(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，
上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，
上記位置決め手段の位置指令と実位置との偏差に基づいて速度指令を出力する位置補償部と，上記位置補償部から出力された速度指令と実速度との偏差に基づいて推力指令を上記位置決め手段に対して出力する速度補償部とを有してなり，上記昇降部の位置を制御する昇降部位置制御手段と，
を具備してなる懸垂式昇降装置において，
上記昇降部位置制御手段が，上記位置決め手段に対する上記昇降部の相対振れ速度と上記位置決め手段の絶対速度とに基づいて定められる上記昇降部の絶対振れ速度に応じた制振信号を，上記速度補償部から上記位置決め手段に出力される推力指令に加算する振れ止め補償部を備えてなることを特徴とする懸垂式昇降装置。
【請求項２】
基台から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，
上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，
上記位置決め手段の位置指令と実位置との偏差に基づいて速度指令を出力する位置補償部と，上記位置補償部から出力された速度指令と実速度との偏差に基づいて推力指令を上記位置決め手段に対して出力する速度補償部とを有してなり，上記昇降部の位置を制御する昇降部位置制御手段と，
を具備してなる懸垂式昇降装置において，
上記昇降部位置制御手段が，上記位置決め手段に対する上記昇降部の相対振れ位置と上記位置決め手段の絶対位置とに基づいて定められる上記昇降部の絶対振れ速度に応じた制振信号を，上記速度補償部から上記位置決め手段に出力される推力指令に加算する振れ止め補償部を備えてなることを特徴とする懸垂式昇降装置。
【請求項３】
上記基台が移動台車に取り付けられたものであって，
上記位置決め手段が，上記推力指令に応じて上記基台を上記移動台車に対して水平方向に相対移動させることにより上記懸垂材を水平面内で位置決めするものである請求項１又は２のいずれかに記載の懸垂式昇降装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，懸垂式昇降装置に係り，詳しくは，例えば移動台車等の基台から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部の振れを抑える制振制御を行う懸垂式昇降装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷物を搬送する搬送装置として，天井近くに配設されたレール上を走行する移動台車から懸垂材によりハンド付昇降台を昇降可能に吊り下げ，上記ハンドにより荷物を把持して搬送する懸垂式昇降装置（いわゆるクレーン）がある。
上記懸垂式昇降装置は，重量物を搬送するのに用いられるのが一般的であるが，近年では半導体製造場におけるウェハカセット等の搬送装置としての利用が特に注目されている。
このような懸垂式昇降装置の問題点として挙げられるのが，吊り下げられた上記昇降台の振れである。上記昇降台は上記移動台車を支点とする振り子となるから，例えば上記移動台車の停止時には，上記昇降台に上記懸垂材の長さで決まる固有振動数に応じた振れが生じる。
上記移動台車の停止直後などで上記昇降台が大きく揺れている間は，所定位置に置かれている荷物を正確に把持することができなかったり，或いは把持している荷物を所定位置に正確に載置することができない。
半導体製造場では，各種処理装置が近接して設置されていることが多く，搬送される部材の機械的強度も弱いため，上記昇降台の振れは特に重要な問題となり，動吸振器やダンパ等を用いた受動的な振れ止めでは不十分な場合も多い。
そこで，上記昇降台の振れを積極的に減衰させる制振制御を行うことが必要となる。上記制振制御を行うことのできる懸垂式昇降装置の一例を図６に示す。
