(57)【要約】【課題】剛性の低い移動体であっても意図した軌道に沿った制御を行なうことができる、新規な制御装置、制御プログラムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御装置が提供される。制御装置は、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出する算出手段と、制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成する生成手段と、制御量に生じる特徴量に基づいて、算出手段が算出する補償量を補正する補正手段とを含む。【選択図】図４
2014119903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御装置であって、
前記制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した前記制御対象部位の状態値から補償量を算出する算出手段と、
前記制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、前記移動体に対する移動指令を生成する生成手段と、
前記制御量に生じる特徴量に基づいて、前記算出手段が算出する補償量を補正する補正手段とを備える、制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記制御量に含まれる強制振動成分を打ち消すように、前記補償量を補正する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記制御量において前記制御対象部位に生じる振動に対応して補正されている区間において、前記補償量を抑制する、請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、ゲインを変更することで、実際に適用する補償量を調整する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記補償量および前記補正手段の出力の次元を合せた上で、前記補償量を調整する、請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記制御量によって生じる速度、加速度、加加速度の少なくともいずれかに基づいて、前記補償量を補正する、請求項４または５に記載の制御装置。
【請求項７】
移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御プログラムであって、前記制御プログラムは、コンピュータに、
前記制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した前記制御対象部位の状態値から補償量を算出するステップと、
前記制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、前記移動体に対する移動指令を生成するステップと、
前記制御量に生じる特徴量に基づいて、前記算出するステップにおいて算出される補償量を補正するステップとを実行させる、制御プログラム。
【請求項８】
移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御方法であって、
前記制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した前記制御対象部位の状態値から補償量を算出するステップと、
前記制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、前記移動体に対する移動指令を生成するステップと、
前記制御量に生じる特徴量に基づいて、前記算出するステップにおいて算出される補償量を補正するステップとを含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御装置、その制御プログラムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械や設備などの制御には、プログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：以下「ＰＬＣ」と称す。）などの制御装置が用いられる。このような制御装置によって、サーボモータなどの駆動機構が制御され、その駆動機構の運動によって移動体が各種の動作を行なう。このような移動体の剛性が十分に高く、駆動機構が動作した場合であっても移動体が一体のものとみなすことができる場合には問題は生じ難いが、剛性が低い場合には、制御上の問題が生じ得る。
【０００３】
例えば、上部に物を搭載するテーブルが備えられ、下部に車輪が備えられた台車について、その車輪を駆動するような構成を想定する。この場合、本来はテーブルを目的の位置に移動させる必要があるが、移動に伴って、台車とテーブルとの位置関係が変化し得る。その結果、台車の位置だけを目標軌道に沿って制御したとしても、テーブルの位置は本来の目標軌道からずれる可能性がある。このような移動体の剛性が低い場合などの制御方法に関して、以下のような先行技術が知られている。
【０００４】
特開２００４−００５４６９号公報（特許文献１）は、移動体の剛性が低いため発生する振動を低減し、指令パターン及び制御対象の特性に依らず制振性能を確保し、高い位置決め精度を実現する電動機の制御方法などを開示する。
【０００５】
特開平１１−３０１８１５号公報（特許文献２）は、スタッカクレーンを目標位置に縦フレームの振動が少なく、短時間に走行させることができるスタッカクレーンの速度・位置制御方法を開示する。
【０００６】
