TWI414920B

TWI414920B - Mobile system

Info

Publication number: TWI414920B
Application number: TW096105103A
Authority: TW
Inventors: Hideki Kubo; Hiroki Sone; Atsuo Nagasawa
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2013-11-11
Also published as: KR101087600B1; JP2008045873A; JP4214533B2; CN101122470A; HK1112757A1; KR20080014584A; CN101122470B; TW200811628A

Description

移動體系統

本發明係關於堆高式起重機或高架行走車、有軌道台車、回轉工作台、其他之移動體之系統，特別是關於其絕對位置之檢測。

在移動體系統中，移動體的絕對位置之檢測很重要。關於此點，如將驅動用馬達之編碼器值原原本本地換算為絕對位置時，會產生基於車輪之滑動所導致之誤差。因此，在移動路徑為固定之情形時，雖可考慮沿著移動路徑而設置梳齒等之標記來計數，但是會產生梳齒的分解能力該部分之誤差，停止後產生背隙(backlash)時，則會產生誤差。關於此點，專利文獻1提出：於停止位置附近設置線性感知器之被檢測標記，於移動體設置感知器，來檢測以各停止位置為基準之絕對位置。在此手法中，一接近目標停止位置時，則開始減速，當檢測出標記，則從藉由編碼器等所求得之控制上之剩餘距離切換為使用線性標度(linear scale)來求得。將剩餘距離切換為使用線性標度時，在控制上會有突然產生相當於編碼器誤差之誤差產生之情形，對此如施以強行控制，則成為振動的原因。因此，從編碼器切換為線性標度為止，需要充分減速，作成能以小的控制增益使其停止。檢測區域如設置廣域之線性標度時，雖可解決此種問題，但是，檢測區域難以設置廣域之線性標度。

[專利文獻1]日本專利特開2005-202464號

本發明之課題在於：於比各個線性感知器之檢測標度還廣大的範圍中，可以求得移動體之絕對位置。

本發明的追加課題在於：即使移動體之絕對位置擺動，也無需要切換線性感知器。

本發明的追加課題在於：可以從線性感知器之訊號來求得被檢測標記之號碼。

申請專利範圍第3項之發明的追加課題在於：涵蓋移動路徑之全域可以求得移動體的絕對位置。

申請專利範圍第4及5項之追加課題在於：於停電或故障等之恢復時，可以簡單地檢查檢測對象之被檢測標記的號碼之妥當性。

本發明之移動體系統，其特徵為：至少設置2列與移動體的移動方向平行之被檢測標記的列，將被檢測標記離散地配置於各列，對應於前述至少2列的被檢測標記，將至少2個在正交於前述移動方向之方向上的位置為相異的線性感知器設置於前述移動體，讓以前述至少2個線性感知器之對被檢測標記進行檢測的檢測區域連續，並且設置有：在前述至少2個線性感知器之間，用以於每一前述檢測區域的端部，切換所使用之線性感知器的手段；及用以由所使用之線性感知器的訊號，來檢測移動體之絕對位置的手段。

是以前述至少2個線性感知器對被檢測標記之檢測區域為相互重疊之方式，來配置前述至少2列的被檢測標記為佳。

特別是以涵蓋移動體之移動路徑全域來配置前述至少2列的被檢測標記為佳。

另外，以進一步設置有：每次切換所使用之線性感知器時，用以將檢測對象之被檢測標記的號碼予以進數或倒數之手段為佳。

以進一步設置：用以當移動體有問題時也記憶檢測對象的被檢測標記之號碼的記憶手段；及用以當使移動體從問題恢復時，至少藉由所記憶的檢測對象之被檢測標記之號碼是由哪個線性感知器檢測出被檢測標記，來檢查所記憶的檢測對象之被檢測標記的號碼之妥當性的檢查手段；在檢查手段的檢查結果為妥當時，使用前述所記憶的被檢測標記的號碼來求得移動體之絕對位置的起始值。

在本發明中，至少配置2列被檢測標記，於各列設置線性感知器，一面對檢測之標記切換線性感知器一面求得移動體之絕對位置。因此，可以連續地檢測沿著移動方向之絕對位置，而且不需要設置又長又大的被檢測標記或又長又大的線性感知器。可以連續地檢測絕對位置，所以不需要藉由編碼器或梳齒感知器、雷射測距計等之輔助性感知器來插補絕對位置。

