JP4021228B2 - スタッカークレーンの速度・位置制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動倉庫等に用いるスタッカークレーンの速度・位置制御方法に関し、特にスタッカークレーンを目標位置に縦フレームの振動が少なく、短時間に走行させることができるスタッカークレーンの速度・位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスタッカークレーンの速度・位置制御を行うには、スタッカークレーンの走行距離を検出する必要がある。このスタッカークレーンの走行距離を検出する方法として、走行レールにバネで押しつけた計測輪の回転数をエンコーダで計測する方法がある。この走行距離計測方法は、装置構成が簡易で、低コストで実現できる利点があるが、計測輪の滑りにより計測した走行距離値に累積誤差が生じるという問題がある。この累積誤差により、スタッカークレーンが目標停止位置に停止できずオーバランしたり、目標停止位置前のクリープ距離が長くなる。
【０００３】
この対策として、停止位置間に走行レールに沿って各連毎に配置したドグ板（ストライカー）を検出して、その都度エンコーダの走行距離データを補正する方法があるが、高速では検出精度が悪く、補正できないという問題がある。そこで、この累積誤差の補正をスタッカークレーンが減速領域に入ってから停止位置間にあるドグ板の位置情報で行っている。
【０００４】
一方、負荷変動等に影響されることなく、スタッカークレーンを正確に目標パターンに追従させるために、短い周期で速度・位置をフィードバックしている制御系（サーボ系）においては、ドグ板の検出時に走行距離検出装置の計測走行距離の累積誤差を一度に補正すると、急激な速度変化が発生する。これは制御系がその補正量を位置ズレと見做し、そのズレを無くそうと作用するためである。このような急激な速度変化は、縦フレームに振動を発生させるので、スタッカークレーンは停止後、即座にフォーク動作に移行できないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、スタッカークレーンの縦フレームに与える振動を抑えつつスタッカークレーンの走行距離を検出する走行距離検出の累積誤差を補正し、スタッカークレーンを目標停止位置に速やかに且つ精度よく停止させることができるスタッカークレーンの速度・位置制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、スタッカークレーンの走行距離を検出する走行距離検出器及び制御用計算機を具備し、該制御用計算機から所定の走行パターンに従って速度指令をインバータに送出し、該インバータは該速度指令に従った電圧・周波数を走行用電動機に供給し、走行距離検出器の走行距離検出信号を制御用計算機にフィードバックして所定の制御周期でスタッカークレーンの速度及び位置を制御するスタッカークレーンの速度・位置制御方法であって、スタッカークレーンの走行路に沿って所定間隔でドグ板を設け、該スタッカークレーンに該ドグ板を検出するドグ板検出器を設けると共に、予め該各ドグ板の位置を示すドグ位置データを保持するデータ保持手段を設け、制御用計算機は、スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となり、ドグ板検出器が前記ドグ板を検出したら、データ保持手段が保持する該ドグ板のドグ位置データと走行距離検出器で検出した走行距離との差を求めると共に、目標停止位置までの制御回数と１制御当りの補正値を求め、該走行距離検出器で検出した走行距離を該補正値と補正回数に基づいて補正する処理を、ドグ板検出器がドグ板を検出する毎に行うことを特徴とする。
【０００７】
