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JP7600885B2 - Automated guided vehicle control device - Google Patents
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Description

本発明は、例えば台車を下から持ち上げて搬送するリフトアップ式の無人搬送車(Automated Guided Vehicle;以下、AGVと称することもある)に係り、特に台車の車輪を接地させたまま搬送する接地搬送を可能にするリフタの制御装置に関する。 The present invention relates to a lift-up type automated guided vehicle (AGV), which lifts a cart from below for transport, and in particular to a lifter control device that enables ground transport, in which the wheels of the cart remain on the ground.

AGVの接地搬送に関する手法として、従来、次のような技術が挙げられる。特許文献1および特許文献2では、空気圧アクチュエータを用いた圧力制御により接地搬送を実現している。特許文献3では、電動アクチュエータの高さの制御により接地搬送を実現している。 Conventional techniques for ground transportation of AGVs include the following. In Patent Document 1 and Patent Document 2, ground transportation is achieved by pressure control using a pneumatic actuator. In Patent Document 3, ground transportation is achieved by controlling the height of an electric actuator.

特許第6641994号公報(特願2015-255945)Patent No. 6641994 (Patent application 2015-255945) 特許第6848651号公報(特願2017-87864)Patent No. 6848651 (Patent application 2017-87864) 特開2020-77295号公報JP 2020-77295 A

特許文献1、2では、空気圧アクチュエータを用いており、メンテナンスの頻度が高い、高精度制御が難しい、騒音といった問題点がある。特許文献3では電動アクチュエータを用いて高さの制御をしているが、うねりのある不整地や傾斜がある場合では台車の車輪が浮くことがある。 Patent documents 1 and 2 use pneumatic actuators, which have problems such as frequent maintenance, difficulty in high-precision control, and noise. Patent document 3 uses electric actuators to control the height, but the wheels of the cart may lift off the ground on uneven, undulating ground or on slopes.

本発明では、うねりや傾斜に対応するため電動アクチュエータの力制御によるアプローチを考える。力制御としてまず力センサを用いたものが考えられるが、コストの点でセンサレスの方が望ましい。センサレスで高精度な力制御を実現しようとする場合、アクチュエータの摩擦が問題となる。反力のオブザーバによる推定値のみでは、反力と摩擦の切り分けが困難である。 In this invention, we consider an approach using force control of an electric actuator to deal with undulations and tilts. While the first force control that can be considered is using a force sensor, a sensorless method is preferable in terms of cost. When trying to achieve highly accurate force control without a sensor, friction in the actuator becomes an issue. It is difficult to distinguish between reaction force and friction using only the reaction force estimate by an observer.

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、力センサレスで推力制御を行うことができる無人搬送車の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 control device for an automated guided vehicle that can control thrust without a force sensor.

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、出力軸が前記基台上における前記設置された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、
前記第1~第4のアクチュエータ駆動用のモータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、推力指令対付加トルクの変換関数によって、推力指令から付加トルクに変換する推力-付加トルク変換部と、前記変換された付加トルクに最大静止摩擦トルクを加算してモータトルク参照値を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記アクチュエータ駆動用のモータのモータトルク参照値とすることを特徴としている。
In order to solve the above problem, a control device for an automated guided vehicle according to claim 1 comprises:
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 the surface on the base where the actuators are installed ;
a controlled body disposed opposite to a tip end of each of the output shafts of the first to fourth actuators;
a controller that controls motors for driving the first to fourth actuators;
The controller has a thrust-to-additional torque conversion unit that converts a thrust command into an added torque using a conversion function of thrust command to added torque, and an adder unit that adds a maximum static friction torque to the converted added torque to output a motor torque reference value, and is characterized in that an output of the adder unit is used as a motor torque reference value for the motor for driving the actuator.

請求項2に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項1において、
前記コントローラは、正の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ上昇制御と、前記付加トルクおよび最大静止摩擦トルクを加算したモータトルク参照値による推力制御と、負の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ下降制御と、を行うことを特徴とする。
The control device for an automated guided vehicle according to claim 2 is the control device for an automated guided vehicle according to claim 1,
The controller is characterized by performing lifter ascent control based on a motor torque reference value using a maximum static friction torque in the positive direction, thrust control based on a motor torque reference value obtained by adding the additional torque and the maximum static friction torque, and lifter descent control based on a motor torque reference value using a maximum static friction torque in the negative direction.

請求項3に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項1又は2において、
前記推力-付加トルク変換部における推力指令対付加トルクの変換関数は、
前記モータトルク参照値をゼロから微小に上げていき、前記アクチュエータが動き出すときのモータトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルクで前記アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した値も記録する第1の同定プロセスと、
前記第1の同定プロセスで記録された最大静止摩擦トルクに付加トルクを加えたものをモータトルク参照値として、前記アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した反力計測値と、付加トルクとの関係を求める第2の同定プロセスを実行し、
前記第2の同定プロセスで求められた反力計測値と付加トルクの関係を、前記推力指令対付加トルクの変換関数に変換して設定されていることを特徴とする。
The control device for an automated guided vehicle according to claim 3 is the control device for an automated guided vehicle according to claim 1 or 2,
The conversion function of the thrust command to the additional torque in the thrust-additional torque conversion unit is expressed as follows:
a first identification process in which the motor torque reference value is gradually increased from zero, the motor torque reference value when the actuator starts to move is recorded as a maximum static friction torque, and a value measured by a force sensor of a reaction force when the actuator is pressed against a wall surface with this torque is also recorded;
a second identification process is executed to determine a relationship between the maximum static friction torque recorded in the first identification process plus an additional torque as a motor torque reference value, the reaction force measured by a force sensor when the actuator is pressed against a wall surface, and the additional torque;
The relationship between the reaction force measurement value and the additional torque obtained in the second identification process is converted into a conversion function of the thrust command versus additional torque and set.

請求項4に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項1から3のいずれか1項において、
前記コントローラは、
第1~第4のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、アクチュエータ駆動用のモータの角度を変数変換した各アクチュエータ出力軸の位置応答値が、アクチュエータ長さの指令値になるように制御してアクチュエータの力参照値を出力する位置制御器と、
前記アクチュエータの力参照値および前記アクチュエータ出力軸の位置応答値を入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱を出力する外乱オブザーバと、
被制御体を第1~第4のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係式を予め設定する事前プロセスを実行した後、荷重が未知である被制御体を第1~第4のアクチュエータにより一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和を、前記関係式に代入して荷重を推定する荷重推定器と、からなる荷重推定装置を備え、
前記荷重推定装置により推定された荷重に基づいて前記推力指令を決定することを特徴としている。
The control device for an automated guided vehicle according to claim 4 is the device according to any one of claims 1 to 3,
The controller:
a position controller that controls the position response value of each actuator output shaft, obtained by variable-transforming the angle of the actuator drive motor when the first to fourth actuators are each raised at a constant speed, so that the position response value becomes a command value for the actuator length, and outputs a force reference value for the actuator;
a disturbance observer that receives as input a force reference value of the actuator and a position response value of an output shaft of the actuator, and outputs an estimated disturbance proportional to a load of the actuator;
a load estimator that executes a pre-process for setting in advance a relational expression between a sum of outputs of a disturbance observer for an output shaft of each actuator when a controlled object is controlled to ascend at a constant speed by the first to fourth actuators and a sum of loads acting on the output shaft of each actuator, and then estimates a load by substituting the sum of outputs of the disturbance observer for an output shaft of each actuator when a controlled object, the load of which is unknown, is controlled to ascend at a constant speed by the first to fourth actuators into the relational expression;
The thrust command is determined based on the load estimated by the load estimation device.