此處至少作成使2個線性感知器之檢測區域重疊，在從一方之線性感知器切換為另一方之線性感知器後，即使產生背隙等，移動體回到原來之線性感知器的檢測區域，也不需要切換線性感知器。進而，移動體在2列被檢測標記之間扭轉時，2個線性感知器的檢測區域不重疊之情形時，會產生任何一個線性感知器都無法檢測出之區域。對此如作成至少2個線性感知器之檢測區域重疊之方式時，不需要頻繁地切換線性感知器。

涵蓋移動體的移動路徑之全域而配置被檢測標記列時，移動路徑上之任何位置都可以線性感知器來求得絕對位置，不會產生需要以其他輔助性感知器來推算絕對位置的位置。

如設置複數被檢測標記列時，需要辨識到底是正在檢測哪個標記。因此，於被檢測標記的附近設置表示其ID之RFID等之標記，將與被檢測標記不同之ID用的標記予以讀取亦可。但是依循移動體之移動方向，來將檢測出之被檢測標記予以上數或下數時，可以從線性感知器之訊號本身來判別被檢測標記之號碼。

移動體有時會因停電或其他問題而停止。以線性感知器來計數被檢測標記，自律地判斷正在使用哪個被檢測標記時，於從問題等恢復時，移動體的位置變成不清楚。因此，如設置在移動體問題時也記憶檢測對象的被檢測標記之號碼的記憶手段時，在問題發生前所使用之被檢測標記的號碼可以判別。問題之發生此號碼是否正確？如複數列配置被檢測標記且於各列設置線性感知器時，則從哪列之線性感知器正檢測被檢測標記，可以確認記憶的被檢測標記之號碼至標記列之單位。於問題等之間，移動體移動被檢測標記2個份以上係難於想像的關係，如至標記列之對峙能檢測妥當性時，將被檢測標記的記憶值當成正確者，可以使移動體復舊。因此，每次有問題時，不需要使移動體移動至能確認原點等之絕對位置之點，可以從停止之處再度開始作業。

以下，表示實施本發明之最佳實施例。

[實施例]

第1圖~第12圖係表示實施例之移動體系統。各圖中，2係移動體，此處係堆高式起重機、高架行走車或有軌道台車、回轉工作台或其他的移動體。另外，移動體2係其行走路徑被決定。4係台車，6係昇降台，8、9係前後之柱，10、11係行走用馬達。12、13係昇降用馬達，為介由未圖示出之鼓筒、滑輪、齒輪等而介由皮帶或線、繩索等之吊持材來使昇降台6昇降。另外，行走用馬達10、11或昇降用馬達12、13之台數或配置等係可以任意。於昇降台6設置滑動式叉架14等之移載裝置，也可以於移載裝置與昇降台6之間搭載回轉工作台等。另外，於台車4至少設置左右一對的線性感知器16、17，另外，於昇降台6沿著柱8設置至少左右一對的線性感知器18、19。

20係行走用軌道，於其左右例如設置至少2列磁性標記21、22，另外，如第3圖所示般，例如於柱8的左右配置至少2列磁性標記31、32。在實施例中，將線性感知器16、17的行走方向設為相同，以等間距相互不同地配置磁性標記21、22。在使線性感知器16、17的行走方向位置不同之情形時，使從磁性標記21至磁性標記22之間距與從磁性標記22至磁性標記21的間距也不同。磁性標記31、32雖係2列地配置於柱8，但是也可以於柱8側與柱9側各配置1列。但是在此情形時，昇降台6如傾斜於移動體2的移動方向時，線性感知器18、19的輸出在檢測區域之重疊部變成不一致，需要進行補正。在實施例中，雖將磁性標記21、22予以2列配置，但是也可以配置為3列以上，同樣地，磁性標記31、32也可以配置為3列以上。進而，磁性標記21、22等係藉由與線性感知器16、17等之電磁耦合而被檢測，也可以代替磁性標記而使用強介電質等之標記。磁性標記21、22等例如為棒狀，在實施例中雖使用棒狀的磁鐵，但是也可以使用磁性體或反磁性體。於行走用軌道20的一端具有行走原點，於另一端具有反原點。

第4圖係表示對於回轉工作台40之應用例，41係回轉工作台40的驅動軸，42係驅動用馬達。於回轉工作台40的周圍之固定部側，將磁性標記45、46分散且至少2列配置於同心圓上，對應於回轉工作台40側配置磁性標記45、46之2個圓配置線性感知器43、44。於第1圖~第4圖之各情形中，將磁性標記21、22等設置於固定側，將線性感知器16、17等設置於移動側。

