特許 6444243 搬送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6444243

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】搬送装置

(51)【国際特許分類】

   B65G 1/04 20060101AFI20181217BHJP

   B66F 9/07 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   B65G1/04 537A

   B66F9/07 J

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-69782(P2015-69782)

(22)【出願日】2015年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-188141(P2016-188141A)

(43)【公開日】2016年11月4日

【審査請求日】2017年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】503002732

【氏名又は名称】住友重機械搬送システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】小島 宏志

【審査官】 土田 嘉一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０３０６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３０７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９８２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９９４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６５Ｇ １／００− １／１３３

Ｂ６５Ｇ １／１４− １／２０

Ｂ６６Ｆ ９／００−１１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に移動可能な走行台車と、
前記走行台車を移動させる走行モータと、
前記走行台車に固定されるマストに沿って鉛直方向に移動可能な昇降台と、
前記走行台車の位置を指定する位置指令値をフィルタリングする制振フィルタを含み、前記昇降台の積載状態に応じて前記フィルタリングに用いるパラメータの値を決定する制振制御部と、
前記フィルタリングがなされた位置指令値に基づいて前記走行モータを駆動するための第１トルク指令値を出力する走行制御部と、を備えることを特徴とする搬送装置。

【請求項2】

前記昇降台を移動させる昇降モータをさらに備え、
前記制振制御部は、前記昇降モータの負荷に応じて前記パラメータの値を決定することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。

【請求項3】

前記昇降モータを駆動するための第２トルク指令値を出力する昇降制御部をさらに備え、
前記制振制御部は、前記第２トルク指令値の大きさを用いて前記パラメータの値を決定することを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。

【請求項4】

前記制振制御部は、前記昇降台の移動開始前に、前記昇降台のブレーキを解除し、かつ、前記昇降モータの駆動力により前記昇降台が前記鉛直方向に停止しているときに出力される第２トルク指令値の大きさを用いて前記パラメータの値を決定することを特徴とする請求項３に記載の搬送装置。

【請求項5】

前記制振フィルタの伝達関数Ｇ_１は、前記走行モータの第１トルク指令値を入力とし、前記走行台車の水平方向の位置を出力とする第１伝達関数Ｐ_１、前記走行モータの第１トルク指令値を入力とし、前記昇降台の水平方向の位置を出力とする第２伝達関数Ｐ_２、当該搬送装置を二慣性振動系モデルで記述したときの規範モデルＭを用いて、Ｇ_１＝（Ｐ_１／Ｐ_２）Ｍと記述され、
前記制振制御部は、前記パラメータとして前記規範モデルＭの値を前記昇降台の積載状態に応じて決定し、決定した前記規範モデルＭの値を用いて前記走行台車の位置を指定する位置指令値をフィルタリングすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の搬送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、倉庫や工場等で用いられる搬送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器を製造する工場や、日用品や雑貨、食品等を扱う物流センターでは、物品の搬入、搬出、移動を自動で行う搬送装置が使用される。このような搬送装置として、サーボモータをフィードバック制御により駆動し、物品を水平方向および鉛直方向に移動させて目標位置に搬送するスタッカークレーンが用いられる。

【0003】

スタッカークレーンは、鉛直方向に延びるマストを有することから、物品の移動開始から停止までの間の水平方向の速度変化によりマストが振動し、物品の搬送に影響を与えうる。このような速度変化に起因する振動を抑制する制振制御として、例えば、スタッカークレーンの加速時および減速時に所定の等速期間を設ける制御方法がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２３７６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スタッカークレーンの加速時および減速時に等速期間を設けると、加速および減速にかかる時間が長くなり、目標位置まで物品を移動させるのにかかる搬送時間が長くなってしまう。仮に、制振制御をしなければ物品の移動にかかる時間を短くできるかもしれないが、停止時の振動が緩和するまで物品の積み下ろしを待つ必要が生じ、全体としての搬送時間が長くなるかもしれない。したがって、制振制御をしつつ、より短い時間で物品を搬送できることが望ましい。

