JP2008063068A - スタッカークレーン - Google Patents

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Abstract

【課題】1つの大容量モータ(大型モータ)を用いるのではなく、比較的小型の小容量モータを複数用いて昇降部を昇降駆動し、昇降用モータの大型化に起因する各種問題を解決する。
【解決手段】多段配置された収納棚に沿って設けられた軌道L上を走行すると共に荷物を収容する昇降部4を上下動させることにより各収納棚との間で荷物を搬送するスタッカークレーンであって、走行方向の前方側及び後方側に各々設けられ、各々に前記昇降部を駆動する一対のサーボモータ5A,5Bと、地上局から搬送指示を受信する通信部8と、該通信部8が受信した搬送指示に基づいて各サーボモータ5A,5Bを制御する制御部7とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、スタッカークレーンに関する。
周知のように、スタッカークレーンは、走行装置と昇降台を備え、多列・多段配置された収納棚に沿って設けられた軌道上を走行すると共に、昇降台を上下動させることにより所定の収納棚との間で荷物を搬送する搬送車両である。このようなスタッカークレーンは、自動倉庫等の比較的大規模な倉庫設備内で荷物の搬送作業を行うために利用されているものであって、一般にサーボモータを用いて昇降台を上下動させるように構成されている。
例えば下記特許文献1〜3には、このようなスタッカークレーンの詳細が開示されている。
特開2003−226405号公報 特開2002−255317号公報 特開2000−351412号公報
ところで、重量の大きな荷物を取り扱うスタッカークレーンは、重量の小さな荷物を取り扱うスタッカークレーンよりも必然的に大型となり、昇降台を上下動させるためのサーボモータも大型のものが必要となる。しかしながら、大型のサーボモータは、重量や容積が大きく種々の問題を来たす。
例えば、スタッカークレーンの動きは、目的となる収納棚(目的収納棚)前までの移動と、当該目的収納棚前で停止した状態で昇降台を上昇させて目的収納棚をアクセスすることを繰り返すものとなる。しかしながら、サーボモータの重量が大きくなるとスタッカークレーンの重量バランスが崩れるので、停止時に比較的大きな振動が発生して速やかな搬送作業ができない。
また、倉庫設備の側壁に対してスタッカークレーンが最も近接する許容位置は安全性等の理由から規定されている。一方、スタッカークレーンは、走行方向に対して側方に位置する収納棚との間で荷物の受け渡しの妨げにならないように、一般的に走行方向の前後何れかに上記サーボモータを配置する。したがって、サーボモータの容積が大きくなると、上記許容位置を確保するために走行方向において端に位置する収納棚を側壁からより離間させる必要が生じ、この分、倉庫設備における荷物の収容効率が低下する。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、昇降台昇降用のサーボモータの大型化に起因する上記各種問題を解決することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、多段配置された収納棚に沿って設けられた軌道上を走行すると共に荷物を収容する昇降部を上下動させることにより各収納棚との間で荷物を搬送するスタッカークレーンであって、各々に前記昇降部を駆動する複数のサーボモータと、地上局から搬送指示を受信する通信部と、該通信部が受信した搬送指示に基づいて各サーボモータを制御する制御部とを具備する、という手段を採用する。
第2の解決手段として、上記第1の手段において、各サーボモータは、走行方向の前方側及び後方側に分散配置され、前方側のサーボモータは昇降部の前方側に係合し、かつ後方側のサーボモータは昇降部の後方側に係合し、制御部は、各サーボモータを同期制御することによって昇降部を水平状態で昇降させる、という手段を採用する。
第3の解決手段として、上記第2の手段において、昇降部の水平状態からの傾斜を検出する傾斜検出手段をさらに備え、制御部は、傾斜検出手段の検出結果に基づいて、昇降部が水平状態となるようにサーボモータを補正制御する、という手段を採用する。
