(57)【要約】【課題】電源を切った後や停電後の再起動時に原点サーチが不要で即時作業を開始でき、安価でメンテナンス性にも優れたモータ助力システム及びこれを用いた荷役助力装置を提供する。【解決手段】負荷側に回転出力軸を有するモータと、モータの反負荷側にてモータのモータ回転位置を０度から３６０度の範囲でモータ回転位置信号として出力するモータ回転位置検出部と、可変受動素子を有して回転出力軸に繋がる負荷の有限の作動位置を負荷の作動範囲全域に渡って負荷作動位置信号にて出力する負荷作動位置検出部と、回転出力軸に加わるトルクをトルク信号にて出力するトルク検出部と、モータ回転位置信号、トルク信号及び負荷作動位置信号を基に負荷の作動を助力する指令信号をモータに送信する制御回路部と、を備える。【選択図】図３
2017197332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側に回転出力軸を有するモータと、
前記モータの反負荷側にて前記モータの回転位置を０度から３６０度の範囲で検出してモータ回転位置信号を出力するモータ回転位置検出部と、
可変受動素子を有して前記回転出力軸に繋がる負荷の作動位置を前記負荷の有限の作動範囲全域に渡って検出して負荷作動位置信号を出力する負荷作動位置検出部と、
前記回転出力軸に加わるトルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出部と、
前記モータ回転位置信号、前記トルク信号及び前記負荷作動位置信号を基に前記負荷の作動を助力する指令信号を前記モータに送信する制御回路部と、
を備えることを特徴とするモータ助力システム。
【請求項２】
前記負荷作動位置検出部が、
前記回転出力軸に連動する複数の歯付プーリと、
前記各歯付プーリを連動させる歯付ベルトと、
前記各歯付プーリの少なくとも１つに繋がった前記可変受動素子と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ助力システム。
【請求項３】
前記可変受動素子が、可変抵抗器、可変キャパシタ又は可変インダクタのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ助力システム。
【請求項４】
前記可変受動素子が、回転型であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ助力システム。
【請求項５】
前記可変受動素子が、多回転型であることを特徴とする請求項４に記載のモータ助力システム。
【請求項６】
荷役物を吊るワイヤ若しくはリンクチェーンと、
前記回転出力軸に繋がって前記ワイヤ若しくは前記リンクチェーンを巻きつける巻胴と、
請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ助力システムと、
を備えることを特徴とする荷役助力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを有して負荷の移動動作の助力を行うモータ助力システム及びこれを用いて、吊った荷役物を上下動させる際にモータにより使用者の作業を助力する荷役助力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から工業製品の組立てを行う工場では、大きな重量を有する工具、作業用機器、製品、半完成品などの荷役物を吊下げ及び上下動させる荷役機械を使用している。その中でも、使用者が大きな重量の荷役物を軽い操作力で任意の高さに上下動できるように助力を発生させる荷役助力装置は、エアシリンダを用いたものと、モータを用いたものが知られている。
【０００３】
エアシリンダを用いたものは、主としてアーム式で広く使われているが、圧力エアが必要であることからエアコンプレッサ等が別途必要であり、またエア供給が切れた際の安全装置が必要であるという難点があることから、モータを用いて助力を発生させてバランスさせるものがある。単に荷役物の上下移動をリモコンスイッチによって電動モータで行うものは、巻き上げの際に荷役物が上端に来た時にはモータを停止する必要があるため、メカニカルなリミットスイッチ、磁気センサ、フォトセンサなどを用いて位置を検出する方法が公知である（特許文献１〜３）。この場合にはスイッチによる上下動作のため、動き出し、停止時の動きを滑らかにするのは困難であり、重量部品の組み付けなどには余り適さないものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０７９６８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７６９９４号公報
【特許文献３】特開２００３−２５２５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対してモータによる助力を行って荷役物に小さな操作力を加えることでスムーズに移動させるものは、単に上下動作を電動モータで行うものとは異なり、荷役の荷重やこれに加わる操作力を例えば荷重センサで検出して、ＡＣサーボモータ等で細かいトルク制御を行うように構成されている。
【０００６】
しかしながら、トルク制御のためにＡＣサーボモータ等を使うことから、電源を切った後や停電後の復帰の際には、その時の荷役物の位置を知る必要がある。そこで絶対位置が常に得られる光学的な多回転アブソリュートエンコーダをモータに取り付けると、コストが非常に高いという課題がある。
【０００７】
