JP7031959B2 - リフティングマグネット機及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、リフティングマグネット機及び制御装置に関する。

吸着マグネットに吸着物された吸着物の重量を計測することができるリフティングマグネット機が下記の特許文献１に開示されている。このリフティングマグネット機は、ブームシリンダの作用力を圧力センサと、ブームの角度を検出するブーム角度センサとを有する。演算表示手段が、圧力センサ及びブーム角度センサの計測値に基づいて、吸着マグネットに吸着された吸着物の重量を演算する。

特開平１１－２３０８２０号公報

オペレータが釈放操作を行うと、吸着マグネットのマグネットコイルに印加する電圧を反転させて、吸着マグネットの速やかな消磁を行う。吸着マグネットが消磁されると吸着物が釈放される。作業効率を高めるために、釈放操作を行った時点から実際に吸着物が釈放されるまでの釈放時間を短縮することが望まれている。

本発明の目的は、釈放時間を短くして作業性を高めることができるリフティングマグネット機及び制御装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
吸着マグネットと、
釈放時間に影響を与えるパラメータに基づいて前記吸着マグネットに吸着釈放の指令を与え、吸着釈放の作業中に、釈放時間が短くなるように前記パラメータの値を変化させる機能を持つ制御装置と、
前記吸着マグネットから吸着物が落下する時点を検知する落下検知装置と
を有し、
前記制御装置は、釈放操作が行われた時点から、前記落下検知装置で検知された落下時点までの釈放時間の実測値に基づいて前記パラメータを変化させるリフティングマグネット機が提供される。

吸着釈放の作業中にパラメータの値を変化させることにより、釈放時間が短くなった状態で作業を行うことができる。これにより、作業性を高めることができる。

図１は、実施例によるリフティングマグネット機の側面図である。 図２は、実施例によるリフティングマグネット機の機能を示すブロック図である。 図３Ａ～図３Ｃは、リフマグドライバ及びマグネットコイルの等価回路図である。 図４は、吸着から釈放までの吸着釈放操作の状態 マグネットコイルに印加される電圧、マグネットコイルを流れる電流の時間変化の一例を示すグラフである。 図５は、ブームボトム圧センサで計測されたブームボトム圧の変化を示すグラフである。 図６は、釈放操作後の吸着釈放操作の状態 マグネットコイルに印加される電圧、マグネットコイルを流れる電流、及びブームボトム圧の時間変化の一例を示すグラフである。 図７は、判定閾値Ｉ_ＲＳと釈放時間ｔ_ＲＳの実測値との関係の一例を示すグラフである。 図８は、制御装置が実行する処理のフローチャートである。

図１を参照して、実施例によるリフティングマグネット機の構成の概略について説明する。
図１は、実施例によるリフティングマグネット機の側面図である。下部走行体１０に旋回体１１が旋回可能に搭載されている。旋回体１１にブーム１５、アーム１６、及び吸着マグネット１７が取り付けられている。ブームシリンダ２１がブーム１５を起伏方向に駆動する。アームシリンダ２２がアーム１６をブーム１５に対して開閉方向に駆動する。マグネットシリンダ２３が、アーム１６に対して吸着マグネット１７の姿勢を変化させる。

旋回体１１に、オペレータが乗り込むキャビン１２が搭載されている。キャビン１２内に、オペレータによって操作される操作装置１３が設置されている。操作装置１３は、下部走行体１０の走行、旋回体１１の旋回、ブーム１５の起伏、アーム１６の開閉、吸着マグネット１７の姿勢変更の操作を行うための操作レバー、及び吸着マグネット１７の吸着及び釈放操作を行うための操作ボタン等を含む。

図２は、実施例によるリフティングマグネット機の機能を示すブロック図である。ＤＣバス３０に、油圧駆動部４０、旋回駆動部５０、リフティングマグネット部６０、及び蓄電部７０が接続されている。

