JP7459710B2 - Lift/tilt control device for automated guided vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、無人搬送車(Automated Guided Vehicle;AGV)による荷物の持ち上げ、搬送に係り、特に荷物の昇降・傾斜の制御技術に関する。 The present invention relates to lifting and transporting luggage using an automated guided vehicle (AGV), and particularly relates to technology for controlling 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(横方向および進行方向)を制御する。
Automatic guided vehicles such as those disclosed in
特許文献3では、多軸の直動アクチュエータによるステージの制御について、推力定数をテーブルにより補正する手法を扱っている。
また、本発明の制御に関連する研究として、非特許文献1にはモード空間に基づく制御について記載されている。
In addition, as a study related to the control of the present invention, Non-Patent
非特許文献1に記載のように、モード空間に基づく制御の研究は遠隔操作デバイスの研究において行われているが、AGV(特にその昇降・傾斜装置)に応用された例は調べた限り確認されていない。
As described in Non-Patent
またアクチュエータによってAGVの荷物昇降用の台車等の昇降制御・横方向傾斜制御・進行方向傾斜制御に関して制御系を設計することは難しいものであった。 Furthermore, it is difficult to design a control system using actuators to control the elevation, lateral inclination, and forward direction inclination of an AGV's luggage lifting cart, etc.
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、アクチュエータの出力軸と、荷物が搭載される台車・天板等の被制御体の接触時の衝撃を少なくし、被制御体の傾きを制御しながらスムーズに昇降制御が行える無人搬送車の昇降・傾斜制御装置を提供することにある。 The present invention aims to solve the above problems, and its purpose is to provide a lifting/tilting control device for an automated guided vehicle that reduces the impact when the actuator output shaft comes into contact with a controlled object such as a cart or tabletop on which cargo is loaded, and can smoothly control the lifting/tilting while controlling the tilt of the controlled object.
上記課題を解決するための請求項1に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置は、
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対向して配設された被制御体と、
前記被制御体の荷重に比べて十分小さい力により第1~第4のアクチュエータを伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第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、
In order to solve the above problem, the lifting/tilting control device for an automated guided vehicle according to
A base mounted on a movable traveling body;
First to fourth actuators are respectively installed at the four corners of the base, and the output shafts of the actuators are configured to be movable in a direction perpendicular to a surface on which the actuators are installed on the base ;
a controlled body disposed opposite to a tip end of each of the output shafts of the first to fourth actuators;
a position control unit that extends the first to fourth actuators by a force that is sufficiently smaller than the load of the controlled body, and controls the position of each of the output shafts of the first to fourth actuators while controlling the inclination of the controlled body after the tip of the output shaft of each actuator comes into contact with the controlled body and stops;
Equipped with
前記位置制御部は、
次の(1)式、(2)式、(3)式を用いて、前記被制御体の中心高さ指令および被制御体の傾斜指令からモードの位置指令に変換する指令値生成部と、
The position control unit is
a command value generating unit that converts the center height command of the controlled object and the tilt command of the controlled object into a mode position command using the following equations (1), (2), and (3);
(ただし、x1~x4は被制御体における第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、X1は被制御体の昇降に対応するモード変数でありX1=(x1+x2+x3+x4)/4で定義され、X2は被制御体の横方向(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X2=(x1-x2+x3-x4)/4で定義され、横方向の傾斜Sxと比例関係X2=(d12/2)Sx(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;アクチュエータ左右間隔)にあり、X3は被制御体の進行方向(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X3=(x1+x2-x3-x4)/4で定義され、進行方向の傾斜Syと比例関係X3=(d13/2)Sy(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;アクチュエータ前後間隔)にあり、X4は被制御体の歪みに対応するモード変数であり、Hcmdは被制御体の中心高さ指令、Sx
cmdは被制御体の横方向の(x軸に関する)傾斜指令、Sy
cmdは被制御体の進行方向の(y軸に関する)傾斜指令、X1
cmd~X4
cmdはモードの位置指令値)、
前記指令値生成部により変換されたモードの位置指令と、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位置応答値を変数変換したモードの応答値とに基づいて、(4)式を用いてモードの力参照値を求める位置制御器と、
