JP2007191252A - 搬送装置の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【構成】 速度カーブ生成部４２で発生させた速度カーブｖ(t)を、ノッチフィルタ４８などによる応答遅れを補償するように、速度指令ｖref(t)に変換する。これに速度指令と現在速度との差に比例する補正量を加え、ノッチフィルタ４８へ入力して、搬送装置のモータ５８を制御する。
【効果】 搬送装置の振動を抑制すると共に、ノッチフィルタによる応答遅れを補償するので、所定時間で走行できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は搬送装置の速度制御に関し、特にスタッカークレーンの走行制御や昇降制御、あるいはスカラアームやスライドフォークなどの移載装置の速度制御などに関する。

搬送装置のサイクルタイムに悪影響を与える原因として振動がある。振動は搬送中の物品に悪影響を及ぼす可能性があり、また搬送装置が物品を受け渡しする前に振動が収まるまで待機する必要がある。振動を抑制するため、実際に生じる振動とは逆位相の振動を与えるように速度制御をすることが知られているが、搬送物品の重量などにより振動の位相が変化するので、逆位相の振動を加えて打ち消すことは難しい。

この発明の課題は、搬送装置の振動を抑制すると共に、振動を抑制することで生じる搬送速度の低下を償うことにある。
請求項２の発明での追加の課題は、搬送装置の速度制限を守りながら振動をさらに抑制することにある。
請求項３の発明での追加の課題は、搬送装置の固有振動数のバリエーションに対応できるようにすることにある。

この発明の搬送装置の速度制御装置は、サーボ機構により移動する搬送装置の移動速度を制御するための装置であって、入力された速度指令を、搬送装置の固有振動数付近でのゲインを他の周波数に比べて低下させた制御指令に変換して前記サーボ機構側へ出力するノッチフィルタと、前記ノッチフィルタによる応答遅れを補償済みの速度指令を発生させる速度指令補正手段、とを設けたことを特徴とする。

好ましくは、前記速度指令補正手段は、速度指令と前記搬送装置の現在速度との差に応じて増加し、かつ前記搬送装置の最高速度に近づくと減少するように、速度指令への補正量を調整する。
また好ましくは、前記ノッチフィルタを、複数の固有振動数に対応するように複数設ける。

搬送装置の種類はスタッカークレーンや移載装置、天井走行車、搬送台車などとし、制御対象のモータの種類も走行モータや昇降モータ移載モータなど任意である。

この発明では、ノッチフィルタにより搬送装置の固有振動数付近の周波数で制御ゲインを小さくすることにより、搬送装置の振動を抑制する。そしてノッチフィルタでの速度指令への応答遅れを予め補償するように補償済みの速度指令を作成するので、所定の時間で目的地に到着できる。このため振動が少なく、所定の時間で移動できる搬送装置が得られる。

速度指令補正手段で、速度指令と搬送装置の現在速度との差に応じて増加し、かつ搬送装置の最高速度に近づくと減少するように、速度指令への補正量を調整すると、ノッチフィルタでの応答遅れを補償できるだけでなく、搬送装置が最高速度を超過することを防止し、かつ最高速度付近での制御を控えめにして振動をさらに小さくできる。

またノッチフィルタを複数の固有振動数に対応するように複数設けると、搬送装置の種類や搬送物品の有無などにノッチフィルタを切り換えて対応できる。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図６に、搬送装置の速度制御装置の実施例を示す。図１，図２に実施例の対象となる搬送装置を示すと、図１の２はスタッカークレーンで、４は走行レールであり、６は下部台車である。８は走行モータで、１０はマスト、１２は昇降台で、スライドフォークやスカラアームなどの移載装置１４を備えて、物品１６を図示しないラックやステーションとの間で移載する。１８は昇降モータで、昇降台１２を昇降させる。モータ８，１８は図示しないサーボ機構によりサーボ制御され、実施例の速度制御装置で発生させた速度の制御指令を入力として、サーボ機構によりモータ８，１８を制御する。

図２の２０はスカラアームで、スライドフォークなどの他の移載装置でも良く、昇降台１２に搭載して使用しても良く、あるいは無人搬送車や天井走行車などの他の搬送装置に搭載しても良い。またスカラアーム２０を半導体処理装置のロードポートなどに設置して、移載ロボットとして使用しても良い。２２は移載モータで、図示しないサーボ機構によりサーボ制御され、実施例の速度制御装置で発生させた制御指令を入力としてサーボ制御される。２４，２６，２８は関節で、３０，３２はアームで、ハンド３４を図の位置と図の右側へ進出させた位置との間で移動させる。

