TWI454871B

TWI454871B - 移動體系統和移動體之控制方法

Info

Publication number: TWI454871B
Application number: TW099130022A
Authority: TW
Inventors: Tomoki Sato
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-10-01
Also published as: KR101345278B1; CN102009832A; EP2292461A3; TW201113208A; SG169940A1; JP4924995B2; US20110060490A1; EP2292461A2; CN102009832B; JP2011059839A; KR20110027563A

Description

移動體系統和移動體之控制方法

本發明係關於利用地面側的控制而使移動體行走之系統。

本發明人就使用地面初級的線性馬達，使複數移動體進行移動的系統，針對連續監視移動體的位置，且利用線性馬達連續驅動移動體的系統進行檢討。若能獲得此種系統，便可一邊實質地經常監視諸如懸吊式搬運車等移動體的位置，一邊施行行走控制。另外，專利文獻1(日本專利特開昭62152303)有提案：將線性感應馬達的初級側線圈設置於地面，並將次級側導體設置於移動體上，並將初級側線圈依次級側導體長度以下的間距排列。

本發明的課題在於：可一邊連續監視移動體位置，一邊連續對驅動移動體的線性馬達初級側進行控制。

本發明的追加課題在於：可遍及移動路徑全長，連續監視移動體位置，並回饋給行走控制。

本發明再另一追加課題在於：對複數移動體進行同步行走控制。

本發明的移動體系統，其具備有：設有線性馬達次級側構件的複數移動體；以及可沿上述複數移動體移動路徑而依上述次級側構件長度以下的間距複數設置的上述線性馬達初級側構件；如此之移動體系統，其特徵為，其具備有：感測器，依上述次級側構件長度以下的間距複數設置，以檢測移動體位置；控制部，利用來自上述感測器的位置訊號，對上述初級側構件進行控制。

本發明可在將線性馬達的初級側構件與感測器，依次級導體長度以下的間距配置之區間中，隨時檢測移動體的位置，並隨時對線性馬達的初級側進行回饋控制。因而，可連續監視複數移動體的位置並可連續控制。又，上述移動路徑係除直線區間之外，尚設有分支部、合流部、及曲線區間，構成線性馬達的次級側構件可沿上述移動路徑，在分支部、合流部、及曲線區間中能撓曲自如，藉此便可經常將回饋施加給線性馬達的初級側。

較佳為，上述線性馬達係線性同步馬達，上述次級側構件係磁鐵列，上述感測器係能取得絕對位置的感測器，且上述感測器與上述初級側構件係依上述次級側構件長度以下的間距配置。若依此，便可遍及行走路徑全長，連續監視移動體的位置，俾可對行走進行回饋控制。

較佳為，上述感測器係對上述次級側構件的磁鐵列進行檢測之感測器。若依此，使用線性馬達次級側構件的磁鐵列，便可檢測移動體的位置。

再者較佳為，上述控制部係由系統控制器與複數區域控制器構成，該等複數區域控制器係使用系統控制器下位的控制器，利用來自系統控制器的每個移動體之位置指令、與來自上述感測器的位置訊號，對上述初級側構件進行控制；各區域控制器係每隔既定1控制週期，將移動體的位置報告給系統控制器；上述系統控制器係每隔上述1控制週期，將位置指令傳送給各區域控制器。

若依此，則可將複數移動體的位置控制一邊利用系統控制器集中監視複數移動體的位置，一邊依照來自系統控制器的位置指令使各個移動體進行同步行走。

特佳為，上述控制部係使複數移動體沿移動路徑依等速同步行走。若依此，便可使多數移動體不會有干涉地有效率進行移動。

再者，本發明的移動體之控制方法，係為利用以下之系統，控制上述複數移動體，且該系統具備有：設有線性馬達次級側構件的複數移動體；以及沿上述複數移動體移動路徑而依上述次級側構件長度以下的間距複數設置的上述線性馬達初級側構件；其執行以下步驟：a)：利用上述依次級側構件長度以下的間距複數設置的感測器，連續檢測移動體位置的步驟；b)：利用所求得之位置，對上述初級側構件進行控制的步驟。

