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図面 (20)

課題

操作者にかかる負担が小さい上に操作者の思い通りの昇降動作を行わせる。

解決手段

対象物2を昇降させる動力駆動型の昇降手段と、対象物の吊り力を検出する検出手段と、検出した吊り力をもとに操作者が対象物に加えた操作力を対象物の離着床時を含めて求める操作力演算手段と、求めた操作力に応じて上記昇降手段を作動させる制御手段とからなる。対象物2を昇降させることについて、操作者が加えた力に対応したパワーアシストが対象物2の離着床時も含めてなされる。

概要

背景

重量のある対象物昇降させて移載を行う昇降移載装置として、クレーン介護リフトがあるが、従来のこの種の昇降移載装置は、ウインチを利用して該ウインチをペンダントスイッチオンオフによって巻き上げや巻き下げの動作を行わせるものであった。

このようなスイッチを使用したものでは、昇降速度の調整ができなかったり困難であったりし、対象物を着床させる時に衝撃が加わって対象物を痛めてしまう虞がある。また、ウインチから吊り下げられているペンダントスイッチは、巻き上げワイヤベルト)に絡んでしまうことがある。

介護リフトとしては、特公平3−41181号公報に手動駆動によるねじジャッキ型の昇降手段を備えたものが開示されているが、操作者の負担を軽減するためにねじジャッキ型昇降手段の動力源として電動機を用いる場合、その操作をスイッチで行うかぎり、前記従来例と同様の問題を備えている。

このような問題点を解決することができるものとして、対象物を吊り下げた状態で対象物の見かけ上の重量をゼロとする無重力ホイストや、対象物の昇降動作パワーアシストで行えるようにしたものが、特公昭57−59199号公報、特公平7−4749号公報、特開平5−310396号に提供されている。

このような無重力ホイストやパワーアシスト付き昇降装置においては、対象物を床から完全に離した状態においては、対象物を吊り下げた状態を保つのに必要な力から対象物の重量を検出して、吊り力と対象物重量とを平衡させたり、いったん検出した対象物重量と吊り力との差から操作者が対象物に加えた操作力を求めてパワーアシストを行ったりすることができ、対象物をスムーズに且つ楽に昇降させることができる。

概要

操作者にかかる負担が小さい上に操作者の思い通りの昇降動作を行わせる。

対象物2を昇降させる動力駆動型の昇降手段と、対象物の吊り力を検出する検出手段と、検出した吊り力をもとに操作者が対象物に加えた操作力を対象物の離着床時を含めて求める操作力演算手段と、求めた操作力に応じて上記昇降手段を作動させる制御手段とからなる。対象物2を昇降させることについて、操作者が加えた力に対応したパワーアシストが対象物2の離着床時も含めてなされる。

目的

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは操作者にかかる負担が小さい上に操作者の思い通りの昇降動作を離着床時も含めて行わせることができるパワーアシスト付き昇降移載装置を提供するにある。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
6件

この技術が所属する分野

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請求項1

対象物昇降させる動力駆動型の昇降手段と、対象物の吊り力を検出する検出手段と、検出した吊り力をもとに操作者が対象物に加えた操作力を対象物の離着床時を含めて求める操作力演算手段と、求めた操作力に応じて上記昇降手段を作動させる制御手段とからなることを特徴とするパワーアシスト付き昇降移載装置

請求項2

水平移動手段を備えていることを特徴とする請求項1記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項3

水平移動手段は、昇降手段が設置された動力駆動型の台車であり、昇降手段に設けた対象物吊り下げ保持用ベルトに水平方向に作用する力を検出する検出手段を備えており、該検出手段で検出した水平方向の力に応じて前記制御手段は水平移動手段を作動させるものであることを特徴とする請求項2記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項4

操作者が対象物に触れていることを検出する操作検出手段を備えており、制御手段は該操作検出手段の出力をもとに操作中か否かを判断していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項5

昇降手段を強制作動させるスイッチを設けていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項6

昇降手段はウインチであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項7

昇降手段はアームを上下させるリニアアクチュエータであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項8

操作力演算手段は、対象物が宙に浮いている時点の対象物の重量を基準に操作力を求めるものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項9

操作力演算手段は、対象物が宙に浮いている時点の吊り力の変動が所定時間、略ゼロである時、この時の吊り力を対象物の重量と判断することを特徴とする請求項8記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項10

操作力演算手段は、対象物重量と床からの反力との差をもとに操作力を演算するものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項11

対象物の位置を検出する検出手段を備えており、この検出位置をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定していることを特徴とする請求項10記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項12

対象物の速度を検出する検出手段を備えており、この検出速度をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定していることを特徴とする請求項10記載記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項13

