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JP7388282B2 - Lifting/tilting device for unmanned transportation - Google Patents
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Description

本発明は、無人搬送車(Automated Guided Vehicle;AGV)による荷物の搬送に係り、特に荷物の昇降・傾斜の制御を可能とする装置に関する。 The present invention relates to the transportation of luggage by an automated guided vehicle (AGV), and particularly to a device that can control the elevation and inclination of luggage.

特許文献1をはじめとする無人搬送車では、駆動用のモータに加えて、荷物の昇降用のモータを搭載している。特許文献2の台部安定化装置では、サーボモータを用いた2つの昇降軸により天板(台部)の傾斜(進行方向および横方向)を制御する。 Automatic guided vehicles such as those disclosed in Patent Document 1 are equipped with a motor for lifting and lowering cargo in addition to a driving motor. In the platform stabilizing device disclosed in Patent Document 2, the inclination (progressive direction and lateral direction) of the top plate (base) is controlled by two elevating shafts using servo motors.

特許文献3では、無人搬送用ではなくステージ用であるが、複数の直動アクチュエータを用いて天板を駆動している。 In Patent Document 3, although the device is not for unmanned transportation but for a stage, a plurality of linear actuators are used to drive the top plate.

特開2019-204538号公報JP2019-204538A 特開2019-093981号公報JP2019-093981A 特開2005-150615号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-150615

無人搬送車は(1)荷物の持ち上げ、(2)搬送、(3)荷下ろしという流れでタスクを行う。持ち上げおよび荷下ろしの際に昇降動作が必要であり、斜面や不整地等の水平でない床上での搬送の際に天板の傾斜制御が必要である。 Automated guided vehicles perform tasks in the following order: (1) lifting cargo, (2) transporting cargo, and (3) unloading cargo. Lifting and unloading requires lifting and lowering, and tilt control of the top plate is required when transporting on uneven floors such as slopes and uneven ground.

特許文献1をはじめとする無人搬送車では、昇降動作を行うことができるが傾斜の制御は行うことができない。特許文献2の台部安定化装置では、天板の傾斜を制御することができるが、天板の昇降を行うことはできない。 Automatic guided vehicles such as those disclosed in Patent Document 1 can perform vertical movement, but cannot control inclination. The platform stabilizing device disclosed in Patent Document 2 can control the inclination of the top plate, but cannot move the top plate up and down.

特許文献3では複数の直動アクチュエータを用いて天板を駆動しているが、アプリケーションが異なり、天板の崩れ防止の手法が異なる。 In Patent Document 3, a plurality of linear actuators are used to drive the top plate, but the applications are different and the methods for preventing the top plate from collapsing are different.

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、昇降と傾斜の両方を制御することができる無人搬送用昇降・傾斜装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a lifting/tilting device for unmanned transportation that can control both lifting/lowering and tilting.

上記課題を解決するための請求項1に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置は、
移動可能な走行体に搭載された基台と、
前記基台上の四隅に各々設置されたアクチュエータであり、出力軸が、前記アクチュエータの基台に対する設置面に対して垂直方向に運動自在に構成された第1~第4のアクチュエータと、
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部によって支持されるように配設された天板と、
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の位置を制御する位置制御部と、を備え、
前記位置制御部は、
次の(2)式、(3)式、(4)式、(5)式を用いて、前記天板の中心高さ指令および天板の傾斜指令を第1~第4のアクチュエータの各出力軸の長さ指令に変換する指令値生成部と、

Figure 0007388282000001

Figure 0007388282000002

Figure 0007388282000003

Figure 0007388282000004

(ただし、x ~x は天板における第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、X は天板の昇降に対応するモード変数でありX =(x +x +x +x )/4で定義され、X は天板のロール方向(x軸を回転軸とする回転方向)の傾斜に対応するモード変数でありX =(x -x +x -x )/4で定義され、ロール方向の傾斜S と比例関係X =(d 12 /2)S (d 12 は第1のアクチュエータの出力軸の先端部と第2のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離)にあり、X は天板のピッチ方向(y軸を回転軸とする回転方向)の傾斜に対応するモード変数でありX =(x +x -x -x )/4で定義され、ピッチ方向の傾斜S と比例関係X =(d 13 /2)S (d 13 は第1のアクチュエータの出力軸の先端部と第3のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離)にあり、X は天板の歪みに対応するモード変数であり、H cmd は天板の中心高さ指令、S cmd は天板のロール方向の傾斜指令、S cmd は天板のピッチ方向の傾斜指令、x cmd ~x cmd は第1~第4のアクチュエータの長さ指令)、
前記指令値生成部により変換された第1~第4のアクチュエータの各出力軸の長さ指令と、第1~第4のアクチュエータに対して位置制御を行ったことによる各アクチュエータの出力軸の長さの応答値とに基づいて、第1~第4のアクチュエータの位置制御量を求める位置制御器と、
備えていることを特徴とする。 The lifting/tilting device for unmanned transportation according to claim 1 for solving the above problem,
A base mounted on a movable running body,
first to fourth actuators, each of which is an actuator installed at each of the four corners of the base, and whose output shaft is movable in a direction perpendicular to the installation surface of the actuator with respect to the base;
a top plate disposed to be supported by the tip of each output shaft of the first to fourth actuators;
a position control unit that controls the position of each output shaft of the first to fourth actuators ;
The position control section includes:
Using the following equations (2), (3), (4), and (5), the center height command of the top board and the tilt command of the top board are determined by each output of the first to fourth actuators. a command value generation unit that converts into an axis length command;
Figure 0007388282000001

