JPH11249743A - 冗長自由度昇降制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置センサのワイヤを不要とし、且つ吊りワイ
ヤの張力を所定範囲内に保ちながら多数のアクチュエー
タを協調させて制御対象を昇降制御する。 【解決手段】各エンコーダ１１の出力を平均値演算器２
４に入力し、可動天井１の平均高さを求める。移動速度
演算器２１は、可動天井１の平均高さと目標位置との差
に応じて移動速度を決定する。可動天井運転方向検出器
２７は、目標位置と可動天井１の平均高さから上昇、下
降を識別する。運転中にあるドラム６の巻層数が変化
し、そのドラム６の有効半径が変化して吊りワイヤ３の
張力が変化すると、その張力を荷重センサ９により検出
し、張力補正算出器２６がそのドラム６の駆動速度信号
をある割合で増減速する。その結果、有効半径の変化し
たドラム６のワイヤ巻取り速度は他のドラム６のワイヤ
巻取り速度と等しくなり、多数のアクチュエータ７を協
調させて可動天井１を昇降させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばイベントホ
ールの可動天井昇降装置等に適用される冗長自由度昇降
制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イベントホール等では、可動天井のよう
に昇降可能な構造物が設けられている。図３は可動天井
に対する昇降駆動系の概略構成を示したものである。図
３において、１は制御対象としての可動天井で、その上
面には複数のプーリ２が一定間隔で設けられている。各
プーリ２には、それぞれ一端が例えば天井部位で固定さ
れた吊りワイヤ３が装着され、これらの各吊りワイヤ３
の他端は天井部位に設けられたプーリ４，５を介してワ
イヤ長さ調整用のドラム６に巻取られる。このドラム６
は、アクチュエータ７により回転駆動される。すなわ
ち、アクチュエータ７を作動させてドラム６により吊り
ワイヤ３を巻取り、または繰り出すことにより可動天井
１の位置を調整できるように構成されている。また、上
記可動天井１の各プーリ２の取付け部における高さ（位
置）を検出するための位置センサ８が各アクチュエータ
７に対応して天井に取り付けられている。この場合、可
動天井１の動きは、ワイヤ１２を介して位置センサ８に
伝えられる。更に、各吊りワイヤ３の固定端部、つま
り、天井への取り付け基部には、各ワイヤ張力を検出す
るための荷重センサ９が設けられる。

【０００３】上記のように可動天井１などの構造物を複
数のアクチュエータ７を用いて昇降させる場合、構造物
の自由度は、高さ、前後の傾き及び左右の傾きの３自由
度であるので、吊り点が３点であれば、３本の吊りワイ
ヤ３の長さを操作することによって可動天井１の位置
（高さ）及び姿勢（前後の傾き及び左右の傾き）を制御
することができる。

【０００４】しかし、実際には、吊りワイヤ３の許容吊
り荷重や可動天井１の重量により、吊り点を４点以上に
せざるを得ない場合が少なくない。この場合、主要な３
本以外の吊りワイヤ３に若干弱めの張力を掛けて可動天
井１を移動させる方法が考えられるが、移動開始時や下
降速度が切り換った際等において各吊り点の移動速度や
ワイヤ張力に大きな振動を生じるといった問題点を有し
ていた。

【０００５】これに対し、本出願人は、４点以上の吊り
点を有する場合であっても吊り点の移動速度やワイヤ張
力に振動を生じさせない方法及び装置を発明し、関連す
る技術について特許出願した（特願平８−５０７６号、
特願平８−２４１５２９号、特願平８−３４１４０５
号）。

【０００６】図４は先に出願した特願平８−３４１４０
５号における昇降制御装置の構成を示すブロック図であ
る。同図に示すように目標位置設定器１０の設定信号
は、冗長自由度昇降制御装置２０に入力される。この昇
降制御装置２０は、移動速度演算器２１、加算器２２、
姿勢修正速度演算器２３、平均値演算器２４、乗算器２
５、張力補正算出器２６、及び可動天井運転方向検出器
２７からなり、上記目標位置設定器１０による設定信号
が移動速度演算器２１及び可動天井運転方向検出器２７
に入力される。

