JP7602235B2 - Parallel Wire Mechanism - Google Patents
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Description
本開示は、作業対象物を吊り下げて作業対象物を移動させるパラレルワイヤ機構に関する。 This disclosure relates to a parallel wire mechanism that suspends and moves a work object.
従来から、作業対象物を吊り下げて作業対象物を移動させる装置としては種々のものが知られている。特許文献1には、バランス用のシリンダを備えたホイストが記載されている。このホイストは、ガイドレールに沿って転動する複数のガイドローラと、複数のガイドローラの鉛直下方において複数のガイドローラに垂直プレート及びサポートを介して連結されたドラムと、ドラムから鉛直下方に延び出すワイヤと、ワイヤの下端に取り付けられたフックとを備える。このホイストでは、フックに物を引っ掛けた後に、ワイヤをドラムに巻き取って物を上昇させ、この状態でガイドレールに沿って複数のガイドローラを転動させることにより、物を所定の場所に移動させる。
Various devices for suspending and moving a work object have been known in the past.
特許文献2には、フックに吊り下げられた荷を移動させるバランサーが記載されている。バランサーは、車輪付きの台座に立設された支柱と、支柱の上端で水平方向に回転可能とされた棒状のアームと、アームに沿って移動すると共にアームから鉛直下方に延びるトロリーと、トロリーの下端に設けられた動滑車と、動滑車から更に鉛直下方に延び出すフックとを備える。
バランサーは、更に、支柱のアームとの反対側に位置するホイストと、ホイストからアームに沿って延びると共にトロリー及び動滑車に連結された索条とを備える。ホイストは、アームに索条を介して連結されたドラムと、ドラムの下部に位置するホイスト本体とを有する。フックに荷を引っ掛けた状態でドラムを回転させると、索条の巻き取りによってフックが上昇し、荷が吊り上げられる。この状態でトロリーをアームに沿って移動させることにより、荷を所定の場所に移動させる。 The balancer further comprises a hoist located on the opposite side of the support arm, and a rope that extends from the hoist along the arm and is connected to the trolley and the movable pulley. The hoist has a drum connected to the arm via the rope, and a hoist body located below the drum. When the drum is rotated with a load hooked on the hook, the hook rises as the rope is wound up, and the load is lifted. In this state, the trolley is moved along the arm to move the load to a specified location.
前述したようなホイスト及びバランサーでは、フックに物を引っ掛けてガイドレール又はアームに沿って物を移動させることが可能である。しかしながら、前述したホイストでは、ガイドレールが敷設された範囲でしか物を移動させることができない。また、前述したバランサーでは、アームの移動範囲でしか物を移動させることができないという問題が生じうる。 With the hoists and balancers described above, it is possible to hang an object on the hook and move it along the guide rail or arm. However, with the hoists described above, objects can only be moved within the range in which the guide rail is installed. Also, with the balancers described above, there can be a problem in that objects can only be moved within the range of movement of the arm.
前述したバランサーでは、支柱が延び出す台座に台車が設けられているものの、建設現場の状況によっては台座を容易に移動できない場合がある。例えば、現場の地面又は床面等に凹凸が形成されていたり段差が存在するような場合には台車を容易に移動できない。従って、前述したホイスト又はバランサーを用いた場合には、狭い範囲には荷を移動させることができるものの広域に荷を容易に移動させることはできないという問題がある。特に、建設現場では広域に作業対象物を移動させたいという要望が生じることがあるが、広域に作業対象物を容易に移動させることができていないという現状がある。 In the balancer described above, a cart is attached to the base from which the support poles extend, but depending on the conditions at the construction site, the base may not be easily moved. For example, if the ground or floor surface at the site is uneven or there are steps, the cart cannot be moved easily. Therefore, when using the hoist or balancer described above, there is a problem that although it is possible to move a load within a small area, it is not possible to easily move the load over a wide area. In particular, at construction sites, there is a demand to move work objects over a wide area, but the current situation is that it is not possible to easily move work objects over a wide area.
本開示は、作業対象物に力を加えた方向に広域且つ容易に作業対象物を移動させることができるパラレルワイヤ機構を提供することを目的とする。 The objective of this disclosure is to provide a parallel wire mechanism that can move a work object over a wide area and easily in the direction in which a force is applied to the work object.