特開平１１−１５５２９５号公報（特許文献３）は、相調整器の特性を変えずに実現可能であって、速度制御用補償器に左右されない制振制御装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−００５４６９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０１８１５号公報
【特許文献３】特開平１１−１５５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、剛性の低い移動体であっても意図した軌道に沿った制御を行なうことができる、新規な制御装置、制御プログラムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある局面に従えば、移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御装置が提供される。制御装置は、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出する算出手段と、制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成する生成手段と、制御量に生じる特徴量に基づいて、算出手段が算出する補償量を補正する補正手段とを含む。
【００１０】
好ましくは、補正手段は、制御量に含まれる強制振動成分を打ち消すように、補償量を補正する。
【００１１】
好ましくは、補正手段は、制御量において制御対象部位に生じる振動に対応して補正されている区間において、補償量を抑制する。
【００１２】
あるいは好ましくは、補正手段は、ゲインを変更することで、実際に適用する補償量を調整する。
【００１３】
好ましくは、補正手段は、補償量および補正手段の出力の次元を合せた上で、補償量を調整する。
【００１４】
さらに好ましくは、補正手段は、制御量によって生じる速度、加速度、加加速度の少なくともいずれかに基づいて、補償量を補正する。
【００１５】
本発明の別の局面に従えば、移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御プログラムが提供される。制御プログラムは、コンピュータに、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出するステップと、制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成するステップと、制御量に生じる特徴量に基づいて、算出するステップにおいて算出される補償量を補正するステップとを実行させる。
【００１６】
本発明のさらに別の局面に従えば、移動体の制御対象部位を所定軌道に沿って移動させるための制御方法が提供される。制御方法は、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出するステップと、制御対象部位についての制御量と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成するステップと、制御量に生じる特徴量に基づいて、算出するステップにおいて算出される補償量を補正するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、剛性の低い移動体であっても意図した軌道に沿った制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係る制御システムの構成を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係る制御装置の構成を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る制御ロジックを説明するための模式図である。
【図４】本実施の形態に係る基本的な制御構造を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態に係る基本的な処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る制御システムの実装例１を示す制御ブロック図である。
【図７】図６に示す制御ロジックによる制振効果のシミュレーション結果例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る制御システムの実装例２を示す制御ブロック図である。
【図９】図８に示す制御ロジックによるゲインの時間的変化を説明するための図である。
【図１０】図８に示す制御ロジックによる制振効果のシミュレーション結果例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２０】
＜Ａ．システム構成＞
本発明のある実施の形態として、複数の部位間の歪みが無視できない移動体を制御する制御システムについて考える。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る制御システム１の構成を示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態に係る制御システム１は、工場内や物流倉庫での物品の搬入／搬出に向けられている。より具体的には、制御システム１は、移動体であるスタッカクレーン１００と、配置ラック１５０とを含む。スタッカクレーン１００は、配置ラック１５０のある位置にある物品を取り出して他の位置へ移動する処理や、配置ラック１５０のある位置にある物品を取り出して別工程へ搬出する処理や、他の工程から受け取った物品を配置ラック１５０の指定された位置に配置する処理などを実行する。