【０００７】そして、位置センサ８によって計測された
可動天井１の位置信号、すなわち、吊りワイヤ３及びア
クチュエータ７の状態信号を示す信号は、可動天井運転
方向検出器２７、姿勢修正速度演算器２３及び平均値演
算器２４に入力される。この平均値演算器２４は、各位
置センサ８の平均値を求め、移動速度演算器２１、姿勢
修正速度演算器２３に入力する。

【０００８】移動速度演算器２１は、目標位置設定器１
０の設定値と上記平均値演算器２４により求めた各位置
センサ８の平均値に基づいて、目標位置より離れている
時は高速、ある距離以内であれば中速、更に接近すると
低速、ある距離以下で停止というように可動天井１の移
動速度を決定し、加算器２２へ出力する。

【０００９】姿勢修正速度演算器２３は、平均値演算器
２４により求めた各位置センサ８の平均値と位置センサ
８により検出された吊り高さより姿勢修正速度を決定し
加算器２２へ出力する。この加算器２２は、移動速度演
算器２１の出力である全吊り点共通の可動天井１の移動
速度と姿勢修正速度演算器２３で求めた姿勢修正速度と
を加算し、各吊り点の張力補正無しのアクチュエータ駆
動速度を得る。この加算器２２の加算結果は、乗算器２
５へ入力される。

【００１０】一方、上記可動天井運転方向検出器２７
は、位置センサ８により計測された可動天井１の全取り
付け点高さ（位置）から平均高さを演算し、目標位置設
定器１０から入力された目標位置設定値との偏差を求め
る。そして、この偏差に基づいて可動天井１の昇降の方
向を割り出し、上昇方向の場合は「１」を、下降方向の
場合は「−１」を張力補正算出器２６に出力する。

【００１１】また、張力補正算出器２６には、荷重セン
サ９により検出された吊りワイヤ３の張力が入力され
る。張力補正算出器２６は、荷重センサ９の検出信号に
より、全吊りワイヤ３の平均張力を算出した後、各ワイ
ヤ張力との偏差を求める。更に、張力補正算出器２６
は、上記偏差と適当なゲインを乗じた値に、可動天井運
転方向検出器２７からの検出信号を乗じ、その値を乗算
器２５に出力して、アクチュエータ７の駆動速度信号に
各吊りワイヤ３の張力を反映させる。そして、乗算器２
５の出力信号がサーボドライバ２８へ送られる。サーボ
ドライバ２８は、上記乗算器２５からの指令に従ってア
クチュエータ７を駆動し、ドラム６により吊りワイヤ３
を巻取り、または繰り出すことにより、可動天井１を目
標位置へ移動させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の冗長自由度昇降
制御装置によれば、制御対象（可動天井）の持つ運動自
由度を越える数のアクチュエータ７により吊りワイヤ３
を介して可動天井１を昇降させる場合に、吊り点の移動
速度やワイヤ張力に振動を生じさせずに可動天井１を昇
降制御することができる。しかし、上記の昇降制御装置
では、可動天井１の吊りワイヤ３に加えて、可動天井１
の動きを位置センサ８に伝えるためのワイヤ１２が必要
となる。このワイヤ１２の必要本数は、可動天井１の吊
りワイヤ３と同数である。従って、ワイヤ３、１２の数
が非常に多くなり、その配線処理が複雑となるので、電
源や信号の配線等の制約により、可動天井の各プーリの
取付け部における高さ（位置）を検出するための位置セ
ンサを装備できない場合には実施することができない。

【００１３】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、制御対象の動きを位置センサに伝えるため
のワイヤを不要とし、しかも、吊りワイヤの張力を所定
範囲内に保ちながら多数のアクチュエータを協調させて
制御対象を昇降制御することができる冗長自由度昇降制
御方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、制御対象
の持つ運動自由度を越える数のアクチュエータによりド
ラム及び吊りワイヤを介して該制御対象を昇降制御する
冗長自由度昇降制御方法において、前記各アクチュエー
タの回転軸に装着したエンコーダの出力信号により前記
制御対象の平均位置を求めた後、移動速度演算手段によ
り該制御対象の平均位置と目標位置との差に基づいて制
御対象の移動速度を求め、運転方向検出手段にて前記目
標位置と制御対象の平均位置から該制御対象の運転方向
を検出し、この検出した制御対象の運転方向と荷重セン
サにより検出した前記吊りワイヤの荷重から前記吊りワ
イヤに対する張力補正係数を求め、この張力補正係数に
より前記移動速度演算手段で求めた移動速度に対して前
記各ドラムのワイヤ巻取り速度が等しくなるように補正
して前記各アクチュエータを駆動制御することを特徴と
する。

