JPS6041362B2 - 自動位置決め制御装置 - Google Patents

自動位置決め制御装置

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JPS6041362B2
JPS6041362B2 JP50111676A JP11167675A JPS6041362B2 JP S6041362 B2 JPS6041362 B2 JP S6041362B2 JP 50111676 A JP50111676 A JP 50111676A JP 11167675 A JP11167675 A JP 11167675A JP S6041362 B2 JPS6041362 B2 JP S6041362B2
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pattern
distance
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利勝 根田
春郎 河原
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電子計算機等の計算装置の出力により制御
される自動位置決め制御装置に関し、特に制御対象とな
る移動物体(走行体)の走行区間の複数の速度域に分割
して段階的に速度設定制御する自動位置決め制御装置に
関するものである。
この発明は、高精度の位置決めを要求される装置に適用
されるが、その一例として原子力発電所の核燃料交換装
置がある。以下この発明を燃料交換装置に適用する場合
について説明するが、この発明は燃料交換装置に限定さ
れるものではなく、通常の電気車両にも適用されるもの
である。原子力発電所に於ては、原子炉として沸騰水型
軽水炉(以下BWRと記す)、加圧水型軽水炉、その他
の炉型のものを使用しているが、何れの炉型のものを使
用するにしても、原子炉の起動後は1年に1度程度の割
合で、燃焼した核燃料の取出し炉内での燃料の位置の移
しかえ、或は新燃料の装荷等の燃料交換作業を行なう必
要がある。この燃料交換作業には燃料交換設備として燃
料交換プラツトフオームが用いられる。この燃料交換作
業は、取扱う対象が核燃料であるという特殊事情から、
その取扱いには特に注意を要し、プラットフオームの暴
走や、燃料のつかみ損い等による事故は絶対に許されな
い。
従来はこの燃料交換作業は、原子炉と核燃料プール間に
設置されたレール上を運転員の手によってプラツトフオ
ームを運転し、これを原子炉を跨ぐ様に固定して行って
来た。然し燃料の再装荷以降に於ては、人体の放射線の
被爆の問題を伴うため、作業時間は出釆るだけ短縮し、
且遠隔化、自動化などの必要がある。又取扱いの対象が
核燃料であるという特殊性から、その位置決めには極め
て高い精度が要求され、万一にも位置決め誤による核燃
料の原子炉壁への衝突等の事故は許されない。従ってこ
のような核燃料交換作業の直接の作業台となる燃料交換
プラットフオームの運転は、極めて慎重に行なわなけれ
ばならず、又その停止の際の位置決め(所定の位置に停
止させること)には極めて高い精度が要求される。この
発明は、燃料交換プラットフオーム或は電気車両等の如
き移動物体(以下走行体と託す)を高い精度をもって位
置決めすることのできる自動位置決め制御装置を得るこ
とを目的とする。
以下図面を参照してこの発明の一実施例を燃料交換装置
に適用した場合について説明する。燃料交換装置は、前
述の如く原子力発電所に設置され、原子炉と燃料プール
間を移動し、燃料交換作業の直接の作業台となる燃料交
換プラットフオーム(以下プラツトフオームと記す)と
、その制御装置及びプラツトフオーム用のし−ルとから
構成される。第1図はこのような燃料交換装置(レール
を除く)及び電子計算機の慨要を示すブロック図である
。図中全体の一点頭線で囲まれたFCDが燃料交換装置
であり、同じく一点鎖線で囲まれたCPUは上記に燃料
交換装置FCDの制御及び図示しない原子炉その他の制
御を行うための計算を行なう電子計算機である。燃料交