(However, x 1 to x 4 are the positions of the tips of the output shafts of the first to fourth actuators in the controlled object, X 1 is the mode variable corresponding to the elevation of the controlled object, and X 1 = (x 1 + x 2 + x 3 + x 2 + x 3 - x 4 )/4, and the proportional relationship with the lateral slope S x is X 2 = (d 12 / 2 ) S 2; the distance between the tips of the output shafts of the actuators; X3 is the mode variable corresponding to the inclination of the controlled object in the direction of movement (direction of rotation with the y-axis as the rotation axis). It is defined as The distance between the tip of the output shaft and the tip of the output shaft of the third actuator; S x cmd is the tilt command in the lateral direction (with respect to the x-axis) of the controlled object, S y cmd is the tilt command in the traveling direction (with respect to the y-axis) of the controlled object, X 1 cmd to X 4 cmd is the mode position command value),
The position command of the mode converted by the command value generation unit and the response value of the mode obtained by converting the position response value of the output shaft of each actuator into a variable by performing position control on the first to fourth actuators. a position controller that calculates a mode force reference value based on equation (4);
(ただしCPM1~CPM4は位置制御器の特性、X1
cmd~X4
cmdはモードの位置指令値、X1
res~X4
resはモードの応答値、F1
ref~F4
refはモード変数の力参照値)、
前記位置制御器により求められたモードの力参照値から、(5)式を用いて第1~第4のアクチュエータの出力軸の力参照値に変換する変数変換部と、
(However, C PM1 to C PM4 are the characteristics of the position controller, X 1 cmd to X 4 cmd are the mode position command values, X 1 res to X 4 res are the mode response values, and F 1 ref to F 4 ref are the mode variable force reference value),
a variable conversion unit that converts the mode force reference value determined by the position controller into the force reference value of the output shaft of the first to fourth actuators using equation (5);
(ただし、T-1は変換行列の逆行列)
を備えたことを特徴とする。
(where T -1 is the inverse matrix of the transformation matrix)
The present invention is characterized by comprising:
請求項2に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置は、請求項1において、
前記位置制御部は、
被制御体への搭載物が無い状態で第1~第4のアクチュエータに等しい力を与えて各出力軸を伸長し、前記各アクチュエータの出力軸の先端部が被制御体に接触して停止したときの、アクチュエータの出力軸長さの平均からの偏差分を記憶し、搭載物搬送時に前記偏差分を前記各アクチュエータの出力軸の位置応答値に加算することを特徴としている。
The lifting/tilting control device for an automatic guided vehicle according to
The position control unit is
When there is no load on the controlled object, equal forces are applied to the first to fourth actuators to extend each output shaft, and when the tip of the output shaft of each actuator comes into contact with the controlled object and stops, the deviation of the actuator output shaft length from the average is stored, and when the load is transported, the deviation is added to the position response value of the output shaft of each actuator.
請求項3に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置は、請求項1又は2において、
前記位置制御部は、
前記第1~第4のアクチュエータの出力軸の先端部が被制御体に接触したときのアクチュエータの出力軸の位置Lを、(6)式を用いて算出し、
The lifting/tilting control device for an automatic guided vehicle according to
The position control unit is
Calculating the position L of the output shaft of the first to fourth actuators when the tip ends of the output shafts of the actuators come into contact with the controlled object using equation (6);
(ただしf0
refは各アクチュエータに力が加わっていないときの出力軸の力参照値、kはアクチュエータの弾性係数、L0は各アクチュエータに力が加わっていない状態の自然長)
該算出された位置Lを前記(1)式のx1~x4に適用することを特徴としている。
(However, f 0 ref is the output shaft force reference value when no force is applied to each actuator, k is the elastic coefficient of the actuator, and L 0 is the natural length when no force is applied to each actuator.)
It is characterized in that the calculated position L is applied to x 1 to x 4 in equation (1).
請求項4に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置は、請求項1から3のいずれか1項において、
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(7)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被制御体の傾斜指令とすることを特徴としている。
The elevation/inclination control device for an automatic guided vehicle according to
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 (7), and converts the determined tilt command in the base coordinate system into the command value. It is characterized in that it is a tilt command for the controlled object in the generation section.
