JP2024051216A - Position detection system and mobile object - Google Patents

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Abstract

【課題】軌道に沿って移動する移動体の数にかかわらず、その移動体の位置を検出しやすくする。【解決手段】位置検出システムは、軌道に沿って移動する移動体の位置を検出する。この位置検出システムは、移動体の移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすように移動体に配置される磁石と、軌道に沿って配置され、それぞれが移動体と対向したときに磁石の磁界の方向を検出する複数のセンサと、センサの検出情報に基づいて、軌道における移動体の位置を特定する位置検出部と、を備える。【選択図】図2[Problem] To make it easier to detect the position of a moving object moving along a track, regardless of the number of moving objects. [Solution] A position detection system detects the position of a moving object moving along a track. This position detection system includes a magnet that is placed on the moving object so that the direction of the magnetic field forms a predetermined angle with the moving direction of the moving object, a plurality of sensors that are placed along the track and each detects the direction of the magnetic field of the magnet when facing the moving object, and a position detection unit that identifies the position of the moving object on the track based on the detection information of the sensors. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、軌道に沿って移動する移動体の位置を検出するシステムに関する。 The present invention relates to a system for detecting the position of a moving object moving along a track.

能動的な通信手段を持たずに曲軌道上を走行する搬送機を特定する方法として、パッシブ型RFIDタグを搬送機に取り付け、そのID情報を軌道側に配置したRFIDリーダで読み取る方法がある(特許文献1参照)。 One method for identifying vehicles traveling on a curved track without active communication means is to attach a passive RFID tag to the vehicle and read its ID information with an RFID reader placed on the track (see Patent Document 1).

国際公開第2016/147714号International Publication No. 2016/147714

この方法の問題点として、金属や水分などによってRFIDの通信可能距離が小さくなること、複数の搬送機が一つのRFIDリーダに接近した際、二つの搬送機の位置を識別することができないことなどがあった。 Problems with this method include the fact that metal and moisture reduce the communication distance of RFID, and when multiple conveyors approach one RFID reader, it is not possible to distinguish between the positions of the two conveyors.

本発明のある態様は、軌道に沿って移動する移動体の位置を検出する位置検出システムである。この位置検出システムは、移動体の移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすように移動体に配置される磁石と、軌道に沿って配置され、それぞれが移動体と対向したときに磁石の磁界の方向を検出する複数のセンサと、センサの検出情報に基づいて、軌道における移動体の位置を特定する位置検出部と、を備える。 One aspect of the present invention is a position detection system that detects the position of a moving object moving along a track. This position detection system includes a magnet that is placed on the moving object so that the direction of the magnetic field forms a predetermined angle with the direction of movement of the moving object, a number of sensors that are placed along the track and detect the direction of the magnetic field of the magnet when facing the moving object, and a position detection unit that identifies the position of the moving object on the track based on the detection information of the sensors.

本発明の別の態様は、軌道上を移動する移動体である。この移動体は、軌道に沿って配置される複数のセンサと対向可能な対向面と、対向面に設けられ、センサにより磁界の方向が検出される磁石と、を備える。磁石は、移動体の移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすよう、移動体に固有の角度で対向面に配置されている。 Another aspect of the present invention is a moving body that moves on a track. The moving body has an opposing surface that can face a plurality of sensors arranged along the track, and a magnet that is provided on the opposing surface and whose magnetic field direction is detected by the sensor. The magnet is arranged on the opposing surface at an angle specific to the moving body so that the direction of the magnetic field forms a predetermined angle with respect to the moving direction of the moving body.

本発明によれば、軌道に沿って移動する移動体の数にかかわらず、その移動体の位置を検出しやすくなる。 The present invention makes it easier to detect the position of moving objects regardless of the number of moving objects moving along a track.

実施形態に係る位置検出システムを模式的に表す平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating a position detection system according to an embodiment. 移動体の構成を模式的に表す平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a schematic configuration of a moving body. 角度検出用磁石の表面における磁束密度分布の解析結果を表す図である。10 is a diagram showing an analysis result of magnetic flux density distribution on the surface of an angle detection magnet. FIG. 磁気センサの構成を表す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a magnetic sensor. 曲線軌道に配置される検出ヘッドを模式的に表す部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view that illustrates a schematic diagram of a detection head disposed on a curved track. 磁気センサの機能を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the function of a magnetic sensor.

図1は、実施形態に係る位置検出システムを模式的に表す平面図である。
位置検出システム1は、軌道2に沿って移動する移動体4の位置を、軌道2に沿って敷設された磁気センサ6を用いて検出する。軌道2は、所定長さの直線軌道2aと、曲率半径rの曲線軌道2b(円軌道)とを連結して構成され、複数の移動体4が走行しうる。本実施形態では磁気センサ6として、直線軌道2aに配列される磁気センサ6Sと、曲線軌道2bに配列される磁気センサ6Rが含まれる。これらを特に区別しない場合には、単に「磁気センサ6」と表記する。
FIG. 1 is a plan view that illustrates a position detection system according to an embodiment.
The position detection system 1 detects the position of a mobile object 4 moving along a track 2 by using magnetic sensors 6 laid along the track 2. The track 2 is configured by connecting a straight track 2a of a predetermined length and a curved track 2b (circular track) with a curvature radius r, and multiple mobile objects 4 can run on the track 2. In this embodiment, the magnetic sensors 6 include a magnetic sensor 6S arranged on the straight track 2a and a magnetic sensor 6R arranged on the curved track 2b. When there is no particular distinction between these, they will be simply referred to as "magnetic sensors 6."