操作力が加えられる部分よりも対象物側の部分に作用する荷重を検出する検出手段を備えており、操作力演算手段は該検出手段で検出した荷重と吊り力との差から操作力を求めていることを特徴とする請求項10記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項14

対象物の動き出しは吊り力の変化量を操作力として上昇させ、その上昇動作中の吊り力変化から対象物荷重の変化を推定し、吊り力と推定値との差分を操作量とすることを特徴とする請求項11または12記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項15

対象物が着床している状態から対象物の位置が高くなる、あるいは速度が上向きの時、吊り力の変化が略ゼロであれば、対象物が宙吊りになったと判断することを特徴とする請求項11または12記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項16

対象物が宙吊りになった時の吊り力と推定操作力から対象物の重量を推定することを特徴とする請求項15記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項17

対象物が宙吊り状態から対象物の位置が低くなる、あるいは速度が下向きの時、前記吊り力の変化が対象物の重量から推測した所定範囲内の時、着床中であると判断することを特徴とする請求項11または12記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項18

対象物が着床中である時、吊り力と対象物の下降速度に基づいて、対象物の重量から床からの反力を引いた値を推定し、該推定値が略ゼロである時に着床が完了したと判断することを特徴とする請求項17記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項19

対象物の吊り力を検出する検出手段として、昇降手段を固定している部材の変形量を検知するものを用いることを特徴とする請求項1または2または6または7記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項20

対象物の吊り力を検出する検出手段として、昇降手段を固定している部材を受けるための支持力を検知するものを用いることを特徴とする請求項1または2または6または7記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項21

対象物の吊り力を検出する検出手段として、昇降手段の駆動トルクを検知するものを用いることを特徴とする請求項1または2または6または7記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項22

対象物の吊り力を検出する検出手段として、対象物を吊り下げているベルトの張力方向と直交する方向のベルトの変位量を検知するものを用いることを特徴とする請求項1または2または6または7記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項23

対象物の吊り力を検出する検出手段として、昇降手段と対象物との間に配した脱着部の変形量を検知するものを用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項24

制御手段は、求めた操作力に応じた駆動力を昇降手段に発揮させるものであることを特徴とする請求項1〜23のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項25

制御手段は、求めた操作力に応じた速度で昇降手段を作動させるものであることを特徴とする請求項1〜23のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項26

制御手段は、求めた操作力に応じた加速度で昇降手段を作動させるものであることを特徴とする請求項1〜23のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

請求項27

制御手段は求めた操作力が所定範囲内の微小値である時、昇降手段に出力する指令値をゼロとすることを特徴とする請求項24〜26のいずれかの項に記載のパワーアシスト付き昇降移載装置。

技術分野

0001

本発明は重量のある対象物昇降させて移載を行う昇降移載装置、殊にパワーアシスト付き昇降移載装置に関するものである。

背景技術

0002

重量のある対象物を昇降させて移載を行う昇降移載装置として、クレーン介護リフトがあるが、従来のこの種の昇降移載装置は、ウインチを利用して該ウインチをペンダントスイッチオンオフによって巻き上げや巻き下げの動作を行わせるものであった。

0003

このようなスイッチを使用したものでは、昇降速度の調整ができなかったり困難であったりし、対象物を着床させる時に衝撃が加わって対象物を痛めてしまう虞がある。また、ウインチから吊り下げられているペンダントスイッチは、巻き上げワイヤベルト)に絡んでしまうことがある。

0004

介護リフトとしては、特公平3−41181号公報に手動駆動によるねじジャッキ型の昇降手段を備えたものが開示されているが、操作者の負担を軽減するためにねじジャッキ型昇降手段の動力源として電動機を用いる場合、その操作をスイッチで行うかぎり、前記従来例と同様の問題を備えている。

0005

このような問題点を解決することができるものとして、対象物を吊り下げた状態で対象物の見かけ上の重量をゼロとする無重力ホイストや、対象物の昇降動作をパワーアシストで行えるようにしたものが、特公昭57−59199号公報、特公平7−4749号公報、特開平5−310396号に提供されている。

0006

このような無重力ホイストやパワーアシスト付き昇降装置においては、対象物を床から完全に離した状態においては、対象物を吊り下げた状態を保つのに必要な力から対象物の重量を検出して、吊り力と対象物重量とを平衡させたり、いったん検出した対象物重量と吊り力との差から操作者が対象物に加えた操作力を求めてパワーアシストを行ったりすることができ、対象物をスムーズに且つ楽に昇降させることができる。

