JP2007017326A - Position detection method for highly precisely positioning self-running mobile object and mechanism thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面内などを自走する台車や自動搬送台車、或は、エレベータなどの昇降台のように、外部駆動力又は搭載駆動力によって水平方向及び/又は垂直方向に移動する対象物を、高精度で位置決めするための位置検出方法とそのための機構に関する。 The present invention relates to an object that moves in a horizontal direction and / or a vertical direction by an external driving force or a mounting driving force, such as a carriage or an automatic conveyance carriage that is self-propelled in a plane or the like, or a lift such as an elevator. The present invention relates to a position detection method for positioning with high accuracy and a mechanism therefor.
従来より、自走台車,自動搬送台車,昇降リフト,自動倉庫のスタッカクレーンなどのような自走式の移動体は、X−Y座標系やX−Y−Z座標系における各軸の移動データにより公知の位置決め制御を行い、最終的には位置検出センサによる検出位置に基づいて位置決め制御が行われている。 Conventionally, a self-propelled movable body such as a self-propelled carriage, an automatic conveyance carriage, a lift, a stacker crane of an automatic warehouse, etc. has a movement data of each axis in an XY coordinate system or an XYZ coordinate system. Thus, known positioning control is performed, and finally positioning control is performed based on the detection position by the position detection sensor.
しかし、従来の位置決め制御において最終位置出しセンサの精度を上げると、コントローラでのX,Yデータなど、各軸についてのデータ精度を上げる必要が生じ、処理データ量が徒らに大きくなるという難点がある。X,Yデータなど各軸のデータ量を従来レベルにしておくには、機械側と同じ精度で大まかに位置を検出するセンサと、最終的に位置出しをするセンサの少なくとも2つのセンサを必要とする。 However, if the accuracy of the final positioning sensor is increased in conventional positioning control, it is necessary to increase the data accuracy for each axis, such as X and Y data in the controller, and the amount of processing data becomes large. is there. In order to keep the amount of data of each axis such as X and Y data at the conventional level, at least two sensors, that is, a sensor for roughly detecting the position with the same accuracy as the machine side and a sensor for finally positioning are required. To do.
また、最終位置出しセンサの検出精度を上げるのはよいが、制御される自走式移動体の機械精度を位置出しセンサのレベルに引上げなければ、全体としての位置決め精度の向上を得ることができないため、移動体側の機械精度を向上させるには多大の手間やコストを不可欠とするという問題があって、現実的でない。 Although it is good to increase the detection accuracy of the final positioning sensor, the overall positioning accuracy cannot be improved unless the mechanical accuracy of the controlled self-propelled moving body is raised to the level of the positioning sensor. Therefore, there is a problem that a great deal of labor and cost are indispensable for improving the machine accuracy on the moving body side, which is not realistic.
本発明は上記のような自走型移動体の位置決め精度を高精度にしようとする場合の問題点に鑑み、高精度の位置決め制御をするのに、ユニット化されたデジタイザを最終位置出しセンサとして使用し、このデジタイザを最終位置出しセンサとして機能させることによって、少なくとも2つの位置決めセンサを用いることなく高精度の位置決めを可能にする位置検出方法、並びに、そのための機構を提供することを、その課題とする。 In view of the problem in the case where the positioning accuracy of the self-propelled moving body is to be high, the present invention uses a unitized digitizer as a final positioning sensor for high-precision positioning control. It is an object of the present invention to provide a position detection method that enables high-accuracy positioning without using at least two positioning sensors by using this digitizer as a final positioning sensor, and a mechanism therefor. And
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明方法の第一の構成は、台車やリフトなどの停止位置センサを備えた移動体における固定系の位置決め点乃至その近傍にコイルとコンデンサを含み磁界の作用でエネルギを蓄える共振回路を備えた検知体を設置する一方、前記検知体に対面する移動体側に、当該検知体に対して規則的に配列した複数のループコイルを順次選択し磁界を発生させて前記共振回路にエネルギを蓄えさせると共に当該エネルギの作用を受けて前記ループコイルに発生する磁界を検出処理しその磁界の発生位置を位置データとして検出するセンサボードを設けることにより、前記移動体の停止位置を、前記センサボードが備えた検出精度により検出することを特徴とするものである。 The first configuration of the method of the present invention made for the purpose of solving the above problems is that a magnetic field including a coil and a capacitor at or near a fixed system positioning point in a moving body having a stop position sensor such as a carriage or a lift. While installing a detection body equipped with a resonance circuit that stores energy by the action of the above, on the moving body side facing the detection body, a plurality of loop coils regularly arranged with respect to the detection body are sequentially selected to generate a magnetic field By providing a sensor board for storing energy in the resonance circuit and detecting a magnetic field generated in the loop coil under the action of the energy and detecting the generation position of the magnetic field as position data. The stop position is detected by the detection accuracy provided in the sensor board.