第4の解決手段として、上記第3の手段において、傾斜検出手段は、昇降部の前方までの距離を検出する前方レーザ距離計と、昇降部の後方までの距離を検出する後方レーザ距離計と、前方レーザ距離計の計測距離と後方レーザ距離計の計測距離とに基づいて昇降部の水平状態からの傾斜を検出する演算処理部とからなる、という手段を採用する。
第5の解決手段として、上記第1〜第4いずれかの手段において、昇降部の昇降位置を計測する昇降位置検出手段をさらに備え、制御部は、通信部が受信した搬送指示及び昇降位置センサの検出結果に基づいて各サーボモータを制御して昇降部を目的位置に移動させた状態で昇降位置検出手段の検出結果が目標位置とずれていた場合には、昇降位置検出手段の検出結果に基づいて各サーボモータを制御することにより昇降部の停止位置を目的位置と合致するように補正させる、という手段を採用する。
本発明によれば、1つの大容量モータ(大型モータ)を用いるのではなく、比較的小型の小容量モータを複数用いて昇降部を昇降駆動するので、昇降用モータの大型化に起因する各種問題を解決することが可能である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るスタッカークレーンの外観概要を示す側面図である。
本スタッカークレーンは、4つ車輪1が取り付けられた略方形状の車台2上に所定間隔を空けて2本(前方側1本かつ後方側1本)のマスト3が立設され、当該マスト3の間に車台2上を上下動する昇降ケージ4が設けられたものである。また、本スタッカークレーンは、上記車輪1が車台2内に設けられた交流モータ(図示略)によって駆動されることによって多列・多段配置された収納棚に沿って設けられた軌道L上を走行すると共に、上記昇降ケージ4が走行方向(軌道Lの延在方向)に対して前後に各々設けられた一対のサーボモータ5A,5Bによって駆動されることにより昇降ケージ4に収容された荷物を昇降(上下動)させる。
本スタッカークレーンは、昇降ケージ4の走行方向における幅が9m弱、マスト3の高さが30m程度と比較的大型のものであり、昇降ケージ4が収容可能な荷物の最大重量は通常のスタッカークレーンよりも大きい。このように比較的重い荷物を昇降搬送するに際し、本スタッカークレーンは、1つの大容量サーボモータを用いるのではなく、比較的小容量の一対のサーボモータ5A,5Bを用いることによって昇降ケージ4を駆動するように構成されている。このような各サーボモータ5A,5Bは、エンコーダを備えた交流サーボモータであり、後述するサーボアンプによってエンコーダの検出値(エンコーダ値)に基づいてフィードバック制御される。
昇降ケージ4は、2本のマスト3に対して上下動自在に取り付けられており、荷物Xをケージ内に収容する箱型の昇降部である。一対のサーボモータ5A,5Bのうち、一方のサーボモータ5A(前方サーボモータ)は、前方側のマスト3内に設けられたワイヤ(図示略)によって昇降ケージ4の前方側端部と連結されており、一方、他方のサーボモータ5B(後方サーボモータ)は、後方側のマスト3内に設けられたワイヤ(図示略)によって昇降ケージ4の後方側端部と連結されている。このような一対のサーボモータ5A,5Bは、後述するように同期駆動されることにより昇降ケージ4の水平状態を維持しつつ昇降ケージ4をマスト3に沿って昇降させる。
また、車台2上には一対のケージ用レーザ距離計6A,6Bが設けられている。このケージ用レーザ距離計6A,6Bは昇降ケージ4との距離を計測するためのものである。車台2の前方側に設けられたケージ用レーザ距離計6A(前方ケージ用レーザ距離計)は、昇降ケージ4の下面前方側に設けられた反射板にレーザ光を照射して得られた反射光を受光することにより昇降ケージ4の前方側距離を計測し、一方、車台2の後方側に設けられたケージ用レーザ距離計6B(後方ケージ用レーザ距離計)は、昇降ケージ4の下面後方側に設けられた反射板にレーザ光を照射して得られた反射光を受光することにより昇降ケージ4の後方側距離を計測する。
