(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる点で吊荷と連結された複数のワイヤやチェーンをそれぞれモータを駆動して巻き取る複数の巻上装置と、
前記吊荷に取り付けられるハンドルと、
前記ハンドルに取り付けられ、作業者が意図した方向に前記ハンドルを操作することで生じた操作力を検出するセンサと、
前記センサによって検出された操作力に基づいて前記吊荷が前記作業者が意図した方向及び速さで移動するように、前記複数の巻上装置のモータをそれぞれ制御する制御手段とを備え、
前記センサ及び制御手段は、それぞれ前記複数の巻上装置と一対一に対応して複数設けられ、各センサは前記吊荷に対して、複数の巻上装置と前記吊荷との連結点と相似関係に設置され、
各制御手段は、対応するセンサからの出力信号に基づいて、対応する巻上装置のモータを制御することを特徴とするパワーアシスト型吊搬装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワーアシスト型吊搬装置に係り、特に作業者が荷に僅かな操作力を与えることにより、荷を昇降させながら運搬、揚上、据付け、位置決め等の荷役作業を行うためのパワーアシスト型吊搬装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電所などのプラント建設現場では、例えば、質量１ｔ程度の配管の位置合わせ作業等、配管や鉄骨の吊搬作業を合理化して行っている。
【０００３】
従来、配管の位置合わせ作業は、複数の手動式チェーンブロックを用いて、熟練作業者の指揮のもと各作業者が個々のチェーンを巻いたり戻したりして実施している。
【０００４】
しかし、この作業方法は、作業者が複数のチェーンブロックを個別に操作することから操作のタイミングが合わない場合に位置合わせが困難であるという問題があった。
【０００５】
一方、より精密な位置合わせ作業を実施する装置として、平衡荷役装置（バランサ）が用いられている。この平衡荷役装置は、アクチュエータにより平衡状態に静止させた荷に対して、作業者が僅かな操作力を与えることで、荷を昇降させながら荷役作業を行うことができる。
【０００６】
しかし、この種の平衡荷役装置は、荷を持ち上げるためのアームや、それを支える本体、カウンターウェイト等の大掛かりな機構から構成され、更に揚程範囲も小さく、不便であるという問題があった。
【０００７】
そこで、建設現場などでの使用を考慮し、汎用性の高いクレーンやホイスト等を利用し、平衡荷役装置のように、人間の操作力に応じた動作制御を行う試みがなされている。
【０００８】
例えば、特開平５−３１０３９６号公報に記載の電動ホイストは、ワイヤに掛る平均の吊荷重値を力センサからの力検出信号に基づいて算出し、その平均吊荷重値を基準値として設定し、その後、力センサによって検出される吊荷重値と前記基準値との差に基づいて、ワイヤで吊った物体を上下動するためのサーボモータを駆動制御するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平５−３１０３９６号公報に記載の電動ホイストは、吊荷を上下方向に移動させることができても、水平方向のように上下方向以外の方向に吊荷を移動させることができず、空間的な移動、位置合わせ作業ができないという問題がある。
【００１０】
また、吊荷の重量が大きい場合、相対的に荷重センサの容量を大きくする必要があるが、この場合には、荷重センサによる微細な人間の操作力の検出が困難になり、その結果、荷重センサからの検出信号の差に基づいてモータを駆動することができないという問題がある。また、吊荷の振動によって荷重センサが反応する結果、モータが誤作動するという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数のワイヤやチェーンによって多点吊りした吊荷に、人が僅かな操作力を加えることにより、吊荷を意図する方向に移動させることができるパワーアシスト型吊搬装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置は、それぞれ異なる点で吊荷と連結された複数のワイヤやチェーンをそれぞれモータを駆動して巻き取る複数の巻上装置と、前記吊荷に取り付けられるハンドルと、前記ハンドルに取り付けられ、作業者が意図した方向に前記ハンドルを操作することで生じた操作力を検出するセンサと、前記センサによって検出された操作力に基づいて前記吊荷が前記作業者が意図した方向及び速さで移動するように、前記複数の巻上装置のモータをそれぞれ制御する制御手段とを備え、前記センサ及び制御手段は、それぞれ前記複数の巻上装置と一対一に対応して複数設けられ、各センサは前記吊荷に対して、複数の巻上装置と前記吊荷との連結点と相似関係に設置され、各制御手段は、対応するセンサからの出力信号に基づいて、対応する巻上装置のモータを制御することを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、複数の巻上装置を用いて吊荷を多点吊りし、作業者が吊荷に取り付けたハンドルを意図した方向に僅かな力で操作すると、このハンドル操作により生じた操作力がハンドルに設けられたセンサによって検出される。そして、検出された操作力に基づいて巻上装置のモータがそれぞれ制御され、複数のワイヤやチェーンを協調動作することにより、吊荷を作業者の意図する方向及び速さで移動、位置合せすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１７】
図１は、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の全体構成を示す平面図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置１０は、主として、複数の電動チェーンブロック１２と、ハンドル型荷重センサ１４と、制御装置１６とから構成される。
【００１９】
各電動チェーンブロック１２は、モータ１８によりチェーンブロック２０を駆動できるように構成されており、その一端はフック２２を介して梁２４に連結され、他端はフック２２を介して吊荷２６に連結されている。
【００２０】
また、２個の電動チェーンブロック１２によって吊荷２６を吊上げた状態で移動させ、所定の位置に合わせることで、パワーアシスト型吊搬装置１０は吊荷２６の回転、上下移動をさせる。
【００２１】
図２に示すように、ハンドル型荷重センサ１４は、ハンドル２８、荷重センサ３０ａ，３０ｂ、及びマグネット３２から構成されており、ハンドル２８が荷重センサ３０ａ，３０ｂを介してマグネット３２に取り付けられ、マグネット３２によって吊荷２６の任意の位置に着脱可能となっている。
【００２２】
作業者がハンドル２８を意図した方向に操作することで生じた力は、荷重センサ３０ａ，３０ｂにより検出され、それぞれ電気信号に変換される。変換された各電気信号は、それぞれ信号ケーブル３４を介して制御装置１６に加えられる。制御装置１６は入力する２つの電気信号に基づいて、ハンドル２８による操作力に応じた２つの指令値を生成し、これらの指令値をそれぞれ電動チェーンブロック１２のモータ１８に送る。各モータ１８は入力する指令値に応じた巻き取り速度で電動チェーンブロック１２を駆動し、これにより吊荷２６は作業者が意図した方向及び速さで移動する。
【００２３】
尚、ハンドル型荷重センサ１４を吊荷２６に取り付ける手段は、マグネット３２に限らず、ハンドル型荷重センサ１４と吊荷２６を固定することができるものであれば如何なるものでもよく、例えば、ねじ式の止め具で吊荷２６を固定するものでもよい。
【００２４】
図３は、ハンドル型荷重センサ１４による操作力の検出パターンを示す図で、図３（ａ）はハンドル２８に右回転の操作力が加えられた場合の図、図３（ｂ）はハンドル２８に上方向の操作力が加えられた場合の図である。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、ハンドル２８に右回転の操作力を加えると、荷重センサ３０ａは引張力を検出し、荷重センサ３０ｂは圧縮力を検出する。２個の電動チェーンブロック１２はそれぞれ荷重センサ３０ａ，３０ｂの各検出出力に応じて、巻上、巻下方向に駆動されるため、小さな操作力により吊荷２６を右回転させることができる。
【００２６】
また、図３（ｂ）に示すように、ハンドル２８に上方向の操作力を加えると、荷重センサ３０ａ，３０ｂはそれぞれ引張力を検出する。２個の電動チェーンブロック１２はそれぞれ荷重センサ３０ａ，３０ｂの各検出出力に応じて、それぞれ巻上方向に駆動されるため、小さな操作力により吊荷２６を上昇させることができる。
【００２７】