また、上記課題を解決することができる本発明方法の第二の構成は、台車やリフトなどの停止位置センサを備えた移動体における固定系の位置決め点乃至その近傍にコイルとコンデンサを含み電磁波に同調する同調回路を備えた検知体を設置する一方、前記検知体に対面する移動体側に、規則的に配列した複数のループコイルと前記ループコイルを順次選択して当該ループコイルに励起信号を付与する励起回路と励起された電磁波を前記検知体に向け送信すると共に前記検知体に生じる電磁波により前記ループコイルに発生する誘導電圧を検出する送信回路を備え前記誘導電圧を生じたループコイルの位置を位置データとして検出するセンサボードを設けることにより、前記移動体の停止位置を、前記センサボードが備えた検出精度により検出することを特徴とするものである。 In addition, the second configuration of the method of the present invention that can solve the above-described problem is that the electromagnetic wave includes a coil and a capacitor at or near the fixed system positioning point in the moving body having a stop position sensor such as a carriage or a lift. While installing a detection body equipped with a tuning circuit to be tuned, a plurality of regularly arranged loop coils and the loop coil are sequentially selected on the side of the moving body facing the detection body, and an excitation signal is applied to the loop coil. An excitation circuit that transmits the excited electromagnetic wave to the detection body, and a transmission circuit that detects an induced voltage generated in the loop coil by the electromagnetic wave generated in the detection body. By providing a sensor board that detects the position data, the stop position of the moving body is detected by the detection accuracy of the sensor board. It is characterized in that.
そして、上記の本発明方法を実施するための本発明機構の第一の構成は、停止位置センサを備えた台車やリフトなどの移動体における固定系の位置決め点乃至その近傍に設置したコイルとコンデンサを含み磁界の作用でエネルギを蓄える共振回路を備えた検知体と、前記検知体に対面する移動体の側面に設けた規則的に配列した複数のループコイルを備えるセンサボードであって、そのセンサボードのループコイルが前記検知体に対する磁界を発生することにより検知体の共振回路にエネルギを蓄えさせると共に当該エネルギの作用を受けて前記ループコイルに生じる磁界を検出処理しその磁界の発生位置を位置データとして検出するセンサボードとを備え、前記停止位置センサで検出される移動体の停止位置を、前記検出体とセンサボードの協働作用によって得られる位置データに基づいて検出するようにしたことを特徴とするものである。 The first configuration of the mechanism of the present invention for carrying out the above-described method of the present invention is that a fixed system positioning point in a moving body such as a cart or a lift provided with a stop position sensor or a coil and a capacitor installed in the vicinity thereof. A sensor board including a resonance body including a resonance circuit that stores energy by the action of a magnetic field, and a plurality of regularly arranged loop coils provided on a side surface of the moving body facing the detection body, the sensor board The loop coil of the board generates a magnetic field for the detection body, so that energy is stored in the resonance circuit of the detection body, and the magnetic field generated in the loop coil is detected by the action of the energy and the position where the magnetic field is generated is positioned. And a sensor board for detecting the stop position of the moving body detected by the stop position sensor. It is characterized in that it has to be detected based on the position data obtained by the cooperative action.