移動体4は、例えば工具などの所定の対象物を搬送する搬送機であり、外部装置(後述)により移動制御される。軌道2には図示略のレールが設けられ、移動体4は、そのレールにガイドされる車輪を有する。このため、移動体4の移動方向は、軌道2に沿った方向となる。移動体4の底面、つまり移動体4における軌道2との対向面には磁気媒体8が設けられる。一方、軌道2に沿って複数の磁気センサ6が直列にほぼ等間隔で配置されている。その複数の磁気センサ6のいずれかが磁気媒体8の存在を検知することで、移動体4の位置を検出できる。 The mobile body 4 is a transport machine that transports a predetermined object such as a tool, and its movement is controlled by an external device (described later). Rails (not shown) are provided on the track 2, and the mobile body 4 has wheels that are guided by the rails. Therefore, the direction of movement of the mobile body 4 is along the track 2. A magnetic medium 8 is provided on the bottom surface of the mobile body 4, i.e., the surface of the mobile body 4 that faces the track 2. Meanwhile, a plurality of magnetic sensors 6 are arranged in series at approximately equal intervals along the track 2. When any of the plurality of magnetic sensors 6 detects the presence of the magnetic medium 8, the position of the mobile body 4 can be detected.

図2は、移動体4の構成を模式的に表す平面図である。
なお、説明の便宜上、水平方向にX方向およびY方向、鉛直方向にZ方向を設定する。以下では移動体4の移動方向を「基準方向」とし(一点鎖線矢印参照)、これをX方向として説明する。
FIG. 2 is a plan view that illustrates a schematic configuration of the moving body 4. As shown in FIG.
For ease of explanation, the horizontal directions are the X and Y directions, and the vertical direction is the Z direction. In the following explanation, the moving direction of the moving body 4 is set as the "reference direction" (see the dashed line arrow), and this is set as the X direction.

移動体4は、磁気媒体8としてスケール10および角度検出用磁石12を有する。スケール10は、インクリメンタルトラック14およびアブソリュートトラック16を含む。インクリメンタルトラック14には、記録波長λで周期的に磁気記録されたインクリメンタルパターン(着磁パターン)が設けられる。一方、アブソリュートトラック16には、あるタップシーケンスのLFSR(linear feedback shift register)で生成された0と1のビット列に基づき磁気記録されたアブソリュートパターン(着磁パターン)が設けられる。 The moving body 4 has a scale 10 and an angle detection magnet 12 as a magnetic medium 8. The scale 10 includes an incremental track 14 and an absolute track 16. The incremental track 14 has an incremental pattern (magnetic pattern) that is periodically magnetically recorded at a recording wavelength λ. On the other hand, the absolute track 16 has an absolute pattern (magnetic pattern) that is magnetically recorded based on a bit string of 0s and 1s generated by an LFSR (linear feedback shift register) of a certain tap sequence.

角度検出用磁石12は、XY平面内のある向きに一様に磁化されており、移動体4の移動方向である基準方向(一点鎖線矢印参照)に対して磁界の方向が所定角度θb(k)をなすように移動体4に配置される。ここで、「k」は移動体4のID(識別情報)を示す0以上の整数であり、k<kn、θb(k)=k×360/knとする。「kn」はIDの総数である。すなわち、軌道2上を走行しうる複数の移動体4のそれぞれについて、磁界の方向θb(k)が互いに異なるように角度検出用磁石12が設けられる。それにより、複数の移動体4のそれぞれについて物理的に固有のIDが設定される。 The angle detection magnet 12 is uniformly magnetized in a certain direction in the XY plane, and is placed on the moving body 4 so that the direction of the magnetic field forms a predetermined angle θb(k) with respect to the reference direction (see dashed-dotted arrow), which is the direction of movement of the moving body 4. Here, "k" is an integer equal to or greater than 0 that indicates the ID (identification information) of the moving body 4, where k<kn and θb(k)=k×360/kn. "kn" is the total number of IDs. In other words, the angle detection magnet 12 is provided so that the magnetic field direction θb(k) differs for each of the multiple moving bodies 4 that can travel on the track 2. This sets a physically unique ID for each of the multiple moving bodies 4.

角度検出用磁石12の表面近傍には、XY平面内の磁束密度の大きさがBt以上かつ、磁界の方向と移動体4の基準方向(X方向)とのなす角θaがθb(k)-δθb<θa<θb(k)+δθbを満たす、XYZ空間に広がる領域Aが存在する。磁気センサ6(後述の角度センサ25)が位置するXYZ座標について、領域Aの範囲外では角度検出用磁石12からのXY平面上の磁束密度の大きさはBt未満であるとする。すなわち、領域Aとの対向位置が、角度検出用磁石12による磁界の強さおよび方向を検出するのに適した位置となる。 Near the surface of the angle detection magnet 12, there is an area A extending in the XYZ space where the magnitude of the magnetic flux density in the XY plane is equal to or greater than Bt, and the angle θa between the direction of the magnetic field and the reference direction (X direction) of the moving body 4 satisfies θb(k)-δθb<θa<θb(k)+δθb. For the XYZ coordinates where the magnetic sensor 6 (angle sensor 25 described below) is located, outside the range of area A, the magnitude of the magnetic flux density on the XY plane from the angle detection magnet 12 is less than Bt. In other words, the position facing area A is a position suitable for detecting the strength and direction of the magnetic field produced by the angle detection magnet 12.

図3は、角度検出用磁石12の表面における磁束密度分布の解析結果を表す図である。本図では、角度検出用磁石12の磁界の方向をX方向に一致させた場合(つまりθa=0)の解析結果が示されている。解析で設定した角度検出用磁石12は30×20×2mmの板状磁石である。また、本図は角度検出用磁石の表面からZ方向に10mmに位置する平面上の解析結果を示している。 Figure 3 shows the analysis results of the magnetic flux density distribution on the surface of the angle detection magnet 12. This figure shows the analysis results when the direction of the magnetic field of the angle detection magnet 12 is aligned with the X direction (i.e., θa = 0). The angle detection magnet 12 set in the analysis is a plate magnet measuring 30 x 20 x 2 mm. This figure also shows the analysis results on a plane located 10 mm in the Z direction from the surface of the angle detection magnet.