図６に示すように，上記懸垂式昇降装置は，天井５１に配設されたレール５２に沿って移動する移動台車５３と，上記移動台車５３の下部に取り付けられた位置決めアクチュエータ１及び上板２と，上記上板２から垂下された懸垂材５４と，上記懸垂材５４の下端部に取り付けられ，荷物５６を把持可能なハンド５５ａが一体的に取り付けられた昇降部５５と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置を検出する振れ位置センサ３と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて上記昇降部５５の振れを抑える制振制御を行いつつ，上記位置決めアクチュエータ１の位置及び速度制御を行って上記位置決めアクチュエータ１を動作させ，上記昇降部５５の位置を制御する昇降部位置制御部１０とを具備する。
上記懸垂式昇降装置では，上記移動台車５３が上記レール５２における予め設定された箇所（ステーション）に達すると，例えば上記上板２側に取り付けられた図外の巻き取り装置により上記懸垂材５４の巻き出し／巻き取りが行われ，これにより上記昇降部５５の下降／上昇させられる。
このとき，上記昇降部５５に生じる振れは，上記位置決めアクチュエータ１を動作させることにより抑えられる。
上記位置決めアクチュエータ１は，上記上板２を水平面内で上記移動台車５３に対して相対移動させるものであり，上記昇降部位置制御部１０から出力される推力指令に従って動作する。
ここで，図７に上記昇降部制御部１０の制御ブロック図の一例を示す。尚，上記位置決めアクチュエータ１の実位置及び実速度は図外のセンサにより検出される。
上記懸垂式昇降装置では，上記移動台車５３が目的位置に停止すると，上記昇降部位置制御部１０に対して，上記位置決めアクチュエータ１を例えば所定の原点位置（上記移動台車５３と上記上板２との相対位置関係から決まる）に制御するための位置指令が与えられる。上記位置指令と上記位置決めアクチュエータ１の実変位との偏差が位置補償部１１に入力される。上記位置補償部１１からは，上記位置偏差を０にするような速度指令が出力される。上記速度指令と上記位置決めアクチュエータ１の実速度との偏差が速度補償部１２に入力される。上記速度補償部１２からは，上記速度偏差を０にするような推力指令が出力される。  また，それと同時に，振れ止め補償部４には，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ速度が入力される。この相対振れ速度は，上記振れ位置センサ３により検出された相対振れ変位を微分器により微分した上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて定められるものである。上記振れ止め補償部４では，上記比例要素４ａにより上記昇降部５５の振れ速度に応じた推力が出力され，更に上記フィルタ４ｂを介して制振信号として出力される。
上記振れ止め補償部４から出力された上記制振信号は，位相反転した後で上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算され，該推力指令は上記位置決めアクチュエータ１に入力され，所定の動作が行われる。
以上の制御により，上記昇降部５５に振れがある場合には，上記位置決めアクチュエータ１は，振れの周波数が速度制御周波数に比べて十分低い場合に，等価的に上記昇降部５５の振れ速度に比例して変位する。ここで，上板２と昇降部５５との間に相対変位が生じると昇降部５５にはそれに比例した力が働くため，上記昇降部５５には自分自身の振れ速度に比例した力が減衰力として与えられることになり，上記昇降部５５の振動は短時間で減衰する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のように相対振れ速度に基づいて制振制御を行う場合，昇降部の制振制御と位置決めアクチュエータの速度制御が干渉してしまうことがあった。
例えば昇降部５５の振り子固有振動数が０．３Ｈｚであって，速度補償部１２の速度ＰＩ補償器の折点周波数が４Ｈｚに設定された系に対して，比例要素４ａを２倍，フィルタ４ｂのフィルタ周波数を１０Ｈｚに設定した場合には，図８（ａ）に示すように，制振制御と速度制御が干渉した結果，制御開始直後に不安定となり発散してしまう。
この発散を防止するためには，例えば振れ止め補償部４の比例要素４ａを小さくしたり，フィルタ４ｂのフィルタ周波数を低く設定する必要がある。
例えば比例要素４ａを上記図８（ａ）の例より小さく０．５倍に設定し，フィルタ４ｂのフィルタ周波数を上記図８（ａ）の例より低く４Ｈｚに設定した場合，図８（ｂ）に示すように，昇降部５５の振れも，位置決めアクチュエータ１の振れも減衰する。しかしながら，その振れは制振開始から長時間残ってしまう。