また、上記マスト3の前方側あるいは後方側には、図示するように本体制御ユニット7、光伝送装置8(通信部)、位置決め用レーザ距離計9及び衝突防止用レーザ距離計10等が設けられている。本体制御ユニット7については詳細を後述するが、内部に搭載された制御プログラム及び光伝送装置8から入力された指示情報に基づいて本スタッカークレーンの全体動作を制御するものである。光伝送装置8は、本スタッカークレーンの後方側に設けられており、地上局との間で光通信を行うことにより上記指示情報を地上局から取得し本体制御ユニット7に出力するものである。
位置決め用レーザ距離計9は、上記光伝送装置8と同様に本スタッカークレーンの後方側に設けられており、走行基準位置(ホームポジション)に対する距離を計測するものである。また、衝突防止用レーザ距離計10は、本スタッカークレーンの前方側に設けられており、前方に位置する倉庫設備の側壁までの距離を計測するものである。
なお、マスト3の前方側あるいは後方側には、上述した各種構成要件の他に昇降ケージ4の昇降制御に供される各種のコード板11が設けられている。このコード板11は、マスト3の下端に位置する昇降原点や各収納棚の位置を確認するためのものである。一方、昇降ケージ4には、スタッカークレーンの周知の構成要件であるリフトやフォークを制御するためのケージ制御ユニット12、上記各コード板11を検出する確認センサ13、また収納棚のID番号を読み/書きするためのIDリーダ・ライタ等が備えられている。
次に、図2を参照して本スタッカークレーンの制御構成について説明する。
本体制御ユニット7は、図2に示すように、入出力インタフェース7a、入力インタフェース7b、記憶部7c、CPU(Central Processing Unit)7d、位置決め装置7e、前方サーボアンプ7f及び後方サーボアンプ7gを備えている。
入出力インタフェース7aは、光伝送装置8とCPU7dとの通信を仲介する回路であり、光伝送ユニット8が地上局から取得した作業指示をCPU7dに出力する一方、CPU7dが地上局に提供する動作情報をCPU7dから取得して光伝送装置8に出力する。上記動作情報は、本スタッカークレーンの動作状態を示す各種情報であり、地上局は、入出力インタフェース7a及び光伝送ユニット8を介してCPU7dから取得した動作情報に基づいて本スタッカークレーンの動作状態を把握すると共に、この把握した動作状態に基づいて本スタッカークレーンが行うべき搬送作業に関する作業指示を入出力インタフェース7a及び光伝送装置8を介してCPU7dに与える。
入力インタフェース7bは、原点確認センサ13及びケージ用レーザ距離計6A,6Bの各計測信号をCPU7dに入力するための回路であり、例えばA/Dコンバータである。確認センサ13及びケージ用レーザ距離計6A,6Bの各計測信号(アナログ信号)は、入力インタフェース7bによってデジタル信号に変換されてCPU7dに入力される。記憶部7cは、CPU7dが実行する制御プログラムや各種の制御情報を記憶するものである。
CPU7dは、上記制御プログラム、作業指示、原点確認情報、ケージ距離情報及び位置決め装置7eから入力された昇降ケージ4の駆動情報に基づいて本スタッカークレーンの全体動作を制御するものである。このCPU7dは、例えば上記各情報に基づいて各サーボモータ5A,5Bによる昇降ケージ4の昇降駆動に必要な昇降ケージ4の移動距離に関する制御目標値(距離目標値)を生成する。なお、本発明の特徴点ではないので図示していないが、CPU7dは、上記車輪1を駆動する走行駆動装置をも制御するように構成されている。
位置決め装置7eは、各サーボアンプ7f,7gとシリアル通信を行うように構成されており、CPU7dから入力された距離目標値に基づいて各サーボアンプ7f,7gが必要とする速度目標値を生成しシリアル信号として各サーボアンプ7f,7gに出力する。この速度目標値の詳細については後述するが、昇降ケージ4が昇降を開始してから停止するまでの間における昇降ケージ4の移動速度を規定するものである。また、この位置決め装置7eは、シリアル通信によって各サーボアンプ7f,7gから各サーボモータ5A,5Bの駆動状態を示すエンコーダ値を取得してCPU7dに出力する。
