JP2007297189A - 走行台車 - Google Patents

Abstract

【構成】 昇降台の高さを加味してスタッカークレーンの重心の高さを求め、走行加減速度から慣性力を求める。重心の高さと慣性力、重心から前後の駆動車輪までの水平距離から、前後の駆動車輪に加わる輪圧を求め、求めた輪圧に比例してトルクを配分する。
【効果】 スタッカークレーンの前後の駆動車輪にトルクを最適に配分し、駆動車輪の空転やロッキングを無くし、大きな加減速度で走行させることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明はスタッカークレーンや有軌道台車や地上を無軌道で走行する無人搬送車などの走行台車に関し、特に複数の駆動車輪へのトルクの配分に関する。

走行台車の前後の駆動車輪に対して、加速時と減速時とでトルクの配分を変更することが知られている。例えば特許文献１では、加速時には後輪：前輪のトルクの比を６：４に、等速時にはトルクの比を１：１に、減速時には後輪：前輪のトルクの比を４：６にする例を示している。そして加速時と減速時とにより、後輪と前輪へのトルクの配分を変更することにより、車輪の空転やロッキングを少なくできる。発明者は前後の駆動車輪により適切にトルクを配分することを検討し、この発明に到った。
特開２００５−４１３８３号公報

この発明の課題は、前後の駆動車輪に適切にトルクを配分することにある。
請求項２の発明での追加の課題は、センサなどで輪圧を測定せずに、制御データから輪圧を求めることにある。
請求項３の発明での追加の課題は、昇降台の昇降に応じて、トルク配分を変更することにある。

この発明は、走行方向に沿って複数の駆動車輪を配置した走行台車であって、前記の各駆動車輪に加わる輪圧の比を求めるための輪圧検出手段と、求めた輪圧の比に応じて前記の各駆動車輪に走行に必要なトルクを配分するためのトルク配分手段、とを設けたことを特徴とする。

好ましくは、前記輪圧検出手段は、走行台車の重心高さと重心から前記の各駆動車輪までの水平距離、及び走行加減速度から、前記の各駆動車輪に加わる輪圧の比を求める。

特に好ましくは、走行台車はマストとマストに沿って昇降する昇降台とを備え、前記輪圧検出手段は、昇降台の高さに応じて前記重心高さを補正するための手段を備えている。

この発明では輪圧の比に応じて複数の駆動車輪にトルクを配分するので、トルクの過不足による車輪の空転、ロッキングなどを防止できる。そしてトルクを過不足無く配分すれば、過大なトルクが加わった側の駆動車輪から塵芥が発生することを減らし、トルク過剰の側の駆動車輪でトルク不足の駆動車輪を牽引することにより発生する振動を防止でき、またロッキングに伴って駆動車輪からきしみ音が発生することを防止できる。そして全体としては、より大きな走行加減速度で走行台車を走行させて走行時間を短縮できる。

走行台車の重心高さと重心から前記の各駆動車輪までの水平距離、及び走行加減速度から、前記の各駆動車輪に加わる輪圧の比を求めると、歪みゲージや圧力センサなどで輪圧を実際に測定する必要がない。また輪圧を検出した後にトルク配分にフィードバックするのではないので、センサの応答遅れなどの影響がない。即ち各時点での走行加減速度に従って、制御遅れ無しにもしくは僅かな制御遅れでトルクを最適配分できる。

