JPH08310794A - 重量物ハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重量物のハンドリングをブーム機構において
直線移動できるようにして位置決め作業性を向上する。 【構成】 基台１０にスライドベース１６を位置決め可
能に装備する。基台１０上にブームシリンダ２６、２８
により屈曲動作可能とした中折れブーム２０を立設す
る。中折れブームは先端にブラケット３０、旋回ボック
ス３４を備え、更にフォーク爪４０を開閉駆動可能に設
けている。フォーク爪により把持したワークはスライド
ベース１６により把持状態で任意の位置まで横行移動で
きる。また、前記中折れブームを屈曲作動させるブーム
シリンダの流量制御をなすコントローラ５０を設け、当
該コントローラはブーム角度を検出入力してブーム先端
を直線垂直移動もしくは直線水平移動可能とする制御を
なす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重量物ハンドリング装置
に係り、特にＨ形鋼材等を目標位置に直線的に移動し設
置させるに好適なハンドリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】重量物を持上げて搬送するに際して、建
設作業機械等に用いられる中折れブーム機構を用いて鋼
材等を所定の位置に搬送する装置が知られている。通常
中折れブームはクローラ車両に搭載され、車体の水平旋
回台に立設させた構造とされており旋回によって方向決
めをなし、ブームの屈曲作用によって鋼材を把持しつつ
持上げて移動し、やはりブームの屈曲伸長駆動によって
所望の位置に移動させて設置するものとなっている。

【０００３】また、搬送すべき重量物の負荷重量に見合
う反力を発生させておき、作業者の操作力に伴う負荷変
動に応じた力を発生させることにより重量物を軽快に搬
送移動できるようにした油圧式ロードバランサも知られ
ている。これは屈曲ブーム等を用いるが、持上げ力を別
途に発生させると共に、位置決めは作業者の手動により
任意方向にほぼ無重力で移動させることができるように
したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような鋼材等の重
量物ハンドリング装置では、前者の場合にはワークの位
置決めが困難であって、特にブームは円弧運動の合成に
よって行われるため、正確な位置決めを行う場合に、自
由度が小さいために前後左右方向へワークを細かく位置
調整することができない。また後者のロードバランサに
よれば、位置調整機能が高いため、微調整が極めて良好
であるものの、ロードバランス機能のためにコストが高
くなってしまう問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目してな
されたもので、ロードバランサ機能に代わって簡易な構
成としつつも、位置決め機能を向上させることができ、
特に直線移動性に優れた屈曲ブームを備えた重量物ハン
ドリング装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る重量物ハンドリング装置は、基台にス
ライドベースを位置決め可能に装備し、この基台上にブ
ームシリンダにより屈曲動作可能とした中折れブームを
立設し、当該中折れブームの先端に首振り駆動可能とさ
れたブラケットを設けるとともに該ブラケットには旋回
ボックスを介して回転可能とされたフォーク爪を開閉駆
動可能に設けることにより、前記フォーク爪により把持
したワークを前記スライドベースにより直線横行移動と
停止位置決めを可能に構成としたものである。

【０００７】また、第２には前記中折れブームを屈曲作
動させるブームシリンダの流量制御をなすコントローラ
を設け、当該コントローラはブーム角度を検出入力して
ブーム先端を直線垂直移動もしくは直線水平移動可能と
した制御をなすことを特徴としたものである。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、フォーク爪で鋼材等が挟持
されるが、この爪を先端に備えた中折れブームが基台に
装備されたスライドベースに立設されているため、スラ
イドベースに沿った移動が簡単に行われ、これにより任
意の直進移動と位置決めが可能となる。特に基台が移動
車両の車体の場合では車両自体の移動が不要であるた
め、操作性が非常に簡易となり、スライドベースの移動
方向の位置決めが確実に行われる。

