JP4835429B2 - スリップ検出システム - Google Patents
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Description
しかしながら、近年における搬送重量の増大に伴い、各車輪にモータを備える方式が複数提案されている。このように複数のモータを用いると、モータで発生した推進力を伝えるための床またはレールと車輪との設置面積が増大するため、加速度を上昇させることができる点で有利である。
さらに、このような構成で、各モータをどのように制御するかについても複数提案されている。このような制御の方法では、代表となるサーボ(制御装置)の電流値を他のモータへ出力する搬送台車が提示されている(例えば、特許文献1参照)。
タイヤの磨耗は、維持費の増大だけでなく、とくに空気の清浄が要求されるクリーンルームにおいては飛散する塵の発生につながるという点で深刻である。また、スリップは、搬送台車の制御の不安定要因となって事故に拡大する恐れがあるため極力発生しないことが望ましく、これらの点で従来の方式は不十分であった。
スリップ検出システム1は、スタッカクレーンに設置されており、1つのマスタ制御装置2(マスタの制御装置)と、このマスタ制御装置2に接続されているスレーブ制御装置3(3a〜3c:スレーブの制御装置)とを有している。マスタ制御装置2と、スレーブ制御装置3(3a〜3c)とを合わせて制御装置4と記述することとする。スリップ検出システム1は、各制御装置4に備えられているモータ8(8a〜8d)、モータ8(8a〜8d)の角速度を監視し、角速度情報を出力するモータエンコーダ9(9a〜9d)、そしてモータ8(8a〜8d)に備えられている車輪10(10a〜10d)を有している。各車輪10(10a〜10d)には、図示しないタイヤが装着されている。さらに、スリップ検出システム1は、各制御装置4から電流値指令(電流値指令情報)を取得し、取得した各電流値指令を比較することによってタイヤの磨耗を検知する比較演算回路11(情報比較部)を備える。比較演算回路11の詳細については、図6〜図8を参照して後記する。
また、比較演算回路11には、比較演算回路11が算出した比較結果を基に、警報の度合いを選択する判定回路12(情報比較部)が接続されている。判定回路12の詳細については、図7および図8を参照して後記する。
積分回路21は、スタッカクレーン速度センサ7から入力されたスタッカクレーンの移動速度を積分することによって、スタッカクレーンの現在位置を1次元の座標値として算出する機能を有する。
位置差算出装置22は、目標位置入力装置6から入力された目標位置の座標値と、積分回路21から入力されたスタッカクレーンの現在位置の座標値との差を算出して、周速度コントローラ23へ入力する機能を有する。
周速度コントローラ23では、入力されたスタッカクレーンの目標位置の座標値と、現在の位置の座標値との差を基に、車輪10(10a〜10d)の周速度の目標値である周速度指令(モータの回転に関する情報)が算出される。具体的には、入力されたスタッカクレーンの目標位置の座標値と、現在の位置の座標値との差を所定の時間で除算することによって、周速度指令が算出される。
算出されたモータ8(8a〜8d)の周速度指令は、マスタ制御装置2の周速度制御装置5(5a)、および各スレーブ制御装置3(3a〜3c)の周速度制御装置5(5b〜5d)へ分配される。
周速度制御装置5は、入力された周速度指令と、モータエンコーダ9から入力された角速度情報とを基に、モータ8に入力する電流値を算出し、該電流値の電流をモータ8へ入力する機能を有する。周速度制御装置5は、電流値指令も出力しており、出力された電流値指令は、比較演算回路11へ入力される。周速度制御装置5の詳細については、図2を参照して後記する。
図2は、周速度制御装置の構成例を示すブロック図である。
周速度制御装置5は、以下の各要素を有してなる。
周速度差算出装置51は、周速度コントローラ23から入力された周速度指令と、現在の車輪10の周速度の情報である周速度情報との差である周速度差情報を算出し、この周速度差情報を電流値指令コントローラ52へ入力する。
電流値差算出装置53では、入力された電流値指令と、後記する電流センサ55から送られた現在におけるモータ8へ入力されている電流値との差である電流値差情報を算出し、電流値コントローラ54へ入力する。
電流値コントローラ54では、現在の電流値に、電流値差情報の電流値を加算または減算することによって、入力された電流値指令の電流値の電流を発生させ、モータ8へ送る。なお、当該電流値は、制御情報の1つである。
