JP3767306B2 - 移動体の走行制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、前後に設けた車輪に支持されて設定範囲を移動する移動体、およびその走行制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、上記前後に設けた車輪に支持されて設定範囲を移動する移動体、たとえば自動倉庫の搬入出装置として使用されるスタッカークレーンには、一方の車輪に連結された1台の走行駆動装置が装備され、自動倉庫の入出庫指令にしたがってこの走行駆動装置が駆動されることによってスタッカークレーンが目的の行き先へ移動し、自動倉庫の荷の入出庫を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成では、走行時間を短縮するために、加減速度をアップしようとすると、図11に示すように、加速時には進行方向前側の車輪が浮き、減速時には進行方向後側の車輪が浮いてスリップし、そのためスタッカークレーンが前後に波うち、荷崩れや荷の落下、走行制御に使用するエンコーダの破損を招く恐れがあった。
【0004】
そこで、本発明は、加減速度をアップしたときに発生する前後への波うち動作を防止することで、加減速度をアップできる移動体、およびその走行制御方法を提供することを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、設定範囲を移動する移動体に、その移動体の前後の車輪をそれぞれ駆動する走行駆動手段が設けられ、これら走行駆動手段を制御する走行制御手段が設けられた移動体の走行制御方法であって、前記走行制御手段は、輪重の重い側の車輪を駆動する走行駆動手段を速度制御し、他方の車輪を駆動する走行駆動手段をトルク制御することを特徴とするものである。
【0009】
上記方法によれば、輪重の重い側の車輪を駆動する走行駆動手段を速度制御することにより速度指令に応じた速度が保証され、他方の車輪を駆動する走行駆動手段をトルク制御することにより、他方の車輪のスリップが防止されるとともに同期運転が可能となる。
【0010】
また請求項2に記載の発明は、設定範囲を移動する移動体に、その移動体の前後の車輪をそれぞれ駆動する走行駆動手段が設けられ、これら走行駆動手段を制御する走行制御手段が設けられた移動体の走行制御方法であって、前記走行制御手段は、移動体の移動方向と加減速状態に応じて、2つの走行駆動手段の制御を速度制御とトルク制御に切り換えることを特徴とするものである。
【0011】
上記方法によれば、加速時には後輪に重心がかかり、減速時には前輪に重心がかかる。したがって、移動体の移動方向と加減速状態に応じて、2つの走行駆動手段の制御を速度制御とトルク制御に切り換えることによって、速度指令に応じた速度が保証され、他方の車輪のスリップが防止される。
【0012】
また請求項3に記載の発明は、上記請求項1または請求項2に記載の発明であって、走行制御手段は、加速時および定常時、移動方向後側の車輪の走行駆動手段による速度制御を行い、かつ移動方向前側の車輪の走行駆動手段によるトルク制御を行い、減速時、移動方向後側の車輪の走行駆動手段によるトルク制御を行い、かつ移動方向前側の車輪の走行駆動手段による速度制御を行うことを特徴とするものである。
【0013】
上記方法によれば、移動体の加減速状態に応じて、重心がかかる車輪を速度制御し、他方の車輪をトルク制御することによって、速度指令に応じた速度が保証され、他方の車輪のスリップが防止される。
【0014】
また請求項4記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明であって、移動体にバランスウェイトを、輪重の軽い側の車輪の近傍に設けたことを特徴とするものである。
【0015】
この方法によれば、移動体のバランスが維持されるとともに、移動体の低重心化が図れ、加減速時の安定度が向上する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の移動体、およびその走行制御方法を、物品保管設備に備えられるスタッカクレーンに適用した場合について説明する。
【0017】
図1に示すように、物品保管設備FSには、物品出し入れ方向が互いに対向するように間隔を隔てて設置した2基の収納棚Aと、それらの収納棚Aどうしの間に形成した作業通路Bを自動走行するスタッカークレーン(移動体の一例)Cとが設けられ、各収納棚Aには多数の物品収納部Dが上下多段かつ左右に並設されている。
【0018】
