電気チェーンブロック及びその制御方法
【課題】中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時でもフローティング制御を円滑にかつ操作に対して応答よく行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供する。
【解決手段】巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。移動平均時間算出部１９は、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する。荷重検出部２０は、電気チェーンブロック１にかかる荷重を検出し、検出した荷重を移動平均時間中にサンプリングする。荷重平均値算出部２１は、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロック１にかかる荷重の平均値を算出する。巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、操作力に応じて巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ動作を制御する。
【解決手段】巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。移動平均時間算出部１９は、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する。荷重検出部２０は、電気チェーンブロック１にかかる荷重を検出し、検出した荷重を移動平均時間中にサンプリングする。荷重平均値算出部２１は、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロック１にかかる荷重の平均値を算出する。巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、操作力に応じて巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ動作を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロック及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを巻き上げ又は巻き下げるホイストとして、多角形ロードシーブによってチェーンを巻き上げ又は巻き下げる電気チェーンブロックや、胴巻によってロープを巻き上げ又は巻き下げるロープホイストが広く用いられている。
【０００３】
電気チェーンブロックは、チェーンを多角形ロードシーブによって巻き上げる際にチェーンをバケットに収納する。したがって、電気チェーンブロックは、ロープを胴巻に巻き取るロープホイストよりも本体を小さくすることができ、巻上げ位置が一定になるという利点を有する。
【０００４】
一般的なホイストは、押し釦にてモータの回転方向及び速度を操作し、ホイストに吊り下げられたワークを巻上げ又は巻下げる。一方、操作者がワークに手を添え、その操作力と方向によってワークを巻上げ又は巻下げるフローティング制御がある。
【０００５】
フローティング制御を行う場合、ホイストは、本体にかかる荷重を検出し、検出した荷重と、予めホイストに記憶されたワークの荷重との差分から、ワークに対する操作力を算出し、算出された操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する。
【０００６】
従来、操作力を正確に算出するために、本体にかかる荷重を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に関係ない一定の期間中に所定の間隔ごとに複数回検出し、検出された荷重の平均値を算出し、算出した荷重の平均値と、予めホイストに記憶されたワークの荷重との差分から、ワークに対する操作力を算出し、算出された操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御するホイストが提案されている（例えば、特許文献１）。このような荷重の平均値は、算出した荷重の変動周期が長い場合にはワークの荷重と操作力との和に相当するので、荷重の平均値とワークの荷重との差分を算出することによって、操作力を正確に算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１０３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電気チェーンブロックは、多角形ロードシーブによってチェーンを巻き上げ又は巻き下げしているので、チェーンの巻上げ又は巻下げ速度が短い周期で変動する。このようにチェーンの巻上げ又は巻下げ速度が周期的に変動することによって、電気チェーンブロックの本体も振動し、検出される電気チェーンブロックの荷重もそれに応じて周期的に変動する。
【０００９】
このような検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期は、チェーンブロックの巻上げ又は巻下げ速度が速くなるに従って短くなる。したがって、短い時間間隔で荷重変動するために算出された操作力も変動し、安定制御が難しくなる。よって、制御を安定させるために検出荷重を平滑化する処理が必要となる。この平滑化処理は、平滑化データ数（時間）を多く（長く）するに従って制御が安定するが、応答性が犠牲になる特性がある。これは、巻上げ又は巻下げ速度が大きくなるほど顕著な問題となる。
【００１０】
例えば、検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期が比較的長い低速度（２〜３ｍ／分）の巻上げ又は巻下げの場合には、制御が安定するが、検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期が比較的短い中速度（４〜５ｍ／分）及び高速度（１０ｍ／分）の巻上げ又は巻下げの場合には、安定した操作力を検出するのが困難になる。したがって、電気チェーンブロックにおいて、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時に操作力を正確に算出すること、すなわち、フローティング制御を円滑に行うのが困難になる。
【００１１】
本発明の目的は、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時でもフローティング制御を円滑にかつ操作に対して応答性よく行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するために、本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックであって、チェーンに取り付けられるワークの荷重を予め記憶する記憶部と、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出部と、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出部と、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、移動平均時間中に移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出部と、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出部と、ワークの荷重と荷重平均値との差分からワークに対する操作力を算出する操作力算出部と、操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御部と、を有することを特徴とする電気チェーンブロックを提供する。
【００１３】
かかる電気チェーンブロックにおいて、移動平均時間算出部は、移動平均時間を、多角形ロードシーブがチェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけチェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定するのが好ましい。
【００１４】
