JPH0873008A - ブレーキ制動型機械の位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブレーキ制動型機械の位置制御方法で、特に動
作停止直前の等速区間（クリープ動作）距離を動作条件
に対して適切に選ぶ方法を提供する。 【構成】動作条件（積荷質量，動作距離など）を与え、
クリープ距離を変えて残留振動挙動特性量を測定し、そ
れが最小となるクリープ距離を各動作条件に対して決定
し、記憶し、動作開始時は、まず動作条件を不明確なも
のの同定も含めて明確化し、最適クリープ距離を読みだ
し、加減速パターンを生成しモータを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低速域での速度制御がで
きないモータ駆動方式を採用し、動作停止時に制御可能
な低速度で等速動作を行った後ブレーキを作動させるこ
とにより位置決めを行うブレーキ制動型機械において、
良好な残留振動減衰挙動を得ることができ、総動作時間
を短くできるブレーキ作動タイミングを実現する位置制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブレーキ制動型機械特にクレーン
の動作停止時の過渡的振動・残留振動を低減する位置制
御方法は、特開昭57−4891号公報に記載のように加速時
間，減速時間を移動体の固有振動周期の整数倍になるよ
うに選び振動低減を図る方式が知られていた。

【０００３】また、特開昭61−140403号公報に記載のよ
うに、移動体の固有振動周期に基づき目標位置近傍での
等速動作区間（クリープ動作区間と称す）の終了後、そ
の１／４〜１／２周期減速動作を行った後ブレーキを作
動させて動作を停止させる方法が知られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術は、加
速時間，減速区間を固有振動数と完全に一致させること
により振動低減を図ることが理論的に可能であるが、積
荷質量などの動作条件により固有振動数は変化し、加減
速パターンの作成が複雑になるという問題があった。

【０００５】次に、第２の従来技術は、クリープ動作区
間で十分振れを止めた後で減速させ、移動体の振れの位
相と逆位相でブレーキを作動させることにより良好な残
留振動減衰挙動を実現するものである。しかしながら、
クリープ動作区間で十分振れを止めるためには、低速度
で長い時間等速動作を行う必要があり、総動作時間（動
作開始から残留振動減衰までの総時間）が長くなる問題
があった。また、固有振動周期を計算しなければならな
い問題があった。

【０００６】本発明の目的は、ブレーキ制動型機械を対
象にその移動体の固有振動数変化に対しても加減速パタ
ーンを大幅に作り直さずに、残留振動減衰時間及び総動
作時間を短くする位置制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、動作時間を
短くするためクリープ動作区間で移動体の振れの位相を
確定させ、適切な振れ位相のタイミングでブレーキを作
動させることにより、クリープ動作区間を短くすること
ができるようにした。

【０００８】また、移動体の固有振動周期は動作条件
（例えば、スタッカークレーン走行軸の場合は、積荷質
量，昇降体位置，動作距離）により変化するため、この
３条件に対してクリープ距離を変化させ、常に移動体の
振れに逆位相でブレーキを作動させることができるよう
にする。

【０００９】このような手段を講じることにより、ブレ
ーキ制動型機械を対象にその移動体の固有振動数変化に
対しても加減速パターンを大幅に作り直さずに、残留振
動減衰時間及び総動作時間を短くする位置制御方法を提
供することができる。

【００１０】

【作用】前述の課題を解決するための手段の作用につい
て、図２ないし図５を用いて説明する。図２に示すよう
に弾性系としてモデル化される機構系よりなるブレーキ
制動型機械において、図３に示す加減速パターンで移動
体を駆動する場合、その上部の振動は例えば図４のよう
になっている。ここで、クリープ距離を変えた場合の残
留振動の特性量である残留振動減衰時間との関係は図５
のようになっており、クリープ距離に対して周期的に変
動し、かつそれが最小値をとるクリープ距離が動作条件
に対して一意に定まることが明らかになった。