【００２２】
スタッカクレーン１００の動作としては、直線上に配置されたレール１２０（このレール１２０の延伸方向を説明の便宜上「Ｙ軸方向」と称す。）に沿って移動する。なお、レール１２０は直線上に敷設される必要はなく、任意の形状に敷設される。また、スタッカクレーン１００は、上下方向（説明の便宜上「Ｘ軸方向」と称す。）に移動するテーブル１０６を有している。スタッカクレーン１００は、Ｘ軸方向のテーブル１０６の移動と、Ｙ軸方向に沿った移動とを組み合わせることで、配置ラック１５０の目的の位置にアクセスする。スタッカクレーン１００は、車輪が配置される台車部１０２と、テーブル１０６をＸ軸方向に移動させるための本体部１０４とを含む。
【００２３】
図１に示す制御システム１において、スタッカクレーン１００が移動体となる。後述する制御装置は、移動体であるスタッカクレーン１００のテーブル１０６（以下、「制御対象部位」とも称す。）を所定軌道に沿って移動させるための制御を行なう。すなわち、制御装置は、テーブル１０６が意図した軌道に沿って移動するように、台車部１０２（第２の部位）に搭載された車輪およびテーブル１０６を駆動するためのモータなどに制御指令を与える。
【００２４】
＜Ｂ．制御装置の構成＞
次に、図１に示す制御システム１における制御装置２００の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る制御装置２００の構成を示す模式図である。
【００２５】
図２を参照して、制御装置２００は、スタッカクレーン１００の動作を制御するための制御指令を演算および算出する。典型的には、制御装置２００は、プログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：以下「ＰＬＣ」と称す。）などによって実現される。もちろん、ＰＬＣではなく、パーソナルコンピューター（ＰＣ）や各種の演算処理装置を用いて実装してもよい。
【００２６】
スタッカクレーン１００は、さらに、台車部１０２に配置された車輪を駆動するためのモータ１０８と、テーブル１０６を上下方向に駆動するためのモータ１１０とを含む。モータ１０８は、その回転位置をフィードバックするためのエンコーダが内蔵されている。モータ１０８および１１０は、それぞれサーボドライバ１８および２０からのパルス信号によって駆動される。サーボドライバ１８および２０は、制御装置２００からの指令に従って、指定されたパルス信号を出力する。
【００２７】
本実施の形態に従う制御装置２００は、いわゆるセンサレスの構成（台車部１０２の揺れなどを検出する検出部を搭載しない構成）として実現できる。但し、台車部１０２の挙動を検出するための検出部を設けて、その検出部からの検出結果に基づいて制御を行なってもよい。図２には、オプションとして、本体部１０４に生じるねじれを計測するための歪みセンサー１１２を有する構成を示す。
【００２８】
制御装置２００は、主たる演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニット１０と、歪みセンサー１１２の計測結果を取得するＡ／Ｄ（Analog to Digital）ユニット１２と、モータ１０８に搭載されたエンコーダが出力するパルス信号を検出およびカウントするためのパルスカウンタユニット１４と、サーボドライバ４０などのフィールド機器と通信を行なうためのフィールドバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）ユニット１６とを含む。
【００２９】
ＣＰＵユニット１０は、主たる構成要素として、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ、および、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリを含む。典型的には、制御装置２００では、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することで後述するような処理が実現される。但し、プログラムによって実現される処理の全部または一部を専用のハードウェアで実現してもよい。
【００３０】
Ａ／Ｄユニット１２は、歪みセンサー１１２からの出力値（アナログ値）を取得し、ＣＰＵユニット１０において処理可能なデジタル値に変換する。
【００３１】
パルスカウンタユニット１４は、モータ１０８に内蔵されているエンコーダからのパルス信号を受信およびカウントする。このカウント値は、ＣＰＵユニット１０へ出力される。図１に示す構成例において、モータ１０８に内蔵されているエンコーダについてもフィールドバスなどのネットワークを通じてその情報が伝送されてもよい。
【００３２】
フィールドバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）ユニット１６は、サーボドライバ１８および２０とネットワーク接続されている。フィールドネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ  ＩＲＴ、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）−ＩＩＩ、Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ、ＳＥＲＣＯＳ（登録商標）−ＩＩＩ、ＣＩＰ  Ｍｏｔｉｏｎといった各種の産業用イーサネット（登録商標）を用いることができる。あるいは、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｍｐｏＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）などの独自規格のネットワークを用いてもよい。