第5圖係以線性感知器16與磁性標記21為例，來表示線性標度之構成，其他的線性感知器17等或磁性標記22等之情形也相同。50係交流電源，輸出與sinωt成比例之交流電流，複數個線圈51例如為串聯配置。施加於各線圈之電壓係被輸入訊號處理部52，在運算部53中被轉換為sinθ．sinωt與cosθ．cosωt。此處θ是磁性標記21對線性感知器16之相位，運算部54係將運算部53的輸出轉換為1個線性標度內之座標，即線性標度座標LSC。另外，以LSCO表示線性標度內的原點，通常為線性標度的中心之絕對座標，以+A表示線性標度座標之上端(檢測區域之反原點側之端部)、以-A表示下端(檢測區域之原點側的端部)。

第6圖係以來自線性感知器16、17之訊號的處理為例，來表示絕對位置計算部60之構成。對於線性感知器18、19或線性感知器43、44也設置同樣的絕對位置計算部60，來計算昇降方向之絕對位置或轉動角的絕對值。對輸入輸出61而言，來自2個線性感知器16、17之線性標度座標LSC1、LSC2被交互輸入。將接近磁性標記且正輸出線性標度座標的線性感知器稱為有效線性感知器。線性標度切換部62係在各線性標度的檢測區域之端部，依循移動體的移動方向來切換使用的線性標度。另外，移動方向係從驅動用馬達的旋轉方向所見到之移動方向，不包含基於背隙等所導致之移動。線性標度資料記憶部63係記憶現在之線性標度座標LSC以及現在的線性標度號碼LSCNo.以及現在的絕對座標。此處，現在的線性標度號碼係以附加字i表示，其最下位位元的0或1係表示磁性標記21、22之列。絕對座標係從移動體的行走原點起之座標，移動體朝反原點側移動時，絕對座標增加。偏移量記憶部64係對各線性標度記憶該原點座標，即LSCi0(偏移量)。表1係表示實施例之用語。

表1 用語LS 線性標度：藉由磁性標記與磁性感知器之組合所實現之標度：以附加字i表示標度號碼，以LSCi表示從線性標度內之原點(中心)起之線性標度內座標，以＋A表示其上限，以－A表示下限，以A表示切換線性標度之點。將線性標度的有效範圍稱為檢測區域。

LSC 線性標度內座標LSCNo. 線性標度之號碼(附加字i)，具體為磁性標記的號碼：具有移動體之原點的線性標度，i＝1朝向反原點側號碼增加，號碼之奇偶性係表示2列之哪一列。

LSCi0線性標度內原點之絕對座標：具有偏移量。

a表示線性標度之重疊的參數，線性標度端部之與鄰接的線性標度的重疊的約1/2之距離為a：從LSC的上限或下限之餘裕a切換線性標度。

t以移動體的原點為基準之絕對座標：絕對座標與絕對位置係屬同義語，都表示原點基準之座標或位置。

第6圖之65、66係輸入輸出。67係用以取得對各線性標度之原點座標LSCi0之絕對座標(偏移量)之偏移量取得部。正當性檢查部68係從停電或移動體2之問題之復舊時，檢查記憶於後備用記憶體70之線性標度號碼的妥當性等。後備用記憶體70係藉由電池或不斷電電源等來記憶線性標度資料記憶部63及偏移量記憶部64的資料，即使關閉移動體2的電源也可以維持記憶。移動體2的電源一關閉時，後備用記憶體70的資料不被更新，另外，線性感知器16、17等也停止動作。編碼器71係將行走用馬達的旋轉數之累加值等予以記憶及輸出，藉由電池或不斷電電源等來動作，在移動體之電源關閉時，也持續進行動作。編碼器後備用記憶體72係備份編碼器71的資料之記憶體，如將移動體的電源關閉時，記憶值不被更新，可以記憶關閉電源前之編碼器的輸出。

第7圖係表示線性標度LSi與下一線性標度LSi+1之間的線性感知器之切換。各磁性標記係長度例如數10mm之程度，各線性感知器其檢測範圍例如為數100mm~1000mm之程度。線性標度的寬度為數100mm~1000mm程度，於相鄰之線性標度之間，檢測區域例如為數10mm程度重疊。而且將重疊的目標值之1/2當成餘裕，從線性標度LSi朝線性標度LSi＋1切換時，在比線性標度LSi之上限值＋A只小餘裕之切換點A切換為線性標度LSi＋1。從線性標度LSi＋1朝線性標度LSi切換時，在比線性標度LSi＋1的檢測區域之下限－A只大餘裕a之線性標度座標點進行切換。

