KR20080050293A - 주행대차와 주행대차 시스템 - Google Patents

주행대차와 주행대차 시스템 Download PDF

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KR20080050293A
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히데키 쿠보
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무라다기카이가부시끼가이샤
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Abstract

(구성) 목표의 합계 토크와 가속도 센서에서 구한 가속도를 토크 배분부(22)에 입력한다. 토크 배분 테이블(61)에 전후의 구동륜으로의 토크의 배분율을 가속도에 대해서 기재하고, 토크 배분율과 목표 토크로부터 연산부(62)에서 전륜 토크와 후륜 토크를 결정한다.
(효과) 주행대차의 실제의 가속도에 따라 토크를 전후의 구동륜에 최적으로 배분할 수 있다.
주행대차

Description

주행대차와 주행대차 시스템{TRAVELLING TRUCK AND TRAVELLING TRUCK SYSTEM}
본 발명은 주행대차의 미끄러짐을 줄이는 것에 관한 것이다.
전후 복수의 구동륜을 갖는 주행대차에서는 전후의 구동륜으로의 토크 배분을 최적화함으로써 미끄러짐을 줄이고, 또한 보다 고가감속으로 주행하는 것이 가능하게 된다. 이 점에 대해서, 특허문헌1은 가속시와 감속시에서 전륜과 후륜으로의 토크의 배분 비율을 변경하는 것, 및 전륜/후륜의 회전수의 비율로부터 미끄러짐을 검출해서 토크 배분을 변경하는 것을 개시하고 있다. 그러나 특허문헌1에서는 가속시나 감속시에 따라 토크 배분을 변경해서 실제의 가속도를 토크 제어에 이용하고 있지 않다. 이 때문에 토크 배분의 최적화에는 한계가 있다.
(특허문헌1) 일본 특허공개 2005-41383
본 발명의 과제는 복수의 구동륜으로의 토크 배분을 최적화함으로써 주행대차의 미끄러짐을 줄여 고가감속으로 주행할 수 있도록 하는 것에 있다. 청구항2의 발명에서의 추가의 과제는 구동륜의 미끄러짐을 해소하도록 피드백 제어를 실시하는 것에 있다. 청구항3의 발명의 과제는 주행대차의 복수의 구동륜으로의 토크 배분을 최적화할 수 있어 구동륜의 미끄러짐을 해소하도록 피드백 제어할 수 있고, 또한 미끄러짐 검출의 기초로서 주행대차의 절대위치를 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 전후에 복수의 구동륜을 구비하고, 이들 각 구동륜으로의 토크 배분을 가속도에 따라 변경하도록 한 주행대차에 있어서, 상기 주행대차의 가속도를 측정하기 위한 센서와, 상기 구한 가속도에 따라 상기 각 구동륜으로의 토크의 배분율을 결정하기 위한 수단과, 상기 구한 배분율에 의해 상기 각 구동륜의 구동 토크를 변경해서 구동 모터를 제어하기 위한 수단을 설치한 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 주행대차의 절대위치를 검출하기 위한 수단과, 상기 각 구동륜의 회전량을 검출하기 위한 수단과, 시간당 상기 절대위치의 변화와 상기 구동륜마다의 시간당 회전량을 비교해서 미끄러짐의 유무를 상기 구동륜마다 구하기 위한 수단과, 상기 구한 구동 토크를 미끄러짐을 해소하도록 수정하기 위한 수단을 설치한다.
본 발명은 또한 주행대차의 이동경로를 따라 간격을 두고 적어도 2열로 배치한 마크를 설치함과 아울러, 전후에 복수의 구동륜을 구비하고, 또한 상기 주행대 차의 가속도를 측정하기 위한 센서와, 구한 가속도에 따라 각 구동륜으로의 토크의 배분율을 결정하기 위한 수단과, 구한 배분율에 의해 상기 각 구동륜의 구동 토크를 변경하기 위한 수단과, 상기 적어도 2열의 마크를 검출하기 위한 적어도 2개의 리니어(linear) 센서와, 상기 적어도 2개의 리니어 센서의 신호로부터 상기 주행대차의 절대위치를 검출하기 위한 수단과, 상기 각 구동륜의 회전량을 검출하기 위한 수단과, 시간당 상기 절대위치의 변화와 상기 구동륜마다의 시간당 회전량을 비교해서 미끄러짐의 유무를 상기 구동륜마다 구하기 위한 수단과, 구한 구동 토크를 미끄러짐을 해소하도록 수정하기 위한 수단을 갖는 주행대차 시스템에 있다. 또, 이 명세서에 있어서 주행대차에 관한 기재는 그대로 주행대차 시스템에 적합하다.