本図の中央付近の実線に囲まれた領域は、磁束密度が17.3mT以上となる。この領域では磁界の方向が基準方向に対して±1°の範囲内に収まっている。したがって、Bt=17.3mT、δθb=1°とすると、実線内の領域を領域Aとみなすことができる。なお、図2に示したように、移動体4の平面視において領域Aの中心を通るY方向の線を基準線L1とする。本実施形態では、基準線L1は移動体4の中心線に対応する。 In the area surrounded by the solid lines near the center of this figure, the magnetic flux density is 17.3 mT or more. In this area, the direction of the magnetic field is within a range of ±1° with respect to the reference direction. Therefore, if Bt = 17.3 mT and δθb = 1°, the area within the solid lines can be considered as area A. Note that, as shown in FIG. 2, the line in the Y direction that passes through the center of area A in a plan view of the moving body 4 is taken as the reference line L1. In this embodiment, the reference line L1 corresponds to the center line of the moving body 4.

図4は、磁気センサ6の構成を表す図である。図4(A)は直線軌道2aに配置される検出ヘッドを示す模式図であり、図4(B)は角度センサの配列を表す拡大図である。
図4(A)に示すように、磁気センサ6Sは、移動体4の磁気媒体8を検出するための検出ヘッド18S(直線部検出ヘッド)を備える。ここで、直線軌道2aにおいて隣接する検出ヘッド18Sの番号を順に0,1,...,n,...,nmaxの添え字で示す(図1参照)。複数の検出ヘッド18Sを特に区別しない場合には、添え字を省略する。
4A and 4B are diagrams showing the configuration of the magnetic sensor 6. Fig. 4A is a schematic diagram showing a detection head disposed on the linear track 2a, and Fig. 4B is an enlarged view showing the arrangement of angle sensors.
As shown in Fig. 4A, the magnetic sensor 6S includes a detection head 18S (straight section detection head) for detecting the magnetic medium 8 of the moving body 4. Here, the numbers of adjacent detection heads 18S on the straight track 2a are indicated by subscripts 0, 1, ..., n, ..., nmax in order (see Fig. 1). When there is no particular distinction between the multiple detection heads 18S, the subscripts are omitted.

検出ヘッド18Sは、インクリメンタルセンサユニット20、アブソリュートセンサユニット22および角度センサユニット24の3系列のセンサユニットを備えている。いずれのセンサユニットも検出ヘッド18Sの基準方向(X方向)に延在する。移動体4が検出ヘッド18Sと対向したとき、両者の基準方向は一致する。角度センサユニット24は、基準方向に等間隔で配列された複数の角度センサ25を含む。 The detection head 18S is equipped with three series of sensor units: an incremental sensor unit 20, an absolute sensor unit 22, and an angle sensor unit 24. All of the sensor units extend in the reference direction (X direction) of the detection head 18S. When the moving body 4 faces the detection head 18S, the reference directions of both coincide. The angle sensor unit 24 includes multiple angle sensors 25 arranged at equal intervals in the reference direction.

角度センサユニット24は、検出ヘッド18における基準方向の一端から他端にわたって設けられるが、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22は、検出ヘッド18Sにおける中央寄りに設けられる。基準方向にみて、角度センサユニット24はインクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22よりも大きいが、角度センサユニット24を構成する個々の角度センサ25は、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22よりも小さく、検出ヘッド18に配置される数は多い。移動体4がどこに位置していても少なくとも1個の角度センサ25が領域Aに存在するように配置される必要があるため、角度検出用磁石12が図2のような大きさである場合、図4のように小さい角度センサ25が多数配置される構成となる。 The angle sensor unit 24 is provided from one end to the other end of the reference direction of the detection head 18, but the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22 are provided toward the center of the detection head 18S. In the reference direction, the angle sensor unit 24 is larger than the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22, but the individual angle sensors 25 that make up the angle sensor unit 24 are smaller than the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22, and a large number of them are arranged in the detection head 18. Since it is necessary to arrange the angle sensors 25 so that at least one is present in the area A no matter where the moving body 4 is located, when the angle detection magnet 12 is the size shown in FIG. 2, a configuration in which many small angle sensors 25 are arranged as shown in FIG. 4 is obtained.

検出ヘッド18の基準方向の中央位置に基準線L2を設定すると、各センサユニットは、基準線L2に対してほぼ対称に設けられる。 When a reference line L2 is set at the center position of the detection head 18 in the reference direction, each sensor unit is arranged approximately symmetrically with respect to the reference line L2.

移動体4が検出ヘッド18Sと対向したとき、インクリメンタルセンサユニット20がインクリメンタルトラック14に対向し、アブソリュートセンサユニット22がアブソリュートトラック16に対向し、角度センサユニット24が角度検出用磁石12に対向する。そして、各センサユニットが、対応する磁気媒体8から発生する磁気信号を読み取る。すなわち、インクリメンタルセンサユニット20がインクリメンタルパターンを検出し、アブソリュートセンサユニット22がアブソリュートパターンを検出し、いずれかの角度センサ25が角度検出用磁石12の磁界の強さと方向を検出する。 When the moving body 4 faces the detection head 18S, the incremental sensor unit 20 faces the incremental track 14, the absolute sensor unit 22 faces the absolute track 16, and the angle sensor unit 24 faces the angle detection magnet 12. Then, each sensor unit reads the magnetic signal generated from the corresponding magnetic medium 8. That is, the incremental sensor unit 20 detects the incremental pattern, the absolute sensor unit 22 detects the absolute pattern, and one of the angle sensors 25 detects the strength and direction of the magnetic field of the angle detection magnet 12.

磁気センサ6Sは、インクリメンタルセンサユニット20とアブソリュートセンサユニット22の出力を組み合わせることで、移動体4と検出ヘッド18Sとの相対位置を検出できる。移動体4が隣接する検出ヘッド18Sの間を走行する際、隣接する検出ヘッド18Sの各センサユニットは、移動体4の各トラックから発生する磁場を検出し、それぞれ移動体4と検出ヘッド18Sの相対位置を検出できる。 The magnetic sensor 6S can detect the relative position between the moving body 4 and the detection head 18S by combining the outputs of the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22. When the moving body 4 travels between adjacent detection heads 18S, each sensor unit of the adjacent detection heads 18S detects the magnetic field generated from each track of the moving body 4, and can detect the relative position between the moving body 4 and the detection head 18S.