各サーボアンプ7f,7gは、上述したように位置決め装置7eとシリアル通信によって接続されており、位置決め装置7eから受信した速度目標値及び各サーボモータ5A,5Bから入力されるエンコーダ値に基づいて各サーボモータ5A,5Bを回転駆動するももである。より具体的には、各サーボアンプ7f,7gは、速度目標値とエンコーダ値(制御量)との差に基づいてモータ駆動電流を設定し、当該モータ駆動電流を操作量として各サーボモータ5A,5Bに供給することにより各サーボモータ5A,5Bをフィードバック制御する。
また、各サーボアンプ7f,7gは、上記エンコーダ値を各サーボモータ5A,5Bの駆動状態つまり昇降ケージ4の駆動状態を示す情報として位置決め装置7eに送信する。このような各サーボアンプ7f,7gのうち、前方サーボアンプ7fは、位置決め装置7eから入力される速度目標値に基づいて前方サーボモータ5A用のモータ駆動電流を生成し、一方、後方サーボアンプ7gは、位置決め装置7eから入力される速度目標値に基づいて後方サーボモータ5B用のモータ駆動電流を生成する。
各サーボモータ5A,5Bについて補足説明すると、前方サーボモータ5Aはエンコーダ値を前方サーボアンプ7fに出力し、一方、後方サーボモータ5Bはエンコーダ値を後方サーボアンプ7gに出力する。このような各サーボモータ5A,5Bのエンコーダ値は、駆動情報として各サーボモータ5A,5Bから位置決め装置7eに提供されるようになっている。
次に、このように構成された本スタッカークレーンの要部動作について、図3のフローチャートに沿って詳しく説明する。
地上局は、本スタッカークレーンに荷物の搬送作業を行わせる場合、光伝送装置8に対して搬送作業の内容を示す作業指示を送信する。この指示指示には荷物の出し/入れを行うべき収納棚(作業対象棚)を指定する情報が少なくても含まれている。本体制御ユニット7内のCPU7dは、このような作業指示が光伝送装置8から入出力インタフェース7aを介して入力されると(ステップS1)、当該作業指示に基づいて本スタッカークレーンを作業対象棚の前まで走行させ、さらに作業指示に基づいて昇降ケージ4の昇降距離を計算する(ステップS2)。
上記作業指示が、例えば本スタッカークレーンの待機位置(ホームポジション)から3番目の列かつ下から5段目の収納棚を作業対象棚として指定するものであり、作業対象棚から荷物を取り出す内容であった場合、CPU7dは、作業指示に基づいて走行駆動装置及び位置決め装置7eを制御することにより、本スタッカークレーンを収納棚の3番目の列の前まで走行させつつ空の状態の昇降ケージ4を上昇させて下から5段目の作業対象棚まで移動させる。すなわち、CPU7dは、本スタッカークレーンが走行を開始すると、昇降原点(下端)から作業対象棚までの距離(昇降距離)を作業指示に基づいて計算し、この昇降距離を目標値として位置決め装置7eに出力し(ステップS3)、さらに昇降サーボの開始を位置決め装置7eに指示する(ステップS4)。
この結果、位置決め装置7eは、上記昇降距離を示す目標値に基づいて昇降ケージ4が昇降を開始してから停止するまでの各時刻における昇降速度目標値(つまり目標速度プロファイルVP1)を設定し、当該目標速度プロファイルVP1が示す各時刻の昇降速度目標値をサーボアンプ7f,7gに時系列順に順次出力することにより各サーボモータ5A,5Bを駆動する。
図4は、昇降ケージ4の昇降速度の変化を示す特性図である。この特性図に示すように、上記目標速度プロファイルVP1は、昇降ケージ4を予め規定された最高速度Vmaxまで一定の加速度で順次加速させる加速期間T1と、昇降ケージ4を最高速度Vmaxで等速移動させる定速期間T2と、昇降ケージ4を最高速度Vmaxから一定の加速度で順次減速させる減速期間T3とから構成される。各サーボアンプ7f,7gは、このような昇降速度目標値に一致する速度で昇降ケージ4が上昇するように各サーボモータ5A,5Bを駆動する。
一方、CPU7dは、位置決め装置7eに昇降サーボの開始を指示すると、入力インタフェース7bから入力される各ケージ用レーザ距離計6A,6Bの計測値を監視することにより昇降ケージ4の傾斜判定を行う(ステップS5)。この傾斜判定は、各ケージ用レーザ距離計6A,6Bの計測値の差が30mmを超えるか否かを判断することにより、昇降ケージ4が許容範囲を超えて前後方向に傾斜したか否かを判定するものである。CPU7dは、この傾斜判定の結果が判断が「No」の場合、つまり許容範囲を超える昇降ケージ4の前後方向の傾斜が発生していない場合は、位置決め装置7eから入力される駆動情報に基づいて昇降ケージ4が停止したか否かを判定し(ステップS6)、上記傾斜判定の結果が「Yes」の場合、つまり許容範囲を超える昇降ケージ4の前後方向の傾斜が発生した場合には、位置決め装置7eに緊急停止指示を出力して昇降ケージ4を異常停止させる。