(ただし、SBx cmdは基台座標系での被制御体の横方向の傾斜指令、SBy cmdは基台座標系での被制御体の進行方向の傾斜指令、SWx cmdは世界座標系での被制御体の横方向の傾斜指令、SWy cmdは世界座標系での被制御体の進行方向の傾斜指令、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被制御体の横方向の傾斜、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被制御体の進行方向の傾斜) (However, S Bx cmd is a horizontal tilt command of the controlled object in the base coordinate system, S By cmd is a tilt command in the advancing direction of the controlled object in the base coordinate system, and S Wx cmd is the world coordinate system. S W x B is the horizontal tilt command of the controlled object in the world coordinate system, S Wx B is the tilt command in the direction of movement of the controlled object in the world coordinate system, and S Wx B is the command for the controlled object in the world coordinate system detected by the tilt sensor. (S Wy B is the inclination in the direction of movement of the controlled object in the world coordinate system detected by the inclination sensor)
(1)請求項1~4に記載の発明によれば、第1~第4のアクチュエータと被制御体(台車・天板等)が接触した際の衝撃が少なく、被制御体の傾きを制御しながらスムーズに持ち上げることができる。また、被制御体の中心高さ、横方向傾斜、進行方向傾斜、歪に関する制御パラメータを独立に設計することが可能となり、制御ゲインの調整が容易となる。また、歪みを制御パラメータとしているため、各アクチュエータの出力軸と被制御体の接触面からの誤差を吸収することができる。
(2)請求項2に記載の発明によれば、被制御体の傾斜を精度良く計算することができる。
(3)請求項3に記載の発明によれば、各アクチュエータに加わる力の状態に関わらず、アクチュエータの出力軸の位置を正しく算出することができ、制御精度が向上する。
(4)請求項4に記載の発明によれば、走行体に搭載された基台が傾く場合であっても、被制御体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被制御体の傾きを水平に保つことができる。
(1) According to the invention described in
(2) According to the invention described in
(3) According to the invention described in
(4) According to the invention described in
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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment.
図1に、実施例1による昇降・傾斜装置の概要を示す。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。
Figure 1 shows an overview of the lifting/tilting device according to the first embodiment. In Figure 1, a
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対向して、荷物搭載用の台車、天板、かご台車等の被制御体40が配設されている。
Each output shaft of the first to
前記アクチュエータ31~34の各出力軸の伸長により各出力軸の先端部が被制御体40に当接する部位には、各出力軸先端によって被制御体40を可動自在に支持する図示省略の接続機構が設けられている。
At the location where the tip of each output shaft of the
この接続機構によって、被制御体40が傾く場合であってもアクチュエータの出力軸と被制御体40が接することができ、被制御体40の傾斜を許容できるように構成されている。
This connection mechanism allows the output shaft of the actuator to come into contact with the controlled
尚、無人搬送車10は走行駆動用のモータ、被制御体の昇降・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、例えばボールねじ機構が採用される。
The automated guided
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2に示す。図2の太線部分は機械的な接続を示している。図2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, the overall system configuration of the lifting/tilting device, including the position control unit of the present invention, is shown in Figure 2. The thick lines in Figure 2 indicate mechanical connections. In Figure 2, 61 is a controller equipped with the function of a position control unit.
コントローラ61の構成を図3に示す。図3において62は指令値生成部であり、被制御体40の中心高さおよび傾斜の指令値を、幾何学的関係に基づいて変数変換し、モード(モード空間)の位置指令値Xcmdを算出する。
The configuration of the
アクチュエータの出力軸の位置応答値xres(アクチュエータの伸展長の応答値)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。 The position response value xres of the actuator output shaft (response value of the actuator extension length) is measured directly by a position sensor in the case of a direct drive linear motor. When using a transmission mechanism such as a ball screw instead of a direct drive, the actuator length is calculated using a constant such as lead.
63は、アクチュエータの出力軸の位置応答値xresをモード空間の定義(後述の(3)式)に基づいて変数変換して、モードの応答値Xresを算出する変数変換部である。
前記モードの位置指令値Xcmdとモードの応答値Xresを基に位置制御器64によって位置制御系を構築し、位置制御器64からモードの力参照値Frefを出力する。
A position control system is constructed by a
65は、前記モードの力参照値Frefから、後述の(5)式を用いてアクチュエータの出力軸の力参照値frefに変換する変数変換部である。この出力軸の力参照値frefが第1~第4のアクチュエータ31~34への最終的な制御入力となる。
実施例1の制御系のブロック図を図4に示す。図4において図3と同一部分は同一符号をもって示している。コントローラ61内の64aはモードの位置指令値Xcmdとモードの応答値Xresの偏差をとる減算器であり、Cp(s)はモードの位置制御器64の位置制御ゲインである。
A block diagram of the control system of the first embodiment is shown in FIG. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. 64a in the
70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(台車、天板などの被制御体40および被制御体上の荷物等)の外乱fextとの偏差が減算器71によってとられ、その偏差には係数付与部72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。
70 is a motor driver for each actuator, and f a ref represents the thrust of the output shaft of the actuator. A
図5は被制御体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。
Figure 5 shows the positional relationship of each actuator in the controlled
次に、図3、図4のコントローラ61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、各機能のモード変数X=[X1,X2,X3,X4]とアクチュエータの位置のベクトルx=[x1,x2,x3,x4]を用いて、(1)式、(2)式として表すことができる。
Next, the operation of the
ただし、モード変数X1は昇降、X2は横方向(x軸を回転軸とする回転方向)の傾斜、X3は進行方向(y軸を回転軸とする回転方向)の傾斜、X4は歪に各々対応する。 Here, the mode variable X1 corresponds to elevation, X2 corresponds to inclination in the lateral direction (rotation direction about the x-axis), X3 corresponds to inclination in the advancement direction (rotation direction about the y-axis), and X4 corresponds to distortion.
