JP5333537B2 - 移動体システムと移動体の走行制御方法 - Google Patents

Description

この発明は移動体の位置を検出し走行を制御することに関する。

従来より、例えば工作機械等の設備に対してワークあるいは工具等の物品を搬出入するローダ、または半導体製造装置等の設備に対してワークあるいはレチクル等の物品を搬出入する天井走行車システム等の移動体システムが知られている。ここで移動体の軌道にカーブ区間を設けると設備を配置する自由度が増すが、カーブ区間で移動体の位置を正確に測定できないと、走行をフィードバック制御できなくなる。またカーブ区間で移動体が設備との間で物品を搬出入できるようにすると好都合であるが、このためには、カーブ区間での移動体の位置を正確に測定し、所定の位置で停止させる必要がある。

ここで関連する先行技術を示すと、特許文献１（JP4513673B）はカーブ区間での移動体の位置をリニアセンサで検出することを開示し、特にカーブ区間でリニアセンサの有効範囲を短くすることを開示している。特許文献２（JP4148194B）は、光学式センサで軌道に設けたマークを読み取り、移動体の走行距離を求める際に、軌道中心の曲率半径とマークを設けた位置の曲率半径との比により、光学式センサで求めた走行距離を補正することを開示している。

ところで移動体の軌道のカーブ区間は、１／４円等から異なることがある。カーブ区間を１／４円で実現すると、カーブ区間の出入口で遠心力が突然に変化する。そこでカーブ区間の入口と出口で曲率半径を大きくし、カーブ区間の中央部で曲率半径を小さくすると、カーブ区間の出入口での遠心力の変化を小さくできる。また移動体はカーブ区間でガイドローラなどによりガイドされるが、カーブ区間の出入口でガイドが不完全に成るため、移動体にふらつきが生じやすい。これらのため、曲率半径の比で補正するだけでは、カーブ区間での移動体の位置を正確に求めることは難しい。

JP4513673B JP4148194B

この発明の課題は、カーブ区間での移動体の位置を正確に求めることにより、移動体を高い精度で走行させることにある。

この発明の移動体システムは、移動体の走行への制御中心から、移動体の走行方向とは異なる方向にシフトした位置で、前記走行方向に沿った移動体の位置を検出する、検出器を設けると共に、
移動体の走行経路中の少なくともカーブ区間に対して、前記検出器の出力に対する前記制御中心の走行方向に沿った位置を記憶する記憶部と、
前記記憶部から読み出した制御中心の位置に基づき、移動体の走行を制御する制御部、とを備えている。

またこの発明の移動体の走行制御方法では、移動体の走行への制御中心から、移動体の走行方向とは異なる方向にシフトした位置で、検出器により前記走行方向に沿った移動体の位置を検出するステップと、
移動体の走行経路中の少なくともカーブ区間に対して、前記検出器の出力に対する前記制御中心の走行方向に沿った位置を記憶する記憶部から、制御中心の位置を読み出すステップと、
前記記憶部から読み出した制御中心の位置に基づき、移動体の走行を制御するステップ、とを繰り返し実行する。

カーブ区間では移動体のふらつきのため、曲率半径の比による補正では、制御中心からシフトした位置を制御中心の位置に変換することは難しい。またカーブ区間の入口と出口で曲率半径を他よりも大きくする場合、曲率半径の比はそもそも一定ではない。しかしこの発明では、移動体の走行経路中の少なくともカーブ区間に対して、検出器の出力に対する前記制御中心の走行方向に沿った位置を記憶する記憶部を設けて、記憶部から読み出した制御中心の位置に基づき、移動体の走行を制御する。従って検出した位置を正確に制御中心の位置に変換でき、このためカーブ区間でも高精度に走行制御ができる。またカーブ区間で正確に移動体が停止することも可能である。なおこの明細書で、移動体システムに関する記載はそのまま移動体の走行制御方法にも当てはまる。

好ましくは、移動体の走行経路と移動体とにリニアモータが設けられ、前記制御中心はリニアモータを制御する際の基準位置であり、前記検出器は走行経路または移動体でのリニアモータの側方に設けられた磁気センサで、移動体または走行経路でのリニアモータの側方に設けられた磁石または磁性体を検出するように配置されている。リニアモータで移動体を走行させる場合、移動体の中心付近を検出するように検出器を配置することは、リニアモータの配置と重なるため難しい。そこで走行経路または移動体でのリニアモータの側方に磁気センサからなる検出器を設けて、移動体または走行経路でのリニアモータの側方に設けられた磁石または磁性体を検出すると、リニアモータとの干渉無しに移動体の位置を検出できる。そして記憶部のデータにより、検出した位置を制御中心の位置に変換できる。

