JPH0798638B2 - 平衡荷役装置の安全回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ワークを昇降するアクチュエータと、そのア
クチュエータを駆動する駆動回路と、ワークの重量を検
出する力検出器と、オペレータが速度指令を入力する速
度指令器と、検出したワーク重量と速度指令に基づいて
駆動回路への出力を演算する演算回路等を備え、任意の
重量のワークに対して、その重量に見合った力をアクチ
ュエータが出力することによって平衡状態を実現し、人
がワークに直接手を加え軽い力で昇降できるようにした
平衡荷役装置の安全回路に関する。

〔従来の技術〕

本出願人は先に第４図に示す平衡荷役装置を出願した。

つまり、アクチュエータとしてのモータ１により回転さ
れるドラム２にロープ３を巻掛け、このロープ３に速度
指令器４、加速度検出器５、力検出器６を介してワーク
７を吊り上げ、前記モータ１の回転速度を検出する速度
検出器８、モータ１の回転位置を検出する位置検出器
９、演算回路10を設け、各検出値を演算回路10に入力す
ることでワーク７の重量に見合う制御信号を駆動回路11
に入力してワーク重量に見合うモータ１の保持力を与え
て平衡させることができると共に、レバー4aで指令速度
を入力するとその指令速度に見合うようにモータ１が回
転制御されて人が軽い力でワーク７を昇降できるように
構成してある。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる平衡荷役装置であると、モータ１の保持トルクを
ワーク７の重量と見合う値として、吊り上げているワー
クを静止している状態でワークに操作力を加えて上昇、
下降する平衡運転の時に、ワークの落下、跳び跳ね等に
よって負荷が急変すると大変危険である。

そこで、本発明は負荷急変時には平衡運転を中止してワ
ークが急激に動くことを防止できるようにした平衡荷役
装置の安全回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

平衡荷役装置の荷重検出器からの荷重信号を微分した荷
重微分信号と速度検出器からの速度信号を入力し、荷重
微分信号の絶対値がしきい値より大きく、かつ速度信号
の絶対値がしきい値より大きい時に平衡運転を中止する
指令を出力すると共に、アクチュエータを停止し、前記
荷重微分信号のしきい値を記憶荷重値W₀に比例して大き
くするようにした安全回路を設置することにより、負荷
急変時には平衡運転を中止してアクチュエータを停止で
き安全であると共に、ワーク重量が大きくなると荷重微
分信号のしきい値が大きくなるので、ワーク重量が重く
なっても負荷急変を正確に判断できて誤動作することが
ない。

〔実 施 例〕

第１図に示すように、演算回路10には、レバー運転モー
ド、位置モード、平衡運転モードに基づいてモータ１へ
の速度指令を演算する速度指令演算回路12、そのモード
を選択するモード選択回路13、吊り下げているワークの
重量を記憶する記憶回路14、本発明に係る安全回路15が
設けてある。

前記速度指令器４はレバー4aの操作量に応じた速度指令
信号Ｒを出力するようになっており、また力検出器６は
ワーク７に作用する荷重（力）を検出してその信号F_Lを
出力するようになっている。さらに上記位置検出器９は
モータ１の回転位置信号θを、速度検出器８は速度信号
をそれぞれ出力するようになっている。

前記駆動回路11は指令値Vfとモータ１の速度信号との
偏差をとる加算器16と、駆動部17とで構成され、指令値
Vfと速度信号の偏差Vf−に従ってモータ１を駆動す
るようになっている。

18はモータ加速度フィードバック回路であり、モータ１
の速度検出器８から出力される速度信号を微分してモ
ータ１の加速度信号を求める微分器19と、加算器20を
有し、加算器20において上記加速度信号と後述する演
算回路10からの速度指令値V_Mをフィードバックして指令
値Vfを出力するようになっている。

前記記憶回路14ではワーク７の重量Ｗを記憶して重量指
令W₀を出力する。

次に安全回路15の動作を省略して全体の動作を説明す
る。

（１）レバー運転モード レバー運転モードとは速度指令器４のレバー4aを操作し
たときの動作であり、そのレバー4aを操作すると他のモ
ードに優先してモード選択回路13が速度指令演算回路12
をレバーモード演算に切換え、速度指令器４から入力さ
れる速度指令信号Ｒに基づいてその速度でワークが移動
するようなモータ速度を演算し、速度指令値V_Mとして出
力する。

この時、速度指令値V_Mには速度検出器８から速度信号
が負帰還（ネガティブフィードバック）されるので、速
度指令値V_Mは安定化する。

なお、実際には速度信号にゲインが乗じられる。

（２）位置モード 位置モードとはワーク７を所定位置で保持する時の動作
であり、速度指令器４のレバー4aが停止して速度指令信
号Ｒがなくなるとモード選択回路13により速度指令演算
回路12が位置モード演算に切換えられる。