また、角度センサ25は、角度検出用磁石12から発生するXY平面上の磁界の方向と磁束密度の大きさを検出できる。図4(B)に示すように、角度センサ25の感磁部分の中心を基準点Poとし、角度センサ25が0°を示すXY平面上の磁界の方向を基準方向(X方向)とする。角度センサ25の基準方向は、移動体4の基準方向と平行となる。XY平面上の磁界の方向、検出ヘッド18Sの内外、または種類を問わず、隣接する角度センサ25の間の領域を移動体4の角度検出用磁石12が通過する際、隣接する角度センサ25の双方が角度検出用磁石12の領域A(図2参照)に入るように構成されている。 The angle sensor 25 can also detect the direction of the magnetic field on the XY plane generated by the angle detection magnet 12 and the magnitude of the magnetic flux density. As shown in FIG. 4B, the center of the magnetically sensitive portion of the angle sensor 25 is the reference point Po, and the direction of the magnetic field on the XY plane where the angle sensor 25 indicates 0° is the reference direction (X direction). The reference direction of the angle sensor 25 is parallel to the reference direction of the moving body 4. Regardless of the direction of the magnetic field on the XY plane, whether inside or outside the detection head 18S, or the type, when the angle detection magnet 12 of the moving body 4 passes through the area between adjacent angle sensors 25, both of the adjacent angle sensors 25 are configured to enter area A (see FIG. 2) of the angle detection magnet 12.

図5は、曲線軌道2bに配置される検出ヘッドを模式的に表す部分拡大図である。
磁気センサ6Rは、曲線軌道2bに沿った検出ヘッド18R(曲線部検出ヘッド)を備える。ここで、曲線軌道2bにおいて、隣接する検出ヘッド18Rの番号を順に0,1,...,n,...,nmaxの添え字で示す(図1参照)。また、検出ヘッド18Rの別を問わず、曲線軌道2bにおいて隣接する角度センサ25の番号を順に0,1,...,m,...,mmaxの添え字で示す(図1参照)。なお、複数の角度センサ25を特に区別しない場合には、添え字を省略する。
FIG. 5 is a partially enlarged view that diagrammatically illustrates the detection head disposed on the curved track 2b.
The magnetic sensor 6R includes a detection head 18R (curved portion detection head) that is aligned with the curved track 2b. Here, the numbers of adjacent detection heads 18R on the curved track 2b are sequentially indicated by subscripts 0, 1, ..., n, ..., nmax (see FIG. 1). Furthermore, regardless of the type of detection head 18R, the numbers of adjacent angle sensors 25 on the curved track 2b are sequentially indicated by subscripts 0, 1, ..., m, ..., mmax (see FIG. 1). Note that when there is no particular distinction between the multiple angle sensors 25, the subscripts are omitted.

検出ヘッド18Rは、直線軌道2aにおけるものと同様に角度センサ25を有するが、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22は有していない。角度センサ25が、移動体4の角度検出用磁石12から発生するXY平面上の磁界の方向と強さ(磁束密度の大きさ)を検出する。 The detection head 18R has an angle sensor 25 like the one in the linear track 2a, but does not have an incremental sensor unit 20 or an absolute sensor unit 22. The angle sensor 25 detects the direction and strength (magnitude of magnetic flux density) of the magnetic field on the XY plane generated by the angle detection magnet 12 of the moving body 4.

移動体4が曲線軌道2b上を走行する際、角度センサ25の基準点Po(図4(B)参照)は、その上を角度検出用磁石12が通過するように配置されている。移動体4の基準線L1と角度センサ25の基準点Poが重なり合う位置に移動体4があるとき、移動体4の基準方向と角度センサ25の基準方向は平行となるように構成されている。本実施形態では、これらの基準方向が曲線軌道2bの接線方向(接線に平行)となる。 When the moving body 4 travels on the curved track 2b, the reference point Po (see FIG. 4B) of the angle sensor 25 is positioned so that the angle detection magnet 12 passes above it. When the moving body 4 is in a position where the reference line L1 of the moving body 4 and the reference point Po of the angle sensor 25 overlap, the reference direction of the moving body 4 and the reference direction of the angle sensor 25 are configured to be parallel. In this embodiment, these reference directions are tangent directions (parallel to the tangent) of the curved track 2b.

図1に示したように、角度センサ25Rは直線軌道2aと曲線軌道2bとの接続部に位置する。一方、図5に示すように、隣接する角度センサ25の間隔は、曲線軌道2bの中心に対する弧長の差にしてlcとする。検出ヘッド18Rの内外、または種類を問わず、角度検出用磁石12が隣り合った角度センサ25の間の領域を走行する際、隣り合った角度センサ25の双方が角度検出用磁石12の領域A(図2参照)に入るように構成されている。 As shown in Fig. 1, the angle sensor 25R0 is located at the connection between the straight track 2a and the curved track 2b. Meanwhile, as shown in Fig. 5, the interval between adjacent angle sensors 25 is the difference in arc length from the center of the curved track 2b, which is lc. Regardless of whether inside or outside the detection head 18R or the type, when the angle-detecting magnet 12 travels through the area between adjacent angle sensors 25, both of the adjacent angle sensors 25 are configured to enter area A (see Fig. 2) of the angle-detecting magnet 12.

図6は、磁気センサ6の機能を表すブロック図である。
磁気センサ6の各構成要素は、プロセッサなどの電子回路およびメモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線により実現される。また、磁気センサ6の一部の機能は、記憶装置に格納され、演算器において実行されるソフトウェアとして実現されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
FIG. 6 is a block diagram showing the function of the magnetic sensor 6.
Each component of the magnetic sensor 6 is realized by an electronic circuit such as a processor, a storage device such as a memory or storage, and a wired or wireless communication line connecting them. Some functions of the magnetic sensor 6 may be realized as software stored in a storage device and executed by a computing unit. Each block described below represents a functional block, not a hardware configuration.