特に好ましくは、移動体に設けられた磁石または磁性体を検出するように、走行経路に沿って前記検出器が複数設けられ、前記複数の検出器の出力から、磁石または磁性体を検出中の少なくとも１個の検出器の出力を取り出すセレクタが設けられ、前記セレクタの出力により前記記憶部から移動体の制御中心の位置を読み出すようにされている。走行経路に検出器を設けると、カーブ区間では検出器の検出範囲が狭くなるので、複数の検出器が必要になる。そこでセレクタにより検出器を選択し、次いで記憶部から位置を読み出すと、１個の記憶部でよい。

実施例での移動体の軌道を模式的に示す図 移動体と軌道の鉛直方向断面図 移動体の走行駆動系のブロック図 リニアセンサと被検出用磁石とを示す図 リニアセンサの要部ブロック図 リニアセンサをコイル２個分示す図 カーブ用リニアセンサの出力値と駆動部軌道上に設けた他のセンサの出力値とを示す図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図７に、実施例の移動体システム２を示す。各図において、４は移動体８が走行する軌道で、直線区間５とカーブ区間６とを備えている。移動体８は例えば３輪の車輪９，１０，１０により軌道４に沿って走行し、カーブ区間６では軌道４によりガイドされるガイドローラ１１，１１によりガイドされる。カーブ区間６で軌道４は９０°向きを変えるが、カーブ区間６は１／４円ではなく、入口付近と出口付近で曲率半径が大きく、中心部で曲率半径が小さい。C1はカーブ区間６の入口付近の曲率中心、C2は中心付近の曲率中心、C3は出口付近の曲率中心である。実施例では軌道４はカーブ区間６の両側に直線区間５，５を設けたＬ字状の軌道であるが、軌道のレイアウト，種類，及び構造は任意である。また移動体８の種類と構造も任意で、例えば建屋の天井スペースに沿って周回走行する天井走行車、あるいは地上に設けた軌道を走行する有軌道台車でもよい。

移動体８は永久磁石の列１２を備えており、これはリニアモータの可動子である。以下では、永久磁石の列１２を単に永久磁石１２ということがある。永久磁石１２の側方に、移動体８は被検出用磁石の列１４を備えており、以下、この列１４を単に被検出用磁石１４ということがある。Gは移動体８の中心から成る制御中心であり、永久磁石１２の中心でもあって、この位置Gを基準にリニアモータを制御する。１５は制御中心Gの軌道で、１６は被検出用磁石１４の軌道で、正確には被検出用磁石１４の長さ方向の中心部の軌道である。

図２に軌道４と移動体８とを示し、リニア同期モータの１次側コイル１８は可動子の永久磁石１２に推力を加え、移動体８を走行させる。なおリニアモータの種類は任意で、リニア誘導モータ等でも良く、またリニアモータに代えて通常の走行モータを移動体８に搭載しても良い。さらに移動体８にリニアモータの１次側コイル１８を、軌道４に可動子を設けても良い。２０はコイル駆動部で、１次側コイル１８を駆動する。２２はカーブ区間に設けられたリニアセンサで、磁気センサの例であり、被検出用磁石の列１４を検出する。直線区間５では、同様のリニアセンサ２３が、カーブ区間のリニアセンサ２２よりも間隔を置いて配置されている。また移動体８は、軌道４側から非接触給電を受け、２４はリッツ線、２５は受電用のコイルである。２６は軌道４の支柱で、非接触給電に代えて、接触式の給電方式としても良く、あるいはリチウムイオン電池などを移動体８に搭載しても良い。

図３に１次側コイル１８とリニアセンサ２２，２３等の配置を示す。１次側コイル１８は制御中心の軌道１５に沿って配置され、リニアセンサ２２，２３は被検出用磁石の軌道１６に沿って配置されている。カーブ区間での複数のリニアセンサ２２の出力は、セレクタ２８へ入力され、セレクタ２８は振幅が最大となるセンサの出力により、ＬＵＴ３０（参照表）から制御中心の位置を読み出す。ＬＵＴ３０はカーブ区間での制御中心の位置を、カーブ区間６での何番目のリニアセンサ２２を用いているかと、用いているリニアセンサからの出力とを見出しとして記憶し、読み出した制御中心の位置はコントローラ３２へ出力される。実施例では１個のＬＵＴ３０を用いるが、各リニアセンサ２２に個別のＬＵＴを設けて、各リニアセンサ２２からカーブ区間６での制御中心の位置とセンサの出力の振幅を出力し、セレクタ２８で選択するようにしても良い。なお隣り合った一対のリニアセンサ２２，２２が同程度の振幅を出力する場合、２つのセンサの出力から各々制御中心の位置を求めて例えば平均しても、あるいは２個のセンサの一方の出力により制御中心の位置を求めても良い。