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、上記重力ホイストやパワーアシスト付き昇降装置では、対象物全体または一部が床に接地しているために吊り力から対象物重量を求めることができない時、吊り力と対象物重量とを平衡させたり、いったん検出した対象物重量と吊り力との差から操作者が対象物に加えた操作力を求めてパワーアシストを行うということができないために、対象物を離床させたり着床させたりする場合には、別途スイッチや操作レバーの操作によって強制的な上昇動作もしくは下降動作を行わせるものとなっており、対象物を離床させる、宙に浮かせた状態で上下動させる、対象物を着床させるという本来ならば一連の動作を、複数の異なる操作を順に行わなくてはならず、使い勝手という点できわめて悪い。

0008

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは操作者にかかる負担が小さい上に操作者の思い通りの昇降動作を離着床時も含めて行わせることができるパワーアシスト付き昇降移載装置を提供するにある。

課題を解決するための手段

0009

しかして本発明は、対象物を昇降させる動力駆動型の昇降手段と、対象物の吊り力を検出する検出手段と、検出した吊り力をもとに操作者が対象物に加えた操作力を対象物の離着床時を含めて求める操作力演算手段と、求めた操作力に応じて上記昇降手段を作動させる制御手段とからなることに特徴を有している。対象物を昇降させることについて、離着床時も含めて操作者が加えた力に対応したパワーアシストがなされるようにしたものである。

0010

水平移動手段を備えたものとするのも好ましく、この場合、水平移動手段は昇降手段が設置された動力駆動型の台車とし、昇降手段に設けた対象物吊り下げ保持用のベルトに水平方向に作用する力を検出する検出手段を設け、該検出手段で検出した水平方向の力に応じて前記制御手段は水平移動手段を作動させるものとしても、つまりは水平方向移動についてもパワーアシストがなされるようにしてもよい。

0011

操作者が対象物に触れていることを検出する操作検出手段を備え、制御手段は該操作検出手段の出力をもとに操作中か否かを判断しているものとするのも好ましい。

0012

吊り力を全く検出することができない状態の時のために、昇降手段を強制作動させるスイッチを設けることも好ましい。

0013

昇降手段としては、ウインチやアームを上下させるリニアアクチュエータを好適に用いることができる。

0014

操作力演算手段は、対象物が宙に浮いている時点の対象物の重量を基準に操作力を求めるものとすることができる。この場合、対象物が宙に浮いている時点の吊り力の変動が所定時間、略ゼロである時、この時の吊り力を対象物の重量と判断すればよい。

0015

操作力演算手段は、対象物重量と床からの反力との差をもとに操作力を演算するものであってもよく、この場合、対象物の位置を検出する検出手段を備えたものとし、この検出位置をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定したり、対象物の速度を検出する検出手段を備えたものとし、この検出速度をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定したりすればよい。

0016

操作力が加えられる部分よりも対象物側の部分に作用する荷重を検出する検出手段を備えて、操作力演算手段は該検出手段で検出した荷重と吊り力との差から操作力を求めるものであってもよい。

0017

この時、対象物の動き出しは吊り力の変化量を操作力として上昇させ、その上昇動作中の吊り力変化から対象物荷重の変化を推定し、吊り力と推定値との差分を操作量とすることができる。

0018

また、対象物が着床している状態から対象物の位置が高くなる、あるいは速度が上向きの時、吊り力の変化が略ゼロであれば、対象物が宙吊りになったと判断することができる。

0019

さらに、対象物が宙吊りになった時の吊り力と推定操作力から対象物の重量を推定することができる。

0020

対象物が宙吊り状態から対象物の位置が低くなる、あるいは速度が下向きの時、前記吊り力の変化が対象物の重量から推測した所定範囲内の時、着床中であると判断すればよく、この場合、対象物が着床中である時、吊り力と対象物の下降速度に基づいて、対象物の重量から床からの反力を引いた値を推定し、該推定値が略ゼロである時に着床が完了したと判断すればよい。

0021

対象物の吊り力を検出する検出手段としては、昇降手段を固定している部材の変形量を検知するもの、昇降手段を固定している部材を受けるための支持力を検知するもの、昇降手段の駆動トルクを検知するもの、対象物を吊り下げているベルトの張力方向と直交する方向のベルトの変位量を検知するもの、昇降手段と対象物との間に配した脱着部の変形量を検知するものなどを好適に用いることができる。