磁気センサ6は、検出ヘッド18で検出した信号を処理する外部インタフェース部100を含む。外部インタフェース部100は、有線又は無線により外部装置120とデータの送受を実行する。軌道2には複数の磁気センサ6が配列されるが、その磁気センサ6ごとに固有の識別情報(以下「センサID」ともいう)を有する。外部装置120は、センサIDに基づいてセンサ情報の送信元の磁気センサ6とその位置(軌道2における位置)を特定できる。 The magnetic sensor 6 includes an external interface unit 100 that processes signals detected by the detection head 18. The external interface unit 100 transmits and receives data to and from an external device 120 via wired or wireless communication. A plurality of magnetic sensors 6 are arranged on the track 2, and each magnetic sensor 6 has unique identification information (hereinafter also referred to as "sensor ID"). The external device 120 can identify the magnetic sensor 6 that sent the sensor information and its position (position on the track 2) based on the sensor ID.

外部インタフェース部100は、位置検出部110およびID判定部112を含む。位置検出部110は、角度センサ25が検出した磁束密度の大きさ(磁界の強さ)に基づき移動体4の存在を特定し、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22の検出値に基づいて移動体4の詳細位置を特定する。 The external interface unit 100 includes a position detection unit 110 and an ID determination unit 112. The position detection unit 110 identifies the presence of the moving object 4 based on the magnitude of the magnetic flux density (magnetic field strength) detected by the angle sensor 25, and identifies the detailed position of the moving object 4 based on the detection values of the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22.

上述のとおり、位置検出部110は、直線軌道2aにおいては、角度センサ25が検出した磁束密度の大きさに基づき移動体4の存在を特定し、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22の検出値に基づいて移動体4の詳細位置を特定する。すなわち、角度センサ25が検出した磁束密度が所定値以上であるときに、検出ヘッド18上に移動体4が存在すると判定する。そして、検出されたインクリメンタルパターンとアブソリュートパターンとの組合せにより、移動体4の正確な位置を特定する。また、位置検出部110は、曲線軌道2bにおいては、角度センサ25が検出した磁束密度の大きさに基づき移動体4のおおよその位置を特定する。 As described above, on the straight track 2a, the position detection unit 110 locates the presence of the moving body 4 based on the magnitude of the magnetic flux density detected by the angle sensor 25, and locates the exact position of the moving body 4 based on the detection values of the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22. That is, when the magnetic flux density detected by the angle sensor 25 is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the moving body 4 is present on the detection head 18. Then, the exact position of the moving body 4 is identified by a combination of the detected incremental pattern and absolute pattern. Furthermore, on the curved track 2b, the position detection unit 110 locates the approximate position of the moving body 4 based on the magnitude of the magnetic flux density detected by the angle sensor 25.

このように位置検出部110により移動体4の存在が特定されたとき、ID判定部112は、角度検出用磁石12の検出値に基づいて移動体4のID(以下「移動体ID」ともいう)を判定する。すなわち、角度検出用磁石12により発生する磁界の方向に基づいて移動体IDを特定する、つまり複数の移動体4のいずれであるかを特定する。外部インタフェース部100は、特定された移動体4の移動体IDおよび位置情報を外部装置120へ出力する。位置情報には、移動体IDの送信元である磁気センサ6のセンサIDが含まれる。これにより、外部装置120は、軌道2におけるどの位置にいずれの移動体4が存在するかを判定することができる。 When the position detection unit 110 has identified the presence of a moving body 4 in this manner, the ID determination unit 112 determines the ID of the moving body 4 (hereinafter also referred to as "moving body ID") based on the detection value of the angle detection magnet 12. That is, the moving body ID is identified based on the direction of the magnetic field generated by the angle detection magnet 12, that is, it is identified as one of multiple moving bodies 4. The external interface unit 100 outputs the moving body ID and position information of the identified moving body 4 to the external device 120. The position information includes the sensor ID of the magnetic sensor 6 that is the source of the moving body ID. This allows the external device 120 to determine which moving body 4 is located at which position on the track 2.

以下、移動体4の位置検出方法について、より具体的に説明する。
上記構成により、曲線部を含む軌道2上を走行する移動体4のIDおよび軌道2上の座標(「軌道上座標」ともいう)を求めることができる。まず、位置検出部110が、移動体4の軌道上座標を求める。直線軌道2aではインクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22を用いて軌道上座標を求める。曲線軌道2bでは、移動体4の角度検出用磁石12が位置する角度センサ25を判定することで、軌道上座標を求める。
The method for detecting the position of the moving object 4 will now be described in more detail.
With the above configuration, it is possible to obtain the ID and coordinates on the track 2 (also called "track coordinates") of the moving object 4 traveling on the track 2 including a curved portion. First, the position detection unit 110 obtains the track coordinates of the moving object 4. For the straight track 2a, the track coordinates are obtained using the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22. For the curved track 2b, the track coordinates are obtained by determining the angle sensor 25 where the angle detection magnet 12 of the moving object 4 is located.

移動体4が軌道2上を走行するとき、いずれか一つ又は二つの角度センサ25が角度検出用磁石12の領域Aに位置する。これは、角度センサ25が検出するXY平面上の磁束密度の大きさがBt以上であることによって判定できる。この判定のために、所定の判定テーブルが設定される。この判定テーブルは、角度センサ25で検出される磁束密度の大きさがBt以上となる場合について、これを検出する角度センサ25の組み合わせと、各組み合わせの場合の軌道上座標とが対応づけられている。 When the moving body 4 travels on the track 2, one or two of the angle sensors 25 are located in area A of the angle detection magnet 12. This can be determined by whether the magnitude of the magnetic flux density on the XY plane detected by the angle sensor 25 is equal to or greater than Bt. To make this determination, a predetermined determination table is set. In this determination table, when the magnitude of the magnetic flux density detected by the angle sensor 25 is equal to or greater than Bt, the combination of angle sensors 25 that detect this corresponds to the on-track coordinates for each combination.

