JP2001216026A - 空間的に散在する被処理体の取扱い装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複写機内で移動する記録媒体の送りを最適制
御する。 【解決手段】 被処理体取扱いシステムの経路に沿って
移動可能な被処理体の軌道を決定する装置であり、その
被処理体取扱いシステムの特定されたシステムモデルお
よび、その被処理体取扱いシステムの少なくとも１つの
特定の明確に表示されたシステム制約とその被処理体取
扱いシステムの少なくとも１つの特定の明確に表示され
たタスク要件のうち少なくとも１つに基づいて、その被
処理体取扱いシステムのシステム機能を実行するよう、
特定の被処理体に関する軌道空間内の特定の軌道を決定
する装置からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間的に散在する
被処理体の取扱い装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の複写機等における被処理体例えば
印刷媒体の取扱いシステムは、シート等の媒体を１つの
位置から別の位置に経路に沿って移動させながら、当該
シート上に、逆転、画像転送または融着等、１つまたは
複数の動作を実行することができる。図１に示すよう
に、従来の媒体取扱いシステム１００は、複数のアクチ
ュエータ１３０を制御するコントローラ１１０を有し、
複数のアクチュエータはシートを紙の経路１４０に沿っ
て移動させながら、シート上に動作を実行する。

【０００３】一般的に、タイミング信号を使って動作と
シートの運動が調整される。たとえば、シートはタイミ
ング信号に従って、特定の時間に経路１４０の中に供給
される。シートは次に、経路１４０の中を移動し、特定
の時間枠内にさまざまな位置センサーを通過し、特定の
時間に転送ステーションに到達することができる。

【０００４】しかし、この従来の媒体取扱いシステム１
００には、動作において特定の許容度を超えた一時的エ
ラーが検出され、コントローラ１１０にフラッグが立て
られると、従来の媒体取扱いシステム１００を含むマシ
ンは停止するという問題がある。従来の媒体取扱いシス
テム１００には、フィードバックコントロールが含まれ
ない。したがって、アクチュエータ１３０は正確に製造
しなければならず、これはコスト高となる。また、フィ
ードバックコントロールがないことから、従来の媒体取
扱いシステム１００は媒体の種類が違うとうまく動作せ
ず、高速で正確さと信頼性を維持する上で問題がある。

【０００５】モジュール式の被処理体取扱いシステム
は、よりコントロールに焦点を当てた設計によって上記
の問題を克服することができ、これはコントロールを増
やすことによって実現できる。従来の媒体取扱いシステ
ム１００の単純なタイミング以上のコントロール方法を
使用することにより、より多くの種類の媒体等、幅広い
被処理体をより高速で扱うことが可能となる。

【０００６】たとえば、マルチレベルのコントロール構
成を有するモジュール式被処理体取扱いシステムには、
上記のような従来の媒体取扱いシステム１００に比べ
て、利点がある。このモジュール式被処理体取扱いシス
テムは、個々のモジュールコントローラの機能あるいは
動作を調整するシステムコントローラを有し、個々のモ
ジュールコントローラは対応するアクチュエータを制御
し、経路に沿った被処理体の移動等、所望のシステム機
能を提供する。特に、システムコントローラは各被処理
体に関する軌道全体をモジュールコントローラにダウン
ロードすることができる。モジュールコントローラはそ
れぞれのアクチュエータを制御し、各被処理体がそのモ
ジュール内にある間、これを計画された軌道上に保持す
ることができる。

【０００７】システムコントローラは、各々のモジュー
ルアクチュエータの制約を考慮して、軌道全体の計画を
立てる。システムコントローラが計画した軌道は、３次
スプライン等、距離時間空間内の関数として提供され
る。

【０００８】被処理体が所望の軌道から逸脱するのは普
通、モジュール式被処理体取扱いシステムの動作中であ
る。些少な逸脱については、すべてのコントロールは個
々のモジュールコントローラに委ねられる。なぜなら、
他のモジュールコントローラ、あるいは全体的制御基準
が満たされているか否かには関係がないかもしれないか
らである。しかし、システムコントローラは全体的制御
基準を満たすことに関わっているため、システムコント
ローラは常に被処理体の位置をモニターし、同時に、各
種の制御テクニックを使って被処理体の軌道を再決定
し、その逸脱を戻す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題及び解決手段】しかし、
複雑な軌道再決定テクニックにアクセスすることによっ
て継続的に軌道を再計画することは、リアルタイムでは
実現しにくい。事実、関係する機器とソフトウェアによ
っては、近似決定と発見法を用いて、逸脱の影響を特定
し、逸脱している軌道をリアルタイムで再計画する必要
がある場合もある。

【００１０】このように、逸脱する軌道を継続的に再計
画する代わりに、所定の軌道と軌道包絡線を使って、シ
ステム制約とタスク要件のさまざまな組み合わせをコー
ド化することが望ましいかもしれない。軌道包絡線は他
の軌道周辺の領域を指し、制御および衝突境界等、検討
対象となる制御基準を示すことができる。ある被処理体
の現在の状態を所定の軌道包絡線とを比較することによ
り、システムコントローラは、現在の状態が制御基準を
どの程度満足しているかを素早く判断することができ
る。

【００１１】たとえば、被処理体間の距離を継続的にチ
ェックし、衝突を避けるように軌道を再決定する代わり
に、所望の軌道周辺の所定の衝突包絡線を使用すること
ができる。所定の衝突包絡線は、被処理体がそれらの衝
突包絡線内にあるかぎり、被処理体が衝突しないように
決定される。同様に、管理包絡線を使用して、その被処
理体が予定通りにそのま目標に到達し、タスク要件を満
たすか否か等、他の制御基準を決定することもできる。
このモジュール式被処理体取扱いシステムによってオン
ライン決定は単純なものとなり、特定の軌道と対応する
軌道包絡線、あるいは現在の被処理体位置と軌道包絡線
を比較するだけとなる。