0022

そして、制御手段は、求めた操作力に応じた駆動力を昇降手段に発揮させるものとするほか、求めた操作力に応じた速度で昇降手段を作動させるものとしたり、求めた操作力に応じた加速度で昇降手段を作動させるものとすることができ、いずれの場合にも、求めた操作力が所定範囲内の微小値である時、昇降手段に出力する指令値をゼロとすることが好ましい。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下本発明を実施の形態に基づいて詳述すると、図1は一例を示すもので、天井面からばね10によって吊り下げ支持したプレート11にアーム12の一端を回動自在に連結するとともに該アーム12を上下に回動駆動するモータ13を取り付けている。そしてアーム12の先端からはベルト3を吊り下げている。一方、天井面にはプレート11の位置(天井面からプレート11までの距離)を検出することで上記ばね10の変位量を測定するセンサー14を配している。

0024

ベルト3に重量のある対象物2を吊り下げ、モータ13の駆動でアーム12を動かすことにより、対象物2を昇降させるのであるが、この時、上記ばね10の伸びをセンサー14で検出することで、吊り力F(対象物2の荷重と操作者が加えた操作力との和)を測定することができる。

0025

昇降させる対象である対象物2の質量がMである時、対象物2が完全に離床している状態では、上記吊り力Fから荷重Mg(gは重力加速度)を引いた値fが操作力となる(厳密には対象物2の加速度をαとすると慣性力Mαをさらに引いたものが操作力となるが、αは微小であるとして無視する)。

0026

昇降のためのモータ13の駆動は、検出した上記操作力fにゲインAを掛けたAfの電流をモータ13に流すようにモータドライバ15へ指令を送ることで行う。なお、操作力fの符号によって電流の向きが変わる。対象物2を持ち上げる操作方向を正方向とすれば、電流の正方向は対象物2を上昇させる向きとなる。図中16は上記制御を行う制御回路4を納めた制御ボックスである。

0027

図2は昇降手段として、モータ13で駆動されるウインチ17を用いたものを示している。ベルト3の長さ次第で昇降ストロークを容易に変更することができる。

0028

図3に他例を示す。これはモータ13で駆動されるウインチ17を昇降手段としているとともに、該ウインチはレール21に沿って水平移動する台車22上に設置している。また、図示例では、台車22を走行させるためのモータ23も備えたものとしている。図中220は車輪である。

0029

そして、図4にも示すように、ここでは吊り力Fの検出用センサ14に加えて、台車22に左右一対のばね24,24で支持したベルトガイド25を設けて、該ベルトガイド25にベルト3を通しているとともに、ベルトガイド25の水平方向位置を検出するセンサ26を設けている。

0030

対象物2を吊り下げた状態で対象物2にレール21に沿った方向の水平方向の力を与えれば、ベルトガイド25がばね24を撓ませて移動するが、このばね24の撓み量をセンサ26で検出し、検出した水平方向の操作力fhに所定の定数Ahを掛けた値を上記モータ23のモータ電流とする駆動指令を制御回路4が出力することで、対象物2を吊り下げた状態での水平方向移動についてもパワーアシストを行うことができるものとなっている。

0031

昇降手段としては、このほか、図5に示すように、回転ジョイント27で支柱28に連結されたアーム29を、一端が支柱28に軸着され且つ他端がアーム29に軸着されているリニアアクチュエータ30の伸縮によって上下動させるものや、図6に示すように、鉛直方向に伸縮するリニアアクチュエータ30の上端にアーム29を固定したものなども好適に用いることができる。また、ここではアーム29から力センサ31を介してベルト3を下げて力センサ3に働く引張力で吊り力Fを検出するようにしている。このような上下動するアーム29を用いる場合、長いベルト3を用いなくても対象物2を昇降させることができるために、対象物2に揺れが生じにくくなり、これに伴って吊り力の検出についての外乱を少なくすることができる。

0032

なお、対象物2の水平方向移動を行わせることができるようにすることについては、図7に示すように、キャスター33で行わせることができるようにしたものや、図5に示す支柱28を鉛直軸回りに回転させることができるようにすることで行ってもよい。

0033

介護リフトとして用いる場合は、安全性の向上という点から、図8に示すように、操作者が操作を行っているかどうかを検出するセンサ8を設けて、制御回路4はセンサ8の出力をもとに操作中か否かを判断し、操作中であると判断した時のみ、パワーアシストを行うことが好ましい。操作者に操作する意志が無い場合の誤動作を防ぐことができる。この場合のセンサ8としては、スリング35に取付け感圧式のものを好適に用いることができ、特にスリング35に対して面状ファスナーなどによって着脱自在として、スリング35への取付け場所を変更できるようにしておくとよい。取付け場所としては、操作者が操作に際して確実に触れたり握ったりするところがよいのはもちろんである。

0034

また、操作力を検出して昇降させる場合、図9に示すように、ベルト3が弛んで接地している時など、昇降させることができないことになる。このために、昇降手段を強制作動させるスイッチ39を設けて、該スイッチ39による昇降手段の動作が優先するようにしておくとよい。ただし、所定の吊り力Fが検出されたならば、スイッチ39が押されたいても昇降動作をオフとするようにしておくのが好ましい。