上記のようにスタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となり、ドグ板検出器がドグ板を検出したら、ドグ位置データと検出した走行距離との差を求めると共に、目標停止位置までの制御回数と１制御当りの補正値を求め、該走行距離検出器で検出した走行距離を該補正値と補正回数に基づいて補正するので、スタッカークレーンの急激な速度変動は抑制しつつ、走行距離検出器で検出した走行距離を補正することができる。また、ドグ板を検出する毎に走行距離を補正する制御回数と補正値を求めるので、常に最新の走行距離の誤差に対応でき、スタッカークレーンをその縦フレームに発生する振動を抑えつつ、速やかに且つ精度良く目標停止位置に停止させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスタッカークレーンの速度・位置制御方法において、前記制御用計算機は、前記スタッカークレーンの走行開始からカム曲線に従う速度パターンで所定の制御周期毎の該スタッカークレーンの位置Ｘｃを算出すると共に、走行距離検出器で検出した走行距離値と該制御周期毎の該走行距離値の変化量から該スタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出し、算出した位置Ｘｃと該走行距離Ｘとから位置偏差値Ｘｅを求め、該位置偏差値Ｘｅに比例制御より速度制御量値Ｖｍを求める位置制御ループ機能と、該速度制御量値Ｖｍと前記検出速度Ｖの差Ｖｅを求め、該差Ｖｅに対するＰＩＤ（比例・積分・微分）制御により速度増減指令値Ｖｄを求め、該速度増減指令値Ｖｄに前記検出速度Ｖの値を加算して速度指令値を求め、該速度指令値に基づいて前記インバータに速度指令を出力する機能を具備し、前記スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となったら、前記走行距離値として前記補正した走行距離値を用い、該スタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
制御用計算機は上記のような機能を具備し、スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となったら、補正した走行距離値からスタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出するので、請求項１に記載の上記作用に加え、スタッカークレーンの加速度の微分値が連続する速度パターンに従って走行することになり、走行中のスタッカークレーンの縦フレームの振動を更に低減できると共に、停止直前のクリープ速度をなくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る速度・位置制御方法を実施する制御装置の構成例を示す図である。本制御装置は図示するように、クレーン制御用計算機１を具備し、該クレーン制御用計算機１からの速度制御量をＤ／Ａ変換器２でアナログ信号に変換し、該変換した速度制御量をインバータ３に出力し、該インバータ３は該速度制御量に従う電圧、周波数を走行用の誘導電動機（インダクションモータ）４に供給する。これによりスタッカークレーンはクレーン制御用計算機１からの速度制御量に従って走行する。
【００１３】
スタッカークレーンの走行は走行検出器（例えば、走行レールにバネで押しつけた計測輪の回転数をエンコーダで計測する構成のもの）５で検出され、その検出出力は、パルスカウンタ６に出力され、該パルスカウンタ６でカウントされる。この計測輪の一回転当りの距離は既知であるから、パルスカウンタ６のカウント値で走行距離がわかる（即ち、走行検出器５とパルスカウンタ６とでスタッカークレーンの走行距離を検出する走行距離検出器を構成する）。パルスカウンタ６のカウント値がスタッカークレーンの走行距離Ｘとしてクレーン制御用計算機１にフィードバックされる。クレーン制御用計算機１は従来のフィードフォワード制御機能を有するものでもよく、また、このフィードフォワード制御機能に加え、速度・位置フィードバック制御の機能を有するものでもよい。図１において、７はスタッカークレーンに制動をかける電磁ブレーキである。
【００１４】