【００１５】第２の発明は、制御対象の持つ運動自由度
を越える数のアクチュエータによりドラム及び吊りワイ
ヤを介して該制御対象を昇降制御する冗長自由度昇降制
御装置において、前記各アクチュエータの回転軸に装着
されたエンコーダと、前記各エンコーダの出力信号によ
り前記制御対象の平均位置を求める平均値演算器と、前
記平均値演算器により算出した制御対象の平均位置と目
標位置との差に基づいて制御対象の移動速度を算出する
移動速度演算器と、前記目標位置と前記平均値演算器で
求めた制御対象の平均位置から該制御対象の運転方向を
検出する運転方向検出器と、前記吊りワイヤの荷重を検
出する荷重センサと、前記荷重センサにより検出された
吊りワイヤの荷重と前記運転方向検出器で検出された制
御対象の運転方向に基づいて前記吊りワイヤに対する張
力補正係数を算出する張力補正算出器と、前記移動速度
演算器で求めた移動速度信号に対して前記張力補正算出
器により算出された張力補正係数を乗じて前記各ドラム
のワイヤ巻取り速度が等しくなるように補正する補正手
段と、前記補正手段により補正された移動速度信号によ
り前記アクチュエータを駆動する手段とを具備したこと
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、冗長自由度、すなわち制
御対象の持つ運動自由度を越える数のアクチュエータに
よりワイヤを介して可動天井を昇降させる場合の昇降駆
動系の概略構成を示したものである。

【００１７】図１において、１は制御対象としての可動
天井で、その上面には複数のプーリ２が一定間隔で設け
られている。各プーリ２には、それぞれ一端が例えば天
井部位で固定された吊りワイヤ３が装着され、これらの
各吊りワイヤ３の他端は天井部位に設けられたプーリ
４，５を介してワイヤ長さ調整用のドラム６に巻取られ
る。このドラム６は、アクチュエータ７により回転駆動
される。すなわち、アクチュエータ７を作動させてドラ
ム６により吊りワイヤ３を巻取り、または繰り出すこと
により可動天井１の位置を調整できるように構成されて
いる。上記各吊りワイヤ３の固定端部、つまり、天井へ
の取り付け基部には、各ワイヤ張力を検出するための荷
重センサ９が設けられる。更に、上記アクチュエータ７
の回転軸には、エンコーダ１１が設けられる。そして、
上記荷重センサ９及びエンコーダ１１の出力信号が図２
に示す昇降制御装置へ送られる。この昇降制御装置は、
上記荷重センサ９及びエンコーダ１１の出力信号に基づ
いて可動天井１の昇降制御を行なう。

【００１８】図２は、本発明に係る冗長自由度昇降制御
装置の構成の一実施形態を示すブロック図である。同図
に示すように目標位置設定器１０の設定信号は、冗長自
由度昇降制御装置３０に入力される。この昇降制御装置
３０は、移動速度演算器２１、平均値演算器２４、乗算
器２５、張力補正算出器２６、及び可動天井運転方向検
出器２７からなり、上記目標位置設定器１０による設定
信号が移動速度演算器２１及び可動天井運転方向検出器
２７に入力される。

【００１９】そして、アクチュエータ７の回転軸に結合
されたエンコーダ１１の出力信号は、平均値演算器２４
に入力される。この平均値演算器２４は、エンコーダ１
１の平均値を求め、移動速度演算器２１及び可動天井運
転方向検出器２７に入力する。

【００２０】移動速度演算器２１は、目標位置設定器１
０の設定値と上記平均値演算器２４により求めたエンコ
ーダ１１の出力の平均値に基づいて、目標位置より離れ
ている時は高速、ある距離以内であれば中速、更に接近
すると低速、ある距離以下で停止というように可動天井
１の移動速度を決定し、乗算器２５へ出力する。

【００２１】一方、上記可動天井運転方向検出器２７
は、平均値演算器２４の出力である平均高さと目標位置
設定器１０から入力された目標位置設定値との偏差を求
める。そして、この偏差に基づいて可動天井１の昇降の
方向を割り出し、上昇方向の場合は「１」を、下降方向
の場合は「−１」を張力補正算出器２６に出力する。