前記作業通路Bには、収納棚Aの長手方向に沿って走行レール1が設置され、作業通路Bの一端側に設置した物品搬出入部Eには、入出庫指令をスタッカークレーンCに入力するコントローラE1と、走行レール1を挟んで一対の荷載置台E2とが設けられ、スタッカークレーンCは、入出庫指令に基づいて走行レール1に沿って走行して、荷載置台E2と物品収納部Dとの間での物品(図1,図2ではバケット)Fの出し入れを行う入出庫用の搬送車として構成されている。以下、スタッカークレーンCの物品搬出入部Eの側をHP、このHPの走行方向の反対側をOPと称す。
【0019】
前記スタッカークレーンCは、図2に示すように、走行レール1に沿って走行する走行車体2に、昇降台3と、その昇降台3を昇降操作自在に案内支持する昇降マスト4とを設けて構成され、昇降台3には物品移載用のフォーク装置5が設けられている。
【0020】
前記昇降台3は、その端部に連結した昇降用チェーン8にて吊下げ支持され、この昇降用チェーン8は、昇降マスト4の上部フレーム7に設けた案内スプロケット9に巻き掛けられて、走行車体2の一端に装備した巻き取りドラム11に連結されている。
【0021】
そして、巻き取りドラム11を、いわゆるインバータ式のモータである昇降用電動モータM1にて正逆に駆動回転させて、昇降用チェーン8の繰り出しや巻き取り操作で昇降台3を駆動昇降させるように構成されている。
【0022】
前記走行車体2には、図2に示すように、走行レール1上を走行自在な前後二つのブレーキ付き車輪12と、車輪12とともに走行レール1を挟みこみスリップを防止し、走行レール1に対する車体横幅方向での位置を規制するように、走行レール1に係合する前後二箇所で、かつ左右一対の下部位置規制用ロータ(バックアップローラ)13が設けられ、さらに走行用駆動手段として、HP側の車輪12aに連結された、いわゆるサーボコントローラを備えた走行用サーボモータ(以下、HPサーボと略す)M2と、OP側の車輪12bに連結された、いわゆるサーボコントローラを備えた走行用サーボモータ(以下、OPサーボと略す)M3が備えられている。またHPサーボM2とOPサーボM3は電気的に接続され、互いに他方のサーボへトルク指令値を出力している(詳細は後述する)。また走行本体2が停止しているときに輪重の軽い側の車輪となるHP側の車輪12aの近傍には、走行車体2のバランスをとるためにバランスウェイト15が取り付けられ、フォーク装置5の中心と車輪12aの中心間に、距離l(>0)が設けられている。
【0023】
また、上部フレーム7には、図2に示すように、ガイドレール6を左右から挟み込んで、スタッカークレーンCの走行に伴って、その側面に沿って上下軸回りで転動する左右一対の上部位置規制用ローラ17が走行方向の前後端部に設けられ、スタッカークレーンCは、上部フレーム7に設けた上部位置規制用ローラ17にて倒れ止めされながら、走行用駆動手段(サーボM2,M3)による駆動で走行レール1に沿って自走自在に構成されている。
【0024】
走行車体2の走行位置は、図2に示すように、走行車体2に取付けられた車体側ロータリエンコーダ21の検出情報に基づいて管理される。車体側ロータリエンコーダ21は、その回転軸に取付けられたスプロケット21aが走行レール1に沿って敷設されたチェーン22に歯合しており、走行車体2の走行に伴ってスプロケット21aが回転して、走行車体2の走行移動を検出する。
【0025】
車体側ロータリエンコーダ21の検出情報は、図3に示すように、クレーン制御装置CCの走行制御部31に入力されている。
上記クレーン制御装置CCは、図3に示すように、コントローラE1からの入出庫指令(搬送指令)を受けて、昇降用電動モータM1を駆動して昇降台3を指定された昇降位置に昇降させる昇降制御部30と、走行車体2を指定された走行位置、あるいは距離および方向に移動させる走行制御部31と、フォーク装置5を出退作動させて物品Fを移載させる移載制御部32から構成され、クレーン制御装置CCにより制御されて物品Fの搬送並びに各物品収納部Dなどとの間の物品Fの移載が行われる。
【0026】
上記クレーン制御装置CCの走行制御部31による走行車体2の走行制御について詳細に説明する。
クレーン制御装置CCの走行制御部31の制御ブロック図を図4に示す。
【0027】
後述するスタート信号によりリセットされて、車体側ロータリエンコーダ21から入力されたパルス信号をカウントして走行本体2の実移動距離を測定する移動距離検出部41と、移動距離検出部41により測定された移動距離を微分して実速度を測定する速度検出部42と、後述するスタート信号によりリセットされて走行本体2の走行時間を測定する時間検出部43と、コントローラE1より目的の行き先までの移動距離および方向が入力され、走行パターンを設定する走行パターン設定部44(詳細は後述する)と、移動距離検出部41により測定された実移動距離、速度検出部42により検出された走行本体2の実速度、時間検出部43により測定された走行時間、および走行パターン設定部44から入力した走行パターンの設定値により速度指令値を出力する走行パターン発生部45(詳細は後述する)と、HPサーボM2を駆動するHP走行制御部46(詳細は後述する)と、OPサーボM3を駆動するOP走行制御部47(詳細は後述する)から構成されている。
