KR20140040859A - 이동체 시스템과 이동체의 주행 제어 방법 - Google Patents

Abstract

커브 구간에서 이동체의 위치를 정확하게 구하여, 이동체를 높은 정밀도로 이동시킨다. 이동체의 주행에 대한 제어 중심으로부터, 이동체의 주행 방향과는 상이한 방향으로 시프트한 위치에서, 주행 방향을 따른 이동체의 위치를 검출하는 검출기를 설치한다. 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 검출기의 출력에 대한 제어 중심의 주행 방향을 따른 위치를 기억부에 기억하고, 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어부에 의해 제어한다.

Description

이동체 시스템과 이동체의 주행 제어 방법{MOVING BODY SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING TRAVEL OF MOVING BODY}

본 발명은 이동체의 위치를 검출하여 주행을 제어하는 것에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면 공작 기계 등의 설비에 대하여 워크 혹은 공구 등의 물품을 반출입하는 로더, 또는 반도체 제조 장치 등의 설비에 대하여 워크 혹은 레티클 등의 물품을 반출입하는 천장 주행차 시스템 등의 이동체 시스템이 알려져 있다. 여기서 이동체의 궤도에 커브 구간을 형성하면 설비를 배치하는 자유도가 증가하지만, 커브 구간에서 이동체의 위치를 정확하게 측정할 수 없으면, 주행을 피드백 제어할 수 없게 된다. 또한 커브 구간에서 이동체가 설비와의 사이에서 물품을 반출입할 수 있도록 하면 적합하지만, 이를 위해서는, 커브 구간에서의 이동체의 위치를 정확하게 측정하여, 소정의 위치에서 정지시킬 필요가 있다.

여기서 관련된 선행 기술을 나타내면, 특허문헌 1(JP4513673B)은 커브 구간에서의 이동체의 위치를 리니어 센서로 검출하는 것을 개시하고, 특히 커브 구간에서 리니어 센서의 유효 범위를 짧게 하는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 2(JP4148194B)는, 광학식 센서로 궤도에 형성한 마크를 판독하여, 이동체의 주행 거리를 구할 시, 궤도 중심의 곡률 반경과 마크를 형성한 위치의 곡률 반경과의 비에 따라, 광학식 센서로 구한 주행 거리를 보정하는 것을 개시하고 있다.

그런데 이동체의 궤도의 커브 구간은, 1 / 4 원 등으로부터 상이한 경우가 있다. 커브 구간을 1 / 4 원으로 실현하면, 커브 구간의 출입구에서 원심력이 갑자기 변화한다. 따라서 커브 구간의 입구와 출구에서 곡률 반경을 크게 하고, 커브 구간의 중앙부에서 곡률 반경을 작게 하면, 커브 구간의 출입구에서의 원심력의 변화를 작게 할 수 있다. 또한, 이동체는 커브 구간에서 가이드 롤러 등에 의해 가이드되지만, 커브 구간의 출입구에서 가이드가 불완전하게 되기 때문에, 이동체에 불균일이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 곡률 반경의 비로 보정하는 것만으로는, 커브 구간에서의 이동체의 위치를 정확하게 구하는 것은 어렵다.

JP4513673B JP4148194B

본 발명의 과제는, 커브 구간에서의 이동체의 위치를 정확하게 구함으로써, 이동체를 높은 정밀도로 주행시키는 것에 있다.

본 발명의 이동체 시스템은, 이동체의 주행에 대한 제어 중심으로부터, 이동체의 주행 방향과는 상이한 방향으로 시프트한 위치에서, 상기 주행 방향을 따른 이동체의 위치를 검출하는 검출기를 설치하고, 또한 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 상기 검출기의 출력에 대한 상기 제어 중심의 주행 방향을 따른 위치를 기억하는 기억부와, 상기 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어하는 제어부를 구비하고 있다.

