JP4513673B2

JP4513673B2 - 移動体システム

Info

Publication number: JP4513673B2
Application number: JP2005193409A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎鴛海; 明彦石浦
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007010535A

Description

この発明は、被検出プレートと検出側のコイルとの磁気結合の変化から、被検出プレートとコイル間の位相を検出して、移動体の位置を求めるシステムに関する。この発明は特に、移動体が直線運動中でもカーブ中でも、位置を認識できるようにした位置認識システムに関する。

特許文献１は複数のコイルを直線状に配列したリニアセンサを設け、磁性体からなる被検出プレートとリニアセンサ間の相対的な位置を求めることを開示している。被検出プレートとリニアセンサの相対的な位置を位相と呼ぶと、位相によって各コイルと磁性体との磁気結合が変化する。そこで例えば直列に接続された複数のコイルの、各コイルの電圧の振幅やその位相から、被検出プレートに対するリニアセンサの位置を求めることができる。

発明者は、天井走行車や地上走行の有軌道台車、地上を無軌道で走行する無人搬送車等などの位置認識に、この技術を用いることを検討した。このような用途では搬送車は、直線運動の他にカーブ運動を行う。そこで直線状のリニアセンサをカーブ区間で使用すると、カーブの曲率のためセンサの一部が被検出プレートと向き合う位置から外れてしまう。このことは、直線運動とカーブ運動とを組み合わせた運動をする他の移動体でも同様である。
特開２００１−１７４２０６号公報

この発明の課題は、直線区間でもカーブ区間でも移動体の位置を認識できるようにすることにある。
この発明での課題は、リニアセンサの有効範囲を的確に変更することにある。
請求項２の発明での課題は、カーブ区間で、リニアセンサと被検出プレートとの干渉を避けながら、これらの間隔を縮め、高感度で位置を検出できるようにすることにある。

この発明の移動体システムは、移動体の走行経路に沿って被検出プレートを設けると共に、移動体に複数のコイルを直線状に配置したリニアセンサを搭載して、被検出プレートとリニアセンサのコイルとの磁気結合の変化から、被検出プレートに対する位置を検出するようにすると共に、リニアセンサ内の移動体の走行方向前側にある、直線区間では被検出プレートを検出し、カーブ区間では被検出プレートを検出しない位置に、被検出プレートの検出用センサを設けて、検出用センサによる被検出プレートの検出の有無により、直線区間とカーブ区間とを識別し、直線区間ではリニアセンサの有効範囲を長く、カーブ区間ではリニアセンサの有効範囲を短くするようにしたものである。

この発明では、リニアセンサに、直線区間とカーブ区間とを識別して有効範囲を変更するためのセンサを設ける。直線区間とカーブ区間との識別は、走行経路上の位置を移動体がエンコーダなどで求めることで行っても良いが、エンコーダなどで求めた現在位置には誤差が伴う。またカーブ区間の出入口などにマークを設けて、移動体がマークを認識するようにしても良いが、移動体からリニアセンサへの信号の送信が必要になる。

また好ましくは、被検出プレートとリニアセンサとを、移動体の運動面に垂直な方向に間隔を置いて対向させる。例えば運動面が水平であれば、鉛直方向に間隔をおいて対向させる。

この発明では、被検出プレートとリニアセンサとを組み合わせて、移動体の位置を求める。またカーブ区間では、被検出プレートとリニアセンサとが所定の間隔で対向する範囲が直線区間と異なるので、直線区間とカーブ区間とを識別してリニアセンサの有効範囲を変更する。このため、直線区間でもカーブ区間でも移動体の位置を認識できる。

この発明では、リニアセンサが直線区間かカーブ区間かを識別できるので、リニアセンサの有効範囲を的確に変更できる。

請求項２の発明では、被検出プレートとリニアセンサは運動面に垂直な向きに対向しているので、移動体がカーブしても被検出プレートとリニアセンサが干渉しない。このため被検出プレートとリニアセンサとの間隔を小さくでき、カーブ区間でも移動体の位置を高感度で認識できる。

