JP4075135B2 - 懸垂式昇降装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，懸垂式昇降装置に係り，詳しくは，移動台車から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部の振れを抑える制振制御を行う懸垂式昇降装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷物を搬送する搬送装置として，天井近くに配設されたレール上を走行する移動台車から懸垂材によりハンド付昇降台を昇降可能に吊り下げ，上記ハンドにより荷物を把持して搬送する懸垂式昇降装置（いわゆるクレーン）がある。
上記懸垂式昇降装置は，重量物を搬送するのに用いられるのが一般的であるが，近年では半導体製造場におけるウェハカセット等の搬送装置としての利用が特に注目されている。
このような懸垂式昇降装置の問題点として挙げられるのが，吊り下げられた上記昇降台の振れである。上記昇降台は上記移動台車を支点とする振り子となるから，例えば上記移動台車の停止時には，上記昇降台に上記懸垂材の長さで決まる固有振動数に応じた振れが生じる。
上記移動台車の停止直後などで上記昇降台が大きく揺れている間は，所定位置に置かれている荷物を正確に把持することができなかったり，或いは把持している荷物を所定位置に正確に載置することができない。
半導体製造場では，各種処理装置が近接して設置されていることが多く，搬送される部材の機械的強度も弱いため，上記昇降台の振れは特に重要な問題となり，動吸振器やダンパ等を用いた受動的な振れ止めでは不十分な場合も多い。
そこで，上記昇降台の振れを積極的に減衰させる制振制御を行うことが必要となる。上記制振制御を行うことのできる懸垂式昇降装置の一例を図４に示す。
図４に示すように，上記懸垂式昇降装置は，天井５１に配設されたレール５２に沿って移動する移動台車５３と，上記移動台車５３の下部に取り付けられた位置決めアクチュエータ１及び上板２と，上記上板２から垂下された懸垂材５４と，上記懸垂材５４の下端部に取り付けられ，荷物５６を把持可能なハンド５５ａが一体的に取り付けられた昇降部５５と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置を検出する振れ位置センサ３と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて上記昇降部５５の振れを制振制御しつつ，上記位置決めアクチュエータ１の位置及び速度制御を行って上記位置決めアクチュエータ１を動作させ，上記昇降部５５の位置を制御する昇降部位置制御部１０とを具備する。
上記懸垂式昇降装置では，上記移動台車５３が上記レール５２における予め設定された箇所（ステーション）に達すると，例えば上記上板２側に取り付けられた図外の巻き取り装置により上記懸垂材５４の巻き出し／巻き取りが行われ，これにより上記昇降部５５の下降／上昇させられる。
このとき，上記昇降部５５に生じる振れは，上記位置決めアクチュエータ１を動作させることにより抑えられる。
上記位置決めアクチュエータ１は，上記上板２を水平面内で上記移動台車５３に対して相対移動させるものであり，上記昇降部位置制御部１０から出力される推力指令に従って動作する。
ここで，図５に上記昇降部制御部１０の制御ブロック図の一例を示す。尚，上記位置決めアクチュエータ１の実位置及び実速度は図外のセンサにより検出される。
上記懸垂式昇降装置では，上記移動台車５３が目的位置に停止すると，上記昇降部位置制御部１０に対して，上記位置決めアクチュエータ１を例えば所定の原点位置（上記移動台車５３と上記上板２との相対位置関係から決まる）に制御するための位置指令が与えられる。上記位置指令と上記位置決めアクチュエータ１の実変位との偏差が位置補償部１１に入力される。上記位置補償部１１からは，上記位置偏差を０にするような速度指令が出力される。上記速度指令と上記位置決めアクチュエータ１の実速度との偏差が速度補償部１２に入力される。上記速度補償部１２からは，上記速度偏差を０にするような推力指令が出力される。