また，例えば比例要素４ａだけを上記図８（ａ）の例より小さく０．５倍に設定し，フィルタ４ｂのフィルタ周波数を上記図８（ａ）の例と同じく１０Ｈｚに設定した場合には，図８（ｃ）に示すように，昇降部５５の振れはゆっくりと減衰するが，２Ｈｚ程度の微小振動が位置決めアクチュエータ１に長時間残ってしまう。
このように，制振制御と速度制御の干渉を防止するために振れ止め補償部４の比例要素４ａやフィルタ４ｂの値を低く設定すると，昇降部５５や位置決めアクチュエータ１に長時間振れが残ってしまうという問題が生じる。
本発明は，このような従来の技術における課題を解決するために，懸垂式昇降装置を改良し，絶対振れ速度に基づいて制振制御を行うことにより，昇降部の制振制御と位置決めアクチュエータの速度制御との干渉を防止することのできる懸垂式昇降装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，請求項１に係る発明は，基台から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，上記位置決め手段の位置指令と実位置との偏差に基づいて速度指令を出力する位置補償部，及び上記位置補償部から出力された速度指令と実速度との偏差に基づいて推力指令を上記位置決め手段に対して出力する速度補償部を有してなり，上記昇降部の位置を制御する昇降部位置制御手段とを具備してなる懸垂式昇降装置において，上記昇降部位置制御手段が，上記位置決め手段に対する上記昇降部の相対振れ速度と上記位置決め手段の絶対速度とに基づいて定められる上記昇降部の絶対振れ速度に応じた制振信号を，上記速度補償部から上記位置決め手段に出力される推力指令に加算する振れ止め補償部を備えてなることを特徴とする懸垂式昇降装置として構成されている。
また，請求項２に係る発明は，基台から懸垂材を介して昇降可能に吊り下げられた昇降部と，上記懸垂材を水平面内で位置決めする位置決め手段と，上記位置決め手段の位置指令と実位置との偏差に基づいて速度指令を出力する位置補償部，及び上記位置補償部から出力された速度指令と実速度との偏差に基づいて推力指令を上記位置決め手段に対して出力する速度補償部を有してなり，上記昇降部の位置を制御する昇降部位置制御手段とを具備してなる懸垂式昇降装置において，上記昇降部位置制御手段が，上記位置決め手段に対する上記昇降部の相対振れ位置と上記位置決め手段の絶対位置とに基づいて定められる上記昇降部の絶対振れ速度に応じた制振信号を，上記速度補償部から上記位置決め手段に出力される推力指令に加算する振れ止め補償部を備えてなることを特徴とする懸垂式昇降装置として構成されている。
また，請求項３に係る発明は，上記基台が移動台車に取り付けられたものであって，上記位置決め手段が，上記推力指令に応じて上記基台を上記移動台車に対して水平方向に相対移動させることにより上記懸垂材を水平面内で位置決めするものであることをその要旨とする。
上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の懸垂式昇降装置によれば，昇降部の振れを抑える制振制御が上記昇降部の絶対振れ速度に基づいて行われるため，上記昇降部の制振制御と位置決め手段の速度制御との干渉が防止される。従って，昇降部の制振制御の応答性を良くすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明の具体的な一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
まず，図１に本発明の一実施の形態に係る懸垂式昇降装置Ａ１の概略構成を示す。
上記懸垂式昇降装置Ａ１は，例えば半導体製造場等で用いられる搬送装置であって，その構成は従来の技術に記載されたものとほぼ同様である。
即ち，上記懸垂式昇降装置Ａ１は，図１に示す如く，天井５１に配設されたレール５２に沿って移動する移動台車５３と，上記移動台車５３の下部に取り付けられた位置決めアクチュエータ１及び上板２と，上記上板２から垂下された懸垂材５４と，上記懸垂材５４の下端部に取り付けられ，荷物５６を把持可能なハンド５５ａが一体的に取り付けられた昇降部５５と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置を検出する振れ位置センサ３と，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に基づいて上記昇降部５５の振れを抑える制振制御を行いつつ，上記位置決めアクチュエータ１の位置及び速度制御を行って上記位置決めアクチュエータ１を動作させ，上記昇降部５５の位置を制御する昇降部位置制御部１０とを具備する。
