JPH05505788A - コンテナクレーンによる貨物の移送および位置決め - Google Patents

コンテナクレーンによる貨物の移送および位置決め

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JPH05505788A JP91507054A JP50705491A JPH05505788A JP H05505788 A JPH05505788 A JP H05505788A JP 91507054 A JP91507054 A JP 91507054A JP 50705491 A JP50705491 A JP 50705491A JP H05505788 A JPH05505788 A JP H05505788A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コンテナクレーンによる貨物の移送および位置決め技術分野 本発明はコンテナクレーンによる貨物の移送方法および該方法を実施する装置に 関する。これらのクレーンでは、運転席のあるクレーン上を移動するトロリーに よりストックヤード内もしくは船舶と桟橋間、もしくはその逆、でコンテナを移 送することができる。トロリーには吊上げローブシステムが付随しており、この システムの他端から把持装置(すなわちスプレッダ−)が吊下されている。スプ レッダ−には被移送コンテナーに接続されるつかみ具が設けられている。
背景技術−問題の検討 スプレッダ−もしくはコンテナ付スプレッダ−等であるとすることができる荷は ローブで吊下されるため、トロリーに関してトロリーの運動と同方向および逆方 向の両方向に移動開始することがある。トロリーの移動方向における加減速によ り生じる振り子運動が通常これらの運動の中の最大のものである。もちろん、こ の運動は、トロリーの運動と同時にコンテナを含むスプレッダ−をトロリーに関 して昇降させてクレーンスタンドや桟橋および船舶上の他の障害物を通過させる 必要かあるという事実により影響を受ける。
船舶、桟橋もしくは既存の車輌上にコンテナを連結および停止させる際の位置決 め条件は±3〜5anであるため、比較的小さな振り子運動でもクレーンオペレ ータに対して問題を生じることが容易にお判りと思う。
振り子運動および位置決めに関する同じ問題がいわゆるグラブクレーンにも存在 する。
前記した問題に始って、クレーンオペレータには非常に高い精度および持久力か 要求されることが容易にお判りと思う。クレーンオペレータの作業を容易にする ために、長年にわたってさまざまな制御および駆動プログラムが考案されてきた 。もちろん、振り子運動の影響を低減して最大限位置決めを容易にすることもこ れらのプログラムの目的であった。
代表的なオペレータ制御クレーン駆動装置では、オペレータがレバーによりステ ップ状もしくはアナログ信号としての基準を与える。制置駆動装置に対しては、 この基準は速度基準として与えられる。電気装置だけでなく機械装置をも保護し て駆動装置の挙動をオペレータが予期できるものとするために、オペレータの基 準は固定ランプにより制限される。ランプの傾斜は駆動装置が正常な場合には常 にランプに従うように設定される。大概の場合、駆動装置にはそれがランプ基準 に従うのを監視するためのいわゆるトルク消失保護が施されている。
しかしながら、前記した方法は考えられる最悪状態に対してランプを設定しなけ ればならないことを意味し、他の全ての場合に駆動装置の利用率か低くなる。こ れは、荷重か荷に依存するだけてなく荷と振り子角、すなわちトロリー内のロー ブの吊下点からの垂直線とローブ間の角度、の組合せに大きく依存する場合に特 に著しい。ぞんざいな操作を行うと、正規の寸法のクレーンの2倍のモーメント を必要とするような大きさの振り子運動か生じる。一方、正規の操作ではモータ は通常50%も使用されることかない。
既存のコンテナクレーンの制御および操作プログラムの多くはオーブン制御アル ゴリズムで表現されている、すなわちクローズド制御システムには含まれない。
これは、被制御パラメータの精度およびそれらの動的挙動を思いどおりに制御で きないことを意味するらスエーデン国特許第429.641号には、例えば、荷 とトロリー間のローブ長を横方向移動中に変化できる吊下前の債方向移動方法か 開示されている。この方法は速度変動が本質的に定速の中間相を有する2つの相 へ分割され、各加速相は長さか異なり一定値が与えられて予め準備されたノモグ ラムもしくはテーブルから2つの相の長さの差か決定されることを意味する。