また、図3、図4における指令値生成部62が実施する中心高さ・傾斜指令[Hcmd,Sx
cmd,Sy
cmd]からモードの指令Xcmd=[X1
cmd,X2
cmd,X3
cmd,X4
cmd]までの変数変換は(3)式として表すことができる。
Furthermore, the variable conversion from the center height/tilt command [H cmd , S x cmd , Sy cmd ] to the mode command X cmd = [X 1 cmd , X 2 cmd , X 3 cmd , X 4 cmd ] performed by the command
ただし、x1~x4は被制御体における第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、X1は被制御体の昇降に対応するモード変数でありX1=(x1+x2+x3+x4)/4で定義される。 where x1 to x4 are the positions of the tips of the output shafts of the first to fourth actuators in the controlled body, and X1 is a mode variable corresponding to the elevation of the controlled body and is defined as X1 = ( x1 + x2 + x3 + x4 )/4.
X2は被制御体の横方向(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X2=(x1-x2+x3-x4)/4で定義され、横方向の傾斜Sxと比例関係X2=(d12/2)Sx(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;アクチュエータ左右間隔)にある。 X 2 is a mode variable corresponding to the inclination of the controlled object in the lateral direction (rotation direction with the x-axis as the rotation axis), and is defined as X 2 = (x 1 - x 2 + x 3 - x 4 )/4, The horizontal inclination S x and the proportional relationship X 2 = (d 12 /2) S x (d 12 is the distance between the tip of the output shaft of the first actuator and the tip of the output shaft of the second actuator; (actuator left and right spacing).
X3は被制御体の進行方向(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X3=(x1+x2-x3-x4)/4で定義され、進行方向の傾斜Syと比例関係X3=(d13/2)Sy(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;アクチュエータ前後間隔)にある。 X3 is a mode variable corresponding to the inclination of the controlled object's direction of travel (rotation direction about the y-axis as the rotation axis) and is defined as X3 = ( x1 + x2 - x3 - x4 )/4, and is proportional to the inclination S y in the direction of travel, X3 = ( d13 /2) S y ( d13 is the distance between the tip of the output shaft of the first actuator and the tip of the output shaft of the third actuator; actuator front-to-rear spacing).
X4は被制御体の歪みに対応するモード変数であり、Hcmdは被制御体の中心高さ指令、Sx cmdは被制御体の横方向の(x軸に関する)傾斜指令、Sy cmdは被制御体の進行方向の(y軸に関する)傾斜指令、X1 cmd~X4 cmdはモードの位置指令値である。 X4 is a mode variable corresponding to the distortion of the controlled body, H cmd is a center height command of the controlled body, S x cmd is a lateral tilt command (relative to the x-axis) of the controlled body, S y cmd is a tilt command (relative to the y-axis) of the controlled body in the traveling direction, and X1 cmd to X4 cmd are position command values of the mode.
位置制御器64は、減算器64aから入力されるモードの位置指令値Xcmdとモードの応答値Xresの偏差分に基づいて(4)式を用いてモードの力参照値Frefを求める。
The
ただし、CPM1~CPM4はコントローラ(PIDなど)の特性、X1 cmd~X4 cmdはモードの位置指令値、X1 res~X4 resはモードの応答値、F1 ref~F4 refはモード変数の力参照値である。 where C PM1 to C PM4 are the characteristics of the controller (such as PID), X 1 cmd to X 4 cmd are the position command values of the modes, X 1 res to X 4 res are the response values of the modes, and F 1 ref to F 4 ref are the force reference values of the mode variables.
本実施例では、位置制御器64に、(4)式のように各機能のモードの変数に対する制御器を直接組み込んでいるため、各機能の制御性能を直接設計することができる。
In this embodiment, the controller for the mode variables of each function is directly incorporated into the
すなわち、従来手法ではアクチュエータ各軸の制御ゲインを変えることはできるが、傾斜制御および高さ制御といった各機能に関する制御ゲインの比重を調整することは難しいものであった。 In other words, while conventional methods make it possible to change the control gain for each axis of the actuator, it is difficult to adjust the weighting of the control gain for each function, such as tilt control and height control.