更に、本発明機構の第二の構成は、停止位置センサを備えた台車やリフトなどの移動体における固定系の位置決め点乃至その近傍に設置したコイルとコンデンサを含み同調回路が電磁信号を発生する検知体と、前記検知体に対面する移動体の側面に設けたセンサボードであって、そのセンサボードが前記検知体に対する電磁波を発生することにより検知体の同調回路に電磁波を発生させると共に当該電磁波を受けて誘導電圧を生じる規則的に配列されたループコイルの位置を検出しその位置を位置データとして検出するセンサボードとを備え、前記停止位置センサで検出される移動体の停止位置を、前記検出体とセンサボードの協働作用によって得られる位置データに基づいて検出するようにしたことを特徴とするものである。 Furthermore, the second configuration of the mechanism of the present invention is that a tuning circuit generates a magnetic signal including a coil and a capacitor installed at or near a positioning point of a fixed system in a moving body such as a carriage or a lift provided with a stop position sensor. A sensor board provided on a side surface of a detection body and a moving body facing the detection body, and the sensor board generates an electromagnetic wave to the detection body, thereby generating an electromagnetic wave in a tuning circuit of the detection body and the electromagnetic wave And a sensor board that detects the positions of regularly arranged loop coils that generate an induced voltage and detects the positions as position data, and the stop position of the moving body detected by the stop position sensor, The detection is based on position data obtained by the cooperative action of the detection body and the sensor board.
本発明では、台車やリフトなどの停止位置センサを備えた移動体における固定系の位置決め点乃至その近傍に、磁界の作用でエネルギを蓄える共振回路を備えた検知体を設置する一方、前記検知体に対面する移動体側に、当該検知体に対する磁界を発生し前記共振回路にエネルギを蓄えさせると共に当該エネルギの作用を受けて発生する磁界を検出処理しその磁界の発生位置を位置データとして検出するセンサボードを設けることにより、前記移動体の停止位置を、前記センサボードが備えた検出精度により移動体の停止位置を検出するようにしたので、2つの機械的構成の位置決めセンサを用いることなく高精度の位置決めを可能にする。 In the present invention, a detector including a resonance circuit that stores energy by the action of a magnetic field is installed at or near a positioning point of a fixed system in a movable body including a stop position sensor such as a carriage or a lift. A sensor that generates a magnetic field for the sensing body on the side of the moving body facing the sensor, stores energy in the resonance circuit, detects a magnetic field generated by the action of the energy, and detects a position where the magnetic field is generated as position data By providing the board, the stop position of the moving body is detected by the detection accuracy of the sensor board, so that the high accuracy can be achieved without using two mechanical configuration positioning sensors. Enables positioning.
次に本発明の実施の形態例について図を参照して説明する。図1は本発明方法を自走台車の位置決めに使用した例の模式的な平面図、図2は本発明方法を昇降リフトの位置決めに使用した例の模式的な側面図、図3は本発明方法を自動搬送台車の位置決めに使用した例の模式的な平面図、図4と図5は本発明方法を自動倉庫のスタッカークレーンの移載装置部分に適用した例の模式図で、図4は平面から見た模式図、図5は側面から見た模式図、図6は本発明で使用する電磁誘導方式のタブレットによるセンサユニットの一例を説明するための模式図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a schematic plan view of an example in which the method of the present invention is used for positioning a self-propelled carriage, FIG. 2 is a schematic side view of an example in which the method of the present invention is used for positioning a lift, and FIG. FIG. 4 and FIG. 5 are schematic plan views of an example in which the method is applied to a transfer device portion of a stacker crane in an automatic warehouse. FIG. 5 is a schematic diagram viewed from the side, FIG. 5 is a schematic diagram viewed from the side, and FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of a sensor unit using an electromagnetic induction tablet used in the present invention.