かかる電気チェーンブロックにおいて、移動平均時間算出部は、巻上下電動機の停止時には、移動平均時間を、予め設定された時間に設定し、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度に到達すると、移動平均時間を、多角形ロードシーブがチェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけチェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定するのが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックを制御装置によって制御する方法であって、制御装置が、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出ステップと、制御装置が、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出ステップと、制御装置が、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、移動平均時間中に移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出ステップと、制御装置が、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出ステップと、制御装置が、予め記憶されたワークの荷重と荷重の平均値との差分からワークに対する操作力を算出する操作力算出ステップと、制御装置が、操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御ステップと、を有することを特徴とする方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、サンプリングした荷重を移動平均処理するための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出しているので、移動平均時間を、巻上げ又は巻下げ速度に対応する荷重の変動周期に応じて算出することができる。このような変動周期に応じて設定された移動平均時間中に、サンプリングされた荷重の平均値を算出することによって、検出される荷重の変動周期が短い場合でも、ワークの荷重と操作力との和に相当する荷重の平均値を算出することができ、その結果、正確な操作力を短時間で検出することができる。したがって、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時でも、安定し、かつ、応答性のよいフローティング制御を円滑に行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による電気チェーンブロックを有するシステムの正面図である。
【図２】本発明による電気チェーンブロックを有するシステムのブロック図である。
【図３】本発明による電気チェーンブロックの動作のフローチャートである。
【図４】多角形ロードシーブによるチェーンの巻上げによる荷重芯の変動を説明するための模式図である。
【図５】電気チェーンブロックの低速度の巻上げ速度の変動を示すグラフである。
【図６】従来の電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。
【図７】本発明による電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による電気チェーンブロック及びその制御方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明による電気チェーンブロックを有するシステムの正面図である。図１に示すシステムにおいて、電気チェーンブロック１の吊り掛け部位２付近には、ロードセル３が取り付けられる。ロードセル３によって検出された電気チェーンブロック１にかかる荷重を表すロードセル出力信号は、配線（図示せず）を通じて電気チェーンブロック１の制御装置４に供給される。
【００１９】
また、電気チェーンブロック１の側部には、高速度又は低速度での矢印ａ方向の巻上げ又は矢印ｂ方向の巻下げを行う巻上下電動機５の回転を回転パルス信号として出力するエンコーダ６が巻上下電動機５の回転軸に取り付けられ、回転パルス信号は、配線（図示せず）を通じて電気チェーンブロック１の制御装置４に供給される。
【００２０】
図２は、本発明による電気チェーンブロックを有するシステムのブロック図である。図２において、電気チェーンブロック１は、電源７から電力が供給される。また、電気チェーンブロック１には、操作部８の操作やエンコーダ６から入力される回転パルス信号に応じて電気チェーンブロック１の各種動作を制御する制御装置４と、制御装置４によって演算された演算値、ロードセル３によって検出された荷重の値、操作部８によって入力されたワーク９の荷重等を記憶する記憶部としてのＲＡＭ１０とが設けられている。
【００２１】
電気チェーンブロック１は、巻上下電動機４の他に、巻上下電動機４を制動するブレーキ１１と、巻上下電動機４で発生したトルクを増幅する減速機１２と、ワーク９を取り付け可能なフック１３と、縦リンク１４ａ及び横リンク１４ｂが交互に連接し、一端にフック１３が接続されたチェーン１４と、トルク増幅した減速機１２でチェーン１４を巻上げ又は巻下げる多角形ロードシーブ１５と、巻上下電動機４に三相交流モータ電流を供給するインバータ制御回路１６と、を有する。
【００２２】
操作部８は、巻上げ用と巻下げ用の二つの押し釦がある。これらの押し釦はそれぞれ、２段押し込み式のスイッチになっており、１段押し込みで低速操作を行い、２段押し込みで高速操作を行う。例えば、操作部８は、位置決め時には低速操作を行い、巻上げ又は巻下げ距離が長い場合には高速操作を行う。
【００２３】
２段押し込み式のスイッチを用いる場合、巻上げ釦を１段押し込むと、低速巻上げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻上げ釦を２段まで押し込むと、高速巻上げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻下げ釦を１段押し込むと、低速巻下げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻下げ釦を２段まで押し込むと、高速巻下げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力される。
【００２４】
さらに、操作部８は、通常制御とフローティング制御との間の制御の切替を行うボタンや、ワーク９の荷重を予めＲＡＭ１０に記憶するためのテンキー等のキーも有する。
【００２５】
制御装置４は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を内蔵した基板によって構成され、操作部８から出力される操作信号及びエンコーダ６から出力されるパルス出力信号に従って巻上下電動機５及びブレーキ１１の動作を制御するために、不揮発性ＲＯＭ（図示せず）に格納された各種プログラムを実行する。このために、制御装置４は、制御切替部１７と、巻上げ又は巻下げ検出部１８と、移動平均時間算出部１９と、荷重検出部２０と、荷重平均値算出部２１と、操作力算出部２２と、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３と、スイッチ２４と、を有する。
【００２６】
制御切替部１７は、操作部８の操作に応じて通常操作とフローティング操作との間の切替を行うために、スイッチ２４をオン又はオフにする。すなわち、制御切替部１７は、通常操作の時にはスイッチ２４をオフにし、フローティング操作の時にはスイッチ２４をオンにする。
【００２７】
巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、エンコーダ６から回転パルス信号が入力され、回転パルス信号を計数することによって巻上下電動機５の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。移動平均時間算出部１９は、巻上下電動機５の巻上げ又は巻下げ速度を表す信号が巻上げ又は巻下げ速度検出部１８から入力され、後述するロードセルサンプリングデータの平滑化処理を巻上げ又は巻下げ速度に基づいて行うために、ロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間（移動平均時間）ｔを、算出する。
【００２８】
荷重検出部２０は、アンプ２５によって増幅されたロードセル出力信号が入力され、電気チェーンブロック１にかかる荷重を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、サンプリングした荷重に対応するロードセルサンプリングデータを、サンプリング順にＲＡＭ１０に書き込む。このサンプリング間隔は、移動平均時間算出部１９によって算出された時間ｔより十分短い時間とする。
【００２９】
荷重平均値算出部２１は、ＲＡＭ１０に記憶されたデータのうち、現時刻から移動平均時間算出部１９によって算出された時間ｔだけさかのぼったロードセルサンプリングデータを平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する。操作力算出部２２は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出すとともに、荷重の平均値を表す信号が荷重平均値算出部２１から入力される。そして、操作力算出部２２は、荷重の平均値からワーク９の荷重を減算することによって操作力を算出し、操作力に対してＰＩＤ制御のような比例制御を行い、操作力に比例した力を算出する。
【００３０】
巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、フローティング制御時には、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出すとともに、操作力に比例した力を表す信号が操作力算出部２２から入力される。そして、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、ワーク９の荷重と操作力に比例した力とを加算したものをトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力する。その後、インバータ制御回路１６は、トルク指令に基づいてモータ電流を生成し、モータ電流を巻上下電動機５に供給する。モータ電流が巻上下電動機５に供給されることによって、ワーク９を支えるトルク及び操作力に比例したトルクが巻上下電動機５に発生し、巻上下電動機５が無段速制御される。