【0028】
上記走行パターン設定部44は入力した移動距離Qにより、図5に示す走行パターンを設定するための設定値を演算するものであり、予め設定された加減速度αと停止前の「低速」の走行速度VLにより、高速の一定速度VHと減速を開始する移動距離(減速開始ポイント)Rを求め、これら高速の一定速度VH、減速開始移動距離R、および移動距離(入力した移動距離、停止距離に相当する)Qを走行パターン発生部45へ出力する。走行速度Vを積分したものが移動距離になることから、加減速度αと停止前の「低速」の走行速度VLが設定されていると、高速の一定速度VHと減速を開始する移動距離(減速開始ポイント)Rを求めることができる。
【0029】
また、走行パターン設定部44は、移動方向をHP走行制御部46とOP走行制御部47へ出力する。以下、スタッカークレーンCが、HP側からOP側へ移動する方向を前進方向、逆にOP側からHP側へ移動する方向を後退方向と称す。
【0030】
走行パターン発生部45にも、予め加減速度αと停止前の「低速」の走行速度VLが設定されており、高速の一定速度VH、減速開始移動距離R、および移動距離Qを入力すると、図5に示す走行パターンを設定でき、走行パターンを設定すると、上記スタート信号を移動距離検出部41と時間検出部43に出力し、同時に設定走行パターンにしたがって、速度指令値の出力を開始する。また加減速状態信号として、加速時および定常時(高速の一定速度VHでの走行時)に、加速・定常信号、減速時に減速信号を出力し、さらに移動距離Qに達すると、車輪12のブレーキに停止信号を出力する。
【0031】
HP走行制御部46とOP走行制御部47にはそれぞれ、速度検出部42により検出された走行本体2の実速度が入力され、走行パターン設定部44より移動方向信号が入力され、さらに走行パターン発生部45より速度指令値と加速度状態信号(加速・定常信号と減速信号)が入力されている。
【0032】
HP走行制御部46とOP走行制御部47は上記入力データにより、図6に示すように、速度制御とトルク制御を選択し(切り換え)、速度制御のときHPサーボM2とOPサーボM3へそれぞれ速度偏差値を出力し、トルク制御のときトルク制御実行信号を出力している。
【0033】
すなわち、走行制御部46は、前進でかつ加速・定常時、または後退でかつ減速時に速度制御と判断し、入力した速度指令値と実速度の偏差を演算してその速度偏差値をHPサーボM2へ出力して速度制御を実行し、前進でかつ減速時、または後退でかつ加速・定常時にトルク制御と判断し、トルク制御実行信号をHPサーボM2へ出力している。
【0034】
またOP走行制御部47は、前進でかつ加速・定常時、または後退でかつ減速時にトルク制御と判断し、トルク制御実行信号をOPサーボM3へ出力し、前進でかつ減速時、または後退でかつ加速・定常時に速度制御と判断し、入力した速度指令値と実速度の偏差を演算してその速度偏差値をOPサーボM3へ出力して速度制御を実行している。
【0035】
HPサーボM2は、制御信号である速度制御の速度偏差値を入力すると、この速度偏差値を零とするように、トルク指令値を設定し、このトルクに応じた電圧あるいは位相によりモータ(回転子)を回転させ、さらに設定したトルク指令値をOPサーボM3へ出力し、またトルク制御実行信号を入力すると、OPサーボM3より入力したトルク指令値によりモータを回転させている。
【0036】
またOPサーボM3も同様に、制御信号である速度制御の速度偏差値を入力すると、この速度偏差値を零とするように、トルク指令値を設定し、このトルクに応じた電圧あるいは位相によりモータ(回転子)を回転させ、さらに設定したトルク指令値をHPサーボM2へ出力し、またトルク制御実行信号を入力すると、HPサーボM2より入力したトルク指令値によりモータを回転させている。
【0037】
上記クレーン制御装置CCの走行制御部31の構成による作用を説明する。
走行制御部31は、コントローラE1から移動距離および移動方向の搬送指令を受けると、前記移動距離より設定走行パターンを形成し、この設定走行パターンに基づいて速度指令値を発生し、HP走行制御部46とOP走行制御部47によるサーボM2,M3の制御を、速度制御とトルク制御に切り換えて走行車体2の走行を行う。
【0038】