直線区間５では、リニアセンサ２３はリニアセンサ２２よりも間隔を空けて配置されており、例えばリニアセンサ２３により求まる制御中心の座標を直接にコントローラ３２へ出力する。以上の結果、直線区間５及びカーブ区間６で移動体８の制御中心の座標が求まり、コントローラ３２はこの座標を元にコイル駆動部２０を介して１次側コイル１８をフィードバック制御し、移動体８を走行させる。

図４に、被検出用磁石の列１４に対するリニアセンサ２２の配置を示し、ここではリニアセンサ２２ｂが磁石の列１４と完全に重なり、前後のリニアセンサ２２ａ，２２ｃが部分的に重なっている。この場合、リニアセンサ２２ｂからの出力が、リニアセンサ２２ａ，２２ｃからの出力よりも、振幅が大きくかつ精度も高いので、リニアセンサ２２ｂの出力をセレクタで取り出す。

図５にリニアセンサ２２の構造を示し、リニアセンサ２３も同様である。例えば６個，１０個，１４個などのコイル３４が直列に配置され、DAコンバータを用いた交流電源３６からの電圧で駆動される。交流電源３６の出力は、一方がアース電位に対し、＋V0/2・sinωtで、他方が−V0/2・sinωt である。磁石の列１４に対し、リニアセンサ２２が永久磁石１個分移動すると、センサ２２の出力は、2πだけ位相が変化する。この位相をθとすると、コイル３４の出力は sinθsinωtとcosθsinωt 並びに−sinθsinωtと−cosθsinωtの４種類で、出力の種類をコイル３４の上部に示す。また両端の２個のコイル３４ｄ，３４ｄはダミーのコイルである。このようにすると、８個の位相検出用のコイル３４は、いずれも左右両側に他のコイルがあるので、コイル間の相互インダクタンスが共通になり、８個の位相検出用のコイル３４のインピーダンスを均一にできる。

図５の回路からsinθsinωtとcosθsinωt の出力が得られ、ωtの値は交流電源３６側で既知なので、図示しない付帯回路で例えばsinθsinωtをsinθcosωtに変換する。次いでsinθcosωtとcosθsinωtとを加算すると、sin(θ＋ωt)が得られる。そして例えばθ＋ωt＝nπ（ｎは整数）となる時刻から、位相θを知ることができる。

図４の状況で、中央のリニアセンサ２２ｂから大きな振幅の出力が得られる機構を図６により説明する。図５の回路では、sinθsinωtの出力が得られるコイルと−sinθsinωtの出力が得られるコイルとを直列に、cosθsinωtの出力が得られるコイルと−cosθsinωtの出力が得られるコイルとを直列に接続している。コイル３４を２個ずつの組み合わせに分解すると図６のようになる。図６では、被検出用磁石１４に対する、コイル３４，３４間の位相の差により出力が生じる。ここでセンサ２２ａ，２２ｃのように、磁石と部分的にしか重なっていない場合は、磁石と重なっていないコイルでは出力が小さく、かつ出力のリニアリティも低い。そこで出力ａ・sinθsinωt，ａ・cosθsinωtでの振幅ａの値が最大のリニアセンサをセレクタで選択する。

図７にカーブ用のリニアセンサの出力値と、駆動部軌道（制御中心の軌道）上のセンサ出力値、との関係を示す。事前にこの関係を求めて対応表を作成しておく必要があるが、多くの場合、制御中心の位置にリニアセンサを設けることは困難なので、例えば、エンコーダ等を車輪９，１０，１０を取り付けた３軸中の少なくとも２軸以上取り付け、エンコーダの出力値とリニアセンサの出力値を対応付けることで、リニアセンサの出力値から駆動部軌道上の位置の推定を可能にする。この場合、移動体８を低速で走行させると共に、車輪９，１０の軌道４への輪圧を高くして滑りを無視できるようにして車輪９，１０の回転数をエンコーダで検出し、この平均値を元に制御中心の位置を求める。このような手法以外に、例えば図２の永久磁石の列１２の左右双方に光学センサを設け、軌道４の向き合った面に光学的マークを配置し、マークを読み取って求めた位置を平均して軌道中心の位置としても良い。