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８に、実施例とその変形とを示す。図において、２は天井走行車システムで、地上走行の有軌道台車システムや、スタッカークレーンのシステム、あるいは地上を無軌道で走行する無人搬送車システムなどとしてもよい。またこれ以外に工作機械のヘッドやコンベヤなど、直線区間とカーブ区間とを備えた移動経路に沿って運動する各種の移動体の位置認識に適用できる。

４はレールで、例えばクリーンルーム内の天井空間に沿って設置され、６はその直線区間、８はカーブ区間で、９ａはカーブ入口、９ｂはカーブ出口である。１０は天井走行車で、例えばレール４に懸垂するようにして走行し、天井走行車本体には横送り部と水平面内での回動部、及び昇降駆動部と昇降台とを設け、昇降台で半導体カセットなどの物品を把持して搬送する。

１２はリニアセンサで、天井走行車１０の側部に設けられ、１４は被検出プレートで、レール４の側部に設けてあり、リニアセンサ１２と被検出プレート１４は鉛直方向に間隔をおいて対向する。天井走行車１０の運動面は水平で、リニアセンサ１２と被検出プレート１４を鉛直方向に間隔を置いて対向させると、カーブ区間でも干渉せず、従って被検出プレート１４をカーブ区間にも設置できる。１６はロードポートで、例えば処理装置１８の物品の搬出入口であり、ここでは天井走行車１０の停止位置をロードポート１６で代表して示す。

リニアセンサと被検出プレートを水平方向に間隔をおいて配置した例を、天井走行車を１０'として示す。ここではリニアセンサ１２'が図示しない被検出プレートと水平方向に向き合い、これらの対向面は鉛直を向いている。このようにすると、リニアセンサ１２'の干渉範囲１３は図１の鎖線のようになり、被検出プレートとリニアセンサ１２'との間に大きな間隔をおく必要が生じる。従ってリニアセンサ１２'の感度は低く、カーブ区間では位置を検出できなくなる。例えば天井走行車１０'がカーブ出口９ｂよりも完全に下流側に脱出した際に、リニアセンサ１２'が走行レール４に平行になるとする。すると処理装置のロードポート１６などを設置できる位置は図１の鎖線９ｃよりも下流側となり、カーブ入口９ａやカーブ出口９ｂの付近、並びにカーブ区間８にはロードポートなどを設置できない。このためクリーンルームのスペース効率が低下する。なお、天井走行車１０'やリニアセンサ１２'の場合も、カーブ区間８では被検出プレートに対するリニアセンサ１２'の位置が両端部で不適正になり、ここでは両端部で間隔が開きすぎる。そこで実施例と同様に、リアセンサ１２'の有効範囲を直線区間６とカーブ区間８とで変更する。

図２の２２は走行レールで、２４はその下部の給電レールであり、被検出プレート１４をブラケット２６により給電レール２４の側方に支持する。なお被検出プレート１４は、給電レール２４の底面などに設けて、リニアセンサ１２を天井走行車本体４４の上面に設けて上下に対向配置しても良い。走行ルート２２にはガイド２８を設けて、天井走行車１０の直進や分岐をガイドし、走行部３１には例えば左右の支持輪３２，３２と中央上部の駆動輪３４とを設ける。さらにガイド輪３６，３８を設けて、ガイド２８でガイドする。給電レール２４には例えば一対のリッツ線３０，３０を設け、１〜１０ｋＨｚ程度の高周波電流を流し、天井走行車１０のピックアップコイル４０により受電し、これと共にリッツ線３０を介して図示しない天井走行車コントローラや他の天井走行車との間で通信する。４２は軸で、天井走行車本体４４を支持し、本体４４には横送り部や水平回動部、昇降駆動部及び昇降台などを設ける。

図３〜図７に、リニアセンサ１２や被検出プレート１４の構成を示し、各図の左向きの矢印は天井走行車の走行方向である。実際には被検出プレート１４に対してリニアセンサ１２が移動するが、図３ではリニアセンサ１２の位置を固定して、被検出プレート１４が運動するかのように図示する。また被検出プレート１４の付近で、天井走行車１０の運動面は水平で、リニアセンサ１２と被検出プレート１４の鉛直方向の高さは一定である。