請求項5に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項4において、
前記外乱オブザーバの出力は(5)式で定義され、

Figure 0007600885000001
(ただし、Mはアクチュエータ慣性、Grはアクチュエータの力参照値を変数変換したアクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値から推力の換算ゲイン、Grnはトルク参照値から推力の換算ゲインGrのノミナル値、Fd ricは動摩擦、gは重力加速度、Wは荷重)
前記事前プロセスの実行により設定された関係式で表現される近似直線の傾きaを用いて、前記(5)式のトルク参照値から推力の換算ゲインGrをGr=Grn/aに同定することを特徴としている。 The control device for an automated guided vehicle according to claim 5 is the control device for an automated guided vehicle according to claim 4,
The output of the disturbance observer is defined by equation (5):
Figure 0007600885000001
(where M is the inertia of the actuator, Gr is the conversion gain of thrust from the torque reference value of the motor for driving the actuator obtained by variable conversion of the force reference value of the actuator, Grn is the nominal value of the conversion gain Gr from the torque reference value to thrust, Fdric is the kinetic friction, g is the gravitational acceleration, and W is the load.)
The method is characterized in that the thrust conversion gain Gr is identified as Gr = Grn/a from the torque reference value in the equation (5) by using the gradient a of the approximation line expressed by the relational expression set by executing the pre-process.

(1)請求項1~5に記載の発明によれば、推力指令値を変えるだけで、力センサレスの推力制御、リフタ上昇と被制御体への接触、リフタ下降をそれぞれ達成することができる。被制御体が、車輪つきの台車である場合、推力制御により、台車の車輪を接地させたままの搬送が可能となる。第1~第4のアクチュエータの各軸の推力制御であるため、斜面やうねりがある場合でも路面に応じた走行が可能である。
(2)請求項3に記載の発明によれば、静止時の推力とモータのトルク参照値の関係を同定することができる。これを用いることで、力センサレスの推力制御を高い精度で実現することができる。実際の効率の同定、最大静止摩擦トルク時の推力の同定が可能になるため、より高精度な力制御が可能となる。
(3)請求項4に記載の発明によれば、力センサレスで荷重を推定することが可能となり、推力制御における推力指令の生成に応用することができる。
(4)請求項5に記載の発明によれば、力センサレスでモータのトルク参照値から推力の換算ゲインを同定することができる。換算ゲイン(=実際の効率)の同定が可能になるため、より高精度な力制御が実現される。
(1) According to the inventions described in claims 1 to 5, force sensorless thrust control, lifter ascent and contact with the controlled object, and lifter descent can each be achieved simply by changing the thrust command value. If the controlled object is a wheeled cart, thrust control enables transportation with the wheels of the cart on the ground. Because thrust control is performed on each axis of the first to fourth actuators, travel according to the road surface is possible even if there is a slope or undulation.
(2) According to the invention described in claim 3, the relationship between the thrust force at a standstill and the motor torque reference value can be identified. By using this, force sensorless thrust force control can be realized with high accuracy. Since it becomes possible to identify the actual efficiency and the thrust force at the maximum static friction torque, more accurate force control becomes possible.
(3) According to the invention as recited in claim 4, it is possible to estimate the load without a force sensor, which can be applied to the generation of a thrust command in thrust control.
(4) According to the invention described in claim 5, the conversion gain of thrust can be identified from the torque reference value of the motor without using a force sensor. Since it is possible to identify the conversion gain (= actual efficiency), more accurate force control can be achieved.

本実施形態例による装置の概要を示し、(a)は外観図、(b)は装置上面から俯瞰したアクチュエータの番号の説明図。1A and 1B show an outline of the device according to the present embodiment, where FIG. 1A is an external view and FIG. 1B is an explanatory diagram of the numbers of actuators as viewed from above the device. 本実施形態例による装置の、アクチュエータ出力軸と被制御体の接続例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of connection between an actuator output shaft and a controlled object in the device according to the present embodiment. 本発明の実施例1の全体構成図。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1におけるコントローラの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a controller according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1における推力-付加トルク変換部の変換関数の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conversion function of a thrust-additional torque conversion unit in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2の全体構成図。FIG. 11 is an overall configuration diagram of a second embodiment of the present invention. 本発明の実施例2における推力-付加トルク変換部の変換変数の説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of conversion variables of a thrust-additional torque conversion unit in the second embodiment of the present invention. 本発明の実施例2における実験結果の、アクチュエータの反力計測値と付加トルクの関係性を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the reaction force measurement value of the actuator and the additional torque, which is an experimental result in the second embodiment of the present invention. 本発明の実施例2における推力制御の実験結果の、リフタ平均位置と力センサ出力の合計を示す説明図。13 is an explanatory diagram showing the lifter average position and the sum of the force sensor output in the experimental results of thrust control in Example 2 of the present invention. FIG. 本発明の実施例3の全体構成図。FIG. 11 is an overall configuration diagram of a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3におけるコントローラの構成図。FIG. 11 is a configuration diagram of a controller according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3における外乱オブザーバ出力和と荷重和の関係を表す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between the sum of disturbance observer outputs and the sum of loads in the third embodiment of the present invention. 斜面進入時の応答を表し、(a)は高さ制御に基づく接地搬送の説明図、(b)は本発明の力制御に基づく接地搬送の説明図。5A and 5B show the response when entering a slope, where FIG. 5A is an explanatory diagram of ground contact transport based on height control, and FIG. 5B is an explanatory diagram of ground contact transport based on force control 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。本発明の実施例1では、力センサレスで静止摩擦のみを考慮したフィードフォワード型の力制御の一例を記載する。実施例2では力センサを用いた事前同定を行い、より高精度なセンサレス力制御を実現する。実施例3では力制御の指令値生成に関連して、外乱オブザーバを用いた荷重推定法を記載する。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. Example 1 of the present invention describes an example of feedforward force control that is force sensorless and takes into account only static friction. Example 2 performs pre-identification using a force sensor to achieve more accurate sensorless force control. Example 3 describes a load estimation method that uses a disturbance observer in relation to generating command values for force control.