【００３１】
また、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、通常制御時には、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、ワーク９の荷重をトルク指令としてインバータ制御装置１６に出力する。その後、インバータ制御装置１６は、トルク指令に基づいてモータ電流を生成し、モータ電流を巻上下電動機４に供給する。モータ電流が巻上下電動機５に供給されることによって、ワーク９を支えるトルクに比例したトルクが発生し、巻上下電動機５が指定の押し釦操作に従った速度で制御される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、電源７の電圧を整流する整流器２６及びブレーキ１１と整流器２６との間の接続及び切り離しを行う接点２７を介して電源７の電力がブレーキ１１に供給される。接点２７の接続及び切り離しは、操作部８による操作だけでなく制御装置４の制御によっても行われ、この場合、接点２７に近接されたコイル２７を励磁又は非励磁状態にする。
【００３３】
図３は、本発明による電気チェーンブロックの動作のフローチャートである。このフローは、制御装置８で実行されるプログラムによって制御され、ワーク９をフック１３に取り付けた後に実行される。
【００３４】
先ず、ステップＳ１において、操作部７の操作に応じてワーク９の荷重をＲＡＭ１０に記憶させる。操作部７から「荷重記憶」の指令がなく、かつ、ＲＡＭ１０１２荷重が記憶されている場合はステップＳに進む。次に、ステップＳ２において、制御切替部１７は、通常制御とフローティング制御のいずれが操作部７によって選択されているか判断する。通常制御が選択されている場合、制御切替部１７は、通常制御を行うためにスイッチ２４をオフにし、ステップＳ３において、操作部７による押し釦信号を生成し、ステップＳ４において、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、操作部７による押し釦信号に従って、ワークの荷重をトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力し、本ルーチンを終了する。それに対し、フローティング制御が選択されている場合、制御切替部１７は、フローティング制御を行うためにスイッチ２４をオンにし、その後、ステップＳ５において、巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。その後、ステップＳ６において、移動平均時間算出部１９は、巻上げ又は巻下げ速度に基づいて、ロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間ｔを算出する。算出される時間ｔは、巻上下電動機６の動作時には、電気チェーンブロック１にかかる荷重の変動周期と同一である。なお、電気チェーンブロック１にかかる荷重の変動周期は、巻上下電動機６の巻上げ又は巻下げ速度の変動周期Ｔに一致する。
【００３５】
図４は、多角形ロードシーブによるチェーンの巻上げによる荷重芯の変動を説明するための模式図であり、図５は、電気チェーンブロックの低速度の巻上げ速度の変動を示すグラフである。図４において、チェーン１４は多角形ローブ１５により矢印Ｒ方向に巻き上げられるものとし、チェーン１４の縦リンク１４ａ及びそれに連接する横リンク１４ｂの長さをそれぞれＬｃとし、これら縦リンク１４ａ及び連接する横リンク１４ｂの対の長さを２Ｌｃ＝Ｌとする。図４の多角形ロードシーブは角数５と呼び、１周５対のチェーンが巻き付けられる形状となっている。
【００３６】
図４Ａは、チェーン１４の中心位置である荷重芯Ｘ１が多角形ロードシーブ１５の回転軸芯に最も近づいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントａの座標に対応する。図４Ｂは、多角形ロードシーブ１５が図４Ａの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１４の中心位置である荷重芯Ｘ２が多角形ロードシーブ１５の回転軸芯から最も遠のいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントｂの座標に対応する。図４Ｃは、多角形ロードシーブ１４が図４Ｂの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１４の側面と多角形ロードシーブ１５の側面が垂直になった状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントＣの座標に対応する。図４Ｄは、多角形ロードシーブ１４が図４Ｃの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１７の中心位置である荷重芯Ｘ２が多角形ロードシーブ１４の回転軸芯から再び最も遠のいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントｄの座標に対応する。図４Ｄの状態から矢印Ｒ方向に更に回転すると、図４Ａの状態に戻り、この状態は図５のポイントｅの座標に対応する。ポイントａからポイントｅまで遷移する時間が巻上下電動機６の巻上げ又は巻下げ速度の変動の１周期（Ｔ）となり、この１周期の間に多角形ロードシーブ１５は矢印Ｒ方向に３６０°／Ｋ（Ｋを多角形ロードシーブの角数とし、図４の場合、Ｋ＝５で７２°）回転する。
【００３７】
図４Ａの状態から図４Ｂの状態になり、その後に図４Ｃの状態になるまで、チェーン１４はＬｃだけ巻き上げられる。さらに、図４Ｃの状態から図４Ｄの状態になり、その後に図４Ａの状態になるまでの間にチェーン１４はＬｃ巻き上げられて合計２ＬｃすなわちＬだけ巻き上げられる。チェーン１４がＬだけ巻き上げられる間、電気チェーンブロック１にかかる荷重は、多角形ロードシーブ１５の回転中に荷重芯が幅Δの間で変動することによって、図５に示すように周期的に変動し、その変動周期は、チェーン１４がＬだけ巻き上げられるのに要する時間となる。
【００３８】
Ｓをシーブ回転数（ｒｐｍ）とした場合、Ｓは巻上下電動機５の回転数に比例する。したがって、移動平均時間算出部１９は、巻上げ又は巻下げ速度検出部１８で算出した巻上げ又は巻上げ速度からシーブ回転数Ｓを求めることにより、変動周期Ｔを求めることができる。
【００３９】
また、Ｆをモータ電流の出力周波数（Ｈｚ）とし、Ｐを巻上下電動機５を構成する三相誘導電動機の極数とし、Ｎを巻上下電動機４の回転数（ｒｐｍ）とし、Ｍを電気チェーンブロック１の減速比とした場合、三相誘導電動機のすべりを無視すると、Ｎ＝１２０＊Ｆ／Ｐ及びＴ＝６０／Ｓ／Ｋの関係が成立し、Ｔ＝Ｐ／（２＊Ｆ＊Ｍ＊Ｋ）の関係も成立するので、インバータ制御装置１６の出力周波数Ｆからも変動周期Ｔを求めることができる。
【００４０】
期間Ｔは、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に対応する巻上下電動機４の回転数Ｎに応じて変更される。例えば、Ｐ＝４，Ｍ＝０．０６，Ｋ＝５とした場合、高速度の巻上げ（Ｎ＝１８００）に対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときには、Ｔ＝０．１１５（秒）となり、低速度の巻上げ（Ｎ＝２４０）に対応するＦ＝８（Ｈｚ）のときには、Ｔ＝０．８６７（秒）となる。
【００４１】
荷重検出部２０は、電気チェーンブロック１にかかる荷重を、時間ｔより短いサンプリング間隔でサンプリングし、サンプリングした荷重に対応するロードセルサンプリングデータを、ＲＡＭ１０に書き込む。例えば、１０ミリ秒ごとにサンプリングする場合、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときには、電気チェーンブロック１にかかる荷重が（０．１１５／０．０１０＝１１．５）１１〜１２回サンプリングされ、低速度の巻上げに対応するＦ＝８（Ｈｚ）のときには、電気チェーンブロック１にかかる荷重が（０．８６７／０．０１０＝８６．７）８６〜８７回サンプリングされる。後述のステップＳ７において、時間ｔの代わりにこれらの速度ごとのサンプリング数をＲＡＭ１０から呼び出す数（高速時１２回、低速時８７回）に用いるようにすると、制御が簡略化できて好ましい。
【００４２】
なお、巻上下電動機５の停止時には、移動平均時間算出部１９は、時間ｔを、予め設定された時間（例えば、２秒）に設定し、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ開始後に巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度（例えば、２ｍ／分）に到達すると、変動周期Ｔと同一にする。
【００４３】
ステップＳ６で時間ｔを算出した後、ステップＳ７において、荷重平均値算出部２１は、現時刻から時間ｔだけさかのぼった間に記録されたロードセルサンプリングデータをＲＡＭ１０から読み出し、読み出したロードセルサンプリングデータの総和を算出し、算出した総和をサンプリング数で除算することによって、荷重の平均値を算出（移動平均処理）する。そして、荷重平均値算出部２１は、荷重の平均値を表す信号を操作力算出部２２に出力する。
【００４４】