また，それと同時に，振れ止め補償部４には，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ速度が入力される。この相対振れ速度は，上記振れ位置センサ３により検出された上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて定められるものである。上記振れ止め補償部４では，上記比例要素４ａにより上記昇降部５５の振れ速度に応じた推力が出力され，更に上記フィルタ４ｂを介して制振信号として出力される。
上記振れ止め補償部４から出力された上記制振信号は，位相反転した後で上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算され，該推力指令は上記位置決めアクチュエータ１に入力され，所定の動作が行われる。
以上の制御により，上記昇降部５５に振れがある場合には，上記位置決めアクチュエータ１は，振れの周波数が速度制御周波数に比べて十分低い場合に，等価的に上記昇降部５５の振れ速度に比例して変位する。ここで，上板２と昇降部５５との間に相対変位が生じると昇降部５５にはそれに比例した力が働くため，上記昇降部５５には自分自身の振れ速度に比例した力が減衰力として与えられることになり，上記昇降部５５の振動は短時間で減衰する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のように制振制御を相対振れ位置に基づいて行う場合，上記相対振れ位置に対応する信号にはレールの振動や位置決めアクチュエータとセンサとの間に生じる弾性振動にかかる信号が混入してしまう場合がある。
この場合には，制振作用を高めようと大きな値の比例要素４ａを用いて制振制御を行うと，図６（ａ）に示すように，上記弾性振動にかかる周波数で発振してしまうという問題があった。
また，上記弾性振動にかかる周波数は，上記移動台車が走行するレールの位置や該レールが配設された天井の状態等により変化してしまう。
本発明は，このような従来の技術における課題を解決するために，懸垂式昇降装置を改良し，相対振れ速度に対応する信号に混入する弾性振動により生じる制振制御にかかる発振を移動台車が移動するステーション毎に好適に抑えることのできる懸垂式昇降装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，所定軌道を移動する移動台車と，上記移動台車から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，上記昇降部の振れ速度に基づいて上記位置決め手段を動作させ上記昇降部の振れを抑える制振制御を行う制振制御手段とを具備してなる懸垂式昇降装置において，上記昇降部の振れ速度に対応する信号に混入する弾性振動成分により生じる上記制振制御にかかる発振を防止する発振防止手段と，上記発振防止手段の設定を上記位置決め手段により位置決めする場所毎に変更する設定変更手段とを具備し，上記発振防止手段が，上記昇降部の振れ速度に対応する信号から上記弾性振動成分を抑圧する抑圧フィルタであって，上記設定変更手段が，上記抑圧フィルタにおける抑圧周波数帯の設定を変更してなることを特徴とする懸垂式昇降装置として構成されている。
また，本発明に係る懸垂式昇降装置において，上記発振防止手段がノッチフィルタであって，上記設定変更手段が，上記ノッチフィルタの中心周波数の設定を変更するものであることが考えられる。
本発明に係る懸垂式昇降装置によれば，例えば位置決めアクチュエータに弾性振動が生じたりレールが振動する等して昇降部の振れ速度に対応する信号に弾性振動成分が混入し，しかも位置決めアクチュエータにより位置決めする場所毎にその振動が変化するような場合でも，発振防止手段により制振制御にかかる発振を防止することができる。
ここで，上記発振防止手段による制振制御にかかる発振の防止は，例えば上記昇降部の振れ速度に対応する信号からノッチフィルタ等を用いて上記弾性振動成分を抑圧することにより行われる。
また，本発明に係る懸垂式昇降装置において，上記発振防止手段の設定を上記位置決め手段により位置決めする各場所に対応して記憶する記憶手段を具備し，上記設定変更手段が，上記記憶手段に記憶された上記発振防止手段の設定に基づいて上記発振防止手段の設定を変更することが考えられる。
そのような構成を備えた懸垂式昇降装置によれば，不揮発性メモリ等の簡単な記憶手段を設けることにより，上記発振防止手段の設定を変更することが可能となる。
