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JP3500013B2 - 冗長自由度同期制御方法及び装置 - Google Patents

冗長自由度同期制御方法及び装置

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Publication number
JP3500013B2
JP3500013B2 JP24152996A JP24152996A JP3500013B2 JP 3500013 B2 JP3500013 B2 JP 3500013B2 JP 24152996 A JP24152996 A JP 24152996A JP 24152996 A JP24152996 A JP 24152996A JP 3500013 B2 JP3500013 B2 JP 3500013B2
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JP
Japan
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actuator
controlled object
speed
freedom
attitude
Prior art date
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JP24152996A
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仁意 小野
明寛 前川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,例えばイベントホ
ールの天井リングの昇降装置等を制御する技術分野に属
する。
【0002】
【従来の技術】イベントホール等においては,種々の昇
降可能な構造物が設けられている。このうち,構造物が
天井リングである場合の昇降駆動系の概略構成を図2に
示す。同図において,天井リング1の上面には複数のプ
ーリ2が一定の間隔(例えば図3のaからlの位置)で
設けられている。各プーリ2にはそれぞれ一端が天井部
位等に固定された吊りワイヤ3が装着され,該吊りワイ
ヤ3の他端は天井部位等に設けられたプーリ4,5を介
してワイヤ長さ調整器6に連結されている。そして,ワ
イヤ巻き取り器6の駆動により天井リング1を昇降させ
ることができるようになっている。また,天井リング1
の各プーリ2の取り付け点における高さを検出するため
に位置センサー7が各ワイヤ長さ調整器6に対して設け
られている。
【0003】上記のように天井リング1などの構造物を
複数のワイヤ長さ調整器6を用いて昇降させる場合,構
造物の自由度は高さ,前後の傾き及び左右の傾きの3自
由度であるので,吊り点が3点あれば該3本の吊りワイ
ヤの長さを操作することによって天井リング1の位置
(高さ)及び姿勢(前後の傾き及び左右の傾き)を制御
することができる。
【0004】しかし,実際には,吊りワイヤ3の許容吊
り荷重や天井リング1の重量により吊り点を4点以上に
せざるを得ない場合が少なくない。この場合,主要な3
本以外の吊りワイヤに若干弱めの張力を掛けて天井リン
グ1を移動させる方法が考えられるが,移動開始時や下
降速度が切り換わった際等において各吊り点の移動速度
やワイヤ張力に大きな振動が生じるといった問題点を有
していた。
【0005】これに対し,本出願人は,4点以上の吊り
点を有する場合であっても吊り点の移動速度やワイヤ張
力に振動を生じさせない方法及び装置を発明し,関連す
る技術につき特許出願した(特願平8−5076号)。
以下にその内容を示す。図6は該発明の構成を示すブロ
ック図である。同図において,位置センサー7によって
計測された天井リング1の位置信号,即ち各アクチュエ
ータ9(吊りワイヤ3及びワイヤ長さ調整器6)の状態
を示す信号は,冗長自由度同期制御装置14内の逆座標
変換器13に入力される。そして,逆座標変換器13は
天井リング1の位置及び姿勢を算出した後,同じく冗長
自由度同期制御装置14内の移動速度姿勢制御装置11
に送る。
【0006】一方,天井リング1の目標位置設定信号
は,目標位置設定器10から移動速度姿勢制御装置11
に入力される。移動速度姿勢制御装置11は,天井リン
グ1の目標位置と現在位置とを比較して,その偏差に対
応した移動速度を決定し,また,該偏差及び移動速度に
基づいて,天井リング1の前後及び左右の傾きを修正す
るための姿勢修正速度を決定する。
【0007】冗長自由度同期制御装置14内に設けられ
た順座標変換器12は,移動速度姿勢制御装置11から
の移動速度及び姿勢修正速度に関する信号に基づいて各
アクチュエータ9の駆動速度を求め,サーボドライバ1
5へ送る。サーボドライバ15は,順座標変換器12か
らの信号に従ってアクチュエータ9を駆動し,天井リン
グ1の位置及び姿勢を制御する。
【0008】このような構成及び作用により,天井リン
グ1の移動開始時や下降速度が切り換わった際にも,各
吊りワイヤ3の速度やワイヤ張力に生ずる振動が大きく
ならないといった効果がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように,特願平
8−5076号に示された制御方法及び制御装置は自由
度を越える数のアクチュエータを用いて制御対象の位置