【００３３】
制御装置２００は、図示しない入出力ユニットや特殊ユニットを含んでいてもよい。これらのユニットは、図示しないＰＬＣシステムバスを介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。
【００３４】
本実施の形態に係る制御装置２００は、後述するような制御ロジックを採用することで、スタッカクレーン１００に対する制御の精度を高めることができる。以下、この制御ロジックの詳細について説明する。
【００３５】
＜Ｃ．基本コンセプト＞
次に、本実施の形態に係る制御ロジックの基本コンセプトについて説明する。
【００３６】
本実施の形態においては、車輪が配置される台車部１０２が意図した軌道に沿って移動するように制御するのではなく、制御対象部位であるテーブル１０６が意図した軌道に沿って移動するように制御する。すなわち、スタッカクレーン１００では、台車部１０２とテーブル１０６とは一体的に移動するとはみなすことができず、台車部１０２が制御量である目標軌道に沿うように移動させたとしても、テーブル１０６の先端が現実には目的の場所へ位置決めされないこともある。そこで、本実施の形態においては、制御量である目標軌道に沿った動きであるか否かを、台車部１０２について評価するのではなく、テーブル１０６の先端について評価する。
【００３７】
図３は、本実施の形態に係る制御ロジックを説明するための模式図である。台車部１０２とテーブル１０６との間の剛性の不足によるねじれなどに起因して、台車部１０２を目標軌道に従って移動させたとしても、テーブル１０６が移動する軌道は本来の目標軌道（テーブル目標軌道：制御量）からずれることになる。そこで、本実施の形態においては、このような制御対象部位に生じる目標軌道からのずれを考慮して、修正目標軌道（図３に示すテーブル目標軌道に対していくらかのオフセットを有する場合がある）を予め用意しておく。すなわち、テーブル１０６についての目標軌道を設定するとともに、その設定された目標軌道から台車部１０２についての目標軌道（以下「修正目標軌道」とも称す。）を算出する。具体的には、制御装置２００は、テーブル１０６から台車部１０２への伝達関数を算出し、その伝達関数に目標軌道を乗じることで、台車部１０２についての位置制御に係る目標軌道を設定する。
【００３８】
このような修正目標軌道を用いて、移動体であるスタッカクレーン１００を制御（位置制御および／または速度制御）する。このような制御は、典型的には、図４に示すような制御構造にて実現される。図４は、本実施の形態に係る基本的な制御構造を示すブロック図である。
【００３９】
図４を参照して、制御装置２００は、スタッカクレーン１００（移動体）のテーブル１０６（制御対象部位）を所定軌道に沿って移動させるための装置であり、その制御機能として、フィードフォワード（ＦＦ）補正部２０４と、補償部２０８と、位置コントローラ２１２と、速度コントローラ２１４と、トルクコントローラ２１６と、フィードバック（ＦＢ）補正部２１８を含む。
【００４０】
まず、テーブル１０６についての目標軌道が、フィードフォワード補正部２０４からの補正量によって加算部２０２で補正されて、修正目標軌道が算出される。より具体的には、移動体の逆モデルにテーブル１０６の目標軌道を乗じて修正目標軌道が算出される。
【００４１】
続いて、補償部２０８は、テーブル１０６についての偏差ε（「テーブル位置偏差」とも記載する）に基づいて補償量Δθを算出し、この補償量Δθをフィードバックする。この偏差εは、移動体のモデルからのずれに相当する。このように、補償部２０８は、制御対象部位であるテーブル１０６の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出する。
【００４２】
テーブル位置偏差は、スタッカクレーン１００（テーブル１０６）に生じる残留振動に相当する。この残留振動は、典型的には、目標位置からテーブル位置を減算することで算出される。
【００４３】
具体的には、補償量Δθは加算部２０２で補正されて、位置コントローラ２１２の目標値として設定される。このように、図４においては、位置コントローラ２１２の前段で補償しているが、位置コントローラ２１２、速度コントローラ２１４、およびトルクコントローラ２１６のうち、少なくとも一つにフィードバックすればよい。すなわち、目標軌道と修正目標軌道との差分に基づいて、補償量が算出される。そして、この算出結果が少なくとも、位置ループ、速度ループ、トルクループのいずれかにフィードバックされる。
【００４４】
位置コントローラ２１２は、目標位置と台車部１０２の位置との差分に基づいて出力値（速度目標値）を算出する。速度コントローラ２１４は、位置コントローラ２１２からの速度目標値に従って、出力値（トルク目標値）を算出する。トルクコントローラ２１６は、速度コントローラ２１４からのトルク目標値に従って、出力値（駆動指令）を算出し、台車部１０２へ与える。これらのコントローラは、制御対象部位についての目標軌道と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成する。
【００４５】
フィードバック補正部２１８は、フィードバック量である補償量Δθが移動体の挙動の外乱要素となる場合に、その補償量Δθの大きさを是正する。本願発明者は、補償量Δθを修正目標軌道に対して適用すると、フィードバックにより制振軌道が乱れ、制振効果が下がってしまうという新規な課題を発見した。このように制振軌道を乱してしまう原因としては、制御対象部位に生じる強制振動成分と自由振動成分とを区別せずすべてフィードバックすることで、修正目標軌道によって生じさせた強制振動成分まで打ち消されるためであると考えられる。そこで、フィードバック補正部２１８は、目標軌道に生じる特徴量に基づいて、算出手段である補償部２０８が算出する補償量を補正する。これによって、修正目標軌道とフィードバック制御との競合によって生じる外乱成分を抑制できる。