換装置FCDの主体は、燃料交換ブラットフオームFD
であり、プラツトフオーム制御装置PCの制御信号を加
えられるプラットフオーム駆動装置PDによりプラット
フオーム駆動モ−タPMを駆動することにより運転制御
される。Dは上記運転制御のための位置検出装置で、検
出信号はバッファ回路B及びオペレータコンソールOC
を介して、或はバッファ回路Bから電子計算機にPUの
プロセス入力装置CIに加えられ、更に演算制御装置C
Pに加えられてプラットフオームFDの制御のために演
算に供せられ、その演算結果はプロセス出力装置COを
介してプラットフオーム制御装置PC及びオペレータコ
ンソールOCに出力される。尚Mは記憶装置で、プラツ
トフオ−ムFDの運転制御に必要な種々のデータが記憶
される。以上が燃料交換装置FCDの概要であるが、プ
ラットフオームFDには通常後述のブリッジ、トロリ及
びホィストの3種の駆動機能が設けられ、これらは独立
して駆動される。
第2図は原子炉R及び燃料プールPの位置関係を示す図
で、剛飢ま平面図、図{b}‘まA−A矢視断面図であ
る。図【a}に於て、×−×方向の移動ブリッジであり
、Y一Y方向の移動がトロリである。又図【b}に於て
Z−Z方向の移動がホィストである。これらX,Y及び
Z方向の3軸の制御により燃料交換は可能であるが、前
述の如く制御対象が核燃料であるという特殊条件から、
上記3軸の位置決め制御には極めて高い精度が要求され
、又燃料交換装置FCDを構成する種々の装置の機械特
性の変化に対しても上記精度の低下は許されない。
上記のように、ブラツトフオームFDのX,Y及びZの
3軸の位置決めには、極めて高い精度が要求されるが、
この位置決め制御に於て精度を低下させる原因の大きな
部分は燃料交換装置自体の機械的特性の変化である。第
1図でその概要を説明したが、プラツトフオーム制御装
置PC、プラツトフオーム駆動装置PD、同駆動モー夕
PM及びプラットフオームFD本体から成るプラットフ
オームの機械的特性Dは、その負荷の状態、機械的要素
の変化(気候、経年変化等)等により変化し、例えば所
定の制御を行なっても速度が設定値通りにならないとか
、減速特性が設定値通りにならないために、予定した速
度曲線に従つ駆動制御が得られず、所定の位置決めがで
きないという問題が生じる。この発明は、駆動制御対象
である移動物体貝0ちプラットフオーム(以下走行体と
記す)の設計値等から得られる最も一般的(平均的)特
性及び走行体に要求される最適制御特性から得られる距
離ベース速度パターンを設定し、これを電子計算機に記
憶させて、走行体の駆動制御を上記距離べ−ス速度パタ
ーンにより実行すると共に、このパターンと走行体の実
際の制御過程との偏差を計算又は測定して、その結果に
応じて走行体の速度設定値或は速度設定のタイミングを
修正制御するものである。
一般に高精度の位置決めが要求される場合には、サーボ
系等が用いられるが、この発明によればオンオフ制御が
適用可能である。
第3図はこの発明による自動位置決め制御装置の中心を
なす電子計算機によるサンプル値オンオフ制御系の一般
的なブロック図である。第4図はこの発明の概念を示す
図であり、図aは速度設定値の一例を、図bは距離ベー
ス速度パタ−ンの一例を示す図である。
図に於て横軸は走行体の走行すべき距離を、縦軸は距離
に応ずる速度設定値(a図)及び距離に応ずる速度(b
図)を示し、地点Soに位置する走行体を目標地点0に
停止させる場合を示す。この発明に於ては、図{a}に
示す如く走行距離Dを地点S,,S2及びS3にて距離
D,,D2,D3及びD4の4区間に区分し、各区間D
,〜D4に対して夫々速度V,〜V3(V,>V2>V
3)及び速度零を設定し、夫々高速域、低速域、微速域
及び停止城とする。而して停止域を除く各速度城に応じ
て速度信号電圧v,,v2及びv3(v.>v2>v3
>0)を設定し、この速度信号電圧に応ずる駆動電圧E
,,E2及びE3(E,>E2>E3)を駆動電源から
駆動電動機に与え、停止城に於ては速度信号電圧は零と
し駆動電圧も零とし、或は必要に応じて所定の制動力を
与え自動的に走行体の位置決めを行なう。このように走