【００２２】また、張力補正算出器２６には、荷重セン
サ９により検出された吊りワイヤ３の張力が入力され
る。張力補正算出器２６は、荷重センサ９の検出信号に
より、全吊りワイヤ３の平均張力を算出した後、各ワイ
ヤ張力との偏差を求める。更に、張力補正算出器２６
は、上記偏差と適当なゲインを乗じた値に、更に可動天
井運転方向検出器２７からの検出信号を乗じ、その値を
乗算器２５に出力して、アクチュエータ７の駆動速度信
号に各吊りワイヤ３の張力を反映させる。そして、乗算
器２５の出力信号がサーボドライバ２８へ送られる。サ
ーボドライバ２８は、上記乗算器２５からの指令に従っ
てアクチュエータ７を駆動し、ドラム６により吊りワイ
ヤ３を巻取り、または繰り出すことにより、可動天井１
を目標位置へ移動させる。

【００２３】次に上記実施形態の動作を説明する。先
ず、可動天井１を最下部より上昇させる場合について説
明する。各エンコーダ１１の出力を平均値演算器２４に
入力し、可動天井１の平均高さを求める。この可動天井
１の平均高さと目標位置設定器１０の出力は、移動速度
演算器２１へ送られる。この移動速度演算器２１は、可
動天井１の平均高さと目標位置との差に応じて、高速、
中速、低速等の移動速度を決定する。

【００２４】また、可動天井運転方向検出器２７は、目
標位置と上記可動天井１の平均高さにより、上昇または
下降の識別を行なう。そして、上昇開始後、あるドラム
６の巻層数が第１層より第２層に移ると、そのドラム６
のみ、他のドラム６より有効半径が大きくなるので、そ
の吊りワイヤ３の張力が増加していく。その張力は荷重
センサ９により検出され、張力補正算出器２６に入力さ
れる。この張力補正算出器２６は、上昇時には、張力の
所定の増加に対してそのドラム６の駆動速度信号をある
割合で減速させる。その結果、有効半径の大きいドラム
６のワイヤ巻取り速度は他のドラム６のワイヤ巻取り速
度と等しくなるので、多数のアクチュエータ７を協調さ
せて可動天井１を昇降させることが可能となる。

【００２５】また、ドラム６のうち１つだけが第１層、
他の全てのドラム６が第２層にある場合、巻層数が第１
層であるドラム６は有効半径が小さいので、そのワイヤ
のみ張力が減少していく。従って、可動天井１の上昇時
には、張力の所定の減少に対して、そのドラム６の駆動
速度信号をある割合で増速させる。その結果、有効半径
の小さいドラム６のワイヤ巻取り速度は、他のドラム６
のワイヤ巻取り速度と等しくなるので、可動天井１を多
数のアクチュエータ７を協調させて昇降させることが可
能となる。

【００２６】次に可動天井１を下降させる場合について
説明する。可動天井１を下降させる場合、有効半径の大
きいドラム６では、その吊りワイヤ３の張力が減少して
いくので、そのドラム６の駆動速度信号をある割合で減
速させる。また、有効半径の小さいドラムでは、その吊
りワイヤ３の張力が増加していくので、そのドラム６の
駆動速度信号をある割合で増速させる。これらの処置に
より、下降時も可動天井１を多数のアクチュエータ７を
協調させて下降させることが可能となる。

【００２７】上記のようにエンコーダ１１の出力信号を
用いて可動天井１を昇降制御することができるので、位
置検出のためのワイヤが不要となる。本発明は、上記し
たように冗長自由度、すなわち、制御対象の持つ運動自
由度を超える個数のアクチュエータ７により吊りワイヤ
３を介して可動天井１を昇降させる際に、電源や信号の
配線等の制約により、可動天井１の各プーリ２の取付け
部における高さ（位置）を検出するための位置センサを
装備できない場合に、その代替としてアクチュエータ７
の回転軸に装着したエンコーダ１１を用いて可動天井１
の昇降を制御することを特徴としている。従って、吊り
ワイヤ３の巻取り量に応じてドラム６のワイヤ巻層数が
１層、２層、…と変化する、換言すればドラム６の有効
半径が可動天井１の高さに応じて変化するので、エンコ
ーダ１１の値より可動天井１の各プーリ２の取付け部の
高さ（位置）は正確に求めることができない。そのため
可動天井１の最下部（または最上部）では、位置、姿勢
は厳密に位置決めすることができるが、最下部（または
最上部）より上昇（下降）するにつれて位置、姿勢はず
れることがあり、例えば厳密に水平を保つことができな
い場合がある。このため本発明による冗長自由度昇降制
御装置は、可動天井１の最下部（または最上部）での位
置、姿勢は重要であるが、最下部（または最上部）から
上昇（下降）した後の位置、姿勢はそれ程重要ではない
用途に適するものである。

