KR101363946B1

KR101363946B1 - 물품 들어올림 장치와 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101363946B1
Application number: KR1020070067107A
Authority: KR
Inventors: 카즈오 요시다; 타케시 무라카미
Original assignee: 무라타 기카이 가부시키가이샤; 각고호우징 게이오기주크
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2014-02-18
Also published as: JP2008024460A; TW200827281A; TWI389836B; CN101112932B; KR20080009633A; CN101112932A; JP4142700B2

Abstract

(구성) 본 발명은 슬라이드 포크의 선단 가속도와 승강대의 높이 위치를 계측하고, 승강대와 슬라이드 포크와 카운터 웨이트를 포함하는 계의 상태량을 X로 한다. 슬라이드 포크의 선단 가속도와 승강대의 위치로의 추정값을 y로 하고, 이들의 계측값으로부터의 오차를 (r-y)로 하고, 칼만 필터를 L, 제어 입력을 U, 행렬을 A, B, C, D로 하고, 시변의 게인 벡터를 K로 해서, dX/dt=AX+BU+L(r-y); y=CX+DU; u=KX에 의해, X, y를 추정한다. 시변의 게인(K)은 초기에 슬라이드 포크의 제진으로의 무게를 크게 하고, 후반에서 승강대의 위치로의 무게를 크게 한다.

(효과) 물품을 들어올릴 때의 슬라이드 포크의 진동을 작게 할 수 있다.

Description

물품 들어올림 장치와 그 제어 방법{LIFTING DEVICE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

도 1은 실시예에서의 승강대와 슬라이드 포크 및 선반의 물품을 모식적으로 나타내는 도면.

도 2는 실시예에서의 승강 모터로의 지령 위치로부터 슬라이드 포크까지의 모델을 나타내는 도면.

도 3은 실시예에서의 피드백 제어기의 블럭도.

도 4는 실시예의 로버스트 제어 입력과, 종래예의 비제어 입력에서의 승강대의 속도 파형을 나타내는 도면.

도 5는 실시예에서의 시변 게인의 예를 나타내는 도이며, 상단은 승강대의 목표 위치로부터의 변위에 대한 게인을, 중단은 슬라이드 포크의 선단 속도로의 게인을, 하단은 제어 입력으로의 게인을 나타낸다.

도 6은 실시예에서의 평가 함수를 나타내는 도면.

도 7은 실시예와 종래예에서의 제어 입력의 주파수 분포를 나타내는 도면.

도 8은 실시예와 종래예에서의 슬라이드 포크의 선단 가속도의 경과를 나타내는 도면.

도 9는 실시예와 종래예에서의 슬라이드 포크의 선단에서의 가속도의 스펙트 럼을 나타내는 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

2: 스태커 크레인 4: 승강대

6: 마스트 8: 리니어 스케일

10: 리니어 센서 12: 매달림 지지재

16: 피드백 제어기 18: 피드포워드 제어기

20: 스위치 22: 승강 모터

24: 슬라이드 포크 25: 물품 지지부

26: 가속도 센서 28: 선반

29: 지주 30: 선반 받침

32: 물품 34: 목표 높이 기억부

36, 38: 차분기 40, 42: 가산기

44: 칼만 필터 46: 적분 수단

48~54: 승산 수단 56: 시변 게인 처리 수단

본 발명은 물품 지지부의 승강에 의해 물품의 들어올림을 행하는 물품 들어올림 장치에 관한 것으로, 특히 물품을 들어올릴 때의 제진 제어에 관한 것이다.

스태커 크레인이나 무인 반송차, 유궤도 대차 등의 반송 대차에서는 슬라이 드 포크나 스칼라 암 등의 진퇴 가능한 암과, 승강대나 리프터 등의 조합으로, 물품의 들어올림을 행하고 있다. 또한 천정 주행차에서는 승강대의 척으로 물품을 척 하고, 상승시킴으로써, 물품의 들어올림을 행하고 있다. 이들의 어느 경우나, 물품을 들어올릴 때의 물품의 진동을 억제하고자 하는 요구가 있다. 진동을 억제할 수 있으면, 물품을 들어올릴 때에 물품에 가해지는 힘을 작게 할 수 있고, 진동이 수용될 때까지 기다리는 시간을 단축할 수 있고, 물품을 들어올릴 때의 높이 정밀도를 향상시킬 수 있고, 물품 들어올림 장치의 강성이 작아도 좋고, 보다 무겁고 손상되기 쉬운 물품을 들어올릴 수 있다는 등의 이점이 있다. 그런데 특허 문헌1(일본 특허 3526014)은 스태커 크레인에 의한 물품 들어올림에서, 슬라이드 포크가 물품에 접촉하기 전에는 고속으로, 접촉 개시 시기 부근부터 저속으로 승강대를 상승시켜, 물품과 슬라이드 포크가 접촉할 때의 충격을 작게 하는 것을 제안하고 있다.