行区間に複数の速度城を設定し、所定の制御を行なう事
により、図bに示す如き距離ベース速度パターンが設定
される。
即ち制御が理想的に行なわれ、走行体が地点Soを出発
し目標地点0に正確に位置決めされる場合のパターンが
Poである。この場合、走行体の停止している位置S。
は高速域に属するから、制御装置に対して起動指令と同
時に高速城に応ずる速度信号電圧V,が印加され、駆動
電動機にはそれに応ずる最高の駆動電圧E,が印加され
、走行体は理想(設定値通り)の加速度をもって加速さ
れる。斯くして予定の最高の一定速度V,に達し、予定
の距離D,を走行してS,地点に達すると、低速域に入
るので速度信号電圧は低速城に応ずる電圧v2に切換え
られ、同時に駆動電圧もv2に応ずる電圧E2に下げら
れる。従って走行体は、上記の最高速度V,を維持し得
ず、その速度は予定の減速度をもって減速し、一定の速
度V2に低下し、予定の距離D2を走行してSよ也点‘
こ達する。Sよ也点に達すると、微速城に入るので上記
と同様にして、速度信号電圧はv3に切換えられ、従っ
て駆動電圧もE3に低下し、走行体は再び予定の減速度
で減速し、その速度は一定の速度V3に低下し地点S3
に達して停止城に入る。停止城に於ける速度信号電圧は
零であり、駆動電圧も零に切換えられるから、走行体は
予定の減速度で減速し目標地点0に正確に停止位置決め
される。尚、停止城に於いては必要に応じて所定の制動
力を与え予定の高減速度で減速させるようにしてもよい
。以上は走行体の機械的特性に変化がなく、所定の制御
に対して予定の加速、減速が行なわれ、走行体が理想パ
ターンPo通りに制御された場合であるが、普通は機械
的特性に変化が生じ、或いは負荷の状態により期待され
る動作特性が得られず、理想パターンPoに従って制御
される事は希である。
図【aーのパターンP,で示す如く加速度が予定値を超
えて大となりご,の行き過ぎを生ずる場合、或はパター
ンP2で示す如く予定の加速度が得れられずご2だけ手
前に位置決めされる場合が一般的である。そこでこの発
明に於いては、走行体の実際の速度パタ−ンが理想パタ
ーンから外れた場合には、実際の速度パターンが次位の
速度城に於ける減速曲線又はその延長と交わる地点を速
度城の変更地点と見なし、速度信号電圧を次位の速度城
に応ずる電圧に切換える。
即ち速度設定値の位置を修正する。或いは両パターンの
偏差が所定値を超えた場合は次位の速度域に応ずる速度
信号電圧を変更し、この変更した新な速度信号電圧によ
り制御を行なう。即ち速度設定値の変更修正を行なうも
のである。以上この発明の原理の概念を説明したが、上
記の如き制市を行なう為には、常に走行体の現在位置及
び現在の走行速度を検出する必要がある。
そこでこの発明を適用した燃料交換装置の主体をなすプ
ラツトフオームに於いては、プラツトフオームの走行す
るレールに沿って、所定のピッチをもって歯を切ったラ
ックを設け、このラックの歯に噛合するピニオンによっ
てェンコーダを回転させ、このェンコーダの回転数及び
回転位置からプラットフオームの現在位置を検出する。
又走行速度は走行体の時間に対する位置の変化率である
から、単位時間に於ける走行距離を上記位置検出器から
求め、走行速度を検出する。而してこれら走行体の現在
位置或は現在速度は電子計算機により所定の時間間隔を
もったサンプリング値として算出される。
又走行体に対して理想の制御が行なわれた場合の走行体
の速度曲線である理想距離ベース速度パターンは、数式
で表現され、数式の形で(連続した曲線として)電子計
算機に記憶される。従って走行体の位置決め制御におけ
る理想距離ベース速度パターンと走行体の実際の走行過
程に於ける距離ベース速度パターンとの比較による制御
則ち両パターンの交点を求め、その時点に於いて速度信
号電圧を切換えるための制御指令は電子計算機から発せ
られる。以上が電子計算機によるこの発明の自動位置決
め制御装置の概要であるが、以下この発明に係る修正制
御について詳細に説明する。‘1} 高速域から減速域
への切換に於ける修正制御イ第5図a,bは夫々第4図
a,bに対応する速度設定値及び距離ベース速度パター