【００４６】
＜Ｄ．基本処理手順＞
次に、本実施の形態に係る基本処理手順について説明する。図５は、本実施の形態に係る基本的な処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートの各ステップは、典型的には、制御装置２００のＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することで実現される。
【００４７】
図５を参照して、制御装置２００のＣＰＵユニット１０は、まず、テーブル１０６についての目標軌道を生成する（ステップＳ１００）。典型的には、各区間について目標軌道がＣＰＵユニット１０の内部または外部の記憶装置に格納されており、ＣＰＵユニット１０は、対象となる目標軌道を記憶装置から読み出す。あるいは、移動に係る始点および終点のみが指定されており、ＣＰＵユニット１０がこの２点から目標軌道を動的に生成するようにしてもよい。
【００４８】
続いて、ＣＰＵユニット１０は、ステップＳ１００において取得した目標軌道に、テーブル１０６から台車部１０２までの伝達関数（モデル式）を乗じることで、修正目標軌道を算出する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＣＰＵユニット１０は、図４に示す、フィードフォワード補正部２０４による補正処理を実行する。言い換えれば、ＣＰＵユニット１０は、目標軌道に対してフィードフォワード補正を行なうことで、修正目標軌道を算出する。
【００４９】
続いて、ＣＰＵユニット１０は、ステップＳ１００において生成した目標軌道と、ステップＳ１０２において取得した修正目標軌道との差分から、スタッカクレーン１００の動的な挙動目標を算出する（ステップＳ１０４）。また、ＣＰＵユニット１０は、スタッカクレーン１００について、制御対象モデルで予測した位置と実測値との偏差を算出する（ステップＳ１０６）。そして、ＣＰＵユニット１０は、ステップＳ１０４において算出した動的な挙動目標と、ステップＳ１０６において算出した制御対象モデルで予測した位置と実測値との偏差との差分に基づいて、台車部１０２に搭載されたモータ１０８（駆動機構）を制御するための補償量を算出する（ステップＳ１０８）。
【００５０】
このステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理は、図４に示す、テーブル１０６についての偏差εに基づく補償量Δθの算出処理に相当する。
【００５１】
続いて、ＣＰＵユニット１０は、ステップＳ１０８において算出した補償量に基づいて、台車部１０２に搭載されたモータ１０８（駆動機構）の位置、速度、トルクなどを制御する（ステップＳ１１０）。
【００５２】
そして、ＣＰＵユニット１０は、現在の目標軌道の終点まで到達したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。現在の目標軌道の終点まで到達していない場合（ステップＳ１１２においてＮＯの場合）には、ステップＳ１０４以下の処理が繰り返される。
【００５３】
これに対して、現在の目標軌道の終点まで到達した場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵユニット１０は、別の目標軌道が存在するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。
【００５４】
別の目標軌道が存在している場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵユニット１０は、テーブル１０６についての別の目標軌道を生成し（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０２以下の処理を再度実行する。
【００５５】
これに対して、別の目標軌道が存在していない場合（ステップＳ１１４においてＮＯの場合）には、処理は終了する。
【００５６】
以上のような処理手順によって、スタッカクレーン１００の移動制御が行なわれる。以下、図５に示す処理手順をより具現化した実装例１および２について、説明する。
【００５７】
＜Ｅ．実装例１＞
実装例１として、修正目標軌道によって生じる強制振動成分を推定し、制御対象部位の速度推定値からその推定値を減算することで自由振動成分のみ抽出した上で、フィードバックを行なう実装例について説明する。
【００５８】
図６は、本発明の実施の形態に係る制御システム１の実装例１を示す制御ブロック図である。図６には、説明の便宜上、制御ロジックを制御ブロック図の形で表現する。図７は、図６に示す制御ロジックによる制振効果のシミュレーション結果例を示す図である。
【００５９】
図６を参照して、制御システム１の実装例１は、目標軌道生成モジュール３００と、修正目標軌道生成モジュール３０２と、ドライバ速度制御モジュール３１４と、推定モジュール３４０とを含む。図６においては、台車部１０２およびテーブル１０６の特性を伝達関数の形で表現している。
【００６０】
