求項１記載の巻上機の設定方法であって、
   前記ロードチェーンに吊り下げられる荷の荷重を検出可能な負荷センサを備えると共に、
   前記速度補正曲線算出ステップで算出された前記速度補正曲線で補正された前記速度指令によって前記駆動モータの駆動を制御した場合に、前記荷の振動が所定の閾値を超えずに抑制されているか否かを、前記負荷センサでの検出荷重に基づいて行う判定ステップを備え、
   前記判定ステップにおいて前記所定の閾値を超えていると判断された場合には、前記駆動ステップ、前記記憶ステップおよび前記速度補正曲線算出ステップのうち、少なくとも前記速度補正曲線算出ステップを再び実行する、
   ことを特徴とする巻上機の設定方法。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の巻上機の設定方法であって、
   前記速度補正曲線算出ステップでは、前記モータトルク指令値の極大値および／または極小値における位置情報から、前記速度補正曲線の初期位相を算出する、
   ことを特徴とする巻上機の設定方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の巻上機の設定方法であって、
   前記速度補正曲線算出ステップでは、前記速度補正曲線を正弦波形として算出する、
   ことを特徴とする巻上機の設定方法。
5. 駆動モータの回転を検出するエンコーダを備えると共に、前記駆動モータの駆動によってロードシーブを回転させることでロードチェーンを巻き上げ下げして荷を昇降させる巻上機であって、
   前記ロードチェーンは、縦リンクと横リンクを一組として連結されたリンクチェーンであり、
   前記駆動モータの駆動に際して前記エンコーダから得られた位置情報と、当該位置情報に対応付けて前記駆動モータを制御するためのモータトルク指令値を記憶させる記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記モータトルク指令値の周期的な変動を基に、前記駆動モータを駆動する速度指令を補正する速度補正曲線を算出する速度補正曲線算出手段と、
   前記速度補正曲線算出手段で算出された前記速度補正曲線により前記速度指令を補正し、前記駆動モータの駆動を制御するモータ制御手段と、
   を備え、
   前記速度補正曲線算出手段では、前記ロードチェーンが前記ロードシーブと係合する位置関係を前記縦リンクと前記横リンクを一組とした一辺の長さとする正多角形状に近似することで、前記ロードチェーンの速度の周期的な変動を抑えるための前記速度補正曲線を算出している、
   ことを特徴とする巻上機。