ンを示す図である。
但し図bに於てはパターンP.,P2,P3は高速城の
部分のみを示す。V,,V,.,V,2は夫々パターン
Po,P,,P2の最高速度を示し、{d’,‘dは夫
々理想パターンPoの一部である低速城に於ける減速曲
線及びその延長とパターンP2及びP,との交点である
。既述の如く理想的な制御が行なわれる場合は、走行体
は理想パターンPoに従って制御される。
即ち、停止地点SoからパターンPoの一部をなす高速
城の加速曲線に従って予定の加速度Qで加速され、予定
の最高の一定速度V,に達し、次位の速度城である低速
城の減速曲線と点〔b}で交叉し、点‘b眼0ちS,地
点に於いて低速城の速度制御に切換えられる。然るに加
速度がQより大なるQ,で加速され、この時の加速曲線
が図示のパターンP,であるとすれば、最高速度は予定
値V,より大なるV,.に達し、低速域に於ける減速曲
線の延長と点【c)で交叉し、この場合は地点S,.に
於いて低速城の速度制御に切換えられる。
即ち加速度が予定値より大なる場合は、最高速度の大き
さに応じて高速域をそれだけ縞少するように制御する。
又加速度がQより小なるQ2で加速され、この時の加速
曲線が図示のパターンP2であるとすれば最高速度は予
定値V,より小なるV8にしか至らず、低速城に於ける
減速曲線と点【d}で交叉し、この場合は地点S,2に
於て低速城の速度制御に切換えられる。
即ち予定の加速度が得られない場合には、予定の最高速
度との差に応じて高速域をそれだけ拡大するように制御
する。ここで、地点0一S,間の距離D2十D3十D4
(第7図参照)は、設定値で既知であるが、加速度がQ
,或はQ2の場合高速城から低速域への速度信号電圧の
切換地点を求めるためには0一S,.間及び0‐S,2
間の距離を求める必要があり、これらの距離は次のよう
にして求める。
(尚、以下の説明に於ては、符号So,S,,S,.,
S,2…等は、夫々の地点の位置を示すと共に目標地点
0から夫々の地点までの距離を表わすものとする。)理
想パターンPoの一部をなす低速域の減速曲線(延長部
を破線で示す)So,は、予め設定された減速度例えば
減速度8が一定の曲線であり、その延長と機軸との交点
をSK,SKとS,.間の距離をSo,、時間をtとす
る力学の定理からV,.=Bt
……(1}Sの=享Bt2 …‐‐‐‘
2)の式が成立する。
上記m,■式からtを消去するとSのi菱・
‐‐‐‐‐‐‘3}となる。
目標地点0とSK間の距離はSKであるから速度をV,
0からの距離をSとするとこの減速曲線は下式で表わさ
れる。s=菱十sK ‐‐.・・‐【4’従って
目標地点0から上記の速度信号電圧の切換地点(減速指
令点)S,.,S,2までの距離S,.,S,2は夫々
次式で求められる。
SII=妻毒・十SK ‐‐‐…■S花=妻毒2
十SK ‐‐‐‐‐棚{2) 高速城から低速城
への切換に於ける修正制御口前項の修正制御イは、加速
度び,或はQ2が予定値Qに近に値を有し、走行体が一
定の速度V,.或はV.2に達し得る場合の説明である
が、この頃では加速度が4・さく、加速の状態から直ち
に減速に移る場合について述べる。
このような場合の加速曲線を第5図‘則こ示すP3とし
、この時の加速度をQ3とする。(Q2は走行体の走行
速度の変化率から求められる。)加速曲線P3上の任意
の点をX(その機軸上に於ける位置をSx)、その時の
速度をVxとすると前述の【3}式と同様の関係からV
蔓 ‐‐‐‐‐‐【71o3 二流F
覇この場合、加速曲線P3は低速城の減速曲線P。
,と点e(その横軸上に於ける位置はS,8)で交叉す
るものとし、その時の速度をVeとすると、{7}式か
りV姿=2Q3 <S。
−SX) ……{81又点eの加速曲線P3
上の点であるから{8}式を満足し、V旨=2Q3 <
SO−SI8) ‐‐‐‐‐‐【91更に点e
は減速曲線Po,上の点でもあるから‘4ー式を満足し
S燈=喜多十SK ‐‐‐‐‐‐■従って V葦:23(SI3−Sk) ……(11)‘9
),(11)式からV費を消去し、更にQ3に{7ーを
代入しS,3について整理するとSI3=23‐SK(