図３に実施例の速度制御装置４０を示す。４２は速度カーブ生成部であり、搬送装置毎に予め設定された基本パターンとしての速度カーブｖ(t)を発生させる。速度指令発生部４４は、搬送装置の現在位置から目的位置までの間を速度の制限や加減速度の制限を守るように、速度カーブｖ(t)を速度指令ｖref(t)へ変換する。速度指令補正部４６は、ノッチフィルタ４８による速度指令ｖref(t)への応答遅れを補うように、また速度指令ｖref(t)とスタッカークレーンなどの搬送装置の現在速度ｖpr.(t)との差を補うように、補正量Δｖを速度指令ｖref(t)に加え、補正済の速度指令ｖad.(t)を発生する。発生させた補正済の速度指令ｖad.(t)はノッチフィルタ４８へ入力され、搬送装置の固有振動数付近の周波数に対する制御ゲインを他の周波数での制御ゲインよりも低下させて、速度に関する制御指令ｖinst.(t)に変換する。制御指令ｖinst.(t)はサーボ機構からなるモータ駆動部５６へ入力され、モータ５８を駆動する。また搬送装置の現在速度ｖpr.(t)と搬送装置の最高速度と速度指令との比で定まる補正係数η(t)を、速度指令補正部４６へ入力する。

以上の点を再度説明する。ノッチフィルタ４８は、搬送装置の固有振動数付近での制御量を他の周波数に対する制御量よりも小さくするように、入力された指令を補正する。このためノッチフィルタ４８を設けることにより、入力された指令に対する応答遅れが生じ、これを補償するように速度指令ｖref(t)を修正する。速度指令補正部４６ではまた、搬送装置の最高速度付近での制御量を小さくするように速度指令ｖref(t)を補正する。速度指令ｖref(t)を補正したデータが補正済の速度指令ｖad.(t)である。

ノッチフィルタ４８を設けたこと等による、速度指令ｖref(t)に対する現在速度ｖpr.(t)の応答遅れを求め、これを補うように速度指令ｖref(t)を補償して、補正済みの速度指令ｖad.(t)とする。なお速度指令ｖref(t)の発生では、最高速度を守り、加減速度は、上限よりもわずかに例えば１０％程度増加する範囲内で、かつモータの出力制限の範囲内で、許容する。加減速度が上限を超過するのを許容するのは、ノッチフィルタ４８により振動を抑制できるので物品に過大な力が加わるおそれが少なく、またノッチフィルタ４８で応答遅れが生じるため実際に加減速度の上限を超過することは少ないためである。速度指令ｖref(t)から補正済みの速度指令ｖad.(t)への変換では、例えば最高速度に達しあるいは停止するまで、加減速度を所定割合で増すと良い。

図４に、実線の速度指令ｖref(t)を破線の補正済みの速度指令ｖad.(t)に変換した際の、搬送装置の現在速度ｖpr.(t)を模式的に示す。実施例ではノッチフィルタ４８を加速時にのみ用い、減速時には用いないので、加速時に補正済みの速度指令ｖad.(t)が速度指令ｖref(t)から異なり、減速時には同じものとなる。なおノッチフィルタ４８を減速時にも使用しても良い。

図５に速度指令補正部４６での、速度指令ｖref(t)から補正済の速度指令ｖad.(t)への補正を示す。図のｖmaxは搬送装置に許容される最高速度で、(ｖmax−ｖref(t))／ｖmaxを補正係数η(t)とする。速度指令と搬送装置の現在速度との差をｄｖ(t)とし、これに補正係数η(t)を乗算したものを補正量Δｖ(t)とする。そして速度指令ｖref(t)に補正量Δｖ(t)を加えたものを、補正済の速度指令ｖad.(t)としてノッチフィルタ４８へ入力する。

このため最高速度付近で補正量は小さくなるので、搬送装置が最高速度を超過したり、最高速度付近で大きな制御を加えることにより振動が発生することを防止できる。これに対して低速域では相対的に補正量Δｖ(t)を大きくし、速度指令ｖref(t)に搬送装置の速度が速やかに応答するようにする。

ノッチフィルタ４８はラプラス変換部５０と複数のノッチフィルタ本体５２並びに逆ラプラス変換部５４とを備えている。ノッチフィルタ本体５２では例えば図６に示すように、搬送装置の固有振動数ω1とその高調波などに対して制御ゲインを小さくし、搬送装置の振動を抑制する。

ノッチフィルタ４８は補正済の速度指令ｖad.(t)を制御指令ｖinst.(t)へ変換する。そしてラプラス変換部５０は補正済の速度指令ｖad.(t)をラプラス変換して信号Ｖ(S)に変換し、ノッチフィルタ本体５２で搬送装置の固有振動数付近への制御ゲインを低下させ、これを逆ラプラス変換部５４で逆ラプラス変換する。ノッチフィルタ本体５２での、制御周波数に対する制御ゲインの例を図６に示すと、搬送装置の固有振動数ω1とその高調波とに対してゲインを周囲の周波数よりも低下させてある。