0035

ところで、操作力fは前述のように対象物2が宙に浮いている時点の対象物2の重量を吊り力Fから引くことによって図10に示すように求めているわけであるが、対象物2の質量Mが不明であっても、次のように推定して操作力fの演算を行うことができる。

0036

すなわち、吊り力Fが図11に示すように変化する時、所定の時間t0内の吊り力Fの変動量が所定量W0より小さい時、その時の吊り力Fを対象物2の重量Mgだと判断すればよい。図12はこの判断についてのフローチャートを示している。検出した吊り力は一定時間t0だけ記憶するものとし、この時間t0内の吊り力Fの最大値最小値の差ΔFを算出して、この値ΔFが所定量W0より小さい時、この時の吊り力Fを対象物2の重量Mgと判断する。なお、図示例のフローでは、判断時t1の吊り力Fを対象物2の重量Mgとしているが、t0時間内の吊り力Fの平均値を対象物2の重量Mgとすれば、さらに精度良く対象物2の重量を求めることができる。なお、一定周期でこの重量推定動作を繰り返すものとする。

0037

離着床時の操作力fは、次のようにすることで求めることができる。つまり、図13に示すように、吊り力(張力)Fと、対象物2の重量Mgと、床からの反力Rと、操作力fとは、
F=Mg−R−f
の関係にあり、従って
F+f=Mg−R
であり、Mg−Rの値、つまり対象物2の重量Mgと床から対象物2に働く反力Rとの差を検出する手段を設けることで、操作力fは
f=Mg−R−F
として求めることができる。

0038

具体的には、床からの反力Rは、対象物2の形状や床の状態が一定であれば、減り込み量によって決まるために高さxの関数R(x)となることから、図に示すように、モータ13にエンコーダアブソリュートエンコーダ)40を設けて高さ(位置)xを検出すれば、Mg−R(x)を推定することができ、これに伴って操作力fを求めることができる。

0039

位置xの変化量である速度Vnから、対象物2の重量Mgと床からの反力Rとの差の変化を予測するようにしてもよい。つまり、一定周期で制御を行っている時、ある時点の制御で張力Fn、操作力fn、(Mg−R(x))=Wn、速度Vn、その前の制御周期の夫々をFn-1、fn-1、Wn-1、Vn-1とすると、
Wn=Wn-1+B×Vn
と算出し、
f=Wn−Fn
と算出するのである。なお、Bは実験等で求めた所定の定数である。速度はモータ13に付設したタコジェネレータから求めたり、エンコーダ40のその制御周期の値と前周期の値の差から求めることができる。この場合、移載するための台やベッドの高さが変化しても問題が生じることがない。

0040

図14に示すように、操作力fが加えられる部分よりも対象物2側の部分に作用する荷重を検出する検出手段(たとえばロードセル)42を設けて、該検出手段42で検出した荷重と吊り力Fとの差分から操作力fを求めるようにしてもよい。検出手段42で検出できる荷重をwとすると、吊り力Fは荷重wよりも操作力f(上向きを正とする)だけ小さくなるために、
f=F−w
で求めることができる。なお、w=Mg−Rであり、検出手段で検出される荷重wは、対象物2の重量Mgから、床からの反力Rを引いた値である。

0041

対象物の動き出しは吊り力Fの変化量を操作力fとして上昇させ、その上昇動作中の吊り力F変化から荷重wの変化を推定し、吊り力Fと該推定値wとの差分を操作量fとしてもよい。図15及び図16に示すように、ある張力(吊り力)が働いた状態で静止している時点から上向きの操作力を加えれば、張力は加えられた操作力の分だけ小さくなる。この時点では最初の一定張力(変動量が小さいこと等から判断する)からの変動量を操作力fとして、その操作力fに合わせて上昇させる。駆動指令を与えた直後の微小時間内は操作力判断を行わずに駆動を続け、その時間内で前記Mg−Rの値の時間的推移を予測する。単純な予測としては、図15中のC区間の傾きを前記操作力f分だけオフセットさせたものでよく、予測値破線で示す。図15では、時刻txに操作力を大きくしたために推定値も途中から変化していることも示している。

0042

もっとも、上記のような制御を行った場合、完全に離床する瞬間に吊り力の上昇が無くなるため、上向きの操作力が無くなったと判断して停止してしまうことになる。これを解決するために、上昇動作中にも拘わらず吊り力の変動量が微小である時、完全に離床して宙吊りになったと判断して対象物の重量に対する変動量を操作量としてパワーアシスト制御すればよい。図17は位置と吊り力の関係を、図18はそのフローチャートを示しており、図17中のイが離床の瞬間である。