S。
−SX)+S。‐V峯 .・・.・・(12)28(S
。−SX)−V峯となる。
(12)式から加速曲線F3の変化即ち加速度Q3 に
は無関係に、走行体の速度及び走行距離を検出し、計算
機で計算することにより、高速城から低速城への速度信
号電圧の切換地点S,8を求めることができ、速度設定
値及びその切換地点を修正することができる。‘3}
低速城から微速城停止城への切襖に於ける修正制御第6
図a,bは夫々第5図a,bに対応する速度設定値及び
低速域以降の距離ベース速度パターン(減速時のパター
ン)の一例を示す図である。
図bのパターンPo,P側 Po2及びPo3は第5図
bに於ける理想パターンと同一パターンである。高速域
に於ては走行体の機械特性が期待値通りで、走行体は理
想パターンPoに従って最高速度V,に達し、b点(S
,地点)に於て低速城の理想減速パタ−ンPo,と交叉
し、低速城の速度制御に切換えられたものとする。然る
に何等かの原因により期待値通りの減速度が得られず。
走行体P4のパターンに従って減速するものとする。こ
の場合、パターンP4上の任意の点g(Sx地点)の速
度をVxとし、パターンP4の減速度を3,とすると糊
式からV登−V姿 81=×s。
‐Sx)従ってパターンP4の曲線は下式で表わされる
S:虎;島ごくV2−VX)2十SXそこでこの場合は
、理想パターンPo2の延長とパターンP4との交点f
(S幻地点)までの距離を上記式により計算機により算
出し、走行体の目標地点0との距離が上記算出値と等し
くなった時に低速域の速度制御から微速城の速度制御に
切換える。
即ち理想パターンPo.に従って減速する場合はh点(
Sよ也点)で低速城から微速城への功換制御が行なわれ
るが、この場合は予定より小さな減速度となった為にf
点(S2,地点)に於て切換制御を行なうような修正制
御を行なうものである。同様にして微速域に於いても理
想パターンPo2に従う減速度が得られる場合には、k
点(S3地点)に於いて停止城への切換制御が行なわれ
る。この場合は予定の減速度が得られない為にj点に於
て停止城への切換制御を行なうよう修正制御が行なわれ
るが、結局走行体は目標地点0に対してご8だけ行き過
ぎた地点に位置決めされる。そこで本発明に於いては、
上記の如く理想パターンから定められる制御切換地点(
制御速度域の変更地点)に対し、実際の切換地点が所定
値以上離れているような場合には、例えば微速域に設定
された前述の標準の速度信号電圧v3に比し、所定値△
vだけ異なるv3±△vなる速度信号電圧を設定し、切
換地点の誤差の極性に応じて速度信号電圧としてv3一
△v(第6図P4の如きパターンの場合)或はv3十△
v(理想パターンより減速度が大の場合)を用い、更に
より有効な修正制御を行なうようにする。■ 低速城か
ら微速城への切換に於ける疹正制御第7図は第6図aの
P4パターンと類似の速度パターンP′4に対し、設定
速度信号電圧として例えばv3のみならずv3−△vを
も用いて疹正制御を行なう場合の距離ベース速度パター
ンの一例を示す図で、v3一△vを用いた場合は、パタ
ーンP′4が1点鎖線で示すP5パターンに修正される
ことを示す。
低速城の設定速度信号電圧としてv3のみを用いた場合
は前脚項に於いて説明したように、f′点(S′2,地
点)に於いて低速城から微速城制御に、又i′点に於い
て微速域から停止城制御に夫々切換え修正制御が行なわ
れ、目標地点0に対しど3 なる行き過ぎ誤差が生ずる
この場合理想パターンPo,に近似の制御が行なわれれ
ば、制御の切換はh点(S2地点)の近傍で行われるが
、P′4パターンの場合はf′(S′2.地点)で切換
制御が行なわれ、理想パターンの場合に比しごoなる誤
差をもって(ごoだけ手前則ち負誤差で)切換制御が行
なわれる。そこで誤差ごoの絶対値が所定値より大なる
場合(この場合は負)は速度信号電圧としてv3を使せ
ずv3一△vを使用するように修正制御を行なう。この
ような修正制御を行なう事により、駆動電動機に印加さ
れる駆動電圧も規定のE3より△vに応じてE3一△B
に低下するから、v3を用いた場合より減速度は大とな