このとき、図11に示したように、加速時には後輪に重心がかかり、前輪が浮こうとし、減速時には前輪に重心がかかり、後輪が浮こうとして、スリップが発生して走行車体2が波うつ状態になろうとする。したがって図6に示すように、重心の位置、すなわち移動方向(前進または後退)と加減速状態に応じて、2つのサーボM2,M3の制御を速度制御とトルク制御に切り換えることによって{輪重の重い側の車輪を駆動するサーボ(走行駆動手段)を速度制御し(走行駆動し)、他方の車輪を駆動する走行駆動手段をトルク制御することによって}、設定走行パターンの速度指令値に応じた速度が保証され、車輪の食いつきが良くなり、他方の車輪のスリップが防止され、2つのサーボM2,M3のトルクが同一となることで同期運転が可能なり、その結果、走行車体2が波うつ現象を回避でき、走行本体2の昇降枠3に積載されて搬送される物品Fの荷崩れや落下、およびロータリエンコーダ21の破損を防止することができる。
【0039】
そして走行車体2の走行速度が「低速」VLに移行し、移動距離Qに達すると、ブレーキを作動させて走行車体2を停止させる。
以上のように、2台のサーボM2,M3により走行本体2の走行制御を行うことにより、走行車体2の波うち動作、物品Fの荷崩れ、物品Fの落下、ロータリエンコーダ21の破損の恐れを回避できることから、加減速度αを増加させることができる。よってスタッカークレーンCが設定移動距離を走行する走行時間を短縮でき、荷搬入出の効率を改善することができ、設備の稼動効率を改善できる。
【0040】
また停止時に輪重の軽い側のHP側の車輪12aの近傍に、バランスウェイト15を設けたことにより、スタッカークレーンCのバランスが維持されるとともに、スタッカークレーンCの低重心化が図れ、加減速時の安定度を向上することができる。
【0041】
なお、上記実施の形態では、図7(a)に示すように、走行時に重心がかかる輪重の重い側の車輪のサーボM2,M3から他方のサーボへトルク指令値を渡しているが、図7(b)に示すように、前記トルク指令値を走行制御部31へ戻して、他方のサーボM3,M2へ渡すようにしてもよい。またこのとき、走行制御部31においてトルク指令値へ任意の係数を乗算して、この係数の割合のトルク指令値を他方のサーボM3,M2へ伝達し、他方のサーボM3,M2のトルクを調整するようにしてもよい。また図7(c)に示すように、走行制御部31において、走行時に重心がかかる車輪のサーボM2,M3へ出力する速度偏差値と検出している実速度から、他方のサーボM3,M2へ渡すトルク指令値を推測し、この推測したトルク指令値を他方のサーボM3,M2へ伝達するようにしてもよい。
【0042】
また上記実施の形態では、物品Fとしてバケットを搬入出するスタッカークレーンCを例示しているが、もちろん物品Fとしてコンテナなどを載せたパレットを搬入出する普通のスタッカークレーンの走行車体の走行制御方法に適用できる。
【0043】
また上記実施の形態では、設定範囲を移動する移動体としてスタッカークレーンCの走行車体2を例示し、本発明を物品保管設備FSに適用した場合を例示しているが、無人搬送車など、4輪の種々の移動体の走行制御方法に適用できる。
【0044】
無人搬送車の構成の一例を図8〜図10に示す。
図中、51はフロア52に設置された一対の走行レールであり、53はこの走行レール51に案内されて自走し、荷を搬送する4輪の自走台車(無人搬送車の一例)である。
【0045】
自走台車53は、車体61と、この車体61上に設置された荷の移載・載置装置(たとえば、ローラコンベヤやチェンコンベヤ)62と、車体61の下部に取付けられた、車体61を一方の走行レール51に対して支持する2台の旋回式従動車輪装置63および車体61を他方の走行レール51に対して支持するとともに走行レール51の曲がり形状に追従可能でかつ旋回式従動車輪装置63に対して遠近移動自在(スライド自在)な2台の旋回・スライド式駆動車輪装置64を備えている。
【0046】
本発明のHPサーボM2とOPサーボM3は2台の旋回・スライド式駆動車輪装置64にそれぞれに設けられている。すなわち、各旋回・スライド式駆動車輪装置64は、上記車体61の左フレームに対して縦軸心回りに旋回自在で、かつ左右方向に移動自在な旋回体71と、この旋回体71の下面側に連結され、走行レール51の側面に対応した一対の脚部を有するブラケット72と、このブラケット72の両脚部の中央部にそれぞれ設けられたアクスル73と、このアクスル73に支持された駆動車輪74と、この駆動車輪74の回転軸にその駆動軸が連結されたHPサーボM2またはOPサーボM3と、前記ブラケット72の両脚部の下方前後左右端にそれぞれ設けられ、走行レール51の両側面に接触する遊転自在な4個のガイドローラ(ガイド装置の一例)76とから構成され、HPサーボM2の駆動軸にモータ回転数を検出するエンコーダ77が設けられている。上記構成により、4個のガイドローラ76によって、走行レール51の曲がりに対応してブラケット72を介して縦軸心回りに旋回体71が回動し、かつ一対の走行レール51の幅に対応してブラケット72を介して旋回体71が左右に移動することにより、駆動車輪74は脱輪することなく走行レール51上を走行し得、またHPサーボM2とOPサーボM3の駆動により駆動車輪74が回動することにより、自走台車53は走行レール51に案内されて走行し得る。