図1に、本発明の実施例によるリフタ装置(以下4軸リフタと称することもある)の概要を示す。図1(a)において、無人搬送車(AGV: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、サーボモータを備えた第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 a lifter device (hereinafter sometimes referred to as a four-axis lifter) according to an embodiment of the present invention. In Figure 1(a), a base 20 is mounted and fixed to an automated guided vehicle (AGV: mobile vehicle) 10, and the stators of first to fourth actuators 31 to 34 equipped with servo motors are fixed to the four corners of the base 20.

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(図1に示す通り、基台20上における第1~第4のアクチュエータ31~34が設置されている面に対して垂直方向)の運動の自由度を有しており、この垂直方向の運動は、アクチュエータの出力軸(図示a)を垂直方向に移動させるサーボモータの作用によって行われる。 Each output shaft of the first to fourth actuators 31 to 34 has a degree of freedom of movement in the vertical direction (as shown in FIG. 1, in the direction perpendicular to the surface on which the first to fourth actuators 31 to 34 are installed on the base 20) , and this vertical movement is performed by the action of a servo motor that moves the output shaft of the actuator (shown as a) in the vertical direction.

第1~第4アクチュエータ31~34の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、被制御体を構成する天板40が配設されている。本発明の被制御体は、天板40に限らず、天板40上に搭載される荷物、かご台車、車輪付き台車等を含めて被制御体としている。 A top plate 40 constituting a controlled object is disposed at the tip of each output shaft of the first to fourth actuators 31 to 34 so as to be supported by the tip. The controlled object of the present invention is not limited to the top plate 40, but also includes luggage, carts, wheeled carts, etc. that are placed on the top plate 40.

天板40における各アクチュエータの位置関係を図1(b)に示す。図中Actuator1~4は第1~第4のアクチュエータ31~34の位置を示し、x軸をAGVの走行方向としている。 The positional relationship of each actuator on the top plate 40 is shown in Figure 1 (b). In the figure, Actuators 1 to 4 indicate the positions of the first to fourth actuators 31 to 34, and the x-axis is the travel direction of the AGV.

尚、本実施形態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。 In this embodiment, the actuators 31 to 34 use ball screw mechanisms as an example.

アクチュエータ31~34のうち、第1のアクチュエータ31の出力軸31aと天板40の接続例を図2に示す。図2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。 Figure 2 shows an example of the connection between the output shaft 31a of the first actuator 31 and the top plate 40 among the actuators 31 to 34. In Figure 2, 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 seat support 52-1 is disposed between the spherical seat 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 a full thread (screw) 53-1 is inserted into the portion of the top plate 40 opposite the arrangement positions of the spherical seat nut 51-1, the spherical seat support 52-1, and the spherical seat support 52-1, connecting the spherical seat nut 51-1, the spherical seat support 52-1, and the top plate 40.

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 instead of the spherical seat nut 51-1 and spherical seat support 52-1.

図2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。 The connection configuration in FIG. 2 allows the actuator output shaft to come into contact with the top plate 40 even if the top plate 40 is tilted, 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。 The full thread 53-1 prevents the top plate 40 from collapsing, and the other end of the full thread 53-1 is fitted with a cap nut 54-1 (a top plate removal prevention device), which prevents the top plate 40 from coming off the full thread 53-1.

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

実施例1のシステム全体の構成を図3に示す。図3において図1と同一部分は同一符号をもって示している。図3の太線は機械的な接続を示す。下から、AGV10、基台20、アクチュエータ駆動用のモータ100、アクチュエータ31~34、天板40、荷物50が接続されている。 The overall system configuration of the first embodiment is shown in Figure 3. In Figure 3, the same parts as in Figure 1 are denoted by the same reference numerals. The thick lines in Figure 3 indicate mechanical connections. From the bottom, the AGV 10, the base 20, the motor 100 for driving the actuators, the actuators 31 to 34, the top plate 40, and the luggage 50 are connected.

荷物50は天板40上に搭載されるものであるが、本実施形態例では、車輪付きの台車を想定している。モータ100とはモータドライバとモータ自体を合わせたものであり、アクチュエータ(31~34)とはボールねじやギヤなどの伝動機構である。 The luggage 50 is placed on the top plate 40, and in this embodiment, it is assumed to be a wheeled cart. The motor 100 is a combination of the motor driver and the motor itself, and the actuators (31 to 34) are transmission mechanisms such as ball screws and gears.

コントローラ60はモータ100にトルク参照値を与える。実施例1では、コントローラ60はフィードバック信号を必要としない。 The controller 60 provides a torque reference to the motor 100. In Example 1, the controller 60 does not require a feedback signal.

コントローラ60の構成(実施例1)を図4に示す。実施例1のコントローラ60では推力指令fcmdを入力とし、推力-付加トルク変換部61において、推力指令対付加トルクの変換関数Gにより付加トルクτadを算出し、加算部62において最大静止摩擦トルクτsfと足し合わせてモータトルク参照値τrefを算出する。これを各アクチュエータ単位で実装する。 The configuration of a controller 60 (embodiment 1) is shown in Fig. 4. In the controller 60 of embodiment 1, a thrust command f cmd is input, a thrust-additional torque conversion unit 61 calculates an additional torque τ ad using a conversion function G of thrust command versus additional torque, and an adder 62 adds this to the maximum static friction torque τ sf to calculate a motor torque reference value τ ref . This is implemented for each actuator.

推力指令fcmdは予め計算した一定値とする(例えば、荷重の1以下の定数倍など)。最大静止摩擦トルクτsfも一定値とする。最大静止摩擦トルクτsfの値については、トルク参照値を微小に上げていきアクチュエータ(31~34)が動いた際のトルク参照値とする。 The thrust command f cmd is a constant value calculated in advance (for example, a constant multiple of the load equal to or less than 1). The maximum static friction torque τ sf is also a constant value. The value of the maximum static friction torque τ sf is the torque reference value obtained by gradually increasing the torque reference value when the actuators (31 to 34) start to move.

なお、推力-付加トルク変換部61の中身は図5のように推力指令に対する付加トルクの関数で表されることを想定している。今回は線形とする。事前同定をしない実施例1の場合は、ボールねじのリードあるいはギヤ比のカタログ値から図5の直線の傾きを計算する。例えばボールねじの場合、「傾き=リード/(2π×効率)」として傾きが求まる。 The contents of the thrust-additional torque conversion unit 61 are assumed to be expressed as a function of the added torque relative to the thrust command, as shown in Figure 5. This time, it is assumed to be linear. In the case of Example 1, where no prior identification is performed, the slope of the straight line in Figure 5 is calculated from the catalog value of the ball screw lead or gear ratio. For example, in the case of a ball screw, the slope is found as "slope = lead / (2π x efficiency)".