これに対して本発明では、各機能のモードの変数に対して制御系を組むため、各機能に関する制御ゲインを直接設計することができる。 On the other hand, in the present invention, since a control system is constructed for the mode variables of each function, control gains regarding each function can be directly designed.
モード変数の力参照値Frefからアクチュエータ出力軸の力参照値frefへの変換については、変数変換部65において(5)式のように変換行列の逆行列T-1をFrefにかけることで実現することができる。
To convert the force reference value F ref of the mode variable to the force reference value f ref of the actuator output shaft, the
次に被制御体40への接触・幾何学的誤差の補正値について説明する。
Next, correction values for contact and geometric errors on the controlled
被制御体40をアクチュエータ31~34により押し上げる場合、被制御体とアクチュエータ31~34の接触する点でのAGV10と被制御体40の距離は構造や製作上の誤差により必ずしも等しいとは限らない。このため、アクチュエータ31~34の伸展長から被制御体40の傾きを計算すると積荷の傾斜の算出に誤差がでる。
When the controlled
そこで、無積載の状態で各アクチュエータに等しい力(被制御体40の重量に比べ十分小さい)を与えて伸長し、アクチュエータの出力軸が被制御体40の底部に接触して停止した状態のアクチュエータの長さの、平均からの差を補正値として記憶する。
Therefore, an equal force (sufficiently smaller than the weight of the controlled object 40) is applied to each actuator in an unloaded state to extend the actuator, and the actuator is stopped when the output shaft of the actuator contacts the bottom of the controlled
そして、荷を積載して搬送するときにはアクチュエータ検出長に、前記記憶しておいた補正値を加えて被制御体40の位置・傾斜を計算する。
Then, when a load is being transported, the stored correction value is added to the actuator detection length to calculate the position and inclination of the controlled
また、昇降・傾斜制御を始める際、アクチュエータ31~34が被制御体40に接触していない状態から制御を開始すると、接触してアクチュエータが被制御体40を持ち上げている状態と比較して負荷が極端に軽く、持ち上げている状態で安定になる様に調整したコントローラでは不安定になり易い。
Furthermore, when starting the elevation/tilting control, if the
このため、最初に各アクチュエータ31~34に等しい力(小さい)を与え、アクチュエータが停止するまで伸長させて被制御体40に接触させる。等しい力とするのはAGV10と被制御体40間の最も長い距離を検出するためであり、被制御体40の高さ指令はこの値にアクチュエータ取付高の和以上にする。また、小さい力を加えるのは、接触時の衝撃を小さくするためである。
For this purpose, an equal (small) force is first applied to each of the
次に、アクチュエータに弾性がある場合の長さ補正について説明する。 Next, we will explain how to correct the length when the actuator is elastic.
アクチェータが弾性を有する場合、入力側の変位と出力軸の位置の関係は力によって異なる。そこでフックの法則に基づき、アクチェータ位置を算出する。すなわち、被制御体40への接触時のアクチェータ出力軸の位置Lの算出は、フックの法則より(6)式で与えられる。
When the actuator has elasticity, the relationship between the displacement on the input side and the position of the output shaft varies depending on the force. Therefore, the actuator position is calculated based on Hooke's law. In other words, the position L of the actuator output shaft when it contacts the controlled
ただしf0 refは各アクチュエータに力が加わっていないときの出力軸の力参照値、kはアクチュエータの弾性係数、L0は各アクチュエータに力が加わっていない状態の自然長である。 where f 0 ref is the force reference value of the output shaft when no force is applied to each actuator, k is the elastic coefficient of the actuator, and L 0 is the natural length when no force is applied to each actuator.
そして前記(6)式で算出された位置Lを前記(1)式のx1~x4に適用することで、アクチュエータに弾性がある場合の長さ補正が行える。 Then, by applying the position L calculated by the above equation (6) to x 1 to x 4 of the above equation (1), the length can be corrected when the actuator has elasticity.
以上のように実施例1によれば、第1~第4のアクチュエータ31~34の出力軸と被制御体(台車・天板など)40が接触した際の衝撃が少なく、被制御体40の傾きを制御しながらスムーズに持ち上げることができる。
As described above, according to the first embodiment, when the output shafts of the first to
また図3、図4の構成により、中心高さ、横方向傾斜、進行方向傾斜、歪に関する制御パラメータを独立に設計することが可能となり、制御ゲインの調整が容易となる。 In addition, the configurations shown in Figures 3 and 4 make it possible to independently design control parameters related to center height, lateral tilt, travel direction tilt, and distortion, making it easy to adjust the control gain.