【００１２】また、システム制約とタスク要件を明確に
表示することによって、上記の軌道と軌道包絡線を決定
することも望ましい。軌道と軌道包絡線は、システム制
約とタスク要件を明確に表示するよう、手作業で３次ス
プラインをコード化することによって決定できる。

【００１３】しかしながら、手作業で３次スプラインを
コード化することは面倒で時間がかかる。したがって、
自動で軌道と軌道包絡線を決定することが望ましい。明
確に表示されたシステム制約とタスク要件により、既存
のシステム構成の軌道と軌道包絡線は、制御基準が変更
された時に発生する新たな制約を加えると、自動的に決
定される。また、明確に表示されたシステム制約とタス
ク要件によって各モジュールアクチュエータを個別に説
明できるため、軌道と軌道包絡線は、モジュールアクチ
ュエータの配置がわかれば決定できる。

【００１４】本発明の上記およびその他の特徴と利点
は、本発明によるシステムと方法のさまざまな実施例に
関する以下の詳細な説明に記載され、またこの説明から
明らかとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図２は、従来の媒体取扱いシステ
ム１００よりコントロールに焦点を当てた設計の、本発
明によるモジュール式被処理体取扱いシステム２００を
示す。このモジュール式被処理体取扱いシステム２００
は、システムコントローラ２１０、１つ以上のモジュー
ルコントローラ２２０、１つ以上のモジュールアクチュ
エータ２３０、経路２４０からなる。システムコントー
ラ２１０は、通信リンク２５０を通じてモジュールコン
トローラ２２０と通信し、個々のモジュールアクチュエ
ータ２３０の機能あるいは動作を調整し、モジュールア
クチュエータ２３０を通じて経路２４０を通じて複数の
被処理体を移動させる等、所望のシステム機能を提供で
きるようにする。システムコントローラ２１０は、さま
ざまなシステムの制約およびタスク要件を考慮して、経
路２４０に沿った各被処理体の軌道を計画する。モジュ
ールコントローラ２２０は、通信リンク２５０を通じて
それぞれのモジュールアクチュエータ２３０を制御し、
各被処理体をその計画された軌道上に保持する。この制
御方法を、多階層制御構成と呼ぶことができる。

【００１６】さまざまなシステムの制約と要件を考慮し
ながら軌道を計画するために、システムコントローラ２
１０がモジュールコントローラ２２０とモジュールアク
チュエータ２３０に関する特定のデータを知っていると
有益である。たとえば、システムコントローラ２１０は
モジュールアクチュエータ２３０の各々の出入地点、各
モジュールアクチュエータ２３０が１つの被処理体に与
えることのできる最大加速および減速力あるいは各モジ
ュールコントローラ２２０の応答時間等を知ることがで
きる。

【００１７】システムコントローラ２１０は、各被処理
体に関する計画された軌道を、通信リンク２５０を通じ
てローカルモジュールコントローラ２２０にダウンロー
ドする。１つの実施例において、システムコントーラ２
１０は、被処理体を経路２４０に沿ってある地点から別
の地点に最短時間で高速で移動させ、モジュール式被処
理体取扱いシステム２００の生産性を改善するための時
間最適軌道をダウンロードできる。

【００１８】経路２４０の包絡線において、被処理体は
経路２４０に沿って、被処理体が複数のモジュールアク
チュエータ２３０の制御を受ける領域を通って移動し、
時間最適軌道は、各モジュールアクチュエータ２３０が
最大動作または最小動作のいずれかを、切り換えながら
適用することにより、実現される。これは、ｎ個のモジ
ュールアクチュエータ２３０を有する任意のモジュール
式被処理体取扱いシステム２００を考えることで証明で
きる。各モジュールアクチュエータ２３０はアレイＡ＝
［ａ₁，…，ａ_n］（ただし、ａ_nはｎ番目のモジュール
アクチュエータ２３０の最大加速）を使って、被処理体
上に最大加速ａを適用することができる。ｎ個のアクチ
ュエータ２３０はまた、アレイＲ＝［ｒ₁，…，ｒ_n］
（ただし、ｒｎはｎ番目のモジュールアクチュエータ２
３０の最大減速）を使って、被処理体上に最大減速ｒを
適用することもできる。被処理体はある速度ｖ₀で経路
２４０に入り、ある速度ｖ_nで経路２４０から出る。

【００１９】次に、他の制約がないと仮定して、まず初
期位置と初期速度ｖ₀から、各モジュールアクチュエー
タに関する最大加速を使って、被処理体の動きの等式を
順方向に積分することにより、所望の軌道を決定でき
る。次に、被処理体の動きの等式を、所望の最終位置と
速度ｖ_nから、各モジュールアクチュエータに関する最
大減速を使って、逆方向積分する。次に、２つの軌道が
交差する点、つまり切り換え時間が決定される。言いか
えれば、被処理体は切り換え時間まで各モジュールアク
チュエータ２３０から最大加速で前進し、各モジュール
アクチュエータ２３０によって、最大減速で減速され、
被処理体は最終位置と速度に到達する。

【００２０】上述のように、システムコントローラ２１
０は各モジュールコントローラ２２０に各被処理体に関
する軌道を提供し、モジュールコントローラ２２０はこ
れを使って、被処理体が対応するモジュールアクチュエ
ータ２３０による制御を受ける領域に入った後にこの被
処理体を移動させる。通信リンク２５０を通じて、距離
−時間軌道を各モジュールコントローラ２２０に通信す
るのは、軌道上の一連のポイントを供給することによっ
て行われる。しかし、このような供給には大きな通信帯
域が必要であり、特にこれは、軌道情報を通信リンク２
５０から複数の全モジュールコントローラ２３０にダウ
ンロードしなければならない場合に言えることである。