ノッチフィルタ本体５２を入れ替えることにより、速度制御装置４０は搬送装置の種類や使用状況、モータの種別などを問わずに使用できる。少なくとも速度指令発生４４〜ノッチフィルタ４８までの部分は、搬送装置の種類や状況、モータの種類とは独立させることができる。ここで固有振動数は搬送装置の種類や機種、使用状況により変化する。例えば図１のスタッカークレーン２の場合、走行モータ８の制御と昇降モータ１８の制御とは別に考える必要がある。そしてスタッカークレーン２の場合、問題となるのは昇降台１２の振動で、走行速度や昇降速度が同じでも、固有振動周波数は昇降台１２の高さ位置や物品１６の有無、及びその重量により変化する。

これに対してノッチフィルタ本体５２を固有振動数を変えて複数設け、より好ましくは固有振動数とその周囲でのゲインの低下を緩やかにするか急にするかを変えて、複数設ける。そして搬送装置の機種や種類、並びにモータの種類などに応じて、ノッチフィルタ本体５２を切り換えて使用する。また搬送物品の有無やその重量などに応じて、ノッチフィルタ本体５２を切り換える。このように速度制御装置４０の汎用性が増し、搬送装置の機種や搬送物品の有無などによる固有振動数の変化の影響を受けずに、モータの制御に用いることができる。

実施例では以下の効果が得られる
(1) ノッチフィルタ４８を用いて搬送装置の振動を抑制できる。
(2) ノッチフィルタ本体５２を切り換えることにより、固有振動数の異なる複数の搬送装置に対応させることができ、またモータの種類が異なっても、あるいは搬送物品の有無やその重量などが異なっても、振動を抑制できる。
(3) 速度指令発生部４４により、ノッチフィルタ４８や速度指令補正部４６で用いる補正係数η(t)による応答遅れを補償することにより、所定の移動時間で搬送装置を移動させることができる。
(4) 補正係数η(t)では、最高速度付近で補正量を小さくするので、搬送装置の速度が最高速を超過したり、あるいは最高速度付近で大きな制御量を加えることによる振動の発生を防止できる。
(5) 振動を抑制しながら移動できるので、最高速度を増し、あるいは加減速度の制限を増してサイクルタイムを短縮できる

実施例のスタッカークレーンを模式的に示す側面図 実施例のスカラアームを模式的に示す平面図 実施例の速度制御装置のブロック図 実施例での速度カーブ生成部で生成した速度カーブｖ(ｔ)を、速度指令発生部で修正した速度指令ｖref(ｔ)と、これに対するスタッカークレーンの現在速度ｖpr.(ｔ)とを模式的に示す図 速度指令ｖref(t)と現在速度ｖpr.(ｔ)との誤差ｄｖから、速度指令の補正量Δｖへの変換を示す特性図 実施例のノッチフィルタの周波数に対するゲインを示す特性図

符号の説明

２ スタッカークレーン
４ 走行レール
６ 下部台車
８ 走行モータ
１０ マスト
１２ 昇降台
１４ 移載装置
１６ 物品
１８ 昇降モータ
２０ スカラアーム
２２ 移載モータ
２４，２６，２８ 関節
３０，３２ アーム
３４ ハンド
４０ 速度制御装置
４２ 速度カーブ生成部
４４ 速度指令発生部
４６ 速度指令補正部
４８ ノッチフィルタ
５０ ラプラス変換部
５２ ノッチフィルタ本体
５４ 逆ラプラス変換部
５６ モータ駆動部
５８ モータ
ｖ(ｔ) 速度カーブ
ｖref(ｔ) 速度指令
ｖad.(ｔ) 補正済みの速度指令
ｖpr.(ｔ) 現在速度
ｖinst.(ｔ) 制御指令
η(ｔ) 最高速度と速度指令との比で定まる補正係数
ｄｖ 速度指令と現在速度との誤差
Δｖ 速度指令を補正済みの速度指令へ変換する際の補正量

Claims (3)

1. サーボ機構により移動する搬送装置の移動速度を制御するための装置であって、
   入力された速度指令を、搬送装置の固有振動数付近でのゲインを他の周波数に比べて低下させた制御指令に変換して前記サーボ機構側へ出力するノッチフィルタと、前記ノッチフィルタによる応答遅れを補償済みの速度指令を発生させる速度指令補正手段、とを設けたことを特徴とする、搬送装置の速度制御装置。
2. 前記速度指令補正手段は、速度指令と前記搬送装置の現在速度との差に応じて増加し、かつ前記搬送装置の最高速度に近づくと減少するように、速度指令への補正量を調整することを特徴とする、請求項１の搬送装置の速度制御装置。
3. 前記ノッチフィルタを、複数の固有振動数に対応するように複数設けたことを特徴とする、請求項１または２の搬送装置の速度制御装置。
   

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