位置モード演算に切換えられると、直ちに記憶回路14で
ワーク重量に基づいて重量記憶値W₀を演算し、この重量
記憶値W₀と力検出器６よりの荷重信号F_Lが|F_L−W₀|≦閾
値F₀となるように速度指令値V_Mを演算して出力し、モー
タ１の保持トルクをワーク７の重量に見合う値とする。

この時、位置モード演算となった瞬間のモータ位置信号
Ｘとそれ以後のモータ位置信号X₀の偏差Ｘ−X₀を求め、
この偏差Ｘ−X₀にゲインを乗じて負帰還させてモータ１
が常に位置モード演算に切換った時の位置に保持する。

（３）平衡運転モード 平衡運転モードとは位置モードになってから所定時間後
にオペレータがワーク７に操作力を与えて上昇、下降さ
せる動作であり、重量記憶値W₀と力検出器６よりの荷重
信号F_Lが|F_L−W₀|＞閾値F₀となると平衡運転モード演算
に切換える。

つまり、ワーク７に操作力を加えると力検出器６の荷重
信号F_Lはその操作力分だけ変動するので、その変動した
値が閾値F₀より大きくなると平衡運転モード演算に切換
わる。

これにより、速度指令演算回路12は力検出器６よりの荷
重信号F_Lと重量記憶値W₀の偏差（W₀−F_L）を求め、この
偏差に基づいて速度指令値V_Mを演算して出力し、モータ
１を正、逆回転してワーク７を上昇、下降する。

例えば、ワーク７に上げ操作力Ｆを加えると力検出器６
の荷重信号は（F_L−Ｆ）となり、荷重信号FLと重量記憶
値W₀の偏差（W₀−F_L）はＦだけ小さくなるので、それに
よりモータ１をロープ巻き取り方向に回転する速度指令
値V_Mを演算する。

このようであるから、平衡運転時に負荷が急変すると力
検出器６の荷重信号F_Lが急激に変動してモータ１が急激
に駆動されてワーク７が急速で上下するので危険であ
る。

そこで、本発明は安全回路15を設けて負荷急変時にワー
ク７が急速に上下動しないようにした。

以下安全回路15について説明する。

安全回路15は、モード選択回路13が平衡運転モードを選
択している時に動作し、他のモードを選択している時に
は安全回路解除入力が入力された時と同様に動作しない
と共に、安全回路15には、微分器21により力検出器６の
荷重信号F_Lを微分した荷重微分信号_Ｌと、荷重信号F_L
と、速度検出器８の速度信号Ｖと、記憶回路14から荷重
記憶値W₀が入力される。

前記安全回路15は第２図に示すように、荷重微分信号
_Ｌの絶対値｜_L|と所定のしきい値ε_Ｌを比較して絶
対値｜_L|がしきい値ε_Ｌより大きい時に信号を出力
する第１絶対値比較回路22と、速度検出器８からの速度
信号の絶対値｜｜と所定のしきい値εを比較して
絶対置｜｜が大きい時に信号を出力する第２絶対値比
較回路23を備え、第１、第２絶対値比較回路22,23の信
号は第１アンドゲート24に出力され、その出力によって
第１ラッチ回路25をセットしてモード選択回路13の切換
スイッチ26を平衡運転モード指令27から異常時指令28に
切換え、速度指令演算回路12を平衡運転モード演算状態
から異常時指令状態に切換える。

これにより、平衡運転が直ちに中止すると共に、位置検
出器９からの位置信号θ、速度検出器８からの速度信号
、加速度検出器５からの加速度信号ａを負帰還してワ
ーク７の急激な移動を防止するようにしてある。

以上の説明において、荷重微分信号_Ｌの大きさはワー
ク重量に比例するので、しきい値ε_Ｌが一定であると
ワーク重量が重い時に急激な負荷変動でないのに荷重微
分信号_Ｌがしきい値ε_Ｌ以上となって誤った判断を
することがある。

そこで、本発明においては第１絶対値比較回路22に記憶
荷重値W₀を入力して、その記憶荷重値W₀によりしきい値
ε_Ｌを変化させるようにし、これによってワーク重量
に関係なく負荷急変を正確に判断できる。

例えば、第３図に示すように通常平衡運転時に荷重微分
信号_Ｌが実線（イ）で示すように記憶荷重W₀に比例し
ている時に、しきい値ε_Ｌを実線（ロ）で示すように
記憶荷重W₀に比例し、かつ平衡運転時の荷重微分信号
_Ｌの1.5〜５倍程度に設定し、その荷重微分信号_Ｌが
しきい値を_Ｌ以上の時に信号を出力するようにしてあ
る。