【００１１】そこで、動作条件パラメータ（動作距離，
負荷質量など）に対して最適なクリープ距離をテーブル
化し、動作開始時はそれを読みだして加減速パターン生
成に利用することにより、加減速パターンを大幅に作り
直さずに良好な残留振動減衰特性を図３に示した残留振
動減衰時間及び総動作時間を短く実現することができ
る。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例について、図１ないし図７を
用いて説明する。図１は、本発明のブレーキ制動型機械
の位置制御方法の構成を示し、図２は、本発明で対象と
するブレーキ制動型機械の構成例を示し、図３は、本発
明で対象とするブレーキ制動型機械を駆動する加減速パ
ターン例を示し、図４は、図２のブレーキ制動型機械を
図３の加減速パターンで駆動した場合の過渡的振動挙動
・残留振動減衰挙動の例を示しており、図５は、残留振
動の特性量である残留振動減衰時間とクリープ距離の関
係を示しており、図６は、残留振動減衰時間とクリープ
速度の関係を示しており、図７は、図５の関係をクリー
プ距離と振動位相の関係にまとめ直した結果を示してい
る。

【００１３】まず、本発明の対象とするブレーキ制動型
機械の例を図２に示した。モータ１からブレーキ２，減
速機３を介して駆動輪４をレールに沿って回転駆動し、
従動輪５と重力方向の作用力を分担し、被駆動体６をレ
ールに沿った方向に駆動する。被駆動体６は、モータの
制御帯域近傍に固有振動周波数を有し、低次の固有振動
モードは、例えば、図に示すような３自由度のばね・質
量モデルにより表現され、動作中は、下部変位７，中部
変位８，上部変位９は通常異なった値をとる。

【００１４】このような被駆動体を駆動する加減速パタ
ーンは、例えば、図３に示すような等加速度・等速・等
減速度であり、動作開始時・動作終了時は制御可能な低
速度Ｖｃ（クリープ速度と称す）と零の間でステップ状
に変化している。動作終了時は、制御可能な低速度Ｖｃ
で等速動作（クリープ動作と称す）を距離Ｌｃ（クリー
プ距離と称す）行った後、ブレーキ２を作動させ制動さ
せる。ここで、残留振動減衰挙動を評価する特性量は、
走行体が動作停止位置の±３（mm）の位置に入ってか
ら、その残留振動振幅が動作停止位置の±３（mm）に整
定するまでの時間を『残留振動減衰時間』として定義し
て用いる。また、動作開始時から残留振動振幅が動作停
止位置の±３（mm）に整定するまでの時間を『総動作時
間』と定義し、全体の動作時間を評価するのに用いる。
このような被駆動体６の制動方法をとるブレーキ制動型
機械では、ブレーキの作動タイミングが重要であるが、
ここでは、クリープ速度Ｖｃ，クリープ距離Ｌｃ，
ブレーキトルクＴＬＢが残留振動減衰挙動に大きな影
響を与える制動パラメータである。このうち、ここで
は、ブレーキトルクＴＬＢについては、動作条件に対し
て可変とできないブレーキを用いる場合を想定すると、
トルク不足を起こさない容量のブレーキを選定すること
になる。次にこのようなブレーキを選定して、クリープ
距離Ｌｃ，クリープ速度Ｖｃを変えた場合の残留振動減
衰時間の変化を図５，図６に各々示した。図５から、残
留振動減衰時間はクリープ距離Ｌｃの変化に対して周期
的に変化し、図中のＡ部，Ｂ部，Ｃ部で小さい値を示し
ている。特に、Ａ部では最小値を示しており、最適クリ
ープ距離と言える。また、クリープ速度Ｖｃについて
は、その値が小さいほど残留振動減衰時間は小さい値を
示しており、制御可能な最小値と選ぶべきであることが
明らかになった。動作中の被駆動体６の上部加速度の時
間変化を図４に示した。これから、ブレーキ作動時の振
れの位相と残留振動減衰挙動には相関関係があると考え
られる。そこで、特に図５に示した残留振動減衰時間と
クリープ距離Ｌｃの関係を、ブレーキ作動時の被駆動体
上部加速度波形の位相とクリープ距離Ｌｃの関係として
まとめ直すと、図７のようになり、図５で残留振動減衰
時間が小さい値を示したＡ部，Ｂ部，Ｃ部では、いずれ
も位相が９０°となっており、加速度波形に対して逆位
相でブレーキを作動させることが有効であることが明ら
かになった。