(발명의 효과)
본 발명의 주행대차나 주행대차 시스템에서는 주행중의 실제의 가속도를 가속도 센서로 측정해서 토크 배분을 최적화할 수 있다. 또 주행대차의 절대위치의 시간당 변화를 각 구동륜의 시간당 회전량과 비교하면 미끄러짐의 유무를 구동륜마다 구해서 구동 토크를 미끄러짐을 해소하도록 수정할 수 있다. 또한, 미끄러짐에 대해서 토크 배분율을 변경하는 것은 아니고, 구동 토크를 수정하므로, 각 구동륜에 모두 미끄러짐이 생긴 경우에도 대처할 수 있다. 또 본 발명의 주행대차 시스템에서는 리니어 센서에 의해 절대위치를 연속적으로 또한 고응답으로 정확하게 검출할 수 있으므로 미끄러짐을 정확하게 측정할 수 있다.
이하에 본 발명을 실시하기 위한 최적 실시예를 나타낸다.
(실시예)
도 1∼도 7에 실시예의 주행대차 시스템을 나타낸다. 각 도면에 있어서 2는 주행대차이며, 스태커 크레인, 또는 지상을 유궤도 혹은 무궤도로 주행하는 대차, 또는 천정 주행차 등으로 한다. 4는 주행경로이며, 주행대차(2)는 주행경로(4)를 따라 주회(周回) 또는 왕복 이동하고, 전후 예를 들면 한쌍의 주행 모터(6,7)를 구비하고 있다. 8,9는 전후의 구동륜이며, 전방의 구동륜(8)을 전륜이라고 부르고, 후방의 구동륜(9)을 후륜이라고 부른다. 구동륜(8,9)은 각각 좌우 1륜 또는 2륜의 차륜으로 이루어지고, 구동륜이라고 하는 경우, 좌우의 차륜을 구별하지 않고 같은 구동축에 의해 구동되는 복수의 차륜을 말한다.
10,11은 인코더이며, 각각 구동륜(8,9)의 회전각을 검출해서 서보기구(12,13)에 인코더(10,11)의 출력(인코더값)을 피드백하고, 주행 모터(6,7)를 제어한다. 14는 제어부이며, 서보기구(12,13)를 제어한다. 16은 가속도 센서이며, 예를 들면 가속도에 의한 다이어프램의 휘어짐을 검출하고, 주행대차(2)의 가속도를 검출한다. 17,18은 리니어 센서이며, 주행대차(2)에 적어도 2개의 리니어 센서(17,18)를 설치하고, 여기에서는 주행대차(2)의 좌우에 설치한다. 주행경로(4)를 따라 자기 마크(R1∼R4,L1∼L4) 등을 설치하고, 자기 마크(L1∼L4) 등을 리니어 센서(17)에 의해, 자기 마크(R1∼R4) 등을 리니어 센서(18)에 의해 검출하고, 리니어 센서(17,18)의 센서 신호(리니어 센서값)를 제어부(14)에서 처리해서 주행대차(2)의 절대위치를 검출한다. 절대위치는 예를 들면 소정의 주행원점에 대한 절대좌표로 나타내어진다.
도 2에 제어부(14)의 구성을 나타내면, 20은 센서 인터페이스이며, 좌우의 리니어 센서로부터의 리니어 센서값, 및 가속도 센서로부터의 가속도, 전후의 인코더로부터의 인코더값이 입력된다. 센서 인터페이스(20)는 좌우의 리니어 센서의 센서값을 이용하여 절대위치를 검출함과 아울러, 소정 시간마다 그 변화분, 예를 들면 절대위치의 차분을 출력한다. 센서 인터페이스(20)는 인코더값으로부터 구동륜(8,9)마다의 합계 회전수, 및 전회와 금회의 합계 회전수의 차, 바꿔 말하면 시간당 회전수 등을 구한다.
센서 인터페이스(20)로부터 예를 들면 절대위치를 속도 패턴 생성부(21)로 입력하고, 속도 패턴 생성부에서는 절대위치에 기초해서 목적지까지의 남은 주행거리나 속도를 구해서 주행속도 패턴을 생성한다. 센서 인터페이스(20)로부터 토크 배분부(22)에 가속도를 입력하고, 가속도에 따라 전후의 구동륜(8,9)으로의 토크의 배분율을 결정한다. 미끄러짐 검출부(23)에는 절대위치의 차분과, 전후의 인코더값의 각각의 차분을 입력하고, 이것에 따라 전후의 구동륜(8,9)마다의 미끄러짐의 유무와 그 정도를 검출해서 구동륜(8,9)마다 토크를 수정한다. 이상에 의해 구동륜(8,9)마다의 목표 토크가 얻어지고, 이것을 서보기구(12,13)에 입력해서 주행대차(2)를 주행시킨다.