図6は、本発明に使用する電磁誘導方式のタブレット(デジタイザともいう)によるセンサユニットSUの模式的断面図で、複数のループコイルを規則的に配列したセンサコイルScが内部に配置されたセンサボード1と該ボード1の上面に配置された移動軸又は座標などを示す液晶パネル2と、前記ボード1に対向して配置される細い棒状をなす検知体としてのマーカ3とから成り、マーカ3の内部には、一例としてコイルとコンデンサを含む共振回路Hsが内蔵されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a sensor unit SU using an electromagnetic induction type tablet (also referred to as a digitizer) used in the present invention, in which a sensor coil Sc in which a plurality of loop coils are regularly arranged is arranged inside. The
上記センサユニットSUの動作原理は、マーカ3をセンサボード1に対向させた状態でそのセンサボード1のセンサコイルScに電流を流すと、当該ボード1の前面に磁界が生じ、マーカ3の共振回路Hsにエネルギが蓄えられる。この状態で、センサボード1のコイル側の電流を止めてマーカ3に蓄えられたエネルギを用いてマーカ3側からの磁界をセンサコイルSc側に送り出すと、マーカ3のセンサボード1の上での位置情報が得られる。本発明はこの位置情報を最終位置出し情報として利用しようとするものである。因みに、上記センサユニットSUは、そのセンサボード1の有効読取り長が4〜15mm、読取り分解能が0.05mm、座標精度が±0.4mm、センサボード1の表面とマーカ3の先端との間隔が4〜14mmのユニットである。このセンサユニットSUは、「ペンタブレットデバイス」の商品名で(株)ワコムにより市販されているので、本発明ではこの市販品を利用した。
The operation principle of the sensor unit SU is that when a current is passed through the sensor coil Sc of the
上記態様のパレタイザ型式のセンサユニットSUは、図1〜図3、及び、図4と図5の態様で、高精度の位置決め制御を行うための最終位置出しセンサとして使用するので、次にこの点について説明する。 The palletizer-type sensor unit SU of the above aspect is used as a final positioning sensor for performing high-precision positioning control in the aspects of FIGS. 1 to 3 and FIGS. 4 and 5. Will be described.
図1において、11は自走台車、12a,12bは前記台車11の走行を支持案内するガイドレール、13は前記台車11との間で光や音波などを利用して当該台車11の停止位置を検出する停止センサで、従来技術では、自走台車11の位置決めは、移動軸(図1ではX軸)に関する移動データに基づいて走行して来た自走台車11が停止センサ13の前を横切ったことを当該センサ13が検出すると、自走台車11の走行駆動源を停止制御するようになされているが、この位置決め態様であると、精度が粗くなり易く、位置決め精度に限界があった。
In FIG. 1, 11 is a self-propelled carriage, 12a and 12b are guide rails that support and guide the running of the
そこで本発明では、図1に例示したように、移動軸に関する移動データに基づいて自走台車11を走行させ、停止センサ13の作用で停止をさせる点は、従来手法と基本的に同様であるが、自走台車11にセンサユニットSUのセンサボード1を取付ける一方、その台車11の最終停止位置乃至はその近傍の固定系に、前記センサボード1に対向させてマーカ3を設置する構成とした。
Therefore, in the present invention, as illustrated in FIG. 1, the self-
図1の上記構成により、自走台車11を停止センサ13などの作用で停止させたとき又は停止させるとき、センサユニットSUを起動させることによって、自走台車11の停止位置を、一例として±0.4mmの座標精度で検出できるので、この精度で最終位置出しをすることができる。この理由について次に説明する。
1, when the self-
図1の自走台車11の停止センサ13による位置決め精度が、移動軸(ここではX軸)に設定される目的地(最終停止点)に対し例えば±7mmであったとする。このとき、自走台車11に取付けるセンサボード1に対向して固定系に配置するマーカ3を、前記停止点におけるセンサボード1の有効読取り長さ15mmの中点を原点としてレール12aなどの固定系に設けておく。
It is assumed that the positioning accuracy of the self-propelled