【００２１】リアルタイムで通信リンク２５０を通じて
複数のモジュールコントローラ２２０に軌道が通信され
るため、通信リンク２５０に負荷をかけすぎず、計算的
に有効な、コンパクトで有効な軌道の表現を提供するこ
とが望ましい。たとえば、軌道は距離−時間空間の関数
として認識することができる。事実、これらの関数は、
一般基本関数の拡大として示すことができる。基本関数
は計算的に有効であり、これがわかれば、軌道は再構成
することができる。このような基本関数の例は、たとえ
ば多項スプライン基本関数等の多項式である。このよう
な表現により、システムコントローラ２１０がローカル
コントロールモジュール２２０に送っていく必要のある
浮動少数点数の量を大幅に減らすことができる。したが
って、通信リンク２５０のネットワークを妨げることな
く、高速なコントロールが可能となる。

【００２２】たとえば、軌道を３次スプラインとして表
現することができ、ｙ（ｔ）は軌道上の被処理体の位
置、ｖ（ｔ）は速度、ａ（ｔ）は加速度である。軌道上
の被処理体の位置、速度、加速度は、以下のように表わ
すことができる。

【００２３】

【数１】

【００２４】ただし、ａ₀，ａ₁，ａ₂及びａ₃は定数であ
る。

【００２５】ｔ₀≦ｔ≦ｔ₁ ｔは特定の時間である。

【００２６】これらのスプラインの各々は、時間から時
間ｔまで、デカルト平面上の曲線として表わすことがで
き、位置ｙ、速度ｖまたは加速度ａを一方の軸に置き、
時間ｔを他方の軸に置く。各曲線の形状は、定数ａ₀，
ａ₁，ａ₂，ａ₃によって決まる。

【００２７】このように、定数ａ₀，ａ₁，ａ₂，ａ₃がわ
かると、上記３次スプラインによって定められる曲線に
沿ってすべての位置ｙ（ｔ）を計算することができる。
軌道上の被処理体の速度を表わすスプラインｖ（ｔ）
は、位置ｙ（ｔ）からの導関数を取ることによって提供
できる。同様に、軌道上の被処理体の加速度を表わすス
プラインａ（ｔ）は、速度ｖ（ｔ）の導関数を取ること
によって提供できる。

【００２８】当初時間ｔ₀と最終時間ｔ₁を選択すること
により、各定数は以下のようになる。

【００２９】

【数２】

【００３０】ただし、ｙ₀とｙ₁は、それぞれ時間ｔ₀と
ｔ₁における軌道上の被処理体の位置、ｖ₀とｖ₁は、そ
れぞれ時間ｔ₀とｔ₁における軌道上の被処理体の速度で
ある。

【００３１】上記の定数ａ₂とａ₃の表現はさらに、時間
ｔ₁とｔ₀の間の位置の変化、つまりｌであるｙ₁−ｙ₀お
よび時間ｔ₁とｔ₀の間の総経過時間、つまりｄであるｔ
₁−ｔ₀を表わすことで簡素化することができる。したが
って、定数ａ₂とａ₃は以下のようになる。

【００３２】

【数３】

【００３３】モジュール式被処理体取扱いシステム２０
０には、多数のモジュールアクチュエータを備えること
ができる。このモジュール取扱いシステム２００におい
て、被処理体が第１のモジュールアクチュエータに入る
時間はｔ₁‐₁、つまりｔ₀である。被処理体が最後の、
つまりｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０から出
る時間はｔ_nである。したがって、被処理体がモジュー
ル式被処理体取扱いシステム２００内にとどまる時間は
ｔ_n‐ｔ₀である。被処理体がｊ番目のモジュールアクチ
ュエータ２３０に入る時間はｔ_j‐₁、被処理体がｊ番目
のモジュールアクチュエータ２３０から出る時間はｔ_j
である。したがって、被処理体がｊ番目のモジュールア
クチュエータ２３０内にとどまる時間はｔ_j‐ｔ_j-1であ
る。

【００３４】被処理体がｊ番目のモジュールアクチュエ
ータ２３０にある時間にあたる間隔ｔ_j‐ｔ_j-1の間、定
数ａ₀，ａ₁，ａ₂，ａ₃は、上記のスプラインが全システ
ム軌道、つまりモジュール式被処理体取扱いシステム２
００全体内での被処理体の軌道を示すように決定され
る。しかし、全システム軌道をｊ番目のモジュールアク
チュエータ２３０内で変更しなければならない場合、新
しい定数ａ₀，ａ₁，ａ₂，ａ₃を決めなければならない。
新たな軌道はｔ_j-1から始まり、連続し、古い軌道との
連続第一導関数を持つことになる。

【００３５】モジュール式被処理体取扱いシステム２０
０が作動していると、複数の被処理体は軌道に沿って経
路を移動することができ、この軌道は上記のように決
定、表現される。このような状況において、システムコ
ントローラ２１０の機能のひとつは、被処理体が衝突す
る状況を認識し、その衝突を防止することである。シス
テムコントローラ２１０は経路２４０における被処理体
の相対的位置と速度に基づいて衝突を検出することがで
きる。

【００３６】本発明による衝突検出防止方法の１つの実
施例において、システムコントローラ２１０は被処理体
が移動する間、被処理体を追跡する。被処理体が相互に
接近しすぎ、同時に相対速度がゼロでない時、システム
コントローラ２１０は被処理体の軌道を再決定し、被処
理体が衝突しないようにする。被処理体がモジュールア
クチュータ２３０によって移動される最大加速度が制限
され、加速度がａ（ｔ）の場合、ａ（ｔ）∈［−
ａ_max，ａ_max］となる。したがって、最大相対加速度は
以下のとおりとなる。