【0006】

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、より短い時間で物品搬送が可能な搬送装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様の搬送装置は、水平方向に移動可能な走行台車と、走行台車を移動させる走行モータと、走行台車に固定されるマストに沿って鉛直方向に移動可能な昇降台と、走行台車の位置を指定する位置指令値をフィルタリングする制振フィルタを含み、昇降台の積載状態に応じてフィルタリングに用いるパラメータの値を決定する制振制御部と、フィルタリングがなされた位置指令値に基づいて走行モータを駆動するための第１トルク指令値を出力する走行制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明のある態様によれば、より短い時間で物品搬送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係る搬送システムを示す図である。

【図2】スタッカクレーンの動作に関する制御ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

【0011】

図１は、本実施の形態に係る搬送システム１を示す図である。搬送システム１は、搬送装置であるスタッカクレーン１０と、スタッカクレーン１０を制御する地上制御盤４０と、を備える。

【0012】

スタッカクレーン１０は、走行レール１２、走行台車１４、走行装置１６、マスト１８、昇降台２０、昇降装置２２、フォーク台２４、機上制御盤３０、光通信装置３２を備える。走行レール１２は、地上に設置されたラック８に沿って敷設される。走行台車１４は、走行レール１２に沿って移動可能である。以下、走行レール１２が延びる水平方向をＸ方向、鉛直方向をＺ方向とし、走行レール１２からラック８に向かう方向をＹ方向とする。

【0013】

走行装置１６は、地上制御盤４０からの制御指令にもとづいて、走行台車１４の走行を制御する。マスト１８は、走行台車１４上に設置されており、走行台車１４とともに走行レール１２に沿って移動する。昇降台２０は、マスト１８に対して鉛直方向（Ｚ方向）に移動可能に取り付けられる。昇降装置２２は、地上制御盤４０からの制御指令にもとづいて昇降台２０の位置を変化させる。

【0014】

昇降台２０は、上下方向の位置を一時的に固定するためのブレーキを有する。昇降装置２２は、昇降台２０の上下位置を固定する場合にブレーキを動作させ、昇降台２０の移動を開始させるときにブレーキを解除する。昇降装置２２は、ブレーキを解除したときに昇降台２０が落下しないようにしながら昇降台２０の位置を制御する。

【0015】

フォーク台２４は、図示しない荷物をラック８に置き、あるいはラックから荷物を取り出すために設けられる。フォーク台２４は、Ｙ方向に移動可能となるように昇降台２０に取り付けられる。フォーク台２４も、地上制御盤４０からの制御指令にもとづいてＹ方向の位置が制御される。スタッカクレーン１０は、その他、図示しないカメラや各種センサを備える。

【0016】

スタッカクレーン１０および地上制御盤４０はそれぞれ、光通信装置３２、４２を備え、光通信によって地上制御盤４０からスタッカクレーン１０に制御指令を伝送する。光通信装置３２が受信した制御指令は、機上制御盤３０に入力され、機上制御盤３０は、地上制御盤４０からの制御指令にもとづいて、走行装置１６、昇降装置２２などを制御する。また、機上制御盤３０は、制御指令の受領のアクノリッジ、指令完了の通知などを光通信を介して地上制御盤４０に伝送する。

【0017】

図２は、スタッカクレーン１０の動作に関する制御ブロック図を示す。スタッカクレーン１０は、地上制御盤４０からの制御指令として、走行台車１４の位置を指定する第１位置指令値Ｘａと、昇降装置２２の位置を指定する第２位置指令値Ｚａを受信する。スタッカクレーン１０は、主に第１位置指令値Ｘａと第２位置指令値Ｚａを入力として、走行装置１６および昇降装置２２の動作を制御する。

【0018】

走行装置１６は、第１駆動部５２、走行モータ５４、第１エンコーダ５６を含む。第１駆動部５２は、たとえばサーボドライバであり、走行制御部７０から出力される第１トルク指令値Ｔ_１に基づいて走行モータ５４を駆動する。第１エンコーダ５６は、走行モータ５４の駆動状態を検出し、走行台車１４の水平位置Ｘ_ｒおよび走行速度Ｖ_ｒ１の算出に必要な信号を走行制御部７０に送信する。

【0019】

昇降装置２２は、第２駆動部６２、昇降モータ６４、第２エンコーダ６６を含む。第２駆動部６２は、たとえばサーボドライバであり、昇降制御部９０から出力される第２トルク指令値Ｔ_２に基づいて走行モータ５４を駆動する。第２エンコーダ６６は、昇降モータ６４の駆動状態を検出し、昇降装置２２の上下位置Ｚ_ｒおよび昇降速度Ｖ_ｒ２の算出に必要な信号を昇降制御部９０に送信する。