·슬라이드 포크 등이 물품에 접촉하는 시각을 정확하게 예측할 수 없고,

·슬라이드 포크나 승강대에 여러가지 불확정 요인이 있고 또한 외란이 작용하기 때문에, 물품 들어올림 장치의 정확한 내부 상태를 추정하는 것이 어렵다는 등의 문제에 대해서,

발명자는,

·안정적인 제진 제어를 행하고, 또한

·단시간에 물품의 들어올림을 완료할 수 있는 제어를 검토했다.

본 발명의 과제는 물품을 들어올릴 때의 제진에 있고, 특히, 물품을 들어올 릴 때의 진동을 단시간에 제진하고, 또한 단시간에 목적 높이까지 물품 지지부를 상승시키는 것에 있다.

본 발명에서의 추가의 과제는 승강 가능한 베이스에 암을 부착한 물품 들어올림 장치를 제진함과 아울러, 효율적인 제진 제어를 행하는 것에 있다.

본 발명에서의 추가의 과제는 베이스를 정확한 높이로 단시간에 상승시키는 것에 있다.

본 발명에서의 추가의 과제는 승강대와 승강 모터 사이에 매달림 지지재가 있는 물품 들어올림 장치로, 물품 지지부를 제진하고, 승강대를 정확한 위치로 상승시키는 것에 있다.

본 발명에서의 추가의 과제는 내부 상태를 정확하게 추정해서, 정확한 제어를 행하는 것에 있다.

본 발명은 물품을 지지하기 위한 물품 지지부를 승강 수단에 의해 승강시키도록 한 물품 들어올림 장치로서,

상기 물품 지지부의 진동을 검출하는 센서와,

상기 센서의 출력에 기초해서, 물품 들어올림 장치의 내부 상태를 추정하기 위한 내부 상태 추정 수단과,

추정한 내부 상태에 기초해서, 물품 지지부의 진동을 억제하면서, 물품 지지부를 상승시키도록, 승강 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,

상기 제어 수단은 물품 지지부가 물품에 접촉한 후, 물품 지지부의 상승이 종료될 때까지의 시간대의, 초기는 물품 지지부의 제진에 대한 제어 게인을 높게 하고, 후기는 물품 지지부의 높이 위치에 대한 제어 게인을 높게 하도록, 제진에 대한 제어 게인과 높이 위치에 대한 제어 게인의 비율을 시간적으로 가변으로 한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 수평 방향으로 진퇴 가능하며, 선단이 상기 물품 지지부이고, 상기 승강 수단에 의해 승강 가능한 베이스에 기부가 부착된 암을 설치하고,

상기 암은 물품보다 낮은 위치로부터 상승을 개시하고,

암이 물품에 접촉할 때까지는 피드포워드 제어에 의해 승강 수단을 제어하고,

암이 물품에 접촉한 후에, 상기 제어 수단에 의한 제어를 행한다.

보다 바람직하게는, 상기 암 기부의 높이 위치를 구하기 위한 센서를 설치하고,

상기 제어 수단은 암 기부의 높이 위치와 암 선단의 진동에 기초해서, 암과 베이스의 내부 상태를 추정해서, 승강 수단을 통해 베이스의 승강을 제어한다.

특히 바람직하게는, 상기 승강 수단이 베이스의 승강을 가이드하는 지주와, 베이스를 매달아 지지하는 매달림 지지재와, 매달림 지지재를 연직 방향으로 이송하는 승강 모터를 구비하고 있다.

바람직하게는, 상기 내부 상태 추정 수단은,

상기 센서의 출력과 상기 내부 상태에 기초한 추정값의 편차에 의해, 내부 상태를 변화시키기 위한 필터와,

상기 내부 상태 자체를 상기 그 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단과,

승강 수단으로의 제어 입력을 상기 내부 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단과,

상기 필터 및 상기 각 연산 수단에 의한 내부 상태의 변화를 가산함과 아울러 적분해서, 상기 내부 상태를 갱신하기 위한 갱신 수단을 구비하고 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제어 수단은 비정상 로버스트 제어에 의해, 상기 승강 수단을 제어한다.

또한 본 발명의 물품 들어올림 장치의 제어 방법에서는 물품을 지지하기 위한 물품 지지부를 승강 수단에 의해 승강시키고,

상기 물품 지지부의 진동을 검출하는 센서를 설치하고,

상기 센서의 출력에 기초해서, 물품 들어올림 장치의 내부 상태를 추정하고,

물품 지지부가 물품에 접촉한 후, 물품 지지부의 상승이 종료될 때까지의 시간대의, 초기는 물품 지지부의 제진에 대한 제어 게인을 높게 하고, 후기는 물품 지지부의 높이 위치에 대한 제어 게인을 높게 하도록, 제진에 대한 제어 게인과 높이 위치에 대한 제어 게인의 비율을 시간적으로 가변으로 하면서, 추정한 내부 상태에 기초해서, 물품 지지부를 진동을 억제하면서 상승시키도록, 승강 수단을 제어한다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 최적 실시예를 나타낸다.