移動体4が直線軌道2a上にある場合、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22から得られるスケール10と検出ヘッド18との相対位置pを、移動体4が位置する軌道上座標の特定に用いる。そのため、相対位置pの分解能が、軌道上座標Pの分解能となる。ここで、相対位置pは、移動体4の基準線L1と検出ヘッド18の基準線L2とが一致する位置を0とする。 When the moving body 4 is on the linear trajectory 2a, the relative position p between the scale 10 and the detection head 18 obtained from the incremental sensor unit 20 and the absolute sensor unit 22 is used to identify the trajectory coordinates where the moving body 4 is located. Therefore, the resolution of the relative position p is the resolution of the trajectory coordinates P. Here, the relative position p is set to 0 when the reference line L1 of the moving body 4 and the reference line L2 of the detection head 18 coincide with each other.

移動体4が曲線軌道2b上にある場合、角度センサ25上の角度検出用磁石12の有無によって軌道上座標を求める。そのため、領域A内にある角度センサ25が移り変わるごとに、分解能lcで軌道上座標が変化する。位置検出部110は、判定テーブルを参照して移動体4の軌道上座標を出力することで、連続性を保ちつつ、実際の軌道上の座標に沿った位置データを出力できる。 When the moving body 4 is on a curved track 2b, the track coordinates are obtained based on the presence or absence of an angle detection magnet 12 on the angle sensor 25. Therefore, each time the angle sensor 25 in area A changes, the track coordinates change with a resolution of lc. The position detection unit 110 outputs the track coordinates of the moving body 4 by referring to the judgment table, and can output position data that follows the actual track coordinates while maintaining continuity.

次に、ID判定部112が移動体4のID(移動体ID)を求める。移動体IDは角度センサ25が検出するXY平面上の磁界の方向を用いて求める。ここでは、角度センサ25の感磁部分である基準点Poが移動体4の領域A内にある場合において、角度センサ25が検出する磁界の方向を考える。 Next, the ID determination unit 112 determines the ID (mobile body ID) of the mobile body 4. The mobile body ID is determined using the direction of the magnetic field on the XY plane detected by the angle sensor 25. Here, we consider the direction of the magnetic field detected by the angle sensor 25 when the reference point Po, which is the magnetically sensitive portion of the angle sensor 25, is within the area A of the mobile body 4.

ID判定部112は、磁界の方向と角度センサ25の基準方向とのなす角θがθb(k)-360/2/kn<θ<θb(k)+360/2/knを満たす場合、移動体4のIDをkであると特定できる。ここで、移動体4の基準方向と角度センサ25の基準方向のなす角をθhとする。直線軌道2aに設けられた検出ヘッド18Sの場合、常にθh=0°である。 The ID determination unit 112 can determine that the ID of the moving body 4 is k if the angle θ between the direction of the magnetic field and the reference direction of the angle sensor 25 satisfies θb(k)-360/2/kn<θ<θb(k)+360/2/kn. Here, the angle between the reference direction of the moving body 4 and the reference direction of the angle sensor 25 is θh. In the case of the detection head 18S installed on the linear track 2a, θh=0° is always the case.

移動体4が曲線軌道2bに設けられた検出ヘッド18の角度センサ25を通過する際に、角度センサ25が領域Aに描く軌道の長さを2×laとする。このとき、ある角度センサ25が領域A内にあるときのθhは、-la/r×180/π<θh<la/r×180/πを満たす。したがって、移動体4がどの軌道上に位置していても、θhは-la/r×180/π<θh<la/r×180/πを満たす。 When the moving body 4 passes the angle sensor 25 of the detection head 18 provided on the curved track 2b, the length of the track that the angle sensor 25 traces in area A is assumed to be 2×la. In this case, when a certain angle sensor 25 is within area A, θh satisfies -la/r×180/π<θh<la/r×180/π. Therefore, no matter what track the moving body 4 is located on, θh satisfies -la/r×180/π<θh<la/r×180/π.

一方、上述のように、移動体4について磁界の方向との基準方向(X方向)とのなす角θaに関し、領域A内ではθb(k)-δθb<θa<θb(k)+δθbである。θ=θa+θhであるため、θはθb(k)-δθb-la/r×180/π<θ<θb(k)+δθb+la/r×180/πを満たす。 On the other hand, as described above, with regard to the angle θa between the direction of the magnetic field and the reference direction (X direction) for the moving body 4, within region A, θb(k) - δθb < θa < θb(k) + δθb. Since θ = θa + θh, θ satisfies θb(k) - δθb - la/r x 180/π < θ < θb(k) + δθb + la/r x 180/π.

以上より、δθb+la/r×180/π<360/2/knであるとき、全領域で移動体IDをkと特定できる。例えば、la=4mm、曲率半径r=360/π、kn=45とすると、δθb+la/r×180/π=3°、360/2/kn=4°となり、上記不等式の関係を満たすため、移動体IDをkであると特定できる。 From the above, when δθb + la/r × 180/π < 360/2/kn, the moving object ID can be identified as k in the entire region. For example, if la = 4 mm, the radius of curvature r = 360/π, and kn = 45, then δθb + la/r × 180/π = 3°, 360/2/kn = 4°, which satisfies the above inequality, and therefore the moving object ID can be identified as k.

以上、実施形態に基づいて位置検出システム1を説明した。
本実施形態によれば、軌道2に沿って複数の磁気センサ6が配列される一方、移動体4にはその移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすように角度検出用磁石12が配置される。その所定角度が移動体4に固有となるように設定されるため、磁気センサ6の検出する磁束密度の大きさや磁界の向きなどの角度検出用磁石12の検出情報に基づいて移動体の存在と種別を特定できる。磁気センサ6による検出範囲が局所的であるため、移動体4の数にかかわらず、移動体4ごとの位置を検出しやすい。
The position detection system 1 has been described above based on the embodiment.
According to this embodiment, a plurality of magnetic sensors 6 are arranged along the track 2, while an angle-detecting magnet 12 is disposed on the moving body 4 so that the direction of the magnetic field forms a predetermined angle with respect to the moving direction of the moving body 4. Since the predetermined angle is set to be unique to the moving body 4, the presence and type of the moving body can be identified based on the detection information of the angle-detecting magnet 12, such as the magnitude of the magnetic flux density and the direction of the magnetic field detected by the magnetic sensor 6. Since the detection range of the magnetic sensor 6 is localized, the position of each moving body 4 can be easily detected regardless of the number of moving bodies 4.