目標軌道生成モジュール３００は、テーブル１０６（制御対象部位）についての目標軌道を出力する。この目標軌道は、例えば５次といった比較的多くの次数で表現することが好ましい。修正目標軌道生成モジュール３０２は、目標軌道生成モジュール３００が出力する目標軌道からテーブル１０６についての修正目標軌道を算出する。具体的には、修正目標軌道生成モジュール３０２は、目標軌道についての加速度成分を目標軌道に対する修正成分を考慮して修正目標軌道を算出する。この修正成分は、台車部１０２を目標軌道に従って移動させた場合に制御対象部位であるテーブル１０６（制御対象部位）に生じるであろう振動成分に相当する。本実施の形態においては、この振動成分を打ち消すように、目標軌道が補正される。
【００６１】
加算要素３０８において、テーブル１０６に生じる揺れを考慮した補償量を用いて、この速度制御の指令値が補正される。
【００６２】
そして、減算要素３１０、ゲイン調整モジュール３１２およびドライバ速度制御モジュール３１４によって、速度制御が実行される。すなわち、減算要素３１０において、目標値と台車部１０２の位置ｙＭとの偏差が算出される。ゲイン調整モジュール３１２によってこの偏差から速度目標値が算出され、ドライバ速度制御モジュール３１４に入力される。ドライバ速度制御モジュール３１４は、所定の演算式に従って、入力された速度目標値に応じた操作量τを算出し、台車部１０２を駆動するためのモータ１０８にその算出した操作量τを出力する。これによって、台車部１０２および台車部１０２に連結されたテーブル１０６が移動することになる。
【００６３】
テーブル１０６についてのオブザーバ制御系として、制御対象部位であるテーブル１０６の状態値を取得する構成を含む。図６に示す例では、推定モジュール３４０を用いて、テーブル１０６の速度が推定される。テーブル１０６の速度は、状態値の一例であり、これに代えて、テーブル１０６の位置、加速度、加加速度などを推定するようにしてもよい。
【００６４】
具体的には、推定モジュール３４０は、ドライバ速度制御モジュール３１４が出力する操作量τ、および台車部１０２の位置ｙＭを取得し、これらの値に対応する伝達関数３４２および３４４をそれぞれ乗じた上で、減算要素３４６にて両者の差分を算出する。この差分に対して、次元を調整するための伝達関数３４８が乗じられて、テーブル１０６の推定速度が算出される。このテーブル１０６の推定速度に基づいてオブザーバ制御に係る補償量が算出される。
【００６５】
本実施の形態においては、目標軌道生成モジュール３００から出力される目標軌道が強制振動成分算出モジュール３２０へ入力され、強制振動成分算出モジュール３２０において強制振動成分が算出される。具体的には、強制振動成分算出モジュール３２０は、台車部１０２の位置からテーブル１０６の速度を推定する関数に相当し、修正目標軌道生成モジュール３０２から出力される修正目標軌道から制御対象部位に生じる強制振動成分を算出する。
【００６６】
減算要素３３０において、推定モジュール３４０から出力されるテーブル推定速度から強制振動成分算出モジュール３２０によって算出された強制振動成分が減じられ、その結果が補償量の算出に用いられる。
【００６７】
すなわち、減算要素３３０における減算結果は、位相調整器３３４およびゲイン調整器３３８を経て、加算要素３０８へ入力される。位相調整器３３４は、テーブル１０６から台車部１０２への補償量の位相を制御する。
【００６８】
図６において、推定モジュール３４０、位相調整器３３４、およびゲイン調整器３３８は、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出する算出手段に相当する。加算要素３０８、減算要素３１０、ゲイン調整モジュール３１２、およびドライバ速度制御モジュール３１４は、制御対象部位についての目標軌道と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成する生成手段に相当する。そして、強制振動成分算出モジュール３２０および減算要素３３０は、目標軌道に生じる特徴量に基づいて、補償量を補正する補正手段に相当する。
【００６９】
より具体的には、補正手段に相当する強制振動成分算出モジュール３２０は、目標軌道に含まれる強制振動成分を打ち消すように、補償量を補正する。このような強制振動成分が生じる区間は、実質的には、図３に示すように、テーブル目標軌道と修正目標軌道とが一致していない区間に相当する。言い換えれば、強制振動成分算出モジュール３２０は、目標軌道において制御対象部位に生じる振動に対応して補正されている区間において、補償量を抑制する。
【００７０】
図６に示す制御ロジックを採用することの効果を図７に示す。図７には、５次関数で与えた目標軌道を設定したときの挙動を示す。図７（ａ）には、図６に示す強制振動成分算出モジュール３２０および減算要素３３０を設けず、推定モジュール３４０の出力を位相調整器３３４へ直接的に入力する制御ロジックを採用したときの例を示し、図７（ｂ）には、図６に示す制御ロジックを採用したときの例を示す。
【００７１】
図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較する、強制振動成分を抑制することで、±５ｍｍ以内に整定する時間が２．７秒から１．２秒程度に短縮できていることがわかる。また、本実装例の制御ロジックを用いることで、バンドパスフィルタによるゲイン低下が生じず、これによって、外乱応答特性のピーク値を約３３％改善できることがわかる。
【００７２】
本実装例によれば、移動体の制御対象部位における自由振動成分と強制振動成分とを選択的に抑制するので、外乱からの整定時間を短縮できる。
【００７３】
＜Ｆ．実装例２＞
実装例２として、目標軌道の補正されている区間において補償量を抑制することで目標軌道の整形効果を相殺しないようにする実装例について説明する。
【００７４】
図８は、本発明の実施の形態に係る制御システム１の実装例２を示す制御ブロック図である。図８には、説明の便宜上、制御ロジックを制御ブロック図の形で表現する。図９は、図８に示す制御ロジックによるゲインの時間的変化を説明するための図である。図１０は、図８に示す制御ロジックによる制振効果のシミュレーション結果例を示す図である。