0043

そして、対象物が完全に離床したことを判断して、それ以降、対象物重量からの変動量を操作力としてパワーアシストするとき、対象物の重量が既にわかっている場合は問題はないが、わかっていない場合には、いったん上昇を中断させて操作力が入らない状態とし、その時の吊り力を対象物の重量として制御する等しなくてはならない。これを解決するには、完全に宙吊りになったと判断した時点で、その時点での操作力と推定している操作力fa(上向きを正)、その時点での吊り力Faとして、両者の和Fa+faを対象物の重量と判断して、それ以降、その重量からの変動量を操作力としてパワーアシスト制御すればよい。図19における破線は対象物が操作者と吊り力に働く予測荷重を示している。対象物の重量がわかっていなくても、着床状態から宙吊り状態の制御への切り換えを停止することなく行うことができる。

0044

逆に宙吊り状態から着床させる場合については、対象物が宙吊り状態から対象物の位置が低くなる、あるいは速度が下向きの時、前記吊り力の変化が対象物の重量から推測した所定範囲内の時、着床中であると判断すればよい。すなわち、降下動作中に対象物の一部が着床すると、操作力が一定であっても、床からの反力等で吊り力が減少するために、吊り力の対象物重量からの変動量だけで制御すると、対象物の一部が着床した時点でパワーアシストすることができなくなる。このために、既にわかっている対象物重量Mと現状の降下速度(位置の微分でも可)から、対象物重量−床からの反力の時間推移を予測する。

0045

今、対象物の一部が既に着床し、さらに着床量が増えている過程において、ある時点の制御周期での対象物重量−床からの反力をWn、速度をVn、前回の制御周期での夫々をWn-1、Vn-1とすると、ある時点のWnの値は
Wn=Wn-1−β×M×Vn
と算出する。βは実験等で得られた定数である。

0046

Wnを予測することができるために、吊り力Fと予測したWnの差分を操作力としてパワーアシスト制御する。

0047

対象物が完全に宙吊り状態で下降中の時は、吊り力の減少量が(β×M×Vn±Δf)の時、操作力が減ったのではなく、対象物の一部が着床したのだと判断し、下降を継続し、且つ上記のようにWnを算出すればよい。図20におけるロは着床の瞬間を、破線は対象物荷重の予測値Wを示す。

0048

対象物が着床中である時、吊り力と対象物の下降速度に基づいて、対象物の重量から床からの反力を引いた値を推定し、該推定値が略ゼロである時に着床が完了したと判断すればよい。下降中において、吊り力Fと降下速度V(位置の微分でもよい)から対象物重量−床からの反力の値であるWを推定することができるから、この推定したWの値が略ゼロ、つまりW<ΔF0(ΔF0は5kgf等の微小力)となる時、対象物が完全に着床したと判断して降下を完了させればよい。図21中のハが完全着床と判断した時点である。

0049

図22及び図23は、吊り力の検出手段の他例を示している。ここではウインチ17を固定した固定板50の変形量から吊り力を検出するものとしており、図23(a)では上記変形量を固定板50の固定端に配したひずみゲージ51で、図23(b)では変位計で検出している。吊り力の検出を簡単な構成で行うことができる。図中53は固定板を押し上げているばねである。

0050

昇降手段をレール21に配したものでは図24(a)に示すように、レール24そのもののたわみを検出するひずみゲージ51や、図24(b)に示すように、レール24を支持している柱55にかかる負荷を検出するひずみゲージ51や、柱55とレール24との間に介在させたサスペンション57の内部に配した変位計58で、支持力を検出するものとしている。いずれの場合もレール24の内部に検出部を配置しなくてもすむ。

0051

昇降手段がウインチ17である場合、図25(a)に示すように、駆動用のモータ13との間にトルク計59を取り付けて、巻き上げ駆動トルクでもって吊り力を検出するようにしてもよい。図25(b)に示すように、モータへの供給電流トルクとの比例関係を使用して駆動トルクを測定するようにしてもよい。この場合においても簡単に吊り力を検出することができる。

0052

このほか、図26に示すように、ベルト3の張力方向と直交する方向の変位量を検知するようにしても吊り力の検知を行うことができる。ばね60によって張力方向と直交する方向にベルト3を押圧するアイドラ61を設けて、該アイドラ61の位置を変位計62で計測したり、図27に示すように歪ゲージ63で計測するのである。高分解能で検出することができる。