本開示に係るパラレルワイヤ機構は、建設現場に設置される複数のワイヤと、複数のワイヤのそれぞれに設けられ各ワイヤの巻き出し及び巻き取りを行うモータを有する複数のウインチと、複数のワイヤに接続されると共に複数のワイヤに支持される作業対象物と、作業対象物にかかる力を測定するセンサと、センサによって測定された力に基づいて仮想的な慣性、粘性及びばね定数のうち少なくともいずれか1つを計算して作業対象物の目標位置、目標速度及び目標加速度の少なくともいずれかを算出する第1算出部と、作業対象物が目標位置、目標速度及び目標加速度の少なくともいずれかで移動するための各ワイヤの巻き出し長さ、巻き出し速度及び巻き出し加速度の少なくともいずれかを各ウインチのモータごとに算出する第2算出部と、巻き出し長さ、巻き出し速度及び巻き出し加速度の少なくともいずれかの指令値を各ウインチのモータに出力する出力部と、複数の柱と、複数の柱のそれぞれに取り付けられた複数のシーブとを有し、複数のウインチが複数の柱のそれぞれの下部に位置しており、複数のワイヤは各ウインチから上方に伸びると共にシーブに架け渡される。 The parallel wire mechanism according to the present disclosure includes a plurality of wires installed at a construction site, a plurality of winches each having a motor provided on each of the plurality of wires for winding and unwinding the wires, a work object connected to the plurality of wires and supported by the plurality of wires, a sensor for measuring the force acting on the work object, a first calculation unit for calculating at least one of virtual inertia, viscosity, and spring constant based on the force measured by the sensor to calculate at least one of a target position, a target speed, and a target acceleration of the work object, a second calculation unit for calculating at least one of the unwinding length, unwinding speed, and unwinding acceleration of each wire for moving the work object at at least one of the target position, target speed, and target acceleration for each motor of each winch, an output unit for outputting at least one of command values of the unwinding length, unwinding speed, and unwinding acceleration to the motor of each winch, a plurality of pillars, and a plurality of sheaves attached to each of the plurality of pillars, the plurality of winches being located at the lower part of each of the plurality of pillars, and the plurality of wires extending upward from each winch and being stretched across the sheaves.
このパラレルワイヤ機構では、複数のワイヤと、複数のワイヤに接続される作業対象物と、複数のワイヤのそれぞれに設けられ各ワイヤの巻き出し及び巻き取りを行うモータを有する複数のウインチとを備え、各ウインチにおけるモータの各ワイヤの巻き出し及び巻き取りによって作業対象物が移動する。従って、複数のワイヤの間で囲まれた領域内において各ワイヤの巻き出し及び巻き取りを行うことにより、作業対象物を移動させることができるので、作業対象物を容易に移動させることができる。また、複数のワイヤによって形成された3次元空間内の全体を作業対象物の可動範囲とすることができるため、作業対象物を広範囲に移動させることができる。加えて、このパラレルワイヤ機構は、複数のワイヤと、モータを有する複数のウインチとを備えていればよく、前述したガイドレール及びアーム等の重量設備を不要とすることができるので、パラレルワイヤ機構の設置及び盛り替えを容易に行うことができる。従って、広域の建設現場においてパラレルワイヤ機構の設置及び盛り替えを容易に行うことで、広域且つ容易に作業対象物を移動させることができる。更に、センサによって作業対象物にかかる力を測定し、測定した力に基づいて作業対象物を移動させることができるので、作業者は作業対象物に力を加えることで直感的に作業対象物を移動させることができる。 This parallel wire mechanism includes a plurality of wires, a work object connected to the plurality of wires, and a plurality of winches each having a motor provided on each of the plurality of wires for unwinding and winding each of the wires, and the work object is moved by unwinding and winding each of the wires of the motor in each winch. Therefore, the work object can be moved by unwinding and winding each of the wires in the area surrounded by the plurality of wires, so that the work object can be easily moved. In addition, the entire three-dimensional space formed by the plurality of wires can be set as the movable range of the work object, so that the work object can be moved over a wide range. In addition, this parallel wire mechanism only needs to include a plurality of wires and a plurality of winches each having a motor, and the aforementioned heavy equipment such as the guide rail and arm can be eliminated, so that the parallel wire mechanism can be easily installed and rearranged. Therefore, the parallel wire mechanism can be easily installed and rearranged at a wide construction site, so that the work object can be moved over a wide area and easily. Furthermore, the force applied to the work object can be measured by a sensor, and the work object can be moved based on the measured force, so that the worker can intuitively move the work object by applying force to the work object.
また、第1算出部は、作業対象物の場所に応じてばね定数を変化させてもよい。この場合、近づくことが好ましくない場所に作業対象物が近づいたときにばね定数を変化させることによって、当該場所に作業対象物を近づけにくくすることができる。従って、ばね定数を変化させることにより、予め設定されている可動限界領域又は障害物等に作業対象物を近づけにくくする斥力を生じさせることができる。その結果、操作ミス等で作業対象物が可動限界領域又は障害物等に近接しようとした場合であっても、当該斥力によって当該近接を防止することができるので、建設現場における作業の安全性を高めることができる。 The first calculation unit may also change the spring constant depending on the location of the work object. In this case, by changing the spring constant when the work object approaches a location where it is undesirable to approach, it is possible to make it difficult for the work object to approach that location. Therefore, by changing the spring constant, it is possible to generate a repulsive force that makes it difficult for the work object to approach a preset movement limit area or an obstacle, etc. As a result, even if the work object attempts to approach the movement limit area or an obstacle, etc. due to an operating error, etc., the repulsive force can prevent the approach, thereby improving the safety of work at a construction site.