【００３７】

【数４】

【００３８】衝突防止方法のこの実施例によれば、シス
テムコントローラ２１０は上述のように、継続的に全被
処理体に関する相対的被処理体間隔と相対的被処理体速
度をモニターし、継続的に軌道包絡線を更新する。シス
テムコントローラ２１０は、被処理体同士が接近しすぎ
たと判断すると常に、ローカルモジュールコントローラ
２２０に、追従被処理体のスピードを緩めることによっ
て適当な被処理体の相対速度を低下させる。これは、適
当なモジュールアクチュエータ２３０の端部での到着時
間を増すことによって、位置時間基準軌道を変更するこ
とによって実現される。このように、システムコントー
ラ２１０によって、被処理体は常にモジュール式被処理
体取扱いシステム２００の安全な領域に保たれる。繰り
返し修正するにもかかわらず、被処理体が相互に接近す
る傾向がある場合、システムコントローラ２１０は全被
処理体のスピードを徐々に落すことにより、全被処理体
を静止させる。

【００３９】上述のとおり、図２に示すモジュール式被
処理体取扱いシステム２００は、上記のテクニックを用
い、フィードバックコントロールを使って被処理体を追
跡する。ローカルモジュールコントローラ２２０はシス
テムコントローラ２１０が提供する軌道を受け入れ、被
処理体を所望の軌道上に保持するようにそれそれのモジ
ュールアクチュエータ２３０を制御する。ローカルモジ
ュールコントローラ２２０は、必要に応じてシステムコ
ントローラおよびその他のローカルモジュールコントロ
ーラ２２０とも通信し、被処理体をそれぞれの適当な軌
道上に保持することもできる。

【００４０】モジュールアクチュエータ２３０はさまざ
まなタスクを実行することができる。各タスクはそれぞ
れに対応する適当な空間−時間による説明を有する。全
システム軌道の計画は、各モジュールアクチュエータ２
３０のタスクによって発生する制約を考慮して立てられ
る。たとえば、あるモジュールアクチュエータ２３０内
に停留する被処理体のドウェルタイムは距離−時間軌道
内の水平線に対応する。被処理体が同時に２つのモジュ
ールアクチュエータ２３０内にある時、この状態は、両
方のモジュールアクチュエータ２３０について指定され
た離れた領域において同じ勾配、つまり速度を有する軌
道として説明できる。したがって、軌道は経路２４０上
で被処理体を移動させることにかかわる制約を有効にコ
ード化するように動作する。

【００４１】図２に示す通信リンク２５０は、モジュー
ルコントローラ２２０、システムコントローラ２１０あ
るいはモジュール式被処理体取扱いシステム２００にお
けるその他の中間コントローラ（図示せず）の間で軌道
情報を通信し合うのに使用される。このような双方向の
情報の流れにより、軌道にリアルタイムの修正を加える
ことができる。これは、確実に経路２４０における複数
の被処理体間の衝突を解消する。たとえば、２つの被処
理体があまりに接近しはじめると、この状態は感知さ
れ、モジュールコントローラ２２０そのものあるいはシ
ステムコントローラ２１０のいずれかによって、軌道は
適正に再計画される。この新しい軌道は、適当なモジュ
ールアクチュエータ２３０に通信され、このモジュール
アクチュエータ２３０は新しい軌道を辿るようにその操
作を変える。

【００４２】上述のモジュール式被処理体取扱いシステ
ム２００には、従来の、単独のコントローラを使った被
処理体取扱いシステム１００に比べて多くの利点があ
る。たとえば、軌道の追跡に有効なフィードバックコン
トロールを使用することで、さまざまな種類の被処理体
を扱うことができる。上記の制御テクニックには被処理
体の特性に応じたパラメータを持たせ、被処理体の種類
に応じてリアルタイムで調整することができる。これ
は、被処理体の特性をモジュール式被処理体取扱いシス
テム２００に入力することで実現する。あるいは、モジ
ュール式被処理体取扱いシステム２００が動作中に被処
理体の特性を選択することによっても実現できる。

【００４３】生産性を上げるためには、被処理体をより
高速で移動させることが望ましい。モジュール式被処理
体取扱いシステム２００は、被処理体を所望の軌道上に
保持するためのフィードバックコントロールを使用す
る。有効な感知、フィードバックコントロールを使用す
ることは、リアルタイムで所望の軌道からの逸脱を修正
するのに役立ち、被処理体を高い精度で移動させること
ができる。

【００４４】被処理体の運動がリアルタイムでモニター
されるため、衝突その他の破壊事象が発生する状況が、
モジュール式被処理体取扱いシステム２００によって検
出され、衝突その他の破壊事象を防止するよう軌道が再
計画される。単に軌道の再計画だけでは状況が修正でき
ない場合、モジュール式被処理体取扱いシステム２００
は、経路２４０に沿って移動する被処理体を停止させる
よう制御できる。

【００４５】最後に、より有効なフィードバックコント
ロールを使って被処理体を扱うことにより、モジュール
アクチュエータ２３０に求められる精度が低くて済むよ
うになる。感知と制御によって精度が維持されるため、
より低い精密度で製造されたモジュールアクチュエータ
２３０で被処理体を取扱うことが可能である。精密なハ
ードウェアのコストはほぼ一定であるものの、システム
とモジュールコントローラ２１０、２２０のコストは低
下しつつあるため、モジュール式被処理体取扱いシステ
ム２００全体のコストは今後安くなるであろう。

【００４６】上記のモジュール式被処理体取扱いシステ
ム２００の動作中、各被処理体のシステムコントローラ
２１０が提供する軌道は、制約と要件のサブセットを考
慮する。１つの被処理体に関する正常な所望の挙動を表
わすために、上記の時間最適軌道となりうる公称軌道が
提供され、公称軌道は関連するすべての制御基準をコー
ド化する。関連する制御基準には、各モジュールアクチ
ュエータ２３０内にある時の最大被処理体速度等の物理
的制約および、目標時間に目標速度で目標位置に到達す
る等のタスク要件が含まれる。