その後、ステップＳ８において、操作力算出部２２は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、荷重の平均値からワーク９の荷重を減算することによって操作力を算出し、操作力に対して比例制御を行い、操作力に比例した力を算出する。そして、操作力算出部２２は、操作力に比例した力を表す信号を巻上げ又は巻下げ動作制御部２３に出力する。
【００４５】
その後、ステップＳ９において、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、ワーク９の荷重と操作力に比例した力とを加算したものをトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力し、本ルーチンを終了する。本ルーチンは、サンプリング間隔以上の間隔であり、かつ、変動周期Ｔ以下の間隔（例えば、２０ミリ秒）で割込み処理するものとなっている。
【００４６】
本実施の形態によれば、ロードセルサンプリングデータの平滑化を行うためにロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間ｔを、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出しているので、時間ｔを、巻上げ又は巻下げ速度によって変化するロードシーブの多角形による影響で生じるチェーンブロックに掛かる荷重の変動周期に応じて算出することができる。現時刻からこの算出した時間ｔだけさかのぼったサンプリングデータの平均値を算出することによって、応答性を損なうことなくロードセル信号が平滑化される。これによって、速度が速く検出される荷重の変動周波数が大きい場合でも、電気チェーンブロック１にかかる荷重に含まれる変動成分が除去され、ワーク１２の荷重と操作力との和に相当する荷重を算出することができ、その結果、正確な操作力を算出することができる。したがって、軽い操作力であり、応答性がよく、かつ、安定したフローティング制御を行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することができる。
【００４７】
図６は、従来の電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。図６は、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときのロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示している。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、多角形ロードシーブによるチェーンの巻き上げ速度の変動周期を考慮しない（平滑化処理による）フローティング制御では、検出荷重が変動し、それに伴って出力周波数も変動することによって、チェーンの巻上げ速度が更に変動し、このような悪循環により円滑な制御ができていない。
【００４８】
図７は、本発明による電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。図７は、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときのロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示している。図７Ａにおいて、ロードセル出力を折線ｄで示すとともに、荷重平均値算出部２５により移動平均処理を行ったロードセル出力を折線ｅで示す。
【００４９】
図７Ａの折線ｅで示すように、ロードセル出力を移動平均処理することによってロードセルの出力を平滑化できていることが示され、図７Ａの折線ｄで示すように、従来の電気チェーンブロックのフローティング制御で発生した電気チェーンブロックの本体の激しい振動がなくなることによってロードセル出力の変動も小さく安定している。したがって、本発明による電気チェーンブロックの制御により円滑な平滑化処理が行われていることがわかる。このように円滑な平滑化処理が行われているのは、図７Ｂに示すように、モータ電流の出力周波数も円滑になっていることからもわかる。
【００５０】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、多角形ロードシーブが五角形の場合について説明したが、多角形ロードシーブを五角形以外の多角形とすることもできる。また、上記実施の形態において、無段速制御を行う場合について説明したが、多段速制御又は単速制御を行うこともできる。また、上記実施の形態において、高速又は低速巻上げ又は巻下げを行う場合について説明したが、中速巻上げ又は巻下げを行うこともできる。
【００５１】
また、上記実施の形態において、ロードセルを電気チェーンブロックの吊り掛け部位付近に配置した場合について説明したが、荷重を検知できればロードセルを任意の位置に配置することもできる。また、上記実施の形態において、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出するためにロードセルを用いたが、モータ電流からベクトル演算によって算出されるトルク電流を用いて電気チェーンブロックにかかる荷重を検出することもできる。さらに、上記実施の形態において、移動平均時間ｔを変動周期Ｔと同一にする場合について説明したが、変動周期Ｔの２倍、３倍等の整数倍とすることもできる。特に高速が上記実施の形態において説明した速度より速い場合には、低速域では移動平均時間ｔを変動周期Ｔの１倍とし、高速域では２倍以上の整数倍とすることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 電気チェーンブロック
２ 吊り掛け部位
３ ロードセル
４ 制御装置
５ 巻上下電動機
６ エンコーダ
７ 電源
８ 操作部
９ ワーク
１０ ＲＡＭ
１１ ブレーキ
１２ 減速機
１３ フック
１４ チェーン
１４ａ 縦リンク
１４ｂ 横リンク
１５ 多角形ロードシーブ
１６ インバータ制御装置
１７ 制御切替部
１８ 巻上げ又は巻下げ速度検出部
１９ 移動平均時間算出部
２０ 荷重検出部
２１ 加重平均値算出部
２２ 操作力算出部
２３ 巻上げ又は巻下げ動作制御部
２４ スイッチ
２５ アンプ
２６ 整流器
２７ 接点
２８ コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロック及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを巻き上げ又は巻き下げるホイストとして、多角形ロードシーブによってチェーンを巻き上げ又は巻き下げる電気チェーンブロックや、胴巻によってロープを巻き上げ又は巻き下げるロープホイストが広く用いられている。
【０００３】
電気チェーンブロックは、チェーンを多角形ロードシーブによって巻き上げる際にチェーンをバケットに収納する。したがって、電気チェーンブロックは、ロープを胴巻に巻き取るロープホイストよりも本体を小さくすることができ、巻上げ位置が一定になるという利点を有する。
【０００４】
一般的なホイストは、押し釦にてモータの回転方向及び速度を操作し、ホイストに吊り下げられたワークを巻上げ又は巻下げる。一方、操作者がワークに手を添え、その操作力と方向によってワークを巻上げ又は巻下げるフローティング制御がある。
【０００５】
フローティング制御を行う場合、ホイストは、本体にかかる荷重を検出し、検出した荷重と、予めホイストに記憶されたワークの荷重との差分から、ワークに対する操作力を算出し、算出された操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する。
【０００６】
従来、操作力を正確に算出するために、本体にかかる荷重を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に関係ない一定の期間中に所定の間隔ごとに複数回検出し、検出された荷重の平均値を算出し、算出した荷重の平均値と、予めホイストに記憶されたワークの荷重との差分から、ワークに対する操作力を算出し、算出された操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御するホイストが提案されている（例えば、特許文献１）。このような荷重の平均値は、算出した荷重の変動周期が長い場合にはワークの荷重と操作力との和に相当するので、荷重の平均値とワークの荷重との差分を算出することによって、操作力を正確に算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１０３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電気チェーンブロックは、多角形ロードシーブによってチェーンを巻き上げ又は巻き下げしているので、チェーンの巻上げ又は巻下げ速度が短い周期で変動する。このようにチェーンの巻上げ又は巻下げ速度が周期的に変動することによって、電気チェーンブロックの本体も振動し、検出される電気チェーンブロックの荷重もそれに応じて周期的に変動する。
【０００９】
このような検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期は、チェーンブロックの巻上げ又は巻下げ速度が速くなるに従って短くなる。したがって、短い時間間隔で荷重変動するために算出された操作力も変動し、安定制御が難しくなる。よって、制御を安定させるために検出荷重を平滑化する処理が必要となる。この平滑化処理は、平滑化データ数（時間）を多く（長く）するに従って制御が安定するが、応答性が犠牲になる特性がある。これは、巻上げ又は巻下げ速度が大きくなるほど顕著な問題となる。