【0020】

スタッカクレーン１０は、走行制御部７０、昇降制御部９０、制振制御部１１０を備える。走行制御部７０は、昇降制御部９０、制振制御部１１０は、例えば、機上制御盤３０に実装される。変形例においては、走行制御部７０が走行装置１６に含まれてもよいし、昇降制御部９０が昇降装置２２に含まれてもよい。

【0021】

昇降制御部９０は、第２位置制御器９２、第２速度制御器９４、第２位置検出器９６、第２速度検出器９８、減算器１００、減算器１０２を含む。第２位置検出器９６は、第２エンコーダ６６からの信号を用いて昇降台２０の上下位置Ｚ_ｒを算出する。第２速度検出器９８は、第２エンコーダ６６からの信号を用いて昇降台２０の昇降速度Ｖ_ｒ２を算出する。

【0022】

第２位置制御器９２は、第２位置指令値Ｚａと上下位置Ｚ_ｒの差が解消されるように第２速度指令値Ｖ_２を生成する。第２位置制御器９２の入力には減算器１００が設けられる。減算器１００は、第２位置指令値Ｚａから上下位置Ｚ_ｒを減算して得られた差分を第２位置制御器９２に入力する。

【0023】

第２速度制御器９４は、第２速度指令値Ｖ_２と昇降速度Ｖ_ｒ２の差が解消されるように第２トルク指令値Ｔ_２を生成する。第２速度制御器９４の入力には減算器１０２が設けられる。減算器１０２は、第２速度指令値Ｖ_２から昇降速度Ｖ_ｒ２を減算して得られた値を第２速度制御器９４に入力する。生成した第２トルク指令値Ｔ_２は、昇降装置２２に出力される。

【0024】

制振制御部１１０は、制振フィルタ１１２、速度フィードフォワード部１１４、トルクフィードフォワード部１１６、パラメータ決定部１２０を含む。制振フィルタ１１２は、第１位置指令値Ｘａに伝達関数Ｇ_１＝（Ｐ_１／Ｐ_２）Ｍを乗算して、第１位置指令値Ｘａをフィルタリングする。伝達関数Ｇ_１は、規範モデル×反共振で表すことができ、ノッチフィルタと位相進みフィルタの組み合わせで実現できる。

【0025】

ここでＰ_１は、第１トルク指令値Ｔ_１を入力とし、走行台車１４の水平位置Ｘ_ｒを出力とする伝達関数である。またＰ_２は、第１トルク指令値Ｔ_１を入力とし、昇降台２０の水平位置、つまりマスト１８の振動振幅を出力とする伝達関数である。伝達関数Ｐ_１、Ｐ_２は、例えば、二つの物体をバネを介して接続した二慣性振動系モデルを用いて、走行台車１４、マスト１８、昇降台２０をモデル化することにより記述可能である。このとき、Ｐ_１は２階積分×反共振×共振として、Ｐ_２は２階積分×共振として表すことができる。ただしスタッカクレーン１０を記述するモデルおよび伝達関数Ｐ_１、Ｐ_２は特に限定されず、その他のモデルを用いて実現することも可能である。

【0026】

パラメータＭは規範モデルであり、スタッカクレーン１０を二慣性振動系モデルで表す場合には２次遅れの系で記述される。パラメータＭの値は、走行台車１４、マスト１８、昇降台２０の重量や、昇降台２０に積載される荷物の重量によって決定される値である。本実施の形態では、後述するパラメータ決定部１２０によりパラメータＭの値が動的に決定される。

【0027】

速度フィードフォワード部１１４は、フィルタリングされた位置指令値Ｘｂを微分して速度フィードフォワード値Ｖ_ｆを生成する。生成された速度フィードフォワード値Ｖ_ｆは、走行制御部７０にて生成される第１速度指令値Ｖ_１に加算される。

