JP4924995B2 - 移動体システム - Google Patents

Description

この発明は、移動体を地上側の制御により走行させるシステムに関する。

発明者は、複数の移動体を地上１次のリニアモータを用いて移動させるシステムにおいて、移動体の位置を連続的に監視し、かつ移動体をリニアモータにより連続的に駆動するシステムを検討した。このようなシステムが得られれば、天井走行車などの移動体の位置を実質的に常時監視しながら、走行制御を施すことができる。なお特許文献１（特開昭６２１５２３０３）は、リニア誘導モータの１次側コイルを地上に、２次側導体を移動体上に設けることと、１次側コイルを２次側導体の長さ以下のピッチで配列することを提案している。

特開昭６２−１５２３０３

この発明の課題は、移動体の位置を連続的に監視しながら、移動体を駆動するリニアモータの１次側を連続的に制御することにある。
この発明の追加の課題は、移動経路の全長に渡って、移動体の位置を連続的に監視し、走行制御にフィードバックすることにある。
この発明の他の追加の課題は、複数の移動体を同期走行制御することにある。

この発明は、リニアモータの２次側部材を備えた複数の移動体と、前記複数の移動体の移動経路に沿って前記２次側部材の長さ以下のピッチで複数設けられた前記リニアモータの１次側部材、とを備えたシステムであって、
前記リニアモータはリニア同期モータで、前記２次側部材はマグネットの列でかつ前記移動経路に沿って屈曲自在に構成され、
移動体の絶対位置を検出して位置信号を送出するセンサと前記１次側部材とが、前記２次側部材の長さ以下のピッチで各々複数配置され、
システムコントローラと、システムコントローラの下位のコントローラで、システムコントローラからの移動体毎の位置指令と前記センサからの位置信号とにより前記１次側部材を制御する、複数のゾーンコントローラとからなる制御手段が、前記センサからの位置信号により前記１次側部材を制御するように構成され、
前記センサは、所定の１制御周期内に複数回、前記位置信号をゾーンコントローラへ送出し、
各ゾーンコントローラは、前記１制御周期毎に移動体の位置をシステムコントローラへ報告し、
前記システムコントローラは、前記１制御周期毎に各ゾーンコントローラへ位置指令を送出し、
前記ゾーンコントローラは、前記センサからの位置信号に基づいて前記１制御周期内に複数回、前記１次側部材へ速度指令を送出する、ように構成されていることを特徴とする。

この発明では、リニアモータの１次側部材とセンサとを２次導体の長さ以下のピッチで配置した区間で、常時移動体の位置を検出し、常時リニアモータの１次側にフィードバック制御を加えることができる。このため複数の移動体の位置を連続的に監視して、連続的に制御できる。また分岐合流部、カーブ区間などに対しても、２次側部材を移動経路に沿って屈曲自在に構成することにより、常時リニアモータの１次側にフィードバックを加えることができる。この発明では、走行経路の全長に渡って移動体の位置を連続的に監視し、走行をフィードバック制御できる。この発明ではまた、複数の移動体の位置をシステムコントローラで集中監視しながら、個々の移動体をシステムコントローラからの位置指令に沿って同期走行するように制御できる。

実施例の移動体システムのレイアウトを示す平面図 実施例での、リニアモータの２次側を設けた移動体と、地上側に設けられたリニアモータの１次側とリニアセンサとを示す図 屈曲自在なマグネットアレイのモデルを示す図 リニアモータの２次側とリニアセンサとの配置とを示すブロック図 リニアモータの２次側とリニアセンサとの位置関係を示す図 リニアモータの２次側とリニアセンサとの他の位置関係を示す図 図２のリニアセンサのブロック図 ホール素子を用いたセンサのブロック図 図８でのホール素子の出力への信号処理を示す波形図 実施例でのゾーンコントローラとリニアモータの駆動部との関係を示すブロック図 実施例での装置間の同期制御のモデルを示す図 実施例での、パケット間のタイミングと遅延時間のモデルを示す図 実施例での、1)ゾーンコントローラからシステムコントローラへの報告、2)システムコントローラからゾーンコントローラへの位置指令と、3)ゾーンコントローラからリニアモータの駆動部への速度指令とを示す波形図 ゾーンコントローラとシステムコントローラ間の通信データを模式的に示す図 実施例でのシステムコントローラのブロック図