本說明書中，關於移動體系統的記載係可直接適用於移動體之控制方法，反之，關於移動體之控制方法的記載係可直接適用於移動體系統。

以下例示為實施本發明用的最佳實施例。實施例係可參照該領域的習知技術進行適當變更，並非用來限定本發明之範圍。

圖1~圖15所示係實施例的移動體系統2及其變化。如圖1所示，移動體20的行走路徑係例如由複數區域內輸送路線(intrabay route)4經由跨區域輸送路線(interbay route)6而相互連接。沿路徑4、6設置複數站8。10係路徑4、6的直線區間，11係曲線區間，12係分支合流部，將分支部與合流部統稱為「分支合流部」。又，圖1中的鏈線13係指區域邊界。而且，移動體20係例如：懸吊式搬運車、在地面上依有軌道行走的有軌道台車、或推疊式吊車(stacker crane)等，在此設為懸吊式搬運車。實施例中，因為移動體20並未設有移載裝置，因而在站8中設置與移動體20同步行走的移載裝置，俾一邊使移動體20與移載裝置依等速行走，一邊進行搬送物品的移載。

22係區域控制器，各個區域內輸送路線4及跨區域輸送路線6等成為區域的單位，可由大於此的單位構成區域，或者亦可將1個區域內輸送路線4區分為複數區域，並將跨區域輸送路線6區分為複數區域。24係系統控制器，經由區域控制器22對整體移動體系統2進行控制，特別係對移動體20的行走、與在站8中所設置的移載裝置進行控制。而且，區域控制器22與系統控制器24係利用LAN25進行連接，區域控制器22係依照來自系統控制器24的指令，對區域內的移動體20與站8的移載裝置進行控制。

圖2所示係移動體20的構造，在移動體20上部設置收貨台，在底部設置有例如前後一對轉向架車26、26，27係使轉向架車26轉動的轉向軸(bogie shaft)。又，28係車輪。在轉向架車26例如底部設有磁鐵陣列30，並依轉向架車26進行轉動之際，前後磁鐵陣列30、30不會干涉的方式設置間隙。或者，取代間隙，亦可改變前後磁鐵陣列30、30的高度，形成即使該等相互重疊仍不會干涉的狀態。且，磁鐵陣列30亦可非設置於轉向架車26，而設置於移動體20的固定底部，移動體亦可未設置轉向架車。亦可在移動體20中設置非接觸供電裝置或發電裝置等，並搭載諸如感測器類、通信機器、移載裝置等。

32係線性同步馬達的初級側線圈，依前後磁鐵陣列30、30之合計長L以下的間距配置，將初級側線圈32的長度設為d。34係驅動部，對初級側線圈32進行控制而當作線性同步馬達進行動作。36係線性感測器，藉由檢測磁鐵陣列30而檢測移動體20的位置，在初級側線圈32、32間各設置1個，並依磁鐵陣列30之合計長度L以下的間距配置。此處的「以下」係包含「等於」的情況。g係線圈32、32間的間隙長，線性感測器36係配置於間隙的部分中。

圖3所示係將磁鐵陣列30撓曲自如的模型。若設置複數磁鐵陣列30，並搭載於每個轉向架車，便等同在磁鐵陣列30、30間設置節31。因而即便在曲線區間等處仍可進行移動體的加減速。

圖4所示係地面側的初級側線圈(馬達)32、與線性感測器36的配置。圖5所示係初級側線圈32與線性感測器36呈同一直線狀配置例，圖6所示係將初級側線圈32與線性感測器36配置成平行的二直線狀例。38係由諸如微電腦、數位訊號處理器等所構成的訊號處理部，對來自線性感測器36的訊號進行處理，並將由移動體20的絕對座標所構成位置傳送給區域控制器22。40係區域LAN，將區域控制器22、驅動部34及訊號處理部38予以連接。區域控制器22較佳係每個分別設置於複數個初級側線圈32與複數個線性感測器36。

線性感測器36係直接檢測在對同步馬達進行控制時屬必要不可或缺的磁極位置，藉由對磁極位置的資訊進行處理，便可求得移動體的絕對座標。圖7所示係線性感測器36與其訊號處理部38。磁鐵陣列30係依既定間距且磁鐵31沿移動體的移動方向排列。線性感測器36中，檢測用線圈42係在與磁鐵陣列30同方向呈一列例如排列偶數個。實施例中，將線圈42的間距、與磁鐵31的間距設為相等，但亦可將線圈42的間距設為磁鐵31的間距之整數倍，或將磁鐵31的間距設為線圈42的間距之整數倍。又，44係霍耳元件，設置於線圈42之列的例如二端處，但除此之外，亦可依線圈42、42間的每個切割節設置霍耳元件44。霍耳元件44係用以檢測出磁鐵陣列30的呈現、及磁鐵31、31邊界的呈現者。藉此，便可由霍耳元件44求得較磁鐵31更長單位的磁鐵陣列30之位置。