これに対して比較的安価なインクリメントエンコーダ等をモータに取り付けた場合は、特許文献１のようなリミットスイッチ等を負荷の作動端付近に配置しておき、電源を入れた後このスイッチをオンにするまでモータを回転させ、スイッチがオンになった時にモータを逆転させてエンコーダのＺ相を検出するという、いわゆる原点サーチを実施して予め設定されているゼロ点位置を検出することになる。もし荷役物が吊下げられた状態で停電などが起こった場合は、何らかの方法で荷役物を外して原点サーチする必要があって、特に荷役物が重量物である場合安全上好ましくない。
【０００８】
また特許文献３のように、負荷側に羽根車と光電センサを設けて回転のパルスを検出し、このパルスをカウントして常に負荷の位置を逐次記憶しておいて、電源再投入後その位置を読み出すという方法も考えられるが、これは結局前述のアブソリュートエンコーダと同じ機能を有するため、これらの記憶及び読み出し装置が必要となり、装置が複雑で高価となるという課題を有している。そして電源を切っている際に負荷側を手動操作などで移動させた場合はこの移動量を検出できないので、実際の負荷側の位置との乖離が生じることになる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、電源を切った後や停電後の再起動後にたとえ負荷側を手動で動かしてしまっても、原点サーチが不要で即時復帰することができ、安価でメンテナンス性にも優れたモータ助力システム及びこれを用いた荷役助力装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載のモータ助力システムは、上記の目的を達成するために、
負荷側に回転出力軸を有するモータと、
モータの反負荷側にてモータの回転位置を０度から３６０度の範囲で検出してモータ回転位置信号を出力するモータ回転位置検出部と、
可変受動素子を有して回転出力軸に繋がる負荷の作動位置を負荷の有限の作動範囲全域に渡って検出して負荷作動位置信号を出力する負荷作動位置検出部と、
回転出力軸に加わるトルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出部と、
モータ回転位置信号、トルク信号及び負荷作動位置信号を基に負荷の作動を助力する指令信号をモータに送信する制御回路部と、を備えている。
【００１１】
請求項２に記載のモータ助力システムは、上記の目的を達成するために、負荷作動位置検出部が、
回転出力軸に連動する複数の歯付プーリと、
各歯付プーリを連動させる歯付ベルトと、
各歯付プーリの少なくとも１つに繋がった可変受動素子と、を備えている。
【００１２】
請求項３に記載のモータ助力システムは、上記の目的を達成するために、
可変受動素子が、可変抵抗器、可変キャパシタ又は可変インダクタのいずれかで構成されている。
【００１３】
請求項４に記載のモータ助力システムは、上記の目的を達成するために、可変受動素子が、回転型で構成されている。
【００１４】
請求項５に記載のモータ助力システムは、上記の目的を達成するために、可変受動素子が、多回転型で構成されている。
【００１５】
請求項６に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、荷役物を吊るワイヤ若しくはリンクチェーンと、
回転出力軸に繋がってワイヤ若しくはリンクチェーンを巻きつける巻胴と、
請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ助力システムと、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明のモータ助力システムによれば、可変受動素子を用いた安価な構成で常に負荷の作動位置を作動全領域に渡って得るようにしたため、電源を切った後や停電後の再起動時でも原点サーチが不要で即時復帰できるモータ助力システムを実現できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明のモータ助力システムによれば上記効果に加えて、歯付プーリと歯付ベルトを用いていることから静音であって、給油の必要もなくメンテナンス性にも優れる。また連動する歯付プーリ径の比を変えることで検出する領域を増減できることから、長い作動範囲のモータ助力システムにも対応することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明のモータ助力システムによれば上記効果に加えて、可変受動素子に可変抵抗器、可変キャパシタ又は可変インダクタのいずれかを用いることで、小型で安価なモータ助力システムを実現できる。
【００１９】
請求項４に記載の発明のモータ助力システムによれば上記効果に加えて、可変受動素子に回転型を用いることによって省スペースで配置できるため、小型のモータ助力システムを実現できる。
【００２０】
請求項５に記載の発明のモータ助力システムによれば上記効果に加えて、可変受動素子に多回転型を用いることによって検出する回転角度領域をさらに増やすことができ、さらに長い作動範囲のモータ助力システムを実現できる。
【００２１】
請求項６に記載の発明の荷役助力装置によれば、可変受動素子を用いた安価な構成で常に荷役物の位置を得ることができ、電源を切った後や停電後の再起動時でも原点サーチが不要で即時作業が開始でき、また長い揚程の荷役助力装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式荷役助力装置の外観斜視図
【図２】本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式荷役助力装置の内部構造詳細斜視図