또한 본 발명의 이동체의 주행 제어 방법에서는, 이동체의 주행에 대한 제어 중심으로부터, 이동체의 주행 방향과는 상이한 방향으로 시프트한 위치에서, 검출기에 의해 상기 주행 방향을 따른 이동체의 위치를 검출하는 단계와, 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 상기 검출기의 출력에 대한 상기 제어 중심의 주행 방향을 따른 위치를 기억하는 기억부로부터, 제어 중심의 위치를 독출하는 단계와, 상기 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어하는 단계를 반복 실행한다.

커브 구간에서는 이동체의 불균일 때문에, 곡률 반경의 비에 따른 보정으로는, 제어 중심으로부터 떨어진 위치를 제어 중심의 위치로 변환하는 것은 어렵다. 또한 커브 구간의 입구와 출구에서 곡률 반경을 다른 것보다 크게 할 경우, 곡률 반경의 비는 원래 일정하지 않다. 그러나 본 발명에서는, 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 검출기의 출력에 대한 상기 제어 중심의 주행 방향에 따른 위치를 기억하는 기억부를 설치하여, 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어한다. 따라서, 검출한 위치를 정확하게 제어 중심의 위치로 변환할 수 있고, 이 때문에 커브 구간에서도 고정밀도로 주행 제어를 할 수 있다. 또한, 커브 구간에서 정확하게 이동체가 정지하는 것도 가능하다. 또한 이 명세서에서, 이동체 시스템에 관한 기재는 그대로 이동체의 주행 제어 방법에도 적용된다.

바람직하게는, 이동체의 주행 경로와 이동체에 리니어 모터가 설치되고, 상기 제어 중심은 리니어 모터를 제어할 시의 기준 위치이며, 상기 검출기는 주행 경로 또는 이동체에서의 리니어 모터의 측방에 설치된 자기 센서로, 이동체 또는 주행 경로에서의 리니어 모터의 측방에 설치된 자석 또는 자성체를 검출하도록 배치되어 있다. 리니어 모터로 이동체를 주행시킬 경우, 이동체의 중심 부근을 검출하도록 검출기를 배치하는 것은, 리니어 모터의 배치와 중첩되기 때문에 어렵다. 따라서, 주행 경로 또는 이동체에서의 리니어 모터의 측방에 자기 센서로 이루어지는 검출기를 설치하여, 이동체 또는 주행 경로에서의 리니어 모터의 측방에 설치된 자석 또는 자성체를 검출하면, 리니어 모터와의 간섭없이 이동체의 위치를 검출할 수 있다. 그리고 기억부의 데이터에 의해, 검출한 위치를 제어 중심의 위치로 변환할 수 있다.

특히 바람직하게는, 이동체에 설치된 자석 또는 자성체를 검출하도록, 주행 경로를 따라 상기 검출기가 복수 설치되고, 상기 복수의 검출기의 출력으로부터, 자석 또는 자성체를 검출 중인 적어도 1 개의 검출기의 출력을 취출하는 실렉터가 설치되고, 상기 실렉터의 출력에 의해 상기 기억부로부터 이동체의 제어 중심의 위치를 독출하도록 되어 있다. 주행 경로에 검출기를 설치하면, 커브 구간에서는 검출기의 검출 범위가 좁아지므로, 복수의 검출기가 필요하게 된다. 따라서 실렉터에 의해 검출기를 선택하고, 이어서 기억부로부터 위치를 독출하면, 1 개의 기억부여도 된다.

도 1은 실시예에서의 이동체의 궤도를 모식적으로 도시한 도이다.
도 2는 이동체와 궤도의 수직 방향 단면도이다.
도 3은 이동체의 주행 구동계의 블록도이다.
도 4는 리니어 센서와 피검출용 자석을 도시한 도이다.
도 5는 리니어 센서의 주요부 블록도이다.
도 6은 리니어 센서의 코일 2 개를 도시한 도이다.
도 7은 커브용 리니어 센서의 출력값과 구동부 궤도 상에 설치한 다른 센서의 출력값을 나타낸 도이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 최적 실시예를 나타낸다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위의 기재에 기초하여, 명세서의 기재와 이 분야에서의 주지 기술을 참작하여, 당업자의 이해에 따라 정해져야 한다.