また、拘束条件の計算が不要となり計算が簡単になる。また、被制御体40の接触面の歪みの影響を低減できる。アクチュエータは4軸あり、制御したいのは3変数(高さ位置、傾斜[縦、横])である。したがって、アクチュエータ31~34の出力軸の先端位置が同一平面上にあるという拘束条件を付加して、アクチュエータの指令値を計算することが考えられる。しかしながら、アクチュエータが被制御体40に接触する位置は必ずしも完全な平面ではなく、また常に同じ位置で接触するとは限らない。そのため、同一平面からの誤差を歪みとして検出し、これを制御対象とすることにより、同一平面からの誤差を吸収する。歪みに対する制御は誤差を許容できるような柔らかい制御系にする。
Further, calculation of constraint conditions is not required, which simplifies the calculation. Furthermore, the influence of distortion on the contact surface of the controlled
また、アクチェータ31~34は弾性体であり、加わる力によって長さが変化するので、力が加わっていない状態の長さによって被制御体40の位置・傾斜を計算すると誤差が生じる。このため(6)式を用いてアクチェータ位置を力によって補正することにより、精度の良い高さ・傾斜制御が行える。
In addition, the
実施例2では、AGV10が傾斜する場合でも被制御体40を水平に保つ等、AGV10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6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61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
傾斜センサ90はAGV10の縦方向と進行方向の傾きを検出できるように2個取付ける。AGV10は路面状態(傾き、凹凸)や、機械的な誤差、車輪の歪み(被制御体40と積荷の重心位置により加わる力の不平衡による)などの影響により傾く。このため、AGV10に対する被制御体40の傾斜を指令値に制御しても被制御体40の傾斜は指令通りにはならない。
Two
実施例2におけるコントローラ61の構成を図7に示す図7において図3と同一部分は同一符号をもって示している。図7において、世界座標系とは水平地面上における直交座標系であり、基台座標系とは基台20のアクチェータ取り付け面から見た直交座標系(原点はアクチュエータ取り付け位置の中心)である。
The configuration of the
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、基台座標系の傾斜と世界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。
In the
実施例2(図7)において実施例1(図3)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80を追加したことにある。
The difference between the second embodiment (FIG. 7) and the first embodiment ( FIG . 3 ) is that the tilt commands of the base coordinate system [S Bx cmd , S By The reason is that a coordinate
「(世界座標系での被制御体40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])+(基台座標系での被制御体40の傾斜指令[SBx
cmd,SBy
cmd])」が成り立つが、これを変形した「(基台座標系での被制御体40の傾斜指令[SBx
cmd,SBy
cmd])=(世界座標系での被制御体40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「基台座標系での被制御体40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
"(Tilt command of the controlled
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 calculated as follows.
ただし、(7)式において、SBx
cmdは基台座標系での被制御体40の横方向の傾斜指令、SBy
cmdは基台座標系での被制御体40の進行方向の傾斜指令、SWx
cmdは世界座標系での被制御体40の横方向の傾斜指令、SWy
cmdは世界座標系での被制御体40の進行方向の傾斜指令、SWx
Bは前記傾斜センサ90により検出された世界座標系での被制御体40の横方向の傾斜、SWy
Bは前記傾斜センサ90により検出された世界座標系での被制御体40の進行方向の傾斜である。
However, in equation (7), S Bx cmd is the lateral tilt command of the controlled
以上のように実施例2によれば、傾斜センサ90による傾きの情報を用いることで、走行体(10)に搭載された基台20が傾く場合であっても被制御体40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被制御体40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、カーブ時に被制御体40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。
As described above, according to the second embodiment, by using the tilt information from the
図8に実施例2による動作シミュレーションの結果を示す。図8では、被制御体40として台車を用い、以下のような動作をシミュレーションしたときの台車の進行方向xの傾きと台車の横方向yの傾きを示している。
Figure 8 shows the results of an operation simulation of Example 2. In Figure 8, a cart is used as the controlled
(1)アクチュエータトルク一定(小トルク)で出力軸を上方に伸長させ、アクチュエータ上部が台車に接触する(0-10s)。 (1) Extend the output shaft upward with a constant actuator torque (small torque), and the upper part of the actuator contacts the trolley (0-10 s).
(2)最大の回転角のアクチュエータ長を目標値として制御し、台車が水平になることを目指す(水平制御)(10s-20s)。 (2) The actuator length for the maximum rotation angle is controlled as the target value, aiming to keep the cart horizontal (horizontal control) (10s-20s).