【００２８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、制
御対象の持つ運動自由度を超える個数のアクチュエータ
により吊りワイヤを介して可動天井を昇降させる際に、
アクチュエータの回転軸に装着したエンコーダを用いて
可動天井の昇降を制御すると共に、各吊りワイヤの張力
を検出する荷重センサの検出信号に基づいてアクチュエ
ータの回転速度を補正するようにしたので、電源や信号
の配線等の制約により、可動天井の各プーリの取付け部
における高さ（位置）を検出するための位置センサを装
着できない場合でも、吊りワイヤの張力を所定範囲内に
保ちながら多数のアクチュエータを協調させて可動天井
を昇降制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る冗長自由度昇降制御
装置の昇降駆動システムを示す概略構成図。

【図２】同実施形態における昇降制御装置の構成を示す
ブロック図。

【図３】従来の冗長自由度昇降制御装置の昇降駆動シス
テムを示す概略構成図。

【図４】従来の昇降制御装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 可動天井 ２ プーリ ３ 吊りワイヤ ４，５ プーリ ６ ドラム ７ アクチュエータ ９ 荷重センサ １０ 目標位置設定器 １１ エンコーダ ２１ 移動速度演算器 ２４ 平均値演算器 ２５ 乗算器 ２６ 張力補正算出器 ２７ 可動天井運転方向検出器 ２８ サーボドライバ ３０ 冗長自由度昇降制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象の持つ運動自由度を越える数の
   アクチュエータによりドラム及び吊りワイヤを介して該
   制御対象を昇降制御する冗長自由度昇降制御方法におい
   て、 前記各アクチュエータの回転軸に装着したエンコーダの
   出力信号により前記制御対象の平均位置を求めた後、移
   動速度演算手段により該制御対象の平均位置と目標位置
   との差に基づいて制御対象の移動速度を求め、運転方向
   検出手段にて前記目標位置と制御対象の平均位置から該
   制御対象の運転方向を検出し、この検出した制御対象の
   運転方向と荷重センサにより検出した前記吊りワイヤの
   荷重から前記吊りワイヤに対する張力補正係数を求め、
   この張力補正係数により前記移動速度演算手段で求めた
   移動速度に対して前記各ドラムのワイヤ巻取り速度が等
   しくなるように補正して前記各アクチュエータを駆動制
   御することを特徴とする冗長自由度昇降制御方法。
2. 【請求項２】 制御対象の持つ運動自由度を越える数の
   アクチュエータによりドラム及び吊りワイヤを介して該
   制御対象を昇降制御する冗長自由度昇降制御装置におい
   て、 前記各アクチュエータの回転軸に装着されたエンコーダ
   と、 前記各エンコーダの出力信号により前記制御対象の平均
   位置を求める平均値演算器と、 前記平均値演算器により算出した制御対象の平均位置と
   目標位置との差に基づいて制御対象の移動速度を算出す
   る移動速度演算器と、 前記目標位置と前記平均値演算器で求めた制御対象の平
   均位置から該制御対象の運転方向を検出する運転方向検
   出器と、 前記吊りワイヤの荷重を検出する荷重センサと、 前記荷重センサにより検出された吊りワイヤの荷重と前
   記運転方向検出器で検出された制御対象の運転方向に基
   づいて前記吊りワイヤに対する張力補正係数を算出する
   張力補正算出器と、 前記移動速度演算器で求めた移動速度信号に対して前記
   張力補正算出器により算出された張力補正係数を乗じて
   前記各ドラムのワイヤ巻取り速度が等しくなるように補
   正する補正手段と、 前記補正手段により補正された移動速度信号により前記
   アクチュエータを駆動する手段とを具備したことを特徴
   とする冗長自由度昇降制御装置。