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１５に、実施例の移動体システム２とその変形とを示す。図１に示すように、移動体２０の走行経路では、例えば複数のイントラベイルート４がインターベイルート６を介して互いに接続されている。ルート４，６に沿って複数のステーション８を設ける。１０はルート４，６での直線区間で、１１はカーブ区間、１２は分岐合流部である。また図１の鎖線１３はゾーン境界を表す。そして移動体２０は例えば天井走行車、地上を有軌道で走行する有軌道台車、あるいはスタッカークレーンなどとし、ここでは天井走行車とする。実施例では、移動体２０は移載装置を備えていないので、ステーション８に移動体２０と同期走行する移載装置を設け、移動体２０と移載装置とを等速で走行させながら搬送物品の移載を行う。

２２はゾーンコントローラで、個々のイントラベイルート４及びイントラベイルート６などがゾーンの単位となり、これよりも大きな単位でゾーンを構成しても、あるいは１個のイントラベイルート４を複数のゾーンに区分し、インターベイルート６を複数のゾーンに区分してもよい。２４はシステムコントローラで、ゾーンコントローラ２２を介して移動体システム２の全体を制御し、特に移動体２０の走行と、ステーション８に設けた移載装置とを制御する。そしてゾーンコントローラ２２とシステムコントローラ２４はＬＡＮ２５で接続され、ゾーンコントローラ２２は、システムコントローラ２４からの指令に従って、ゾーン内の移動体２０とステーション８の移載装置とを制御する。

図２に移動体２０の構造を示し、移動体２０の上部には荷受台が、底部には例えば前後一対のボギー台車２６，２６が設けられ、２７はボギー台車２６が回動するボギー軸である。また２８は車輪である。ボギー台車２６の例えば底部にマグネットアレイ３０が設けられ、ボギー台車２６が回動した際に、前後のマグネットアレイ３０，３０が干渉しないように隙間を設ける。あるいは隙間に代えて、前後のマグネットアレイ３０，３０の高さを変えて、これらが互いに重なっても干渉しないようにしても良い。さらにマグネットアレイ３０を、ボギー台車２６ではなく、移動体２０の固定した底部に設けても良く、移動体はボギー台車を備えて無くても良い。移動体２０に非接触給電装置あるいは発電装置等を設けて、センサ類や通信機器、移載装置などを搭載しても良い。

３２はリニア同期モータの１次側コイルで、前後のマグネットアレイ３０，３０の合計長Ｌ以下のピッチで配置し、１次側コイル３２の長さをｄとする。３４は駆動部で、１次側コイル３２を制御してリニア同期モータとして動作させる。３６はリニアセンサで、マグネットアレイ３０を検出することにより移動体２０の位置を検出し、１次側コイル３２，３２の間に１個ずつ設け、マグネットアレイ３０の合計長さＬ以下のピッチで配置されている。ここに「以下」は等しい場合を含むものとする。ｇはコイル３２，３２間のギャップ長で、リニアセンサ３６は、ギャップの部分に配置されている。

図３に、マグネットアレイ３０を屈曲自在にするモデルを示す。複数のマグネットアレイ３０を設けて、ボギー台車毎に搭載すると、マグネットアレイ３０，３０の間に節３１を設けたのと同じことになる。このためカーブ区間等でも移動体の加減速ができる。