【0028】

トルクフィードフォワード部１１６は、第１位置指令値Ｘａに伝達関数Ｇ_２＝（１／Ｐ_２）Ｍを乗算して、トルクフィードフォワード値Ｔ_ｆを生成する。伝達関数Ｇ_２は、上述の伝達関数Ｐ_２およびパラメータＭを用いて表され、例えば、規範モデル×共振逆特性×２階疑似微分で表すことができる。生成されたトルクフィードフォワード値Ｔ_ｆは、走行制御部７０にて生成されるトルク指令値Ｔ_ｃに加算され、第１トルク指令値Ｔ_１に反映される。

【0029】

パラメータ決定部１２０は、昇降制御部９０から昇降装置２２に出力される第２トルク指令値Ｔ_２を用いて、制振フィルタ１１２およびトルクフィードフォワード部１１６にて使用されるパラメータＭを決定する。パラメータＭは、昇降台２０に積載される荷物の重量に応じて制振制御に最適となる値が変化しうる。パラメータ決定部１２０は、第２トルク指令値Ｔ_２から昇降モータ６４にかかる負荷を推定し、モータ負荷から昇降台２０に積載される荷物の重量を推定することで、昇降台２０の積載状態に応じたパラメータＭの値を算出する。

【0030】

昇降台２０が昇降モータ６４の駆動力により停止しているとき、昇降モータ６４の出力は、荷物を含む昇降台２０の総重量を支えるための仕事率に、昇降モータ６４の電力損失や、昇降装置２２の摩擦等の機械損失を加えた値と釣り合っている。荷物の重量以外は事前に把握可能な値であることから、昇降台２０の停止時に出力される第２トルク指令値Ｔ_２を取得することで、積載状態を加味した昇降台２０の重量を推定し、最適なパラメータＭの値を算出できる。パラメータＭの決定に用いる第２トルク指令値Ｔ_２は、昇降台２０の移動開始前にブレーキが解除され、昇降モータ６４の駆動力によって昇降台２０が支持されて停止しているときに出力される第２トルク指令値Ｔ_２を参照して計算される。

【0031】

パラメータ決定部１２０は、Ｍ＝ｆ（Ｔ_２）の関係式を満たす関数ｆを用いることで、第２トルク指令値Ｔ_２の大きさに応じたパラメータＭを算出する。この関数ｆは、昇降台２０の重量や、昇降装置２２の電力損失および機械損失を用いてあらかじめ決定され、パラメータ決定部１２０に保持される。

【0032】

パラメータ決定部１２０は、関数ｆ（Ｔ_２）にフィルタを組み込むことでパラメータＭの値を丸めてもよい。また、パラメータＭとして複数の固定値を予め用意し、パラメータＭの各固定値と第２トルク指令値Ｔ_２の大きさとの対応関係を保持するテーブルを参照することによってパラメータＭの値を決定してもよい。例えば、パラメータＭの固定値として３段階の値を用意し、第２トルク指令値Ｔ_２の大きさに応じてパラメータＭの値を段階的に切り替えてもよい。

【0033】

走行制御部７０は、第１位置制御器７２、第１速度制御器７４、第１位置検出器７６、第１速度検出器７８、減算器８０、加減算器８２、加算器８４を含む。第１位置検出器７６は、第１エンコーダ５６からの信号を用いて走行台車１４の水平位置Ｘ_ｒを算出する。第１速度検出器７８は、第１エンコーダ５６からの信号を用いて走行台車１４の走行速度Ｖ_ｒ１を算出する。

【0034】

第１位置制御器７２は、制振フィルタ１１２によりフィルタリングされた位置指令値Ｘｂと、第１位置検出器７６により算出された水平位置Ｘ_ｒの差が解消されるように第１速度指令値Ｖ_１を生成する。第１位置制御器７２の入力には減算器８０が設けられる。減算器８０は、フィルタリングされた位置指令値Ｘｂから水平位置Ｘ_ｒを減算して得られた差分を第１位置制御器７２に入力する。

【0035】

第１速度制御器７４は、第１速度指令値Ｖ_１に速度フィードフォワード値Ｖ_ｆを加えた速度指令値と、第１速度検出器７８により算出された走行速度Ｖ_ｒ１の差が解消されるようにトルク指令値Ｔ_ｃを生成する。第１速度制御器７４の入力には加減算器８２が設けられ、加減算器８２は、第１速度指令値Ｖ_１に速度フィードフォワード値Ｖｆを加算し、走行速度Ｖ_ｒ１を減算して得られた値を第１速度制御器７４に入力する。