スエーデン国特許第429,748号には、トロリーとグラブ間のローブ長を変 えることができる、トロリーによる横動中の荷降し方法が開示されている。ここ では、トロリーは減速して静止状態とされその後直ちに反対方向へ加速される。
振り子運動を抑制する機械的システムを追加した位置決めシステムも試行されて いる。しかしなから、それにより高価で大型の設計となり、さらに、特に長いロ ーブの精度要求を満たすことが困難となった。
欧州特許第0342655A2号には、簡潔にいえば次のように作動するコンテ ナクレーンか開示されている。
最初に荷は純粋な吊上げ運動の形で移動され、次に荷を積んだトロリーか荷降し ステーション直上位置へ走行し、その後衛が降される。トロリー走行中の振り子 運動はトロリー内の対応する円錐開口に接続される円錐状の懸架装置をスプレッ ダ−に設けることにより回避される。さらに、放射線送信機かスプレッダ−上に 配置されて目標位置に対するスプレッダ−の速度を測定することかできる測定装 置も記載されている。しかしながら送信機の放射線により目標を検出てきるよう な位置にスプレッダ−かある場合しか修正情報を得ることかできないため、所望 の目標位置に接近するまで速度修正を行うことかできない。
原則として、位置決め問題は3次元である。桟橋面をx/y面とすると、例えば 、座標軸Xは桟橋縁に直角な方向としたがって座標軸yは桟橋縁に沿ったものと することかできる。桟橋縁に直角に配置されたクレーンは0に等しいy軸に適切 に配置することかできる。コンテナ、トロリー、恐らくはコンテナ付きのスプレ ッダ−1および船舶上の所望の荷位置の3次元位置決め決定を行うために、x  / y面に直角に好ましくはy=Qを延在するX72面か付加される。荷揚げ操 作中に、トロリーおよびコンテナ付きスプレッダの座標か変化する。
荷役ステーション、トロリーおよび荷のx / y面内の位置は面に向って突出 する表面の重心として定義することかできる。後記する実際上の理由により、別 の位置定義も必要である。
船舶は桟橋縁に固定されるため、船舶上の明確な荷位置はx / y面内に所与 の固定位置を有することになる。
トロリーのy座標か荷位置のy座標と一致するようにクレーンか配置され同時に 桟橋上の車輌によりコンテナのy座標も荷およびトロリーのy座標と一致するこ とが保証されると、位置決め問題は本質的には2次元問題となる。もちろん、船 舶の移動方向を横切する振り子運動か生じないため、これにより位置決めの困難 度は著しく簡単化される。しかしながら、風その他の要因によりこのような振り 子運動が生じることは自明である。y座標を正確に一致させることは困難である ため、実際には吊り上げの際にある種の回転も生じそれにより横方向の振り子運 動か生じることかある。しかしながら、こうして発生する振り子運動はトロリー の移動方向の振り子運動に較べれば非常に小さい。
船倉が順次充填されると、荷積ステーションのx、 y座標か変化して、桟橋の コンテナ位置およびクレーンの横方向移動か必要となる。もちろん、前記位置決 め問題は貨物の積込みおよび積降しの両方に適用できる。位置決めを2次元問題 へ還元することは一部従来技術で行われている。
可動吊下点振り子を支配する物理法則は公知であり、しばしば全プロセスと呼ば れる、全クレーンシステムに対する数学モデルを生成することかできる。振り子 の長さ、荷の重量、およびある移動経路に対する位置、運動速度および吊下点と 荷の加速度等のパラメータの知識かあれば、モデルにより常に懸架荷の位置を決 定するための数学的条件か得られる。しかしながら、このような“測定方法”で は閉位置制御における実際値として即座に使用するのに充分な分解能や精度は得 られない。
時と共に、コンテナハンドリングは次第に高い精度が要求される非常に特殊化さ れたターミナルに集中されるようになってきている。揚重およびトロリー速度は すてに充分高いため、それを高めることにより効率を高められる可能性は少い。