４６は強磁性体のヨークで、４８〜５０はそれぞれ永久磁石で、例えばフェライト系などの磁石を用い、希土類系などのより強い磁石でも良い。また永久磁石に代えて電磁石を用いても良く、あるいは強磁性体や磁石の板を被検出プレートとしても良い。磁石４８〜５０は天井走行車の走行方向に沿って好ましくは複数個直線状に配列され、それぞれのサイズは例えば一定で、磁化の向きは鉛直方向でもあるいは天井走行車の走行方向でも良い。そして隣り合った磁石の間で磁化の向きを逆にする。磁石４８〜５０の個数は２個以上が好ましく、上限は例えば１６個以下とする。

リニアセンサ１２には複数個のコイル５４を直線状に配列し、例えばコイル５４を４個ずつで１組として、これを２組〜１６組程度配置する。５１〜５３は光センサで、リニアセンサ１２の前方（走行方向前側）から後方（走行方向後側）向きに直線状に配置され、その個数は例えば３個で、リニアセンサ１２の上部に被検出プレート１４が存在するかどうかを検出する。光センサ５１〜５３に代えて、超音波センサや磁気センサなどを用いても良い。

リニアセンサ１２に対する被検出プレート１４の通過範囲を図３の鎖線５６で示すと、カーブ区間では光センサ５１は被検出プレート１４を検出しないが、光センサ５２，５３は被検出プレート１４を検出する。また直線区間では光センサ５１〜５３は何れも被検出プレート１４を検出し、光センサ５１による検出の有無でカーブ区間と直線区間とを識別できる。そして直線区間では図３の範囲Ｌ１をリニアセンサ１２の有効範囲とし、カーブ区間では範囲Ｌ２を有効区間とする。またリニアセンサ１２はその長手方向に対する位置を検出し、天井走行車がカーブ区間を走行する際もこのことは変わらないので、位置センサなどの名称ではなく、リニアセンサと呼ぶ。

図４，図５に示すように、リニアセンサ１２と被検出プレート１４は高さ位置が一定なので、これらの間の上下の間隔をごく小さくでき、コイル５４と永久磁石４８〜５０間の磁気結合を強くできる。また周囲のヨーク４６などにより、リッツ線などからの磁界が侵入することを制限できる。被検出プレート１４からの磁束は図５に示すように、磁石４８，５０とヨーク４６の間、並びに磁石４８，４９の間と磁石４９，５０の間で、リニアセンサ１２側へ漏れ出す。なおこのことは図５の右上側に示すように、磁石４８などでの磁化方向を鉛直方向としても、磁石４８'のように磁化の方向をレールの走行方向としても変わらない。そして磁石４８〜５０の個数を増すほど、例えば同時に検出に用いることができるコイル５４の数が増して、検出精度が向上する。被検出プレート１４からリニアセンサ１２側に漏れ出した磁束がコイル５４の磁束と干渉し、コイル５４の磁気抵抗を変化させて、位置の検出を可能にする。なお永久磁石４８〜５０からリニアセンサ１２へ漏れ出す磁束は、リッツ線３０から漏れ出す磁束よりも充分、例えば１０〜１０００倍程度、強くする。

実施例ではコイル５４を４個単位で１ブロックとして用いるので、各ブロックに対する位相を図６のように定義する。即ち１つのブロック内には４つの検出コイル５４ａ〜５４ｄがあり、被検出プレート１４が最も上流側の検出コイル５４ａの上部に表れる位置で位相θを０とし、被検出プレート１４が最後部のコイル５４ｄから脱出する位置で位相θを１８０°とする。位相が０°から１８０°へ変化する間に、コイル５４ａ〜５４ｄのそれぞれが磁石４８〜５０から受ける磁束の強弱とその向きが変化し、これにより位相θを検出できる。

位相θの検出回路の例を図７に示すと、６０は交流電源で、例えば１ブロックのコイル５４ａ〜５４ｄを直列に接続して、位相ωtでsin波の電流を加える。これに対して各コイルの電圧の絶対値とその位相とを演算部６２で処理すると、例えばsinθやcosθを求めることができる。なお複数のコイルの電圧や電流の位相から位置を求める演算手法は、特許文献１に種々のものが記載され、図７のものに限るものではない。