(3)AGV10を1m/s2で1s加速、速度1m/s(20s-21s)。この加速により台車は進行方向xに傾く。 (3) AGV10 accelerates at 1 m/s2 for 1 s, with a speed of 1 m/s (20 s - 21 s). This acceleration causes the cart to tilt in the direction of travel x.
(4)ステアリングをπ/6radにする(AGV操舵)(25s-)。このステアリングの遠心力により台車は横方向yに傾く。 (4) Set the steering to π/6 rad (AGV steering) (25s-). The centrifugal force of this steering causes the cart to tilt sideways in the y direction.
実施例2の手法によりゲインの調整が容易になり、図8のような「持ち上げ→水平制御→加速→ステアリング」の動作を実現することができた。 The technique in Example 2 makes it easy to adjust the gain, and it is possible to achieve the operation of "lifting → horizontal control → acceleration → steering" as shown in Figure 8.
10…無人搬送車
20…基台
31~34…第1~第4のアクチュエータ
40…被制御体
61…コントローラ
62…指令値生成部
63,65…変数変換部
64…位置制御器
64a,71…減算器
70…モータドライバ
72…係数付与部
80…座標変換部
90…傾斜センサ
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
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対向して配設された被制御体と、
前記被制御体の荷重に比べて十分小さい力により第1~第4のアクチュエータを伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第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(1)式、(2)式、(3)式を用いて、前記被制御体の中心高さ指令および被制御体の傾斜指令からモードの位置指令に変換する指令値生成部と、
(ただし、x1~x4は被制御体における第1~第4のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、X1は被制御体の昇降に対応するモード変数でありX1=(x1+x2+x3+x4)/4で定義され、X2は被制御体の横方向(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X2=(x1-x2+x3-x4)/4で定義され、横方向の傾斜Sxと比例関係X2=(d12/2)Sx(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;アクチュエータ左右間隔)にあり、X3は被制御体の進行方向(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X3=(x1+x2-x3-x4)/4で定義され、進行方向の傾斜Syと比例関係X3=(d13/2)Sy(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;アクチュエータ前後間隔)にあり、X4は被制御体の歪みに対応するモード変数であり、Hcmdは被制御体の中心高さ指令、Sx cmdは被制御体の横方向の(x軸に関する)傾斜指令、Sy cmdは被制御体の進行方向の(y軸に関する)傾斜指令、X1 cmd~X4 cmdはモードの位置指令値)、
前記指令値生成部により変換されたモードの位置指令と、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位置応答値を変数変換したモードの応答値とに基づいて、(4)式を用いてモードの力参照値を求める位置制御器と、
(ただしCPM1~CPM4は位置制御器の特性、X1 cmd~X4 cmdはモードの位置指令値、X1 res~X4 resはモードの応答値、F1 ref~F4 refはモード変数の力参照値)、
前記位置制御器により求められたモードの力参照値から、(5)式を用いて第1~第4のアクチュエータの出力軸の力参照値に変換する変数変換部と、
(ただし、T-1は変換行列の逆行列)
を備えたことを特徴とする無人搬送車の昇降・傾斜制御装置。 A base mounted on a movable traveling body;
First to fourth actuators are respectively installed at the four corners of the base, and the output shafts of the actuators are configured to be movable in a direction perpendicular to a surface on which the actuators are installed on the base ;
a controlled body disposed opposite to a tip end of each of the output shafts of the first to fourth actuators;
a position control unit that extends the first to fourth actuators by a force sufficiently smaller than the load of the controlled body, and controls the position of each of the output shafts of the first to fourth actuators while controlling the inclination of the controlled body after the tip of the output shaft of each actuator comes into contact with the controlled body and stops;
The position control unit is
a command value generating unit that converts the center height command of the controlled object and the tilt command of the controlled object into a mode position command using the following equations (1), (2), and (3);
(where x 1 to x 4 are the positions of the tips of the output shafts of the first to fourth actuators in the controlled body, X 1 is a mode variable corresponding to the elevation of the controlled body and is defined as X 1 = (x 1 + x 2 + x 3 + x 4 )/4, X 2 is a mode variable corresponding to the inclination of the controlled body in the lateral direction (the direction of rotation about the x-axis as the axis of rotation) and is defined as X 2 = (x 1 - x 2 + x 3 - x 4 )/4 and is proportional to the lateral inclination S x , X 2 = (d 12 /2) S x (d 12 is the distance between the tip of the output shaft of the first actuator and the tip of the output shaft of the second actuator; the left-right distance between the actuators), and X 3 is a mode variable corresponding to the inclination of the controlled body in the travel direction (the direction of rotation about the y-axis as the axis of rotation) and X 3 = (x 1 + x 2 - x 3 - x 4 )/4 and is proportional to the inclination S y in the traveling direction, X 3 = (d 13 /2) S y (d 13 is the distance between the tip of the output shaft of the first actuator and the tip of the output shaft of the third actuator; actuator front-to-rear distance), X 4 is a mode variable corresponding to the distortion of the controlled body, H cmd is a center height command of the controlled body, S x cmd is a lateral (relative to the x-axis) inclination command of the controlled body, S y cmd is a inclination command in the traveling direction (relative to the y-axis) of the controlled body, and X 1 cmd to X 4 cmd are position command values of the modes).