【００１０】
例えば、検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期が比較的長い低速度（２〜３ｍ／分）の巻上げ又は巻下げの場合には、制御が安定するが、検出される電気チェーンブロックの荷重の変動周期が比較的短い中速度（４〜５ｍ／分）及び高速度（１０ｍ／分）の巻上げ又は巻下げの場合には、安定した操作力を検出するのが困難になる。したがって、電気チェーンブロックにおいて、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時に操作力を正確に算出すること、すなわち、フローティング制御を円滑に行うのが困難になる。
【００１１】
本発明の目的は、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時でもフローティング制御を円滑にかつ操作に対して応答性よく行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するために、本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックであって、チェーンに取り付けられるワークの荷重を予め記憶する記憶部と、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出部と、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出部と、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、移動平均時間中に移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出部と、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出部と、ワークの荷重と荷重平均値との差分からワークに対する操作力を算出する操作力算出部と、操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御部と、を有することを特徴とする電気チェーンブロックを提供する。
【００１３】
かかる電気チェーンブロックにおいて、移動平均時間算出部は、移動平均時間を、多角形ロードシーブがチェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけチェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定するのが好ましい。
【００１４】
かかる電気チェーンブロックにおいて、移動平均時間算出部は、巻上下電動機の停止時には、移動平均時間を、予め設定された時間に設定し、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度に到達すると、移動平均時間を、多角形ロードシーブがチェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけチェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定するのが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動してチェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックを制御装置によって制御する方法であって、制御装置が、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出ステップと、制御装置が、移動平均処理を行うための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出ステップと、制御装置が、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、移動平均時間中に移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出ステップと、制御装置が、サンプリングした荷重を移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出ステップと、制御装置が、予め記憶されたワークの荷重と荷重の平均値との差分からワークに対する操作力を算出する操作力算出ステップと、制御装置が、操作力に応じて巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御ステップと、を有することを特徴とする方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、サンプリングした荷重を移動平均処理するための移動平均時間を、巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出しているので、移動平均時間を、巻上げ又は巻下げ速度に対応する荷重の変動周期に応じて算出することができる。このような変動周期に応じて設定された移動平均時間中に、サンプリングされた荷重の平均値を算出することによって、検出される荷重の変動周期が短い場合でも、ワークの荷重と操作力との和に相当する荷重の平均値を算出することができ、その結果、正確な操作力を短時間で検出することができる。したがって、中速度又は高速度の巻上げ又は巻下げ時でも、安定し、かつ、応答性のよいフローティング制御を円滑に行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による電気チェーンブロックを有するシステムの正面図である。
【図２】本発明による電気チェーンブロックを有するシステムのブロック図である。
【図３】本発明による電気チェーンブロックの動作のフローチャートである。
【図４】多角形ロードシーブによるチェーンの巻上げによる荷重芯の変動を説明するための模式図である。
【図５】電気チェーンブロックの低速度の巻上げ速度の変動を示すグラフである。
【図６】従来の電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。
【図７】本発明による電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による電気チェーンブロック及びその制御方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明による電気チェーンブロックを有するシステムの正面図である。図１に示すシステムにおいて、電気チェーンブロック１の吊り掛け部位２付近には、ロードセル３が取り付けられる。ロードセル３によって検出された電気チェーンブロック１にかかる荷重を表すロードセル出力信号は、配線（図示せず）を通じて電気チェーンブロック１の制御装置４に供給される。
【００１９】
また、電気チェーンブロック１の側部には、高速度又は低速度での矢印ａ方向の巻上げ又は矢印ｂ方向の巻下げを行う巻上下電動機５の回転を回転パルス信号として出力するエンコーダ６が巻上下電動機５の回転軸に取り付けられ、回転パルス信号は、配線（図示せず）を通じて電気チェーンブロック１の制御装置４に供給される。
【００２０】
図２は、本発明による電気チェーンブロックを有するシステムのブロック図である。図２において、電気チェーンブロック１は、電源７から電力が供給される。また、電気チェーンブロック１には、操作部８の操作やエンコーダ６から入力される回転パルス信号に応じて電気チェーンブロック１の各種動作を制御する制御装置４と、制御装置４によって演算された演算値、ロードセル３によって検出された荷重の値、操作部８によって入力されたワーク９の荷重等を記憶する記憶部としてのＲＡＭ１０とが設けられている。
【００２１】
電気チェーンブロック１は、巻上下電動機４の他に、巻上下電動機４を制動するブレーキ１１と、巻上下電動機４で発生したトルクを増幅する減速機１２と、ワーク９を取り付け可能なフック１３と、縦リンク１４ａ及び横リンク１４ｂが交互に連接し、一端にフック１３が接続されたチェーン１４と、トルク増幅した減速機１２でチェーン１４を巻上げ又は巻下げる多角形ロードシーブ１５と、巻上下電動機４に三相交流モータ電流を供給するインバータ制御回路１６と、を有する。
【００２２】
操作部８は、巻上げ用と巻下げ用の二つの押し釦がある。これらの押し釦はそれぞれ、２段押し込み式のスイッチになっており、１段押し込みで低速操作を行い、２段押し込みで高速操作を行う。例えば、操作部８は、位置決め時には低速操作を行い、巻上げ又は巻下げ距離が長い場合には高速操作を行う。
【００２３】
２段押し込み式のスイッチを用いる場合、巻上げ釦を１段押し込むと、低速巻上げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻上げ釦を２段まで押し込むと、高速巻上げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻下げ釦を１段押し込むと、低速巻下げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力され、巻下げ釦を２段まで押し込むと、高速巻下げ操作信号がインバータ制御回路１６に出力される。