そして、CPU7dは、この判定が「No」の場合、つまり昇降ケージ4が昇降している間はステップS5の傾斜判定を繰り返し、判定が「Yes」の場合には、各サーボモータ5A,5Bのエンコーダ値を補正した上で(ステップS7)、昇降ケージ4の停止位置が正常な位置か否かを判定する(ステップS8)。すなわち、CPU7dは、昇降ケージ4の停止位置において作業対象棚のコード板11が確認センサ13によって検出されるか否かを判定することにより正常な位置に停止したか否かを判定する。
上述したように各サーボモータ5A,5Bは速度目標値とエンコーダ値(制御量)とに基づいてフィードバック制御されるが、各サーボモータ5A,5Bはワイヤによって昇降ケージ4と連結されているので、当該ワイヤの伸縮に起因して昇降ケージ4を作業対象棚の横の規定位置に停止させることができない事態が発生し得る。このような事態を考慮し、CPU7dは、ステップS8によって昇降ケージ4の停止位置が正常な位置か否かを判定し、この判定が「Yes」の場合、つまり作業対象棚の正常な位置に昇降ケージ4が停止した場合は昇降ケージ4の昇降制御を終了するが、この判定が「No」の場合には、処理をステップS2に戻して補正昇降処理を実行する。
すなわち、CPU7dは、2つのケージ用レーザ距離計6A,6Bのいずれか一方、例えば前方側ケージ用レーザ距離計6Aの計測値に基づいて昇降ケージ4の停止位置と作業対象棚の位置との距離を補正距離として算出し、当該補正距離を新たな制御目標値として位置決め装置7eに出力することにより昇降ケージ4を補正昇降させる。図4における移動期間T4に関する目標速度プロファイルVP2は、このような補正昇降に関する速度目標値である。
なお、上記ステップS5の傾斜判定の結果、昇降ケージ4が異常停止した場合、CPU7dは、例えば地上局からの指示に基づいて、2つのケージ用レーザ距離計6A,6Bの計測結果を用いた傾斜補正処理を実行する。すなわち、CPU7dは、2つのケージ用レーザ距離計6A,6Bの計測結果から昇降ケージ4の前方側あるいは後方側の何れが高い位置にあるかを判断し、高い方、例えば前方側が高いときには、前方側と後方側との高さの差に相当する距離だけ下降させることを示す距離目標値(傾斜補正距離目標値)を生成する。
そして、この傾斜補正距離目標値を位置決め装置7eに出力することによって前方サーボモータ5Aのみを回転駆動させて昇降ケージ4を水平状態とする。さらに、CPU7dは、このような傾斜補正処理が終了した状態、つまり昇降ケージ4が水平状態に補正された状態における前方サーボモータ5Aのエンコーダ値を位置決め装置7eに設定することにより、昇降ケージ4の水平状態を基準状態として前方サーボモータ5Aと後方サーボモータ5Bとを同期駆動する。なお、このような傾斜補正処理については、本スタッカークレーンの稼動開始時に稼動準備の一環として実行するようにしても良い。
このような本実施形態によれば、比較的小容量のサーボモータ5A,5Bをマスト3の前方側と後方側とに配置して昇降ケージ4を昇降駆動するようにしたので、1つの大容量サーボモータを用いることによる重量バランスの崩れを防止し、よって停止時に比較的大きな振動が発生して速やかな搬送作業ができないという問題を回避することができる。
また、本実施形態によれば、比較的小容量のサーボモータ5A,5Bを2つ用いて昇降ケージ4を昇降駆動するようにしたので、1つの大容量サーボモータを用いることによる倉庫設備における荷物の収容効率が低下するという問題を回避することができる。