図４に、地上側での１次側コイル（モータ）３２と、リニアセンサ３６との配置を示す。図５に１次側コイル３２とリニアセンサ３６とを同一直線状に配置した例を示し、図６に１次側コイル３２とリニアセンサ３６とを平行な２直線状に配置した例を示す。３８は信号処理部で、リニアセンサ３６からの信号を処理し、移動体２０の絶対座標からなる位置を、ゾーンコントローラ２２へ送出する。４０はゾーンＬＡＮで、ゾーンコントローラ２２と駆動部３４及び信号処理部３８とを接続する。ゾーンコントローラ２２は好ましくは、複数個の１次側コイル３２と複数個のリニアセンサ３６毎に設ける。

リニアセンサ３６は、同期モータを制御する上で必要不可欠な磁極位置を直接検出し、磁極位置の情報を処理することにより、移動体の絶対座標を求める。図７に、リニアセンサ３６とその信号処理部３８とを示す。マグネットアレイ３０では、所定のピッチでマグネット３１が移動体の移動方向に沿って配列されている。リニアセンサ３６では、検出用のコイル４２がマグネットアレイ３０と同方向に１列に例えば偶数個配列されている。実施例ではコイル４２のピッチと、マグネット３１のピッチとを等しくするが、コイル４２のピッチをマグネット３１のピッチの整数倍にし、もしくはマグネット３１のピッチをコイル４２のピッチの整数倍としてもよい。また４４はホール素子で、コイル４２の列の例えば両端に設けるが、これ以外にコイル４２，４２間の切れ目毎にホール素子４４を設けてもよい。ホール素子４４は、マグネットアレイ３０が現れたことと、マグネット３１，３１の境界が現れたこととを検出する。これによってマグネット３１よりも長い単位でのマグネットアレイ３０の位置を、ホール素子４４により求めることができる。

信号処理部３８では、カウンタ５０により位相信号ωtを作成し、正弦波電源４９で位相がωtの正弦波Ｖ1，Ｖ2を出力し、このうちＶ1は正相でＶ2は逆相で、これらの電圧を例えば一対のコイル４２，４２に加える。即ち偶数個のコイル４２を中心に近い側から遠い側へと左右１対ずつのペアとし、これらのペアの一端に電圧Ｖ１を他端に電圧Ｖ2を加える。処理回路４６はコイル４２のペアからの信号、例えば１対のコイルの中点の電圧を処理し、コイル４２の長さよりも小さな単位でマグネットアレイ３０の位置を求める。例えばマグネット３１のピッチとコイル４２のピッチが等しい場合、コイル４２からの信号はマグネットアレイ３０がマグネット３１の２個分移動する毎に周期的に繰り返す。そこで処理回路４６では、１個のマグネット３１の長さ以下の単位で位置を求める。次にホール素子４４で検出したマグネット３１の数をカウンタ４７でカウントし、この値にマグネット３１の１個分の長さを乗算し、コイル４２から求めた位置に加算することにより、マグネットアレイ３０の位置を求める。さらにオフセット記憶部４８にリニアセンサ３６の原点位置（例えば中心位置）の絶対座標を記憶し、これに求めた位置を加えることにより、マグネットアレイ３０の絶対座標を出力する。

リニアセンサ３６は、全てのコイル４２がマグネットアレイ３０と向き合っている状態と、一部のコイルのみが向き合っている状態とを区別でき、さらにマグネットアレイ３０と向き合っているコイルと向き合っていないコイルとを識別できる。そこでホール素子４４からの信号をカウントしなくても、マグネットアレイ３０の位置を検出できる。

応答時間が１msec未満、好ましくは０.１msec未満の高速応答のホール素子５２を用いると、リニアセンサ３６を用いずに、マグネットアレイ３０の位置を検出できる。図８，図９にこのような変形例を示す。例えばマグネット３１の２ピッチ分ずらして一対のホール素子５２，５２を配置し、それらの信号を入力インターフェース５４で処理して、左右いずれのホール素子が先にマグネットを検出したかを監視する。波形記憶部５５では、先にマグネットを検出した側のホール素子の信号を１周期分、即ちマグネット３１の２ピッチ分記憶し、比較部５６では遅れてマグネット３１を検出した側のホール素子の出力と、記憶した波形とを比較し、位相算出部５７で位相θを求める。また位相算出部５７が所定の位相に達する毎に、カウンタ５８の値を１ずつ例えば増加し、マグネットアレイ３０での何ピッチ目のマグネット３１を検出しているのかを求める。この変数をｎとして図８に示す。