上記懸垂式昇降装置Ａ１が，従来のものととりわけ異なるのは，上記昇降部５５の上記上板２に対する相対振れ位置に上記位置決めアクチュエータ１（及び上板２）の絶対位置を加算することにより定められる上記昇降部５５の絶対振れ速度に基づいて制振制御が行われる点である。尚，上記位置決めアクチュエータ１の実位置及び実速度は図外のセンサにより検出される。
次に，上記懸垂式昇降装置Ａ１の詳細について説明する。ここで，図２は上記懸垂式昇降装置Ａ１の制御ブロック図の一例を示す図である。
上記昇降部位置制御部１０は，図２に示すように，上記位置決めアクチュエータ１に対する位置指令と実位置（絶対位置）との偏差に基づいて位置補償部１１により速度指令を出力する位置制御ループと，上記位置補償部１１から出力された上記位置決めアクチュエータ１に対する速度指令と実速度（絶対速度）との偏差に基づいて速度補償部１２により上記位置決めアクチュエータ１に対して推力指令を出力する速度制御ループと，上記光学式位置センサ３から出力された上記昇降部５５の相対振れ変位と上記位置決めアクチュエータ１の絶対位置とに基づいて定められる絶対振れ速度に基づいて上記位置決めアクチュエータ１に対する制振信号を出力し，上記制振信号を位相反転した後に上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算する振れ止め補償部４とを具備する。
上記振れ止め補償部４は，比例要素４ａとフィルタ４ｂとで構成されている。上記比例要素４ａは上記昇降部５５の停止高さに応じて設定されている。また，上記フィルタ４ｂは，観測ノイズを除去して上記観測ノイズによるサーボ系の発振を防ぐために設けられたローパスフィルタである。
【０００６】
以上のような昇降部位置制御部１０による上記位置決めアクチュエータ１の制御動作について説明する。
上記移動台車５３が目的位置に停止すると，上記昇降部位置制御部１０に対して，上記位置決めアクチュエータ１を例えば所定の原点位置（上記移動台車５３と上記上板２との相対位置関係から決まる）に制御するための位置指令が与えられる。上記位置指令は，上記位置決めアクチュエータ１の実変位との偏差がとられ，上記位置補償部１１に入力される。上記位置補償部１１からは，上記位置偏差を０にするような速度指令が出力され，更に上記速度指令は上記位置決めアクチュエータ１の実速度との偏差がとられ，上記速度補償部１２に入力される。上記速度補償部１２からは，上記速度偏差を０にするような推力指令が出力される。
また，それと同時に，上記振れ止め補償部４には，上記光学式位置センサ３から出力された上記昇降部５５の相対振れ位置と上記位置決めアクチュエータの実変位（絶対位置）とが加算された絶対振れ位置が，微分器により微分された絶対振れ速度が入力される。上記振れ止め補償部４では，上記比例要素４ａにより上記昇降部５５の絶対振れ速度に応じた推力が出力され，更に上記フィルタ４ｂを介して制振信号として出力される。
上記振れ止め補償部４から出力された上記制振信号は，位相反転した後で上記速度補償部１２から出力された推力指令に加算され，該推力指令は上記位置決めアクチュエータ１に入力され，所定の動作が行われる。
以上の制御により，上記昇降部５５に振れがある場合には，上記位置決めアクチュエータ１は，等価的に上記昇降部５５の振れ速度に比例して変位する。ここで，上板２と昇降部５５との間に相対変位が生じると昇降部５５にはそれに比例した力が働くため，上記昇降部５５には自分自身の振れ速度に比例した力が減衰力として与えられることになり，上記昇降部５５の振動は短時間で減衰する。
また，上記制振信号は，上記昇降部５５の絶対振れ速度に基づくものであるため，上記速度制御ループと制振制御が干渉することがない。このため，比例要素４ａのゲインを大きく設定することができ，制振作用を強めることができる。
ここで，図３に，上記昇降部５５に微小変位を与えた場合の上記昇降部５５の変位の時系列変化を示す。尚，この図３は昇降部の振り子固有振動数が０．３Ｈｚであって速度補償部１２の速度ＰＩ補償器の折点周波数が４Ｈｚに設定された系に対して，振れ止め補償部４の比例要素４ａを２倍に設定し，フィルタ４ｂのフィルタ周波数を１０Ｈｚに設定した場合のものである。