実施例1では最大静止摩擦トルク時の推力をゼロと仮定するが、実際はゼロではない。この点も考慮したより高精度な関数の同定法は実施例2で述べる。 In Example 1, the thrust force at maximum static friction torque is assumed to be zero, but in reality it is not zero. A more accurate method of identifying the function that takes this into account will be described in Example 2.

図4のモータトルク参照値τrefは図3のモータ100のブロック内のモータドライバへ入力される。モータドライバは、モータトルク参照値τrefに基づいて電流を制御する。 The motor torque reference value τ ref in Fig. 4 is input to the motor driver in the block of the motor 100 in Fig. 3. The motor driver controls the current based on the motor torque reference value τ ref .

荷物50が車輪付きの台車である場合の接地搬送では、「リフタ上昇→一定推力を印加し接地搬送→リフタ下降」という流れになるが、各項目の詳細としては次のものを想定している。 When the cargo 50 is a wheeled cart, the flow of ground transportation is "lifter up → constant thrust is applied to transport the cargo to the ground → lifter down," and the details of each step are assumed to be as follows.

(1)リフタ上昇:押し付け力を必要としないリフトアップ動作では最大静止摩擦トルク(に微小トルクを加えたもの)をトルク参照値とし、リフタをゆっくり上昇させ台車に接触させる。 (1) Lifting: In lift-up operations that do not require a pressing force, the maximum static friction torque (plus a small torque) is used as the torque reference value, and the lifter is slowly raised to make contact with the cart.

(2)推力制御:接触後一定時間が経過した後、図4のように「推力指令に該当する付加トルクτad+最大静止摩擦トルクτsf」である加算部62の出力をトルク参照値τrefとして与え、推力制御を行う。トルク参照値変更後、AGV10の車輪を駆動し搬送する。これにより接地搬送が実施される。 (2) Thrust control: After a certain time has elapsed after contact, the output of the adder 62, which is "additional torque τ ad corresponding to the thrust command + maximum static friction torque τ sf " as shown in Fig. 4, is given as a torque reference value τ ref to perform thrust control. After the torque reference value is changed, the wheels of the AGV 10 are driven to carry out transportation. In this way, ground transportation is performed.

(3)リフタ下降:接地搬送が終了しAGV10が停車した後、リフタ下降に移る。負の方向の最大静止摩擦トルク(に微小トルクを加えたもの)をトルク参照値として入力し、ゆっくりリフタを下降させる。今回の機械システムでは可動域の端が原点であるため、原点復帰が実現される。 (3) Lifter descent: After the ground transfer is completed and the AGV10 has stopped, the lifter begins to lower. The maximum static friction torque in the negative direction (plus a small torque) is input as the torque reference value, and the lifter is slowly lowered. In this mechanical system, the end of the range of motion is the origin, so a return to the origin is achieved.

図4のように最大静止摩擦トルクτsfと付加トルクτadを分けた構成にすることにより、各アクチュエータ(31~34)の摩擦の個体差がある際もそれらに対応した推力制御を実現することができる。今回の制御系はフィードフォワード型の推力制御系である。 By configuring the maximum static friction torque τ sf and the additional torque τ ad separately as shown in Figure 4, it is possible to realize thrust control that corresponds to the individual differences in friction of each actuator (31 to 34). The control system used here is a feedforward type thrust control system.

前記(2)の推力制御による接地搬送時の斜面(うねり)進入時の応答を図13に示す。図13は、図1(a)のAGV10上の天板40に搭載した車輪55a,55b付きの台車55を接地搬送している様子を表し、(a)は高さ(位置)制御に基づく接地搬送であり、片方の車輪55aが傾斜面91に進入したとき、他方の車輪55bが水平路面92から浮き上がってしまい、正常な接地搬送ができない。 Figure 13 shows the response when entering a slope (undulation) during ground transportation using the thrust control described above in (2). Figure 13 shows the ground transportation of a cart 55 with wheels 55a, 55b mounted on the top plate 40 of the AGV 10 in Figure 1(a), where (a) shows ground transportation based on height (position) control. When one wheel 55a enters the inclined surface 91, the other wheel 55b lifts off the horizontal road surface 92, preventing normal ground transportation.

これに対して図13(b)は、実施例1の力制御による接地搬送であるため、傾斜面91に進入して台車55が傾斜すればリフタもそれに倣って自然に傾斜するので、車輪55bが浮き上がることはなく正常な接地搬送が行える。 In contrast, FIG. 13(b) shows ground-contact transport using force control in Example 1. When the cart 55 tilts upon entering the inclined surface 91, the lifter naturally tilts accordingly, so that the wheels 55b do not lift up and normal ground-contact transport can be performed.

このように本実施例によれば、斜面やうねりがある場合でも、路面に応じた走行が可能である。 As such, this embodiment makes it possible to travel according to the road surface, even when there are slopes or undulations.

最大静止摩擦トルクの事前同定のもう一つのメリットとして、最大静止摩擦トルク(に微小トルクを加えたもの)をトルク参照値とすることで、リフタの上昇・下降が実現できる点が挙げられる。 Another advantage of pre-identifying the maximum static friction torque is that the lifter can be raised and lowered by using the maximum static friction torque (plus a small torque) as the torque reference value.

推力およびリフタ上昇・下降はすべてトルク制御で構成されるため、推力指令値を変えるだけでそれぞれ達成することができ、実装が簡便である。 Since the thrust and lifter ascent and descent are all controlled by torque control, they can be achieved simply by changing the thrust command value, making implementation easy.

実施例1では「推力-トルク変換」についてカタログ値等を用いて力センサレスで与えたが、実施例2では力センサを用いた「推力-トルク変換」の同定法について述べる。 In the first embodiment, the "thrust-torque conversion" was given without a force sensor using catalog values, etc., but in the second embodiment, we will describe a method of identifying the "thrust-torque conversion" using a force sensor.

実施例2のシステム全体の構成を図6に示す。図6において図1、図3と同一部分は同一符号をもって示している。実施例2では、コントローラ70はモータ100にトルク参照値を与え、モータ100からのモータ回転角と力センサ110からの反力をフィードバックする。反力を計測する力センサ110は各アクチュエータ31~34の先端に設置する。荷物50(例えば台車55)を持ち上げる際は、力センサ110で全重量を支えるようにする。 The overall system configuration of the second embodiment is shown in Figure 6. In Figure 6, the same parts as in Figures 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. In the second embodiment, the controller 70 provides the motor 100 with a torque reference value, and feeds back the motor rotation angle from the motor 100 and the reaction force from the force sensor 110. The force sensor 110 that measures the reaction force is installed at the tip of each of the actuators 31 to 34. When lifting a load 50 (e.g., a dolly 55), the entire weight is supported by the force sensor 110.

同定プロセスは次のように「最大静止摩擦トルク時の推力同定→反力-付加トルクの関係性同定」の順序で行う。 The identification process is carried out in the following order: "Identification of thrust at maximum static friction torque → Identification of the relationship between reaction force and added torque."