クレーンのワークサイクルの研究から今日の技術ては重要てない移送および位置 決め操作がサイクルタイムの50%以上を占めることが判った。したかって、今 日では新しいクレーンを購入しかつ古いクレーンを補う場合には常にこれらのク レーンにアクティブ振子抑制システムだけでなく位置決めシステムを設ける必要 かある。前記したように、現在の技術ではこれらの条件を満す可能性は少いため 、この分野において新しい技術的手法に対する大きなニーズかある。
現在の技術に従ったコンテナクレーンにおいて実際に大きな問題となっているこ とは、常に荷の位置測定値を与える正確な位置トランスジューサが無いことであ る。
トロリー位置の測定は簡単であるため、トロリーに対する荷の位置を示すトラン スジューサで充分である。このようなトランスジューサを入手できれば、今日の 精巧な閉制圓システムおよびシミュレーション技術により、モータドライブの最 適使用、良好な位置決め、および振子運動の抑制という要求を満す工程に向って 大きく前進することができる。
発明の概要および利点 本発明はクレーンによるコンテナハンドリング装置により構成される。クレーン 上には走行トロリーか配置されており、それは吊上ローブを介して被移送コンテ ナ用スプレッダ−を支持する。装置は、とりわけ、移送中の荷のトロリーに対す る実際上連続的な位置識別を行う特製の測定装置を具備している。さらに、本装 置はある種の計算を行って駆動装置の制御信号を得る調整器だけでなく、トロリ ー運動と吊上運動に対する駆動装置を具備している。また、本装置には吊上ロー ブの実長トランスジューサだけでなく、クレーン上のトロリー位置およびトロリ ー速度トランスジューサも設けられている。
表面上、本装置はコンテナを所与の第1位置から所与の第2位置へ移送すること をタスクとする位置コントロールとして作動する。したがって、各位置およびそ の間の可能な走行経路の知識を与える装置も利用できる。
閉位置制御を最善に安定化できるようにするには、被制御量の速度および加速度 が帰還される内部制御ループを有することが望ましい。もちろん、このような特 殊な場合には、これらの量を直接利用することはできない。
可能な最良値を得るために、本装置は前記したように工程の数学モデルを具備し ている。実際の工程およびモデルへ同じ所望値を与え結果の差により連続的にモ デルを調整して差をできるだけ小さくすることにより、被制御量の位置、速度お よび加速度の信頼度の高い値をモデルから得ることかできる。
さらに、位置決め装置は始動サイクル中にトロリーを加速してトロリーの移動方 向、すなわちX方向、における吊下荷の速度が荷とトロリーのX座標が一致する 時のトロリー速度と同じになるようにされる。これは、荷がトロリーに“追いつ く”時に、荷の移送が荷の直下の振子運動とは無関係にトロリーと同速度で行わ れることを意味する。
公知の測定パラメータだけでなくモデルの方程式システムにより荷をトロリーと 同じ速度へ加速するためにトロリーの駆動装置が発生すべきトルクを常に計算で きる可能性も生じる。関連する慣性モーメント、駆動装置のギヤチェンジ等が判 っておれば、利用可能な駆動トルクを最大限に利用するための加速度を計算する こともてきる。次に、これを連続調整ランプ基準へ変換することができる。これ はランプ基準を問題とする荷およびローブ角に対して調整して、システムの利用 可能な駆動トルクを常に利用できることを意味する。機械的もしくは他の観点か ら、定格荷重におけるトルクにあるマージンを与えることか望ましい場合には、 ランプ基準を非常に簡単にそれに適合させることができる。前記したように、最 も困難な走行経路に基いてランプ基準を決定ししたかってトルク要求の少い走行 経路の場合には高速加速に利用可能なトルクを利用できない従来技術とは逆に、 最大利用が達成され運転時間か雑種される。
荷降しステーションの座標だけでなく荷およびトロリーの位置および速度か常に 判れば、位置決めシステムはモデルによりトロリーおよび荷速度をゼロとする減 速度を決定することができる。トロリーの減速の第1の部分中に、荷は同じ速度 で継続する、すなわちトロリーの前でその運動方向に揺動運動を行う。モデルを 使用して利用可能な減速トルクが判れば、減速トルクおよび減速のランプ基準だ けでなく減速過程が開始される時間を決定することができ、ゼロトロリー速度で は、荷降しステーションの直上に振子運動を生じることなく荷が位置決めされる 。