Figure 0007388282000002

Figure 0007388282000003

Figure 0007388282000004

(However, x 1 to x 4 are the positions of the tips of the output shafts of the first to fourth actuators on the top plate, X 1 is the mode variable corresponding to the elevation of the top plate, and X 1 = (x 1 + x 2 + x 3 + _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3 - x 4 ) / 4 , and is proportional to the inclination S x in the roll direction . ), and X 3 is a mode variable corresponding to the inclination of the top plate in the pitch direction (direction of rotation with the y-axis as the rotation axis), and X 3 = (x 1 + x 2 -x 3 -x 4 ) /4, and has a proportional relationship with the slope S y in the pitch direction . (distance between the tips of the output shafts of the actuators), X 4 is a mode variable corresponding to the distortion of the top plate, H cmd is the center height command of the top plate, and S x cmd is the roll of the top plate. direction inclination command, S y cmd is a tilt command in the pitch direction of the top plate, x 1 cmd to x 4 cmd are length commands of the first to fourth actuators),
The length command of each output shaft of the first to fourth actuators converted by the command value generation unit and the length of the output shaft of each actuator obtained by performing position control on the first to fourth actuators. a position controller that calculates the position control amount of the first to fourth actuators based on the response value of the
It is characterized by having

請求項2に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置は、請求項1において、
前記基台に設置された傾斜センサを備え、
前記位置制御部は、次の(6)式を演算することによって基台座標系での傾斜指令を求める座標変換部を備え、前記求められた基台座標系での傾斜指令を、前記指令値生成部における天板の傾斜指令とすることを特徴とする。

Figure 0007388282000005

(ただし、S Bx cmd は基台座標系での天板のロール方向の傾斜指令、S By cmd は基台座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、S Wx cmd は世界座標系での天板のロール方向の傾斜指令、S Wy cmd は世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、S Wx は前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のロール方向の傾斜、S Wy は前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜) The lifting/tilting device for unmanned transportation according to claim 2 has the following features in claim 1:
comprising a tilt sensor installed on the base;
The position control unit includes a coordinate conversion unit that calculates a tilt command in the base coordinate system by calculating the following equation (6), and converts the determined tilt command in the base coordinate system into the command value. It is characterized in that it is a tilting command of the top plate in the generating section.
Figure 0007388282000005

(However, S Bx cmd is the tilt command in the roll direction of the top board in the base coordinate system, S By cmd is the tilt command in the pitch direction of the top board in the base coordinate system, and S Wx cmd is the tilt command in the pitch direction of the top board in the base coordinate system. S Wx B is the tilt command in the roll direction of the top board in the world coordinate system, S Wx B is the tilt command in the roll direction of the top board in the world coordinate system, which is detected by the tilt sensor. , S Wy B is the tilt in the pitch direction of the top board in the world coordinate system detected by the tilt sensor)

請求項3に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置は、請求項1又は2において、
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部に各々設けられた球面座ナットと、
前記各球面座ナットと天板の間に各々配設された球面座受と、
一端が、前記各球面座ナット、球面座受、球面座受の配設位置に対向する天板の部位に各々挿入されたねじと、
前記各ねじの他端に各々設けられた天板離脱防止具と、を備えたことを特徴とする。
The lifting/tilting device for unmanned transportation according to claim 3 has the following features in claim 1 or 2:
a spherical seat nut provided at the tip of each output shaft of the first to fourth actuators;
a spherical seat support disposed between each of the spherical seat nuts and the top plate;
a screw whose one end is inserted into a portion of the top plate opposite to the location where the spherical seat nut, the spherical seat support, and the spherical seat support are installed;
The present invention is characterized by comprising a top plate detachment prevention device provided at the other end of each of the screws .

(1)請求項1~3に記載の発明によれば、第1~第4のアクチュエータの各出力軸の位置を制御することによって、天板の昇降と傾き(進行方向および横方向)の両方の運動が可能となり、それらを制御することができる。また、天板の中心高さ・傾斜・歪の指令からアクチュエータ長さ指令を算出する指令値生成部を有するため、一般的なアクチュエータの位置制御を用いて所望の天板の中心高さ・傾斜・歪を実現することが可能である。
(2)請求項2に記載の発明によれば、傾斜センサによる傾きの情報を用いることで、走行体に搭載された基台が傾く場合であっても天板の傾きの制御が可能となる。例えば斜面上の走行などで基台が傾く際にも天板の傾きを水平に保つことができる。尚、傾斜はゼロ(水平)のみならず、カーブ時に天板上の荷がずれないよう一定の傾きにすることも可能である。
(3)請求項3に記載の発明によれば、天板離脱防止具を設けたので、天板が装置から外れることはない。
(1) According to the invention described in claims 1 to 3 , by controlling the positions of the respective output shafts of the first to fourth actuators, both the elevation and the inclination (in the traveling direction and the lateral direction) of the top plate can be controlled. movements and can be controlled. In addition, since it has a command value generation unit that calculates the actuator length command from the commands for the center height, inclination, and distortion of the top plate, it is possible to obtain the desired center height and inclination of the top plate using general actuator position control.・It is possible to realize distortion.
(2) According to the invention set forth in claim 2, by using the inclination information from the inclination sensor, it is possible to control the inclination of the top plate even when the base mounted on the traveling object is inclined. . For example, even when the base tilts due to running on a slope, the tilt of the top plate can be kept horizontal. Incidentally, the inclination is not limited to zero (horizontal), but can also be set to a constant inclination so that the load on the top plate does not shift when making a curve.
(3) According to the invention set forth in claim 3, since the top plate detachment prevention device is provided, the top plate will not come off from the device.