0053

介護リフトの場合は、図28に示すようにベルト3に脱着部であるハンガー64を取付けることから、該ハンガー64に歪ゲージ63を取り付けて、対象物を吊り下げた時に生ずるハンガー64の歪から吊り力を検出したり、ハンガー64のスリング35取付け部分圧力センサ65を取り付けてもよい。検出部分脱着部分のみとなるために小型簡略化が可能である。

0054

以上の説明においては、図29にも示すように、検出した操作力fに対して駆動トルクを比例制御するものを示したが、図30に示すように、速度を制御するようにしてもよい。操作力fに比例した値を駆動源への指令値とするにあたり、駆動源(モータ13)の駆動速度をエンコーダ66でフィードバックし、その差分を駆動源への指令値とするのである。この場合は、対象物重量が変化しても同じ操作感で操作することができる。

0055

図31に示すように、求めた操作力fに応じた加速度で作動させるものとしてもよい。この場合においても、対象物重量が変化しても同じ操作感で操作することができるほか、速度制御の場合に比して、一定速度での駆動時の操作力はほぼゼロですむために、より自然な動作となる上に、モータの駆動が安定する。もっとも、乱暴な昇降操作に対する危険防止のために、加速度が所定値より大きくなる時は加速度が小さくなるように指令値を修正するようにしておくことが好ましい。

0056

また、トルク制御、速度制御、加速度制御のいずれの場合においても、求めた操作力fが所定範囲(不感帯U)内の微小値である時、図32に示すように、昇降手段に出力する指令値をゼロとしておく。モータ13駆動の安定化及びハンチング防止のためである。

発明の効果

0057

以上のように本発明においては、検出した吊り力をもとに操作者が対象物に加えた操作力を対象物の離着床時を含めて求める操作力演算手段と、求めた操作力に応じて上記昇降手段を作動させる制御手段とからなり、操作者が加えた力に対応したパワーアシストが離着床時にもなされるようにしていることから、対象物を昇降させることについて、昇降を指示するスイッチ無しで離着床時を含む一連の昇降動作を動力による補助を受けた状態で行えるものであり、特に介護リフトとして用いた場合、スイッチ操作ではなく、被介護者を抱えて操作することになり、被介護者にとって安心感のある昇降を行わせることができる。

0058

水平移動手段も備えたものとすれば、昇降だけでなく、離れた位置への移動も行うことができ、この場合、水平移動手段は昇降手段が設置された動力駆動型の台車とし、昇降手段に設けた対象物吊り下げ保持用のベルトに水平方向に作用する力を検出する検出手段を設け、該検出手段で検出した水平方向の力に応じて前記制御手段は水平移動手段を作動させるものとすれば、つまりは水平方向移動についてもパワーアシストがなされるようにすれば、水平移動も楽に行うことができる。

0059

操作者が対象物に触れていることを検出する操作検出手段を備え、制御手段は該操作検出手段の出力をもとに操作中か否かを判断しているものとするのも好ましい。操作者に操作の意志がない時に誤動作することがなくなる。

0060

昇降手段を強制作動させるスイッチを設ければ、吊り力を全く検出することができない状態での昇降動作も行わせることができる。

0061

昇降手段として、ウインチを用いた時には、昇降ストロークの変更が容易であり、また天井に設置することで高い位置での昇降が可能である。

0062

昇降手段としてアームを上下させるリニアアクチュエータを用いた時には、床等への設置で使用することができるほか、ウインチを利用したベルト吊り下げに比べて剛体で構成することができるために、揺れにくく、これに伴って吊り力や操作力の検出についての外乱を少なくすることができる。

0063

操作力演算手段は、対象物が宙に浮いている時点の対象物の重量を基準に操作力を求めるものとすることで、対象物が宙吊り状態にある時の操作力の推定を簡単に行うことができる。この場合、対象物が宙に浮いている時点の吊り力の変動が所定時間、略ゼロである時、この時の吊り力を対象物の重量と判断すればよく、対象物重量が予めわかっている必要がない。

0064

操作力演算手段が、対象物重量と床からの反力との差をもとに操作力を演算するものであれば、昇降中においても操作力を求めてパワーアシスト制御することができ、この場合、対象物の位置を検出する検出手段を備えたものとし、この検出位置をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定したり、対象物の速度を検出する検出手段を備えたものとし、この検出速度をもとに対象物重量と床からの反力との差を推定したりすることで、離着床時における操作力を簡便に推定してパワーアシスト制御することができ、殊に後者においては床面の高さを問うことがない。

0065

操作力が加えられる部分よりも対象物側の部分に作用する荷重を検出する検出手段を備えて、操作力演算手段は該検出手段で検出した荷重と吊り力との差から操作力を求めるものであれば、離着床時の操作力を直接的に検出することができる上に、操作力を加えるところが限定されてしまうこともない。