いま、一例として前記台車11が停止センサ13の検出出力に基づいて停止点の±7mmの範囲で停止したとき、マーカ3のセンサボード1に設定した原点に対する位置を検出し、その検出値がセンサボード1に予め設定されている原点(センサボード1の有効読取り長15mmの中点)と一致しているか否か、並びに、不一致であれば原点から+側又は−側にどれだけの距離(量)離れているかを検出し、原点と一致しない離れている検出値であれば、その検出値をゼロにする補正動作を自走台車11に行わせる。このようにすれば、自走台車11は、このセンサユニットSUにおけるセンサボード1の座標精度±0.4mmの精度によって停止点に位置決め制御できることとなる。
As an example, when the
図2は、上記自走台車11に代えてセンサユニットSUを昇降リフト21に適用した例である。図1の自走台車11と異なるのは、移動軸が上,下方向、つまりY軸であること、走行ガイドレール12a,12bがY軸方向の昇降レール22a,22bとなることの2点で、センサユニットSUのセンサボード1とマーカ3の関係は、センサボード1を昇降リフト21に、マーカ3を固定系に配置する点で共通し、従って、昇降停止位置の検出とその位置決め制御の内容は移動軸の違いだけで、図1の例と基本的に同じである。なお、図2において23は昇降停止センサである。
FIG. 2 shows an example in which the sensor unit SU is applied to the
図3は、上述した図1と図2に示した構成を、レールを備えないバッテリとモータなどを主体に形成された自動搬送台車31に適用した例である。自動搬送台車31は、充電ステーションのように規定の位置に設置された少なくとも1箇所乃至複数箇所のステーション32に自動搬送されて位置決めされるので、前述の実施例の場合と同様に、移動する自動搬送台車31にセンサユニットSUのセンサボード1を取付ける一方、固定系のステーション32にセンサボード1に対向したマーカ3を設けている。33は停止センサである。図3の例における自動搬送台車31の停止センサ33などによる停止と、センサユニットSUの機能を利用した高精度な停止位置の検出と、この検出に基づく位置決めの補正も、上記の図1,図2の例と基本的に同じである。
FIG. 3 shows an example in which the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is applied to an
図4の自動倉庫などの移載手段であるスタッカクレーンのピッカー41は、図4に示すY軸に沿った垂直方向(昇降)での動作と、X軸に沿った水平方向での動作を、ポール42yとレール42xに沿って行う。従って、センサユニットSUは、各軸(X軸とY軸)に沿って2組のユニットを用いてもよいが、一つのセンサユニットSUにおけるセンサボード1は、X軸方向とY軸方向において距離データの読取り能力を備えているので、1台のセンサボード1でX軸とY軸とのセンサボード1を兼用させ、固定系に設けるマーカ3を、Y軸系のマーカ3yとX軸系のマーカ3xとに分け、各軸のマーカ3x,3yを保管棚42zにおける各区画42mに夫々に配置するようにした。
そして、各軸(Y軸又はX軸)におけるピッカー41の最終停止位置の位置検出とそれに基づく補正制御は、各軸ごとに、図1〜図3の例と同等の内容で行われる。
The
Then, the position detection of the final stop position of the
図4,図5のスタッカクレーンでは、マーカ3x,3yの共振回路に、一例として機械的構成の開閉器(スイッチ)を挿入し、保管棚42zの任意の区画42mの内部に存在する荷物Wが前記スイッチを押すようにしておくと、荷物で押されたスイッチがマーカ内の閉成している共振回路を開放するか、又は、開成している共振回路を閉成する構成を付与しておけば、前記マーカ3x又は3yは、センサボード1と協働してピッカー41が或る区画42mに移動して来たとき、当該区画42mの内部に荷物Wが有るか無いかを判断するための信号をセンサボード1に形成させることができるので、区画42mの荷物Wの有無を検出する機構として利用することができる。
In the stacker crane shown in FIGS. 4 and 5, a switch (switch) having a mechanical configuration is inserted into the resonance circuit of the markers 3x and 3y as an example, and the load W existing in an
上記実施例のマーカ3は、電源を有しないもので構成したが、本発明では電池などの内部電源を有するもの、或は、外部電源をケーブル等を介して導入したものであってもよい。電源を備えたマーカ3では、バーコードセンサなどのセンサ機能を持たせてこのマーカ経由で区画内の荷物に関する情報、例えば荷物の名称やコードなどを外部に出力させることができる利点がある。但し、内部電源は消耗による交換を必要とし、また、外部電源は配線を不可欠とするので、面倒な面がある。
また、マーカ3に、その動作条件を変更したものを使用することにより、位置決め対象の相対的位置検出と絶対的位置検出とを選択した態様で本発明の実施をすることができる。
The
Further, by using a
本発明は以上の通りであって、次のような固有の効果を得ることができる。
(1) 従来手法で最終位置出しセンサの精度を上げると、位置決め制御用のコントローラでのX,Yデータも精度を上げる必要が生じるが、本発明ではセンサユニットの周辺位置(有効読取り長さの範囲内)までをX,Yデータで追い込み、最終位置はボードセンサ上でのX,Y軸上の位置が位置データとして認識できるため、ラフな制御での精度の高い位置決めが可能になる。因みに、従来方法であれば、大まかに位置を検出するセンサと最終的に位置を検出するセンサの2つ以上のセンサの組み合わせが必要であったが、これが不要になる。