また、第1算出部は、作業対象物の重力をキャンセルして目標位置、目標速度及び目標加速度のいずれかを算出し、第1算出部は、作業対象物の重力の一部をキャンセルしないで当該算出を行ってもよい。この場合、第1算出部は、作業対象物の重力をキャンセルして目標位置、目標速度及び目標加速度のいずれかを算出する。但し、第1算出部は、作業対象物が地面又は床面に載置されているとき等には、作業対象物の重力の一部をキャンセルしないで当該算出を行う。従って、重力の一部がキャンセルされないことにより、例えば地面又は床面に載置した作業対象物を移動させたい状況下において、作業対象物の重力の一部が地面又は床面等に付与されることとなる。その結果、地面又は床面に所望の荷重を与えることができると共に、当該荷重を必要量だけ低減させることができる。 The first calculation unit may also calculate the target position, the target speed, or the target acceleration by canceling the gravity of the work object, and perform the calculation without canceling a part of the gravity of the work object. In this case, the first calculation unit calculates the target position, the target speed, or the target acceleration by canceling the gravity of the work object. However, when the work object is placed on the ground or floor, the first calculation unit performs the calculation without canceling a part of the gravity of the work object. Therefore, since a part of the gravity is not canceled, a part of the gravity of the work object is applied to the ground or floor, for example, in a situation where it is desired to move a work object placed on the ground or floor. As a result, a desired load can be applied to the ground or floor, and the load can be reduced by a required amount.
本開示によれば、作業対象物に力を加えた方向に広域且つ容易に作業対象物を移動させることができる。 According to this disclosure, it is possible to easily move a work object over a wide area in the direction in which a force is applied to the work object.
以下では、図面を参照しながら本開示に係るパラレルワイヤ機構の実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。 Below, an embodiment of the parallel wire mechanism according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted as appropriate. In addition, the drawings may be partially simplified or exaggerated for ease of understanding, and the dimensional ratios, etc. are not limited to those shown in the drawings.
図1は、本実施形態に係るパラレルワイヤ機構1、及びパラレルワイヤ機構1が適用される建設現場Aを示している。パラレルワイヤ機構1は、作業対象物Tを支持する複数のワイヤ5を備える。本開示において、「作業対象物」とは、建設現場で行われる作業において用いられる資材を示している。建設現場Aは、例えば、特殊設備が必要であったり、人の進入が困難な場所であってもよく、このような場所でもパラレルワイヤ機構1は、ワイヤ5を用いて作業対象物Tを自在に移動させることが可能である。
Figure 1 shows a
パラレルワイヤ機構1は、例えば、図1に示されるような建設現場Aに設けられる3次元の懸垂型パラレルワイヤ機構であって、後述のバランサー制御によって作業対象物Tを所望の位置に移動させる。すなわち、パラレルワイヤ機構1は、広域に作業対象物Tを移動させることが可能な広域バランサー装置として用いることが可能である。例えば、作業対象物Tは、作業者M(図2(a)又は図2(b)参照)に引っ張られたり押されたりすることによって、力が加えられて移動する。一例として、作業者Mは、介錯ロープを引っ張って作業対象物Tを移動させる。
The
なお、4本のワイヤ5が設けられる図1に限られず、図2(a)の変形例に示されるように、ワイヤ5の本数が3本である懸垂型パラレルワイヤ機構であってもよい。更に、図2(b)の変形例に示されるように、2本のワイヤ5を備える2次元の懸垂型パラレルワイヤ機構であってもよい。一例として、作業者Mはリモコンによって作業対象物Tを移動させてもよい。