於磁性標記等理想地設置之情形，2個切換點會一致，此等並無特別使其一致的必要。線性標度之切換係配合藉由行走用馬達或昇降用馬達等之驅動的方向來進行。例如移動體從第7圖的左邊朝向右邊被驅動，通過切換點A時，則切換線性標度。之後移動體停止，基於背隙等，移動體朝第7圖的左側反向移動，即使再度通過切換點，也不進行線性標度的切換。磁性標記例如係被配置為2列，移動體如有扭轉時，以一方的磁性標記為基準之切換點、及以另一方的磁性標記為基準之切換點會有不同。因此，也有即使通過一方的磁性標記之切換點，但是並不通過另一方之磁性標記的切換點者。在此種情形時，不再度切換線性標度。由此等結果，可以防止頻繁地切換線性標度。

第8圖係表示使用2列之線性標度之絕對位置的計算。線性標度LS1係設置於移動體的行走原點附近，該原點座標LSC10係行走原點，絕對座標為O。對各線性標度而言，其原點座標LSCi0係被記憶於偏移量記憶部64，以各線性標度LSi內的原點為基準之線性標度座標，係被當成線性標度座標LSCi而被輸出。因此，現在正使用之線性標度的座標(附加字i)可以判別，對此之偏移量一判別時，藉由將線性標度座標LSCi加於偏移量LSCi0，則可以判別現在的絕對座標。

第9圖係表示線性標度之原點座標LSCi0之取得演算法。使移動體從行走原點側朝反原點側開始。另外，行走原點位置例如設為最初之線性標度的原點位置(中心位置)，一檢測出最初的線性標度(LSNo.＝1)之原點位置時，於該位置將絕對座標t設為0。使台車移動，如檢測出下一線性標度時，記憶切換點之絕對座標tAi，記憶新切換之線性標度LSi＋1之線性標度座標LSCi＋1，將線性標度號碼i加上1。線性標度號碼i已經加上1，檢測出新的線性標度LSCi＋1之線性標度內原點時，將從切換點A起之線性標度座標的變化量加上記憶完畢之絕對座標tAi，當成線性標度內原點的絕對座標而加以記憶。此處，將切換線性標度時所求得之線性標度座標LSCi＋1換算為從切換點A至線性標度LSi＋1之線性標度內原點之距離，即刻求得線性標度LSi＋1之線性標度內的絕對座標亦可。

重複以上迴圈直到最後之線性標度為止，對全部線性標度求得線性標度內原點座標的絕對值而予以記憶。另外，依據設計資料等來設置線性標度，來使移動體移動之以外的手法中，也可以求得線性標度內原點座標的絕對值。

第10圖係表示線性標度之切換演算法。於鄰接的線性標度具有檢測區域之重疊部分，此部分係左右的線性標度所共同有效。接著求得現在使用中之線性標度為左或右邊之哪一邊。使用中的線性標度例如為左邊之情形時，驅動用馬達的旋轉方向為(＋)方向，線性標度座標為(＋)側，且移動體已超過檢測區域之端部的餘裕a的情形時，則使接著之右側的線性標度成為有效，將線性標度號碼加上1。與此相反，馬達的驅動方向為(－)側，線性標度座標為負，且已超過(－)側之餘裕的情形時，將線性標度號碼減去1，把有效的線性標度變更為右側的線性標度。在此以外之情形時，並非與驅動用馬達的動作同步變化，不進行線性標度的切換。

在右側的線性標度為現在使用中之情形，馬達的驅動方向為(＋)，線性標度座標為(＋)，且在(＋)側線性標度座標已超過餘裕a之情形時，將線性標度號碼加上1。馬達之旋轉方向為(－)，線性標度座標為負，在(－)側線性標度座標已超過餘裕a之情形時，將線性標度座標減去1。在此以外之情形時，維持線性標度號碼。藉此來切換所使用之線性標度。

如第11圖所示般，在1個線性標度之檢測區域內之移動中，使用現在之線性標度號碼及線性標度內原點之絕對座標LSCi0。使用線性標度座標的現在位置LSCi，藉由t=LSCi0+LSCi來求出絕對座標t。