電流を送られたモータ8は、車輪10を駆動することによってスタッカクレーンを移動させる。
前記したようにモータ8には、モータ8の角速度を監視しているモータエンコーダ9が備えられている。モータエンコーダ9は、モータ8の現在の角速度の情報である角速度情報(回転速度情報)を取得すると、アンプ56へ送る。なお、角速度情報は、制御情報の1つである。
アンプ56は、入力された角速度情報の角速度に、予め設定されている車輪10の半径rを乗算することによって車輪10の周速度を算出し、算出した車輪10の周速度の情報である周速度情報を周速度差算出装置51へフィードバックすることによって速度制御ループを形成している。
図3は、車輪に磨耗が生じ、スリップが生じているときの車輪の周速度と、スタッカクレーンの走行速度の関係を示したグラフである。
図3において、実線は、磨耗を生じている車輪10の周速度であり、破線は、スタッカクレーンの走行速度である。そして、図3において、横軸は、時刻を表し、縦軸は、車輪10の周速度またはスタッカクレーンの走行速度を表している。図3では、実線と破線とが重なり合うことが理想の形である。
従来の周速度指令を分配する方式は、rとr’とに乖離が生じないか、または僅少となるように、周速度の設定を更新することが肝要であり、この更新により車輪10の磨耗を低減させている。
これに対し、本実施形態では図1に示した各制御装置4の電流値指令を相互に比較することによって、rとr’の乖離の評価指標とし、これをもって乖離の有無の判定に用いている。
図4では、r=r’の車輪10に対する電流値指令を実線で示し、r>r’の車輪10に対する電流値指令を破線で示す。そして、図4において横軸は時刻、縦軸は電流値指令を示す。
磨耗によるスリップが生じることによって、r>r’となった車輪10は、空回りに近い状態となるため、このような車輪10へ入力する電流値指令は、小さな値となる。
従って、図4に示すように、走行中においてr=r’の車輪10に入力する電流値指令と、r>r’の車輪10に入力する電流値指令との間に定常的な乖離が生じていることがわかる。
このように、本実施形態に係る比較演算回路11は、各制御装置4の電流値指令を比較し、所定の閾値より大きな乖離が生じているか否かを判定することによって、車輪10の磨耗によるスリップが生じていると判定することができる。
図5は、一時的に車輪がグリップ力を失ったために生じたスリップを示す図である。
図5において、グリップ力が大きい車輪10における電流値指令を実線で示し、一時的にグリップ力が小さくなった車輪10における電流値指令を破線で示している。また、図5において横軸は、時刻を示し、縦軸は、電流値指令を示している。
グリップ力が小さくなった瞬間は、小さなトルクですむため、入力される電流値指令は小さな値となる。
図5に示すように、一時的に車輪10がグリップ力を失ったために生じた際の、電流値指令の乖離は、一時的なものである。このようなスリップは、磨耗による定常的なスリップではないため、スリップとして検出しないことが望ましい。しかしながら、前記したように、比較演算回路11が各制御装置4から得られる電流値指令の差分を算出し、この差分の値が所定の値を超えたときに、スリップを検出するようにすると、図5のような一時的なスリップも、磨耗によるスリップと誤検出してしまう可能性がある。
図6は、本実施形態に係る比較演算回路における処理を説明するための図であり、(a)は、定常的なスリップが生じている場合、(b)は、一時的なスリップが生じている場合を示す図である。
比較演算回路11は、1回の走行サイクル、すなわち、スタッカクレーンの停止、加速、定速、減速、停止において、各制御装置4から入力された電流値指令の差を、1回の走行サイクルの間累積した合計値を算出し、この合計値を演算結果として、磨耗によるスリップの検出に用いることとした。演算結果Sは、次のような式で算出される。
ここで、式(1)におけるSの意味するところは、図6(a)または図6(b)における斜線部分(S1およびS2)の面積である。
図6(a)および図6(b)を比較すると明らかなように、図6(a)すなわち車輪10の磨耗による定常的なスリップでは式(1)により算出される値(図6(a)のS1)は大きな値となる。これに対し、図6(b)すなわち一時的なスリップによる式(1)の結果(図6(b)のS2)は、小さな値となる。