油圧駆動部４０の構成について、以下に説明する。
エンジン４１、２つの油圧ポンプ４４、及びアシストモータ４５が、トルク伝達機構４３を介して接続されている。エンジン４１の回転軸にフライホイル４２が取り付けられている。エンジン４１及びアシストモータ４５で発生した動力が、トルク伝達機構４３を介して油圧ポンプ４４に伝達され、油圧ポンプ４４が駆動される。油圧ポンプ４４は、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、マグネットシリンダ２３（図１）、及び油圧モータに高圧の作動油を供給する。油圧モータは、下部走行体１０（図１）の左右のクローラを駆動する。アシストモータ４５は発電機としても動作可能である。アシストモータ４５を発電機として動作させるときは、エンジン４１で発生した動力がトルク伝達機構４３を介してアシストモータ４５に伝達される。

アシストモータ４５はアシストインバータ４６を介してＤＣバス３０に接続されている。アシストインバータ４６は双方向動作が可能であり、アシストモータ４５をモータとして動作させるときには、ＤＣバス３０からアシストモータ４５に電力を供給する。アシストモータ４５を発電機として動作させるときには、アシストモータ４５で発電された電力をＤＣバス３０に供給する。

旋回駆動部５０は、旋回インバータ５１及び旋回モータ５２を含む。旋回モータ５２は旋回体１１（図１）を旋回させるとともに、回生ブレーキとしても動作可能である。旋回インバータ５１は双方向動作が可能である。旋回体１１を旋回させるときは、ＤＣバス３０から旋回インバータ５１を通して旋回モータ５２に電力が供給される。旋回モータ５２が回生ブレーキとして動作するときには、旋回モータ５２で発生した回生電力が旋回インバータ５１を通してＤＣバス３０に供給される。

リフティングマグネット部６０は、リフマグドライバ６１及び吸着マグネット１７を含む。吸着マグネット１７は有芯のマグネットコイル６２を含む。ＤＣバス３０からリフマグドライバ６１を介してマグネットコイル６２に電流が流れると、吸着マグネット１７に吸着力が発生する。

蓄電部７０は、昇降圧コンバータ７１及び蓄電装置７２を含む。昇降圧コンバータ７１は、蓄電装置７２の充放電制御を行う。放電時には、蓄電装置７２から昇降圧コンバータ７１を介してＤＣバス３０に電力が供給される。充電時には、ＤＣバス３０から蓄電装置７２に電力が供給される。

制御装置８０が、アシストインバータ４６、旋回インバータ５１、リフマグドライバ６１、及び昇降圧コンバータ７１を制御する。ブームボトム圧センサ８１が、ブームシリンダ２１（図１）のボトム圧を計測する。計測結果が制御装置８０に入力される。

図３Ａ～図３Ｃを参照して、吸着及び釈放時に吸着マグネット１７のマグネットコイル６２に流れる電流について説明する。図３Ａ～図３Ｃは、リフマグドライバ６１及びマグネットコイル６２の等価回路図である。

図３Ａに示すように、リフマグドライバ６１は４つのパワートランジスタＴｒ１～Ｔｒ４を含むＨブリッジ回路で構成される。パワートランジスタＴｒ１～Ｔｒ４の各々に、フリーホイールダイオードＤ１～Ｄ４が接続されている。Ｈブリッジ回路の２本のレグが、ＤＣバス３０の正極ラインと負極ラインとの間に接続されている。Ｈブリッジ回路の２本のレグの中間点に、吸着マグネット１７（図２）のマグネットコイル６２が接続されている。

オペレータが吸着操作を行うと、制御装置８０が、Ｈブリッジ回路の対角の位置にある２つのパワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４へのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の印加を開始する。パワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４がオンになると、マグネットコイル６２に電流が流れ始める（図３Ａ）。この電流の方向を正方向と定義する。

パワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４がオフになっている期間は、マグネットコイル６２に発生する逆起電圧によって、フリーホイールダイオードＤ３、Ｄ２を経路とする正方向の電流が流れ続ける。パワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４に印加するＰＷＭ信号のデューティ比を変化させることにより、マグネットコイル６２に印加する平均電圧を変化させることができる。

オペレータが釈放操作を行うと、制御装置８０が、図３Ａの場合とは異なる対角のパワートランジスタＴｒ２、Ｔｒ３へのＰＷＭ信号の印加を開始する。これにより、マグネットコイル６２に印加される電圧の極性が反転する。マグネットコイル６２に外部から印加される電圧が、マグネットコイル６２に発生している逆起電圧より大きくなると、マグネットコイル６２に流れている電流の方向が正方向から負方向に反転する（図３Ｃ）。マグネットコイル６２の磁芯がほぼ消磁されると、吸着マグネット１７に吸着されていた吸着物が落下する（釈放される）。