要約すれば、前記したことがらトロリーの運動によって荷の振子運動が制御され ることは明らかである。これは、モデルおよび調整器によって計算かつ調整され た基準により加減速過程中にトロリーの運動速度を連続的に制御することによっ て行われる。
一般的に、測定システムのタスクはローブから懸架された荷の可動ローブ懸架装 置に対する位置を決定することである。このために、測定装置は懸架装置に対向 して荷の上に配置され光源形状のいくつかのアクティブマーカーを備えたマーカ ー装置とマーカー装置に向って懸架装置上に配置されたビデオカメラを具備して いる。ビデオカメラのシャッターは光源の点弧と同期して開放される。このよう にして、ビデオカメラは明瞭な光源像を有するx / y面のデジタル画を受信 する。ビデオプロセッサがこの画を処理して直上に照射される領域の重心のX、 X座標を送出する。
本発明の目的に対して、懸架装置はコンテナクレーンのトロリーにより構成され る。光源上のどこにスプレッダ−が配置されているかが判れば、x/y面に投射 される荷の表面に対する重心を決定することもできる。吊上ローブの長さは常に 判っているため、トロリーに対する荷の3次元位置の測定値も常に簡単に決定す ることができる。次に、この測定値はトロリー位置と共に前記閉位置制御の実際 値として使用される。
本発明は複数の点において前記欧州特許とは異っている。これらの相違点は本質 的なものと言うことができ、特許請求の範囲に従ったコンテナクレーンは斬新か つ創造的なものである。特に違っている点は、本発明によればワークサイクルが 開始されると第1の所与の点が想定され第2の所与の点、すなわち荷を移送すべ き点、の目標位置か表示される。次に、走行時間を最少限に抑えるためにトロリ ーの吊上運動および走行運動が同時に行われる間に自動的に、すなわちクレーン オペレータが介入することなく、移送か行われ、目標位置に達すると振子運動を 生じることなく荷か停止する。
図面の簡単な説明 第1図は測定装置の構成を示す図、 第2図はX方向位置制御システムの工程と、工程モデルと装置調整間の概略関係 を示す図、 第3図は帰還制御システムの内部制御ループと、モデルと、調整器とトロリー操 作問の基本関係を示す図。
実施例 最初に、トロリーに対する荷の位置表示に使用する測定装置を第1図を参照して 説明する。測定装置はトロリー上に配置されたデジタル再生ビデオカメラ1を具 備している。コンテナ4用クレーンのスプレッダ−3上に配置されたマーカー装 置!2はビデオカメラの視野5内にあるものとする。実施例では、マーカー装置 には発光ダイオード(LED)が実装された4枚のプレートが設けられ、かつデ ィフューザー板6およびカメラに対向するスクリーンか設けられている。スクリ ーンには2つの大きい開口および2つの小さい開口があり、以後それぞれアクテ ィブマーカー7.8.9.10と呼びLEDを実装したプレートの直上を向いて いる。アクティブマーカーの中心は一致されており、小さいアクティブマーカー は外側の大きいアクティブマーカー間に対称的に配置されている。このように二 重にする理由はロープ長か短い場合に、外側の大きいアクティブマーカーをビデ オカメラの視野外とすることである。したがって、走行中は外側の2個の大きい アクティブマーカーと内側の2個の小さいアクティブマーカーのどちらかが点弧 する。常にロープ長を感知する制置装置かどの2個のアクティブマーカーを点弧 すべきかを選択する。
ビデオプロセッサ11がシャッターの開放時にLEDが点弧されるようにビデオ カメラのシャッターとLEDの点弧を同期化させる。ビデオカメラかさまざまな 種類のランダム光線を記録するのを防ぐために、自動増幅装置によりアクティブ マーカーから発せられる比較的強し1光だけか検出されるようにされる、すなわ ち、ビデオカメラは低増幅率で作動する。ビデオカメラのデジタル画像はビデオ プロセッサーへ転送されて処理される。次に画像は画素(ピクセル)へ分割され 2つのアクティブマーカーにより照光される画素は加算されて別のエリアとなり 、その重心座標が決定される。これらの値は制置装置もしくは調整器12へ送ら れ、トロリー位置と共に、荷の最終位置決定の基礎を形成する。荷位置値に対す るビデオカメラの座標値をトロリーに対して調整する必要かある。そのわけは、 トロリー上のビデオカメラの位置とスプレッダ−上のマーカー装置の位置は必ず しも同じx/y座標とはならないためである。