また、本実施形態では、可動側つまり移動体4側に磁気媒体8を設け、固定側つまり軌道2側に磁気センサ6を設けることとした。つまり、移動体4側が磁石のみとなる。このため、磁気センサ6への電力供給が容易になるといったメリットもある。高精度な設置を要するスケール10を軌道2の全長にわたって敷設するのではなく、移動体4側にのみ設ければよいため、設置コストを抑えるとともにメンテナンス性を高めることもできる。 In addition, in this embodiment, the magnetic medium 8 is provided on the movable side, i.e., the moving body 4 side, and the magnetic sensor 6 is provided on the fixed side, i.e., the track 2 side. In other words, the moving body 4 side only has a magnet. This has the advantage of making it easier to supply power to the magnetic sensor 6. The scale 10, which requires highly accurate installation, does not need to be installed over the entire length of the track 2, but only needs to be installed on the moving body 4 side, which reduces installation costs and improves maintainability.

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and modifications, and can be embodied by modifying the components without departing from the spirit of the invention. Various inventions may be formed by appropriately combining multiple components disclosed in the above-described embodiment and modifications. In addition, some components may be deleted from all the components shown in the above-described embodiment and modifications.

[変形例]
上記実施形態では、移動体4の磁気媒体8としてスケール10および角度検出用磁石12を設け、スケール10がインクリメンタルトラック14およびアブソリュートトラック16を含む構成を例示した。そして、直線軌道2aに敷設する検出ヘッド18Sにおいては、インクリメンタルセンサユニット20、アブソリュートセンサユニット22および角度センサユニット24を設ける一方、曲線軌道2bに敷設する検出ヘッド18Rにおいては、角度センサユニット24のみを設ける構成を例示した。
[Modification]
In the above embodiment, the scale 10 and the angle detection magnet 12 are provided as the magnetic medium 8 of the movable body 4, and the scale 10 includes the incremental track 14 and the absolute track 16. The detection head 18S installed on the straight track 2a is provided with the incremental sensor unit 20, the absolute sensor unit 22, and the angle sensor unit 24, while the detection head 18R installed on the curved track 2b is provided with only the angle sensor unit 24.

これは、移動体4の位置検出精度に関し、直線軌道2aにおいては高精度を求める一方、曲線軌道2bにおいてはその要求を緩和したものである。位置検出システム1の適用対象や仕様によってはこのような設定が可能となる。曲線軌道2bについて直線軌道2aにおけるほどの精度を求めない場合、磁気センサの構成を簡素化することでコスト低減を図ることもできる。 This requires high accuracy in detecting the position of the moving object 4 on the straight track 2a, but relaxes the requirement for the curved track 2b. This setting is possible depending on the application and specifications of the position detection system 1. If the curved track 2b does not require the same level of accuracy as the straight track 2a, costs can be reduced by simplifying the configuration of the magnetic sensor.

変形例においては、検出ヘッド18Sにおいてインクリメンタルセンサユニット20をなくし、アブソリュートセンサユニット22のみ設けてもよい。そして、磁気センサ6のスケール10がアブソリュートトラック16のみ含み、インクリメンタルトラック14を含まないものとしてもよい。少なくともアブソリュートパターンが形成されていれば、移動体4の基本位置を特定できる。 In a modified example, the detection head 18S may have only the absolute sensor unit 22, without the incremental sensor unit 20. The scale 10 of the magnetic sensor 6 may include only the absolute track 16, and not the incremental track 14. As long as at least an absolute pattern is formed, the base position of the moving body 4 can be identified.

あるいは、直線軌道2aであるか曲線軌道2bであるかを問わず、インクリメンタルセンサユニット20およびアブソリュートセンサユニット22をなくして角度センサユニット24のみ設けてもよい。そして、磁気センサ6の磁気媒体8として、インクリメンタルトラック14およびアブソリュートトラック16をなくし、角度検出用磁石12のみ設けてもよい。角度検出用磁石12の磁界の大きさに基づく移動体4の存在の特定が、移動体4のおおよその位置を特定することにつながるため、移動体4の位置検出精度がそれほど求められない場合、移動体4の位置検出と種別特定に際して角度検出用磁石12があれば足りる。 Alternatively, regardless of whether the track is a straight line 2a or a curved line 2b, the incremental sensor unit 20 and absolute sensor unit 22 may be eliminated and only the angle sensor unit 24 may be provided. As the magnetic medium 8 of the magnetic sensor 6, the incremental track 14 and absolute track 16 may be eliminated and only the angle detection magnet 12 may be provided. Since identifying the presence of the moving body 4 based on the magnitude of the magnetic field of the angle detection magnet 12 leads to identifying the approximate position of the moving body 4, when the position detection accuracy of the moving body 4 is not required, the angle detection magnet 12 is sufficient for detecting the position and identifying the type of the moving body 4.

逆に曲線軌道2bにおいても高精度な位置検出が求められる場合、検出ヘッド18Rについてもインクリメンタルセンサユニット20、アブソリュートセンサユニット22および角度センサユニット24を設けてもよい。特に曲線軌道2bの曲率半径rが大きい場合には、直線軌道2aと同様の構成を採用する利点がある。 Conversely, if highly accurate position detection is required even on the curved track 2b, the detection head 18R may also be provided with an incremental sensor unit 20, an absolute sensor unit 22, and an angle sensor unit 24. In particular, when the radius of curvature r of the curved track 2b is large, there is an advantage to adopting a configuration similar to that of the straight track 2a.

上記実施形態では、軌道2を直線軌道2aおよび曲線軌道2b(円軌道)で構成する構成を例示した。変形例においては、軌道を直線軌道のみ、曲線軌道のみ、円軌道以外の曲線軌道、あるいはこれらの組み合わせにより構成してもよい。 In the above embodiment, the orbit 2 is configured with a straight orbit 2a and a curved orbit 2b (circular orbit). In a modified example, the orbit may be configured with only straight orbits, only curved orbits, a curved orbit other than a circular orbit, or a combination of these.