本発明の実施形態例による昇降・傾斜装置の概要図。FIG. 1 is a schematic diagram of a lifting/tilting device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例1による昇降・傾斜装置の要部斜視図。1 is a perspective view of essential parts of a lifting/tilting device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例1におけるアクチュエータ出力軸と天板の接続例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the connection between the actuator output shaft and the top plate in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1による昇降・傾斜装置の基台およびアクチュエータの構成を表し、(a)は斜視図、(b)は正面図、(c)は平面図、(d)側面図。1 shows the configuration of a base and an actuator of a lifting/tilting device according to Embodiment 1 of the present invention, in which (a) is a perspective view, (b) is a front view, (c) is a plan view, and (d) is a side view. 本発明の実施例1のシステム全体の構成図。1 is a configuration diagram of the entire system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1のコントローラの構成図。1 is a configuration diagram of a controller according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1の制御系のブロック図。1 is a block diagram of a control system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施例1における無人搬送車(AGV)とアクチュエータの番号の対応を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the correspondence between numbers of automatic guided vehicles (AGV) and actuators in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1の制御性能を実験した結果を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the results of an experiment on control performance of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2のシステム全体の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of the entire system according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例2のコントローラの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a controller according to a second embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.

図1に、本発明の昇降・傾斜装置(以下4軸テーブルと称することもある)の概要を示す。図1において、無人搬送車(移動可能な走行体)10には基台20が搭載され、固定され、基台20上の四隅には第1~第4のアクチュエータ31~34の各固定子が固定されている。 FIG. 1 shows an outline of the lifting/tilting device (hereinafter also referred to as a 4-axis table) of the present invention. In FIG. 1, a base 20 is mounted and fixed on an automatic guided vehicle (movable traveling body) 10, and each stator of the first to fourth actuators 31 to 34 is mounted at the four corners of the base 20. Fixed.

第1~第4のアクチュエータ31~34の各出力軸は、それぞれの垂直方向の運動の自由度を有しており、各出力軸の先端部には、該先端部によって支持されるように、荷物搭載用の天板40が配設されている。 Each of the output shafts of the first to fourth actuators 31 to 34 has a degree of freedom of movement in the vertical direction, and the tip of each output shaft has a A top plate 40 for loading luggage is provided.

尚、無人搬送車10は走行駆動用のモータ、天板40の昇降・傾斜用のモータ(アクチュエータ31~34駆動用のモータ)等を備えているが、それらは図示省略している。また、本実施例のアクチュエータ31~34は、一例としてボールねじ機構を採用した。 Note that the automatic guided vehicle 10 is equipped with a driving motor, a motor for raising/lowering/tilting the top plate 40 (a motor for driving the actuators 31 to 34), etc., but these are not shown. Further, the actuators 31 to 34 of this embodiment employ a ball screw mechanism as an example.

図1の無人搬送車10上に搭載される基台20、第1~第4のアクチュエータ31~34、天板40から成る4軸テーブルの全体の斜視図を図2に示し、各部の詳細を図3、図4に示す。 FIG. 2 shows a perspective view of the entire four-axis table that is mounted on the automatic guided vehicle 10 in FIG. Shown in FIGS. 3 and 4.

第1のアクチュエータ31の出力軸31aと天板40の接続例を示す図3において、出力軸31aの先端部には球面座ナット51-1が取り付けられている。 In FIG. 3 showing an example of the connection between the output shaft 31a of the first actuator 31 and the top plate 40, a spherical seat nut 51-1 is attached to the tip of the output shaft 31a.

球面座ナット51-1と天板40の間には球面座受52-1が配設されている。 A spherical bearing 52-1 is arranged between the spherical bearing nut 51-1 and the top plate 40.

球面座ナット51-1、球面座受52-1、球面座受52-1の配設位置に対向する天板40の部位には、全ねじ(ねじ)53-1の一端が挿通され、球面座ナット51-1、球面座受52-1、天板40を接続している。 One end of the full screw (screw) 53-1 is inserted into the part of the top plate 40 that faces the arrangement position of the spherical seat nut 51-1, the spherical seat holder 52-1, and the spherical seat holder 52-1. A seat nut 51-1, a spherical seat support 52-1, and a top plate 40 are connected.