(1)最大静止摩擦トルクとその推力の同定:トルク参照値をゼロから微小に上げていき、アクチュエータ(31~34)が動き出すトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルクで壁面を押し付けた際の反力計測値も記録する(第1の同定プロセス)。最大静止摩擦トルクの同定自体は実施例1のものと同様である。なおモータ回転角は、モータ100が動き出すタイミングを検出するために用いる。 (1) Identification of maximum static friction torque and thrust: The torque reference value is gradually increased from zero, and the torque reference value at which the actuators (31 to 34) start to move is recorded as the maximum static friction torque, and the reaction force measurement value when this torque is pressed against the wall surface is also recorded (first identification process). The identification of the maximum static friction torque itself is the same as in Example 1. The motor rotation angle is used to detect the timing at which the motor 100 starts to move.

(2)反力-付加トルクの関係性同定:最大静止摩擦トルクに付加トルクを加えたものをトルク参照値として、壁面(または十分に重いかご台車)をアクチュエータ(31~34)で押す。このときの反力計測値を記録し、図7(a)のように反力計測値fresと付加トルクτadの関係性をプロットする(第2の同定プロセス)。 (2) Identification of the relationship between reaction force and additional torque: The maximum static friction torque plus the additional torque is used as a torque reference value, and the wall surface (or a sufficiently heavy car bogie) is pushed by the actuators (31 to 34). The reaction force measurement value at this time is recorded, and the relationship between the reaction force measurement value f res and the additional torque τ ad is plotted as shown in Figure 7(a) (second identification process).

図7(a)の関係は、図7(b)に示す推力指令fcmdと付加トルクτadの関係として変換することができる。図7(b)で求められる関係性を推力指令対付加トルクの変換関数として、実施例1の図5を差し替えた構成とする。 The relationship in Fig. 7(a) can be converted into the relationship between the thrust command f cmd and the additional torque τ ad shown in Fig. 7(b). The relationship obtained in Fig. 7(b) is used as a conversion function of the thrust command versus the additional torque, and is substituted for Fig. 5 in the first embodiment.

すなわち、図6のコントローラ70は図4と同様の推力-付加トルク変換部61および加算部62を備え、推力-付加トルク変換部61の推力指令対付加トルクの変換関数として、前記第1、第2の同定プロセスで得られた図7(b)の推力指令fcmdと付加トルクτadの関係の変換関数が設定されるものである。 That is, the controller 70 in FIG. 6 comprises a thrust-to-additional torque conversion section 61 and an adder section 62 similar to those in FIG. 4, and a conversion function of the thrust command to added torque in the thrust-to-additional torque conversion section 61 is set to a conversion function of the relationship between the thrust command f cmd and the added torque τ ad in FIG. 7(b) obtained in the first and second identification processes.

実施例2では実施例1に比べ、最大静止摩擦トルクの際の推力値、および実際の効率が同定できるため、より高精度な推力制御が可能となる。前記(1)、(2)の同定を実験した結果の例を示す。 In Example 2, compared to Example 1, the thrust value at the maximum static friction torque and the actual efficiency can be identified, enabling more precise thrust control. Examples of experimental results of the identification of (1) and (2) above are shown below.

まず前記(1)の最大静止摩擦トルクの同定結果として、4つのアクチュエータ(31~34)の各トルクが(0.013、 0.011、 0.012、 0.018)[Nm]であると得られた。次に前記(2)の同定において、付加トルクを追加したことにより、図8(a)~(d)のようにアクチュエータの反力計測値(縦軸)と付加トルク(横軸)の関係性が得られた。図8によればアクチュエータ個体差が見受けられる。 First, as a result of identifying the maximum static friction torque in (1) above, the torques of the four actuators (31 to 34) were determined to be (0.013, 0.011, 0.012, 0.018) [Nm]. Next, by adding additional torque in the identification in (2) above, the relationship between the actuator reaction force measurement value (vertical axis) and the additional torque (horizontal axis) was obtained, as shown in Figures 8 (a) to (d). Figure 8 shows individual differences between the actuators.

この図8の反力計測値と付加トルクの対応関係に基づいて、図6のコントローラ70内の推力-付加トルク変換部61の推力指令対付加トルクの変換関数を設定し、推力制御の実験を行った。 Based on the correspondence between the reaction force measurement value and the added torque in Figure 8, a conversion function between the thrust command and the added torque was set in the thrust-added torque conversion unit 61 in the controller 70 in Figure 6, and a thrust control experiment was performed.

今回の実験では、上記の(1)リフタ上昇(開始後6秒まで)、(2)推力制御(6秒以降)の順で行った。まず最大静止摩擦に該当するトルク参照値(に微小トルクを加えたもの)を与え、台車へのリフトアップ動作・接触を行った。ゆっくりリフタを上昇させているので、衝撃の緩和に繋がる。動作後3秒程度で接触し一定時間経過後の6秒以降、(2)のように所望の推力となるようトルク参照値を増加させた。 In this experiment, the above steps were taken in the order of (1) lifter lift (up to 6 seconds after start), and (2) thrust control (after 6 seconds). First, a torque reference value (plus a small torque) corresponding to maximum static friction was applied, and the lift-up operation and contact with the cart were performed. The lifter was raised slowly, which helps to reduce the impact. Contact occurred about 3 seconds after the operation, and after a certain period of time had passed, after 6 seconds, the torque reference value was increased to achieve the desired thrust, as in (2).

実験結果を図9に示す。図9の上段はリフタ各軸の高さの平均(COG height)、下段は力センサ(110)出力の各軸の合計(fres All)である。力センサ出力では5rad/sのローパスフィルタを入れている。図9の0~6秒までの期間において、位置応答よりリフタ上昇が達成され、図9の6~10秒の期間において、力応答より推力制御が達成されていることがわかる。推力指令は36kgfであり、力センサの応答もほぼ36kgfを示している。 The experimental results are shown in Figure 9. The top row of Figure 9 shows the average height of each axis of the lifter (COG height), and the bottom row shows the sum of the force sensor (110) outputs for each axis (fres All). A 5 rad/s low-pass filter is inserted in the force sensor output. It can be seen that in the period from 0 to 6 seconds in Figure 9, lifter lift is achieved from the position response, and in the period from 6 to 10 seconds in Figure 9, thrust control is achieved from the force response. The thrust command is 36 kgf, and the force sensor response also indicates approximately 36 kgf.

実施例2によれば、静止時の推力とトルク参照値の関係を同定することができる。これを用いることで、力センサレスの推力制御を高い精度で実現することができる。実施例1に比べて、実際の効率の同定、最大静止摩擦トルク時の推力の同定が可能になるため、より高精度な力制御が可能となる。 According to the second embodiment, the relationship between thrust and torque reference value at rest can be identified. By using this, force sensorless thrust control can be realized with high accuracy. Compared to the first embodiment, it is possible to identify the actual efficiency and the thrust at maximum static friction torque, which enables more accurate force control.