도 3에 리니어 센서(17(18))의 구성을 나타낸다. 30은 교류전원이며, 복수개의 코일(31)에 위상이 sinωt인 교류를 가하고, 코일(31)에서의 전압을 연산부(32)에 입력한다. 코일(31)의 인덕턴스는 자기 마크(Li(Ri))와의 상대적 위치에 의해 변화되므로, 코일(31)의 배열 범위에서 정해지는 검출 영역(-A∼+A)에 대한 위상을 θ로 해서 연산부(32)에서는 cosθ·cosωt 및 sinθ·sinωt를 구할 수 있다. 또 θ의 범위는 -π∼+π이다. 연산부(33)는 연산부(32)의 출력에 기초해서 검출 영역의 중점을 센서 원점으로 하고, 센서 원점에서 리니어 센서값이 0이 되고, 리니어 센서값의 범위가 -A∼+A가 되는 센서값을 출력한다. 여기에서는 자기 마크(R1∼R4,L1∼L4)로서 자석을 사용하지만, 적당한 자성체이어도 좋다. 또 자기 마크에 대한 위상을 검출하는 리니어 센서 대신에 광학적 마크에 대한 위상을 검출하는 리니어 센서 등이어도 좋다. 또한 리니어 센서(17,18) 대신에 레이저 거리계 등의 절대위치 센서를 사용할 수도 있지만, 레이저 거리계는 리니어 센서(17,18)의 분해능(10∼100μm정도)에 비해서 분해능이 낮고, 또 위치 검출에 걸리는 시간이 길다.
도 4에 리니어 센서값으로부터 절대위치로의 변환방법을 나타낸다. 가령 리니어 센서가 자기 마크(L2)를 검출하고 있는 것으로 하면, 리니어 센서의 검출 영역의 중심에 자기 마크(L2)가 존재할 때에 센서값은 0이 되고, 리니어 센서의 센서값은 검출 영역의 중심으로부터의 변위를 나타낸다. 여기에서 지금 검출하고 있는 자기 마크의 번호가 기지(旣知)이며, 리니어 센서값이 O이 될 때의 절대위치(오프셋)가 미리 판명되어 있으면, 이것에 센서값을 더해서 절대위치를 구할 수 있다. 주행대차의 기동시에 사용하는 자기 마크가 기지이며, 주행대차의 이동방향은 기지이므로, 자기 마크를 스위칭할 때마다 새로운 자기 마크의 번호를 기억한다. 이것에 의해 주행중에 상시 어느 자기 마크를 검출하고 있는 것인지, 그 번호를 구할 수 있다.
도 5에 절대위치 산출부(50)를 나타낸다. 절대위치 산출부(50)는 센서 인터 페이스(20)의 일부이며, 오프셋 테이블(51)에는 자기 마크의 번호와 오프셋이 기재되어 있다. 트래킹 테이블(52)에는 현재 인식중인 자기 마크의 번호와, 이 자기 마크에 관한 센서값, 및 절대위치의 시계열 데이터가 기억되어 있다. 가산부(53)는 좌우의 리니어 센서로부터의 센서값을 입력하고, 오프셋 테이블(51)로부터 판독한 오프셋에 가산해서 센서값이나 시계열 데이터를 갱신한다. 마크 스위칭부(54)는 자기 마크를 스위칭할 때마다 트래킹 테이블에서의 기록의 번호를 갱신한다. 또 2열의 자기 마크(R1∼R4,L1∼L4)는 좌우의 리니어 센서의 검출 영역의 단부가 겹치도록 배치되고, 예를 들면 도 4에서 자기 마크(L2)로부터 자기 마크(R2)로 스위칭되는 경우, 자기 마크(L2)와 자기 마크(R2)를 동시에 검출하는 영역이 있다. 이 때문에 도중에 끊어지지 않고 연속적으로 절대위치를 검출할 수 있다. 그리고 자기 마크(L2,R2)의 쌍방을 좌우 한쌍의 리니어 센서에 의해 모두 검출했을 때 자기 마크를 스위칭한다.