訊號處理部38中，利用計數器50製成相位訊號ωt，並由正弦波電源49輸出相位為ωt的正弦波V1、V2，其中，V1係正相，V2係反相，將該等電壓施加給例如一對線圈42、42。即，將偶數個線圈42設定為從接近中心側朝遠離側，左右各設置1對而成對配置，對該等成對的一端施加電壓V1，並對另一端施加電壓V2。處理電路46係對來自線圈42之成對的訊號(例如，1對線圈中點的電壓)施行處理，並依小於線圈42長度的單位，求取磁鐵陣列30的位置。例如，當磁鐵31的間距與線圈42的間距相等之情況，來自線圈42的訊號便依磁鐵陣列30每次週期性重複移動2等份之磁鐵31。此處，處理電路46係依1個磁鐵31長度以下之單位求取位置。接著，利用計數器47計數由霍耳元件44所檢測到磁鐵31的數量，並將該數值乘上磁鐵31之1等份的長度，再加計於由線圈42所求得位置，便可求得磁鐵陣列30的位置。且，在補償記憶部48中記憶有線性感測器36的原點位置(例如，中心位置)絕對座標，經將其加計上所求得位置後，便輸出磁鐵陣列30的絕對座標。

線性感測器36係可區分為：所有線圈42均與磁鐵陣列30呈對向之狀態，以及僅其中一部分線圈呈對向之狀態，並可辨識與磁鐵陣列30呈對向的線圈、及未呈相對向的線圈。在此，即便未計數來自霍耳元件44的訊號，仍可檢測磁鐵陣列30的位置。

若使用應答時間未滿1msec(較佳係未滿0.1msec)之高速應答霍耳元件52，便可在未使用線性感測器36的情況下，檢測磁鐵陣列30的位置。圖8、圖9所示係此種變化例。例如，錯開磁鐵31的二個間距份配置一對霍耳元件52、52，並利用輸入介面54處理該等訊號，俾監視到底左右哪一霍耳元件先檢測到磁鐵。在波形記憶部55中，將先檢測到磁鐵的霍耳元件訊號視為1週期份，即，記憶磁鐵31的二間距份，並在比較部56中將較晚檢測到磁鐵31一側的霍耳元件輸出、與所記憶的波形進行比較，並由相位計算部57求取相位θ。又，每次相位計算部57到達既定相位，便將計數器58的值例如每次加計1，並求取是否檢測磁鐵陣列30中第幾間距的磁鐵31。將該變數設為n，如圖8所示。

若左右一對霍耳元件52、52的特性已整合，該等便對磁鐵陣列30輸出相同的波形。在此，若記憶有由上游側所檢測到的波形，並藉由與其相比較而檢測出相位，即便霍耳元件52與磁鐵31間之間隔有變動，或霍耳元件52所接受的磁場未必非為正弦波狀的情況，仍可正確地求得相位。在此，雖使用左右一對霍耳元件，但亦可在檢測用霍耳元件的二側，相隔例如磁鐵31的二間距份間隔設置一對比較用霍耳元件。

圖10所示係區域控制器22與初級側線圈32、線性感測器36等間之關係。區域控制器22係經由LAN25而依每1控制週期，報告移動體的位置與速度、以及其他的狀態，而系統控制器24便依每個控制週期將位置指令等傳送給區域控制器22。控制週期係例如設為1msec~100msec、更佳係1msec~10msec，此處設為當系統控制器24接收到位置與速度報告的時點，便開始下一控制週期。

區域控制器22的通信部60係與系統控制器24進行通信，而多工器61係將來自感測器單元66的位置與速度之訊號，讓渡給位置指令產生器62。位置指令產生器62係產生對複數個線圈單元68的位置指令，因而附加來自哪一感測器單元66的資料，或者將移動體的絕對座標，則同時將位置及速度的訊號讓渡給位置指令產生器62。位置指令產生器62便依每個移動體產生目標位置與目標速度，並對符合的線圈單元68進行控制。警示部63係若移動體明顯偏離目標位置或目標速度、或者發生過電壓、過電流、既定值以上的電壓降等情況時，便產生警示訊號，同時利用由系統控制器所保持的前後台車位置資訊，例如使其安全無碰撞地停止。