前記、球面座ナット51-1、球面座受52-1に代えて球面ジョイントを用いてもよい。 A spherical joint may be used in place of the spherical seat nut 51-1 and the spherical seat support 52-1.

図3の接続構成により、天板40が傾く場合でもアクチュエータの出力軸と天板40が接することができ、天板の傾斜を機構的に許容することができる。 With the connection configuration shown in FIG. 3, even when the top plate 40 is tilted, the output shaft of the actuator can be in contact with the top plate 40, and the tilt of the top plate can be mechanically tolerated.

また、全ねじ53-1によって天板40が崩れ落ちないようになっており、また全ねじ53-1の他端には袋ナット54-1(天板離脱防止具)が被せられており、これによって天板40が全ねじ53-1から外れることは防止される。 In addition, the full screw 53-1 prevents the top plate 40 from collapsing, and the other end of the full screw 53-1 is covered with a cap nut 54-1 (a top plate detachment prevention tool). This prevents the top plate 40 from coming off the full screws 53-1.

第2~第4のアクチュエータ32~34についても図3と同様の接続構成となる。 The second to fourth actuators 32 to 34 also have a connection configuration similar to that shown in FIG. 3.

図4は、図2における天板40と、天板40と各アクチュエータの出力軸との接続部品を除去した構成を示している。 FIG. 4 shows a configuration in which the top plate 40 in FIG. 2 and the connecting parts between the top plate 40 and the output shafts of each actuator are removed.

図4において、21a,21bは基台20の下方側に互いに所定間隔を隔てて平行に配設された長辺フレーム(アルミフレーム)であり、22aは長辺フレーム21a,21bの一端どうしを結ぶ短辺フレーム、22bは長辺フレーム21a,21bの他端どうしを結ぶ短辺フレームである。 In FIG. 4, 21a and 21b are long side frames (aluminum frames) arranged in parallel with each other at a predetermined interval below the base 20, and 22a connects one end of the long side frames 21a and 21b. The short side frame 22b is a short side frame that connects the other ends of the long side frames 21a and 21b.

これら長辺フレーム21a,21b、短辺フレーム22a,22bによって長方形の枠が形成され、該長方形枠にアルミ板の底板23が配設されている。 A rectangular frame is formed by these long side frames 21a, 21b and short side frames 22a, 22b, and a bottom plate 23 made of an aluminum plate is arranged in the rectangular frame.

短辺フレーム22aの両端には、垂直フレーム24a,24bが垂直に立設され、短辺フレーム22bの両端には、垂直フレーム24c,24dが垂直に立設されている。 Vertical frames 24a and 24b are vertically erected at both ends of the short side frame 22a, and vertical frames 24c and 24d are vertically erected at both ends of the short side frame 22b.

垂直フレーム24a~24dの各上端部を結んで、前記同様に長辺フレーム21c,21d、短辺フレーム22c,22dが配設されて基台20の上方側の長方形枠が形成されている。 A rectangular frame above the base 20 is formed by connecting the upper ends of the vertical frames 24a to 24d to form long side frames 21c, 21d and short side frames 22c, 22d in the same manner as described above.

前記短辺フレーム22a,22cおよび垂直フレーム24a,24bにより形成される枠にはアルミ板の側板25Lが配設され、短辺フレーム22b,22dおよび垂直フレーム24c,24dにより形成される枠にはアルミ板の側板25Rが配設されている。 A side plate 25L made of an aluminum plate is disposed in the frame formed by the short side frames 22a, 22c and the vertical frames 24a, 24b, and an aluminum plate is provided in the frame formed by the short side frames 22b, 22d and the vertical frames 24c, 24d. A side plate 25R is provided.

前記底板23の四隅に相当する部位には第1~第4のアクチュエータ31~34が各々配設され、第1~第4のアクチュエータ31~34の各固定子は図示省略のボルトによって底板23に固定されている。 First to fourth actuators 31 to 34 are respectively disposed at portions corresponding to the four corners of the bottom plate 23, and each stator of the first to fourth actuators 31 to 34 is attached to the bottom plate 23 by bolts (not shown). Fixed.

第1~第4のアクチュエータ31~34の各出力軸31a~34aの先端側は、基台20の上方側の長辺フレーム21c,21d、短辺フレーム22c,22dで形成される枠から上方に突出されている。 The tip end side of each output shaft 31a to 34a of the first to fourth actuators 31 to 34 extends upward from a frame formed by the long side frames 21c, 21d and the short side frames 22c, 22d on the upper side of the base 20. It is prominent.

次に、本発明の位置制御部を含めた昇降・傾斜装置のシステムの全体の構成を図5に示す。図5の太線部分は機械的な接続を示している。図5において、61は位置制御部の機能を備えたコントローラである。コントローラ61はアクチュエータ31~34に推力を与え、推力の値はアクチュエータ長さの情報をフィードバックすることで定める。 Next, FIG. 5 shows the overall configuration of the system of the lifting/tilting device including the position control section of the present invention. The bold line portions in FIG. 5 indicate mechanical connections. In FIG. 5, 61 is a controller having the function of a position control section. The controller 61 applies thrust to the actuators 31 to 34, and the value of the thrust is determined by feeding back information on the actuator length.