【０００９】また、中折れブームの可動面内でブームが
２次元移動可能となっているが、このブームシリンダを
コントローラにより流量制御し、ブーム角度を検出して
ブーム先端が直進運動軌跡に沿うように移動させること
ができる。これにより把持された鋼材等は所定の位置に
簡単に位置決めされ、ロードバランサ機能と同様な作用
を簡易な構成によって実現することができる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明に係る重量物ハンドリング装置
の具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１は実施例に係る重量物ハンドリング装
置の全体構成を示す断面図である。このハンドリング装
置は図示しない走行台車等に搭載される基台１０を有し
ており、全体が任意に走行移動できるようにされてい
る。図２（１）〜（２）に示すように、この基台１０は
一対のＣチャンネル部材を間隔をおいて対向させたガイ
ドレール１２を備え、これに平板状のウェアプレート１
４を取り付けている。前記ガイドレール１２にはスライ
ドベース１６の両縁がそれぞれ嵌合されており、スライ
ドベース１６の縁部の上下面および端面に直接前記ウェ
アプレート１４が接触するように嵌合させている。これ
によりスライドベース１６はガイドレール１２に沿って
円滑に摺動できるようになっている。基台１０とスライ
ドベース１６とは水平駆動シリンダ１８により連結され
ており、シリンダ１８による油圧制御によって移動停止
が行われる。

【００１２】上述したスライドベース１６の上面部には
起伏動作が可能な中折れブーム２０が立設されている。
中折れブーム２０はスライドベース１６に基端をピン結
合された第１ブーム２２と、この第１ブーム２２の先端
に同様にピン結合された第２ブーム２４とからなり、各
々ピン回りに回動させることにより屈曲・伸長作動がで
きるものとされている。屈曲・伸長作動のためにスライ
ドベース１６と第１ブーム２２間を連繋する第１ブーム
シリンダ２６と、第１ブーム２２と第２ブーム２４間を
連繋する第２ブームシリンダ２８が取り付けられ、これ
らの伸縮作動によってブーム全体の屈曲伸長が可能とさ
れる。

【００１３】更に、前記中折れブーム２０の先端部に
は、断面コ字形状のブラケット３０が備えられている。
ブラケット３０はその下端部が前記中折れブーム２０に
おける第２ブーム２４の先端にピン連結されるととも
に、その上端部が第２ブーム２４の基端部（第１ブーム
２２とのピン結合部分）に取り付けられた傾倒シリンダ
３２に連結されている。これによりブラケット３０は中
折れブーム２０の先端部にて傾倒駆動できるようになっ
ている。このようなブラケット３０の前面部には旋回ボ
ックス３４が配置されている。

【００１４】ブラケット３０と旋回ボックス３４との連
結構造を図３（１）〜（２）に示している。旋回ボック
ス３４の背面部にブラケット３０の上下フランジ３０
Ａ、３０Ｂに重合される舌片３４Ａ、３４Ｂが突設さ
れ、これらは１直線状に沿った連結ピンによって結合さ
れており、旋回ボックス３４がブラケット３０に対して
左右に首振り動作ができるものとなっている。首振り動
作位置を任意に決定させるために、上下ピン結合部の中
間位置においてブラケット３０と旋回ボックス３４を連
結するシリンダ３６を設け、このシリンダ駆動によって
旋回ボックス３４の左右首振り角度を設定できる。

【００１５】前記旋回ボックス３４は、詳細を図示しな
いが、ハウジングの内部には、ウォームホイールが回転
可能に内蔵されており、またハウジングの外周部分に
は、ウォームホイールに噛み合うウォームを取り付けて
いる。ウォームを回転駆動するモータが取り付けられ、
このモータの回転によってウォームホイールを回転させ
るようにしている。旋回ボックス３４におけるハウジン
グの前面部は開口され、この開口部を通じて、前記ウォ
ームホイールの前面に一体に取り付けられた旋回プレー
ト３８が外部に臨まれている。これにより、旋回ボック
ス３４の前面部分で旋回プレート３８が回転可能とされ
ている。

【００１６】更に、旋回ボックス３４の前面に位置する
旋回プレート３８に対して、鋼材等のワークを把持する
手段としてのフォーク爪４０による把持機構４２が取り
付けられるのである。この把持機構４２は、旋回プレー
ト３８に取り付けられる固定フレーム４４を有し、この
固定フレーム４４に対して一対のフォーク爪４０を上下
に対向させつつ、両フォーク爪４０（４０Ｕ、４０Ｄ）
を接離駆動させることによりワークを挟持できるように
なっている。このため、上フォーク４０ＵはＬ字状に屈
曲形成したフォーク部材を左右一対設け、この一対のフ
ォーク部材を横梁によって一体的に形成したものとなっ
ている。また、下フォーク４０Ｄも同様にＬ字状に屈曲
形成したフォーク部材を左右一対設け、これらを横梁に
よって連結一体化して構成され、これは前記上フォーク
４０Ｕと対称に固定フレーム４４に配置される。両フォ
ーク４０Ｕ、４０Ｄの左右支柱部は間隔幅が異なるよう
に設定され、その結果、固定フレーム４４の面にて支柱
部がそれぞれ平行となるように配置される。これらの支
柱部面にラックを形成すると共に間にピニオンを配置し
て噛み合わせ、上フォーク４０Ｕもしくは下フォーク４
０Ｄを油圧シリンダ等で昇降駆動させることで、ピニオ
ン媒介にして、上下両フォーク４０Ｕ、４０Ｄによるワ
ークの把持ができるようになっている。