【００２４】
さらに、操作部８は、通常制御とフローティング制御との間の制御の切替を行うボタンや、ワーク９の荷重を予めＲＡＭ１０に記憶するためのテンキー等のキーも有する。
【００２５】
制御装置４は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を内蔵した基板によって構成され、操作部８から出力される操作信号及びエンコーダ６から出力されるパルス出力信号に従って巻上下電動機５及びブレーキ１１の動作を制御するために、不揮発性ＲＯＭ（図示せず）に格納された各種プログラムを実行する。このために、制御装置４は、制御切替部１７と、巻上げ又は巻下げ検出部１８と、移動平均時間算出部１９と、荷重検出部２０と、荷重平均値算出部２１と、操作力算出部２２と、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３と、スイッチ２４と、を有する。
【００２６】
制御切替部１７は、操作部８の操作に応じて通常操作とフローティング操作との間の切替を行うために、スイッチ２４をオン又はオフにする。すなわち、制御切替部１７は、通常操作の時にはスイッチ２４をオフにし、フローティング操作の時にはスイッチ２４をオンにする。
【００２７】
巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、エンコーダ６から回転パルス信号が入力され、回転パルス信号を計数することによって巻上下電動機５の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。移動平均時間算出部１９は、巻上下電動機５の巻上げ又は巻下げ速度を表す信号が巻上げ又は巻下げ速度検出部１８から入力され、後述するロードセルサンプリングデータの平滑化処理を巻上げ又は巻下げ速度に基づいて行うために、ロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間（移動平均時間）ｔを、算出する。
【００２８】
荷重検出部２０は、アンプ２５によって増幅されたロードセル出力信号が入力され、電気チェーンブロック１にかかる荷重を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、サンプリングした荷重に対応するロードセルサンプリングデータを、サンプリング順にＲＡＭ１０に書き込む。このサンプリング間隔は、移動平均時間算出部１９によって算出された時間ｔより十分短い時間とする。
【００２９】
荷重平均値算出部２１は、ＲＡＭ１０に記憶されたデータのうち、現時刻から移動平均時間算出部１９によって算出された時間ｔだけさかのぼったロードセルサンプリングデータを平均化する移動平均処理を行うことによって、電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する。操作力算出部２２は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出すとともに、荷重の平均値を表す信号が荷重平均値算出部２１から入力される。そして、操作力算出部２２は、荷重の平均値からワーク９の荷重を減算することによって操作力を算出し、操作力に対してＰＩＤ制御のような比例制御を行い、操作力に比例した力を算出する。
【００３０】
巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、フローティング制御時には、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出すとともに、操作力に比例した力を表す信号が操作力算出部２２から入力される。そして、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、ワーク９の荷重と操作力に比例した力とを加算したものをトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力する。その後、インバータ制御回路１６は、トルク指令に基づいてモータ電流を生成し、モータ電流を巻上下電動機５に供給する。モータ電流が巻上下電動機５に供給されることによって、ワーク９を支えるトルク及び操作力に比例したトルクが巻上下電動機５に発生し、巻上下電動機５が無段速制御される。
【００３１】
また、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、通常制御時には、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、ワーク９の荷重をトルク指令としてインバータ制御装置１６に出力する。その後、インバータ制御装置１６は、トルク指令に基づいてモータ電流を生成し、モータ電流を巻上下電動機４に供給する。モータ電流が巻上下電動機５に供給されることによって、ワーク９を支えるトルクに比例したトルクが発生し、巻上下電動機５が指定の押し釦操作に従った速度で制御される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、電源７の電圧を整流する整流器２６及びブレーキ１１と整流器２６との間の接続及び切り離しを行う接点２７を介して電源７の電力がブレーキ１１に供給される。接点２７の接続及び切り離しは、操作部８による操作だけでなく制御装置４の制御によっても行われ、この場合、接点２７に近接されたコイル２７を励磁又は非励磁状態にする。
【００３３】
図３は、本発明による電気チェーンブロックの動作のフローチャートである。このフローは、制御装置８で実行されるプログラムによって制御され、ワーク９をフック１３に取り付けた後に実行される。
【００３４】
先ず、ステップＳ１において、操作部７の操作に応じてワーク９の荷重をＲＡＭ１０に記憶させる。操作部７から「荷重記憶」の指令がなく、かつ、ＲＡＭ１０１２荷重が記憶されている場合はステップＳに進む。次に、ステップＳ２において、制御切替部１７は、通常制御とフローティング制御のいずれが操作部７によって選択されているか判断する。通常制御が選択されている場合、制御切替部１７は、通常制御を行うためにスイッチ２４をオフにし、ステップＳ３において、操作部７による押し釦信号を生成し、ステップＳ４において、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、操作部７による押し釦信号に従って、ワークの荷重をトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力し、本ルーチンを終了する。それに対し、フローティング制御が選択されている場合、制御切替部１７は、フローティング制御を行うためにスイッチ２４をオンにし、その後、ステップＳ５において、巻上げ又は巻下げ速度検出部１８は、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度を検出する。その後、ステップＳ６において、移動平均時間算出部１９は、巻上げ又は巻下げ速度に基づいて、ロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間ｔを算出する。算出される時間ｔは、巻上下電動機６の動作時には、電気チェーンブロック１にかかる荷重の変動周期と同一である。なお、電気チェーンブロック１にかかる荷重の変動周期は、巻上下電動機６の巻上げ又は巻下げ速度の変動周期Ｔに一致する。
【００３５】
図４は、多角形ロードシーブによるチェーンの巻上げによる荷重芯の変動を説明するための模式図であり、図５は、電気チェーンブロックの低速度の巻上げ速度の変動を示すグラフである。図４において、チェーン１４は多角形ローブ１５により矢印Ｒ方向に巻き上げられるものとし、チェーン１４の縦リンク１４ａ及びそれに連接する横リンク１４ｂの長さをそれぞれＬｃとし、これら縦リンク１４ａ及び連接する横リンク１４ｂの対の長さを２Ｌｃ＝Ｌとする。図４の多角形ロードシーブは角数５と呼び、１周５対のチェーンが巻き付けられる形状となっている。
【００３６】
図４Ａは、チェーン１４の中心位置である荷重芯Ｘ１が多角形ロードシーブ１５の回転軸芯に最も近づいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントａの座標に対応する。図４Ｂは、多角形ロードシーブ１５が図４Ａの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１４の中心位置である荷重芯Ｘ２が多角形ロードシーブ１５の回転軸芯から最も遠のいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントｂの座標に対応する。図４Ｃは、多角形ロードシーブ１４が図４Ｂの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１４の側面と多角形ロードシーブ１５の側面が垂直になった状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントＣの座標に対応する。図４Ｄは、多角形ロードシーブ１４が図４Ｃの状態から矢印Ｒ方向に回転し、チェーン１７の中心位置である荷重芯Ｘ２が多角形ロードシーブ１４の回転軸芯から再び最も遠のいた状態を示し、この状態は、図５のグラフのポイントｄの座標に対応する。図４Ｄの状態から矢印Ｒ方向に更に回転すると、図４Ａの状態に戻り、この状態は図５のポイントｅの座標に対応する。ポイントａからポイントｅまで遷移する時間が巻上下電動機６の巻上げ又は巻下げ速度の変動の１周期（Ｔ）となり、この１周期の間に多角形ロードシーブ１５は矢印Ｒ方向に３６０°／Ｋ（Ｋを多角形ロードシーブの角数とし、図４の場合、Ｋ＝５で７２°）回転する。