【００４７】上記のモジュール式被処理体取扱いシステ
ム２００は、いかなる被処理体の移動にも使用できる。
たとえば、モジュール式被処理体取扱いシステムは、ア
ナログまたはデジタルコピー機、プリンタその他の画像
形成装置における伝送システム等、シートとともに使用
するモジュール式媒体取扱いシステムとすることができ
る。モジュール式被処理体取扱いシステム２００のこの
ような実施例において、モジュールアクチュエータ２３
０は、シートの移動、シートの反転、シートのデカーリ
ング、画像の転送、融着等のタスクを実行する。したが
って、公称軌道はこれらのタスクの制御基準をコード化
する。

【００４８】別の用途例において、モジュール式被処理
体取扱いシステム２００は、航空機の飛行制御システム
とすることができる。この例では、システムコントロー
ラ２１０は地上に設置し、モジュールコントローラ２２
０とモジュールアクチュエータ２３０を航空機に搭載さ
せることができる。予め決定された軌道および軌道包絡
線を使用することは、航空業界が、パイロットが特定の
路線について独自の軌道を選択することができる自由運
航を採用する方向に最近変化していることからみて、特
に有益である。このように、衝突包絡線を使い、他の航
空機との衝突を防止することができ、制御包絡線を使
い、航空機が確実に目的地に予定通りに到達するように
することができる。

【００４９】モジュール式被処理体取扱いシステム２０
０を飛行管理システムとして使用する場合、画像形成装
置における伝送システムと使用する場合と違いがある。
たとえば、画像形成装置において、移動するシートは固
定モジュールアクチュエータ２３０によって取扱われる
が、飛行管理システムの場合、モジュールアクチュエー
タは被処理体、つまり航空機に搭載される。力学、航空
機のエンジンの最大加速といった航空機の制約は航空機
とともに移動し、その一方で、特定のモジュールアクチ
ュエータ２３０の最大加速度といったシートの制約は、
画像形成装置内のシートの位置によって異なる。

【００５０】別の実施例において、モジュール式被処理
体取扱いシステム２００は新聞印刷機等、製品アセンブ
リラインのアセンブリライン管理システムとすることが
できる。この例において、経路２４０はアセンブリライ
ンであり、モジュールアクチュエータ２３０はアセンブ
リラインに沿った領域を管理する。公称軌道は、モジュ
ールアクチュエータ２３０の公称性能に基づいて決定す
ることができる。

【００５１】図３は、モジュール式被処理体取扱いシス
テム２００が画像形成装置のモジュール式記録媒体取扱
いシステムであり、被処理体が記録媒体のシートである
場合の、シートの先端に関する代表的な時間−距離公称
軌道のグラフである。上記のように、３次スプラインは
時間−距離軌道を表わすことができる方法の一例にすぎ
ない。

【００５２】モジュール式媒体取扱いシステム２００が
動作中、システムコントローラ２１０はこの公称軌道の
関連部分を基準軌道としてモジュールコントローラ２０
０に通信する。システムコントローラ２１０は、ローカ
ルコントロールをモジュールコントローラ２２０に委ね
る。たとえば、軌道が各モジュールアクチュエータ２３
０の入る時間と出る時間および速度を含む場合、対応す
るモジュールコントローラ２２０にはこれらの時間と速
度だけを伝えればよい。モジュールコントローラ２２０
は次に、各々のモジュールアクチュエータ２３０に各シ
ートが入ってこれから出るまでのシートの挙動に関する
必要な情報を再構築する。

【００５３】上述のように、公称軌道からの逸脱は通
常、モジュール式媒体取扱いシステム２００の動作中に
発生する。公称軌道からの若干の逸脱について、すべて
の制御はモジュールコントローラ２２０に委ねられる。
モジュールコントローラ２２０は他のモジュールコント
ローラ２２０と他のモジュールアクチュエータ２３０お
よびモジュールアクチュエータの外で他のモジュールコ
ントローラ２２０とモジュールアクチュエータ２３０に
より制御されるシートの挙動を考える必要がない。モジ
ュールコントローラはまた、目標時間が守られるか、ま
たはシートが衝突しそうであるか等、すべての制御基準
が満たされたか否かを考慮する必要もない。

【００５４】これに対し、システムコントローラ２１０
はモジュールアクチュエータ２３０の挙動とすべての制
御基準が満たされているかを考慮する。１つ以上のモジ
ュールアクチュエータ２３０の挙動が、期待される挙動
と異なる場合、システムコントローラ２１０は何が起こ
っているか、その考えられる影響、そしてその違いを修
正または補償するための方法を判断する。特に、公称軌
道から逸脱することで、上記の制約と要件を満たさなく
なり、これがシートの衝突、目標の見逃し、１つまたは
複数の最適基準との不適合につながる。このように、モ
ジュールアクチュエータ２３０内でシートが遅れると、
システムコントローラ２１０は、それに続くシートが衝
突するか否かを判断し、関連するモジュールコントロー
ラに伝え、そしておそらくは新たな軌道を作らなければ
ならない。

【００５５】システムコントローラ２１０の１つの主要
な役割は、制御基準のどれが満たされていないかを判断
することである。システムコントローラ２１０は各種制
御基準の状態を判断できる。たとえば、システムコント
ローラは被処理体が軌道上にあるか否かを判断できる。
これは、モジュールアクチュエータ２３０の挙動が十分
に公称軌道に近いかをチェックすることで判断される。
十分これに近ければ、それ以上のモニターは不要であ
る。