(실시예)

도 1~도 9에 스태커 크레인(2)에서의 승강대(4)의 제어를 예에, 실시예와 그 특성을 나타낸다. 각 도면에 있어서, 승강대(4)는 마스트(6)에 가이드되어 승강하고, 마스트(6)에는 높이 방향을 따라 리니어 스케일(8)을 설치하고, 승강대(4)에 설치한 리니어 센서(10)로 승강대(4)의 높이 위치(x0)를 판독한다. 또한 승강대(4)는 기어가 부착된 벨트나 와이어, 로프 등의 매달림 지지재(12)에 의해 매달리고, 도시하지 않은 카운터 웨이트와 함께, 승강 모터(22)에 의해 승강된다. 승강 모터(22)는 피드백 제어기(16)와 피드포워드 제어기(18)에 의해 제어되고, 어느 제어기를 사용하는지를 스위치(20)로 전환한다. 전환은 도 4의 실선의 속도 패턴으로 초기의 상승과 그 후의 미속 상승을 피드포워드 제어로 실행하고, 그 후의 상승을 피드백 제어로 실행한다.

24는 슬라이드 포크이며, 수평면 내에서 진퇴 가능한 스칼라 암 등의 다른 암이여도 좋고, 25는 슬라이드 포크(24)의 탑 플레이트로 이루어지는 물품 지지부이며, 26은 물품 지지부(25)에 설치한 가속도 센서이다. 스태커 크레인(2)의 주행경로에 대향해서 선반(28)이 설치되고, 29는 그 지주이며, 선반 받침(30)에 물품(32)이 탑재되어 있다.

여기에서는 스태커 크레인(2)은 선반(28)과 도시하지 않은 스테이션 사이에서, 액정 기판의 카세트 등의 중량물을 물품(32)으로서 반송하는 것으로 한다. 액정 기판은 손상되기 쉽고, 물품을 들어올리는 중의 진동을 방지하기 위해서, 슬라이드 포크(24)나 승강대(4)의 강성을 증가시키면, 스태커 크레인(2)이 대형화되어 바람직하지 않다. 또한 선반(28) 등은 클린룸 내에 설치하므로, 물품을 들어올리기 위한 데드 스페이스를 작게 할 필요가 있고, 액정 디스플레이의 생산성의 점에서 물품의 들어올림의 사이클 타임을 단축할 필요가 있다.

물품(32)을 들어올리는 경우, 승강대(4)를 물품(32)보다 예를 들면 5~20㎝ 정도 낮은 위치에서 정지시켜, 슬라이드 포크(24)를 전진시킨다. 이어서 도 4의 실선의 속도 패턴과 같이, 승강대(4)를 상승시킨 후, 미속으로 더 상승시켜, 물품 지지부(25)에 물품(32)을 지지시킨다. 물품 지지부(25)에 확실하게 물품(32)이 지지되면, 승강대(4)를 약간 빠른 속도로 상승시켜, 물품(32)이 선반 받침(30)과 간섭하지 않는 위치로 되도록, 선반 받침(30)보다 예를 들면 5~20㎝ 정도 높은 위치까지 상승시킨다. 이 후, 슬라이드 포크(24)를 후퇴시켜, 물품 들어올림을 완료시킨다. 이 스트로크는 슬라이드 포크(24)가 물품(32)으로부터의 가중으로 휘는 것과, 물품(32)을 선반 받침(30)으로부터 들어올릴 때의 충격이나 그 후의 상승 운동으로 진동하는 것과 관계되어, 물품 지지부(25)의 진동을 작게 할 수 있으면, 스트로크도 짧게 할 수 있다. 선반 받침(30)은 선반(28)의 상하에 복수 설치되고, 물품 지지부(25)의 진폭을 ±h로 하면, 선반 받침(30) 사이의 간격에서는 하측의 선반 받침과의 간섭을 피하기 위해서 적어도 h의 여유가, 상측의 선반 받침과의 간섭을 피하기 위해서도 h의 여유가 필요하여, 합계 2h만큼의 데드 스페이스가 필요하다.

실시예에서는 슬라이드 포크(24)에 물품(32)까지의 잔거리를 구하기 위한 센서나, 물품(32)과의 접촉 개시를 검출하기 위한 센서를 설치하고 있지 않으므로, 도 4에서의 미속 상승을 종료할 때까지의 기간은 도 1의 피드포워드 제어기(18)에 의해, 가속도 센서(26)의 신호를 사용하지 않고, 승강대(4)를 상승시킨다. 또한 피드포워드 사이는 목표의 높이 위치에 대한 오차를 리니어 센서(10)로 검출해서, 피 드백해도 좋다. 이 명세서에서 피드포워드 제어인지 피드백 제어인지는, 가속도 센서(26)의 신호의 사용 여부로 결정한다.