さらに、本実施形態によれば補正昇降処理を行うので、昇降ケージ4を確実に目的とする昇降位置に停止させることができ、また傾斜補正処理を行うので、昇降ケージ4の許容範囲を超える傾斜を防止することができ、よって昇降ケージ4内における荷物の荷崩れ等を防止し、荷物を安定して昇降させることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では2つのサーボモータ5A,5Bを用いて昇降ケージ4を昇降駆動するようにしたが、2つ以上のサーボモータを用いて昇降ケージ4を昇降駆動するようにしても良い。
(2)上記実施形態では速度目標値とエンコーダ値(制御量)とに基づいて各サーボモータ5A,5Bをフィードバック制御するようにしたが、エンコーダ値に代えて、昇降ケージ4の実際の位置を高精度に検出することができるケージ用レーザ距離計6A,6Bの計測値を制御量として各サーボモータ5A,5Bをフィードバック制御するようにしても良い。
本発明の一実施形態に係わるスタッカークレーンの外観概要を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係わるスタッカークレーンの制御構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる本スタッカークレーンの要部動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における昇降ケージ4の昇降速度の変化を示す特性図である。
符号の説明
1…車輪、2…車台、3…マスト、4…昇降ケージ(昇降部)、5A…サーボモータ(前方サーボモータ)、5B…サーボモータ(後方サーボモータ)、6A…ケージ用レーザ距離計(前方ケージ用レーザ距離計)、6B…ケージ用レーザ距離計(後方ケージ用レーザ距離計)、7…本体制御ユニット、7a…入出力インタフェース、7b…入力インタフェース、7c…記憶部、7d…CPU、7e…位置決め装置、7f…前方サーボアンプ、7g…後方サーボアンプ、8…光伝送装置(通信部)、9…位置決め用レーザ距離計、10…衝突防止用レーザ距離計、11…コード板、12…ケージ制御ユニット、13…確認センサ、L…軌道

Claims (5)

  1. 多段配置された収納棚に沿って設けられた軌道上を走行すると共に荷物を収容する昇降部を上下動させることにより各収納棚との間で荷物を搬送するスタッカークレーンであって、
    各々に前記昇降部を駆動する複数のサーボモータと、
    地上局から搬送指示を受信する通信部と、
    該通信部が受信した搬送指示に基づいて前記各サーボモータを制御する制御部と
    を具備することを特徴とするスタッカークレーン。
  2. 各サーボモータは、走行方向の前方側及び後方側に分散配置され、
    前方側のサーボモータは昇降部の前方側に係合し、かつ後方側のサーボモータは昇降部の後方側に係合し、
    制御部は、各サーボモータを同期制御することによって昇降部を水平状態で昇降させることを特徴とする請求項1記載のスタッカークレーン。
  3. 昇降部の水平状態からの傾斜を検出する傾斜検出手段をさらに備え、
    制御部は、前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて、前記昇降部が水平状態となるようにサーボモータを補正制御することを特徴とする請求項2記載のスタッカークレーン。
  4. 傾斜検出手段は、昇降部の前方までの距離を検出する前方レーザ距離計と、昇降部の後方までの距離を検出する後方レーザ距離計と、前方レーザ距離計の計測距離と後方レーザ距離計の計測距離とに基づいて前記昇降部の水平状態からの傾斜を検出する演算処理部とからなることを特徴とする請求項3記載のスタッカークレーン。
  5. 昇降部の昇降位置を計測する昇降位置検出手段をさらに備え、
    制御部は、通信部が受信した搬送指示及び昇降位置センサの検出結果に基づいて各サーボモータを制御して昇降部を目的位置に移動させた状態で昇降位置検出手段の検出結果が前記目標位置とずれていた場合には、前記昇降位置検出手段の検出結果に基づいて各サーボモータを制御することにより昇降部の停止位置を目的位置と合致するように補正させることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のスタッカークレーン。
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