0066

離着床時の制御にあたっては、対象物の動き出しは吊り力の変化量を操作力として上昇させ、その上昇動作中の吊り力変化から対象物荷重の変化を推定し、吊り力と該推定値との差分を操作量とすることで、対象物や床状態に関係なく制御することができる。

0067

また、対象物が着床している状態から対象物の位置が高くなる、あるいは速度が上向きの時、吊り力の変化が略ゼロであれば、対象物が宙吊りになったと判断することで、着床状態から宙吊り状態の制御への切り換えを昇降動作の停止を伴うことなく行うことができる。

0068

さらに、対象物が宙吊りになった時の吊り力と推定操作力から対象物の重量を推定することで、対象物の重量がわかっていなくても、着床状態から宙吊り状態の制御への切り換えを昇降動作の停止を伴うことなく行うことができる。

0069

対象物が宙吊り状態から対象物の位置が低くなる、あるいは速度が下向きの時、前記吊り力の変化が対象物の重量から推測した所定範囲内の時、着床中であると判断すれば、宙吊り状態から着床状態の制御への切り換えを昇降動作の停止を伴うことなく行うことができる。この場合、対象物が着床中である時、吊り力と対象物の下降速度に基づいて、対象物の重量から床からの反力を引いた値を推定し、該推定値が略ゼロである時に着床が完了したと判断することで、下降し過ぎを防止することができる。

0070

対象物の吊り力を検出する検出手段としては、昇降手段を固定している部材の変形量を検知するもの、昇降手段を固定している部材を受けるための支持力を検知するもの、昇降手段の駆動トルクを検知するもの、対象物を吊り下げているベルトの張力方向と直交する方向のベルトの変位量を検知するもの、昇降手段と対象物との間に配した脱着部の変形量を検知するものなどを好適に用いることができる。

0071

そして、制御手段は、求めた操作力に応じた駆動力を昇降手段に発揮させるものとすることで、制御を簡単に行うことができる。求めた操作力に応じた速度で昇降手段を作動させるものとする時には、対象物重量が変化しても同じ操作感で操作が可能となる。さらに求めた操作力に応じた加速度で昇降手段を作動させるものとする時には、対象物重量が変化しても同じ操作感で操作が可能である上に、速度制御の場合に比して、一定速度での駆動時の操作力はほぼゼロですむために、より自然な動作となる上に、モータの駆動が安定する。

0072

いずれの場合にも、求めた操作力が所定範囲内の微小値である時、昇降手段に出力する指令値をゼロとすることが、モータ駆動の安定化及びハンチング防止の点で好ましい。

図面の簡単な説明

0073

図1本発明の実施の形態の一例のブロック図である。
図2同上の他例のブロック図である。
図3同上のさらに他例を示すもので、(a)は概略図、(b)は要部斜視図である。
図4(a)は同上の断面図、(b)は部分断面図である。
図5別の例のブロック図である。
図6さらに別の例のブロック図である。
図7異なる例の斜視図である。
図8他例を示すもので、(a)(b)は斜視図である。
図9さらに他例の斜視図である。
図10操作力推定についての説明図である。
図11対象物重量の推定についての説明図である。
図12同上のフローチャートである。
図13操作力推定についての他例の説明図である。
図14操作力推定についての更に他例の説明図である。
図15吊り力変化の推定についての説明図である。
図16同上のフローチャートである。
図17離床時の吊り力変化のタイムチャートである。
図18離床判断についてのフローチャートである。
図19離床時の吊り力変化と予測荷重についてのタイムチャートである。
図20着床時の吊り力変化についてのタイムチャートである。
図21着床時の吊り力と推定操作力の変化についてのタイムチャートである。
図22昇降手段の一例を示す破断斜視図である。
図23(a)(b)はそれぞれ吊り力検出手段の例を示す断面図である。
図24(a)(b)(c)はそれぞれ吊り力検出手段の例を示す斜視図である。
図25(a)は吊り力検出手段の別の例の断面図、(b)はトルク−電流相関図である。
図26(a)は吊り力検出手段の別の例の正面図、(b)は部分斜視図である。
図27同上の他例の部分斜視図である。
図28(a)(b)はハンガーを用いる場合の吊り力検出手段の例を示す斜視図である。
図29(a)はトルク制御についての説明図、(b)はトルク制御についてのタイムチャートである。
図30(a)は速度制御についての説明図、(b)はブロック図である。
図31(a)は加速度制御についての説明図、(b)はブロック図である。
図32不感帯についての説明図である。

--

0074

2対象物
3ベルト
13モータ
14 センサー

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