피드포워드 제어로 물품 지지부(25)에 물품(32)이 지지되어 있는 시간대가 되면, 승강대(4)의 상승 속도를 증가시키고, 예를 들면 이것과 동시에 피드백 제어를 개시한다. 승강대(4)를 더 상승시키면, 그 상승을 거의 정지시켜, 승강대(4)의 높이 위치를 목표에 맞추기 위한 제어를 행하고, 예를 들면 이것과 동시에 슬라이드 포크(25)를 승강대(4) 위에 복귀시킨다. 혹은 승강대의 높이 제어가 완료된 후에, 슬라이드 포크(24)를 승강대(4)로 복귀시킨다. 도 4의 정규화 시간이 0~1의 범위가 승강대의 제어 기간이다.

도 2에 승강대와, 슬라이드 포크나 슬라이드 포크상의 물품의 제어 모델을 나타낸다. 승강대를 수평으로 자세가 유지된 질량(m3)의 베이스와, 이것에 대해서 경사각(θ)으로 경사지고, 핀으로 접합된 강체[질량(m)]로 모델화한다. 또한 강체와 베이스는 스프링(k3)과 마찰 저항(C3)으로 접속되어 있다. 슬라이드 포크 및 그것에 지지된 물품을 질점(m1)으로 나타내고, 강체와의 사이를 스프링(k1) 및 마찰 저항(C1)으로 접속되어 있는 것으로 한다. 또한 질점(m1)의 질량은 물품의 들어올림에 의해 급변한다. 승강대는 매달림 지지재를 통해 카운터 웨이트[질점(m2)]에 접속되고, 카운터 웨이트가 또한 매달림 지지재로 승강 모터에 접속되어 있다. 카운터 웨이트와 승강대 사이의 매달림 지지재의 스프링 정수를 k2, 마찰 저항을 C2로 한다. 또한 카운터 웨이트와 승강 모터 사이의 스프링 정수를 k4, 마찰 저항을 C4로 한다. 승강대의 베이스의 절대 높이를 x0으로 하고, x0을 기준으로 하는 상대 좌표에서 슬라이드 포크 선단의 높이를 x1, 카운터 웨이트의 높이를 x2, 카운터 웨이트로부터 승강 모터로의 지령 위치까지의 높이를 x3으로 한다.

도 2의 계의 상태(X)는 높이를 나타내는 4개의 변수, x0~x3과, 이들의 시간미분 및 승강대의 경사각(θ)과 그 시간 미분으로 표현할 수 있다. 또한 후술의 칼만 필터에 관계된 변수로서 변수 F1~F4를 정하고, 합계 14변수에 의해 상태(X)를 나타낸다. 또한 u는 승강 모터로의 제어 입력이다.

도 3에 실시예에서의 제어계를 나타낸다. 목표 높이 기억부(34)는 승강대의 높이 위치의 목표값을 기억하고, 리니어 센서의 신호(x0)와의 차분을 차분기(36)로 구한다. 또한 가속도 센서(26)의 신호와 상기의 차분을 센서 입력(r)으로 해서 제어계에 입력한다. 제어계에서 추정한 승강대나 슬라이드 포크의 상태(X)로부터, 목표 높이까지의 잔거리와 물품 지지부의 가속도를 추정값(y)으로서 추정하고, 입력과의 편차를 차분기(38)로 구해서, 칼만 필터(44)에 입력해서 출력[L(r-y)]을 구한다. 칼만 필터(44)는 그 자체로서는 주지이며, 입력은 2차원, 출력은 14차원이다.

14차원의 벡터로 이루어지는 상태(X)에 승산 수단(48)으로 예를 들면 요소의 값이 정수인 행렬(A)을 승산해서, 출력(AX)을 구한다. 1차원의 제어 입력(u)에 승산 수단(50)으로 예를 들면 요소의 값이 정수인 행렬(B)을 승산해서, 14차원의 벡터(Bu)로 한다. 가산기(40)로 칼만 필터(44)의 출력, 승산 수단(48)의 출력, 승산 수단(50)의 출력을 가산해서, 상태(X)의 시간 미분을 구한다. 또한 가산기(40)로의 입력은 모두 14차원의 벡터이다. 상태(X)의 시간 미분을 적분 수단(46)으로 적분해서, 상태(X)의 추정값을 갱신한다. 예를 들면 시각 n+1에서의 상태 Xn+1은 시각 n 에서의 상태 Xn 등으로부터, Xn+1=Xn+AXn+Bun+L(r-y)n으로 나타내어지고, 여기에 첨자는 시각을 나타낸다. 각 시각 사이의 시각 단위를 Δ로 하면, 2차의 항까지 고려해서 예를 들면,

Xn+1=(1+A·Δ+A²/2·Δ²)Xn+(B·Δ+B²/2·Δ²)un

+(Ln(r-y)·Δ+Ln²(r-y)/2·Δ²)

로 된다.

상태(X)를 시변 게인 처리 수단(56)으로 처리하고, 1차원의 제어 입력(u)으로 변환한다. 시변 게인 처리 수단(56)에서는 피드백 제어의 초기, 즉 물품 지지부가 물품에 접촉한 후, 승강대의 승강 속도를 증가시킨 후, 승강대의 승강 속도를 재차 저하시킬 때까지의 시기는 슬라이드 포크 선단의 진동을 억제하기 위한 게인을 높게 하고, 승강대의 목표 높이로부터의 변위를 작게 하기 위한 게인을 작게 한다. 피드백 제어의 후기, 즉 승강대의 승강 속도를 재차 작게 하고, 제어를 종료할 때까지의 구간에서는 물품 지지부의 제진에 관한 게인을 작게 하고, 승강대의 높이를 목표 높이에 맞추기 위한 게인을 크게 한다.