推力指令(図4の推力-付加トルク変換部61に入力される推力指令fcmd)は一定値とするが、荷重の定数倍などと荷重を考慮して決めることが多い。実施例3では、推力指令の選定に関連して、力センサレスでの荷重の推定を扱う。 The thrust command (thrust command f cmd input to the thrust-additional torque converter 61 in FIG. 4) is a constant value, but is often determined by taking into consideration the load, such as a constant multiple of the load. In the third embodiment, in relation to the selection of the thrust command, estimation of the load without a force sensor is dealt with.

実施例3のシステム全体の構成を図10に示す。図10において図1、図6と同一部分は同一符号をもって示している。図10のコントローラ80は、モータ100にトルク参照値を与え、モータ100からのモータ回転角をフィードバックするが、力センサは必要としない。 The overall system configuration of the third embodiment is shown in FIG. 10. In FIG. 10, the same parts as in FIG. 1 and FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. The controller 80 in FIG. 10 provides a torque reference value to the motor 100 and feeds back the motor rotation angle from the motor 100, but does not require a force sensor.

コントローラ80は、図4の推力-付加トルク変換部61と加算部62と、後述する図11の荷重推定装置とを備え、荷重推定装置で推定された荷重に基づいて前記推力-付加トルク変換部61の入力である推力指令fcmdを決定するものである。 The controller 80 includes a thrust-to-additional torque conversion unit 61 and an adder 62 shown in FIG. 4, and a load estimation device shown in FIG. 11 which will be described later, and determines a thrust command f cmd which is an input to the thrust-to-additional torque conversion unit 61, based on the load estimated by the load estimation device.

荷重推定は次のようなフローで構成される。(1)~(3)の事前プロセスと(4)、(5)の荷重推定プロセスから成る。 Load estimation consists of the following flow: (1) to (3) are the pre-processing steps, and (4) and (5) are the load estimation steps.

<事前プロセス>
(1)各アクチュエータ軸に定速の位置制御を実装し、荷重を持ち上げる。定速時の外乱オブザーバの各軸の出力を記録する。ここでいう外乱オブザーバとは、位置とトルク参照値を入力とし、規範モデルは単慣性系とする標準的な外乱オブザーバを想定している。ただし、プラントが単慣性系でない場合など、プラントに合わせて規範モデルを変更してもよい。荷重推定装置の制御のブロック線図を図11に示す。
<Preliminary process>
(1) Implement constant speed position control on each actuator axis and lift the load. Record the output of the disturbance observer for each axis at constant speed. The disturbance observer here is assumed to be a standard disturbance observer that takes position and torque reference values as inputs and has a single inertia system as the reference model. However, the reference model may be changed to suit the plant, for example when the plant is not a single inertia system. A block diagram of the control of the load estimation device is shown in Figure 11.

図11において、81は、図10のモータ100からフィードバックされるモータの角度θresを変数変換してアクチュエータ長さXres(アクチュエータ出力軸の位置応答値)を出力する変数変換部である。 In FIG. 11, reference numeral 81 denotes a variable conversion section which converts the motor angle θ res fed back from the motor 100 in FIG. 10 into a variable and outputs the actuator length X res (position response value of the actuator output shaft).

82は、第1~第4のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、各アクチュエータ出力軸の位置応答値Xresが、アクチュエータ長さの指令値Xcmdになるように制御してアクチュエータの力参照値Frefを出力する位置制御器である。 Reference numeral 82 denotes a position controller which controls the position response value Xres of each actuator output shaft when the first to fourth actuators are each controlled to rise at a constant speed so that it becomes equal to the actuator length command value Xcmd , and outputs the actuator force reference value Fref .

83は、アクチュエータの力参照値Frefを変数変換してモータのトルク参照値τrefを出力する変数変換部である。 Reference numeral 83 denotes a variable conversion unit that converts the force reference value F ref of the actuator into a variable and outputs a torque reference value τ ref of the motor.

84は、アクチュエータの力参照値Frefおよび各アクチュエータ出力軸の位置応答値Xresを入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱(外乱推定値)F^disを出力する外乱オブザーバである。 A disturbance observer 84 receives as input the actuator force reference value F ref and the position response value X res of each actuator output shaft, and outputs an estimated disturbance (disturbance estimated value) F^ dis proportional to the actuator load.

85は、外乱オブザーバ84の外乱推定値F^disを位置制御器82の出力に加算する加算器であるが、この加算器85はなくてもよい。 Reference numeral 85 denotes an adder that adds the disturbance estimate F^ dis of the disturbance observer 84 to the output of the position controller 82, but this adder 85 may be omitted.

86は、荷物50(台車などの被制御体)を第1~第4のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバ84の出力(F^dis)の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係を用いて荷重推定値W^を求める荷重推定器である。 86 is a load estimator that calculates a load estimated value W^ using the relationship between the sum of the output (F^ dis ) of the disturbance observer 84 for the output shaft of each actuator when the luggage 50 (controlled object such as a cart) is controlled to rise at a constant speed by the first to fourth actuators, and the sum of the loads acting on the output shaft of each actuator.

この図11のブロックでは各アクチュエータの出力軸にかかる荷重Wを推定している。 This block in Figure 11 estimates the load W applied to the output shaft of each actuator.

(2)オブザーバ出力和と荷重和との関係を、複数パターンの荷重での実験を通してプロットする。ただし、オブザーバ出力和とは各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバ84の出力の合計であり、荷重和とは各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の合計である。 (2) The relationship between the sum of the observer outputs and the sum of the loads is plotted through experiments with multiple load patterns. Here, the sum of the observer outputs is the sum of the outputs of the disturbance observer 84 for the output shafts of each actuator, and the sum of the loads is the sum of the loads applied to the output shafts of each actuator.

(3)オブザーバ出力和-荷重和の関係式を導く(最小二乗法など)。 (3) Derive the relationship between the sum of observer outputs and the sum of weights (e.g., least squares method).

<荷重推定プロセス>
(4)対象の未知荷重(荷重が未知である被制御体)を前記(1)と同じく定速の位置制御で持ち上げ、定速時の外乱オブザーバ84の出力和を記録する。
<Load Estimation Process>
(4) The target unknown load (a controlled body with an unknown load) is lifted by constant speed position control in the same manner as in (1) above, and the sum of the outputs of the disturbance observer 84 at the constant speed is recorded.

(5)オブザーバ出力和-荷重和の関係式に(4)で得られた出力を代入し、推定荷重を導出する。 (5) Substitute the output obtained in (4) into the relational equation between the sum of the observer outputs and the sum of the loads to derive the estimated load.