(실시예)

도 1 ~ 도 7에 실시예의 이동체 시스템(2)을 나타낸다. 각 도면에서, 4는 이동체(8)가 주행하는 궤도로, 직선 구간(5)과 커브 구간(6)을 구비하고 있다. 이동체(8)는 예를 들면 3 륜의 차륜(9, 10, 10)에 의해 궤도(4)를 따라 주행하고, 커브 구간(6)에서는 궤도(4)를 따라 가이드하는 가이드 롤러(11, 11)에 의해 가이드된다. 커브 구간(6)에서 궤도(4)는 90° 방향을 바꾸는데, 커브 구간(6)은 1 / 4 원이 아니고, 입구 부근과 출구 부근에서 곡률 반경이 크고, 중심부에서 곡률 반경이 작다. C1은 커브 구간(6)의 입구 부근의 곡률 중심, C2는 중심 부근의 곡률 중심, C3는 출구 부근의 곡률 중심이다. 실시예에서는 궤도(4)는 커브 구간(6)의 양측에 직선 구간(5, 5)을 형성한 L 자 형상의 궤도이지만, 궤도의 레이아웃, 종류 및 구조는 임의이다. 또한 이동체(8)의 종류와 구조도 임의로, 예를 들면 건물의 천장 스페이스를 따라 주변을) 주행하는 천장 주행차, 혹은 지상에 설치한 궤도를 주행하는 유궤도 대차여도 된다.

이동체(8)는 영구 자석의 열(12)을 구비하고 있고, 이는 리니어 모터의 가동자이다. 이하에서는, 영구 자석의 열(12)을 단순히 영구 자석(12)이라고 하는 경우가 있다. 영구 자석(12)의 측방에, 이동체(8)는 피검출용 자석의 열(14)을 구비하고 있고, 이하에, 이 열(14)을 단순히 피검출용 자석(14)이라고 하는 경우가 있다. G는 이동체(8)의 중심에 위치하는 제어 중심으로, 영구 자석(12)의 중심이기도 하며, 이 위치(G)를 기준으로 리니어 모터를 제어한다. 15는 제어 중심(G)의 궤도이고, 16은 피검출용 자석(14)의 궤도로, 정확하게는 피검출용 자석(14)의 길이 방향의 중심부의 궤도이다.

도 2에 궤도(4)와 이동체(8)를 도시하고, 리니어 동기 모터의 1 차측 코일(18)은 가동자의 영구 자석(12)에 추력을 가하여, 이동체(8)를 주행시킨다. 또한 리니어 모터의 종류는 임의로, 리니어 유도 모터 등이어도 되고, 또한 리니어 모터 대신에 통상의 주행 모터를 이동체(8)에 탑재해도 된다. 또한 이동체(8)에 리니어 모터의 1 차측 코일(18)을, 궤도(4)에 가동자를 설치해도 된다. 20은 코일 구동부이고, 1 차측 코일(18)을 구동한다. 22는 커브 구간에 설치된 리니어 센서로, 자기 센서의 예이며, 피검출용 자석의 열(14)을 검출한다. 직선 구간(5)에서는, 동일한 리니어 센서(23)가, 커브 구간의 리니어 센서(22)보다 간격을 두고 배치되어 있다. 또한 이동체(8)는, 궤도(4)측으로부터 비접촉 급전을 받고, 24는 리츠선, 25는 수전용의 코일이다. 26은 궤도(4)의 지지 기둥이고, 비접촉 급전 대신에 접촉식의 급전 방식으로 해도 되고, 혹은 리튬 이온 전지 등을 이동체(8)에 탑재해도 된다.