Note that the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 1 in which four
図1に示されるように、パラレルワイヤ機構1は、例えば、複数の柱2と、複数の柱2のそれぞれに取り付けられた複数のシーブ3と、複数の柱2のそれぞれの下部に位置する複数のウインチ6と、各ウインチ6から上方に伸びると共にシーブ3に掛け渡される複数本のワイヤ5とを備える。柱2及びシーブ3は、例えば、建設現場Aに予め設けられたものであってもよい。
As shown in FIG. 1, the
複数のシーブ3のそれぞれは、例えば、各柱2の上端に取り付けられている。また、シーブ3は柱2以外のものに取り付けられていてもよい。一例として、柱2、シーブ3、ワイヤ5及びウインチ6の組数は、4組である。しかしながら、柱2、シーブ3、ワイヤ5及びウインチ6の数は、3組以上であれば組数は限定されず適宜変更可能である。また、図1に示される例に代えて、ウインチの本体が柱2の上部に設けられる場合には、シーブ3を不要とすることができる。
Each of the
柱2は、一例として、H鋼である。しかしながら、柱2の種類は、例えば、鋼管柱であってもよく、適宜変更可能である。平面視において、複数のワイヤ5は、各シーブ3から複数の柱2で囲まれた領域の内側に伸び出しており、結束点Pにおいて互いに交差している。また、複数のワイヤ5は、作業対象物Tの重力によって各シーブ3から結束点Pに向かって斜め下方に伸びている。
The
複数のワイヤ5の結束点Pには、例えば、フックF及び紐Bを介して吊り荷である作業対象物Tが吊り下げられる。作業対象物Tは、例えば、建設現場Aにおいて搬送される搬送対象物(資材)である。なお、作業対象物Tは、資材に限られず、ロボットのエンドエフェクタ、建設現場Aを撮影するカメラ、又は建設現場Aの検査を行う各種検査装置であってもよく、作業対象物Tの種類は適宜変更可能である。
A work object T, which is a load, is suspended from the binding point P of the
図3は、パラレルワイヤ機構1の機能を示すブロック図である。図1及び図3に示されるように、各ウインチ6は、各ワイヤ5の巻き出し及び巻き取りを行うモータ7を備える。各ウインチ6の各モータ7で各ワイヤ5の巻き出し及び巻き取りが行われることにより、複数の柱2で囲まれた領域の範囲内において作業対象物Tを所望の位置に移動させることが可能である。
Figure 3 is a block diagram showing the functions of the
パラレルワイヤ機構1は、例えば、作業者Mが作業対象物Tに力を加えて移動させるときのアシストを行う。例えば、パラレルワイヤ機構1は、ワイヤ5ごとに設けられた複数(例えば4個)のセンサ11と、制御部10と、モータ7が内蔵された複数のウインチ6とを含む。
The
複数のセンサ11のそれぞれは、作業対象物Tにかかっている外力を測定する。センサ11としては、例えば、シーブ3に設けられると共にワイヤ5の張力を測定する張力センサを用いることが可能である。シーブ3に設けられた張力センサであるセンサ11を用いる場合、既存の張力センサを有効利用することが可能である。なお、センサ11の位置は、シーブ3の近傍であってもよいし、作業対象物Tの近傍(例えばフックF)であってもよい。また、張力センサ以外の力センサによって作業対象物Tに加えられた外力が測定されてもよい。
Each of the
制御部10は、例えば、バランサー制御を行って作業対象物Tの移動を制御する。バランサー制御とは、作業対象物Tに仮想的な慣性、粘性及びばね定数を与え、これにより、作業対象物Tに対するパワーアシストの特性(例えば、作業対象物Tをどの程度軽い力で動かせるか、及び作業対象物Tに力を加えるのを止めたときにどの程度早く作業対象物Tの動きが止まるか)を変化させる制御のことをいう。
The
制御部10は、例えば、インピーダンス制御によって作業対象物Tの移動を制御する。インピーダンス制御とは、あるものに外から力が加えられたときに生じる機械的なインピーダンス(慣性、粘性及びばね定数)を所望の値に設定するための位置と力の制御手法を示している。
The
制御部10は、センサ11によって作業対象物Tにかかっている外力を測定し、外力がかかっているときにおける仮想的な慣性、粘性及びばね定数を含む系の挙動をインピーダンスモデルによって計算し、この計算の計算値で作業対象物Tを動かすことによって所望のインピーダンス特性を実現する。なお、本実施形態において、インピーダンス制御で計算される仮想的な慣性、粘性及びばね定数は、作業対象物Tの物理的パラメータと同一であってもよいし異なっていてもよい。
The
制御部10は、一例として、作業対象物Tの目標位置を算出する第1算出部12と、各ワイヤ5の巻き出し長さをモータ7ごとに算出する第2算出部13と、第2算出部13が算出したワイヤ5の巻き出し長さの指令値を各モータ7に出力する出力部14とを備える。第1算出部12は、センサ11によって測定された力に基づいて仮想的な慣性、粘性及びばね定数を計算して作業対象物Tの目標位置を算出する。
The
センサ11、第1算出部12、第2算出部13及び出力部14の例示的な計算のブロック線図を図4に示している。図4において、τmは計測されたワイヤ5の張力、Prefは目標出力節位置、fext,estは推定操作力、Lrefは目標ワイヤ長、をそれそれ示す。センサ11は、例えば、計測ワイヤ張力τmを測定する。
An exemplary calculation block diagram of the