【００７５】
図８を参照して、制御システム１の実装例２は、目標軌道生成モジュール３００と、修正目標軌道生成モジュール３０２と、ドライバ速度制御モジュール３１４と、推定モジュール３４０と、２階微分器３０４と、ゲイン調整部３３６と、位相調整器３３４と、ゲイン調整器３３８とを含む。図８においては、台車部１０２およびテーブル１０６の特性を伝達関数の形で表現している。
【００７６】
図８に示す速度制御ループにおいては、テーブルの振動成分の位相とゲインを調整してフィードバックする構成を示す。なお、図６に示す実装例１と同様の部分についての詳細な説明は繰り返さない。
【００７７】
本実装例においては、外乱オブザーバである推定モジュール３４０において、外乱トルクを推定し、テーブルの振動に対して逆位相になるように位相とゲインを調整した上で補償量とする。
【００７８】
修正目標軌道生成モジュール３０２は、目標軌道生成モジュール３００が出力する目標軌道からテーブル１０６についての修正目標軌道を算出する。推定モジュール３４０は、テーブル１０６（制御対象部位）についての振動成分の実績値を算出（推定）する。
【００７９】
本実装例では、減算要素３３０で算出される補償量をそのまま加算要素３０８に入力するのではなく、状況に応じて、可変のゲインを乗じる補正を行なう。すなわち、ゲインを変更することで、目標軌道の補正されている区間において補償量を抑制することで目標軌道の整形効果を相殺しないようにする。
【００８０】
ゲイン調整部３３６は、補償量を抑制するために、一例として、目標軌道の加速度を利用する。目標軌道の加速度をωａ２で割ったもの（修正目標軌道生成モジュール３０２の出力成分）が制振軌道成分なので、ゲイン調整部３３６は、目標軌道に加速度が存在する期間において補償量を抑制する。より具体的には、ゲイン調整部３３６は、ゲイン調整モジュール３２２、絶対値化モジュール３２４と、加算要素３２８と、乗除算モジュール３３２とを含む。
【００８１】
修正目標軌道生成モジュール３０２から出力される制振軌道成分に対してゲインＫ２を乗じるとともに、絶対値化モジュール３２４においてその乗じて得られた結果の絶対値を算出し、さらに加算要素３２８においてゲインＫ１を加算する。ここで、ゲインＫ２は、ゲインＫ１に比較して十分に大きいものとする（すなわち、Ｋ２＞＞Ｋ１）。例えば、ゲインＫ１を「１」に設定し、ゲインＫ２を「１０００」に設定できる。この加算要素３２８から出力される値が補償量を補正するためのゲインとなる。
【００８２】
乗除算モジュール３３２は、減算要素３３０から出力される補償量に対して、加算要素３２８から出力されるゲインを乗じて補正した上で、位相調整器３３４へ出力する。
【００８３】
すなわち、加算要素３２８は、補償量を（目標軌道の加速度に大きなゲイン（ゲインＫ２）を乗じた値の絶対値＋ゲインＫ１）で除算する。目標軌道の加速度に大きなゲイン（ゲインＫ２）を乗じた値で補償量を除算することで、目標軌道において制御対象部位に生じる振動に対応して補正されている区間において、補償量を抑制できる。
【００８４】
図９には、ゲイン調整部３３６におけるゲイン調整の一例を示す。図９（ａ）に示すように、制振軌道成分（規格化されているものとする）が相対的に大きい区間では、ゲインＫ２にほぼ等しい値がゲインとなり、制振軌道成分が相対的に小さい区間では、ゲインＫ１にほぼ等しい値がゲインとなる。乗除算モジュール３３２では、補償量がこのゲインで除算されることになるので、ゲインが相対的に大きい区間では補償量が抑制され、ゲインが相対的に小さい区間では入力された補償量がそのまま出力されることになる。
【００８５】
なお、絶対値化モジュール３２４において絶対値を算出しているのは、補償量が振動的になることを防止するためである。また、加算要素３２８において、除数となる値にゲインＫ１を加算しているのは、制振軌道成分（目標軌道の加速度）がゼロまたはその近傍になったときに、乗除算モジュール３３２において、いわゆるゼロ割が生じないようにするためである。
【００８６】
以上のように、図８において、推定モジュール３４０、位相調整器３３４、およびゲイン調整器３３８は、制御対象部位の状態値を取得するとともに、取得した制御対象部位の状態値から補償量を算出する算出手段に相当する。加算要素３０８、減算要素３１０、ゲイン調整モジュール３１２、およびドライバ速度制御モジュール３１４は、制御対象部位についての目標軌道と補償量とに基づいて、移動体に対する移動指令を生成する生成手段に相当する。そして、ゲイン調整部３３６は、目標軌道に生じる特徴量に基づいて、補償量を補正する補正手段に相当する。
【００８７】
より具体的には、補正手段に相当するゲイン調整部３３６は、ゲインを変更することで、実際に適用する補償量を調整する。言い換えれば、ゲイン調整部３３６は、目標軌道において制御対象部位であるテーブル１０６に生じる振動に対応して補正されている区間において、補償量を抑制する。
【００８８】
図８に示す制御ロジックを採用することの効果を図１０に示す。図１０には、５次関数で与えた目標軌道を設定したときの挙動を示す。図１０（ａ）には、図８に示すゲイン調整部３３６を設けず、減算要素３３０の出力を位相調整器３３４へ直接的に入力する制御ロジックを採用したときの例を示し、図１０（ｂ）には、図８に示す制御ロジックを採用したときの例を示す。
【００８９】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを比較する、強制振動成分を抑制することで、±５ｍｍ以内に整定する時間が２．７秒から１．０秒程度に短縮できていることがわかる。