【００１５】以上から、制動パラメータ〜のうち、
，は一定値と選べばよく、クリープ距離Ｌｃのみ
動作条件に対して最適値を決定して与えればよい。図１
を用いて、本発明のブレーキ制動型機械の位置制御方法
を説明する。まず、動作条件（例えば、ブレーキ作動型
機械の負荷質量，動作距離など）を与えたときに、ある
クリープ距離を与え、それに基づき加減速パターンを生
成し、その条件下で残留振動減衰挙動を調べ、残留振動
減衰時間が最小値を示す最適クリープ距離を見出す。さ
らに動作条件を変化させて同様の検討を行い、各動作条
件での最適クリープ距離をメモリ上にテーブル化するな
どして記憶する。動作開始時には、まず不明確な動作条
件の同定を含めて動作条件を明確化し、次に該動作条件
に対応する最適クリープ距離を読みだし、そのクリープ
距離に基づき加減速パターンを生成する。

【００１６】次に、本発明の応用例として、ブレーキ制
動型機械の一例として、自動倉庫システムで使われるス
タッカークレーンに適用する例を図８ないし図１７を用
いて示す。図８は自動倉庫システムの構造を示し、図９
は図８に示した自動倉庫中のスタッカークレーンの構造
を示し、図１０は図９における振止装置の構造を示し、
図１１はスタッカークレーン走行軸の動作条件変化時の
クリープ距離最適値を示し、図１２はスタッカークレー
ン走行軸の動作条件変化時のクリープ距離最適値におけ
る総動作時間を示し、図１３はスタッカークレーンの制
御装置の構成を示し、図１４はスタッカークレーンの走
行軸のメモリに記述される動作条件とクリープ距離最適
値の関係を示すテーブル例を示し、図１５はスタッカー
クレーンの昇降軸のメモリに記述される動作条件とクリ
ープ距離最適値の関係を示すテーブル例を示し、図１６
はスタッカークレーンのフォーク軸のメモリに記述され
る動作条件とクリープ距離最適値の関係を示すテーブル
例を示し、図１７はスタッカークレーンの積荷質量同定
手順の構成を示している。

【００１７】自動倉庫システム１０は、図８に示すよう
に、積荷を格納するラック設備１２，入出庫設備１３，
スタッカークレーン１１及び地上計算機１４から構成さ
れる。この自動倉庫システムは、地上計算機１４の運行
指令により、単数もしくは複数台のスタッカークレーン
１１を図面上の左右方向に高速移動させて、入出庫作業
や格納保管作業を実施するものである。

【００１８】次に、スタッカークレーン１１の構造につ
いて図９に示す。スタッカークレーン１１は、左右一対
のポスト２４の上下に設けられた部材である上フレーム
２５，サドル２３の各々前後に車輪を設け、走行レール
２１とガイドレール２２に沿って走行動作（走行方向１
６）を行う。ここで、駆動輪はポスト下端の片輪であり
走行装置２６により回動され、他輪は従動輪となってい
る。また、ポスト間には積荷を搭載する昇降体１５が設
けられており、昇降装置２８よりワイアロープ２９を介
して昇降体１５に動力伝達し、両ポスト２４側面に設け
られたレールに沿って昇降動作（昇降方向１７）を行
う。その昇降体１５には、フォーク装置１９が設けられ
ており、ラックへの積荷の格納，取り出しを行う。この
ようにスタッカークレーンは、走行・昇降・フォークの
３軸動作を行う。各軸は、誘導電動機により減速機を介
して駆動されている。各軸には電動機と同軸でブレーキ
が設けられており、各軸の動作停止時にブレーキを作動
させる。また、走行軸は、ポスト下方の駆動輪のブレー
キによる制動の他に、ポスト情報に設けられた振止装置
２７によりガイドレール２２に押しつけられた車輪の回
転を止めることによりポスト上方からの制動をも行える
構造となっている。