【００３７】
図４Ａの状態から図４Ｂの状態になり、その後に図４Ｃの状態になるまで、チェーン１４はＬｃだけ巻き上げられる。さらに、図４Ｃの状態から図４Ｄの状態になり、その後に図４Ａの状態になるまでの間にチェーン１４はＬｃ巻き上げられて合計２ＬｃすなわちＬだけ巻き上げられる。チェーン１４がＬだけ巻き上げられる間、電気チェーンブロック１にかかる荷重は、多角形ロードシーブ１５の回転中に荷重芯が幅Δの間で変動することによって、図５に示すように周期的に変動し、その変動周期は、チェーン１４がＬだけ巻き上げられるのに要する時間となる。
【００３８】
Ｓをシーブ回転数（ｒｐｍ）とした場合、Ｓは巻上下電動機５の回転数に比例する。したがって、移動平均時間算出部１９は、巻上げ又は巻下げ速度検出部１８で算出した巻上げ又は巻上げ速度からシーブ回転数Ｓを求めることにより、変動周期Ｔを求めることができる。
【００３９】
また、Ｆをモータ電流の出力周波数（Ｈｚ）とし、Ｐを巻上下電動機５を構成する三相誘導電動機の極数とし、Ｎを巻上下電動機４の回転数（ｒｐｍ）とし、Ｍを電気チェーンブロック１の減速比とした場合、三相誘導電動機のすべりを無視すると、Ｎ＝１２０＊Ｆ／Ｐ及びＴ＝６０／Ｓ／Ｋの関係が成立し、Ｔ＝Ｐ／（２＊Ｆ＊Ｍ＊Ｋ）の関係も成立するので、インバータ制御装置１６の出力周波数Ｆからも変動周期Ｔを求めることができる。
【００４０】
期間Ｔは、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に対応する巻上下電動機４の回転数Ｎに応じて変更される。例えば、Ｐ＝４，Ｍ＝０．０６，Ｋ＝５とした場合、高速度の巻上げ（Ｎ＝１８００）に対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときには、Ｔ＝０．１１５（秒）となり、低速度の巻上げ（Ｎ＝２４０）に対応するＦ＝８（Ｈｚ）のときには、Ｔ＝０．８６７（秒）となる。
【００４１】
荷重検出部２０は、電気チェーンブロック１にかかる荷重を、時間ｔより短いサンプリング間隔でサンプリングし、サンプリングした荷重に対応するロードセルサンプリングデータを、ＲＡＭ１０に書き込む。例えば、１０ミリ秒ごとにサンプリングする場合、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときには、電気チェーンブロック１にかかる荷重が（０．１１５／０．０１０＝１１．５）１１〜１２回サンプリングされ、低速度の巻上げに対応するＦ＝８（Ｈｚ）のときには、電気チェーンブロック１にかかる荷重が（０．８６７／０．０１０＝８６．７）８６〜８７回サンプリングされる。後述のステップＳ７において、時間ｔの代わりにこれらの速度ごとのサンプリング数をＲＡＭ１０から呼び出す数（高速時１２回、低速時８７回）に用いるようにすると、制御が簡略化できて好ましい。
【００４２】
なお、巻上下電動機５の停止時には、移動平均時間算出部１９は、時間ｔを、予め設定された時間（例えば、２秒）に設定し、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ開始後に巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度（例えば、２ｍ／分）に到達すると、変動周期Ｔと同一にする。
【００４３】
ステップＳ６で時間ｔを算出した後、ステップＳ７において、荷重平均値算出部２１は、現時刻から時間ｔだけさかのぼった間に記録されたロードセルサンプリングデータをＲＡＭ１０から読み出し、読み出したロードセルサンプリングデータの総和を算出し、算出した総和をサンプリング数で除算することによって、荷重の平均値を算出（移動平均処理）する。そして、荷重平均値算出部２１は、荷重の平均値を表す信号を操作力算出部２２に出力する。
【００４４】
その後、ステップＳ８において、操作力算出部２２は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、荷重の平均値からワーク９の荷重を減算することによって操作力を算出し、操作力に対して比例制御を行い、操作力に比例した力を算出する。そして、操作力算出部２２は、操作力に比例した力を表す信号を巻上げ又は巻下げ動作制御部２３に出力する。
【００４５】
その後、ステップＳ９において、巻上げ又は巻下げ動作制御部２３は、ＲＡＭ１０からワーク９の荷重を読み出し、ワーク９の荷重と操作力に比例した力とを加算したものをトルク指令としてインバータ制御回路１６に出力し、本ルーチンを終了する。本ルーチンは、サンプリング間隔以上の間隔であり、かつ、変動周期Ｔ以下の間隔（例えば、２０ミリ秒）で割込み処理するものとなっている。
【００４６】
本実施の形態によれば、ロードセルサンプリングデータの平滑化を行うためにロードセルサンプリングデータの平均値をとる時間ｔを、巻上下電動機４の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出しているので、時間ｔを、巻上げ又は巻下げ速度によって変化するロードシーブの多角形による影響で生じるチェーンブロックに掛かる荷重の変動周期に応じて算出することができる。現時刻からこの算出した時間ｔだけさかのぼったサンプリングデータの平均値を算出することによって、応答性を損なうことなくロードセル信号が平滑化される。これによって、速度が速く検出される荷重の変動周波数が大きい場合でも、電気チェーンブロック１にかかる荷重に含まれる変動成分が除去され、ワーク１２の荷重と操作力との和に相当する荷重を算出することができ、その結果、正確な操作力を算出することができる。したがって、軽い操作力であり、応答性がよく、かつ、安定したフローティング制御を行うことができる電気チェーンブロック及びその制御方法を提供することができる。
【００４７】
図６は、従来の電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。図６は、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときのロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示している。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、多角形ロードシーブによるチェーンの巻き上げ速度の変動周期を考慮しない（平滑化処理による）フローティング制御では、検出荷重が変動し、それに伴って出力周波数も変動することによって、チェーンの巻上げ速度が更に変動し、このような悪循環により円滑な制御ができていない。
【００４８】
図７は、本発明による電気チェーンブロックの制御により得られるロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示すグラフである。図７は、高速度の巻上げに対応するＦ＝６０（Ｈｚ）のときのロードセル出力の変動及びモータ電流の出力周波数の変動を示している。図７Ａにおいて、ロードセル出力を折線ｄで示すとともに、荷重平均値算出部２５により移動平均処理を行ったロードセル出力を折線ｅで示す。
【００４９】
図７Ａの折線ｅで示すように、ロードセル出力を移動平均処理することによってロードセルの出力を平滑化できていることが示され、図７Ａの折線ｄで示すように、従来の電気チェーンブロックのフローティング制御で発生した電気チェーンブロックの本体の激しい振動がなくなることによってロードセル出力の変動も小さく安定している。したがって、本発明による電気チェーンブロックの制御により円滑な平滑化処理が行われていることがわかる。このように円滑な平滑化処理が行われているのは、図７Ｂに示すように、モータ電流の出力周波数も円滑になっていることからもわかる。
【００５０】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、多角形ロードシーブが五角形の場合について説明したが、多角形ロードシーブを五角形以外の多角形とすることもできる。また、上記実施の形態において、無段速制御を行う場合について説明したが、多段速制御又は単速制御を行うこともできる。また、上記実施の形態において、高速又は低速巻上げ又は巻下げを行う場合について説明したが、中速巻上げ又は巻下げを行うこともできる。
【００５１】
また、上記実施の形態において、ロードセルを電気チェーンブロックの吊り掛け部位付近に配置した場合について説明したが、荷重を検知できればロードセルを任意の位置に配置することもできる。また、上記実施の形態において、電気チェーンブロックにかかる荷重を検出するためにロードセルを用いたが、モータ電流からベクトル演算によって算出されるトルク電流を用いて電気チェーンブロックにかかる荷重を検出することもできる。さらに、上記実施の形態において、移動平均時間ｔを変動周期Ｔと同一にする場合について説明したが、変動周期Ｔの２倍、３倍等の整数倍とすることもできる。特に高速が上記実施の形態において説明した速度より速い場合には、低速域では移動平均時間ｔを変動周期Ｔの１倍とし、高速域では２倍以上の整数倍とすることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 電気チェーンブロック
２ 吊り掛け部位
３ ロードセル