本実施形態において、第1算出部12は、各センサ11の値から作業者Mが作業対象物Tに加えた力を計算する。このとき、以下の静力学計算によって作業対象物Tの自重による力(重力)をキャンセルする。具体例として、第1算出部12は、計測ワイヤ張力τmを用いて、静力学計算、不感帯処理、及びインピーダンスモデルによる計算を行って目標出力節位置Prefを作業対象物Tの目標位置として算出する。例えば、第1算出部12による静力学計算は下記の式(1)によって行われる。
In this embodiment, the
式(1)において、-fwireはワイヤ駆動力(ワイヤ張力の合力)、Gは出力節の重力を示している。例えば、第1算出部12による不感帯処理は下記の式(2)によって行われる。
In formula (1), -f wire represents the wire driving force (resultant force of the wire tensions), and G represents the gravity of the output node. For example, the dead zone process by the
第1算出部12は、作業者が作業対象物Tに加えた推定操作力fext,estから予め与えられているインピーダンスパラメータ(例えば、仮想質量M、仮想粘性係数C及び仮想ばねのばね定数K)によって作業対象物Tの目標位置を目標出力節位置Prefとして計算する。なお、第1算出部12は、作業対象物Tの目標位置に代えて、作業対象物Tの目標速度又は目標加速度を算出してもよい。作業者Mが付与した力に応じて作業対象物Tを迅速に移動させたい場合、仮想粘性係数Cと仮想質量Mはなるべく小さい値であることが好ましい。但し、仮想粘性係数C及び仮想質量Mは、あまり小さい数値であると振動を生じさせる可能性があるため、振動しない範囲でなるべく小さい値であることが好ましい。仮想ばねのばね定数Kは、作業者が付加した力を除いたときに元の場所に戻る必要がない場合には、0であることが好ましい。
The
第2算出部13は、計算された目標出力節位置Prefから逆運動学計算によって各ワイヤ5の目標ワイヤ長Lrefを各ワイヤ5の巻き出し長さとして算出する。第2算出部13は、ワイヤ5の巻き出し長さに代えて、ワイヤ5の巻き出し速度又は巻き出し加速度を算出してもよい。図5のx1,x2,x3,x4のそれぞれは、現在位置の作業対象物Tを吊り下げている4本のワイヤ5のうち、第1ワイヤの巻き出し長さx1、第2ワイヤの巻き出し長さx2、第3ワイヤの巻き出し長さx3、及び第4ワイヤの巻き出し長さx4を示している。図5に示されるように、第2算出部13は、目標位置の作業対象物Tを吊り下げている4本のワイヤ5のうち、第1ワイヤの巻き出し長さy1、第2ワイヤの巻き出し長さy2、第3ワイヤの巻き出し長さy3、第4ワイヤの巻き出し長さy4のそれぞれを算出してもよい。
The
出力部14は、各ワイヤ5の巻き出し長さの指令値(例えば、前述した巻き出し長さy1,y2,y3,y4のそれぞれ)を駆動系である各モータ7に出力する。このように出力部14が各モータ7に巻き出し長さの指令値を出力して各ワイヤ5が当該指令値に基づく巻き出し長さで巻き出されることにより、作業対象物Tを所望の位置に移動させることが可能となる。
The
次に、本実施形態に係るパラレルワイヤ機構1の作用効果について説明する。図1及び図3に示されるように、パラレルワイヤ機構1では、複数のワイヤ5と、複数のワイヤ5に接続される作業対象物Tと、複数のワイヤ5のそれぞれに設けられ各ワイヤ5の巻き出し及び巻き取りを行う複数のウインチ6を備える。各ウインチ6におけるモータ7の各ワイヤ5の巻き出し及び巻き取りによって作業対象物Tが移動する。
Next, the effects of the
従って、複数のワイヤ5の間で囲まれた領域内において各ワイヤ5の巻き出し及び巻き取りを行うことにより、作業対象物Tを移動させることができるので、作業対象物Tを容易に移動させることができる。また、複数のワイヤ5によって形成された3次元空間内の全体を作業対象物Tの可動範囲とすることができるため、作業対象物Tを広範囲に移動させることができる。
Therefore, the work object T can be moved by unwinding and winding each
パラレルワイヤ機構1は、複数のワイヤ5と、モータ7を有する複数のウインチ6とを備えていればよく、クレーン、ガイドレール又はアーム等の重量設備を不要とすることができるので、パラレルワイヤ機構1の設置及び盛り替えを容易に行うことができる。従って、広域の建設現場Aにおいてパラレルワイヤ機構1の設置及び盛り替えを容易に行うことで、広域且つ容易に作業対象物Tを移動させることができる。
The
センサ11によって作業対象物Tにかかっている外力を測定し、測定した力に基づいて作業対象物Tを移動させることができるので、作業者Mは作業対象物Tに力を加えることで直感的に作業対象物Tを移動させることができる。更に、本実施形態では、建設現場Aの床面に作業対象物Tの荷重をかけずに作業対象物Tを移動することが可能であるため、積載荷重に制限がある施工中のデッキスラブ上等であっても利用可能である。
The
次に、変形例に係るパラレルワイヤ機構1について図6及び図7を参照しながら説明する。以下では、前述した実施形態に係る内容と重複する説明を適宜省略する。変形例に係るパラレルワイヤ機構1は、作業対象物Tの可動範囲外への作業対象物Tの移動を規制したり、障害物Wを回避したりするためにポテンシャル法を用いる。
Next, the