도 2의 모델에서는 x1이나 그 시간 미분이나 θ이나 그 시간 미분은 물품 지지부의 진동에 직결되고, x0이나 그 시간 미분, x2, x3이나 이들의 시간 미분은 승강대의 높이 위치에의 영향이 크다. 실시예에서는 게인 처리 수단(56)에서의 게인을 시간에 의존하는 기정 패턴으로 변경하지만, 상태(X)에 따라, 혹은 센서 입력(r)과 출력(y)의 편차에 따라 변경해도 좋다. 제어 입력(u)에 의해 승강 모터를 제어함과 아울러, 승산 수단(50)으로 계의 상태(X)의 변화에 Bu로서 피드백하고, 승산 수단(54)으로 출력(y)으로의 기여(Du)를 구한다. 승산 수단(52)으로 계의 상태(X)로부터 2차원의 벡터(CX)를 구하고, Du와 가산기(42)로 가산해서 출력(y)으로 한다. 표 1, 표 2에 제어 모델을 나타낸다.

[표 1] 비정상 로버스트 제어의 항목

항 목	값 외	내 용
물리 모델 자유도	5	x0, x1, x2, x3, θ
내부 필터 차수	4
센서수	2	승강대의 높이 위치, 슬라이드 포크의 선단 가속도
제어 입력(u)	1	승강 모터로의 지령
상태량(X)	14	자유도의 5×2+필터 차수의 4 각 자유도에 대해서 그 값과 시간 미분을 상태량으로 한다
출력(y)	2	승강대의 높이 위치, 슬라이드 포크의 선단 가속도
칼만 필터(L)		2입력×14출력
시변 게인(K)		14입력×1출력
행렬(A)	14행 14열	상태(X)로부터의 그 시간 변 화로의 기여
행렬(B)	14행 1열	제어 입력(u)으로부터 상태(X)의 시간 변화로의 기여
행렬(C)	2행 14열	상태(X)로부터 출력(y)으로의 기여
행렬(D)	2행 1열	제어 입력(u)으로부터 출력(y)으로의 기여

[표 2] 비정상 로버스트 제어의 상세 모델

dX/dt=AX+Bu+L(r-y)

y=CX+Du

u=KX

J＝∫(u^TR(t)u+X^TQ(t)X)dt: J는 평가 함수; R(t)은 제어 입력(u)으로의 시변의 무게; Q(t)는 상태량(X)으로의 시변의 무게

J=X'P(t)X: 평가 함수(J)를 최소화하는 P(t)가 상기 식의 리카티해

K=R(t)^-1·B^T(t)·P(t): 시변의 무게[R(t), Q(t)]를 정하면 평가 함수(J)와 리카티해[P(t)]가 정해지고, 게인(K)은 결국 시변의 무게[R(t), Q(t)]에 의해 정해진다

계의 모델의 운동 방정식에 의해 행렬(A, B)이 정해지고, 상태(X)와 제어 입력(u)에 의해 상태(X)가 변화되고, 센서 입력과의 오차에 기초해서 상태(X)를 수정한다. 또한 상태(X)와 제어 입력(u)에 기초해서 출력(y)을 구하고, 상태(X)에 따라 시간 가변의 게인(K)에 의해 제어 입력(u)을 결정한다. 피드백 제어에서는 H^∞ 제어에 의한 로버스트 제어를 행하고, 구체적으로는 상정되는 최악 외란에 대해서 평가 함수를 최소화하기 위한 최적 제어 입력이 얻어지도록, 리카티 방정식을 풀어 게인(K)을 결정한다. 특히 물품 지지부의 진동, 승강대의 진동 등의 계의 고유 진동에 대해서, 1차 및 2차의 전달 함수를 작게 하고, 또한 최악 외란에 대해서 평가 함수를 최소화함으로써, 외란의 영향을 억제한다. 또한 게인이 가변이므로, 평가 함수도 시간적으로 변화한다.

실시예의 특성을 도 4~도 9에 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 정규화 시간은 물품을 들어올릴 때에 승강대가 상승을 개시하고 나서 상승을 종료할 때까지의 시간을 1로 규격화한 시간이다. 정규화 주파수는 승강 모터로의 지령 입력으로부터 슬라이드 포크 선단의 가속도로의 전달 함수의 최대값이 주파수 0.15정도로 나타내어지는 바와 같이, 정규화한 주파수이다. 도 4 및 도 7~도 9의 실선은 실시예의 특 성이며, 파선은 승강대의 승강을 모두 피드포워드 제어에 의해 실행했을 때의 특성이다.