また，本発明に係る懸垂式昇降装置において，上記位置決め手段により位置決めする各場所に対応する上記所定軌道側に，当該所定軌道又はその近傍の部材の弾性振動成分に関する情報を上記設定変更手段に出力する出力手段がそれぞれ設けられ，上記設定変更手段が，上記出力手段から出力された弾性振動成分に関する情報に基づいて上記発振防止手段の設定を変更することも考えられる。
そのように所定軌道側に出力手段を設けることにより，上記懸垂式昇降装置の構成を簡素化することが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明の具体的な一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
まず，図１に本発明の一実施の形態に係る懸垂式昇降装置Ａ１の概略構成を示す。
上記懸垂式昇降装置Ａ１は，例えば半導体製造場等で用いられる搬送装置であって，その構成は従来の技術に記載されたものとほぼ同様である。
即ち，上記懸垂式昇降装置Ａ１は，図１に示す如く，天井５１に配設されたレール５２に沿って移動する移動台車５３と，上記移動台車５３の下部に取り付けられた位置決めアクチュエータ１（位置決め手段に相当）及び上板２と，上記上板２から垂下された懸垂材５４と，上記懸垂材５４の下端部に取り付けられ，荷物５６を把持可能なハンド５５ａが一体的に取り付けられた昇降部５５と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置を検出する振れ位置センサ３と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて上記昇降部５５の振れを制振制御しつつ，上記位置決めアクチュエータ１の位置及び速度制御を行って上記位置決めアクチュエータ１を動作させ，上記昇降部５５の位置を制御する昇降部位置制御部（制振制御手段に相当）１０とを具備する。
上記懸垂式昇降装置Ａ１が，従来のものととりわけ異なるのは，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置信号に混入した上記上板２の弾性振動の成分をノッチフィルタＮＦ（発振防止手段，抑圧フィルタの一例）により抑圧し，このノッチフィルタＮＦの中心周波数ω₀ を上記位置決めアクチュエータ１により位置決めする所定位置（ステーション）毎に変更する点である。
次に，上記懸垂式昇降装置Ａ１の詳細について説明する。ここで，図２は上記懸垂式昇降装置Ａ１の制御ブロック図の一例を示す図である。
上記昇降部位置制御部１０は，図２に示すように，上記位置決めアクチュエータ１に対する位置指令と実位置との偏差に基づいて位置補償部１１により速度指令を出力する位置制御ループと，上記位置補償部１１から出力された上記位置決めアクチュエータ１に対する速度指令と実速度との偏差に基づいて速度補償部１２により上記位置決めアクチュエータ１に対して推力指令を出力する速度制御ループと，上記光学式位置センサ３から出力された上記昇降部５５の相対振れ変位から上記上板２等の弾性振動成分を抑圧するノッチフィルタＮＦと，上記ノッチフィルタＮＦにより弾性振動成分が抑圧された相対振れ位置に基づいて定められる上記昇降部５５の振れ速度に基づいて上記位置決めアクチュエータ１に対する制振信号を出力し，上記制振信号を位相反転した後に上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算する振れ止め補償部４とを具備する。
上記振れ止め補償部４は，比例要素４ａとフィルタ４ｂとで構成されている。上記比例要素４ａは上記昇降部５５の停止高さに応じて設定されている。また，上記フィルタ４ｂは，観測ノイズを除去して上記観測ノイズによるサーボ系の発振を防ぐために設けられたローパスフィルタである。
【０００６】
以上のような昇降部位置制御部１０による上記位置決めアクチュエータ１の制御動作について説明する。
上記移動台車５３がステーションに停止すると，上記昇降部位置制御部１０に対して，上記位置決めアクチュエータ１を例えば所定の原点位置（上記移動台車５３と上記上板２との相対位置関係から決まる）に制御するための位置指令が与えられる。上記位置指令は，上記位置決めアクチュエータ１の実変位との偏差がとられ，上記位置補償部１１に入力される。上記位置補償部１１からは，上記位置偏差を０にするような速度指令が出力され，更に上記速度指令は上記位置決めアクチュエータ１の実速度との偏差がとられ，上記速度補償部１２に入力される。上記速度補償部１２からは，上記速度偏差を０にするような推力指令が出力される。