左右一対のホール素子５２，５２の特性が揃っていれば、これらはマグネットアレイ３０に対して同じ波形を出力する。そこで上流側で検出した波形を記憶し、これとの比較により位相を検出すれば、ホール素子５２とマグネット３１との間隔が変動し、あるいはホール素子５２が受ける磁界が必ずしも正弦波状でなくても、正確に位相を求めることができる。ここでは左右一対のホール素子を用いたが、検出用のホール素子の両側に、例えばマグネット３１の２ピッチ分の間隔を置いて、一対の比較用のホール素子を設けても良い。

図１０に、ゾーンコントローラ２２と１次側コイル３２，リニアセンサ３６などの関係を示す。ゾーンコントローラ２２はＬＡＮ２５を介して、１制御周期毎に移動体の位置及び速度、並びにその他の状態を報告し、システムコントローラ２４は制御周期毎に位置指令などをゾーンコントローラ２２へ送出する。制御周期は例えば１msec〜１００msec、より好ましくは１msec〜１０msecとし、ここではシステムコントローラ２４が位置及び速度の報告を受けた時点で次の１制御周期が始まるものとする。

ゾーンコントローラ２２の通信部６０は、システムコントローラ２４と通信し、マルチプレクサ６１はセンサユニット６６からの位置と速度の信号を位置指令発生器６２に引き渡す。位置指令発生器６２は、複数個のコイルユニット６８に対する位置指令を発生するので、どのセンサユニット６６からのデータであるかを付加して、あるいは移動体の絶対座標と共に、位置と速度の信号を位置指令発生器６２に引き渡す。位置指令発生器６２は、移動体毎に目標位置と目標速度を発生させ、該当するコイルユニット６８を制御する。アラーム部６３は、目標位置あるいは目標速度から著しく移動体が逸脱する、あるいは過電圧、過電流、所定値以上の電圧低下などが発生すると、アラーム信号を発生すると共に、システムコントローラが保持している前後の台車位置の情報を利用して、例えば安全に衝突無しに停止させる。

センサユニット６６は前記のリニアセンサ３６と信号処理部３８とから成り、１制御周期よりも短い周期で、例えば１制御周期に１０〜１００回程度、位置と速度とを報告する。コイルユニット６８は前記の１次側コイル３２とその駆動部３４とから成り、駆動部３４は１制御周期に位置指令を受けて、指令された位置へ移動するように、１次側コイル３２に加える電流の位相と周波数とを制御する。

図１０の構成は、複数の移動体２０の同期走行のモデルとしては図１１，図１２のようになる。システムコントローラ２４はシステム全体の基準となる時計を備え、システム内の各コントローラはシステムコントローラ２４の時計に自己の時計を時刻合わせする。システムコントローラ２４は、ゾーンコントローラ２２に対して同期するための同期パケット(a)を送信し、ゾーンコントローラはこれを受信すると自己での処理を行い、これによりシステムコントローラ２４とゾーンコントローラ２２が同期する。ゾーンコントローラ２２はこれと同時に、サーボアンプ（１次側コイルの駆動部３４と信号処理部３８）に対し、同期パケット(b)を送信し、サーボアンプはこのパケットを受信すると、センサ信号の読取処理(c)、移動体の速度制御(d)、及び移動体の位置制御(e)を行う。これにより、ゾーンコントローラ２２とサーボアンプが同期し、システム全体が図１２に示す遅延時間Δt内で、同期して動作する。同期制御により、複数台の移動体に対し、一括して位置及び速度を制御でき、またリニアモータの１次側コイルの乗り継ぎがスムーズになる。

システム内での同期制御には高速かつ大容量のＬＡＮ２５が必要で、本システムでは地上側に装置（コントローラとサーボアンプ）を集中させているため、大規模なシステムでも装置間の同期を取ることができる。