コントローラ61の構成を図6に示す。図6において65は指令値生成部であり、天板40の中心高さおよび傾斜の指令値を、運動学に基づいて変数変換し、アクチュエータ長さ指令xcmdを算出する。 The configuration of the controller 61 is shown in FIG. In FIG. 6, 65 is a command value generation unit, which converts command values for the center height and inclination of the top plate 40 into variables based on kinematics, and calculates an actuator length command x cmd .

アクチュエータ長さの応答値xresは、ダイレクトドライブのリニアモータの場合、位置センサで直接計測する。ダイレクトドライブではなくボールねじ等の伝動機構を用いる場合は、リード等の定数を用いてアクチュエータ長さを計算する。アクチュエータ長さの指令値xcmdと応答値xresを基に位置制御器70によって位置制御系を構築し、ダイレクトドライブのリニアモータの場合は推力指令frefをアクチュエータ31~34に加える。 In the case of a direct drive linear motor, the actuator length response value x res is directly measured by a position sensor. When using a transmission mechanism such as a ball screw instead of a direct drive, calculate the actuator length using a constant such as lead. A position control system is constructed by the position controller 70 based on the command value x cmd of the actuator length and the response value x res , and in the case of a direct drive linear motor, a thrust command f ref is applied to the actuators 31 to 34.

また、ボールねじ等の伝動機構を用いる場合は、リード等の定数を用いてモータトルクの指令を計算し、モータに与える。 Furthermore, when a transmission mechanism such as a ball screw is used, a motor torque command is calculated using a constant such as a lead and is given to the motor.

制御系を構成する上で最もシンプルな手法は、各軸のアクチュエータ31~34の各出力軸31a~34aの位置を独立に制御することである。本制御系における推力参照値frefは、一般的な位置制御系として(1)式のように計算される。 The simplest method for constructing a control system is to independently control the positions of the output shafts 31a to 34a of the actuators 31 to 34 for each axis. The thrust reference value f ref in this control system is calculated as in equation (1) as a general position control system.

Figure 0007388282000006
Figure 0007388282000006

ただし、frefは推力参照値、Cp(s)は位置制御ゲイン、xcmdは位置指令値、xresは位置応答値である。実施例1の制御系のブロック図を図7に示す。図7において、コントローラ61内の81はアクチュエータの出力軸の位置指令値xcmdと出力軸の位置応答値xresの偏差をとる減算器であり、Cp(s)は位置制御器70の位置制御ゲインである。 However, f ref is a thrust reference value, C p (s) is a position control gain, x cmd is a position command value, and x res is a position response value. A block diagram of the control system of the first embodiment is shown in FIG. In FIG. 7, 81 in the controller 61 is a subtracter that takes the deviation between the position command value x cmd of the output shaft of the actuator and the position response value x res of the output shaft, and C p (s) is the position of the position controller 70. It is a control gain.

82は各アクチュエータのモータドライバであり、fa refはアクチュエータの出力軸の推力を表している。前記推力fa refと、プラント(天板40および天板上の荷物等)の外乱fextとの偏差が減算器83によってとられ、その偏差には係数付与部84の力-位置変換係数1/Ms2が付与されることで出力軸の位置応答値xresが出力される。 82 is a motor driver for each actuator, and f a ref represents the thrust of the output shaft of the actuator. The deviation between the thrust force f a ref and the disturbance f ext of the plant (top plate 40, cargo on the top plate, etc.) is taken by a subtractor 83, and the deviation is given a force-position conversion coefficient 1 of a coefficient assigning unit 84. By adding /Ms 2 , the position response value x res of the output shaft is output.

図8は天板40における各アクチュエータの位置関係を表し、図中のActuatur1~4は、第1~第4のアクチュエータ31~34の位置を示している。 FIG. 8 shows the positional relationship of each actuator on the top plate 40, and Actuators 1 to 4 in the figure indicate the positions of the first to fourth actuators 31 to 34.

次に、図8のアクチュエータの番号を用いて、図6の指令値生成部65および位置制御器70の動作を具体的に説明する。アクチュエータの位置と傾斜を変換する式は(2)式、(3)式として表すことができる。 Next, the operations of the command value generation section 65 and the position controller 70 in FIG. 6 will be specifically described using the actuator numbers in FIG. 8. Equations for converting the position and inclination of the actuator can be expressed as equations (2) and (3).

Figure 0007388282000007
Figure 0007388282000007

Figure 0007388282000008
Figure 0007388282000008

ただし、モード変数X1は昇降、X2はロール方向(x軸を回転軸とする回転方向)の傾斜、X3はピッチ方向(y軸を回転軸とする回転方向)の傾斜に対応する。 However, mode variable X 1 corresponds to elevation, X 2 corresponds to inclination in the roll direction (direction of rotation about the x-axis), and X 3 corresponds to inclination in the pitch direction (direction of rotation about the y-axis).

モード変数X1=(x1+x2+x3+x4)/4であるが、これは4つのアクチュエータの出力軸の位置の平均となり、天板40の中心の位置に対応する。よってX1を制御することで天板の中心の位置を制御でき、昇降の機能を持たせることができる。 The mode variable X 1 =(x 1 +x 2 +x 3 +x 4 )/4 is the average of the positions of the output shafts of the four actuators, and corresponds to the position of the center of the top plate 40. Therefore, by controlling X1 , the position of the center of the top plate can be controlled, and the function of raising and lowering can be provided.