【図３】本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式荷役助力装置の内部構造詳細斜視図
【図４】本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたワイヤ式荷役助力装置の内部構造詳細斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明による実施形態について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式の荷役助力装置１の外観を示したものである。荷役助力装置１はカバー２１にて覆われた本体部と、この本体部からリンクチェーン８に沿って下方に伸びた位置にある操作部２５と、リンクチェーン８の片端で繋がった荷役用フック１５、リンクチェーン８の他端側に設けられたリンクチェーン収納部２６で構成されている。
【００２４】
図２は本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式の荷役助力装置１の内部構造を示したものであって、図１におけるカバー２１の一部を省略し、幾つかの部材を半透明化して本体部を表したものである。
【００２５】
モータ２は例えばＡＣサーボモータであって、その負荷側にはギアで減速する減速機７が取り付けられている。よってこの減速機７によりモータ２の回転速度を所定の速度に減速している。減速機７にて減速された回転出力軸３は負荷側の構成の一部をなす巻胴であるロードシーブ１３に連結され、ロードシーブ１３を連続的に正逆に回転させるものである。また回転出力軸３はフレーム１９に固定されている回転出力軸軸受部１８によって回転自在に支持されている。回転出力軸軸受部１８はベアリングとこれを固定する部材により構成されていて、粉塵などから保護する構造になっている。
【００２６】
フレーム１９の天部にはこの荷役助力装置１を吊下げるための吊下げ用フック１６が固定されている。この吊下げ用フック１６は荷役助力装置１の重心位置に近いところに設けられる。
【００２７】
リンクチェーン８は、半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の輪が９０度の角度にて交互に連接されたものであって、一端は荷役用フック１５に繋がっていて、他端はリンクチェーン収納部２６に収納されている。
【００２８】
巻胴であるロードシーブ１３は、回転出力軸３からの駆動によって回転してリンクチェーン８の繰り出し、巻きつけを行う。ロードシーブ１３は多角柱状若しくは円柱状の外形であって、本実施形態では有底の円筒形をしていて、その底部は回転出力軸３と繋がっていて、円筒側部は助力駆動源であるモータ２の外周を覆うように配置されている。リンクチェーン８が巻かれる位置はおおよそ吊下げ用フック１６の下であって、荷役助力装置１の重心位置に近いところに設けられる。リンクチェーン８はロードシーブ１３に設けられたポケットに嵌入されておおよそ１８０度巻かれる。
【００２９】
一方リンクチェーン８がロードシーブ１３への巻きつけの姿勢を保つためにリンクチェーンガイド２０が設けられている。リンクチェーンガイド２０はリンクチェーン８が姿勢を保って通過するように十文字状の貫通穴が設けてあって、ロードシーブ１３の外周の接線方向にあってフレーム１９に固定されている。
【００３０】
またロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８の位置規制のため、リンクチェーン位置規制部材１４が、ロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８の外周方向に、リンクチェーン８に沿って隙間を有して設けられている。このリンクチェーン位置規制部材１４によってロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８が、リンクチェーン８の移動速度が速くても所定の位置から外れることを防止している。
【００３１】
図３は本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたリンクチェーン式の荷役助力装置１の内部構造詳細を示したものであって、図２における部材の一部を省略し、幾つかの部材を半透明化して本体部を表したものである。
【００３２】
モータ２の反負荷側にはブレーキ６があって、さらにモータ回転位置検出部４に繋がっている。モータ回転位置検出部４はいわゆるインクリメント型の光学式エンコーダであってモータ２の反負荷側にてモータ２の回転位置を０度から３６０度の範囲でモータ回転位置信号として出力する。一方ブレーキ６とモータ回転位置検出部４の接合部から分岐してトルク検出部５があって、トルク検出部５はフレーム１９に固定されている。トルク検出部５はロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８から伝達される力を反力としてトルクを検出してトルク信号を出力できるように不図示の歪みゲージを備えている。そしてモータ２、ブレーキ６、モータ回転位置検出部４、トルク検出部５らの近傍に制御回路部１７が配置されている。荷役助力装置１を粉粒や水滴のかかる場所にての使用も可能にするため、制御回路部１７を始めとする各電装部はカバー２１で覆われた閉じた空間内に配置している。
【００３３】