や姿勢を制御するのに非常に好適であるが,実機に適用
させる際には下記のような課題を有していた。
【0010】即ち,ワイヤ長さ調整器6としてはウイン
チを用いることが多いが,ウインチはワイヤの巻き取り
量によって巻き層数が変化するため,有効半径に変動が
生じ易い。特に,天井リングの昇降装置等においては,
設置スペース等の観点からウインチを一箇所にまとめて
設置することが多く,その場合,天井リングの各吊り点
からウインチまでのワイヤ長さはそれぞれ異なっている
ので,吊りワイヤ3を巻き取るにつれて各ウインチの有
効半径に差異が生じてくる。有効半径が大きいウインチ
は有効半径が小さいウインチに比べ,ワイヤ巻き取り速
度が速くなるため,ワイヤの張力に影響を及ぼすことと
なる。
【0011】例えば,天井リング1を該リングの水平状
態を保ちながら上昇させるときに,ある1つのウインチ
の有効半径が他のウインチに比べて大である場合を考え
ると,上記特願平8−5076号に示された制御手法で
は,天井リング1が水平であることに対応して全ウイン
チに同じ駆動速度指令が出されることとなる。しかし,
この場合,有効半径が大きくなったウインチのワイヤ巻
き取り速度は他のウインチに比べて速くなるので,当該
ウインチで巻き取られる吊りワイヤの張力は他の吊りワ
イヤに比べて大きくなり,場合によっては許容張力を越
えてしまう恐れも出てくる。
【0012】図7は,12点吊りの天井リングにおい
て,リング上昇開始後20秒で1つのウインチの有効半
径だけが増加した場合をシミュレートした結果である。
同図中,(a)は各吊り点の移動速度を,(b)は各吊
り点の位置を,(c)は吊り点の平均位置と各吊り点位
置の差を,(d)は各ワイヤの張力を,そして(e)は
各ウインチの有効半径の大きさを表している。この図か
らも明らかなように,各吊り点の移動速度や各吊り点位
置に関する制御性に問題はないものの,ワイヤ張力は有
効半径の増加に伴って増加し,場合によっては許容値を
越えてしまう可能性を有していることが分かる。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め,本発明は,制御対象の持つ運動自由度を越える数の
アクチュエータにより制御対象の位置及び姿勢を制御す
るに際し,各アクチュエータの状態に基づいてその時点
の制御対象の位置及び姿勢を求めた後,制御対象の姿勢
及び移動速度を基に姿勢修正速度を求め,各アクチュエ
ータ用の駆動速度信号を算出する冗長自由度同期制御方
法において,制御対象の移動方向と各アクチュエータか
ら制御対象に与えられる力の大きさとから前記アクチュ
エータ用の駆動速度信号に対する補正係数を算出し,該
補正係数を前記アクチュエータ用の駆動速度信号に乗ず
ることを特徴とする。
【0014】また,制御対象の持つ運動自由度を越える
数のアクチュエータと,各アクチュエータの状態を基に
制御対象の位置及び姿勢を求める逆座標変換器と,制御
対象の姿勢及び移動速度を基に姿勢修正速度を求める移
動速度・姿勢制御器と,制御対象の姿勢修正速度及び移
動速度を基に各アクチュエータ用の駆動速度信号を出力
する順座標変換器とを有する冗長自由度同期制御装置に
おいて,制御対象の移動方向を検出する運転方向検出器
と,各アクチュエータから制御対象に与えられる力の大
きさと前記制御対象の移動方向とから前記アクチュエー
タ用の駆動速度信号に対する補正係数を算出する補正算
出器と,該補正係数を前記アクチュエータ用の駆動速度
信号に乗ずる乗算器とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明にかかる冗長自由度
同期制御装置の構成の一実施形態を示している。同図に
おいて,図6に示した従来の技術にかかる構成と異なっ
ている部分は,乗算器21,張力補正算出器22,リン
グ運転方向検出器23及び荷重センサー24を設けた点
のみであり,その他のブロックは従来のものと同様の働
きをする。
【0016】各吊りワイヤ3に対して設けられた荷重セ
ンサー24は,それぞれ対応する吊りワイヤ3の張力を
検出し,その値を張力補正算出器22へ出力する。張力
補正算出器22は,図5に示すように,全吊りワイヤ3
の平均張力を演算した後,各ワイヤ張力との偏差を求め
る。
【0017】リング運転方向検出器23は,位置センサ
ー7にて計測された天井リング1の全取り付け点高さ
(位置)から平均高さを演算し,目標位置設定器10か
ら入力された目標位置設定値との偏差を求める。そし
て,該偏差に基づいて天井リング1の昇降の方向を割り
出し,上昇方向の場合は1を,下降方向の場合は−1を
張力補正算出器22に出力する。
【0018】張力補正算出器22では,先に求めた張力
の偏差と適当なゲインを乗じた値にリング運転方向検出
器23からの信号をさらに乗じ,値1を加えた結果を張
力補正係数として出力する。
【0019】乗算器21は,順座標変換器12から出力
された各アクチュエータ9(吊りワイヤ及びウインチ)
の駆動速度信号に張力補正算出器22から出力された張
力補正係数を乗じ,ウインチの駆動速度信号に各吊りワ
イヤ3の張力を反映させる。そして,その値をサーボド
ライバ15へ出力する。
【0020】このような構成により,天井リング1の上
昇時において,吊りワイヤ3の張力が大きくなったウイ
ンチに対しては駆動速度を下げる信号が,また張力の小