도 3에 1 차측 코일(18)과 리니어 센서(22, 23) 등의 배치를 도시한다. 1 차측 코일(18)은 제어 중심의 궤도(15)를 따라 배치되고, 리니어 센서(22, 23)는 피검출용 자석의 궤도(16)를 따라 배치되어 있다. 커브 구간에서의 복수의 리니어 센서(22)의 출력은 실렉터(28)에 입력되고, 실렉터(28)는 진폭이 최대가 되는 센서의 출력에 의해, LUT(30)(참조표)로부터 제어 중심의 위치를 독출한다. LUT(30)는 커브 구간에서의 제어 중심의 위치를, 커브 구간(6)에서의 몇 번째의 리니어 센서(22)를 이용하고 있는지와, 이용하고 있는 리니어 센서로부터의 출력을 색인으로서 기억하고, 독출한 제어 중심의 위치는 컨트롤러(32)에 출력된다. 실시예에서는 1 개의 LUT(30)를 이용하지만, 각 리니어 센서(22)에 개별의 LUT를 설치하여, 각 리니어 센서(22)로부터 커브 구간(6)에서의 제어 중심의 위치와 센서의 출력의 진폭을 출력하고, 실렉터(28)로 선택하도록 해도 된다. 또한, 이웃한 한 쌍의 리니어 센서(22, 22)가 동일 정도의 진폭을 출력할 경우, 2 개의 센서의 출력으로부터 각각 제어 중심의 위치를 구하여 예를 들면 평균치에 의해, 혹은 2 개의 센서의 일방의 출력에 의해 제어 중심의 위치를 구해도 된다.

직선 구간(5)에서는, 리니어 센서(23)는 리니어 센서(22)보다 간격을 두고 배치되어 있고, 예를 들면 리니어 센서(23)에 의해 구해지는 제어 중심의 좌표를 직접 컨트롤러(32)에 출력한다. 이상의 결과, 직선 구간(5) 및 커브 구간(6)에서 이동체(8)의 제어 중심의 좌표가 구해지고, 컨트롤러(32)는 이 좌표를 기초로 코일 구동부(20)를 개재하여 1 차측 코일(18)을 피드백 제어하고, 이동체(8)를 주행시킨다.

도 4에, 피검출용 자석의 열(14)에 대한 리니어 센서(22)의 배치를 도시하고, 여기서는 리니어 센서(22b)가 자석의 열(14)과 완전히 중첩되고, 전후의 리니어 센서(22a, 22c)가 부분적으로 중첩되어 있다. 이 경우, 리니어 센서(22b)로부터의 출력이, 리니어 센서(22a, 22c)로부터의 출력보다, 진폭이 크고 또한 정밀도도 높으므로, 리니어 센서(22b)의 출력을 실렉터로 취출한다.

도 5에 리니어 센서(22)의 구조를 도시하고, 리니어 센서(23)도 마찬가지이다. 예를 들면 6 개, 10 개, 14 개 등의 코일(34)이 직렬로 배치되고, DA 컨버터를 이용한 교류 전원(36)으로부터의 전압으로 구동된다. 교류 전원(36)의 출력은, 일방이 어스 전위에 대하여 ＋V₀ / 2 · sinωt이고, 타방이 -V₀ / 2 · sinωt이다. 자석의 열(14)에 대하여, 리니어 센서(22)가 영구 자석 1 개분 이동하면, 센서(22)의 출력은 2π만큼 위상이 변화한다. 이 위상을 θ로 하면, 코일(34)의 출력은 sinθsinωt와 cosθsinωt 및 -sinθsinωt와 -cosθsinωt의 4 종류이고, 출력의 종류를 코일(34)의 상부에 나타낸다. 또한 양단의 2 개의 코일(34d, 34d)은 더미의 코일이다. 이와 같이 하면, 8 개의 위상 검출용의 코일(34)은 모두 좌우 양측에 다른 코일이 있으므로, 코일 간의 상호 인덕턴스가 공통이 되고, 8 개의 위상 검출용의 코일(34)의 임피던스를 균일하게 할 수 있다.