図４は、吸着から釈放までの吸着釈放操作の状態、マグネットコイル６２に印加される電圧の時間変化、及びマグネットコイル６２を流れる電流の時間変化の一例を示すグラフである。図４の２段目のグラフでは、マグネットコイル６２に印加される電圧として、ＰＷＭ信号のデューティ比によって制御された後の平均電圧を表している。図４の３段目のグラフでは、マグネットコイル６２に流れる電流として平均電流を表している。

オペレータが吸着操作を行うと（時刻ｔ_０）、制御装置８０がパワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４へのＰＷＭ信号の印加を開始する（図３Ａ、図３Ｂ）ことにより、マグネットコイル６２に定格電圧Ｖ_ＲＡを印加する。これにより、マグネットコイル６２に電流が流れ始め、ある時間経過後に、電流の大きさが定格電流Ｉ_ＲＡに達し、その後は一定の定格電流Ｉ_ＲＡが流れる。これにより、吸着マグネット１７に磁力が発生し、吸着物が吸着される。

オペレータが釈放操作を行うと（時刻ｔ_１）、制御装置８０がパワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４へのＰＷＭ信号の印加を停止し、パワートランジスタＴｒ２、Ｔｒ３へのＰＷＭ信号の印加を開始する。これにより、マグネットコイル６２に印加される電圧の極性が反転する。このときの電圧の絶対値Ｖ_ＯＳは、例えば定格電圧Ｖ_ＲＡより大きい。

マグネットコイル６２に印加される電圧の極性が反転すると、マグネットコイル６２を流れる電流が徐々に低下する。時刻ｔ１からある時間が経過すると、マグネットコイル６２に流れている電流の方向が正方向から負方向に反転する。

マグネットコイル６２に流れている負方向の電流の絶対値が判定閾値Ｉ_ＲＳに達すると、制御装置８０は、パワートランジスタＴｒ２、Ｔｒ３へのＰＷＭ信号の印加を停止し、パワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ４へのＰＷＭ信号の印加を開始する（図３Ａ、図３Ｂ）。これにより、マグネットコイル６２に印加される電圧の極性が再反転する（時刻ｔ_２）。再反転後の電圧の絶対値Ｖ_ＯＳは、定格電圧Ｖ_ＲＡより大きい。

マグネットコイル６２に印加されている電圧の極性が再反転することにより、マグネットコイル６２に流れている負方向の電流の絶対値が減少する。電圧を再反転させた時刻ｔ_２から一定時間が経過すると、制御装置８０はマグネットコイル６２への電圧の印加を停止す（時刻ｔ_３）。その後、マグネットコイル６２に流れる電流はほぼ０になる。マグネットコイル６２の磁芯がほぼ消磁されると、吸着物が吸着マグネット１７から釈放される。

次に、図５を参照して、釈放時点を検出する方法について説明する。
図５は、ブームボトム圧センサ（図２）で計測されたブームボトム圧の変化を示すグラフ、及び吸着マグネット１７への吸着物９０の吸着状態を示す図である。吸着マグネット１７に吸着物９０が吸着されている状態では、ブームシリンダ２１のボトム側の作動油に対して、吸着物９０の重量が付加された圧力が印加される。吸着マグネット１７から吸着物９０が落下すると（釈放されると）、ブームボトム圧が低下する。ブームボトム圧を継続してモニタしておくことにより、吸着物９０が釈放された時点を検出することができる。

次に、図６及び図７を参照して、釈放時間を短くするために制御装置８０が行う自動学習について説明する。

図６は、釈放操作後の吸着釈放操作の状態 マグネットコイル６２に印加される平均電圧の時間変化、マグネットコイル６２を流れる平均電流の時間変化、及びブームボトム圧の時間変化の一例を示すグラフである。