マストと昇降台を備えた走行台車の場合、重心高さは昇降台の高さにより大きく変化する。そこで昇降台の高さに応じて重心高さを補正すると、昇降台の高さによらず、トルクを最適配分できる。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図４に、実施例のスタッカークレーン２を示す。各図において４は台車で、走行レール３に沿って走行し、台車４以外に上部台車を設けても良い。台車４には後部駆動車輪６と前部駆動車輪８を設け、前後合計２輪の駆動車輪とするが、前後合計４輪の駆動車輪等でも良い。１０は後部走行モータ、１２は前部走行モータで、１４は昇降モータ、１６はマストで、１７はドラム、１８はベルトやワイヤ，ロープなどの吊持材で、昇降台２０をマスト１６に沿って昇降させる。昇降台２０上の物品を２２で示し、２４は移載手段の例としてのスライドフォークである。２６は機上制御部で、モータ１０〜１４並びにスライドフォーク２４等を制御し、地上側制御部２８と通信して搬送指令を受信し、搬送結果を報告する。３０，３２はレーザ距離計で、レーザ距離計３０は走行方向位置を求め、レーザ距離計３２は昇降台２０の高さを求める。レーザ距離計３０，３２に代えて駆動車輪６，８やドラム１７の回転数などを図示しないエンコーダにより測定して、スタッカークレーン２の走行方向位置や走行速度、昇降台２０の高さや昇降速度を求めても良い。

図２に、スタッカークレーンの昇降制御系並びに走行制御系を示す。昇降速度パターン発生部４０は昇降台を目的の高さへ昇降させるための速度パターンを発生させ、ＰＩＤ制御部４１に昇降台の現在の高さ並びに昇降速度を入力して、制御量を発生させる。また例えばＰＩＤ制御部４１から、現在の目標昇降加減速度ａ2を出力する。なおレーザ距離計などの高さセンサの信号を時間に関して２階微分して、実測の昇降加減速度を求め、これを目標昇降加減速度ａ2の代わりに用いても良い。制振制御部４２では、ＰＩＤ制御部４１からの制御量に対し、昇降台２０の高さ方向の固有振動数領域での制御量を除くようにフィルタリングし、あるいはＰＩＤ制御部４１で昇降速度を変更する際に生じる昇降台２０の固有振動を打ち消すように、逆位相の振動を発生させるための制御量を追加する。制振制御部４２で補正された制御量をサーボ機構４３に入力し、昇降モータ１４をサーボ駆動する。サーボ駆動のため例えば昇降モータ１４の駆動電流iを監視し、フィードバック制御する。

走行速度パターン発生部５０は、台車４を現在位置から目的位置まで走行させるための速度パターンを発生し、ＰＩＤ制御部５１に台車４の走行方向位置並びに走行速度を入力して、走行速度パターンとの誤差を解消するように、ＰＩＤ制御による制御量を発生させる。制振制御部５２では、前記の制御量からスタッカークレーン２の走行方向の固有振動数領域の制御量を除くようにフィルタリングし、あるいは走行方向の加減速を行う際に生じるスタッカークレーンの固有振動を打ち消すように、逆位相の振動を生じさせるための制御量を付加する。制振制御部５２の出力は、前後の走行モータ１０，１２に加えるトルクの合計量に対応する。例えばＰＩＤ制御部５１から各時点での目標加減速度ａを発生するが、レーザ距離計などの走行方の位置センサの信号を２階時間微分して実測の走行加減速度を求め、これを走行加減速度ａの代わりに用いても良い。

トルク配分部５３は、制振制御部５２から出力される制御量を、前後の走行モータに配分し、この割合は前後の走行モータ１２，１０で発生させるトルクの比である。トルク配分部５３にはスタッカークレーンの走行加減速度ａを例えばＰＩＤ制御部５１から入力するが、走行速度パターン発生部５０から入力しても良く、また図１のレーザ距離計３０で求めた距離を２階時間微分して加減速度を求めても良い。トルク配分部５３には昇降台の高さＨ2並びに昇降台上の物品の有無を入力し、好ましくはこれ以外に昇降台に加わる慣性力を補正するため昇降加減速度ａ2を入力する。昇降台の加減速度ａ2が重力加減速度ｇに比べて充分小さく、例えば昇降加減速度ａ2が重力加減速度ｇの１／１０以下の場合、昇降加減速度ａ2は無視しても良い。トルク配分部５３はこれらのデータに基づき、前後の駆動車輪に加わる輪圧、即ち走行レール３等の走行面からの抗力を検出し、輪圧に比例するようにトルクを前後のサーボ機構５４，５５に配分する。なおトルクは輪圧に応じて配分すれば良く、必ずしも輪圧に比例する必要はない。例えば輪圧にほぼ比例するように配分すると良い。前後のサーボ機構５４，５５は前後の走行モータ１２，１０を各々サーボ駆動し、各モータ電流iを監視してフィードバック制御する。そして例えばモータ電流iは走行モータ１２，１０の出力トルクに比例する。