また，それと同時に，上記振れ止め補償部４には，上記光学式位置センサ３から出力された上記昇降部５５の相対振れ位置が微分器により微分された相対振れ速度が入力される。
この懸垂式昇降装置Ａ１では，上記相対振れ位置に混入する上記上板２やレール５２等に生じる弾性振動成分はノッチフィルタＮＦにより抑圧される。上記ノッチフィルタＮＦは例えばＤＳＰ等を用いたディジタルフィルタにより実現される。その周波数伝達関数は
Ｇ（ｓ）＝ｓ² ＋ω₀ ² ／（ｓ² ＋２ζω₀ ｓ＋ω₀ ² ）
（ただし，ω₀ はノッチフィルタＮＦの中心周波数，ζは定数である。）
で表されるものである。図３に上記ノッチフィルタのゲイン曲線を示す。尚，横軸は周波数ωの線形軸，縦軸はゲインＧの対数軸である。
図３に示すように，上記ノッチフィルタＮＦは中心周波数ω₀ 近傍の成分のみを減衰させるものである。中心周波数ω₀ は予め測定された上記弾性振動成分の周波数に設定されている。また，上記定数ζを大きく設定すれば，信号を減衰させる周波数幅Δは広くなり，上記定数ζを小さく設定すれば，上記周波数幅Δは狭くなる。上記ノッチフィルタＮＦをディジタルフィルタにより構成した場合，上記中心周波数ω₀ や定数ζの変更は容易である。
上記弾性振動成分の周波数は図示しない不揮発性メモリ等の記憶手段に記憶されており，上記ステーションに到達する毎に当該ステーションに対応する弾性振動成分の周波数に上記ノッチフィルタＮＦの中心周波数ω₀ は更新される。尚，この更新処理を行うＣＰＵやＤＳＰ等の演算手段が本発明における設定更新手段に相当する。
これにより，天井５１やレール５２等の弾性振動がステーション毎にその周波数を変える場合でも，上記相対振れ位置信号から弾性振動成分を容易に抑圧することができる。
そして，上記ノッチフィルタＮＦにより弾性振動成分が抑圧された相対振れ位置信号は微分器により微分されて振れ相対速度に変換され，上記振れ止め補償部１０に入力される。
上記振れ止め補償部４では，上記比例要素４ａにより上記昇降部５５の振れ速度に応じた推力が出力され，更に上記フィルタ４ｂを介して制振信号として出力される。
上記振れ止め補償部４から出力された上記制振信号は，位相反転した後で上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算され，該推力指令は上記位置決めアクチュエータ１に入力され，所定の動作が行われる。
以上の制御により，上記昇降部５５に振れがある場合には，上記位置決めアクチュエータ１は，等価的に上記昇降部５５の振れ速度に比例して変位する。ここで，上板２と昇降部５５との間に相対変位が生じると昇降部５５にはそれに比例した力が働くため，上記昇降部５５には自分自身の振れ速度に比例した力が減衰力として与えられることになり，上記昇降部５５の振動は短時間で減衰する。
しかも，上記上板２等に弾性振動が生じている場合でも，上記昇降部５５の振れ速度から弾性振動成分のみが抑圧されるため，上記昇降部５５の振れを抑える制振制御を行っても，図６（ｂ）に示すように，上記弾性振動による発振が生じることが防止される。
このように，上記懸垂式昇降装置によれば，例えば上板に弾性振動が生じる等して昇降部の振れ速度に対応する信号に弾性振動成分が混入し，しかも位置決めアクチュエータにより位置決めする場所毎にその振動が変化するような場合でも，発振防止手段により制振制御にかかる発振を防止することができる。
【０００７】
【実施例】
上記実施の形態では，上記昇降部５５の振動方向をレールに直角な方向に限定して説明したが，レールに平行な振動，及び懸垂材５４の捩じり方向への振動についても，それぞれレールに平行な方向，鉛直軸回りに移動可能な位置決めアクチュエータを使用して同様の制御を行うことにより適用できる。
また，上記実施の形態では位置決め手段の一例として位置決めアクチュエータ１を用いたが，上記移動台車５３自体を位置決め手段として用いてもよい。即ち，上記移動台車５３の上記レール上での移動により昇降部の振れ止め及び位置決めを行うようにしてもよい。但しその場合にはレールに平行な振動にのみ対応できる。
また，上記実施の形態では，メモリに記憶した周波数を読み出してノッチフィルタの中心周波数ω₀ をステーション毎に更新したが，これに限らず，例えば各ステーションに対応するレール５２側の場所に，当該レール５２又はその近傍の天井等の部材の弾性振動成分に関する情報を上記ノッチフィルタＮＦに出力する出力手段を設け，該出力手段から出力された弾性振動成分に関する情報を基にＣＰＵ等の演算手段（設定更新手段の他例）により，上記ノッチフィルタＮＦの中心周波数ω₀ を更新するようにしてもよい。