り1点鎖線で示すP5の如きパターンが得られ、微速城
に於ける最終速度を理想パターンPo2と同一のV3に
まで低下させることが出釆る。従ってこの場合は停止城
への切換制御はk点(Sジ也点)で誤差0で行なわれ、
結局走行体は目標地点0に対して誤差ご4 の位置決め
が行なわれ、誤差1/3程度に縮少することが出来る。
上記は予定の減速度が得られず、行き過ぎ誤差を生ずる
場合の説明であるが、減速度が所定値より大となり誤差
ごoが正でその絶対値が所定値より大なる場合は、速度
制御電圧としてv3十△vを用い駆動電圧もE3十△E
を用いる事は言うまでもない。
尚、以上の説明に於いては微速城についてのみ説明した
が、他の速度域にも同機に複数の速度信号電圧が設定し
得ることは勿論であり、更に誤差ご。の大きさに応じて
△vを修正するようにしてもよい。以上本発明について
説明したが、本発明に依れば、走行体の走行区間或は減
速域を複数の速度域に分割し、各速度城に距離ベース速
度パターンに応ずる速度制御電圧(零及び負電圧も含む
)を設定し、この電圧を用いて走行体の速度制御を行な
うようにしたから走行体を目標地点に正確に位置決めす
ることができる。
又、走行体の走行区間全域を制御城とする場合は、起動
時に最適過程、最短時間で目標地点‘こ正確に位置決め
することができるよう各速度城に距離ベース速度パター
ンに応ずる速度制御電圧を設定することができる。
更に走行体の実速度が、設定距離ベース速度パターンか
ら大幅にずれた場合には速度制御電圧を修正し位置決め
に於ける誤差を小値に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
添付図面第1図は本発明の適用対象の一例である原子力
発電所の燃料交換装置及び電子計算機の概要を示すブロ
ック図、第2図は原子炉と燃料プールとの位置関係を示
す図、第3図は計算機によるサンプル値オンオフ制御系
の一般的なブロック図、第4図は本発明の概念を説明す
るための図で、aは距離に応ずる速度設定値を、bは距
離ベース速度パターンを示す線図、第5図〜第7図は夫
々本発明の位置決め制御に於ける修正制御を説明するた
めの図である。 D・・・走行区間、Po,P.,P2・・・距離べ−ス
速度パターン、V,,V2,V3・・・速度。 オー図 オ7図 オZ図 〆イ図 オS 四 ナ6燭

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 走行体を所望の位置に位置決めするものに於て、前
    記走行体の走行区間の中、少なくとも前記走行体の減速
    域を夫々設定速度を異にする複数の速度域に分割し、こ
    れらの各速度域に夫々の速度域に応じて且つ前記走行体
    の速度制御基準となる第1の距離ベース速度パターンを
    設定し、前記走行体の位置決め制御に当り、走行体の実
    速度が前記第1の距離ベース速度パターン又はこのパタ
    ーンの一部を構成する減速曲線の延長と一致する地点を
    速度域の切換地点とすることを特徴とする自動位置決め
    制御装置。 2 前1項記載の自動位置決め制御装置に於て、前記第
    1の距離ベース速度パターンより高速又は低速の第2又
    は第3の距離ベース速度パターンを設定し、前記走行体
    の位置決め制御に当り、前記速度域の変更地点と切換地
    点との距離が予定値より大となつたときは前記第2又は
    第3の距離ベース速度パターンを速度制御基準とするこ
    とを特徴とする自動位置決め制御装置。
JP50111676A 1975-09-17 1975-09-17 自動位置決め制御装置 Expired JPS6041362B2 (ja)

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JP50111676A JPS6041362B2 (ja) 1975-09-17 1975-09-17 自動位置決め制御装置

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