感測器單元66係由上述線性感測器36與訊號處理部38構成，依照較1控制週期更短的週期(例如，1控制週期10~100次左右)報告位置與速度。線圈單元68係由上述初級側線圈32與其驅動部34構成，驅動部34係依1控制週期接收位置指令，並依朝所指令的位置移動方式，就對初級側線圈32所施加電流的相位與頻率進行控制。

圖10的構造係就複數移動體20的同步行走模型，如圖11、圖12所示。系統控制器24係具備有成為系統整體基準的時鐘，系統內的各控制器係使自己的時鐘與系統控制器24的時鐘其時間一致。系統控制器24係對區域控制器22傳送為進行同步用的同步封包(a)，若區域控制器接收到該同步封包(a)，便執行自我的處理，藉此便使系統控制器24與區域控制器22同步。區域控制器22便在此之同時，對伺服放大器(初級側線圈的驅動部34與訊號處理部38)傳送同步封包(b)，若伺服放大器有接收到該封包，便執行感測器訊號的讀取處理(c)、移動體的速度控制(d)、及移動體的位置控制(e)。藉此，區域控制器22與伺服放大器便同步，系統整體便在圖12所示延遲時間Δt內同步地進行動作。藉由同步控制，便可對複數台移動體統括地控制著位置與速度，且可使線性馬達的初級側線圈轉乘順暢。

系統內的同步控制必須高速且大容量的LAN25，因為本系統係使裝置(控制器與伺服放大器)集中於地面側，因而即便大規模系統仍可在裝置間同步取得。

圖13所示係：1)從區域控制器對系統控制器的位置等的報告；2)從系統控制器對區域控制器的位置指令；以及3)從區域控制器對線圈單元的速度指令。對系統控制器24的報告係例如依每1msec~100msec等的控制週期執行，從位置報告起至下一報告為「1控制週期」。而且，系統控制器24係依每控制週期，較佳係在控制週期的初期便將位置指令傳送給區域控制器。區域控制器係在1控制週期期間，從線性感測器接收複數次的位置與速度報告，並配合此而生成速度指令，且回饋給線圈單元68。

圖14所示係從區域控制器對系統控制器的報告封包80，以及從系統控制器對區域控制器的位置指令封包82。來自區域控制器的報告封包80中，記載著：來自區域控制器的報告、以及區域控制器的ID。接著，針對在區域控制器管理下的某1台~複數台移動體，通知各自的位置與速度、ID、及其他資訊。另外，亦可依每個移動體傳送封包80，在1個封包中並未含有複數移動體的資訊。

來自系統控制器的封包82係記載著：來自系統控制器的封包、及收件者的區域控制器ID，並依每個移動體附加下一個控制週期的目標位置與其他資訊。封包82亦可構成對每個移動體的各自封包。若將移動體速度設為例如最大每秒10m，因為控制週期係1~100msec，因而移動體的目標位置便相對於目前位置處於前方1m~10mm處。另一方面，即便移動體呈最密配置的情況，移動體的車體中心間距離係例如1m以上，可從封包82判定區域控制器到底係朝哪一移動體的目標位置。另外，若將控制週期設為1~10msec，則目標位置位於目前位置前方100~10mm處。

圖15所示係系統控制器24的構造。通信部91係與區域控制器側的通信部60進行通信，分配控制部93係與未圖示生產控制器進行通信，或者與生產控制器及系統控制器24的上位控制器等進行通信，並接收搬送請求，且報告搬送結果。位置指令產生器90係依每1控制週期生成對各個移動體的位置指令，而狀態表92係記憶有：沿各移動體行走路徑的位置與速度、目的地、截至目的地前的行走路徑、行走的優先度、以及處於物品搬送中、空車、故障中等狀態。狀態表92係記憶著沿行走路徑的移動體狀態，並依每1控制週期更新。

退縮控制部94係判定從狀態表92中的移動體行走路徑與優先度、以及位置等的退縮必要性，並藉此變更移動體的行走路徑及目標位置等，並變更狀態表92中所記載的行走路徑。合流控制部95係求取在分支合流部處會有干涉可能性的移動體組合，並通知給位置指令產生器90。干涉搜尋部96係為防止在分支合流部位外的移動體間干涉，而從狀態表92的資料中讀取移動體的位置與速度，並求取會有干涉可能性的移動體組合，且通知給位置指令產生器90。位置指令產生器90便依避免干涉的方式進行速度控制。