第２図において、29は平衡運転中の負荷急変か作動時の
衝撃かを判断するための第３絶対値比較回路であり、荷
重信号F_Lと記憶荷重値W₀の偏差F_L−W₀の絶対値|F_L−W₀|
が所定のしきい値Eemgより大きい時に信号を第２アンド
ゲート30に出力するようになっている。

そして、この第３絶対値比較回路29の出力信号を利用し
て第１ラッチ回路25をリセットするようにしてある。

つまり、作業時の衝撃の場合には前記偏差の絶対値|F_L
−W₀|がしきい値Eemgより瞬間的には大きくなるＴ時
間、例えば２秒以上連続して大きくなる事はなく、又、
負荷急変の場合はT₀時間、例えば0.5秒以上連続して前
記絶対値|F_L−W₀|がしきい値Eemgより小さくなることは
ないので、第１、第２タイマ31,32を用いて前述の判断
を行なうようにしてある。

以下その詳細を説明する。

前記第１アンドゲート24の出力信号でセットされる第２
ラッチ回路33の出力は第２アンドゲート30に入力され、
その出力はインバータ34を介して第１タイマ31のスター
ト31a、第１オアゲート35を経てリセット31b、第２タイ
マ32のスタート32a、インバータ36、第２オアゲート37
を経てリセット32bにそれぞれ入力されると共に、第１
タイマ31の出力31cの信号は第３オアゲート38、第２オ
アゲート37に入力され、第２タイマ32の出力32cの信号
は第１オアゲート35に入力されている。

前記第１タイマ31は負荷急変モードを解除するタイマで
あり、タイムアップ時間はT₀、例えば約0.5秒にセット
され、前記第２タイマ32は負荷急変を判断するタイマで
あり、スタート32aに信号が入力された後Ｔ時間、例え
ば２秒リセット32bに信号が入力されなければ出力32cよ
り信号を出力する。

一方、安全回路解除入力信号は第３オアゲート38、第２
ラッチ回路33のリセット33a、第２、第１オアゲート37,
35にそれぞれ入力されると共に、第３オアゲート38の信
号は第１ラッチ回路25のリセット25aに入力されてリセ
ットする。

しかして、負荷が大きくなった時には前述のようにラッ
チ回路25がセットされて切換スイッチ26が異常時指令に
切換り、かつ第１アンドゲート24、第３絶対値比較回路
29が信号を出力するので第２アンドゲート30より信号が
出力され、第２タイマ32がスタートする。

この時、作業時の衝撃であれば、Ｔ時間経過するまでに
第３絶対値比較回路29の信号がゼロとなるから第２アン
ドゲート30の信号はゼロとなり、第１タイマ31がスター
トしてT₀時間後に第１ラッチ回路25がリセットされて切
換スイッチ26は平衡運転指令27に切換る。

また、負荷急変の場合にはＴ時間経過しても第２タイマ
32のリセット32bに信号が入力されないから出力32cより
信号が第１オアゲート35に出力されて第１タイマ31がリ
セットされて第１ラッチ回路25はリセットされない。

このように、作業時の衝撃の時には第１タイマ31のタイ
ムアップ時間だけ異常指令となり、その後は平衡運転に
自動的に復帰できる。

〔発明の効果〕

負荷急変時には平衡運転を中止してアクチュエータを停
止するから安全であると共に、ワーク重量により荷重微
分信号のしきい値が大きくなるので、ワーク重量が重く
なっても負荷急変を正確に判断できて誤動作することが
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す平衡荷役装置の全体図、
第２図はその安全回路の説明図、第３図は荷重微分信号
のしきい値と記憶荷重値の関係を示す図表、第４図は従
来の平衡荷役装置の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを昇降するアクチュエータと、その
   アクチュエータを駆動する駆動回路と、オペレータが速
   度指令を入力する速度指令器と、荷重を検出する力検出
   器と、アクチュエータ速度を検出する速度検出器と、ア
   クチュエータ位置を検出する位置検出器と、各検出器の
   検出信号に基づいてアクチュエータの駆動回路に入力信
   号を出力する演算回路を備え、任意の重量のワークに対
   して、その重量に見合った力をアクチュエータが出力す
   ることで平衡状態とする平衡荷役装置において、 前記荷重検出器からの荷重信号を微分した荷重微分信号
   と速度検出器からの速度信号を入力し、荷重微分信号の
   絶対値がしきい値より大きく、かつ速度信号の絶対値が
   しきい値より大きい時に平衡運転を中止する指令を出力
   すると共に、アクチュエータを停止する信号を出力し、 前記荷重微分信号のしきい値を記憶荷重値W₀に比例して
   大きくすることを特徴とする平衡荷役装置の安全回路。