ポテンシャル法は、経路導出手法の一つであり、ポテンシャル法を利用することで障害物Wや上記の可動範囲外の領域等、作業対象物Tを近づかせたくない場所と作業対象物Tの目標位置との距離に応じて、作業対象物Tを押し戻す力を変化させることができる。ポテンシャル法では、当該目標位置と障害物Wの位置にポテンシャル関数を定義し、当該ポテンシャル関数の勾配値を障害物Wに向かうにつれて大きくすることで障害物Wへの接近を抑制しつつ、上記の目標位置への移動経路を導出する。ポテンシャル法では、作業対象物Tの経路をリアルタイムに変更可能とされている。 The potential method is one of the path derivation techniques, and by using the potential method, it is possible to change the force pushing back the work object T depending on the distance between the target position of the work object T and places where you do not want the work object T to approach, such as obstacles W and areas outside the above-mentioned range of motion. In the potential method, a potential function is defined for the target position and the position of obstacle W, and the gradient value of the potential function is increased as it approaches obstacle W, thereby deriving a movement path to the above-mentioned target position while suppressing approach to obstacle W. With the potential method, it is possible to change the path of the work object T in real time.
例えば、変形例に係るパラレルワイヤ機構1では、第1算出部12がポテンシャル法を用いて仮想剛性を算出する。第1算出部12は、一例として、作業対象物Tの位置(下記のxの値)に応じて以下の式(3)を用いて仮想剛性としてのばね定数Kを算出する。
上記のように、式(3)では、作業対象物Tの位置に応じて仮想ばねのばね定数Kが0である場合もあれば0以外の値である場合もある。このように、作業対象物Tの位置に応じてばね定数Kを変化させることにより、作業対象物Tの移動に対してばね力を生じさせることが可能となる。従って、障害物Wに近づく作業対象物Tに対して障害物Wから作業対象物Tを押し戻すばね力を生じさせることが可能となる。 As described above, in formula (3), the spring constant K of the virtual spring may be 0 or a value other than 0 depending on the position of the work object T. In this way, by changing the spring constant K depending on the position of the work object T, it is possible to generate a spring force against the movement of the work object T. Therefore, when the work object T approaches an obstacle W, it is possible to generate a spring force that pushes the work object T back from the obstacle W.
以上、変形例に係るパラレルワイヤ機構1において、第1算出部12は、作業対象物Tの場所に応じてばね定数Kを変化させる。従って、近づくことが好ましくない場所に作業対象物Tが近づいたときにばね定数Kを変化させることによって、当該場所に作業対象物Tを近づけにくくすることができる。
As described above, in the
更に、ばね定数Kを変化させることにより、予め設定されている可動限界領域又は障害物W等に作業対象物Tを近づけにくくする斥力を生じさせることができる。その結果、操作ミス等で作業対象物Tが可動限界領域又は障害物W等に近接しようとした場合であっても、当該斥力によって当該近接を防止することができるので、建設現場における作業の安全性を高めることができる。 Furthermore, by changing the spring constant K, it is possible to generate a repulsive force that makes it difficult for the work object T to approach a preset movement limit area or an obstacle W, etc. As a result, even if the work object T attempts to approach the movement limit area or an obstacle W, etc. due to an operating error, etc., the repulsive force can prevent the approach, thereby improving the safety of work at construction sites.