オペレータが釈放操作を行うと（時刻ｔ_１）、マグネットコイル６２に印加される電圧の極性が＋Ｖ_ＲＡから－Ｖ_ＯＳに反転し、マグネットコイル６２を流れる電流が定格電流Ｉ_ＲＡから減少し始める。制御装置８０は、釈放動作ごとに、電圧を再反転させる契機となる電流の判定閾値Ｉ_ＲＳを変化させる。制御装置８０は、釈放操作が行われた時点（時刻ｔ_１）から、実際に吸着物９０（図５）が釈放された時点（時刻ｔ_４）までの釈放時間ｔ_ＲＳを実測する。制御装置８０は、判定閾値Ｉ_ＲＳと釈放時間ｔ_ＲＳの実測値とを関連付けて蓄積する。

図７は、判定閾値Ｉ_ＲＳと釈放時間ｔ_ＲＳの実測値との関係の一例を示すグラフである。横軸は判定閾値Ｉ_ＲＳを表し、縦軸は釈放時間ｔ_ＲＳの実測値を表す。判定閾値Ｉ_ＲＳを変化させると、釈放時間ｔ_ＲＳの実測値も変化する。制御装置８０は、釈放時間ｔ_ＲＳが極小値を示すときの判定閾値Ｉ_ＲＳを見つけ出す。釈放時間ｔ_ＲＳが極小値を示すときの判定閾値Ｉ_ＲＳを最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０ということとする。制御装置８０は、最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０を見つけ出した後は、判定閾値Ｉ_ＲＳとして最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０を用いて釈放動作の制御を行う。

次に、図８を参照して、リフティングマグネット機の作業中に制御装置８０が実行する処理について説明する。

図８は、制御装置８０が実行する最適判定閾値決定処理のフローチャートである。制御装置８０は、自動学習モードとパラメータ固定モードとのいずれかの動作モードで動作する。動作モードは、例えばオペレータからの指令によって予め制御装置８０に記憶されている。

最適判定閾値決定が起動されると、制御装置８０は動作モードを判定する（ステップＳ１）。オペレータによって設定された動作モードが自動学習モードであるとき、制御装置８０は判定閾値Ｉ_ＲＳの自動学習を行う（ステップＳ２）。自動学習の工程では、釈放動作ごとに判定閾値Ｉ_ＲＳを変化させ、釈放時間ｔ_ＲＳを計測する。釈放操作が終了する毎に、自動学習が完了したか否かを判定する（ステップＳ３）。図７に示したグラフのように、釈放時間が極小値を示す最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０が見つかったら、自動学習が完了したと判定され、釈放時間が極小値を示す判定閾値Ｉ_ＲＳが見つかっていない場合には、自動学習が完了していないと判定される。

なお、釈放動作の回数の下限値を設定しておいてもよい。この場合、自動学習を開始してから、この下限値に達するまでの回数の釈放動作を行った後、釈放時間が極小値を示す判定閾値Ｉ_ＲＳが見つかった否かの判定を行う。釈放動作の回数の下限値として、例えば、１０回～２０回の範囲内の回数を設定しておくとよい。

自動学習が完了していない場合には、制御装置８０は自動学習（ステップＳ２）を継続する。自動学習が完了すると、制御装置８０は通常運転（ステップＳ４）を実行する。通常運転においては、電圧を再反転させる契機となる判定閾値Ｉ_ＲＳとして自動学習で見つかった最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０（図７）を用いて釈放動作の制御を行う。

釈放操作が行われる毎に、制御装置８０は学習が必要か否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、釈放時間ｔ_ＲＳの実測値が許容上限値を超えたら学習が必要と判定される。また、前回の自動学習が完了してから一定時間が経過したら学習が必要と判定してもよい。その他に、通常運転（ステップＳ４）での釈放動作の回数が一定値を超えたら学習が必要と判定してもよい。さらに、その他に、前回の自動学習が完了してから吸着マグネット１７の温度が一定幅以上変化したら学習が必要と判定してもよい。

制御装置８０は、学習が不要と判定した場合には、通常運転（ステップＳ４）を継続する。学習が必要と判定した場合には、自動学習（ステップＳ２）を実行する。これにより、最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０が修正される。