４ 制御装置
５ 巻上下電動機
６ エンコーダ
７ 電源
８ 操作部
９ ワーク
１０ ＲＡＭ
１１ ブレーキ
１２ 減速機
１３ フック
１４ チェーン
１４ａ 縦リンク
１４ｂ 横リンク
１５ 多角形ロードシーブ
１６ インバータ制御装置
１７ 制御切替部
１８ 巻上げ又は巻下げ速度検出部
１９ 移動平均時間算出部
２０ 荷重検出部
２１ 加重平均値算出部
２２ 操作力算出部
２３ 巻上げ又は巻下げ動作制御部
２４ スイッチ
２５ アンプ
２６ 整流器
２７ 接点
２８ コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動して前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックであって、
前記チェーンに取り付けられるワークの荷重を予め記憶する記憶部と、
前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出部と、
移動平均処理を行うための移動平均時間を、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出部と、
前記電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、前記移動平均時間中に前記移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出部と、
サンプリングした荷重を前記移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、前記電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出部と、
前記ワークの荷重と前記荷重の平均値との差分から前記ワークに対する操作力を算出する操作力算出部と、
前記操作力に応じて前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御部と、を有することを特徴とする電気チェーンブロック。
【請求項２】
前記移動平均時間算出部は、前記移動平均時間を、前記多角形ロードシーブが前記チェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけ前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定する請求項１に記載の電気チェーンブロック。
【請求項３】
前記記録期間設定部は、前記巻上下電動機の停止時には、前記移動平均時間を、予め設定された時間に設定し、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度に到達すると、前記移動平均時間を、前記多角形ロードシーブが前記チェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけ前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定する請求項１に記載の電気チェーンブロック。
【請求項４】
巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動して前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックを制御装置によって制御する方法であって、
前記制御装置が、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出ステップと、
前記制御装置が、移動平均処理を行うための移動平均時間を、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出ステップと、
前記制御装置が、前記電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、前記移動平均時間中に前記移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出ステップと、
前記制御装置が、サンプリングした荷重を前記移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、前記電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出ステップと、
前記制御装置が、予め記憶された前記ワークの荷重と前記荷重の平均値との差分から前記ワークに対する操作力を算出する操作力算出ステップと、
前記制御装置が、前記操作力に応じて前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御ステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１】
巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動して前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックであって、
前記チェーンに取り付けられるワークの荷重を予め記憶する記憶部と、
前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出部と、
移動平均処理を行うための移動平均時間を、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出部と、
前記電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、前記移動平均時間中に前記移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出部と、
サンプリングした荷重を前記移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、前記電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出部と、
前記ワークの荷重と前記荷重の平均値との差分から前記ワークに対する操作力を算出する操作力算出部と、
前記操作力に応じて前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御部と、を有することを特徴とする電気チェーンブロック。
【請求項２】
前記移動平均時間算出部は、前記移動平均時間を、前記多角形ロードシーブが前記チェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけ前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定する請求項１に記載の電気チェーンブロック。
【請求項３】
前記記録期間設定部は、前記巻上下電動機の停止時には、前記移動平均時間を、予め設定された時間に設定し、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度が所定の速度に到達すると、前記移動平均時間を、前記多角形ロードシーブが前記チェーンの縦リンク及びそれに連接する横リンクの対に相当する長さだけ前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げるのに要する時間に設定する請求項１に記載の電気チェーンブロック。
【請求項４】
巻上下電動機と、縦リンク及び横リンクが交互に連接するチェーンと、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作に連動して前記チェーンを巻き上げ又は巻き下げる多角形ロードシーブと、を有する電気チェーンブロックを制御装置によって制御する方法であって、
前記制御装置が、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度を検出する巻上げ又は巻下げ速度検出ステップと、
前記制御装置が、移動平均処理を行うための移動平均時間を、前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ速度に応じて算出する移動平均時間算出ステップと、
前記制御装置が、前記電気チェーンブロックにかかる荷重を検出し、検出した荷重を、前記移動平均時間中に前記移動平均時間より短いサンプリング間隔でサンプリングする荷重検出ステップと、
前記制御装置が、サンプリングした荷重を前記移動平均時間で平均化する移動平均処理を行うことによって、前記電気チェーンブロックにかかる荷重の平均値を算出する荷重平均値算出ステップと、
前記制御装置が、予め記憶された前記ワークの荷重と前記荷重の平均値との差分から前記ワークに対する操作力を算出する操作力算出ステップと、
前記制御装置が、前記操作力に応じて前記巻上下電動機の巻上げ又は巻下げ動作を制御する巻上げ又は巻下げ動作制御ステップと、を有することを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３２３（Ｐ２０１２−１３２３Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８２６７（Ｐ２０１０−１３８２６７）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
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