【００１７】ここで、前記フォーク４０によってワーク
を把持して所定の高さまで持上げ移動し、これを設置箇
所に取り付ける例を図４により説明する。床面に設置さ
れ、あるいは作業箇所まで搬入されてくる鋼材Ｗを、図
４（１）に示すように、上下構造部材Ａ、Ｂの間の水平
隙間に据え付ける場合、従来のブーム構造の作業車で
は、把持した鋼材Ｗを円弧軌跡Ｃに沿って持上げ移動し
なければならない。同様に、図４（２）に示しているよ
うに、一対の支柱構造部材Ｄの上端部分に鋼材Ｗを持上
げ設置する場合も同様に円弧軌跡Ｃに沿って行う必要が
ある。これはブーム構造が車体側の基台に基端がピン連
結されて起伏駆動される構造から必然的に生じる問題で
あるが、本発明では同図（１）の設置に対してブームを
直線的に前進させ（矢印Ｘ）、あるいは同図（２）の設
置に対して直線的に昇降させるようにしている（矢印
Ｚ）。

【００１８】これを実現するために、コントローラ５０
が設けられており、これには中折れブーム２０のピン連
結部に配置した角度センサ５２α、５２βによって検出
された角度を入力するようにしている。コントローラ５
０ではこのセンシングされた角度情報により少なくとも
第１ブームシリンダ２６と第２ブームシリンダ２８に対
して流量制御を行い、把持機構４２の水平前進操作に際
しては図５（１）に示すように各ブーム２２、２４のな
す高さＨa、Ｈbの和Ｈが一定となるようにブームシリン
ダ２６、２８を制御し、また把持機構４２の昇降操作に
際しては図５（２）に示すように各ブーム２２、２４の
水平投影距離から第１ブーム２２の基端と昇降すべき位
置との距離Ｌが一定となるようにブームシリンダ２６、
２８を制御するのである。このような演算処理は幾何学
的数式により簡単に求められるので、演算式をコントロ
ーラ５０に格納しておき、規定値としてのブーム長さＬ
a、Ｌbと、センサからの角度情報によって容易に演算で
き、これをブームシリンダ２６、２８に反映させること
ができる。

【００１９】この具体的演算例を図６（１）を参照して
説明する。各要素を図示のように設定すると、ブーム先
端Ｐの座標は、

【数１】ｘ＝−Ｌ_aｃｏｓα＋Ｌ_bｃｏｓβ ｙ＝ Ｌ_aｓｉｎα＋Ｌ_bｓｉｎβ これらから、

【００２０】

【数２】ｃｏｓβ＝（ｘ＋Ｌ_aｃｏｓα）／Ｌ_b ｓｉｎβ＝（ｙ−Ｌ_aｓｉｎα）／Ｌ_b したがって、上式１、２から

【００２１】

【数３】 ｘ²＋ｙ²＋２Ｌ_aｘｃｏｓα−２Ｌ_aｙｓｉｎα＋Ｌ_a ²−Ｌ_b ²＝０ が求められる。いまブーム先端Ｐを水平移動させようと
する場合、ｙ＝Ｈであるから、上記３式は、次のように
なる。

【００２２】

【数４】 ｘ²＋Ｈ²＋２Ｌ_aｘｃｏｓα−２Ｌ_aＨ√(１−ｃｏｓ²α)＋Ｌ_a ²−Ｌ_b ²＝０ いま、Ｘ＝ｘ²、Ｃ＝Ｈ²＋Ｌ_a ²−Ｌ_b ²とおいて、ｃｏｓ
αについて整理すると、

【００２３】

【数５】 (4L_a ²X+4L_a ²H²)cos²α＋(4X^3/2+4L_aCX^1/2)cosα＋(2CX+C²-4L_a ²H²)＝０ となる。この式はｃｏｓαについての２次方程式である
から、ｃｏｓα＝ｆ(x)とおくと、

【００２４】

【数６】α＝ｃｏｓ^-1（ｆ(x)） となる。同様に、βは、

【００２５】

【数７】β＝ｃｏｓ^-1（ｆ(x)） 次に、ブーム先端Ｐを垂直水平移動させようとする場
合、ｘ＝Ｌであるから、上記の場合と同様に演算する
と、

【００２６】

【数８】α＝ｓｉｎ^-1（ｆ(y)） β＝ｓｉｎ^-1（ｆ(y)） このようにして水平移動と垂直移動の条件が求められる
が、この角度関係となるようにシリンダストロークを設
定する必要がある。第１ブームシリンダのストロークｌ
aは、

【００２７】

【数９】 ｌa＝√｛（l₁-l₃cosα）²＋（l₂+l₃sinα）²｝ となり、また第２ブームシリンダのストロークｌbは、

【００２８】

【数１０】 ｌb＝√｛（l_asinα+l₅sinβ-l₄sinα）²＋（L_acosα-l₅cosβ-l₄cosα）²｝ となる。このようなストロークとなるように各ブームシ
リンダの流量を制御することにより協調制御によりブー
ム先端を水平移動もしくは垂直移動させることができ
る。

【００２９】更に、中折れブーム２０の先端に取り付け
たブラケット３０は傾倒シリンダ３２によって傾倒可能
とされているが、中折れブーム２０の作動により把持機
構４２が傾かないように、連結ピン部分に角度センサ５
２γを設け、コントローラ５０はこれを受けてブームの
作動の如何に拘らず傾倒角を保持すべく制御させてい
る。もちろんコントローラ５０は旋回ボックス３４や把
持機構４２、その他の駆動部の操作制御をなすものであ
る。

【００３０】これは、一定保持傾倒角度をγ₁に保持さ
せる場合、図６の模式説明図に示すように第２ブームが
下降されるときには傾倒シリンダ３２を引き込み駆動さ
せる必要がある。模式図から初期のシリンダストローク
をｌc、ブーム下降後のシリンダストロークをｌc’とす
ると、

【００３１】

【数１１】 ｌc ＝√｛l₁ ²+l₂ ²-2l₁l₂cos(γ₁+β₁ーｃ₁)｝＝ｆ（γ，β） ｌc'＝√｛l₁ ²+l₂ ²-2l₁l₂cos(γ₁+β₂ーｃ₁)｝ となる。制御に調整ストロークΔｌcは、

【００３２】

【数１２】Δｌc＝ｌc−ｌc' として求められる。傾倒角度の偏差（γ₂−γ₁）によ
り、伸縮方向を代えるとともに、求められた調整ストロ
ークΔｌcとなるように、流量制御をなすことによりブ
ラケット３０を所定の角度に保持させることができるの
である。

【００３３】図７は上記制御をなすためのシステム構成
ブロック図を示している。第１、第２ブームシリンダ２
６、２８および傾倒シリンダ３２に対する作動油の給排
経路に電磁比例制御弁５４をそれぞれ介装し、流路の切
換えをなすことによりブーム駆動およびブラケット３０
の傾倒動作が行われるものとなっている。コントローラ
５０にはエンコーダからなる角度センサ５２α、５２
β、５２γの信号が入力されるとともに、操作盤のジョ
イスティック５６からの操作信号を入力するようにして
いる。操作信号により傾倒角度を保持して直線移動をな
す場合には、上述した演算に基づいて各シリンダを所定
方向に所定量だけ操作させるように対応している電磁比
例制御弁５４に駆動信号を出力するものとなっている。

【００３４】このコントローラ５０の制御動作のフロー
チャートを図８に示す。まず、フォーク爪４０が備えら
れているブラケット３０を傾倒駆動するか否かの判別を
なすが（ステップ１００）、これは制御盤でのモード設
定により行われる。独立して傾倒駆動させる場合は単純
な傾倒シリンダ３２の駆動で足りるが、後続するブーム
駆動に際して傾倒させないようにするモードが選択され
ると、最初に前述した式１０の基づいてシリンダストロ
ークの演算を行う（ステップ１１０）。この演算結果に
よりシリンダ流量が決定され、シリンダ必要流量が算出
される（ステップ１２０）。