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
電圧を再反転させる契機となる判定閾値Ｉ_ＲＳ（図４）を最適値に固定したとしても、吸着物の磁気的性質、マグネットコイルの温度変化に起因する電気的定数の変動等によって釈放時間ｔ_ＲＳが変動する。上記実施例では、吸着及び釈放の作業中に、釈放時間ｔ_ＲＳが短くなるように制御装置８０が自動学習する。種々の要因で釈放時間ｔ_ＲＳが変動する場合でも、より短い釈放時間ｔ_ＲＳで作業を行うことができるため、作業性の低下を回避することができる。

釈放時間に影響を与える要因として種々の要因が想定されるが、上記実施例では、種々の要因を個々に分析することなく、最適判定閾値Ｉ_ＲＳ０を見つけ出すことができる。

また、上記実施例では、ブームボトム圧の変化によって、釈放時間ｔ_ＲＳを実測している。このため、オペレータの介在を必要とすることなく、釈放時間を精度よく計測することができる。さらに、制御装置８０が自動で学習するため、オペレータやサービスマンへの負担を増加させることが無い。

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、釈放時間に影響を与えるパラメータとして、電圧を再反転させる契機となる電流の判定閾値Ｉ_ＲＳを採用したが、その他の物理量を採用してもよい。例えば、釈放時間に影響を与えるパラメータとして、オペレータが釈放操作を行った時点（図４の時刻ｔ_１）から経過した時間の長さの判定閾値を採用してもよい。この場合、制御装置８０は、オペレータが釈放操作を行った時点からの経過時間が判定閾値に達したら電圧を再反転させる。

上記実施例では、吸着物の落下時点を検出する落下検知装置としてブームボトム圧センサ８１（図２）を用いたが、その他のセンサを用いてもよい。例えば、アームシリンダ２２（図１）のボトム圧を計測するセンサ、マグネットシリンダ２３（図１）のボトム圧を計測するセンサ等を用いてもよい。その他に、例えば吸着マグネット１７に吸着されている吸着物を撮像する撮像装置を用いてもよい。この場合、画像解析を行うことにより、吸着物の落下時点を検知することができる。

上記実施例では、マグネットコイル６２（図２）に印加する電圧を制御することにより、吸着マグネット１７に対して吸着釈放の指令を与えたが、印加する電圧の制御以外によって吸着釈放の指令を与えてもよい。例えば、マグネットコイル６２に流す電流を制御することによって、吸着釈放の指令を与えてもよい。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 下部走行体
１１ 旋回体
１２ キャビン
１３ 操作装置
１５ ブーム
１６ アーム
１７ 吸着マグネット
２１ ブームシリンダ
２２ アームシリンダ
２３ マグネットシリンダ
３０ ＤＣバス
４０ 油圧駆動部
４１ エンジン
４２ フライホイル
４３ トルク伝達機構
４４ 油圧ポンプ
４５ アシストモータ
４６ アシストインバータ
５０ 旋回駆動部
５１ 旋回インバータ
５２ 旋回モータ
６０ リフティングマグネット部
６１ リフマグドライバ
６２ マグネットコイル
７０ 蓄電部
７１ 昇降圧コンバータ
７２ 蓄電装置
８０ 制御装置
８１ ブームボトム圧センサ
９０ 吸着物

Claims (2)

1. 吸着マグネットと、
   釈放時間に影響を与えるパラメータに基づいて前記吸着マグネットに吸着釈放の指令を与え、吸着釈放の作業中に、釈放時間が短くなるように前記パラメータの値を変化させる機能を持つ制御装置と、
   前記吸着マグネットから吸着物が落下する時点を検知する落下検知装置と
   を有し、
   前記制御装置は、釈放操作が行われた時点から、前記落下検知装置で検知された落下時点までの釈放時間の実測値に基づいて前記パラメータを変化させるリフティングマグネット機。
2. 吸着マグネットと、
   釈放時間に影響を与えるパラメータに基づいて前記吸着マグネットに吸着釈放の指令を与え、吸着釈放の作業中に、釈放時間が短くなるように前記パラメータの値を変化させる機能を持つ制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、釈放時間が許容上限値を超えると、吸着及び釈放の作業中に前記パラメータの値を変化させて、釈放時間が極小値を示すときの前記パラメータの値を見つけ出す学習を行うリフティングマグネット機。
   

Images