これにより、所定の閾値を設け、式(1)により算出されたSの値が、この閾値より大きければ、比較演算回路11は磨耗による定常的なスリップが生じていると判定し、この閾値より小さい場合、比較演算回路11は、一時的なスリップが生じていると判定する。
図7(a)に示すように、比較演算回路11には、マスタ制御装置2および各スレーブ装置から電流値指令が入力される。これらの電流値指令を、例えばマスタ制御装置2から入力された電流値指令を基準として、各電流値指令に対し式(1)の演算を行って演算結果Sの値を算出する。すなわち、マスタ制御装置2から入力された電流値指令を式(1)におけるTa(i)とし、各スレーブ制御装置3a〜3cから入力された電流値指令を式(1)におけるTb(i)とする。この結果、演算結果は、3つ算出される。算出された3つの演算結果(演算結果1〜3)は、判定回路12に入力され、それぞれコンパレータ1201(1201a〜1201c)によって予め設定されている閾値と比較される。ここで、図7(a)におけるVは、閾値である。各コンパレータ1201(1201a〜1201c)は、入力された演算結果と、閾値とを比較した結果、演算結果が閾値より大きければ「1」の値を出力し、演算結果が閾値以下であれば「0」を出力する。
図7(b)において車輪10aは、マスタ制御装置2によって制御されており、車輪10bは、スレーブ制御装置3aによって制御されており、車輪10bは、スレーブ制御装置3bによって制御されており、車輪10cは、スレーブ制御装置3cによって制御されている。
また、C1〜C3は、図7(a)におけるコンパレータ1201a〜1201cから出力される値で、「0」または「1」の値である。
図7(b)ではC1〜C3の値が「1」であった場合のメッセージに関して記載してある。
同様に、C2の値が「1」であった場合は、車輪10aおよび車輪10cに関するメッセージがONとなり、車輪10bおよび車輪10dに関するメッセージはOFFとなる。
また、C3の値が「1」であった場合は、車輪10aおよび車輪10dに関するメッセージがONとなり、車輪10bおよび車輪10cに関するメッセージはOFFとなる。
図示しない表示部は、例えば判定回路12に接続されたPC(Personal Computer)のディスプレイなどである。
図8は、複数の閾値を設定したときの比較演算回路と、判定回路との構成例を示す図であり、(a)は、比較演算回路および判定回路の構成例であり、(b)は、判定回路に格納されている演算結果−メッセージ対応リストである。
ただし、図8(a)および図8(b)では、煩雑になることを避けるため、マスタ制御装置2と、スレーブ制御装置3aとから入力された電流値指令を用いた例のみを示す。
実際には、スレーブ制御装置3bおよびスレーブ制御装置3cからも電流値指令が入力され、同様の処理が行われている。
図8(a)に示すように、比較演算回路11によって、マスタ制御装置2およびスレーブ制御装置3aから入力された電流値指令を基に、式(1)によって算出された演算結果は、判定回路12で2つのコンパレータ1201(1201d,1201e)を用いて2つの閾値V1およびV2と比較される。コンパレータ1201dによって、閾値V1と比較された結果は、C4として出力され、コンパレータ1201eによって、閾値V2と比較された結果は、C5として出力される。
C4およびC5の値は、図7(a)におけるC1〜C3と同様である。V1とV2の関係は、例えばV1>V2などとしておく。
例えば、C4およびC5の値が「0」であった場合、判定回路12は、メッセージAを図示しない表示部に表示させる。同様に、C4が「0」で、C5が「1」であった場合、判定回路12は、メッセージBを図示しない表示部に表示させる。また、C4が「1」で、C5が「0」であった場合、判定回路12は、メッセージCを図示しない表示部に表示させ、C4およびC5の値が「1」であった場合は、判定回路12は、メッセージDを図示しない表示部に表示させる。
ここで、メッセージAは、最も危険度の低いメッセージ(例えば、異常なしなど)であり、メッセージDは、最も危険度の高い(例えば、すぐにタイヤの交換を要求するなど)とする。また、メッセージBおよびメッセージCは、メッセージAおよびメッセージDの中間の危険度の警告とする。
このようにすることで、より細かい段階のメッセージを表示することができる。
図9および図10は、本実施形態に係る周速度制御装置の他の例を示すブロック図である。
図9に示す周速度制御装置5Aでは、モータエンコーダ9から出力される角速度情報が、比較演算回路11へ入力されている。