モード変数X2=(x1-x2+x3-x4)/4はロール方向の傾斜Sxと比例関係X2=(d12/2)Sxを満たす。ただしd12は図8のアクチュエータ1と2の(各出力軸の)間の距離である。同様にして、モード変数X3=(x1+x2-x3-x4)/4はピッチ方向の傾斜Syと比例関係X3=(d13/2)Syを満たす。ただしd13は図8のアクチュエータ1と3の(各出力軸の)間の距離である。 The mode variable X 2 =(x 1 −x 2 +x 3 −x 4 )/4 satisfies the slope S x in the roll direction and the proportional relationship X 2 =(d 12 /2)S x . However, d 12 is the distance between actuators 1 and 2 (of each output shaft) in FIG. Similarly, the mode variable X 3 =(x 1 +x 2 −x 3 −x 4 )/4 satisfies the slope S y in the pitch direction and the proportional relationship X 3 =(d 13 /2)S y . However, d 13 is the distance between actuators 1 and 3 (of each output shaft) in FIG.

モード変数Xから出力軸の位置xの変換については、逆行列T-1をXにかけることでxへ逆変換することができる。 Regarding the transformation of the output axis position x from the mode variable X, the inverse transformation to x can be performed by multiplying X by the inverse matrix T -1 .

これらの関係を用いて図6における指令値生成部65が実施する中心高さ・傾斜指令[Hcmd,Sx cmd,Sy cmd]からアクチュエータ長さ指令xcmd=[x1 cmd,x2 cmd,x3 cmd,x4 cmd]までの変数変換は最終的に(4)式、(5)式として表すことができる。 Using these relationships , the actuator length command x cmd = [x 1 cmd , x 2 cmd , x 3 cmd , x 4 cmd ] can finally be expressed as equations (4) and (5).

Figure 0007388282000009
Figure 0007388282000009

Figure 0007388282000010
Figure 0007388282000010

実施例1における位置制御の実験結果を図9に示す。図9の実験では、0-4sで昇降、4-8sでロール方向(x軸まわり)傾斜、8-12sでピッチ方向(y軸まわり)傾斜、12-16sで昇降+ロール方向傾斜、16-20sで昇降+ピッチ方向傾斜の制御を行っている。それぞれの区間において所望の機能のみが変動し、かつその応答が指令値に追従している(指令値曲線と応答曲線が一致している)。これらより、所望の機能が独立かつ同時に達成されることが確認できた。 The experimental results of position control in Example 1 are shown in FIG. In the experiment shown in Fig. 9, lifting and lowering took 0-4s, tilting in the roll direction (around the x-axis) at 4-8s, tilting in the pitch direction (around the y-axis) at 8-12s, lifting + tilting in the roll direction at 12-16s, and tilting in the roll direction at 16-16s. Elevation and pitch direction tilt control is performed in 20 seconds. In each section, only the desired function changes, and its response follows the command value (the command value curve and the response curve match). From these results, it was confirmed that the desired functions were achieved independently and simultaneously.

実施例2では、無人搬送車10が傾斜する場合でも天板40を水平に保つ等、無人搬送車10の傾斜がある場合でも傾斜を制御する機能を付加した。実施例2では実施例1のシステムに加え、図10のように基台20に傾斜センサ90を設置し、傾斜の計測値をコントローラ62にフィードバックする。 In the second embodiment, a function is added to control the tilt even when the automatic guided vehicle 10 is tilted, such as keeping the top plate 40 horizontal even when the automatic guided vehicle 10 is tilted. In the second embodiment, in addition to the system of the first embodiment, a tilt sensor 90 is installed on the base 20 as shown in FIG. 10, and the measured value of the tilt is fed back to the controller 62.

コントローラ62の構成を図11に示す。図11において図6と同一部分は同一符号をもって示している。実施例1のコントローラ61では水平面上の走行を想定しているため、基台座標系(基台を原点とする直交座標系)の傾斜と世界座標系(地面を原点とする直交座標系)の傾斜が等しいことを仮定している。実施例2ではこれらが異なる場合があるため、指令の計算において世界座標系と基台座標系の座標変換のブロックを加えている。基台20に設置した傾斜センサ90から世界座標系での基台の傾斜を計測することができ、座標変換の計算が可能となる。 The configuration of the controller 62 is shown in FIG. In FIG. 11, the same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals. Since the controller 61 of the first embodiment assumes running on a horizontal plane, the inclination of the base coordinate system (orthogonal coordinate system with the base as the origin) and the inclination of the world coordinate system (orthogonal coordinate system with the ground as the origin) It is assumed that the slopes are equal. In the second embodiment, since these may be different, a block for coordinate transformation between the world coordinate system and the base coordinate system is added in the command calculation. The tilt sensor 90 installed on the base 20 can measure the tilt of the base in the world coordinate system, making it possible to calculate coordinate transformation.