第12圖係表示停電或移動體之問題等之復舊時的重置處理。從後備用資料取得線性標度號碼i與備份之線性標度座標LSC。同樣地，從編碼器用後備用資料取得馬達的編碼器值。接著，如使電源開啟時，線性標度開始動作，在左右之線性標度內，至少其中一方為有效，由此判別線性標度號碼之最下位位元。移動體有問題時或停電時，如無線性標度2個以上移動時，從備份之線性標度號碼的最下位位元、及現在有效之線性標度為左側或右側，可以判別移動體係停留在同樣線性標度上、在問題等之期間，是否已經移動至別的線性標度。另外，在左右之線性標度共同有效之情形時，對應從後備用資料所求得之線性標度號碼的最下位位元之線性標度應該有效。接著，在備份線性標度座標本身之情形時，與重置時新測定的線性標度座標比較，檢查誤差是否在容許範圍內。進而，檢查後備用記憶體之編碼器值與實際的編碼器值之誤差是否在容許範圍內。另外，編碼器係藉由電池或不斷電電源等而動作，即使在移動體的電源被切斷之間，如驅動軸旋轉，編碼器值會被更新。另外，線性標度座標LSC不被備份亦可。

線性標度號碼為妥當，線性標度座標為妥當，編碼器值為妥當之情形時，移動體的電源被切斷後之移動量為容許範圍內。因此在此情形時，以現在的線性標度座標與線性標度號碼為基礎來恢復絕對座標，使移動體再度動作。於前述之其中一種之資料如非妥當性時，例如使移動體移動至原點，再度取得正確的絕對座標。另外，於備份之資料沒有可靠性之情形時，並不需要一律地使移動體移動至原點，可以設置多種之符合備份之資料的可靠性之復舊處理。

實施例中，可以獲得以下效果。

(1)涵蓋移動體之移動路徑全域，可以求得絕對座標。

(2)實質上雖不可能設置涵蓋移動體的移動路徑全域之線性感知器，但是在實施例中，只要交互地切換2個線性感知器即可，不需要設置巨大的線性感知器。

(3)對於移動體之移動或昇降、轉動等之任意種類的動作，可以求得絕對座標。

(4)使線性標度的檢測區域之端部具有重疊，不需要因基於移動體之背隙或2列之磁性標記間的移動體之扭轉等，而頻繁地切換線性標度。

(5)可以自動地取得各線性標度內的原點之絕對座標。

(6)可以藉由線性感知器本身的訊號來求得哪個線性標度為使用中者。

(7)重置移動體時，如果備份之線性標度號碼等為妥當，可以不需要將移動體再度移動至原點而予以重置。

在實施例中，雖將磁性標記配置為2列，但是也可以配置為3列以上，在此情形時，將磁性標記列之數目的線性感知器設置於移動體。另外，在實施例中雖將線性標度座標與編碼器值之雙方予以備份，但是例如只將其中一方予以備份亦可。使用之移動體的種類並不限定於堆高式起重機，可以任意地為高架行走車或有軌道台車、回轉工作台、輸送帶、循環棚架等。代替於檢測區域之重疊部的切換點予以100%切換為線性感知器，也可以將在重疊部中藉由左右的線性感知器所求得之絕對位置予以加權平均來換算為絕對位置，使其權重在重疊部內逐漸變化。

2．．．移動體

4．．．台車

6．．．昇降台

8、9．．．柱

10、11．．．行走用馬達

12、13．．．昇降用馬達

14．．．滑動式叉架

16、17．．．線性感知器

18、19．．．線性感知器

20．．．行走用軌道

21、22．．．磁性標記

31、32．．．磁性標記

40．．．回轉工作台

41．．．驅動軸

42．．．驅動用馬達

43、44．．．線性感知器

45、46．．．磁性標記

50．．．交流電源

51．．．線圈

52．．．訊號處理部

53、54．．．運算部

60．．．絕對位置計算部

61．．．輸入輸出

62．．．線性標度切換部

63．．．線性標度資料記憶部

64．．．偏移量記憶部

65、66．．．輸入輸出

67．．．偏移量取得部，正當性檢查部

68．．．正當性檢查部，後備用記憶體

70．．．後備用記憶體

71．．．編碼器

72．．．編碼器後備用記憶體

第1圖係實施例之移動體系統的重要部位平面圖。

第2圖係實施例之移動體系統的重要部位側面圖。

第3圖係模型地表示對實施例之柱的磁性標記之配置圖。

第4圖係模型地表示對實施例之回轉工作台的磁性標記之配置圖。

第5圖係實施例之線性感知器的區塊圖。

第6圖係實施例之座標計算部的區塊圖。

第7圖係模型地表示實施例之線性標度的切換圖。

第8圖係模型地表示實施例之線性標度的切換與偏移量補正圖。

第9圖係表示實施例之線性標度的偏移量LSCi0的取得演算法之流程圖。

第10圖係表示實施例之線性標度的切換演算法之流程圖。

第11圖係表示實施例之線性標度內移動演算法之流程圖。

第12圖係表示實施例之重置演算法之流程圖。