なお、図9および図10におけるスリップ検出システム1(図1参照)における比較演算回路11および判定回路12の動作は、電流値指令が角速度情報または電流値となったこと以外は、図7および図8を参照して前記説明した処理とほぼ同様のため説明を省略する。
さらに、本実施形態では、演算結果が閾値以下であった場合に、判定回路12が図示しない表示部にメッセージを表示させる代わりに、電流値指令や、角速度や、電流値などを判定回路12が、図示しない表示部に表示させてもよい。
図1を参照しつつ、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態によれば、比較演算回路11が、各制御装置4から取得した電流値指令や、角速度情報や、電流値などを比較することにより、スリップの検出を行うことが可能である。
さらに、比較演算回路11が、各制御装置4から取得した電流値指令や、角速度指令や、電流値などの差を算出し、この差を1回の走行サイクルの間累積した値を用いて、スリップの検出を行うことで、搬送台車に積載されている荷物の移動などによって、一時的に車輪10にかかる荷重が減少し、車輪10がグリップ力を失ったために生じる一時的なスリップを、磨耗によるスリップであると誤検出することを防止することが可能である。
また、判定回路12が、所定の閾値と、比較演算回路11から出力された値を比較し、この比較の結果によって、表示部へ表示するメッセージの内容を変えることで、ユーザは、現在の搬送台車の車輪10の磨耗の度合いを容易に認識することが可能となり、さらなるタイヤの交換や、磨耗を防止するための処置を迅速に行うことが可能である。
2 マスタ制御装置
3,3a〜3c スレーブ制御装置
4 制御装置
5,5A,5A 周速度制御装置
6 目標位置入力装置
7 スタッカクレーン速度センサ
8 モータ
9 モータエンコーダ
10,10a〜10d 車輪
11 比較演算回路(情報比較部)
12 判定回路(情報比較部)
21 積分回路
22 位置差算出装置
23 周速度コントローラ
51 周速度差算出装置
52 電流値指令コントローラ
53 電流値差算出装置
54 電流値コントローラ
55 電流センサ
56 アンプ
1201,1201a〜1201e コンパレータ
Claims (7)
- 少なくとも3輪の車輪を備え、該車輪のうち少なくとも2輪をそれぞれ異なるモータで駆動し、
前記各モータには、該モータを制御する制御装置が備わっており、
入力部を介して入力された情報を基に算出された前記モータの回転に関する情報を、それぞれの前記制御装置へ送る管理装置を有する搬送台車のスリップ検出システムであって、
前記各制御装置から前記モータを制御するための制御値を含む制御情報を取得し、前記各制御装置から取得した、それぞれの前記制御情報に含まれる制御値間の差を時間毎に累積した値が、予め定められた閾値より大きいか否かによって、前記車輪の定常的なスリップを検出する情報比較部を有する
ことを特徴とするスリップ検出システム。 - 前記制御装置は、前記管理装置を備えたマスタの制御装置と、前記管理装置を備えないスレーブの制御装置とからなる
ことを特徴とする請求項1に記載のスリップ検出システム。 - 前記閾値が少なくとも1つ設定されており、
前記情報比較部は、
前記取得された、それぞれの制御情報に含まれる制御値間の差を時間毎に累積した値と、前記閾値とを比較し、この比較の結果ごとに異なったメッセージを表示部に表示させる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスリップ検出システム。 - 前記制御情報に含まれる制御値は、前記モータのトルクの情報である電流値指令情報に含まれる電流値に関する値である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスリップ検出システム。 - 前記制御情報に含まれる制御値は、前記車輪の回転速度に関する値である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスリップ検出システム。 - 前記制御情報に含まれる制御値は、前記モータへ送られる電流の電流値である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスリップ検出システム。 - 前記搬送台車とは、スタッカクレーンである
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のスリップ検出システム。
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