図１３に、1)ゾーンコントローラからシステムコントローラへの位置等の報告と、2)システムコントローラからゾーンコントローラへの位置指令、並びに3)ゾーンコントローラからコイルユニットへの速度指令を示す。システムコントローラ２４への報告は、例えば１msec〜１００msec等の制御周期毎に行い、位置の報告から次の報告までが１制御周期である。そしてシステムコントローラ２４は制御周期毎に、好ましくは制御周期の初期に位置指令をゾーンコントローラへ送出する。ゾーンコントローラは１制御周期の間に複数回位置と速度の報告をリニアセンサから受け、これに合わせて速度指令を発生し、コイルユニット６８へフィードバックする。

図１４に、ゾーンコントローラからシステムコントローラへの報告パケット８０と、システムコントローラからゾーンコントローラへの位置指令のパケット８２とを示す。ゾーンコントローラからの報告パケット８０では、ゾーンコントローラからの報告であることと、ゾーンコントローラのＩＤとを記載する。次に、ゾーンコントローラの管理下にある１台〜複数台の移動体につき、それぞれの位置と速度、ＩＤ、及びその他の情報とを通知する。なおパケット８０を移動体毎に送出し、１つのパケットに複数の移動体の情報を含めないようにしてもよい。

システムコントローラからのパケット８２は、システムコントローラからのパケットであることと、宛先のゾーンコントローラのＩＤを記載し、移動体毎に次の制御周期での目標位置とその他の情報を付加する。パケット８２も移動体毎に別々のパケットとしても良い。移動体の速度を例えば最大で毎秒１０mとすると、制御周期が１〜１００msecなので、移動体の目標位置は現在位置に対し１m〜１０mm前方にある。一方、移動体を最も密に配置した場合でも、移動体の車体中心間の距離は例えば１m以上あり、パケット８２からゾーンコントローラはどの移動体への目標位置であるかを判定できる。なお制御周期を１〜１０msecとすると、目標位置は現在位置から１００〜１０mm前方にある。

図１５にシステムコントローラ２４の構成を示す。通信部９１はゾーンコントローラ側の通信部６０と通信し、割付制御部９３は、図示しない生産コントローラ、あるいは生産コントローラとシステムコントローラ２４との上位のコントローラなどと通信し、搬送要求を受け付け、搬送結果を報告する。位置指令発生器９０は個々の移動体に対する位置指令を１制御周期毎に発生し、状態テーブル９２は、各移動体の走行経路に沿った位置と速度、目的地、目的地までの走行ルート、走行の優先度、及び物品を搬送中、空荷、故障中などの状態を記憶する。状態テーブル９２は走行経路に沿った移動体の状態を記憶し、１制御周期毎に更新される。

退避制御部９４は、状態テーブル９２での移動体の走行ルートと優先度並びに位置などから退避の必要性を判定し、これによって移動体の走行ルート及び目標位置などを変更し、状態テーブル９２に記載した走行ルートを変更する。合流制御部９５は、分岐合流部で干渉する可能性のある移動体の組合せを求めて、位置指令発生器９０へ通知する。干渉サーチ部９６は、分岐合流部位外での移動体間の干渉を防止するため、状態テーブル９２のデータから移動体の位置と速度を読み出し、干渉する可能性のある移動体の組み合わせを求めて、位置指令発生器９０に通知し、位置指令発生器９０は干渉を回避するように速度を制御する。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) 少なくとも直線区間について、移動体２０の位置を連続的に監視し、コイルユニット６８へ連続的にフィードバック制御を加えることができる。
(2) システムコントローラ２４により、複数台の移動体２０に対し、走行経路の全域で絶対位置の制御ができる。
(3) システムコントローラ２４で集中制御するので、各ゾーンコントローラ単位で位置指令を発生させる分散制御とは異なり、ゾーンコントローラの境界を通過する際の処理が簡単になる。
(4) システムコントローラ２４は全域で位置制御を行うので、各時刻での全ての移動体２０の位置を正確に管理でき、全域で移動体の移動制御及び前後の移動体間の台車間距離制御ができる。従って、最適な割付ができ、渋滞を回避するために最適な退避ができ、かつ干渉を確実に防止できる。
(5) 移動体２０を密に、即ち短い車間距離で、走行させることができる。実施例のように、１次側コイル３２をマグネットアレイ３０の長さ以下のピッチで配置すると、最大で２個の１次側コイル３２毎に１台の移動体２０を配置できる。
(6) 移動体２０を、ステーション８で移載装置と同期走行させることが容易になる。ここで移載のために移動体２０を減速すると、後続の移動体も同期して減速制御できる。
(7) 移動体２０のボギー台車２６、２６にマグネットアレイ３０，３０を設けたので、カーブ区間でも加速できる。