【００５６】制御基準の状態を判断すること、および判
断された状態を特定し、これに対応するには、上記の各
種テクニック等、複雑な判断が必要であり、複数のモジ
ュールアクチュエータ２３０とシートからの制約が関わ
る可能性がある。依然として目標に到達できるか否かを
判断する等、一部の問題には、現在の位置から軌道全体
を再計画することさえ必要となり、これをリアルタイム
で実現するのは難しい。このように、制御ルーチンは連
続的に行われているため、リアルタイムで対応するため
に、システムコントローラ２１０は逸脱の影響を特定
し、軌道を再計画するのに、近似決定と推定法に頼らざ
るを得ない。

【００５７】したがって、これらのコスト高で複雑な方
法を、軌道と軌道包絡線を再生、組み合わせ、比較す
る、より単純なシステムと方法に置き換えるようなシス
テムレベルの制御およびモニターシステムを提供するこ
とが望ましい。

【００５８】これは、システム制約とタスク要件のさま
ざまな組み合わせをコード化する、所定の軌道と軌道包
絡線によって実現される。軌道包絡線は検討対象の制御
基準を示す他の軌道周辺の領域を示す。たとえば、被処
理体間の距離を継続的にチェックして衝突を防止する代
わりに、公称軌道周辺の所定の衝突包絡線を使用でき
る。このように、各被処理体がその被処理体の衝突包絡
線内にあるかぎり、その被処理体は衝突しない。衝突包
絡線は、前述の安全領域と同様に決定される。しかし、
連続的に決定される代わりに、衝突包絡線は、システム
の動作前に決定できる。

【００５９】別の実施例において、被処理体がその公称
軌道から逸脱すると、全モジュールアクチュエータ２３
０の軌道を再計画して、目標にまだ到達できるか判断す
る代わりに、モジュール式被処理体取扱いシステム２０
０は制御包絡線を使用する。このように、被処理体がそ
の被処理体の制御包絡線内にあるかぎり、その被処理体
は目標に到達することができる。軌道包絡線は、１つ以
上の軌道によって表わすことができ、これはたとえば、
検討対象となる領域の境界を示す。

【００６０】このように、所定の軌道包絡線を使い、検
討対象となる制御基準と、制御および衝突境界を示す複
数の所定の軌道をコード化できる。異なる軌道包絡線
は、異なる制御基準を示す。ある被処理体の現在の状態
（位置、速度等）を所定の軌道包絡線と比較することに
より、システムコントローラ２１０は状態が基準をどの
程度満たしているかを素早く判断できる。比較演算子
は、軌道包絡線が何をコード化するかによって異なる。
たとえば、時間−距離軌道包絡線では、図３に示す公称
軌道と同様のフォーマットであるとすると、システムコ
ントローラ２１０は、現時点での被処理体の位置が包絡
線境界の左か右かをテストするだけでよい。当業者は、
ある被処理体の現在の位置を異なる空間時間に関する所
定の軌道包絡線と比較する方法を、距離−時間空間に関
する上記の説明から容易に知ることができるため、この
比較の詳細な説明は省略する。

【００６１】軌道と軌道包絡線は、適当な既知の、ある
いは後に生み出される方法のいずれによっても決定する
ことができる。たとえば、軌道と軌道包絡線は、最適制
御および衝突安全領域などの適当な制御および衝突安全
領域を決定するのに用いられる決定にしたがって得られ
る。

【００６２】軌道および軌道包絡線の決定方法にかかわ
らず、軌道および軌道包絡線を予め決定することによ
り、制御ルーチンは軌道および軌道包絡線の比較を含め
るだけのものに簡素化される。これにより、システムコ
ントローラ２１０は、モジュール式被処理体取扱いシス
テム２００の動作中に、リアルタイムに軌道と軌道包絡
線を決定しなくてもよいことになる。

【００６３】図４は、サンプルシステムとタスク制約に
関する軌道と軌道包絡線を示すグラフである。たとえ
ば、公称軌道４００は距離−時間平面をほぼ二等分した
ものとして示されている。図４はまた、公称軌道４００
の左側、つまりこれ以前の初期衝突軌道５１０と公称軌
道４００の右側、つまりこれ以降の終期衝突軌道５２０
によって定められる衝突包絡線５００を示す。初期衝突
軌道５１０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の
特定の地点から出る可能性があり、別の被処理体、たと
えば経路２４０上でその被処理体のすぐ前にある被処理
体と衝突しない最も早い時間を特定する。終期衝突軌道
５２０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定
の地点から出る可能性があり、別の被処理体、たとえば
経路２４０上でその被処理体のすぐ後にある被処理体と
衝突しない最も遅い時間である。この初期終期衝突包絡
線５００はこのように、特定の被処理体とその前後の被
処理体との間の最小距離をコード化するのに使用され
る。被処理体がその被処理体の衝突包絡線５００内にあ
り、先行および後続の被処理体がそれぞれの公称軌道か
ら最低距離以上逸脱しないかぎり、それらの被処理体は
衝突しない。

【００６４】図４はまた、公称軌道４００の左側、つま
りこれ以前の初期制御軌道６１０と公称軌道４００の右
側、つまりこれ以降の終期制御軌道６２０によって定め
られる制御包絡線６００を示す。初期制御軌道６１０
は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点
から出る可能性があり、依然としてそのタスクを実行で
きる最も早い時間を特定する。終期制御軌道６２０は、
被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点から
出る可能性があり、依然としてそのタスクを実行できる
最も遅い時間である。この初期終期制御包絡線６００は
このように、被処理体が位置付けられていなければなら
ない特定の位置をコード化するのに使用される。被処理
体がその被処理体の制御包絡線内にあるかぎり、その被
処理体はそのタスクを実行することができる。