도 5의 회로로부터 sinθsinωt와 cosθsinωt의 출력이 얻어지고, ωt의 값은 교류 전원(36)측에서 이미 알고 있으므로, 도시하지 않은 부대 회로에서 예를 들면 sinθsinωt를 sinθcosωt로 변환한다. 이어서 sinθcosωt와 cosθsinωt를 가산하면, sin(θ ＋ ωt)가 얻어진다. 그리고 예를 들면 θ ＋ ωt = nπ(n은 정수)가 되는 시각부터, 위상(θ)을 알 수 있다.

도 4의 상황에서, 중앙의 리니어 센서(22b)로부터 큰 진폭의 출력이 얻어지는 기구를 도 6에 의해 설명한다. 도 5의 회로에서는, sinθsinωt의 출력이 얻어지는 코일과 -sinθsinωt의 출력이 얻어지는 코일을 직렬로, cosθsinωt의 출력이 얻어지는 코일과 -cosθsinωt의 출력이 얻어지는 코일을 직렬로 접속하고 있다. 코일(34)을 2 개씩의 조합으로 분해하면 도 6과 같이 된다. 도 6에서는, 피검출용 자석(14)에 대한, 코일(34, 34) 간의 위상의 차에 의해 출력이 발생한다. 여기서 센서(22a, 22c)와 같이, 자석과 부분적으로 밖에 중첩되지 않을 경우에는, 자석과 중첩되지 않은 코일에서는 출력이 작고, 또한 출력의 리니어리티(Linearity)도 낮다. 따라서 출력(a · sinθsinωt, a · cosθsinωt)에서의 진폭(a)의 값이 최대인 리니어 센서를 실렉터로 선택한다.

도 7에 커브용의 리니어 센서의 출력값과 구동부 궤도(제어 중심의 궤도) 상의 센서 출력값의 관계를 나타낸다. 사전에 이 관계를 구하여 대응표를 작성할 필요가 있지만, 대부분의 경우, 제어 중심의 위치에 리니어 센서를 설치하는 것은 곤란하므로, 예를 들면 인코더 등을 차륜(9, 10, 10)을 장착한 3 축 중 적어도 2 축 이상에 장착하고, 인코더의 출력값과 리니어 센서의 출력값을 대응시킴으로써, 리니어 센서의 출력값으로부터 구동부 궤도 상의 위치의 추정을 가능하게 한다. 이 경우, 이동체(8)를 저속으로 주행시키고, 또한 차륜(9, 10)의 궤도(4)에의 압력을 높게 하여 미끄러짐을 무시할 수 있도록 하여 차륜(9, 10)의 회전수를 인코더로 검출하고, 이 평균값을 기초로 제어 중심의 위치를 구한다. 이러한 방법 이외에, 예를 들면 도 2의 영구 자석의 열(12)의 좌우 쌍방에 광학 센서를 설치하고, 궤도(4)가 마주한 면에 광학적 마크를 배치하고, 마크를 판독하여 구한 위치를 평균하여 궤도 중심의 위치로 해도 된다.

도 7의 궤도 중심의 구동부 궤도 상의 센서 출력값과 커브용 센서 출력값은 직선이 아니고, 커브의 중앙부에 대하여 커브의 입구와 출구에서는 경사가 상이하다. 이는 커브의 곡률 반경을 중앙부와 입구 및 출구에서 상이하게 했기 때문이다. 커브의 입구와 출구에서는, 가이드 롤러와 궤도의 접촉이 안정될 때까지의 동안 불균일이 발생한다. 이 때문에 센서 출력값은 모두 미묘한 불균일이 있어, 커브용 센서 출력값의 단순한 함수로서 제어 중심의 위치를 구할 수 없다. 그러나 참조표를 이용하면 함수와 같은 제약은 없고, 커브용 센서 출력에 의해, 참조표로부터 즉시 제어 중심의 위치를 독출할 수 있다. 또한 복수개의 리니어 센서(22)에 대하여, 1 개의 LUT(30)로 제어 중심의 위치를 독출할 수 있다.

실시예에서는 이하의 효과가 얻어진다.

(1) 커브 구간에서도 이동체(8)의 제어 중심의 위치를 정확히 검출할 수 있어, 정확한 주행 제어를 할 수 있다.