回転出力軸３には負荷作動位置検出部３４の構成をなす歯付プーリ（Ａ）３０が同軸で固定されていて、これと平行に並んだ歯付プーリ（Ｂ）３１は歯付ベルト３２にて歯付プーリ（Ａ）３０から回転が伝達されて回転出力軸３と連動するように構成されている。歯付プーリ（Ｂ）３１には可変受動素子３３が接続されていて、ゆえに回転出力軸３及びロードシーブ１３の回転が伝動されて可変受動素子３３が駆動される。  可変受動素子３３は例えば多回転型の可変抵抗器であって、３６００度の回転角検出範囲を有している。この角度の範囲において可変受動素子３３は、負荷作動位置信号を電圧出力形式で例えばＤＣ０Ｖ〜５Ｖにて出力する。可変受動素子３３はその他可変キャパシタや可変インダクタなどの可変の受動素子であってもよい。そして負荷作動位置検出部３４は負荷すなわちロードシーブ１３の有限の作動範囲全域に渡ってロードシーブ１３の作動位置を負荷作動位置信号として出力することができる。
【００３４】
本実施形態では歯付プーリ（Ａ）３０と歯付プーリ（Ｂ）３１は同じ径のプーリであることから、回転出力軸３の回転角度が可変受動素子３３にそのまま伝わることになる。もちろんこのプーリ径を変えることで、選定する可変受動素子３３の検出できる回転角の範囲と合わせて、ロードシーブ１３の有限の作動範囲全域の作動位置検出に対応できるようにすることが可能である。また歯付プーリ（Ａ）３０から歯付プーリ（Ｂ）３１への伝動は歯付ベルト３２に行われていることから、静音性も高く、給油なども必要としないことからメンテナンス性にも優れている。
【００３５】
またここで使用する負荷作動位置検出部３４による回転出力軸３及びロードシーブ１３の作動位置の検出は、荷役用フック１５や荷役物が過剰な巻き上げで本体に衝突しないようにすること、電源投入時に荷役用フック１５や荷役物のある程度の位置が判ることを満たせば良い。よって一般的なロボット等におけるモータの位置制御に使用されるエンコーダのような高精度なリニアリティを要求するものではないことから、本発明のように負荷作動位置検出部３４に可変受動素子３３を使用することは本モータ助力システム及び荷役助力装置１においてコスト的に非常に有利である。
【００３６】
以上の構成にて、荷役用フック１５に荷役物が吊るされると、荷役物の重量によってリンクチェーン８が引っ張られるため、荷役用フック１５、リンクチェーン８、ロードシーブ１３、回転出力軸３、モータ２、ブレーキ６を介してトルク検出部５も下方に引っ張られ、トルク検出部５の起歪部が変形し、起歪部に添着された歪みゲージからの出力を基にしたトルク信号と、負荷作動位置検出部３４による回転出力軸３及びロードシーブ１３の負荷作動位置信号と、モータ回転位置検出部４からのモータ回転位置信号を基に、荷役物がバランスするようにモータ２に対して助力する指令信号を制御回路部１７が送信する。もちろん荷役物に僅かな操作力を印加して上下動させる場合においても、トルク検出部５からのトルク信号によって吊下げられている荷重を検出し、常時バランスを保ちつつ移動させる助力を行うことも可能である。
【００３７】
なおここで言うモータ助力システムとは、モータ２と、モータ回転位置検出部４と、負荷作動位置検出部３４と、トルク検出部５と、制御回路部１７を指すものである。
【００３８】
図４は本発明の実施形態のモータ助力システムを用いたワイヤ式の荷役助力装置の内部構造詳細を示したものであって、図３同様に部材の一部を省略し、幾つかの部材を半透明化して本体部を表したものである。ワイヤ式の荷役助力装置は上述のリンクチェーン式の荷役助力装置において、リンクチェーン８をワイヤ９に、巻胴であるロードシーブ１３を回転ドラム１０に置き換えたものである。ワイヤ式の場合は回転ドラム１０への最大巻きつけ回数が固定されていることから、ワイヤ９の最大巻きつけ回数に応じた、歯付プーリ（Ａ）３０と歯付プーリ（Ｂ）３１の径及び可変受動素子３３の検出角度範囲を選定することになる。その他の主要な構成はリンクチェーン式の荷役助力装置と同様である。
【００３９】
以上、本実施形態によれば、可変受動素子３３を負荷作動位置検出部３４内のロードシーブ１３の回転位置検出に使用することで、電源を切った後や停電後の再起動時において原点サーチが不要で即時作業を開始でき、安価でメンテナンス性にも優れた荷役助力装置を提供するものである。
【００４０】
以上、本発明に関する実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることではなく、種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の活用例として、荷役を扱う荷役助力装置への適用が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  荷役助力装置
２  モータ
３  回転出力軸
４  モータ回転位置検出部
５  トルク検出部
６  ブレーキ
７  減速機
８  リンクチェーン
９  ワイヤ
１０  回転ドラム
１３  ロードシーブ
１４  リンクチェーン位置規制部材
１５  荷役用フック
１６  吊下げ用フック
１７  制御回路部
１８  回転出力軸軸受部
１９  フレーム
２０  リンクチェーンガイド
２１  カバー
２５  操作部
２６  リンクチェーン収納部
３０  歯付プーリ（Ａ）
３１  歯付プーリ（Ｂ）
３２  歯付ベルト
３３  可変受動素子
３４  負荷作動位置検出部
【図１】
2017197332.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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