實施例係可獲得以下的效果。

(1)至少對直線區間連續監視移動體20的位置，便可對線圈單元68連續施加回饋控制。

(2)利用系統控制器24，可對複數台移動體20在行走路徑的全域中進行絕對位置的控制。

(3)因為利用系統控制器24進行集中控制，因此不同於利用各區域控制器單位產生位置指令的分散控制，可使通過區域控制器邊界時的處理較為簡單。

(4)因為系統控制器24係依全域執行位置控制，因而可正確地管理各時刻下的所有移動體20之位置，全域均可進行移動體的移動控制及前後移動體間的台車間距離控制。所以，可進行最佳分配，而可進行為避免堵塞情況的最佳退縮，且可確實防止干涉情形。

(5)可使移動體20密集(即，以較短的車間距離)行走。如實施例，若將初級側線圈32依磁鐵陣列30的長度以下間距進行配置，便可依每2個初級側線圈32最大配置1台移動體20。特別係在系統控制器24與區域控制器22的控制下，可使複數移動體依等速同步行走。

(6)使移動體20在站8中與移載裝置進行同步行走之事較為容易。在此，若為進行移載而將移動體20減速，則後續移動體亦可同步進行減速控制。

(7)因為在移動體20的轉向架車26、26設置磁鐵陣列30、30，因而即便曲線區間亦可加速。

實施例雖使用線性同步馬達，但亦可使用線性感應馬達，並在移動體20中設置諸如鋁等次級導體。在此情況下，在移動體20於次級導體外另行設置諸如磁鐵等磁標記(magnetic mark)，並利用線性感測器36進行檢測。即便移動體的分支與合流係利用未圖示導引輥與導軌等進行機械式控制，惟藉由在轉向架車的側部所設置的磁鐵利用地面側的線圈進行相吸與反斥，便可進行電磁式控制。又，分支合流的控制係由系統控制器經由區域控制器執行。

2．．．移動體系統

4．．．區域內輸送路線

6．．．跨區域輸送路線

8．．．站

10．．．直線區間

11．．．曲線區間

12．．．分支合流部

13．．．區域邊界

20．．．移動體

22．．．區域控制器

24．．．系統控制器

25．．．LAN

26．．．轉向架車

27．．．轉向軸

28．．．車輪

30．．．磁鐵陣列

31．．．節

31．．．磁鐵

32．．．初級側線圈

34．．．驅動部

36．．．線性感測器

38．．．訊號處理部

40．．．區域LAN

42．．．線圈

42．．．檢測用線圈

44．．．霍耳元件

46．．．處理電路

47、50、58．．．計數器

48．．．補償記憶部

49．．．正弦波電源

52．．．霍耳元件

54．．．輸入介面

55．．．波形記憶部

56．．．比較部

57．．．相位計算部

60、91．．．通信部

61．．．多工器

62．．．位置指令產生器

63．．．警示部

66．．．感測器單元

68．．．線圈單元

80．．．報告封包

80、82．．．封包

82．．．位置指令封包

90．．．位置指令產生器

92．．．狀態表

93．．．分配控制部

94．．．退縮控制部

95．．．合流控制部

96．．．干涉搜尋部

98．．．誤差檢測部

a、b．．．同步封包

c．．．讀取處理

d．．．速度控制

e．．．位置控制

g．．．間隙長

L．．．合計長

V1、V2．．．正弦波

ωt．．．相位訊號

圖1顯示實施例的移動體系統佈局俯視圖。

圖2顯示實施例中，設有線性馬達次級側的移動體、在地面側所設置線性馬達初級側及線性感測器之圖。

圖3顯示撓曲自如的磁鐵陣列模型圖。

圖4顯示線性馬達次級側與線性感測器的配置方塊圖。

圖5顯示線性馬達次級側與線性感測器間之位置關係圖。

圖6顯示線性馬達次級側與線性感測器間之其他位置關係圖。

圖7為圖2所示線性感測器的方塊圖。

圖8為使用霍耳元件的感測器方塊圖。

圖9顯示對圖8中之霍耳元件輸出的訊號處理波形圖。

圖10顯示實施例中區域控制器與線性馬達驅動部間之關係方塊圖。

圖11顯示實施例中裝置間的同步控制模型圖。

圖12顯示實施例中封包間的時序與延遲時間之模型圖。

圖13為實施例中，顯示1)從區域控制器對系統控制器的報告；2)從系統控制器對區域控制器的位置指令；3)從區域控制器對線性馬達驅動部的速度指令波形圖。

圖14顯示區域控制器與系統控制器間之通信資料示意圖。

圖15為實施例中的系統控制器方塊圖。