なお、前述した変形例では、作業対象物Tに距離センサが搭載され、当該距離センサがリアルタイムで障害物Wとの距離を測定し、当該距離センサの測定の結果に応じて障害物Wに対する回避が行われてもよい。この場合、上記同様、第1算出部12は、作業対象物Tの場所に応じてばね定数Kを変化させるので、障害物Wへの接触を回避することができる。
In the above-mentioned modified example, a distance sensor may be mounted on the work object T, which measures the distance to the obstacle W in real time, and the obstacle W may be avoided based on the measurement result of the distance sensor. In this case, as in the above, the
続いて、更なる変形例に係るパラレルワイヤ機構1について図8を参照しながら説明する。このパラレルワイヤ機構1では、広域荷重低減追従制御を行う。すなわち、本変形例では、前述した吊り荷である作業対象物Tに代えて、床Cに力がかかる作業対象物Vの移動を制御する。作業対象物Vは、自走する機能を有していてもよいし、自走する機能を有していなくてもよい。
Next, a further modified
例えば、床Cにはコンクリートが打設されており、作業対象物Vはコンクリート仕上げロボットである。一例として、作業対象物Vの自重は200kgである。本変形例において、複数のワイヤ5の結束点は作業対象物Vに設けられており、パラレルワイヤ機構1は床Cにかかる荷重を低減する。この作業対象物Vも、前述した作業対象物Tと同様、複数のワイヤ5によって形成された領域内を自由に移動することが可能である。
For example, concrete is poured on the floor C, and the work object V is a concrete finishing robot. As an example, the weight of the work object V is 200 kg. In this modified example, the binding points of the
本変形例に係るパラレルワイヤ機構1において、第1算出部12は、静力学計算を行うときに作業対象物Vの自重による力(重力)の一部をキャンセルしないで作業対象物Vの目標位置を算出する。具体例として、作業対象物Vの自重が200kgであって床Cへの荷重を50kgまで低減させるときには150kg分をキャンセルする。
In the
以上、本変形例に係るパラレルワイヤ機構1において、第1算出部12は、作業対象物Vの重力の一部をキャンセルしないで作業対象物Vの目標位置を算出する。よって、作業対象物Vが床C(地面又は床面等)に載置されているとき等に、第1算出部12は、作業対象物Vの重力の一部をキャンセルしないで当該算出を行う。
As described above, in the
従って、作業対象物Vの重力の一部がキャンセルされないことにより、床Cに載置した作業対象物Vを移動させたい状況下において、作業対象物Vの重力の一部が床Cに付与されることとなる。その結果、床Cに所望の荷重を与えることができると共に、当該荷重を必要量だけ低減させることができる。例えば、作業対象物Vがコンクリ―ト仕上げロボットである場合に、打設後のコンクリート天端(表面)に仕上げのために必要なだけの荷重をかけつつ、ロボット自身の自重の全てはかけないようにすることができる。これにより、200kgの集中荷重(ロボット自身の自重)により硬化前のコンクリ―ト天端(表面)を陥没させることなく、平滑に仕上を行うことができる。 Therefore, since part of the gravity of the work object V is not cancelled, in a situation where it is desired to move the work object V placed on the floor C, part of the gravity of the work object V is applied to the floor C. As a result, the desired load can be applied to the floor C, and the load can be reduced by the required amount. For example, if the work object V is a concrete finishing robot, it is possible to apply only the load necessary for finishing to the top edge (surface) of the concrete after pouring, without applying all of the robot's own weight. This allows for a smooth finish without causing the top edge (surface) of the unhardened concrete to collapse due to a concentrated load of 200 kg (the robot's own weight).
以上、本開示に係るパラレルワイヤ機構1の実施形態及び変形例について説明した。しかしながら、本開示に係るパラレルワイヤ機構は、前述した実施形態又は変形例に限定されるものではなく、各請求項に記載された要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、パラレルワイヤ機構の各部の構成、機能、形状、大きさ、数及び配置態様は、各請求項の要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。
The above describes the embodiments and modifications of the
例えば、前述の実施形態では、複数のワイヤ5の結束点Pに作業対象物Tが吊り下げられる例について説明した。しかしながら、作業対象物は、複数のワイヤの結束点でない場所に吊り下げられていてもよい。すなわち、作業対象物は、複数のワイヤに接続されていればよい。
For example, in the above embodiment, an example was described in which the work object T was suspended from the bundling point P of the
また、前述の実施形態では、柱2及びシーブ3が設けられた建設現場Aにおいてパラレルワイヤ機構1を用いて作業対象物Tを移動させる例について説明した。しかしながら、本開示に係るパラレルワイヤ機構が用いられる建設現場の構成及び種類は適宜変更可能である。
In the above embodiment, an example was described in which the
1…パラレルワイヤ機構、2…柱、3…シーブ、5…ワイヤ、6…ウインチ、7…モータ、10…制御部、11…センサ、12…第1算出部、13…第2算出部、14…出力部、A…建設現場、B…紐、C…床、F…フック、K…ばね定数、M…作業者、P…結束点、T,V…作業対象物、W…障害物。
1...parallel wire mechanism, 2...pillar, 3...sheave, 5...wire, 6...winch, 7...motor, 10...control unit, 11...sensor, 12...first calculation unit, 13...second calculation unit, 14...output unit, A...construction site, B...string, C...floor, F...hook, K...spring constant, M...worker, P...binding point, T, V...work object, W...obstacle.