さくなったウインチに対しては駆動速度を上げる信号が
出力されるようになる。また,天井リング1の下降時に
おいて,張力の大きくなったウインチに対しては駆動速
度を上げる信号が出力され,張力の小さくなったウイン
チに対しては駆動速度を下げる信号が出力されるように
なる。これにより,ウインチの有効半径の変化に対し吊
りワイヤ3の張力が変化した時点でウインチの駆動速度
信号が適切に補正されるので,張力を許容範囲内に収め
つつ,天井リング1の位置及び姿勢の制御をすることが
可能となる。
【0021】図4は,12点吊りの天井リングの上昇開
始後20秒で1つのウインチの有効半径が増加した場合
について本手法を適用したシミュレート結果である。同
図中,(a)は各吊り点の移動速度を,(b)は各吊り
点の位置を,(c)は吊り点の平均位置と各吊り点位置
の差を,(d)は各ワイヤの張力を,そして(e)は各
ウインチの有効半径の大きさを表している。
【0022】この場合,ウインチの有効半径の増加した
吊り点のワイヤ張力は増加し始めるが,それに対し張力
補正算出器22の出力として1以下の値が順座標変換器
12の出力に乗じられるので,有効半径の増加したウイ
ンチへの駆動速度信号の値は,他のウインチへの値より
も小さくなる。従って,図(d)に示すように,吊りワ
イヤ3の張力は平均張力1.6×104 Nから約0.2
×104 N増加した点において,有効半径の増加による
増速量と,張力補正算出器22による減速量とが釣り合
い,張力は約18×104 Nでバランスする。なお,本
シミュレーションでは,図7に示した従来例と同様に許
容張力を3×104 Nに設定した。この結果から,本手
法は,吊りワイヤ3の張力を許容範囲内に収め,かつ,
天井リング1の位置及び姿勢の制御性も損なわないもの
であることが分かる。
【0023】
【発明の効果】本発明を採用することにより,制御対象
の位置及び姿勢の制御性に影響を与えることなく各アク
チュエータの力の大きさを許容範囲に収めることが可能
となる。従って,より安全性や信頼性の高い冗長自由度
同期制御装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる冗長自由度同期制
御装置の構成図。
【図2】天井リングの昇降駆動システムの概略構成図。
【図3】天井リングのプーリ設置位置を示す図。
【図4】本発明の一実施形態におけるシミュレーション
結果を示す図。
【図5】本発明の運転方法検出器及び張力補正算出器の
演算手順の一実施形態を示す流れ図。
【図6】従来の冗長自由度同期制御装置の構成図。
【図7】従来の制御方法によるシミュレーション結果を
示す図。
【符号の説明】
1 天井リング 2,4,5 プーリ 3 吊りワイヤ 6 ワイヤ長さ調整器 7 位置センサー 9 アクチュエータ 10 目標位置設定器 11 移動速度・姿勢制御器 12 順座標変換器 13 逆座標変換器 14 冗長自由度同期制御装置 15 サーボドライバ 21 乗算器 22 張力補正算出器 23 リング運転方向検出器 24 荷重センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−32092(JP,A) 特開 平5−138560(JP,A) 特開 平9−198142(JP,A) 特開 平5−189047(JP,A) 実開 昭58−23118(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/36 A63J 5/02 G05D 3/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御対象の持つ運動自由度を越える数の
    アクチュエータにより制御対象の位置及び姿勢を制御す
    るに際し,各アクチュエータの状態に基づいてその時点
    の制御対象の位置及び姿勢を求めた後,制御対象の姿勢
    及び移動速度を基に姿勢修正速度を求め,各アクチュエ
    ータ用の駆動速度信号を算出する冗長自由度同期制御方
    法において,制御対象の移動方向と各アクチュエータか
    ら制御対象に与えられる力の大きさとから前記アクチュ
    エータ用の駆動速度信号に対する補正係数を算出し,該
    補正係数を前記アクチュエータ用の駆動速度信号に乗ず
    ることを特徴とする冗長自由度同期制御方法。
  2. 【請求項2】 制御対象の持つ運動自由度を越える数の
    アクチュエータと,各アクチュエータの状態を基に制御
    対象の位置及び姿勢を求める逆座標変換器と,制御対象
    の姿勢及び移動速度を基に姿勢修正速度を求める移動速
    度・姿勢制御器と,制御対象の姿勢修正速度及び移動速
    度を基に各アクチュエータ用の駆動速度信号を出力する
    順座標変換器とを有する冗長自由度同期制御装置におい
    て,制御対象の移動方向を検出する運転方向検出器と,
    各アクチュエータから制御対象に与えられる力の大きさ
    と前記制御対象の移動方向とから前記アクチュエータ用
    の駆動速度信号に対する補正係数を算出する補正算出器
    と,該補正係数を前記アクチュエータ用の駆動速度信号
    に乗ずる乗算器とを備えたことを特徴とする冗長自由度
    同期制御装置。
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