トロリーおよびホイスト装置の駆動装置は従来のモータドライバにより構成され る。その上に適切なトランスジューサを設ければ、常にトロリーのX位置Xアお よびトロリーの速度x7が得られる。同様に、吊上ローブのドラム径およびロー ブの回転回数が判れば、常にトロリーと宵闇のロープ長L1か得られる。荷の重 量も従来の測定方法により決定することかできる。
“発明の要約”に記載したように、位置制御の観点から荷の安定化速度および加 速度が判ることが望ましい。
これらの量の良好な測定値を得るために、トロリー移動中の揺動荷モデルを使用 する。モデルはこのような運動に適用される従来の法則に従って構成されるため 、ここでは説明を行わない。X方向位置決めシステムの工程、すなわちこのよう なりレーン駆動装置と、モデルと装置調整器間の基本的関係は第2図から明らか である。
所与の第1位置から所与の第2位置、すなわち位置決めシステムの所望(基準) 値を構成するX位置x0へ荷が移送されるものとする。荷のX位置計算値XLB と基準値との差が図にプロセス13として示す工程とモデル14として示すモデ ルへ送られる。基本的な仮想実施例では、工程はトロリーに対する荷位置の前記 測定装置により構成される。トロリー位it x tにより補足すれば、桟橋に 対する荷位置の測定値XLIJが得られる。トロリーののロープ長し、が連続的 にモデルへ送られる。ここで、前記方程式システムにより、モデルは荷位置の計 算値XLBを連続的に供給することかできる。次に、測定値XLMは計算値XL 8と比較され、その差はモデルへ戻されて差を最少限に抑えるように修正される 。この方法は計算値XLBが常に荷のX位置の妥当な値となってX位置制御にお ける実際値として使用できることを意味する。
モデルを使用すれば、荷位置の1次および2次導関数、すなわち荷の速度Xアお よび加速度XL11、は簡単な操作で得られそれらは共に調整器I2へ送られる 。
X位置制御システムの帰還制御ループと、調整器とトロリー駆動装置間の基本的 関係は第3図から明らかである。第2図の場合と同様に、基準値X−か荷の計算 位置XL11と比較される。その差は、実際上調整器12に属する第1の増幅器 15だけてなくモデル14にも送られる。
次に、第1の増幅器の出力は加速度帰還の基準値を構成する。この基準値とモデ ルにより計算される加速度の実際値XL11との差はやはり調整器と一体化され ている第2の増幅器16へ送られる。このようにして、第2の増幅器の出力は速 度帰還の基準値を構成する。この基準値とモデルにより計算される荷の運動速度 の実際値XLBとの差はモデルへ送られ、第2図に従って、モデルにはトロリー の位置および速度と現在のロープ長も送られる。前記方程式システムの他に、モ デルは荷の移動速度および加速度の所望値を得るのに必要な積分器17.18も 具備している。
プロセス制御には対応するZ軸制御システムも含まれている。このシステムはX 位置制御と同様な設計であるため、詳細説明は行わない。2つのシステムはモデ ルおよび駆動方式の観点から一体化されて、完全なX/Z位置制御を形成する。
それらは、また、可能な走行経路の範囲内で荷の移送か行われるように協働する 。
P 浄書(内容に変更なし) 要 約 書 本発明はコンテナクレーンにより貨物を操作する位置決めシステムに関する。荷 の位rIL(XLM)が新しいシステム(1,2,11)により測定される。測 定値はモデル(14)により計算した値と比較され、その差がモデルへ与えられ てモデルか更新される。計算され更新された荷位置の値かシステムの実際値(X  LB)として使用される。モデルは荷の速度(XLll)および速度変化(X  t、a)の計算値も与え、これらの値は内部安定化に使用される(第2図)。
手続補正書泪発) 1、事件の表示 コンテナクレーンによる貨物の移送および位置決めアセア ブラウン ボベリ  アクチボラグ4、代理人 5−補正命令の日付 6、補正により増加する請求項の数 7、補正の対象 明細書、請求の範囲及び要約書画訳文 8、補正の内容 別紙のとおり 明細書、請求の範囲及び要約書画訳文の浄書(内容に変更なし)国際調査報告 国際調査報告