【００１９】振止装置２７の構造を図１０に示した。車
輪３３は押しつけばね３０（押しつけ力ＦＴ）により押
しつけ力ＦＴ′(＝ＦＴ×Ｌ₁／Ｌ₂)でガイドレール２２
に常時押しつけられている（車輪とガイドレールの摩擦
係数μとする）。車輪３３は回転型ブレーキ３１(ブレ
ーキトルクＴＢ)よりチェーン３２を介して動力伝達可
能な構造となっており、ブレーキが作動すると、ＦＢ
{＝ＴＢ・Ｒ₀₀／(Ｒ₀₁Ｒ)}なる並進力が車輪３３の接線
方向に作用する。従って動作停止時の上フレーム２５の
水平方向振れ力ＦＦがμＦＴ′，ＦＢよりも小さければ
上フレームの水平方向の振れを止めることができる。

【００２０】ここで、ポスト下方のブレーキと振止装置
のブレーキは、同じもしくは極めて短い時間差で作動さ
せるのが効果的である。その場合のスタッカークレーン
走行軸の動作条件（積荷質量，昇降体高さ，動作距離）
及び制動パラメータの一つであるクリープ速度Ｖｃを変
化させたときのクリープ距離最適値の例を図１１に示し
た。また、振止装置を使わない条件で上記のクリープ距
離最適値で駆動した場合の各動作条件における総動作時
間を図１２に示した。これから、図６の結果からクリー
プ速度が小さいほど残留振動減衰時間を短くできること
を示したが、更に図１２の結果から総動作時間の観点で
もクリープ速度が小さいほど短くできる。従って、クリ
ープ速度はできるだけ小さく選び、動作条件に対する最
適クリープ距離をテーブル化するのが望ましい。

【００２１】次に、このような動作挙動を示すスタッカ
ークレーンの制御装置について図１３を用いて説明す
る。走行軸と昇降軸の位置は、エンコーダ３４，３５に
より検出される。エンコーダのパルス信号はエンコーダ
カウンタ回路３６，３７により計数され位置情報として
走行マイコン４１，昇降マイコン４３に取り込まれる。
走行モータ２６と昇降モータ２７は同時に駆動されるた
め、別々のインバータ回路３８，モータコントローラ３
９により駆動される。フォークモータ２８は、走行モー
タ２６と昇降モータ２７の位置決め終了後に駆動される
ため、インバータ回路３８は走行モータ２６と共用し、
切替器４０で切り替えてモータ駆動している。全体の動
作の計画・管理は管理マイコン４２により行っており、
動作条件と最適クリープ距離の関係のテーブルデータな
どは共有メモリ４５に格納されている。また、外部との
通信は光通信装置４１により行っており、ユーザの動作
教示は表示４６により行っている。

【００２２】ここで、共有メモリ４５に書き込まれるテ
ーブルデータの例は、走行軸については、図１４に示す
ように動作条件として積荷質量，昇降体高さ，動作距離
の三つを選び、最適クリープ距離との関係として与えら
れている。昇降軸については、図１５に示すように動作
条件として積荷質量，昇降体高さ，動作距離の三つを選
び、最適クリープ距離との関係として与えられている。
フォーク軸は動作距離一定で往復動作が行われるため、
動作条件として積荷質量，昇降体高さの二つを選び、最
適クリープ距離との関係として与えられている。