【0036】

加算器８４は、第１速度制御器７４が生成するトルク指令値Ｔ_ｃにトルクフィードフォワード値Ｔ_ｆを加算して第１トルク指令値Ｔ_１を生成する。生成した第１トルク指令値Ｔ_１は、走行装置１６に出力される。

【0037】

つづいて、本実施の形態に係るスタッカクレーン１０の動作について説明する。
スタッカクレーン１０は、搬送元の位置にて昇降台２０に荷物を積載する。昇降装置２２は、昇降台２０の移動開始前に昇降台２０のブレーキを解除し、昇降モータ６４の駆動力により昇降台２０を一時的に停止させる。制振制御部１１０は、昇降台２０の停止時に出力される第２トルク指令値Ｔ_２を取得してパラメータＭを決定し、決定したパラメータＭに基づいて第１位置指令値Ｘａをフィルタリングする。走行制御部７０は、フィルタリングされた位置指令値Ｘｂに基づいて第１トルク指令値Ｔ_１を出力し、走行台車１４を搬送先の位置まで移動させる。

【0038】

本実施の形態によれば、制振フィルタ１１２によって地上制御盤４０からの第１位置指令値Ｘａがフィルタリングされる。そのため、スタッカクレーン１０の固有振動数となる周波数成分を含む第１位置指令値Ｘａが入力される場合であっても、スタッカクレーン１０の振動を抑制するように走行台車１４を走行させ、停止させることができる。また、速度フィードフォワード部１１４による速度フィードフォワードと、トルクフィードフォワード部１１６によるトルクフィードフォワードにより、振動抑制の効果をより高めることができる。

【0039】

また、本実施の形態によれば、昇降台２０の積載状態に応じて制振フィルタ１１２のパラメータＭが最適化されるため、昇降台２０の積載重量に適した制振制御を実現できる。仮にパラメータＭが固定値であると、そのパラメータＭに対応した積載重量でなければ適切に振動が抑制されず、走行台車１４の停止時に生じる振動が収まるまで次の動作を待たなければならない。その結果、振動が収まるまでの時間として最長の揺れ時間を考慮してスタッカクレーン１０の動作を設計する必要が生じる。この場合、振動がそれほど大きくない場合であっても最長の揺れ時間を待ってから次の動作に移るため、搬送時間短縮の妨げとなってしまう。

【0040】

一方、本実施の形態によれば、昇降台２０の積載重量に応じて制振制御のパラメータＭを動的に変更するため、積載重量が変化したとしても振動が収まるまでの時間を短くすることができる。これにより、搬送時間の短縮化を実現できる。また、積載重量に応じた制振制御を実現することで、スタッカクレーン１０の剛性の下げつつ振動の抑制を実現できる。スタッカクレーン１０の剛性を下げて軽量化することで、スタッカクレーン１０の製造コストを低減するとともに、スタッカクレーン１０の動作に必要な電力量を低減することができる。

【0041】

また、本実施の形態によれば、昇降装置２２に出力される第２トルク指令値Ｔ_２を用いてパラメータＭを決定するため、昇降台２０や走行台車１４に別途重量計を設けることなく積載重量を推定することができる。また、昇降台２０の移動開始直前に昇降台２０が一時的に停止する状態を利用してパラメータＭを決定するため、一連の搬送工程に追加の動作を加えることなくパラメータＭの決定に必要な情報を得ることができる。

【0042】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【0043】

上述の実施の形態では、制振フィルタ１１２によるフィルタリングと、フィードフォワードの併用により、制振制御を実現することとした。変形例においては、制振フィルタ１１２のみを用いてもよいし、制振フィルタ１１２と速度フィードフォワード部１１４の組み合わせ、もしくは、制振フィルタ１１２とトルクフィードフォワード部１１６の組み合わせを用いてスタッカクレーン１０の振動を抑制してもよい。

【符号の説明】

【0044】

１０…スタッカクレーン、１４…走行台車、１８…マスト、２０…昇降台、５４…走行モータ、６４…昇降モータ、７０…走行制御部、９０…昇降制御部、１１０…制振制御部、１１２…制振フィルタ、Ｔ_１…第１トルク指令値、Ｔ_２…第２トルク指令値、Ｍ…パラメータ。

【図1】

【図2】