図４に、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の制御方法の一例を示す。このハンドル２８には４つの荷重センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが設けられており、各荷重センサ３０ａ〜３０ｄはそれぞれ独立した制御装置１６ａ〜１６ｄを介し、それぞれの電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄのモータ１８ａ〜１８ｄに接続されている。尚、４つのの荷重センサ３０ａ〜３０ｄは、電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄと吊荷２６との連結点と同数で、相似関係が成立する位置及び方向に取り付けられている。
【００２８】
上記構成のパワーアシスト型吊搬装置によれば、作業者がハンドル２８に操作力を加えると、力を加えた方向の荷重センサが反応し、荷重センサと相似関係が成立する位置の電動チェーンブロックが駆動され、吊荷２６を移動することができる。
【００２９】
図５〜図９は本発明には含まれないが、本発明をさらに発展させたパワーアシスト型吊搬装置の参考例を示し、図５のハンドル型荷重センサ５０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向及び各軸の回転方向の操作力を検出する機能を備えており、吊荷２６上に着脱可能となっている。
【００３０】
図６は、図５で示したハンドル型荷重センサ５０の詳細な構成を示した図である。このハンドル型荷重センサ５０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の並進方向と各軸の回転方向の力を検出する荷重センサ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚがフレーム状の構造物に取り付けられ、構成されている。Ｘ方向の並進方向とＸ軸の回転方向の力を検出する荷重センサ３０Ｘはフレーム３６Ａとフレーム３６Ｂの間に、Ｙ方向の並進方向とＹ軸の回転方向の力を検出する荷重センサ３０Ｙはフレーム３６Ｂとプレート３８Ａの間に、Ｚ方向の並進方向とＺ軸の回転方向の力を検出する荷重センサ３０Ｚはプレート３８Ａとプレート３８Ｂの間に取り付けられる。尚、フレーム３６Ａはマグネット３２を介して吊荷２６の任意の位置に取り付けられる。
【００３１】
図７は、図５に示すハンドル型荷重センサ５０を用いたパワーアシスト型吊搬装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００３２】
吊荷２６を移動させる際に、まず各電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄを梁２４に設置し、各チェーンの先端を吊荷２６に連結し、吊荷２６上の任意の位置にハンドル型荷重センサ５０を取り付ける（ステップ１０、１２）。
【００３３】
続いて、各電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄと梁２４との吊点と、吊荷２６との吊点の位置を測定し、空間座標を取得する（ステップ１４、１６）。
【００３４】
次に、それぞれの吊点の空間座標から［数１］に示すヤコビアン行列式（Jacobians ）［Ｊ］を決定する（ステップ１８）。
【００３５】
ところで、チェーンブロック２０の巻上速度α´とチェーンブロック２０の先端速度β´は、ヤコビアン行列式（Jacobians ）［Ｊ］を用いて、［数１］に示す関係で表されることが知られている。
【００３６】
【数１】
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尚、ヤコビアン行列式［Ｊ］は、チェーンブロック２０の長さを各移動方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の並進方向）で微分し、更にその結果を時間微分することで求められる。あるいは、ヤコビアン行列式［Ｊ］は、各電動チェーンブロック、吊荷２６の吊点について、三次元測量器等を用いて予め計測した各空間座標から求めることができる。チェーンブロック２０の先端速度β´の目標値は、ハンドル型荷重センサから検出される六方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の並進方向、及び各軸の回転方向）の操作力から制御装置１６を介して決定される。チェーンブロック２０の先端速度β´の目標値が決定すると、上記［数１］の関係から、各電動チェーンブロックの巻上速度α´を一意に決定することができる。
【００３７】
次に、吊荷２６上に取り付けられたハンドル型荷重センサ５０の位置を測定し、空間座標を取得する（ステップ２０）。
【００３８】