Claims (2)
前記複数のワイヤのそれぞれに設けられ各前記ワイヤの巻き出し及び巻き取りを行うモータを有する複数のウインチと、
前記複数のワイヤに接続されると共に前記複数のワイヤに支持される作業対象物と、
前記作業対象物にかかる力を測定するセンサと、
前記センサによって測定された力に基づいて仮想的な慣性、粘性及びばね定数のうち少なくともいずれか1つを計算して前記作業対象物の目標位置、目標速度及び目標加速度の少なくともいずれかを算出する第1算出部と、
前記作業対象物が前記目標位置、前記目標速度及び前記目標加速度の少なくともいずれかで移動するための各前記ワイヤの巻き出し長さ、巻き出し速度及び巻き出し加速度の少なくともいずれかを各前記ウインチの前記モータごとに算出する第2算出部と、
前記巻き出し長さ、前記巻き出し速度及び前記巻き出し加速度の少なくともいずれかの指令値を各前記ウインチの前記モータに出力する出力部と、
複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに取り付けられた複数のシーブとを有し、
前記複数のウインチが前記複数の柱のそれぞれの下部に位置しており、前記複数のワイヤは各前記ウインチから上方に伸びると共に前記シーブに架け渡され、
前記第1算出部は、前記作業対象物の位置(下記のxの値)に応じて以下の式(3)を用いて仮想剛性としてのばね定数Kを算出する、
a plurality of winches each provided on each of the plurality of wires and each having a motor for winding and unwinding the wire;
a work object connected to the plurality of wires and supported by the plurality of wires;
A sensor for measuring a force applied to the work object;
a first calculation unit that calculates at least one of a virtual inertia, a virtual viscosity, and a virtual spring constant based on the force measured by the sensor, and calculates at least one of a target position, a target velocity, and a target acceleration of the work object;
a second calculation unit that calculates, for each motor of each winch, at least one of an unwinding length, an unwinding speed, and an unwinding acceleration of each of the wires for moving the work object at at least one of the target position, the target speed, and the target acceleration;
an output unit that outputs at least one command value of the unwinding length, the unwinding speed, and the unwinding acceleration to the motor of each of the winches;
Several pillars and
a plurality of sheaves attached to each of the plurality of posts;
The plurality of winches are located at the lower part of each of the plurality of columns, and the plurality of wires extend upward from each of the winches and are stretched over the sheaves ,
The first calculation unit calculates a spring constant K as virtual stiffness by using the following equation (3) in accordance with the position of the work object (the value of x below):
前記複数のワイヤのそれぞれに設けられ各前記ワイヤの巻き出し及び巻き取りを行うモータを有する複数のウインチと、
前記複数のワイヤに接続されると共に前記複数のワイヤに支持される作業対象物と、
前記作業対象物にかかる力を測定するセンサと、
前記センサによって測定された力に基づいて仮想的な慣性、粘性及びばね定数のうち少なくともいずれか1つを計算して前記作業対象物の目標位置、目標速度及び目標加速度の少なくともいずれかを算出する第1算出部と、
前記作業対象物が前記目標位置、前記目標速度及び前記目標加速度の少なくともいずれかで移動するための各前記ワイヤの巻き出し長さ、巻き出し速度及び巻き出し加速度の少なくともいずれかを各前記ウインチの前記モータごとに算出する第2算出部と、
前記巻き出し長さ、前記巻き出し速度及び前記巻き出し加速度の少なくともいずれかの指令値を各前記ウインチの前記モータに出力する出力部と、
複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに取り付けられた複数のシーブとを有し、
前記複数のウインチが前記複数の柱のそれぞれの下部に位置しており、前記複数のワイヤは各前記ウインチから上方に伸びると共に前記シーブに架け渡され、
前記第1算出部は、前記作業対象物の重力をキャンセルして前記目標位置、前記目標速度及び前記目標加速度のいずれかを算出し、
前記第1算出部は、前記作業対象物の重力の一部をキャンセルしないで前記算出を行い、
前記作業対象物がコンクリート仕上げロボットである、
パラレルワイヤ機構。 A plurality of wires installed at a construction site;
a plurality of winches each provided on each of the plurality of wires and each having a motor for winding and unwinding the wire;
a work object connected to the plurality of wires and supported by the plurality of wires;
A sensor for measuring a force applied to the work object;
a first calculation unit that calculates at least one of a virtual inertia, a virtual viscosity, and a virtual spring constant based on the force measured by the sensor, and calculates at least one of a target position, a target velocity, and a target acceleration of the work object;
a second calculation unit that calculates, for each motor of each winch, at least one of an unwinding length, an unwinding speed, and an unwinding acceleration of each of the wires for moving the work object at at least one of the target position, the target speed, and the target acceleration;
an output unit that outputs at least one command value of the unwinding length, the unwinding speed, and the unwinding acceleration to the motor of each of the winches;
Several pillars and
a plurality of sheaves attached to each of the plurality of posts;
The plurality of winches are located at the lower part of each of the plurality of columns, and the plurality of wires extend upward from each of the winches and are stretched over the sheaves ,
the first calculation unit calculates any one of the target position, the target velocity, and the target acceleration by canceling the gravity of the work object;
The first calculation unit performs the calculation without canceling a part of the gravity of the work object,
The work object is a concrete finishing robot.
Parallel wire mechanism.
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