【００６５】上記の終期制御軌道６２０は、公称軌道４
００にしたがってある被処理体が第１のモジュールアク
チュエータ２３０に入る予定とされていたものと同時に
第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る被処理体
について、被処理体が特定の速度で特定の地点から出
て、依然としてそのタスクを実行できる最も遅い時間で
ある。言いかえれば、終期制御軌道６２０は、公称軌道
４００と同時に第１のモジュールアクチュエータ２３０
に入る。しかし、図４はまた、ある被処理体が第１のモ
ジュールアクチュエータ２３０に入り、依然としてその
タスクを実行することができる最も遅い時間である最も
遅い制御軌道６３０を示している。このように、最も遅
い制御軌道６３０は、公称軌道４００が第１のモジュー
ルアクチュエータ２３０に入った後に第１のモジュール
アクチュエータ２３０に入る。

【００６６】各軌道４００，５１０，５２０，６１０，
６２０，６３０および軌道包絡線５００，６００は、一
連の要素として表わすことができる。たとえば、ｎ番目
のモジュールアクチュエータ２３０が最後のアクチュエ
ータ２３０であり、ｊ番目のモジュールアクチュエータ
２３０は第１とｎ番目のモジュールアクチュエータ２３
０の間にあるいずれかのモジュールアクチュエータであ
るモジュール式被処理体取扱いシステム２００におい
て、一連の要素はｔ₀，ｖ₀−ｔ₁，ｖ₁…，ｔ_j-1，ｖ_j-1
−ｔ_j，ｖ_j…，ｔ_n-1，ｖ_n-1−ｔ_n，ｖ_nとなる。これら
の要素のうち、ｔ₀とｖ₀は第１のモジュールアクチュエ
ータ２３０に入る被処理体の時間と速度、ｔ₁とｖ₁は第
１のモジュールアクチュエータ２３０から出る被処理体
の時間と速度、ｔ_j-1とｖ_j-1はｊ番目のモジュールアク
チュエータ２３０に入る被処理体の時間と速度、ｔ_jと
ｖ_jはｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０から出
る被処理体の時間と速度である。同様に、ｔ_n-1とｖ_n-1
およびｔ_nとｖ_nはｎ番目、つまり最後のモジュールアク
チュエータ２３０に関する被処理体の出入り時間と速度
を示す。

【００６７】動作中、各被処理体にはその基準軌道とし
て適当な主要公称軌道が提供される。各被処理体をその
被処理体の主要公称軌道内に保持する役割は、モジュー
ルコントローラ２２０間で分散される。つまり、モジュ
ールコントローラ２２０はその特定の主要公称軌道上に
各被処理体を保持しようとする。すると、システムコン
トローラ２１０が繰り返し、連続する全ての被処理体に
関する現在の状態を評価し、必要な措置を取るよう求め
られる。特に、システムコントローラ２１０は特定の空
間−時間の被処理体距離をモニターし、衝突を特定し、
可能であれば被処理体を遅らせて衝突を避け、目標を達
成することができなくなった場合は経路２４０に沿った
被処理体の移動を打ち切る。重要なリアルタイム決定
は、被処理体の位置と軌道およびその他の位置との比較
である。この簡単な衝突防止メカニズムは、１つの軌道
包絡線を使って衝突を特定し、別の包絡線を使って被処
理体がまだコントロール可能か否かをチェックする。次
に、システムコントローラ２１０はモジュールコントロ
ーラに対し、局所的に特定の被処理体を特定の量だけ遅
らせたり、進めるよう指示を出すことができる。

【００６８】本発明の制御システムと方法は、逸脱が小
さい、あるいは均等である場合に特に有効である。この
ような場合、すべての被処理体を同じモジュール内で遅
らせることができる。

【００６９】図５は、マルチレベルモジュール式被処理
体取扱いシステムのシステムレベルコントロールで所定
の軌道と軌道包絡線を使用する方法の実施例を示すフロ
ーチャートである。この実施例において、衝突包絡線は
図４の制御包絡線より小さい。

【００７０】ステップＳ１０００から始まるコントロー
ルは、ステップＳ１１００に進み、こで被処理体は解析
される。その被処理体が選択されると、コントロールは
ステップＳ１２００に進み、ここでその被処理体が所定
の衝突包絡線内にあるか否か、つまりその被処理体が先
行または後続の被処理体と衝突する可能性があるか否か
が判断される。その被処理体がその所定の衝突包絡線内
にある場合、コントロールはＳ１１００に戻り、別の被
処理体を選択して解析する。その被処理体がその制御包
絡線内にあるか否かの判断は、上記のように、衝突包絡
線が制御包絡線より小さいことから、不要である。この
ように、被処理体がその衝突包絡線内にあれば、必ずそ
の制御包絡線内にもあるはずである。被処理体がその衝
突包絡線内になければ、コントロールはステップＳ１３
００に続く。

【００７１】ステップＳ１３００では、その被処理体が
その制御包絡線内にあるか、つまりその被処理体がそれ
に割り当てられたタスクを実行することができるか否か
が判断される。その被処理体がその制御包絡線内にあれ
ば、コントロールはステップＳ１４００に続く。そうで
なければ、コントロールはステップＳ１５００に飛ぶ。
ステップＳ１４００において、被処理体は衝突の可能性
ありと記録される。衝突の可能性ありという記録は、そ
の後他の被処理体に関する適当な所定の衝突包絡線を選
択するのに使用することができる。その時のみ、衝突の
可能性がある被処理体の間の実際の距離を計算し、被処
理体のいずれを遅らせるなど、上記のような措置をとる
ことが必要となる。

【００７２】被処理体がステップＳ１２００においてそ
の衝突包絡線外にあると判断された場合、その被処理体
は衝突の可能性がある。しかし、ステップＳ１３００で
その被処理体がその制御包絡線内にあると判断される
と、コントロールはステップＳ１４００からステップＳ
１１００に戻り、別の被処理体が選択され、解析され
る。