図３に示すように，上記懸垂式昇降装置によれば，位置決めアクチュエータ１を動作させて制振を開始してから，上記昇降部５５の振れに比例する形で上記位置決めアクチュエータ１を大きく動作させても，上記速度制御ループと制振制御が干渉することなく，２秒後までに上記昇降部５５の振れが速やかに抑制されている。尚，この場合，フィルタ４ｂは１０Ｈｚ以上の観測ノイズを除去するために用いられていることになる。
このように，本発明の一実施の形態に係る懸垂式昇降装置では，昇降部の絶対振れ速度に基づいて制振制御を行うことにより，昇降部の制振制御と位置決めアクチュエータの速度制御との干渉が防止されるため，制振制御のゲイン等を低く設定することが必要がなくなり，昇降部等の振れを速やかに抑えることができる。
【０００７】
【実施例】
上記実施の形態では，上記昇降部５５の振動方向をレールに直角な方向に限定して説明したが，レールに平行な振動，及び懸垂材５４の捩じり方向への振動についても，それぞれレールに平行な方向，鉛直軸回りに移動可能な位置決めアクチュエータを使用して同様の制御を行うことにより適用できる。
また，上記実施の形態では位置決め手段の一例として位置決めアクチュエータ１を用いたが，上記移動台車５３自体を位置決め手段として用いてもよい。即ち，上記移動台車５３の上記レール上での移動により昇降部の振れ止め及び位置決めを行うようにしてもよい。但しその場合にはレールに平行な振動にのみ対応できる。
また，上記実施の形態では，光学式位置センサ３により測定された昇降部５５の相対振れ位置と位置決めアクチュエータ１の絶対位置とを加算することにより定めた絶対振れ位置を微分した絶対振れ速度を上記振れ止め補償部４に入力して制振制御を行ったが，これに限らず，例えば図４に示すように，光学式位置センサ３により測定された昇降部の相対振れ位置を微分した相対振れ速度に上記位置決めアクチュエータ１の絶対速度を加算することにより上記絶対振れ速度を定めて上記振れ止め補償部４に入力し制振制御を行ってもよい。
さらに，例えば図５に示すように，位置決めアクチュエータ１の速度を振れ止め補償部４と等価な要素４’に入力した信号を推力指令に加算するようにして，上記相対振れ速度を実質的に絶対振れ速度に変換するようにしてもよい。このような懸垂式昇降装置も本発明における懸垂式昇降装置の一例である。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように，上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の懸垂式昇降装置によれば，昇降部の振れを抑える制振制御が上記昇降部の絶対振れ速度に基づいて行われるため，上記昇降部の制振制御と位置決め手段の速度制御との干渉が防止される。このため，制振制御のゲイン等を大きく設定することができ，上記昇降部の振れを速やかに抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る懸垂式昇降装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
【図２】  上記搬送装置Ａ１の昇降部位置制御部の概略構成を示すブロック図。
【図３】  昇降部５５に微小変位を与えた場合の変位の時間的変化を示すタイムチャート。
【図４】  本発明の一実施例に係る懸垂式昇降装置の制御ブロック図。
【図５】  本発明の他の実施例に係る懸垂式昇降装置の制御ブロック図。
【図６】  従来の懸垂式昇降装置装置の概略構成を示す模式図。
【図７】  従来の懸垂式昇降装置の昇降部位置制御部の概略構成を示すブロック図。
【図８】  従来の懸垂式昇降装置における制振制御を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１…位置決めアクチュエータ
３…光学式位置センサ
４…振れ止め補償部
４ａ…比例要素
４ｂ…フィルタ
１０…昇降部位置制御部
１１…位置補償部
１２…速度補償部
５２…レール
５３…移動台車
５４…懸垂材
５５…昇降部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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