【００２３】次に、上記の動作条件のうち昇降体高さ，
動作距離は軸のエンコーダ，動作指令値として与えられ
検出可能であるが、積荷質量は不明である。そこで、図
１７に示すようにインバータトルク指令を検出し、手先
負荷質量を演算することにより求めることができる。

【００２４】スタッカークレーンの動作条件の検出と動
作条件に対して最適な各軸のクリープ距離を測定し、制
御装置の共有メモリに記憶し、読みだす図１の手順を実
現することにより、良好な残留振動減衰特性を示し総動
作時間の短いスタッカークレーンの動作があらゆる動作
条件で実現可能になる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、上述のように構成されている
ため、以下に示すような効果を奏する。

【００２６】動作停止時に制御可能な低速度（クリー
プ速度）で等速動作(クリープ動作)し、ブレーキを作動
させて動作を停止させるブレーキ制動型機械を任意の動
作条件に対して、移動体の残留振動減衰挙動を最良とす
る制動パラメータのうち、特にクリープ距離に敏感なこ
とを用いて動作条件に対してクリープ距離を可変とした
ため、動作条件によらず良好な残留振動減衰挙動を得る
ことができる。

【００２７】動作条件を明確にするため、不明確な動
作条件の同定工程を導入することにより、動作条件と最
適クリープ距離の対応をより正確にすることができ、動
作条件によらず良好な残留振動減衰挙動を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブレーキ制動型機械の位置制御方法の
フローチャート。

【図２】ブレーキ制動型機械の説明図。

【図３】ブレーキ制動型機械の加減速パターンの説明
図。

【図４】ブレーキ制動型機械の加減速動作時の上部加速
度時間変化の説明図。

【図５】残留振動減衰時間とクリープ距離の関係例の特
性図。

【図６】残留振動減衰時間とクリープ速度の関係例の特
性図。

【図７】クリープ距離と上部加速度に対する走行ブレー
キ作動の位相の関係例の説明図。

【図８】自動倉庫システムの構造例の斜視図。

【図９】図８の自動倉庫システムにおけるスタッカーク
レーンの斜視図。

【図１０】図９のスタッカークレーンにおける振止装置
の説明図。

【図１１】スタッカークレーン走行軸の動作条件及びク
リープ速度と最適クリープ距離の関係例の説明図。

【図１２】スタッカークレーン走行軸の動作条件及びク
リープ速度と最適クリープ距離における総動作時間の関
係例の説明図。

【図１３】スタッカークレーンの制御装置のブロック
図。

【図１４】スタッカークレーンの走行軸の動作条件と最
適クリープ距離の関係例の説明図。

【図１５】スタッカークレーンの昇降軸の動作条件と最
適クリープ距離の関係例の説明図。

【図１６】スタッカークレーンのフォーク軸の動作条件
と最適クリープ距離の関係例の説明図。

【図１７】スタッカークレーンの不明確動作条件の同定
手順のフローチャート。

【符号の説明】

１…モータ、２…ブレーキ、３…減速機、４…駆動輪、
５…従動輪、６…被駆動体、７…下部変位、８…中部変
位、９…上部変位、１０…自動倉庫システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石毛 良平 茨城県土浦市神立町603番地 日立土浦エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 酒井 昭彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の位置決め制御を動作停止時に制御
   可能な低速度で等速動作をさせた後、ブレーキ力を印加
   して制動させるブレーキ制動型機械の位置制御方法にお
   いて、あらかじめ動作条件に対して最適な残留振動減衰
   挙動を示すクリープ距離を測定・記憶し、動作開始時に
   不明確な条件の同定も含めて、動作条件をまず明確化
   し、前記動作条件に最適なクリープ距離もしくはクリー
   プ動作時間を読みだし、それを基に加減速パターンを生
   成することを特徴とするブレーキ制動型機械の位置制御
   方法。