도 4는 승강 모터로의 속도 지령을 나타내고, 정규화 시간에서 0.15정도까지의 사이를 약간 고속으로 승강대를 상승시키고, 시각 0.35정도까지의 사이를 미속으로 상승시켜, 이 사이에 물품 지지부를 물품에 접촉시키고, 재차 승강대를 약간 큰 속도으로 상승시킨 후에, 거의 정지시킨다. 그리고 피드포워드 제어는 시각 0.4전까지의 미속 상승까지 실시하고, 그 후는 피드백 제어로 전환한다. 슬라이드 포크가 물품에 접촉할 때까지는 피드백 제어를 실시하는 의미가 없으므로, 제어를 간단하게 하기 위해서 피드포워드 제어를 실시한다. 또한 시각 0.15부근까지의 상승시에 슬라이드 포크의 진동을 억제하도록, 속도 패턴을 정하고 있다. 실시예(실선)에서는 비교예(파선)와 비교해서, 피드백 제어의 개시시에 일단 목표 속도가 저하되고, 상승 종료시에 일단 목표 속도가 마이너스로 되어 있다. 또한 최고 상승 속도가 비교예보다 크다. 이들은 슬라이드 포크의 제진을 목적으로 하는 로버스트 제어에 의한 것이다.

도 5에 게인의 시간적 변화의 예를 나타내고, 시각은 피드백 제어의 개시시를 0으로 하고, 세로축의 무게는 상대값이다. 승강대의 높이의 목표 위치로부터의 오차에 대한 게인은 초기적으로 작고, 그 후 증대한다. 한편 슬라이드 포크 선단의 속도에 대한 게인은 피드백 제어의 초기에서 크고, 그 후 저하한다. 상태(X)에 포함되는 변수는 승강대의 높이에 결부된 것과, 슬라이드 포크 선단의 진동에 결부된 것으로 대별할 수 있다. 그래서 승강대의 높이에의 영향이 큰 변수에 대해서는 제 어의 후반에서 게인으로의 기여를 크게 하고, 전반에서 작게 한다. 슬라이드 포크 선단의 진동에의 영향이 큰 변수에 대해서는 제어의 전반에서 게인으로의 기여를 크게 하고, 후반에서 작게 한다. 제어 입력(u)으로의 게인은 초기에 크게 해서, 가능한 한 제어 입력을 작게 하도록 하고, 중기~후기에는 작게 한다. 이상의 것에 의해, 피드백 제어의 목표는 초기에는 슬라이드 포크의 진동을 억제하는 것이며, 후기에는 목표의 높이 위치에 승강대를 정지시키게 된다.

도 6에 평가 함수[γ(t)]의 예를 나타낸다. γ은 H∞ 놈(norm) 조건을 유도 놈으로 표현할 때에 사용되는 변수이며, 상정 최악 외란에 의한 제어의 혼란의 상한을 나타낸다. 피드백 제어의 개시시에는 대상의 부정확함이나 외란이 크고, 그 후 이들이 작아지므로, γ의 값을 피드백 제어의 초기에 크고, 후기에 작게 하고 있다.

도 7은 제어 입력의 스펙트럼을 나타내고, 정규화 주파수에서 0.15정도의 1차 모드 부근의 스펙트럼이 낮게 억제되고, 1차 모드에 의한 진동을 억제하고 있다. 또한 정규화 주파수에서 0.4이상의 고주파수 대역에서의 제어 입력 스펙트럼은 실시예에서 비교예와 동일한 정도로, 고차 모드를 여기하는 스필오버를 일으키고 있지 않은 것을 알 수 있다.

도 8은 슬라이드 포크 선단의 가속도의 파형을 나타내고, 시각 0.2~0.4전까지의 약간 평탄한 구간은 승강대를 미속으로 상승시키고 있는 구간이다. 물품 지지부가 물품에 접촉한 후에, 실시예에서는 정규화 시각 0.5정도까지 진동이 거의 억제되어 있다. 이것에 대해서 비교예에서는 시각 1정도까지 진동이 계속되고 있다. 이 때문에 정규화 시간에서 예를 들면 0.5정도 물품을 들어올리는 시간을 단축할 수 있어, 사이클 타임을 단축할 수 있다.

도 9는 슬라이드 포크 선단의 가속도의 스펙트럼을 나타내고, 정규화 주파수에서 0.15정도의 1차 모드에서의 진동을 억제함과 아울러, 고차 모드에서의 진동도 비교예와 마찬가지로 억제되어, 스필오버를 일으키고 있지 않은 것을 알 수 있다. 따라서 물품을 들어올릴 때의 진동에 의해 액정 기판이 받는 힘이나, 진폭을 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

실시예에서는 이하의 효과가 얻어진다.

1) 슬라이드 포크의 진동을 비교예의 1/2정도의 시간으로 억제할 수 있다.

2) 승강대를 정확한 위치로 상승시킬 수 있다.

3) 이들에 따라, 물품을 들어올리는 시간을 단축할 수 있다.

4) 물품을 들어올릴 때에 물품에 가해지는 힘을 경감시킬 수 있다.