a position controller that uses equation (4) to determine a modal force reference value based on the modal position command converted by the command value generating unit and a modal response value obtained by variable-converting a position response value of an output shaft of each actuator resulting from performing position control on the first to fourth actuators;
(where C PM1 to C PM4 are the characteristics of the position controller, X 1 cmd to X 4 cmd are the position command values of the modes, X 1 res to X 4 res are the response values of the modes, and F 1 ref to F 4 ref are the force reference values of the mode variables).
a variable conversion unit that converts the force reference value of the mode obtained by the position controller into force reference values of the output shafts of the first to fourth actuators using equation (5);
(where T -1 is the inverse matrix of the transformation matrix)
A lifting/tilting control device for an automated guided vehicle comprising :
被制御体への搭載物が無い状態で第1~第4のアクチュエータに等しい力を与えて各出力軸を伸長し、前記各アクチュエータの出力軸の先端部が被制御体に接触して停止したときの、アクチュエータの出力軸長さの平均からの偏差分を記憶し、搭載物搬送時に前記偏差分を前記各アクチュエータの出力軸の位置応答値に加算することを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置。
The position control unit is
2. The lifting/tilt control device for an automated guided vehicle according to claim 1, characterized in that when there is no load on the controlled object, equal forces are applied to the first to fourth actuators to extend each output shaft, and when the tip of the output shaft of each actuator comes into contact with the controlled object and stops, a deviation from the average length of the output shaft of the actuators is stored, and when the load is transported, the deviation is added to the position response value of the output shaft of each actuator.
前記第1~第4のアクチュエータの出力軸の先端部が被制御体に接触したときのアクチュエータの出力軸の位置Lを、(6)式を用いて算出し、
(ただしf0 refは各アクチュエータに力が加わっていないときの出力軸の力参照値、kはアクチュエータの弾性係数、L0は各アクチュエータに力が加わっていない状態の自然長)
該算出された位置Lを前記(1)式のx1~x4に適用することを特徴とする請求項1又は2に記載の無人搬送車の昇降・傾斜制御装置。 The position control section includes:
Calculating the position L of the output shaft of the actuator when the tip of the output shaft of the first to fourth actuators contacts the controlled object using equation (6),
(However, f 0 ref is the output shaft force reference value when no force is applied to each actuator, k is the elastic coefficient of the actuator, and L 0 is the natural length when no force is applied to each actuator.)
3. The automatic guided vehicle elevation/inclination control device according to claim 1 or 2 , wherein the calculated position L is applied to x 1 to x 4 of the equation (1).
前記位置制御部は、次の(7)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被制御体の傾斜指令とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置。
(ただし、SBx cmdは基台座標系での被制御体の横方向の傾斜指令、SBy cmdは基台座標系での被制御体の進行方向の傾斜指令、SWx cmdは世界座標系での被制御体の横方向の傾斜指令、SWy cmdは世界座標系での被制御体の進行方向の傾斜指令、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被制御体の横方向の傾斜、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被制御体の進行方向の傾斜)
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 (7), and converts the determined tilt command in the base coordinate system into the command value. The lifting/tilting device for unmanned transportation according to any one of claims 1 to 3 , wherein the generating unit generates a tilting command for the controlled object.
(However, S Bx cmd is a command to tilt the controlled object in the horizontal direction in the base coordinate system, S By cmd is a tilt command in the direction of movement of the controlled object in the base coordinate system, and S Wx cmd is a command to tilt the controlled object in the direction of movement in the base coordinate system. S Wx B is the command to tilt the controlled object in the lateral direction in the world coordinate system, S Wx B is the command to tilt the controlled object in the direction of movement in the world coordinate system, and S Wx B is the command to tilt the controlled object in the world coordinate system in the world coordinate system. (S Wy B is the inclination in the traveling direction of the controlled object in the world coordinate system detected by the inclination sensor)
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