도 6에 토크 배분부(22)의 구성을 나타내면, 토크 배분 테이블(61)에는 주행대차의 가속도에 대한 토크의 배분율이 기재되어 있다. 또 가속도는 정부(正負)의 값을 취하고, 배분율은 전륜으로의 배분율과 후륜으로의 배분율을 각각 기재해도 좋지만, 전륜 또는 후륜의 한쪽에 대한 배분율을 기재한다. 연산부(62)에 가속도가 입력되면 토크 배분 테이블(61)을 참조해서 배분율을 판독하고, 목표 토크에 배분율을 승산해서 전륜 또는 후륜에 대한 목표 토크를 결정한다. 전체로서의 목표 토크로부터 전륜 또는 후륜으로의 목표 토크를 빼면, 나머지의 구동륜으로의 목표 토크가 얻어진다. 또 테이블(61)을 사용하는 대신에 연산부(62)에서 소정의 수식에 의해 목표 토크와 가속도를 이용하여 전륜 및 후륜의 각각으로의 목표 토크를 산출해도 좋다.
도 7에 미끄러짐 검출부(23)의 구성을 나타내면, 71,72는 감산기이며, 전후의 인코더값의 시간당 차분과, 절대위치의 시간당 차분의 차를 구한다. 구동륜에 미끄러짐이 전혀 없으면 인코더값의 차분과 절대위치의 차분은 일치할 것이며, 인코더값의 차분이 절대위치의 차분보다 큰 경우 공전이 발생했다. 반대로 인코더값의 차분이 절대위치의 차분보다 작은 경우 활주(滑走)가 발생했다. 여기에서는 차분은 그 절대값을 의미하고, 부호를 정(正)으로 해서 생각한다. 이들 차분은 처리부(73,74)로 입력되고, 인코더값의 차분과 절대위치의 차분의 차가 허용폭 이내인지의 여부, 또 허용폭을 넘을 때의 토크로의 수정율, 주행 가속도나 속도 등의 보조적인 파라미터에 따라 전륜 목표 토크나 후륜 목표 토크를 수정한다. 이렇게 해서 서보기구에 가하는 전륜 토크(f1) 및 후륜 토크(f2)가 얻어진다.
도 7의 처리에서는 감산기(71,72)에서 미끄러짐을 검출해서 미끄러짐을 해소하도록 토크에 피드백 제어를 가하고, 피드백 제어는 전륜과 후륜에 독립해서 가한다. 처리부(73,74)에서는 시간당 발생한 미끄러짐, 즉 인코더값의 차분과 절대위치의 차분의 차에 따른 제어를 실시하지만, 이들 차 자체에 이들 차의 적산값 또는 이들 차의 시간변화를 가해도 좋다.
도1, 도2로 되돌아와서 실시예의 동작을 설명한다. 주행대차(2)에는 리니어 센서(17,18)로부터 짧은 시간간격으로 절대위치가 입력되고, 가속도 센서(16)로부터 실제의 가속도가 입력된다. 또 가속도 센서(16) 대신에 리니어 센서(17,18)의 센서값을 기초로 가속도를 구해도 좋다. 가속도 센서(16)에 의해 주행대차(2)의 실제의 가속도가 판명되므로, 가속도에 따라 전후의 구동륜(8,9)에 대한 최적 토크를 결정할 수 있다. 이 단계에서는 속도 패턴을 따라 주행하는 것을 목표로 하고, 이것에 필요한 토크를 전후의 구동륜(8,9)에 분배한다. 이 결과 토크의 배분율이 정해진다.
다음에 인코더(10,11)의 인코더값과 리니어 센서(17,18)에서 구한 절대위치의 차분을 사용함으로써, 시간당 발생한 미끄러짐이 판명된다. 미끄러짐이 발생하면 주행 모터(6,7)로부터의 출력 토크를 저하시키도록 제어하고, 미끄러짐에 대한 허용폭, 및 허용폭 이상의 미끄러짐이 생겼을 때의 토크의 수정율 등을 파라미터로 해서 처리부(73,74)에 입력, 또는 미리 기억시켜 둔다. 또 미끄러짐이 생겼을 때의 토크의 수정의 정도는 주행대차(2)의 가속도 또는 속도 등에 따라 변화시켜도 좋다. 이상에 의해, 주행 모터(6,7)의 출력 토크는 미끄러짐을 해소하도록 피드백 제어된다.