実施例2(図11)において実施例1(図6)と異なる点は、世界座標系の傾斜指令[SWx cmd,SWy cmd]から基台座標系の傾斜指令[SBx cmd,SBy cmd]へ変換する座標変換部91を追加したことにある。 The difference between the second embodiment (FIG . 11) and the first embodiment (FIG. 6) is that the tilt commands of the base coordinate system [S Bx cmd , S By The reason is that a coordinate conversion unit 91 that converts to cmd ] has been added.

「(世界座標系での天板の傾斜指令[SWx cmd,SWy cmd])=(世界座標系での基台の傾斜[SWx B,SWy B])+(基台座標系での天板の傾斜指令[SBx cmd,SBy cmd])」が成り立つが、これを変形した「(基台座標系での天板の傾斜指令[SBx cmd,SBy cmd])=(世界座標系での天板の傾斜指令[SWx cmd,SWy cmd])-(世界座標系での基台の傾斜[SWx B,SWy B])という式を用いて「基台座標系での天板の傾斜指令[SBx cmd,SBy cmd]」を算出する。傾斜は角度に変換してから差をとる必要があるため、具体的には "(Top tilt command in world coordinate system [S Wx cmd , S Wy cmd ]) = (Base tilt command in world coordinate system [S Wx B , S Wy B ]) + (In base coordinate system The tilt command of the top board [S Bx cmd , S By cmd ])" holds true, but it is transformed to "(The tilt command of the top board in the base coordinate system [S Bx cmd , S By cmd ]) = ( Using the formula: tilt command of the top plate in the world coordinate system [S Wx cmd , S Wy cmd ]) - (tilt of the base plate in the world coordinate system [S Wx B , S Wy B ]), Calculate the tilt command [S Bx cmd , S By cmd ] of the top board in the system. Since the slope needs to be converted to an angle and then the difference is taken, specifically

Figure 0007388282000011
Figure 0007388282000011

として基台座標系での傾斜指令を求めることができる。 The tilt command in the base coordinate system can be obtained as follows.

ただし、(6)式において、SBx cmdは基台座標系での天板のロール方向の傾斜指令、SBy cmdは基台座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、SWx cmdは世界座標系での天板のロール方向の傾斜指令、SWy cmdは世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、SWx Bは前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のロール方向の傾斜、SWy Bは前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜である。 However, in equation (6), S Bx cmd is a tilt command in the roll direction of the top board in the base coordinate system, S By cmd is a tilt command in the pitch direction of the top board in the base coordinate system, and S Wx cmd is S Wx B is the tilt command in the roll direction of the top board in the world coordinate system, S Wy cmd is the tilt command in the pitch direction of the top board in the world coordinate system, and S Wx B is the tilt command in the world coordinate system of the top board detected by the tilt sensor. The inclination in the roll direction, S Wy B is the inclination in the pitch direction of the top plate in the world coordinate system detected by the inclination sensor.

10…無人搬送車
20…基台
21a~21d…長辺フレーム
22a~22d…短辺フレーム
23…底板
24a~24d…垂直フレーム
25R,25L…側板
31~34…第1~第4のアクチュエータ
31a~34a…出力軸
40…天板
51-1~51-4…球面座ナット
52-1~52-4…球面座受
53-1~53-4…全ねじ
54-1~54-4…袋ナット
61、62…コントローラ
65…指令値生成部
70…位置制御器
81,83…減算器
82…モータドライバ
84…係数付与部
91…座標変換部
10...Automated guided vehicle 20...Base 21a to 21d...Long side frame 22a to 22d...Short side frame 23...Bottom plate 24a to 24d...Vertical frame 25R, 25L...Side plate 31 to 34...First to fourth actuators 31a to 34a...Output shaft 40...Top plate 51-1~51-4...Spherical bearing nut 52-1~52-4...Spherical bearing 53-1~53-4...Fully threaded 54-1~54-4...Cap nut 61, 62...Controller 65...Command value generation unit 70...Position controller 81, 83...Subtractor 82...Motor driver 84...Coefficient assigning unit 91...Coordinate conversion unit

Claims (3)

移動可能な走行体に搭載された基台と、
前記基台上の四隅に各々設置されたアクチュエータであり、出力軸が、前記アクチュエータの基台に対する設置面に対して垂直方向に運動自在に構成された第1~第4のアクチュエータと、
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部によって支持されるように配設された天板と、
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の位置を制御する位置制御部と、を備え、
前記位置制御部は、
次の(2)式、(3)式、(4)式、(5)式を用いて、前記天板の中心高さ指令および天板の傾斜指令を第1~第4のアクチュエータの各出力軸の長さ指令に変換する指令値生成部と、
Figure 0007388282000012