上記構成の制御装置において、走行検出器５に例えば走行レールにバネで押しつけた計測輪の回転数をエンコーダで計測する構成のものを用いると、計測輪の滑りにより、パルスカウンタ６のカウント値は正確な検出走行距離に対応せず累積誤差が生じる。ここではスタッカークレーンが減速領域に入り所定減速度以下になったら、自動倉庫の走行レールに沿って各連毎に設置したドグ板の検知とその位置情報を利用して累積誤差の補正を行う。即ち、スタッカークレーンに該ドグ板を検出するドグ板検出器８を設け、更にクレーン制御用計算機１にはデータ保持手段（メモリ）に予め各ドグ板に対応した位置情報をドグ位置データとして保持させておき、スタッカークレーンが目標停止位置の手前所定範囲の減速領域に入り所定減速度以下になったら、前記ドグ板検出器８が検出したドグ板のドグ位置データで上記累積誤差を補正する。
【００１５】
上記のように走行距離の累積誤差をドグ位置データにより一度に補正する方法では、前述のように制御系がその補正量を位置ズレと見做し、そのズレを無くそうと作用する。このような急激な速度変化は、縦フレームに振動を発生させる。図２は累積誤差を一度に補正する場合のスタッカークレーンの走行時間と走行速度の関係を示す図である。図２において、曲線Ａは目標速度、曲線Ｂはクレーン制御用計算機１からの速度指令、曲線Ｃはスタッカークレーンの速度を示す。図示するように、減速範囲の所定の位置で累積誤差を一度に補正すると矢印Ｄ、Ｅの部分で速度が急激に変化し、衝撃が加わり、縦フレームが大きく振動する。
【００１６】
そこでここでは、スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度（例えば１８０ｍ／ｍｉｎ）以下となって、ドグ板検出器８がドグ板を検出したら、該ドグ板に対応するドグ位置データとパルスカウンタ６でカウントされた走行距離との差（累積誤差）Ｅを求め、その差Ｅをドグ板検出位置から目標停止位置までの制御回数に分散して補正する。これにより、スタッカークレーンが目標停止位置までに走行する間に行う制御回数に分散して補正するので、１制御当りの補正量は少なくなるから、スタッカークレーンの速度変化は大きくならず、縦フレームの振動も大きくならない。
【００１７】
図３はクレーン制御用計算機１が従来のフィードフォワード制御機能に加え速度・位置フィードバック制御機能を有する場合の制御機能構成を示す図である。クレーン制御用計算機１の制御は、位置情報をフィードバックして制御を行う位置制御ループ１０と、その内部に速度のフィードバック制御を行う速度制御ループ２０の二重の制御で構成されている。クレーン制御用計算機１の速度指令はカム曲線等に従う速度パターンで行われ、該速度パターンに基づき、走行開始からの単位時間毎のスタッカークレーンの位置Ｘｃを算出する。そしてパルスカウンタ６のカウント値である走行距離Ｘとその単位時間当りの変化量ｄＸ／ｄｔを速度算出部２４で算出しスタッカークレーンの検出速度Ｖを求め、速度制御ループ２０へフィードバックする。クレーン制御用計算機１はこのような処理を短時間（例えば５０ｍｓｅｃ）の制御周期毎に行う。
【００１８】
走行が開始すると、上記算出した位置Ｘｃとフィードバックされた走行距離Ｘから位置偏差値Ｘｅを偏差値算出部１１で算出し、この位置偏差値Ｘｅに比例した速度制御量ＶｍがＰ（比例）制御部１２によって求められる。
【００１９】
速度制御ループ２０では、速度制御量Ｖｍと前記スタッカークレーンの検出速度Ｖから偏差値算出部２１で速度偏差値Ｖｅを求め、該速度偏差値Ｖｅに対する比例補償、積分補償、微分補償からなるＰＩＤ制御部２２で速度増減指令値Ｖｄを求め、加算部２３で該速度増減指令値Ｖｄに検出速度Ｖを加えてインバータ３に出力する速度制御量を得る。インバータ３は該速度制御量に従う電圧、周波数を走行用の誘導電動機４に供給し、該誘導電動機４を駆動する。
【００２０】
スタッカークレーンが目標停止位置から所定量手前の減速領域に入り、減速され減速度が所定（例えば１８０ｍ／ｍｉｎ）以下になると、補正部３０はパルスカウンタ６のカウント値の累積誤差の修正、即ちスタッカークレーンの走行距離Ｘの累積誤差Ｅを求め、累積誤差を目標停止位置までの制御回数で分割し、この分割した誤差を制御毎に補正する。以下この補正方法について説明する。
【００２１】