また，上記実施の形態では，ノッチフィルタＮＦをディジタルフィルタにより構成したが，アナログフィルタにより構成することも，もちろん可能である。さらに，ノッチフィルタに限らず，例えばローパスフィルタを用いることも可能である。
また，上記実施の形態では，光学式位置センサ３により測定された相対振れ位置に混入した弾性振動成分を抑圧したが，これに限らず，例えば振れ止め補償部４の出力段に上記ノッチフィルタＮＦを挿入して，上記制振信号の弾性振動成分を抑圧するようにしてもよい。
このような懸垂式昇降装置も本発明における懸垂式昇降装置の例である。
また，上記実施の形態では，光学式位置センサ３を用いて相対振れ速度を求めたが，これに限られるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明に係る懸垂式昇降装置によれば，例えば位置決めアクチュエータに弾性振動が生じたりレールが振動する等して昇降部の振れ速度に対応する信号に弾性振動成分が混入し，しかも位置決めアクチュエータにより位置決めする場所毎にその振動が変化するような場合でも，発振防止手段により制振制御にかかる発振を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る懸垂式昇降装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
【図２】 上記懸垂式昇降装置Ａ１の昇降部位置制御部１０の概略構成を示すブロック図。
【図３】 ノッチフィルタのゲイン曲線を示す図。
【図４】 従来の懸垂式昇降装置の概略構成を示す模式図。
【図５】 従来の懸垂式昇降装置の昇降部位置制御部の概略構成を示すブロック図。
【図６】 弾性振動による発振を説明するための図。
【符号の説明】
１…位置決めアクチュエータ（位置決め手段の一例）
３…光学式位置センサ
４…振れ止め補償部
４ａ…比例要素
４ｂ…フィルタ
１０…昇降部位置制御部
１１…位置補償部
１２…速度補償部
５２…レール
５３…移動台車
５４…懸垂材
５５…昇降部

Claims (4)

1. 所定軌道を移動する移動台車と，
   上記移動台車から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，
   上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，
   上記昇降部の振れ速度に基づいて上記位置決め手段を動作させ上記昇降部の振れを抑える制振制御を行う制振制御手段とを具備してなる懸垂式昇降装置において，
   上記昇降部の振れ速度に対応する信号に混入する弾性振動成分により生じる上記制振制御にかかる発振を防止する発振防止手段と，
   上記発振防止手段の設定を上記位置決め手段により位置決めする場所毎に変更する設定変更手段とを具備し，
   上記発振防止手段が，上記昇降部の振れ速度に対応する信号から上記弾性振動成分を抑圧する抑圧フィルタであって，
   上記設定変更手段が，上記抑圧フィルタにおける抑圧周波数帯の設定を変更してなることを特徴とする懸垂式昇降装置。
2. 上記発振防止手段がノッチフィルタであって，
   上記設定変更手段が，上記ノッチフィルタの中心周波数の設定を変更するものである請求項１に記載の懸垂式昇降装置。
3. 上記発振防止手段の設定を上記位置決め手段により位置決めする各場所に対応して記憶する記憶手段を具備し，
   上記設定変更手段が，上記記憶手段に記憶された上記発振防止手段の設定に基づいて上記発振防止手段の設定を変更してなる請求項１又は２に記載の懸垂式昇降装置。
4. 上記位置決め手段により位置決めする各場所に対応する上記所定軌道側に，当該所定軌道又はその近傍の部材の弾性振動成分に関する情報を上記設定変更手段に出力する出力手段がそれぞれ設けられ，
   上記設定変更手段が，上記出力手段から出力された弾性振動成分に関する情報に基づいて上記発振防止手段の設定を変更してなる請求項１又は２に記載の懸垂式昇降装置。

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