Figure 0007388282000013

Figure 0007388282000014

Figure 0007388282000015

(ただし、x~xは天板における第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、Xは天板の昇降に対応するモード変数でありX=(x+x+x+x)/4で定義され、Xは天板のロール方向(x軸を回転軸とする回転方向)の傾斜に対応するモード変数でありX=(x-x+x-x)/4で定義され、ロール方向の傾斜Sと比例関係X=(d12/2)S(d12は第1のアクチュエータの出力軸の先端部と第2のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離)にあり、Xは天板のピッチ方向(y軸を回転軸とする回転方向)の傾斜に対応するモード変数でありX=(x+x-x-x)/4で定義され、ピッチ方向の傾斜Sと比例関係X=(d13/2)S(d13は第1のアクチュエータの出力軸の先端部と第3のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離)にあり、Xは天板の歪みに対応するモード変数であり、Hcmdは天板の中心高さ指令、S cmdは天板のロール方向の傾斜指令、S cmdは天板のピッチ方向の傾斜指令、x cmd~x cmdは第1~第4のアクチュエータの長さ指令)、
前記指令値生成部により変換された第1~第4のアクチュエータの各出力軸の長さ指令と、第1~第4のアクチュエータに対して位置制御を行ったことによる各アクチュエータの出力軸の長さの応答値とに基づいて、第1~第4のアクチュエータの位置制御量を求める位置制御器と、
備えていることを特徴とする無人搬送用昇降・傾斜装置。
A base mounted on a movable running body,
first to fourth actuators, each of which is an actuator installed at each of the four corners of the base, and whose output shaft is movable in a direction perpendicular to the installation surface of the actuator with respect to the base;
a top plate disposed to be supported by the tip of each output shaft of the first to fourth actuators;
a position control unit that controls the position of each output shaft of the first to fourth actuators ;
The position control section includes :
Using the following equations (2), (3), (4), and (5), the center height command of the top board and the tilt command of the top board are determined by each output of the first to fourth actuators. a command value generation unit that converts into an axis length command;
Figure 0007388282000012

Figure 0007388282000013

Figure 0007388282000014

Figure 0007388282000015

(However, x 1 to x 4 are the positions of the tips of the output shafts of the first to fourth actuators on the top plate, X 1 is the mode variable corresponding to the elevation of the top plate, and X 1 = (x 1 + x 2 + x 3 + _ _ 3 - x 4 )/ 4 , and is proportional to the inclination S x in the roll direction. ), and X 3 is a mode variable corresponding to the inclination of the top plate in the pitch direction (direction of rotation with the y-axis as the rotation axis), and X 3 = (x 1 + x 2 -x 3 -x 4 ) /4, and has a proportional relationship with the slope S y in the pitch direction. (distance between the tips of the output shafts of the actuators), X 4 is a mode variable corresponding to the distortion of the top plate, H cmd is the center height command of the top plate, and S x cmd is the roll of the top plate. direction inclination command, S y cmd is a tilt command in the pitch direction of the top plate, x 1 cmd to x 4 cmd are length commands of the first to fourth actuators),
The length command of each output shaft of the first to fourth actuators converted by the command value generation unit and the length of the output shaft of each actuator obtained by performing position control on the first to fourth actuators. a position controller that calculates the position control amount of the first to fourth actuators based on the response value of the
A lifting/tilting device for unmanned transportation.
前記基台に設置された傾斜センサを備え、
前記位置制御部は、次の(6)式を演算することによって基台座標系での傾斜指令を求める座標変換部を備え、前記求められた基台座標系での傾斜指令を、前記指令値生成部における天板の傾斜指令とすることを特徴とする請求項1に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置。
Figure 0007388282000016

(ただし、SBx cmdは基台座標系での天板のロール方向の傾斜指令、SBy cmdは基台座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、SWx cmdは世界座標系での天板のロール方向の傾斜指令、SWy cmdは世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜指令、SWx は前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のロール方向の傾斜、SWy は前記傾斜センサにより検出された世界座標系での天板のピッチ方向の傾斜)
comprising a tilt sensor installed on the base;
The position control unit includes a coordinate conversion unit that calculates a tilt command in the base coordinate system by calculating the following equation (6), and converts the determined tilt command in the base coordinate system into the command value. 2. The lifting/tilting device for unmanned transportation according to claim 1, wherein the generation unit issues a tilt command for the top plate.
Figure 0007388282000016

(However, S Bx cmd is the tilt command in the roll direction of the top board in the base coordinate system, S By cmd is the tilt command in the pitch direction of the top board in the base coordinate system, and S Wx cmd is the tilt command in the pitch direction of the top board in the base coordinate system. S Wx B is the tilt command in the roll direction of the top board in the world coordinate system, S Wx B is the tilt command in the roll direction of the top board in the world coordinate system, which is detected by the tilt sensor. , S Wy B is the tilt in the pitch direction of the top board in the world coordinate system detected by the tilt sensor)
前記第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部に各々設けられた球面座ナットと、
前記各球面座ナットと天板の間に各々配設された球面座受と、
一端が、前記各球面座ナット、球面座受、球面座受の配設位置に対向する天板の部位に各々挿入されたねじと、
前記各ねじの他端に各々設けられた天板離脱防止具と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置。
a spherical seat nut provided at the tip of each output shaft of the first to fourth actuators;
a spherical seat support disposed between each of the spherical seat nuts and the top plate;
a screw whose one end is inserted into a portion of the top plate opposite to the location where the spherical seat nut, the spherical seat support, and the spherical seat support are installed;
The lifting/tilting device for unmanned transportation according to claim 1 or 2 , further comprising a top plate separation prevention device provided at the other end of each of the screws.
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