【００９０】
上述の実装例１では、制御対象モデルを使用して自由振動成分のみ抽出して補償量を調整したが、実装例２では、原則として目標軌道の加速中にはフィードバック量を極めて小さくするという方法を採用した。モータなどの駆動機構の動作中にフィードバック量を極めて小さくすることで、モデル誤差の影響を受けず、またパラメータ調整を不要化できる。さらに、実装例１に比較して駆動機構の過渡状態での動作を安定化できる。すなわち、乗除算モジュール３３２において除数に用いるゲインは加速区間の最終段階の補償量に影響し、負荷のオーバーシュート量に関係する。負荷のオーバーシュート量の微調整が不要であれば、ゲインＫ２を大きな値に設定しておけば十分である。このとき、乗除算モジュール３３２に入力される除数および被除数は、いずれも速度の次元を有する値である。すなわち、乗除算モジュール３３２には、同じ次元を有する値が入力されて、除算が行われる。これによって、制御系を安定化できる。すなわち、補償量および補正手段（ゲイン調整部３３６）の出力の次元を合せた上で、補償量が調整される。
【００９１】
本実装例によれば、立ち上がり時の制振軌道の効果が失われないことと、駆動機構の挙動が振動的にならないという利点がある。
【００９２】
＜Ｇ．実装例２の変形例＞
上述の実装例２においては、図８のゲイン調整部３３６において、目標軌道の加速度をＡ、ゲインをＫとすれば、補償量に対して、１／（Ａ＊Ｋ＋１）倍、または、１／（｜Ａ｜×Ｋ＋１）倍することで、補償量を抑制する構成を示す。
【００９３】
但し、このような構成に限られることなく、目標軌道の特徴量として、任意の特徴量を用いてもよい。すなわち、目標軌道の加速度に代えて、あるいは、加速度に加えて、目標軌道の速度や加加速度（ジャーク）を用いてもよい。
【００９４】
例えば、目標軌道のジャークをＪ、速度をＶとすれば、例えば、以下のようなゲインを乗じることで、補償量を抑制するようにしてもよい。
【００９５】
（１）１／（｜Ｖ｜×Ｋ＋１）
（２）１／（｜Ｊ｜×Ｋ＋１）
（３）１／｛（｜Ｖ｜＋｜Ａ｜）×Ｋ＋１｝
（４）１／｛（｜Ｖ｜＋｜Ａ｜＋｜Ｊ｜）＊Ｋ＋１｝
このように、加速度に代えて、または、それに加えて、速度や加加速度（ジャーク）、および／または、それらの線形結合を用いてもよい。要するに、目標軌道が修正されていることが抽出できれば、どのような実装方法を採用してもよい。
【００９６】
＜Ｈ．その他の実装例＞
上述の実装例１および２では、いわゆるセンサレス構成について説明したが、テーブル１０６および／または本体部１０４に生じる状態値を計測するための歪みセンサー１１２を用いる構成を採用してもよい。さらに、歪みセンサー１１２に限らず、任意の計測手段を採用してもよい。例えば、加速度センサーといった対象物に接触して変位を測定する手段や、レーザ光を用いて非接触で変位を測定する手段を採用することができる。
【００９７】
実装例１および２においては、駆動機構の速度制御に補償量を反映する実装例について説明した。同様の方法により、駆動機構の位置制御またはトルク制御に補償量を反映する実装例を採用することができる。さらに、駆動機構の位置制御に補償量を反映する実装例、駆動機構の速度制御に補償量を反映する実装例、および駆動機構のトルク制御に補償量を反映する実装例を適宜組み合わせてもよい。
【００９８】
また、上述の説明では、スタッカクレーンへの適用例について詳述したが、適用先としては、スタッカクレーンに限定されることはない。例えば、台車上に本体部が設けられ、その本体部に搭載された射出機構を用いて対象物に塗料を塗布するような機械などに適用できる。
【００９９】
＜Ｉ．利点＞
本実施の形態に係る制御装置によれば、剛性の低い移動体であっても適切な目標軌道に沿った制御を行なうことができる。また、フィードバック制御によって制振性能を発揮させることで、より高い軌道目標に沿った制御を実現できる。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１  制御システム、１０  ＣＰＵユニット、１４  パルスカウンタユニット、１８，４０  サーボドライバ、１００  スタッカクレーン、１０２  台車部、１０４  本体部、１０６  テーブル、１０８，１１０  モータ、１１２  歪みセンサー、１２０  レール、１５０  配置ラック、２００  制御装置、２０２  加算部、２０４  フィードフォワード（ＦＦ）補正部、２０８  補償部、２１２  位置コントローラ、２１４  速度コントローラ、２１６  トルクコントローラ、２１８  フィードバック（ＦＢ）補正部、３００  目標軌道生成モジュール、３０２  修正目標軌道生成モジュール、３０４，３０８，３２８  加算要素、３０６，３３４  位相調整器、３３８  ゲイン調整器、３１０，３３０，３４６  減算要素、３１２，３２２  ゲイン調整モジュール、３１４  ドライバ速度制御モジュール、３２０  強制振動成分算出モジュール、３２４  絶対値化モジュール、３３２  乗除算モジュール、３３６  ゲイン調整部、３４０  推定モジュール、３４２，３４８  伝達関数。
【図１】
2014119903.tif 000003
【図２】
2014119903.tif 000004
【図３】
2014119903.tif 000005
【図４】
2014119903.tif 000006
【図５】
2014119903.tif 000007
【図６】
2014119903.tif 000008
【図７】
2014119903.tif 000009
【図８】
2014119903.tif 000010
【図９】
2014119903.tif 000011
【図１０】
2014119903.tif 000012