図７の軌道中心の駆動部軌道上のセンサ出力値とカーブ用センサ出力値は直線ではなく、カーブの中央部に対してカーブの入口と出口とでは傾斜が異なっている。これはカーブの曲率半径を中央部と入口及び出口で異ならせたためである。カーブの入口と出口とでは、ガイドローラと軌道との接触が安定するまでの間ふらつきが生じる。このためセンサ出力値はいずれも微妙なふらつきがあり、カーブ用センサ出力値の単純な関数として制御中心の位置を求めることはできない。しかしながら参照表を用いると関数のような制約はなく、カーブ用センサ出力により、参照表から直ちに制御中心の位置を読み出すことができる。また複数個のリニアセンサ２２に対し、１個のＬＵＴ３０で制御中心の位置を読み出すことができる。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) カーブ区間でも移動体８の制御中心の位置を正確に検出でき、正確な走行制御ができる。
(2) 移動体の幅方向の中央部のリニアモータと干渉しないように、リニアセンサ２２と被検出用磁石の列１４をリニアモータの側方に配置しても、制御中心の位置を求めることができる。
(3) 複数のリニアセンサ２２から最適なリニアセンサを選択し、１個のＬＵＴ３０から制御中心の位置を読み出すことができる。
(4) このためカーブ区間などで移動体８を正確に停止させることができ、工作機械，ロードポートなどの配置の自由度が増す。

実施例では、リニアセンサの出力の振幅を用いて、どのリニアセンサ２２を用いるかを決定したが、コントローラ３２側では直前の制御中心の位置が既知であり、この位置を元にどのリニアセンサ２２を用いるかを決定しても良い。実施例ではコイル３４を用いたリニアセンサを示したが、コイル３４に代えてホール素子などの他の磁気センサを用いてもよい。また被検出用磁石の列１４に代えて、磁性体と非磁性体とを交互に配置した列などを検出しても良い。

２ 移動体システム
４ 軌道
５ 直線区間
６ カーブ区間
８ 移動体
９，１０ 車輪
１１ ガイドローラ
１２ 永久磁石の列（可動子）
１４ 被検出用磁石の列
１５ 制御中心の軌道
１６ 被検出用磁石の中心軌道
１８ １次側コイル
２０ コイル駆動部
２２，２３ リニアセンサ
２４ リッツ線
２５ コイル
２６ 支柱
２８ セレクタ
３０ ＬＵＴ
３２ コントローラ
３４ コイル
３６ 交流電源

G 制御中心
C1,C2,C3 曲率中心

Claims (4)

1. 移動体の走行への制御中心から、移動体の走行方向とは異なる方向にシフトした位置で、前記走行方向に沿った移動体の位置を検出する、検出器を設けると共に、
   移動体の走行経路中の少なくともカーブ区間に対して、前記検出器の出力に対する前記制御中心の走行方向に沿った位置を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出した制御中心の位置に基づき、移動体の走行を制御する制御部、とを備えている移動体システム。
2. 移動体の走行経路と移動体とにリニアモータが設けられ、前記制御中心はリニアモータを制御する際の基準位置であり、
   前記検出器は走行経路または移動体でのリニアモータの側方に設けられた磁気センサで、移動体または走行経路でのリニアモータの側方に設けられた磁石または磁性体を検出するように配置されていることを特徴とする、請求項１の移動体システム。
3. 移動体に設けられた磁石または磁性体を検出するように、走行経路に沿って前記検出器が複数設けられ、
   前記複数の検出器の出力から、磁石または磁性体を検出中の少なくとも１個の検出器の出力を取り出すセレクタが設けられ、
   前記セレクタの出力により前記記憶部から移動体の制御中心の位置を読み出すようにされていることを特徴とする、請求項２の移動体システム。
4. 移動体の走行への制御中心から、移動体の走行方向とは異なる方向にシフトした位置で、検出器により前記走行方向に沿った移動体の位置を検出するステップと、
   移動体の走行経路中の少なくともカーブ区間に対して、前記検出器の出力に対する前記制御中心の走行方向に沿った位置を記憶する記憶部から、制御中心の位置を読み出すステップと、
   前記記憶部から読み出した制御中心の位置に基づき、移動体の走行を制御するステップ、とを繰り返し実行する移動体の走行制御方法。

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