図３に、スタッカークレーン２の重心Ｇの高さＨの算出を示す。昇降台２０と物品２２の合計質量をｍ'とし、昇降加減速度をａ2とすると、昇降台から吊持材１８に加わる力はｍ'(ｇ−ａ2)となる。昇降台以外の部分の質量をｍ''とすると、スタッカークレーン２全体に働く重力は、スタッカークレーン２の見かけの質量をｍとして、
ｍｇ＝ｍ'(ｇ−ａ2)＋ｍ''ｇ となる。このためスタッカークレーン２の見かけの質量ｍは真の質量とは異なり、 ｍ＝ｍ'(１−ａ2／ｇ)＋ｍ'' となる。さらに昇降台や物品の重心高さをＨ2、昇降台以外の部分の重心高さをＨ3とすると、重心の公式によりスタッカークレーンの重心高さＨは、 Ｈ＝(ｍ'(１−ａ2／ｇ)Ｈ2＋ｍ''Ｈ3)／ｍ となる。Ｔ1は後部駆動車輪に加わる輪圧、Ｔ2は前部駆動車輪に加わる輪圧で、Ｇは重心位置で、重力ｍｇと慣性力−ｍａとが作用している。重心Ｇから後部駆動車輪６までの水平距離をＰ1、重心Ｇから前部駆動車輪８までの水平距離をＰ2とする。

駆動車輪６，８が弾性のあるタイヤで構成されているものとして、輪圧Ｔ1，Ｔ2の算出を図４に示す。重心Ｇに作用する重力ｍｇとモーメントの釣り合いが生じるためには、輪圧Ｔ1は ｍｇ・Ｐ2／(Ｐ1＋Ｐ2) となる。同様に、重力ｍｇによるモーメントと釣り合うために、輪圧Ｔ2は ｍｇ・Ｐ1／(Ｐ1＋Ｐ2) となる。慣性力−ｍａによるモーメントと釣り合うように駆動車輪６，８が上下に弾性変形し、台車４が水平方向から僅かな角度θだけ傾いているものとする。そして傾きθに伴う駆動車輪６，８のバネ力をＦ1，Ｆ2とし、輪圧Ｔ1,Ｔ2はバネ力をＦ1，Ｆ2の分だけ、上記の値からシフトしているものとする。慣性力−ｍａによる力のモーメントとバネ力Ｆ1，Ｆ2による力のモーメントとが釣り合うため、 ｍａＨ＝Ｆ1Ｐ1＋Ｆ2Ｐ2 となる。次にバネ力Ｆ1，Ｆ2はバネ定数をｋとして、Ｆ1＝ｋＰ1θ，Ｆ2＝ｋＰ2θ で表されるため、 ｍａＨ＝ｋθ(Ｐ1²＋P2²) となる。これからバネ力中のｋθが求まり、バネ力Ｆ1，Ｆ2を消去すると、
Ｔ1＝ｍｇ・Ｐ2／(Ｐ1＋Ｐ2) ＋ ｍａＰ1Ｈ／(Ｐ1²＋Ｐ2²) となる。同様に、
Ｔ2＝ｍｇ・Ｐ1／(Ｐ1＋Ｐ2) − ｍａＰ2Ｈ／(Ｐ1²＋Ｐ2²) となる。以上のようにして輪圧Ｔ1，Ｔ2が求まると、これに比例してトルク配分部でトルクを配分する。