【００３５】次いで、通常リンク動作であるかどうかの
判定をなし（ステップ１３０）、直線移動モードが選択
されることにより（ステップ１４０）、協調制御状態に
入る。上下移動させるか水平移動させるかの判別（ステ
ップ１５０）にしたがい、例えば水平移動を選択した場
合には（ステップ１６０）、必要角度α、β（図６参
照）が演算される（ステップ１７０）。そしてこの角度
に基づき、シリンダストロークの演算が行われ（ステッ
プ１８０）、対応するシリンダ流量の演算がなされるの
である（ステップ１９０）。上記直線移動方向の判別に
際して上下移動が選択された場合には上下移動の選択モ
ードに入って（ステップ２００）、同様にシリンダスト
ロークに対応する流量が求められる。必要シリンダ流量
の設定により、コントローラ５０は対応する電磁弁駆動
信号を出力することにより、把持しているワークを一定
の角度に保持した状態で上下方向あるいは水平方向に直
線移動することができ、ワークを所望の箇所に直接的に
移動させることができるのである。

【００３６】このように構成された重量物ハンドリング
装置では、中折れブーム２０を含む上部機構部分がスラ
イドベース１６に搭載され、全体が横行移動可能となっ
ているため、把持したワークを把持状態のまま横方向に
移動して位置決めできる。これは基台１０を車両などに
設置した場合に、車両の移動を伴わずに行うことができ
ることを意味する。そして、中折れブーム２０自体は直
線前進運動および直線昇降運動を行うことができ、把持
したワークの直交２軸方向移動が可能となっている。こ
の結果、ハンドリング装置全体では直交３軸に沿ってワ
ークを移動操作し、位置決めできる。したがって、図３
に示しているようなワークのサイズに合った空間位置に
当該ワークを取り付ける場合に、装置全体の移動スペー
スを広くしなくても簡単にハンドリングできるものとな
る。このため、狭い地下空間での作業等に極めて高い効
果をもたらし、高価なロードバランサを用いることなく
高い精度でワークを所定位置に据付けできるのである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
重量物をハンドリングする場合に、ワークを把持した状
態でこれを直線的に移動して位置決めできるため、ワー
クのみの挿入空間しかない箇所への据付けが狭い作業ス
ペースで実現できる効果が得られる。特に、中折れブー
ム全体を横行させ、同時にブーム先端を直交２軸方向に
沿った直線移動ができるようにすることで、直交３軸に
沿った直線移動を中折れブーム機構で実現できるので、
狭い作業スペース内であっても低コストで高い位置決め
精度を達成できる重量物ハンドリング装置とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るハンドリング装置の断面構成図で
ある。

【図２】同装置のスライドベース部の縦横断面図であ
る。

【図３】同装置の旋回ボックス部の平面図および側面図
である。

【図４】ワークの持上げ作業状態の説明図である。

【図５】ブーム操作のスケルトン説明図である。

【図６】ブームおよびブラケット部のシリンダ制御の説
明用模式図である。

【図７】シリンダ制御の構成ブロック図である。

【図８】シリンダ制御のフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 基台 １２ ガイドレール １４ ウェアプレート １６ スライドベース １８ 水平駆動シリンダ ２０ 中折れブーム ２２ 第１ブーム ２４ 第２ブーム ２６ 第１ブームシリンダ ２８ 第２ブームシリンダ ３０ ブラケット ３０Ａ、３０Ｂ 上下フランジ ３２ 傾倒シリンダ ３４ 旋回ボックス ３４Ａ、３４Ｂ 舌片 ３６ 首振りシリンダ ３８ 旋回プレート ４０ フォーク爪 ４２ 把持機構 ４４ 固定フレーム ５０ コントローラ ５２α、５２β、５２γ 角度センサ ５４ 電磁比例制御弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台にスライドベースを位置決め可能に
   装備し、この基台上にブームシリンダにより屈曲動作可
   能とした中折れブームを立設し、当該中折れブームの先
   端に首振り駆動可能とされたブラケットを設けるととも
   に該ブラケットには旋回ボックスを介して回転可能とさ
   れたフォーク爪を開閉駆動可能に設けることにより、前
   記フォーク爪により把持したワークを前記スライドベー
   スにより直線横行移動と停止位置決めを可能としたこと
   を特徴とする重量物ハンドリング装置。
2. 【請求項２】 前記中折れブームを屈曲作動させるブー
   ムシリンダの流量制御をなすコントローラを設け、当該
   コントローラはブーム角度を検出入力してブーム先端を
   直線垂直移動もしくは直線水平移動可能とする制御をな
   すことを特徴とする請求項１に記載の重量物ハンドリン
   グ装置。