実施例ではリニア同期モータを用いた。この発明には含まれないが、リニア誘導モータを用いて、移動体２０にアルミニウムなどの２次導体を設けても良い。この場合、移動体２０に２次導体とは別にマグネットなどの磁気マークを設けて、リニアセンサ３６で検出する。移動体の分岐及び合流は、図示しないガイドローラとガイドレールなどにより機械的に制御しても、ボギー台車の側部に設けたマグネットを地上側のコイルで吸引及び反発することにより、電磁的に制御しても良い。また分岐合流の制御は、システムコントローラがゾーンコントローラを介して行う。

２ 移動体システム
４ イントラベイルート
６ インターベイルート
８ ステーション
１０ 直線区間
１１ カーブ区間
１２ 分岐合流部
１３ ゾーン境界
２０ 移動体
２２ ゾーンコントローラ
２４ システムコントローラ
２５ ＬＡＮ
２６ ボギー台車
２７ ボギー軸
２８ 車輪
３０ マグネットアレイ
３２ １次側コイル
３４ 駆動部
３６ リニアセンサ
３８ 信号処理部
４０ ゾーンＬＡＮ
４２ コイル
４４ ホール素子
４６ 処理回路
４７ カウンタ
４８ オフセット記憶部
４９ 正弦波電源
５０ カウンタ
５２ ホール素子
５４ 入力インターフェース
５５ 波形記憶部
５６ 比較部
５７ 位相算出部
５８ カウンタ
６０，９１ 通信部
６１ マルチプレクサ
６２ 位置指令発生器
６３ アラーム部
６６ センサユニット
６８ コイルユニット
８０，８２ パケット
９０ 位置指令発生器
９２ 状態テーブル
９３ 割付制御部
９４ 退避制御部
９５ 合流制御部
９６ 干渉サーチ部
９８ 誤差検出部

Claims (1)

1. リニアモータの２次側部材を備えた複数の移動体と、前記複数の移動体の移動経路に沿って前記２次側部材の長さ以下のピッチで複数設けられた前記リニアモータの１次側部材、とを備えたシステムであって、
   前記リニアモータはリニア同期モータで、前記２次側部材はマグネットの列でかつ前記移動経路に沿って屈曲自在に構成され、
   移動体の絶対位置を検出して位置信号を送出するセンサと前記１次側部材とが、前記２次側部材の長さ以下のピッチで各々複数配置され、
   システムコントローラと、システムコントローラの下位のコントローラで、システムコントローラからの移動体毎の位置指令と前記センサからの位置信号とにより前記１次側部材を制御する、複数のゾーンコントローラとからなる制御手段が、前記センサからの位置信号により前記１次側部材を制御するように構成され、
   前記センサは、所定の１制御周期内に複数回、前記位置信号をゾーンコントローラへ送出し、
   各ゾーンコントローラは、前記１制御周期毎に移動体の位置をシステムコントローラへ報告し、
   前記システムコントローラは、前記１制御周期毎に各ゾーンコントローラへ位置指令を送出し、
   前記ゾーンコントローラは、前記センサからの位置信号に基づいて前記１制御周期内に複数回、前記１次側部材へ速度指令を送出する、ように構成されている移動体システム。

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