(2) 이동체의 폭 방향의 중앙부의 리니어 모터와 간섭하지 않도록, 리니어 센서(22)와 피검출용 자석의 열(14)을 리니어 모터의 측방에 배치해도, 제어 중심의 위치를 구할 수 있다.

(3) 복수의 리니어 센서(22)로부터 최적인 리니어 센서를 선택하고, 1 개의 LUT(30)로부터 제어 중심의 위치를 독출할 수 있다.

(4) 이 때문에 커브 구간 등에서 이동체(8)를 정확히 정지시킬 수 있어, 공작 기계, 로드 포트 등의 배치의 자유도가 증가한다.

실시예에서는, 리니어 센서의 출력의 진폭을 이용하여, 어느 리니어 센서(22)를 이용할지를 결정했지만, 컨트롤러(32)측에서는 직전의 제어 중심의 위치를 이미 알고 있어, 이 위치를 기초로 어느 리니어 센서(22)를 이용할지를 결정해도 된다. 실시예에서는 코일(34)를 이용한 리니어 센서를 나타냈지만, 코일(34) 대신에 홀 소자 등의 다른 자기 센서를 이용해도 된다. 또한 피검출용 자석의 열(14) 대신에, 자성체와 비자성체를 교호로 배치한 열 등을 검출해도 된다.

2 : 이동체 시스템
4 : 궤도
5 : 직선 구간
6 : 커브 구간
8 : 이동체
9, 10 : 차륜
11 : 가이드 롤러
12 : 영구 자석의 열(가동자)
14 : 피검출용 자석의 열
15 : 제어 중심의 궤도
16 : 피검출용 자석의 중심 궤도
18 : 1 차측 코일
20 : 코일 구동부
22, 23 : 리니어 센서
24 : 리츠선
25 : 코일
26 : 지지 기둥
28 : 실렉터
30 : LUT
32 : 컨트롤러
34 : 코일
36 : 교류 전원
G : 제어 중심
C1, C2, C3 : 곡률 중심

Claims (4)

1. 이동체의 주행에 대한 제어 중심으로부터, 이동체의 주행 방향과는 상이한 방향으로 떨어진 위치에서, 상기 주행 방향에 따른 이동체의 위치를 검출하는 검출기를 설치하고, 또한
   상기 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 상기 검출기의 출력에 대한 상기 제어 중심의 주행 방향에 따른 위치를 기억하는 기억부와,
   상기 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어하는 제어부를 구비하고 있는 이동체 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동체의 주행 경로와 이동체에 리니어 모터가 설치되고, 상기 제어 중심은 리니어 모터를 제어할 시의 기준 위치이며,
   상기 검출기는 주행 경로 또는 이동체에서의 리니어 모터의 측방에 설치된 자기 센서로, 이동체 또는 주행 경로에서의 리니어 모터의 측방에 설치된 자석 또는 자성체를 검출하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 이동체에 설치된 자석 또는 자성체를 검출하도록, 주행 경로를 따라 상기 검출기가 복수 설치되고,
   상기 복수의 검출기의 출력으로부터, 자석 또는 자성체를 검출 중인 적어도 1 개의 검출기의 출력을 취출하는 실렉터가 설치되고,
   상기 실렉터의 출력에 의해 상기 기억부로부터 이동체의 제어 중심의 위치를 독출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체 시스템.
4. 이동체의 주행에 대한 제어 중심으로부터, 이동체의 주행 방향과는 상이한 방향으로 떨어진 위치에서, 검출기에 의해 상기 주행 방향에 따른 이동체의 위치를 검출하는 단계와,
   상기 이동체의 주행 경로 중 적어도 커브 구간에 대하여, 상기 검출기의 출력에 대한 상기 제어 중심의 주행 방향에 따른 위치를 기억하는 기억부로부터, 제어 중심의 위치를 독출하는 단계와,
   상기 기억부로부터 독출한 제어 중심의 위치에 기초하여, 이동체의 주행을 제어하는 단계를 반복 실행하는 이동체의 주행 제어 방법.
   

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