アクチュエータの静止時の摩擦は同定が困難であるが、動摩擦、特に一定速で動く際は速度依存のクーロン摩擦が一定となるため同定が比較的容易である。実施例3の荷重推定はこの性質を利用したものである。アクチュエータの運動方程式は(1)式で表される。

Figure 0007600885000002
ここでMはアクチュエータ慣性、Grはトルク参照値τrefから推力の換算ゲイン、Fd ricは動摩擦、gは重力加速度、Wは荷重である。このとき外乱オブザーバ84の出力F^disは(2)式で表される。
Figure 0007600885000003
ΔGr=Gr-Grnは換算ゲインのノミナル誤差である。トルク参照値τrefは(1)式における定速でのつり合いの式から(3)式として導出され、(3)式を(2)式に代入して整理すると外乱オブザーバ84の出力は(4)式で表すことができる。
Figure 0007600885000004
Figure 0007600885000005
Grnはトルク参照値から推力の換算ゲインGrのノミナル値である。 Although it is difficult to identify the friction of an actuator when it is stationary, it is relatively easy to identify dynamic friction, especially when it moves at a constant speed, because the Coulomb friction, which is speed-dependent, is constant. The load estimation in the third embodiment utilizes this property. The equation of motion of the actuator is expressed by equation (1).
Figure 0007600885000002
Here, M is the actuator inertia, Gr is the conversion gain of thrust from the torque reference value τ ref , F d ric is the dynamic friction, g is the gravitational acceleration, and W is the load. At this time, the output F^ dis of the disturbance observer 84 is expressed by equation (2).
Figure 0007600885000003
ΔGr=Gr-Grn is the nominal error of the conversion gain. The torque reference value τref is derived as equation (3) from the equation for balance at a constant speed in equation (1). By substituting equation (3) into equation (2) and rearranging, the output of the disturbance observer 84 can be expressed as equation (4).
Figure 0007600885000004
Figure 0007600885000005
Grn is the nominal value of the conversion gain Gr from the torque reference value to thrust.

(4)式より、外乱オブザーバ84の出力F^disおよびトルク参照値τrefは荷重に比例することがわかる。 From equation (4), it can be seen that the output F^ dis of the disturbance observer 84 and the torque reference value τ ref are proportional to the load.

前記荷重推定フローの実験結果の例を次に示す。事前プロセスの(1)、(2)に関して、天板40の荷重(台車)を0~40Kgで変えた場合の外乱オブザーバ出力和の時系列応答を図12(a)に示す。図12(a)において、一定速で持ち上げている際(6~10sの期間)は、オブザーバ出力和が一定となり天板40の荷重に応じて変化しているのがわかる。 An example of the experimental results of the load estimation flow is shown below. Regarding the preliminary process (1) and (2), Figure 12(a) shows the time series response of the sum of the disturbance observer outputs when the load (cart) on the top plate 40 is changed from 0 to 40 kg. In Figure 12(a), it can be seen that when lifting at a constant speed (period of 6 to 10 s), the sum of the observer outputs is constant and changes according to the load on the top plate 40.

事前プロセスの(3)として、オブザーバ出力和が一定で安定している8~10sの期間の平均をとり、天板の荷重との関係性をプロットしたものが図12(b)である。ここで得られた近似直線が図11の荷重推定器86の中身となる。 As part of the preliminary process (3), the average of the period of 8 to 10 seconds during which the observer output sum is constant and stable is taken, and the relationship with the load on the tabletop is plotted as shown in Figure 12(b). The approximate straight line obtained here becomes the content of the load estimator 86 in Figure 11.

荷重推定プロセスの(4)では未知荷重を定速の位置制御で持ち上げ、外乱オブザーバ84の出力和を記録する。 In step (4) of the load estimation process, the unknown load is lifted using constant speed position control, and the sum of the outputs of the disturbance observer 84 is recorded.

荷重推定プロセスの(5)では、記録した出力和を図12(b)に照らし合わせ、対応する荷重を導出する。 In step (5) of the load estimation process, the recorded output sum is compared with Figure 12(b) to derive the corresponding load.

図12(b)の近似直線(y=ax+b)のyは外乱オブザーバの出力和、aは傾き、xは荷重であるので、例えば外乱オブザーバの出力和がy(N)であれば荷重和は(y-b)/a(kg)であると推定できる。 In the approximate straight line (y = ax + b) in Figure 12 (b), y is the sum of the disturbance observer's outputs, a is the slope, and x is the load. For example, if the sum of the disturbance observer's outputs is y (N), the sum of the loads can be estimated to be (y - b)/a (kg).

このように図11の荷重推定器86で推定された荷重推定値(W^)を考慮して図4の推力指令fcmdを決定する。 In this manner, the thrust command f cmd in FIG. 4 is determined taking into consideration the load estimated value (W^) estimated by the load estimator 86 in FIG.

以上のように実施例3によれば、力センサレスで荷重が推定でき、推力制御における推力指令の生成に応用することができる。 As described above, according to the third embodiment, the load can be estimated without a force sensor, and this can be applied to generating thrust commands in thrust control.

本実施例4のシステム構成、コントローラ構成は実施例3と同様に図10、図11とする。実施例4では、外乱オブザーバの出力和を表す次の(4)式

Figure 0007600885000006
を活用して、次のようにトルク参照値から推力の換算ゲインを同定する。 The system configuration and the controller configuration of the fourth embodiment are the same as those of the third embodiment, as shown in FIG. 10 and FIG. 11. In the fourth embodiment, the following equation (4) expressing the sum of the outputs of the disturbance observer is used.
Figure 0007600885000006
Using this, the thrust conversion gain is identified from the torque reference value as follows:

(1)実施例3の事前プロセス(1)~(3)を行い、図12(b)の近似直線の傾きaを求める。 (1) Perform the preliminary process (1) to (3) of Example 3 to find the slope a of the approximation line in Figure 12(b).

(2)トルク参照値τrefから推力の換算ゲインをGr=Grn/aとして変更する。 (2) The thrust conversion gain is changed from the torque reference value τ ref as Gr = Grn/a.

(4)式を変形すると(5)式のように、外乱オブザーバの出力F^disは荷重Wの一次関数として表すことができる。

Figure 0007600885000007
これは、図12(b)の近似直線y=ax+bに対応する(xは荷重、yは外乱オブザーバ出力)。一次の係数比較より(6)式が成り立つ。
Figure 0007600885000008
この関係を用いて、トルク参照値から推力の換算ゲインを求めることができる。 By transforming equation (4) into equation (5), the output F^ dis of the disturbance observer can be expressed as a linear function of the load W.
Figure 0007600885000007
This corresponds to the approximate straight line y=ax+b in Fig. 12(b) (where x is the load and y is the disturbance observer output). From a comparison of the first-order coefficients, formula (6) holds true.
Figure 0007600885000008
Using this relationship, a thrust conversion gain can be determined from the torque reference value.