【0047】
このとき2台のHPサーボM2とOPサーボM3の制御を、自走台車53の加減速状態に応じて、スタッカークレーンCのときと同様に速度制御とトルク制御に切り換えることにより、同様に自走台車53の波うち動作、移載・載置装置62上の荷の荷崩れ、落下の恐れを回避できることから、自走台車53の加減速度を増加させることができる。よって自走台車53が設定移動距離を走行する走行時間を短縮でき、荷の搬送効率を改善することができ、設備の稼動効率を改善できる。
【0048】
また上記実施の形態では、移動体を走行駆動する走行駆動手段としていわゆるサーボコントローラを備えたサーボモータM2,M3を例示しているが、走行駆動手段自体に、移動体の走行速度を検出する手段を備えると共に、走行制御部31から指令された速度と検出した走行速度とが一致するようにフィードバック制御する回路を備えるように構成するなど、走行駆動手段の具体構成は種々変更可能である。
【0049】
上記実施の形態では、車体側ロータリエンコーダ21などのロータリエンコーダの出力パルスをカウントし、移動体の一例であるスタッカークレーンCの移動量と走行速度を検出しているが、走行レール1に沿っていわゆるリニアエンコーダを設置して移動体の移動量を検出するなど、他の具体構成は種々変更可能である。
【0050】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、移動体の加減速度を増すことができ、走行時間を短縮でき、設備の稼動効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における移動体およびその走行制御方法を使用する物品保管設備の要部斜視図である。
【図2】同物品保管設備のスタッカークレーンの要部拡大図である。
【図3】同物品保管設備の制御構成図である。
【図4】同物品保管設備のクレーン制御装置の走行制御部のブロック図である。
【図5】同物品保管設備の設定走行パターンの説明図である。
【図6】同物品保管設備のスタッカークレーンの2台のサーボの速度制御とトルク制御の切り換え説明図である。
【図7】本発明の他の実施の形態を説明する物品保管設備の制御構成図である。
【図8】本発明の実施の形態における移動体およびその走行制御方法を使用する荷搬送設備の要部構成図である。
【図9】同荷搬送設備の走行レールおよび自走台車の側面図である。
【図10】同荷搬送設備の自走台車の一部平面図である。
【図11】移動体の走行時の重心位置の説明図である。
【符号の説明】
C スタッカークレーン(移動体)
CC クレーン制御装置
E1 コントローラ
M2,M3 サーボモータ(走行駆動手段)
1 走行レール
2 走行本体
12 車輪
21 ロータリエンコーダ
31 走行制御部(走行制御手段)
51 走行レール
53 自走台車(移動体)
Claims (4)
- 設定範囲を移動する移動体に、その移動体の前後の車輪をそれぞれ駆動する走行駆動手段が設けられ、これら走行駆動手段を制御する走行制御手段が設けられた移動体の走行制御方法であって、
前記走行制御手段は、輪重の重い側の車輪を駆動する走行駆動手段を速度制御し、他方の車輪を駆動する走行駆動手段をトルク制御すること
を特徴とする移動体の走行制御方法。 - 設定範囲を移動する移動体に、その移動体の前後の車輪をそれぞれ駆動する走行駆動手段が設けられ、これら走行駆動手段を制御する走行制御手段が設けられた移動体の走行制御方法であって、
前記走行制御手段は、移動体の移動方向と加減速状態に応じて2つの走行駆動手段の制御を速度制御とトルク制御に切り換えること
を特徴とする移動体の走行制御方法。 - 走行制御手段は、
加速時および定常時、移動方向後側の車輪の走行駆動手段による速度制御を行い、かつ移動方向前側の車輪の走行駆動手段によるトルク制御を行い、
減速時、移動方向後側の車輪の走行駆動手段によるトルク制御を行い、かつ移動方向前側の車輪の走行駆動手段による速度制御を行うこと
を特徴とする請求項1または請求項2記載の移動体の走行制御方法。 - 移動体にバランスウェイトを、輪重の軽い側の車輪の近傍に設けたこと
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の移動体の走行制御方法。
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