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.吊上げロープから吊下された荷(3)の可動ロープ懸架装置位置(XT)に 対する位置を決定する方法において、該方法は光源状の数個のアクティブマーカ ー(7、8、9、10)を具備するマーカー装置(2)が懸架装置に対向して荷 上に配置され、マーカー装置に向いたビデオカメラ(1)が懸架装置上に配置さ れ、ビデオカメラのシャッターはビデオプロセッサー(11)により光源の点孤 に同期して開放され、ビデオプロセッサー(11)はビデオカメラが撮影した画 像を処理して懸架装置の位置(XT)に対する照光されたマークおよび荷の位置 (XLM)を決定することを特徴とする、荷位置決定方法。
  2. 2.コンテナクレーン駆動装置により荷(3)の移送および位置決めを行う方法 において、移送および位置決めはスプレッダー(3)もしくはコンテナ(4)付 きスプレッダーからなる荷が終端に吊下されている吊上げロープを有する走行ト ロリーによって行われ、コンテナクレーンはトロリーの走行運動用モータドライ ブおよび荷吊上げ運動用モータドライブを具備し、トロリーの位置(XT)およ び速度(XT)、吊上げロープ長(Li)および荷重量(P)の情報を得ること ができ、該方法は第1の所与位置から第2の所与位置(XLR)への移送および 位置決めがトロリー位置(XT)に対する荷位置(XLM)情報だけでなく前記 情報も連続的に供給される位置決め制御システムによって行われ、位置制御シス テムはトロリーの走行運動と荷の吊上運動を同時に行って移送時間を最少限に抑 えるように設計されていることを特徴とする、荷移送および位置決め方法。
  3. 3.請求項2記載の荷(3)の移送および位置決め方法において、該方法はトロ リーの加減速運動中に、それぞれ公知の情報に基いて計算された可変最大加速度 および減速度を使用してモータドライブのトロリー運動に利用可能なトルクを利 用するようにすることを特徴とする、荷移送および位置決め方法。
  4. 4.請求項2および3記載の荷(3)移送および位置決め方法において、該方法 は荷位置(XL)がトロリー位置(XT)と一致する時に荷の速度(XL)がト ロリー速度(XT)に等しくなるように荷の加速運動が適応され、荷位置が第2 の所与位置と等しい時に荷の速度がゼロとなるように荷の減速運動が適応される ことを特徴とする、荷移送および位置決め方法。
  5. 5.請求項1記載の可動ロープ懸架装置位置(XT)に対する吊上ロープから吊 下された荷(3)の位置(XLM)を決定する方法を実施する測定装置において 、該測定装置は懸架装置に対向して荷の上に配置され光源状の数個のアクティブ マーカー(7、8、9、10)を備えたマーカー装置(2)を具備し、ビデオカ メラのシャッターは測定装置に含まれるビデオプロセッサー(11)により光源 の点孤と同期して開放され、ビデオプロセッサーはまたビデオカメラが撮影する 画像を分析して懸架装置位置(XT)に対する荷位置(XLM)を表示するよう にされていることを特徴とする、測定装置。
  6. 6.スプレッダー(3)もしくはコンテナ(4)付スプレッダーが終端に吊下さ れている吊上ロープを有する走行トロリーと、トロリーの走行運動用モータドラ イブと荷の吊上運動用モータドライブと、トロリーの位置(XT)および速度( XT)と吊上ロープ長(Li)と荷重量(P)の測定装置により構成されるコン テナクレーンにより荷(3)の移送および位置決めを行う位置制御システムにお いて、第1の所与点から第2の所与点へ荷を移送し位置決めを行う位置決め制御 システムはトロリー位置(XT)に対する荷位置(XL)の測定装置と、与えら れる測定データおよび組込まれたコンテナクレーンの数学モデルに基いて、(i )、トロリー運動モータドライブの利用可能なトルクを利用して可変最大加減速 度によりトロリーの加減速運動を制御し、(ii)、荷位置(XL)がトロリー 位置(XT)に一致する時に荷の速度(XL)がトロリー速度(XT)に等しく なるように加速運動中の荷の速度(XL)を制御し、(iii)、減速運動中に は、荷位置が第2の所与点に等しければ荷の速度がゼロとなるように荷速度(X L)を制御する、ようにされた調整器(12)を具備することを特徴とする、位 置制御システム。
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