実施例4によれば、トルク参照値から推力の換算ゲイン(=実際の効率)の同定が可能になるため、より高精度な力制御が実現される。 According to the fourth embodiment, it is possible to identify the thrust conversion gain (= actual efficiency) from the torque reference value, thereby realizing more accurate force control.

10…AGV
20…基台
31~34…アクチュエータ
40…天板
50…荷物
55…台車
55a,55b…車輪
60,70,80…コントローラ
61…推力-付加トルク変換部
62…加算部
81,83…変数変換部
82…位置制御器
84…外乱オブザーバ
86…荷重推定器
100…モータ
110…力センサ
10...AGV
20: Base 31 to 34: Actuator 40: Top plate 50: Luggage 55: Cart 55a, 55b: Wheels 60, 70, 80: Controller 61: Thrust-additional torque conversion section 62: Adder 81, 83: Variable conversion section 82: Position controller 84: Disturbance observer 86: Load estimator 100: Motor 110: Force sensor

Claims (5)

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、出力軸が前記基台上における前記設置された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、
前記第1~第4のアクチュエータ駆動用のモータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、推力指令対付加トルクの変換関数によって、推力指令から付加トルクに変換する推力-付加トルク変換部と、前記変換された付加トルクに最大静止摩擦トルクを加算してモータトルク参照値を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記アクチュエータ駆動用のモータのモータトルク参照値とすることを特徴とする無人搬送車の制御装置。
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 the surface on the base where the actuators are installed ;
a controlled body disposed opposite to a tip end of each of the output shafts of the first to fourth actuators;
a controller that controls motors for driving the first to fourth actuators;
The controller has a thrust-to-additional torque conversion unit that converts a thrust command into an additional torque using a conversion function of thrust command to additional torque, and an adder unit that adds a maximum static friction torque to the converted additional torque to output a motor torque reference value, and the output of the adder unit is used as a motor torque reference value for a motor for driving the actuator.
前記コントローラは、正の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ上昇制御と、前記付加トルクおよび最大静止摩擦トルクを加算したモータトルク参照値による推力制御と、負の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ下降制御と、を行うことを特徴とする請求項1に記載の無人搬送車の制御装置。 The control device for an automated guided vehicle according to claim 1, characterized in that the controller performs lifter ascent control based on a motor torque reference value using a maximum static friction torque in the positive direction, thrust control based on a motor torque reference value obtained by adding the additional torque and the maximum static friction torque, and lifter descent control based on a motor torque reference value using a maximum static friction torque in the negative direction. 前記推力-付加トルク変換部における推力指令対付加トルクの変換関数は、
前記モータトルク参照値をゼロから微小に上げていき、前記アクチュエータが動き出すときのモータトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルクで前記アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した値も記録する第1の同定プロセスと、
前記第1の同定プロセスで記録された最大静止摩擦トルクに付加トルクを加えたものをモータトルク参照値として、前記アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した反力計測値と、付加トルクとの関係を求める第2の同定プロセスを実行し、
前記第2の同定プロセスで求められた反力計測値と付加トルクの関係を、前記推力指令対付加トルクの変換関数に変換して設定されてい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制御装置。
The conversion function of the thrust command to the additional torque in the thrust-additional torque conversion unit is expressed as follows:
a first identification process in which the motor torque reference value is gradually increased from zero, the motor torque reference value when the actuator starts to move is recorded as a maximum static friction torque, and a value measured by a force sensor when the actuator is pressed against a wall surface with this torque is also recorded;
a second identification process is executed to determine a relationship between the maximum static friction torque recorded in the first identification process plus an additional torque as a motor torque reference value, the reaction force measured by a force sensor when the actuator is pressed against a wall surface, and the additional torque;
3. The control device for an automated guided vehicle according to claim 1, wherein the relationship between the reaction force measurement value and the additional torque obtained in the second identification process is converted into a conversion function of the thrust command versus additional torque and set.
前記コントローラは、
第1~第4のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、アクチュエータ駆動用のモータの角度を変数変換した各アクチュエータ出力軸の位置応答値が、アクチュエータ長さの指令値になるように制御してアクチュエータの力参照値を出力する位置制御器と、
前記アクチュエータの力参照値および前記アクチュエータ出力軸の位置応答値を入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱を出力する外乱オブザーバと、
被制御体を第1~第4のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係式を予め設定する事前プロセスを実行した後、荷重が未知である被制御体を第1~第4のアクチュエータにより一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和を、前記関係式に代入して荷重を推定する荷重推定器と、からなる荷重推定装置を備え、
前記荷重推定装置により推定された荷重に基づいて前記推力指令を決定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車の制御装置。
The controller:
a position controller that controls the position response value of each actuator output shaft, obtained by variable-transforming the angle of the actuator drive motor when the first to fourth actuators are each raised at a constant speed, so that the position response value becomes a command value for the actuator length, and outputs a force reference value for the actuator;
a disturbance observer that receives as input a force reference value of the actuator and a position response value of an output shaft of the actuator, and outputs an estimated disturbance proportional to a load of the actuator;
a load estimator that executes a pre-process for setting in advance a relational expression between a sum of outputs of a disturbance observer for an output shaft of each actuator when a controlled object is controlled to ascend at a constant speed by the first to fourth actuators and a sum of loads acting on the output shaft of each actuator, and then estimates a load by substituting the sum of outputs of the disturbance observer for an output shaft of each actuator when a controlled object, the load of which is unknown, is controlled to ascend at a constant speed by the first to fourth actuators into the relational expression;
4. The control device for an automatic guided vehicle according to claim 1, wherein the thrust command is determined based on a load estimated by the load estimation device.
前記外乱オブザーバの出力は(5)式で定義され、
Figure 0007600885000009

(ただし、Mはアクチュエータ慣性、Grはアクチュエータの力参照値を変数変換したアクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値から推力の換算ゲイン、Grnはトルク参照値から推力の換算ゲインGrのノミナル値、F ricは動摩擦、gは重力加速度、Wは荷重)
前記事前プロセスの実行により設定された関係式で表現される近似直線の傾きaを用いて、前記(5)式のトルク参照値から推力の換算ゲインGrをGr=Grn/aに同定することを特徴とする請求項4に記載の無人搬送車の制御装置。
The output of the disturbance observer is defined by equation (5):
Figure 0007600885000009

(where M is the inertia of the actuator, Gr is the conversion gain of thrust from the torque reference value of the motor for driving the actuator obtained by variable conversion of the force reference value of the actuator, Grn is the nominal value of the conversion gain Gr from the torque reference value to thrust, Fdric is the kinetic friction, g is the gravitational acceleration, and W is the load.)
5. The control device for an automated guided vehicle according to claim 4, wherein a gradient a of an approximation straight line expressed by the relational expression set by execution of the pre-process is used to identify a thrust conversion gain Gr from the torque reference value in the equation (5) as Gr = Grn/a.
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