(2) センサユニットにおけるマーカ側を固定位置においた場合、センサボードとマーカの間は非接触であり、その上、金属検出センサの非接触距離(通常5mm位)などに比べ、非接触距離が大きく(例えば15mm位)取れるため、機械側の精度が楽になる。因みに、本発明で用いるセンサユニットは従来方法の3倍以上近く検出体と離れた(平均15mm程度)状態でも、位置検出ができるため、接触による障害等が生じ難い一方、機械要素の設計において大きな自由度を取ることができる。
(3) 一般的なセンサを複数個使用する従来方法に比べ、コストダウンを図ることができる。
The present invention is as described above, and the following unique effects can be obtained.
(1) If the accuracy of the final positioning sensor is increased by the conventional method, it is necessary to increase the accuracy of the X and Y data in the controller for positioning control. However, in the present invention, the peripheral position of the sensor unit (effective reading length Since the final position can be recognized as position data on the X and Y axes on the board sensor, positioning with high accuracy can be achieved with rough control. Incidentally, in the conventional method, a combination of two or more sensors, that is, a sensor for roughly detecting the position and a sensor for finally detecting the position is necessary, but this is not necessary.
(2) When the marker side of the sensor unit is placed at a fixed position, there is no contact between the sensor board and the marker. In addition, the non-contact distance is larger than the non-contact distance (usually about 5 mm) of the metal detection sensor. Because it is large (for example, about 15mm), the accuracy on the machine side becomes easy. By the way, the sensor unit used in the present invention can detect the position even when the sensor unit is separated from the detection object by more than three times the conventional method (average of about 15 mm), so that it is difficult to cause obstacles due to contact. Freedom can be taken.
(3) Cost can be reduced compared to the conventional method using a plurality of general sensors.
SU センサユニット
1 センサボード
2 液晶パネル
3 マーカ
11 自走台車
12a,12b 走行ガイドレール
13 停止センサ
21 昇降リフト
22a,22b 昇降レール
31 自動搬送台車
32 固定系のステーション
11 Self-propelled cart
12a, 12b Traveling guide rail
13 Stop sensor
21 Lifting lift
22a, 22b Elevating rail
31 Automatic transport cart
32 Stationary station
Claims (5)
The position detection mechanism for high-precision positioning of the self-propelled mobile body according to claim 3 or 4, wherein the detection body is provided with a power supply inside or introduced from the outside.
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