속도 패턴을 따라 주행하기 위해 필요한 토크를 가속도에 따라 전후의 구동륜(8,9)에 배분해서 토크의 배분을 최적화한다. 다음에 전후의 구동륜(8,9)마다의 미끄러짐을 검출해서 토크를 수정하므로, 미끄러짐에 의한 속도 패턴으로부터의 지연 등을 작게 할 수 있다. 특히 목표 토크가 과대하기 때문에 전후의 구동륜(8,9)에 모두 미끄러짐이 발생한 경우, 각각의 구동 토크를 저하시켜 속도 패턴으로부터 일탈하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에서는 이하의 효과가 얻어진다. (1)주행중의 실제의 가속도를 가속도 센서로 측정해서 토크 배분을 최적화할 수 있다. (2)구동륜에 미끄러짐이 발생하면 토크를 수정하므로, 미끄러짐이 생기지 않는 범위에서 목표로 하는 속도 패턴에 가장 가까운 주행을 할 수 있다. (3)미끄러짐에 대해서 토크 배분율을 변경하는 것은 아니고, 토크를 수정하므로, 전후의 구동륜에 모두 미끄러짐이 발생한 경우에도 대처할 수 있다. (4)리니어 센서에 의해 절대위치를 검출하므로, 단시간에 정확하게 또한 연속적으로 절대위치를 검출할 수 있다.
도 1은 실시예의 주행대차의 블럭도이다.
도 2는 실시예의 주행대차에서의 제어부의 블럭도이다.
도 3은 실시예에서의 리니어 센서의 블럭도이다.
도 4는 실시예에서의 리니어 센서값으로부터 절대위치로의 변환방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예에서의 리니어 센서값을 사용한 절대위치 산출부를 나타내는 블럭도이다.
도 6은 실시예에서의 토크 배분부의 블럭도이다.
도 7은 실시예에서의 미끄러짐 검출부의 블럭도이다.
(부호의 설명)
2:주행대차 4:주행경로
6,7:주행 모터 8,9:구동륜
10,11:인코더 12,13:서보기구
14:제어부 16:가속도 센서
17,18:리니어 센서 20:센서 인터페이스
21:속도 패턴 생성부 22:토크 배분부
23:미끄러짐 검출부 30:교류전원
31:코일 32,33:연산부
50:절대위치 산출부 51:오프셋 테이블
52:트래킹 테이블 53:가산부
54:마크 스위칭부 61:토크 배분 테이블
62:연산부 71,72:감산기
73,74:처리부 R1∼R4,L1∼L4:자기 마크

Claims (3)

  1. 전후에 복수의 구동륜을 구비하고, 이들 각 구동륜으로의 토크 배분을 가속도에 따라 변경하도록 한 주행대차에 있어서: 상기 주행대차의 가속도를 측정하기 위한 센서와, 상기 구한 가속도에 따라 상기 각 구동륜으로의 토크의 배분율을 결정하기 위한 수단과, 상기 구한 배분율에 의해 상기 각 구동륜의 구동 토크를 변경해서 구동 모터를 제어하기 위한 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 주행대차.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주행대차의 절대위치를 검출하기 위한 수단과, 상기 각 구동륜의 회전량을 검출하기 위한 수단과, 시간당 상기 절대위치의 변화와 상기 구동륜마다의 시간당 회전량을 비교해서 미끄러짐의 유무를 상기 구동륜마다 구하기 위한 수단과, 미끄러짐을 해소하도록 상기 구한 구동 토크를 수정하기 위한 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 주행대차.
  3. 주행대차의 이동경로를 따라 간격을 두고 2열이상으로 배치한 마크를 설치함과 아울러 전후에 복수의 구동륜을 구비하고; 또한 상기 주행대차의 가속도를 측정하기 위한 센서와, 구한 가속도에 따라 각 구동륜으로의 토크의 배분율을 결정하기 위한 수단과, 구한 배분율에 의해 상기 각 구동륜의 구동 토크를 변경하기 위한 수단과, 상기 2열이상의 마크를 검출하기 위한 2개이상의 리니어 센서와, 상기 2개이상의 리니어 센서의 신호로부터 상기 주행대차의 절대위치를 검출하기 위한 수단 과, 상기 각 구동륜의 회전량을 검출하기 위한 수단과, 시간당 상기 절대위치의 변화와 상기 구동륜마다의 시간당 회전량을 비교해서 미끄러짐의 유무를 상기 구동륜마다 구하기 위한 수단과, 미끄러짐을 해소하도록 구한 구동 토크를 수정하기 위한 수단을 구비한 주행대차를 갖는 것을 특징으로 하는 주행대차 시스템.
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