5) 물품을 들어올릴 때의 물품의 진폭을 작게 할 수 있으므로, 선반 받침간의 상하의 간격을 작게 할 수 있다.

6) 액정 기판 카세트 등의 중량물의 들어올림이라도, 승강대나 슬라이드 포크 등의 강성을 비교적 작게 할 수 있어, 스태커 크레인의 대형화를 방지할 수 있다.

7) 승강 모터로부터 매달림 지지재, 승강대를 통해 행하는 제어에도 불구하고, 슬라이드 포크 선단의 진동을 억제할 수 있다.

실시예에서는 스태커 크레인의 승강대(4)에 대해서 설명했다. 가이드를 따라 매달림 지지재에 의해 승강하는 승강대에 스칼라 암이나 슬라이드 포크를 탑재한 물품 들어올림 장치이면, 스태커 크레인에 한정되지 않고 마찬가지로 실시할 수 있다. 또한 슬라이드 포크나 스칼라 암을 리프터 상에 탑재해서 물품의 들어올림을 행하는, 무인 반송차 유궤도 대차 등의 대차나 이송 장치에 마찬가지로 실시예를 적용할 수 있다. 다음에 천정 주행차 본체로부터 매달림 지지재에 의해 매달리고, 척에 의해 물품을 지지하는 승강대의 승강 제어에도 마찬가지로 실시예를 적용할 수 있다. 이 경우, 슬라이드 포크 선단의 진동을 승강대의 가로 방향 진동으로 치환하고, 스태커 크레인에서의 승강대의 승강을 그대로 천정 주행차에서의 승강대의 승강으로 치환하면 좋다. 로버스트 제어의 예로서 H^∞ 제어를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고 H²제어나 μ제어 등이여도 좋다. 또한 필터의 종류는 칼만 필터에 한정되지 않고 임의이다.

슬라이드 포크의 선단에 물품까지의 거리나 물품으로부터의 하중의 유무를 검출하는 센서를 설치해서, 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있게 해도 좋다. 또한 승강대의 높이는 리니어 스케일에 한정되지 않고, 승강대의 승강 가이드용의 롤러의 회전수를 판독하는 인코더나, 레이저 거리계 등의 절대 거리 센서로 구해도 좋다.

또한 물품의 들어올림의 전체 범위에 대해서 가속도 센서와 승강대의 높이 센서의 신호를 피드백한 시간 가변의 비정상 로버스트 제어를 행해도 좋다. 물품을 내릴 때에도 동일한 비정상 로버스트 제어를 행해도 좋다.

본 발명에서는 물품 지지부의 진동을 검출해서, 물품 들어올림 장치의 내부 상태를 추정하고, 물품 지지부의 상승을 제어한다. 여기에서 제어의 초기에서는 제진을 주목표로 해서 제어하고, 후기는 높이 위치의 정확함을 주목표로 제어하므로, 물품의 들어올림에 의해 발생한 진동을 신속하게 제진한 후에, 정확하게 목표 위치까지 상승시킬 수 있다. 이들의 결과, 물품을 들어올릴 때에 물품에 가해지는 힘을 작게 할 수 있고, 진동이 수용될 때까지 기다릴 필요가 없으므로, 물품을 들어올리는 시간을 단축할 수 있다. 또한 물품이 진동해도 선반 등과 간섭하지 않도록 하기 위한 데드 스페이스를 작게 할 수 있고, 또한 물품 들어올림 장치의 강성을 비교적 작게 할 수 있다.

또한 수평 방향으로 진퇴 가능한 암을 설치해서, 암이 물품에 접촉할 때까지는 피드포워드 제어에 의해 승강 수단을 제어하고, 암이 물품에 접촉한 후에, 본 발명의 제어를 행하면, 제어를 간단하게 할 수 있다.

여기에서 암 기부의 높이 위치를 구하기 위한 센서를 설치해서, 암 기부의 높이 위치와 암 선단의 진동에 기초해서 본 발명의 제어를 행하면, 제어의 주목표인 제진과 암 기부의 높이에 대해서 실측값을 사용할 수 있으므로, 제진과 정확한 높이 위치로의 상승 제어를 행할 수 있다.

본 발명에서는 베이스를 매달림 지지재로 매달아 지지해서 승강 모터로 승강시키는 물품 들어올림 장치로도, 승강 모터로부터 떨어진 암의 진동을 억제할 수 있다.

센서의 출력과 내부 상태에 기초한 추정값의 편차에 의해 내부 상태를 변화시키기 위한 필터와, 내부 상태 자체를 내부 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단과, 승강 수단으로의 제어 입력을 내부 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단과, 필터 및 각 연산 수단에 의한 내부 상태의 변화를 가산함과 아울러 적분해서, 내부 상태를 갱신하기 위한 갱신 수단에 의해 내부 상태를 추정하면, 내부 상태를 정확하게 추정할 수 있다.

또한 비정상 로버스트 제어에 의해, 제어의 무게를 제진으로부터 높이 위치로 변화시키면서 제어하면, 여러가지 외란에 대해서 안정적으로 제어할 수 있다.