続いて、ハンドル２８に操作力が加えられているか否かを判断し（ステップ２２）、操作力が加えられていない場合はステップ３０に進む。ハンドル２８に操作力が加えられている場合は、ハンドル型荷重センサ５０から検出されるＸ，Ｙ，Ｚ軸の並進方向、及び各軸の回転方向の操作力により、制御装置１６を介して幾何学演算が行われ、チェーンブロック２０の先端速度β´の目標値が決定される（ステップ２２、２４）。
【００３９】
次いで、チェーンブロック２０の先端速度β´の目標値から上記［数１］を用いて、各チェーンブロック２０の巻上速度α´を算出する（ステップ２６）。算出された巻上速度α´を示す指令値を各電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄに出力し（ステップ２８）、電動チェーンブロック１２ａ〜１２ｄを駆動させる。
【００４０】
作業者は吊荷２６が目標位置及び姿勢になったか否かを判断し、目標位置及び姿勢に移動した場合はハンドル２８の操作を停止し、吊搬作業を終了する（ステップ３０）。吊荷２６が目標位置及び姿勢に移動しなかった場合は、ステップ２２からステップ３０の処理を繰り返す。
【００４１】
本ハンドル型荷重センサ５０によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の並進方向と各軸の回転方向の分力を検出することができる。また、力の大きさと方向に応じたチェーンブロック２０の先端速度β´の目標値を制御装置１６で設定すると、上記［数１］を用いて各電動チェーンブロックの巻上速度α´を指示することができる。これにより、作業者がハンドル２８に加えた操作力の方向に、その操作力に応じた速度で吊荷２６を移動させることができる。
【００４２】
図８は、ハンドル型荷重センサの一例を示す図である。このハンドル型荷重センサ６０は、ハンドル６２、６個の荷重センサ６４ａ〜６４ｆ、及びプレート６６から構成されており、６個の荷重センサ６４ａ〜６４ｆがプレート６６の間にパラレルリンク形状に取り付けられている。例えば図４、５に示すように、ハンドル型荷重センサ６０は吊荷２６に取り付けられ、作業者６８に操作されることにより荷重センサ６４ａ〜６４ｆに指示を与えることができる。ハンドル６２に操作力が加えられることにより生じた６個の荷重センサ６４ａ〜６４ｆからの信号は、前記ヤコビアン行列式［Ｊ］を用いることで、Ｘ，Ｙ，Ｚの並進方向及び各軸の回転方向の力に分解される。分解された力から制御装置によってチェーンブロック２０の先端速度β´の目標値が設定され、設定されたチェーンブロック２０の先端速度β´の目標値から上記［数１］用いることによって各電動チェーンブロックの巻上速度α´を指示することができる。
【００４３】
尚、ハンドル型荷重センサのハンドルの形状には制限はなく、例えば図９に示すように、十字型の形状のハンドル９０を用いてもよい。
【００４５】
また、この実施の形態では、ハンドル型荷重センサのセンサに荷重センサを使用したが、位置センサや、ポテンショメータなどで代替することもできる。
【００４６】
尚、本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置を用いることで、吊荷が移動することによる慣性力や振動の影響を受けず、吊荷を僅かな力で人が意図する方向に移動できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置によれば、配管やバルブなどの移動や位置決めをする際に、センサを設けたハンドルを吊荷に直接取り付けることにより、人がハンドルに僅かな操作力を加えることで複数の巻上装置が個別に動作して吊荷を意図する方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の全体構成を示す平面図
【図２】ハンドル型荷重センサの詳細な構成を示した図
【図３】ハンドル型荷重センサによる操作力の検出パターンを示す図
【図４】本発明に係るパワーアシスト型吊搬装置の制御方法の一例を示す図
【図５】本発明をさらに発展させたパワーアシスト型吊搬装置の参考例を示す図
【図６】図５で示したハンドル型荷重センサの詳細な構成を示した図
【図７】図５に示すハンドル型荷重センサを用いたパワーアシスト型吊搬装置の動作手順を示すフローチャート
【図８】ハンドル型荷重センサの一例を示す図
【図９】ハンドル型荷重センサの他の例を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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