上記補正は減速度が所定以下中、ドグ板検出器８がドグ板を検出する毎に行う。ドグ板（図示せず）は、スタッカークレーンの走行路に沿って所定間隔で設けられ、スタッカークレーンに該ドグ板を検出する光電スイッチ等のドグ板検出器８を設けている。また、ドグ板はスタッカークレーンにて荷を格納する棚の走行定位置を検出する被検出体も兼ねている。ドグ板の位置情報は上述のようにドグ位置データとしてクレーン制御用計算機１のデータ保持手段（メモリ）に保持されており、スタッカークレーンの減速走行中にドグ板検出器８がドグ板を検出すると、該ドグ板に対応するドグ位置データとパルスカウンタ６のカウント値である走行距離Ｘとを比較し、累積した走行距離の累積誤差Ｅを求める。
【００２２】
次に、上記検出されたドグ板の位置から目標停止位置までのクレーン制御用計算機１の制御回数Ｎを下式より求める。
Ｎ＝（Ｖ_R／Ｄ_V）／Ｔ＝Ｔ_O／Ｔ
但しＶ_R：現在のスタッカークレーンの速度、Ｄ_V：最大減速度、Ｔ：制御周期、Ｔ_O：目標停止位置までの最短到達時間
１制御周期当りの補正量Ｃは、
Ｃ＝Ｅ／Ｎ
となる。
【００２３】
この補正量Ｃを１制御で補正する。即ち、補正部３０は、パルスカウンタ６の出力、即ち走行距離Ｘからこの補正量Ｃを減算して補正走行距離Ｘ’＝Ｘ−Ｃを偏差値算出部１１及び速度算出部２４に出力する。補正部３０は減速度が所定以下になったら、ドグ板を検出する毎にこの走行距離の累積誤差Ｅ及び補正量Ｃの算出を行ない、補正走行距離Ｘ’を得、偏差値算出部１１及び速度算出部２４に出力する。これにより、常に最新の走行距離の累積誤差Ｅに対応することができる。
【００２４】
図４は上記スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下になった場合の走行距離の補正処理のフローを示す図である。補正処理は所定の減速度（１８０ｍ／ｍｉｎ）以下でドグ板検出毎に行う。所定の減速度以下でドグ板検出器８がドグ板を検出したら該ドグ板に対応するドグ位置データとパルスカウンタ６のカウント値である走行距離Ｘとを比較し、累積誤差Ｅを算出する（ステップＳＴ１）。次に上記制御回数Ｎを算出し、補正量Ｃを算出し、補正回数ｉ＝０にリセットする（ステップＳＴ２）。続いて走行距離Ｘを補正量Ｃだけ補正し、補正走行距離Ｘ’を算出する（ステップＳＴ３）。補正量Ｃが累積誤差Ｅより大きいか（Ｃ＞Ｅ）否かを判断し（ステップＳＴ４）、大きくなかったら大きくなるまで前記ステップＳＴ３の走行距離Ｘの補正を行う。この補正は制御周期（例えば５０ｍｓｅｃ）毎に繰返す。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となり、ドグ板検出器がドグ板を検出したら、ドグ位置データと検出した走行距離との差を求めると共に、目標停止位置までの制御回数と１制御当りの補正値を求め、該走行距離検出器で検出した走行距離を該補正値と補正回数に基づいて補正するので、スタッカークレーンの急激な速度変動は抑制しつつ、走行距離検出器で検出した走行距離を補正することができる。また、ドグ板を検出する毎に走行距離を補正する制御回数と補正値を求めるので、常に最新の走行距離の誤差に対応でき、スタッカークレーンをその縦フレームに発生する振動を抑えつつ、速やかに且つ精度良く目標停止位置に停止させることができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、制御用計算機は算出した位置Ｘｃと該走行距離Ｘとから位置偏差値Ｘｅを求め、該位置偏差値Ｘｅに比例制御により速度制御量値Ｖｍを求める位置制御ループ機能と、該速度制御量値Ｖｍと検出速度Ｖの差Ｖｅを求め、該差Ｖｅに対するＰＩＤ（比例・積分・微分）制御により速度増減指令値Ｖｄを求め、該速度増減指令値Ｖｄに検出速度Ｖの値を加算して速度指令値を求め、該速度指令値に基づいてインバータに速度指令を出力する機能を具備し、スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となったら、補正した走行距離値からスタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出するので、請求項１に記載の発明の上記効果に加え、スタッカークレーンの加速度の微分値が連続する速度パターンに従って走行することになり、走行中のスタッカークレーンの縦フレームの振動を更に低減できると共に、停止直前のクリープ速度をなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る速度・位置制御方法を実施する制御装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の速度・位置制御方法におけるスタッカークレーンの速度特性例を示す図である。
【図３】本発明に係る速度・位置制御方法を実施するクレーン制御用計算機の制御機能構成を示す図である。
【図４】本発明に係る速度・位置制御方法における走行距離補正処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１ クレーン制御用計算機
２ Ｄ／Ａ変換器
３ インバータ
４ 誘導電動機（インダクションモータ）
５ 走行検出器
６ パルスカウンタ
７ 電磁ブレーキ
８ ドグ板検出器
１０ 位置制御ループ
１１ 偏差値算出部
１２ Ｐ（比例）制御部
２０ 速度制御ループ
２１ 偏差値算出部
２２ ＰＩＤ制御部
２３ 加算部
２４ 速度算出部
３０ 補正部

Claims (2)

1. スタッカークレーンの走行距離を検出する走行距離検出器及び制御用計算機を具備し、該制御用計算機から所定の走行パターンに従って速度指令をインバータに送出し、該インバータは該速度指令に従った電圧・周波数を走行用電動機に供給し、前記走行距離検出器の走行距離検出信号を前記制御用計算機にフィードバックして所定の制御周期でスタッカークレーンの速度及び位置を制御するスタッカークレーンの速度・位置制御方法であって、
   前記スタッカークレーンの走行路に沿って所定間隔でドグ板を設け、該スタッカークレーンに該ドグ板を検出するドグ板検出器を設けると共に、予め該各ドグ板の位置を示すドグ位置データを保持するデータ保持手段を設け、
   前記制御用計算機は、前記スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となり、前記ドグ板検出器が前記ドグ板を検出したら、前記データ保持手段が保持する該ドグ板のドグ位置データと前記走行距離検出器で検出した走行距離との差を求めると共に、目標停止位置までの制御回数と１制御当りの補正値を求め、該走行距離検出器で検出した走行距離を該補正値と補正回数に基づいて補正する処理を、前記ドグ板検出器が前記ドグ板を検出する毎に行うことを特徴とするスタッカークレーンの速度・位置制御方法。
2. 請求項１に記載のスタッカークレーンの速度・位置制御方法において、
   前記制御用計算機は、前記スタッカークレーンの走行開始からカム曲線に従う速度パターンで所定の制御周期毎の該スタッカークレーンの位置Ｘｃを算出すると共に、前記走行距離検出器で検出した走行距離値と該制御周期毎の該走行距離値の変化量から該スタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出し、前記算出した位置Ｘｃと該走行距離Ｘとから位置偏差値Ｘｅを求め、該位置偏差値Ｘｅに比例制御より速度制御量値Ｖｍを求める位置制御ループ機能と、該速度制御量値Ｖｍと前記検出速度Ｖの差Ｖｅを求め、該差Ｖｅに対するＰＩＤ（比例・積分・微分）制御により速度増減指令値Ｖｄを求め、該速度増減指令値Ｖｄに前記検出速度Ｖの値を加算して速度指令値を求め、該速度指令値に基づいて前記インバータに速度指令を出力する機能を具備し、前記スタッカークレーンが減速領域に入り所定の減速度以下となったら、前記走行距離値として前記補正した走行距離値を用い、該スタッカークレーンの走行距離Ｘと検出速度Ｖ（ｄＸ／ｄｔ）を算出することを特徴とするスタッカークレーンの速度・位置制御方法。

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