ここでは駆動車輪６，８が弾性のあるタイヤとして輪圧の比を求めたが、駆動車輪６，８の弾性が無視できる場合、例えば駆動車輪６周りの重力や慣性力による力のモーメントと駆動車輪８に加わる輪圧Ｔ2の力のモーメントの釣り合いを求めると良い。これによって力のモーメントＴ2が求まる。同様に駆動車輪８周りの重心に働く重力と慣性力並びに駆動車輪６に働く輪圧との力のモーメントの釣り合いから、輪圧Ｔ1が求まる。そして求めた輪圧の比に比例してトルクを配分しても良い。

駆動車輪６，８に加わる輪圧に比例してトルクを配分すると、以下の効果が得られる。
(1) 前後の駆動車輪に対し、トルクを最適に配分できる。
(2) このためトルクの過不足が生じず、トルクが過大なため駆動車輪が空転することや、トルク不足のために駆動車輪がロッキングされてロッキング音の"鳴き"が生じることがない。
(3) ロッキングや空転が生じにくいので、大きな加減速度でスタッカークレーンを走行できる。
(4) 前後の駆動車輪にトルクを最適に配分しているので、スタッカークレーンの振動が生じにくい。
(5) 前後の駆動車輪のトルクがバランスしているので、走行レールとの接触による塵芥を少なくできる。

実施例では前後各１輪のスタッカークレーンを示したが、前後各２輪のスタッカークレーンを４輪駆動する場合、実施例と同様に前輪に配分するトルクを設けて、これを１／２ずつ左右の前輪に配分し、同様に後輪に配分するトルクを求めて１／２ずつ左右の後輪に配分すると良い。スタッカークレーンの上部にも台車を設ける場合、昇降台以外の部分による台車の重心位置を、下部の台車並びに上部の台車、マストとを加味して決定すると良い。実施例は、スタッカークレーンに限らず、有軌道台車や地上を無軌道で走行する無人搬送車などにも適用でき、特にマストと昇降台を備えた走行台車に適している。

実施例のスタッカークレーンの要部側面図 実施例のスタッカークレーンの走行と昇降の制御系を示すブロック図 実施例のスタッカークレーンに加わる力の釣り合いを示す模式図 実施例のスタッカークレーンでの輪圧Ｔ1,Ｔ2を説明する模式図

符号の説明

２ スタッカークレーン
３ 走行レール
４ 台車
６ 後部駆動車輪
８ 前部駆動車輪
１０ 後部走行モータ
１２ 前部走行モータ
１４ 昇降モータ
１６ マスト
１７ ドラム
１８ 吊持材
２０ 昇降台
２２ 物品
２４ スライドフォーク
２６ 機上制御部
２８ 地上側制御部
３０，３２ レーザ距離計
４０ 昇降速度パターン発生部
４１，５１ ＰＩＤ制御部
４２，５２ 制振制御部
４３ サーボ機構
５０ 走行速度パターン発生部
５３ トルク配分部
５４，５５ サーボ機構

Ｇ 重心
ｇ 重力加減速度
ａ 走行加減速度
ａ2 昇降加減速度
ｍ スタッカークレーンの全質量
ｍ' 昇降台質量
ｍ'' 昇降台以外の質量
Ｈ スタッカークレーンの重心高さ
Ｈ2 昇降台と物品の重心高さ
Ｈ3 昇降台以外の部分の重心高さ
Ｐ1,Ｐ2 重心から駆動車輪までの水平方向距離

Claims (3)

1. 走行方向に沿って複数の駆動車輪を配置した走行台車であって、
   前記の各駆動車輪に加わる輪圧の比を求めるための輪圧検出手段と、求めた輪圧の比に応じて前記の各駆動車輪に走行に必要なトルクを配分するためのトルク配分手段、とを設けたことを特徴とする、走行台車。
2. 前記輪圧検出手段は、走行台車の重心高さと重心から前記の各駆動車輪までの水平距離、及び走行加減速度から、前記の各駆動車輪に加わる輪圧の比を求めることを特徴とする、請求項１の走行台車。
3. 走行台車はマストとマストに沿って昇降する昇降台とを備え、
   前記輪圧検出手段は、昇降台の高さに応じて前記重心高さを補正するための手段を備えていることを特徴とする、請求項２の走行台車。
   

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