図８に変形例のリニアセンサ７０と変形例の被検出プレート７４とを示す。リニアセンサ７０ではその上下の各々に、コイル７２を直線状に複数配置する。被検出プレート７４ではヨーク７６により永久磁石７８を支持し、永久磁石７８の上下を上下のコイル７２，７２と対向させる。この場合カーブ区間では、リニアセンサ７０を固定して考えた場合の被検出プレート７４の干渉範囲は図８の８０のようになり、水平方向でリニアセンサ７０と被検出プレート７４との間に間隔をおくと、干渉を防止できる。また図８とは逆に、被検出プレートをゲート状に構成し、ゲートの隙間をリニアセンサが通過するようにしても良い。

実施例では以下の効果が得られる。
1) 被検出プレート１４等には永久磁石４８〜５０等を用いるので、リニアセンサ１２等のコイル５４等との磁気結合が、鉄板やニッケル板の場合よりもはるかに強い。このためリッツ線３０等のため、磁気ノイズが強い環境下でも、高いＳ／Ｎ比で位置を検出できる。
2) またこれに伴い、リニアセンサ１２と被検出プレート１４のように、これらの対向部を開放でき、シールドする必要がない。なお図８のように、リニアセンサ７０と被検出プレート７４のいずれかにより対向部を囲むようにしてシールドし、Ｓ／Ｎ比を更に向上させても良い。
3) リニアセンサ１２等と被検出プレート１４等は鉛直方向に間隔を開けて水平に対向するので、天井走行車１０がカーブ走行しても、これらが干渉することがない。
4) この結果、リニアセンサ１２等と被検出プレート１４等との間隔を小さくし、磁気結合をさらに大きくできる。
5) 直線区間６のみでなく、カーブ区間８でも天井走行車１０の位置を検出できる。このためロードポート１６等をカーブ区間８やその周囲の直線部に配置でき、クリーンルームを有効利用できる。
6) 光センサ５１〜５３で、直線区間かカーブ区間かをリニアセンサ１２，７０内で検出できる。このためリニアセンサ１２，７０の有効範囲を的確に切り換えることができる。

実施例の天井走行車システムの要部平面図実施例でのレールと被検出プレート及び天井走行車を示す部分切欠部付き要部正面図実施例での、リニアセンサと被検出プレートとを示す平面図実施例でのリニアセンサと被検出プレートとを示す側面図実施例でのリニアセンサの検出コイルと被検出プレートからの磁束とを模式的に示す図実施例でのリニアセンサの位相を示す図実施例でのリニアセンサのブロック図変形例のリニアセンサと被検出プレートとを示す図

符号の説明

２天井走行車システム
４レール
６直線区間
８カーブ区間
９ａカーブ入口
９ｂカーブ出口
１０天井走行車
１２リニアセンサ
１３干渉範囲
１４被検出プレート
１６ロードポート
１８処理装置
２２走行レール
２４給電レール
２６ブラケット
２８ガイド
３０リッツ線
３１走行部
３２支持輪
３４駆動輪
３６，３８ガイド輪
４０ピックアップコイル
４２軸
４４天井走行車本体
４６ヨーク
４８〜５０永久磁石
５１〜５３光センサ
５４コイル
５６被検出プレートの通過範囲
６０交流電源
６２演算部
７０リニアセンサ
７２コイル
７４被検出プレート
７６ヨーク
７８永久磁石
８０干渉範囲

Ｒ曲率中心
Ｌ１直線区間の有効範囲
Ｌ２カーブ区間の有効範囲
θ 位相

Claims

移動体の走行経路に沿って被検出プレートを設けると共に、移動体に複数のコイルを直線状に配置したリニアセンサを搭載して、
被検出プレートとリニアセンサのコイルとの磁気結合の変化から、被検出プレートに対する位置を検出するようにすると共に、
リニアセンサ内の移動体の走行方向前側にある、直線区間では被検出プレートを検出し、カーブ区間では被検出プレートを検出しない位置に、被検出プレートの検出用センサを設けて、検出用センサによる被検出プレートの検出の有無により、直線区間とカーブ区間とを識別し、
直線区間ではリニアセンサの有効範囲を長く、カーブ区間ではリニアセンサの有効範囲を短くするようにした、移動体システム。
被検出プレートとリニアセンサとを、移動体の運動面に垂直な方向に間隔を置いて対向させたことを特徴とする、請求項１の移動体システム。