上記実施形態では、移動体4の詳細位置を検出するセンサとして磁気センサを備える構成(インクリメンタルセンサユニット20、アブソリュートセンサユニット22等)を例示した。変形例においては、これを光センサに置き換えてもよい。その場合も角度検出用磁石12および角度センサ25による検出は行うものとする。 In the above embodiment, a configuration including a magnetic sensor (incremental sensor unit 20, absolute sensor unit 22, etc.) as a sensor for detecting the detailed position of the moving body 4 was exemplified. In a modified example, this may be replaced with an optical sensor. In this case, detection is still performed using the angle detection magnet 12 and angle sensor 25.

上記実施形態では、曲線軌道2bにおける検出ヘッド18Rの向きを曲線軌道2bの接線方向としたが(図5参照)、検出ヘッド18Rおよび角度センサ25の配置構成は、これに限られない。例えば、検出ヘッド18Rは接線方向に配置しなくとも、角度センサ25をその基準方向が接線方向となるように検出ヘッド18Rに配置してもよい。あるいは、角度センサ25を接線方向に配置しないものの、接線方向からのオフセットを考慮して角度検出用磁石12による磁界の方向を算出するようにしてもよい。 In the above embodiment, the direction of the detection head 18R on the curved trajectory 2b is the tangent direction of the curved trajectory 2b (see FIG. 5), but the arrangement of the detection head 18R and the angle sensor 25 is not limited to this. For example, the detection head 18R does not need to be arranged in the tangential direction, and the angle sensor 25 may be arranged on the detection head 18R so that its reference direction is the tangential direction. Alternatively, the angle sensor 25 may not be arranged in the tangential direction, but the direction of the magnetic field generated by the angle detection magnet 12 may be calculated taking into account an offset from the tangential direction.

1 位置検出システム、2 軌道、2a 直線軌道、2b 曲線軌道、4 移動体、6 磁気センサ、8 磁気媒体、10 スケール、12 角度検出用磁石、14 インクリメンタルトラック、16 アブソリュートトラック、18 検出ヘッド、20 インクリメンタルセンサユニット、22 アブソリュートセンサユニット、24 角度センサユニット、25 角度センサ、100 外部インタフェース部、110 位置検出部、112 ID判定部、120 外部装置、L1 基準線、L2 基準線、Po 基準点。 1 Position detection system, 2 Track, 2a Straight track, 2b Curved track, 4 Moving body, 6 Magnetic sensor, 8 Magnetic medium, 10 Scale, 12 Angle detection magnet, 14 Incremental track, 16 Absolute track, 18 Detection head, 20 Incremental sensor unit, 22 Absolute sensor unit, 24 Angle sensor unit, 25 Angle sensor, 100 External interface unit, 110 Position detection unit, 112 ID determination unit, 120 External device, L1 Reference line, L2 Reference line, Po Reference point.

Claims (4)

軌道に沿って移動する移動体の位置を検出する位置検出システムであって、
前記移動体の移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすように前記移動体に配置される磁石と、
前記軌道に沿って配置され、それぞれが前記移動体と対向したときに前記磁石の磁界の方向を検出する複数のセンサと、
前記センサの検出情報に基づいて、前記軌道における前記移動体の位置を特定する位置検出部と、
を備える、位置検出システム。
A position detection system for detecting a position of a moving object moving along a track, comprising:
a magnet disposed on the moving body such that a direction of a magnetic field forms a predetermined angle with respect to a moving direction of the moving body;
a plurality of sensors arranged along the track, each of which detects a direction of the magnetic field of the magnet when facing the moving body;
a position detection unit that identifies a position of the moving object on the track based on detection information of the sensor;
A position detection system comprising:
前記移動体として、前記磁石の磁界の方向が互いに異なる複数の移動体を備え、
前記センサは、前記移動体が対向したときに前記磁石の磁界の強さと方向を検出し、
前記位置検出部は、前記複数のセンサのいずれかにより検出される磁界の強さに基づいて前記複数の移動体のいずれかの存在を特定し、検出される磁界の方向に基づいて前記複数の移動体のいずれであるかを特定する、請求項1に記載の位置検出システム。
The moving body includes a plurality of moving bodies in which the directions of the magnetic fields of the magnets are different from each other,
the sensor detects the strength and direction of the magnetic field of the magnet when the moving body faces the magnet,
2. The position detection system according to claim 1, wherein the position detection unit identifies the presence of any of the plurality of moving bodies based on a magnetic field strength detected by any of the plurality of sensors, and identifies which of the plurality of moving bodies the moving body is based on a direction of the detected magnetic field.
前記移動体における前記軌道との対向面に、着磁パターンを有するスケールがさらに設けられ、
前記軌道における前記スケールと対向可能な位置に、前記着磁パターンを読み取り可能な磁気センサが設けられ、
前記位置検出部は、前記磁気センサの検出情報に基づいて、前記移動体の詳細位置を特定する、請求項1又は2に記載の位置検出システム。
a scale having a magnetization pattern is further provided on a surface of the movable body facing the track;
a magnetic sensor capable of reading the magnetization pattern is provided at a position on the track that can face the scale,
The position detection system according to claim 1 , wherein the position detection unit identifies a detailed position of the moving object based on the detection information of the magnetic sensor.
軌道上を移動する移動体であって、
前記軌道に沿って配置される複数のセンサと対向可能な対向面と、
前記対向面に設けられ、前記センサにより磁界の方向が検出される磁石と、
を備え、
前記磁石は、前記移動体の移動方向に対して磁界の方向が所定角度をなすよう、前記移動体に固有の角度で前記対向面に配置されている、移動体。
A moving body that moves on a track,
an opposing surface that is capable of opposing a plurality of sensors arranged along the track;
a magnet provided on the opposing surface, the direction of the magnetic field of which is detected by the sensor;
Equipped with
The magnet is disposed on the opposing surface at an angle specific to the movable body so that a direction of a magnetic field forms a predetermined angle with respect to a direction of movement of the movable body.
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