Claims

물품을 지지하기 위한 물품 지지부를 승강 수단에 의해 승강시키는 물품 들어올림 장치로서:

상기 물품 지지부의 진동을 검출하는 센서,

상기 센서의 출력과 내부 상태에 기초한 추정값의 편차에 의해 내부 상태를 변화시키기 위한 필터; 상기 내부 상태 자체를 그 내부 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단; 상기 승강 수단으로의 제어 입력을 상기 내부 상태의 변화로 환산하기 위한 연산 수단; 및 상기 필터 및 상기 각 연산 수단에 의한 상기 내부 상태의 변화를 가산함과 아울러 적분해서 상기 내부 상태를 갱신하기 위한 갱신 수단을 구비하여 상기 물품 들어올림 장치의 내부 상태를 추정하기 위한 내부 상태 추정 수단;

상기 내부 상태는 상기 물품 지지부의 높이에 관한 변수(x0~x3)와 높이의 시간 미분 변수(
~
), 상기 물품 지지부의 경사각 변수(θ)와 경사각(θ)의 시간 미분 변수(
), 필터 변수(F1~F4)를 포함하며, 하기 식으로 표현되고,

내부 상태

x0 ~ x3 : 높이 변수

~
: 높이의 시간 미분 변수

θ : 경사각 변수

: 경사각의 시간 미분 변수

F1 ~ F4 : 필터 변수

추정한 내부 상태에 기초해서 상기 물품 지지부의 진동을 억제하면서 상기 물품 지지부를 상승시키도록 승강 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고;

상기 제어 수단은 상기 물품 지지부가 물품에 접촉한 후, 상기 물품 지지부의 상승이 종료될 때까지의 시간대의 초기는 상기 물품 지지부의 제진에 대한 제어 게인을 높게 하고, 후기는 상기 물품 지지부의 높이 위치에 대한 제어 게인을 높게 하도록, 제진에 대한 제어 게인과 높이 위치에 대한 제어 게인의 비율을 시간적으로 가변하는 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치.
제 1 항에 있어서, 수평 방향으로 진퇴 가능하며, 선단이 상기 물품 지지부이고, 상기 승강 수단에 의해 승강 가능한 베이스에 기부가 부착된 암을 설치하고,

상기 암은 물품보다 낮은 위치로부터 상승을 개시하고,

상기 암이 물품에 접촉할 때까지는 피드포워드 제어에 의해 승강 수단을 제어하고,

상기 암이 물품에 접촉한 후에 상기 제어 수단에 의한 제어를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 암 기부의 높이 위치를 구하기 위한 센서를 설치하고,

상기 제어 수단은 상기 암 기부의 높이 위치와 상기 암 선단의 진동에 기초해서 상기 암과 베이스의 내부 상태를 추정해서 상기 승강 수단을 통해 상기 베이스의 승강을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 승강 수단이 상기 베이스의 승강을 가이드하는 지주와, 상기 베이스를 매달아 지지하는 매달림 지지재와, 상기 매달림 지지재를 연직 방향으로 이송하는 승강 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 비정상 로버스트 제어에 의해 상기 승강 수단을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치.
물품을 지지하기 위한 물품 지지부를 승강 수단에 의해 승강시키는 물품 들어올림 장치의 제어 방법으로서:

상기 물품 지지부의 진동을 검출하는 센서를 설치하고,

상기 센서의 출력에 기초해서 물품 들어올림 장치의 내부 상태를 추정하되,

상기 내부 상태는 상기 물품 지지부의 높이에 관한 변수(x0~x3)와 높이의 시간 미분 변수(
~
), 상기 물품 지지부의 경사각 변수(θ)와 경사각(θ)의 시간 미분 변수(
), 필터 변수(F1~F4)를 포함하며, 하기 식으로 표현되고,

내부 상태

x0 ~ x3 : 높이 변수

~
: 높이의 시간 미분 변수

θ : 경사각 변수

: 경사각의 시간 미분 변수

F1 ~ F4 : 필터 변수

상기 센서의 출력과 상기 내부 상태에 기초한 추정값의 편차에 의해 내부 상태를 변화시키고, 상기 내부 상태 자체를 그 내부 상태의 변화로 환산하며, 상기 승강 수단으로의 제어 입력을 상기 내부 상태의 변화로 환산하고, 상기 내부 상태의 변화를 가산함과 아울러 적분해서 상기 내부 상태를 갱신함으로써 상기 내부 상태를 추정하고,

상기 물품 지지부가 물품에 접촉한 후, 상기 물품 지지부의 상승이 종료될 때까지의 시간대의 초기는 상기 물품 지지부의 제진에 대한 제어 게인을 높게 하고, 후기는 상기 물품 지지부의 높이 위치에 대한 제어 게인을 높게 하도록, 제진에 대한 제어 게인과 높이 위치에 대한 제어 게인의 비율을 시간적으로 가변하면서 추정한 내부 상태에 기초해서 상기 물품 지지부를 진동을 억제하면서 상승시키도록 승강 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 물품 들어올림 장치의 제어 방법.