【００７３】ステップＳ１５００では、公称軌道、衝突
軌道あるいは制御軌道を再計画する必要があるか否かが
判断される。これが必要であれば、コントロールはステ
ップＳ１６００に続き、必要でなければステップＳ１７
００へと飛ぶ。ステップＳ１６００では、公称軌道、衝
突包絡線あるいは制御包絡線の１つ以上が再計画され
る。これにより、システムタスク要件も変更される場合
がある。次にコントロールはＳ１１００に戻り、そこで
また別の被処理体が選択され、解析される。

【００７４】公称軌道、衝突包絡線あるいは制御包絡線
の再計画が不要と判断された場合、コントロールはステ
ップＳ１７００に進み、解析が修了する。

【００７５】図６は、図５のステップＳ１２００で被処
理体がその衝突包絡線内にあるか否かを判断する方法の
実施例をより詳細に示すフローチャートである。ステッ
プＳ１２００から始まるコントロールはステップＳ１２
１０に進み、ここでその被処理体の所定の公称軌道が参
照される。次に、ステップＳ１２２０において、所定の
衝突包絡線が、参照された所定の公称軌道について参照
される。次に、ステップＳ１２３０で、被処理体の速
度、加速度あるいは位置といった実際の現状が参照され
る。コントロールはステップＳ１２４０に進む。

【００７６】ステップＳ１２４０において、参照された
被処理体の実際の現状がその時の参照された衝突包絡線
内にあるか否かが判断される。この衝突包絡線内にあれ
ば、コントロールは図５のステップＳ１１００に戻り、
同包絡線内になければ、コントロールは図５のステップ
Ｓ１３００に戻る。

【００７７】図７は、図５のステップＳ１３００で被処
理体がその制御包絡線内にあるか否かを判断する方法の
実施例をより詳細に示すフローチャートである。ステッ
プＳ１３００から始まるコントロールはステップＳ１３
１０に進み、そこで、その被処理体の所定の公称軌道が
参照される。この参照された所定の公称軌道は、ステッ
プＳ１２００の公称軌道と同じであることもある。次
に、ステップＳ１３２０において、所定の制御包絡線
は、参照された所定の公称軌道について参照される。ス
テップＳ１３３０において、被処理体の速度、加速度あ
るいは位置といった実際の現状が参照される。コントロ
ールはステップＳ１３４０に進む。

【００７８】ステップＳ１３４０において、参照された
被処理体の実際の現状がその時の参照された制御包絡線
内にあるか否かが判断される。この制御包絡線内にあれ
ば、コントロールは図５のステップＳ１４００に戻り、
同包絡線内になければ、コントロールは図５のステップ
Ｓ１５００に戻る。

【００７９】本発明による所定の軌道と軌道包絡線を使
用する方法の別の実施例によれば、制御包絡線を衝突包
絡線より小さくすることができる。この実施例を示すフ
ローチャートは図５のそれと同様であるが、ステップＳ
１２００とＳ１３００が並列関係になる点が異なる。つ
まりに、最初に、被処理体がその制御包絡線内にあるか
否かが判断され、制御包絡線内になければ、次にその被
処理体がその衝突包絡線内にあるかが判断される。

【００８０】本発明による所定の軌道と軌道包絡線を使
用する装置と方法の別の実施例において、軌道と軌道包
絡線は、システム制約とタスク要件を明確に表示するこ
とによって決定される。軌道と軌道包絡線は、３次スプ
ラインを手作業でコード化してシステム制約とタスク要
件とを明確に表示する等、手作業で決定することによ
り、予め決めることができる。

【００８１】３次スプラインを手作業で決定する場合、
システム制約とタスク要件とは異なる方法で取扱われ
る。たとえば、システム制約は考えられるすべての軌道
と軌道包絡線に関するハード的な制約として手作業で扱
うことができる。つまり、すべての軌道と軌道包絡線
は、システム制約を満足するように、手作業で決定され
る。反対に、タスク要件の少なくとも一部は、単に通常
の軌道だけに適用されるソフト的制約となるものとして
手作業で扱われる。つまり、これらのタスク要件は、軌
道と軌道包絡線によっては、満足されなくてもよい。

【００８２】手作業による３次スプラインの決定は、新
しいモジュール式被処理体取扱いシステム２００を制作
する時に実行できる。また、既存のモジュール式被処理
体取扱いシステム２００を、モジュールアクチュエータ
２３０の制約や配置を変更することによって改造する場
合にも実行できる。

【００８３】しかし、３次スプラインを手作業で決定す
ることは面倒で時間がかかる。したがって、本発明によ
る所定の軌道と軌道包絡線を使う装置と方法の別の実施
例では、軌道と軌道包絡線は自動的に決定される。事
実、システム制約とタスク要件を明確に表示すること
は、軌道と軌道包絡線の自動決定に適している。たとえ
ば、システム制約とタスク要件は明確に表示されるた
め、軌道と軌道包絡線は、制御基準が変更された時に発
生する新しい制約が加わる時に自動的に決定される。

【００８４】明確に表示されたシステム制約とタスク要
件により、モジュールアクチュエータ２３０の各々を独
立して説明できる。モジュールアクチュエータ２３０を
それぞれ、システム制約あるいはタスク要件の点で別個
に説明することで、モジュールアクチュータ２３０が特
定されると、軌道と軌道包絡線が自動的に決定される。
したがって、軌道と軌道包絡線は、各種のシステム構成
について、自動的に決定できる。軌道と軌道包絡線の自
動決定に向けたこのような傾向は特に、各モジュールア
クチュエータ２３０の個別に明確に表示されたシステム
制約とタスク要件に関する以下の説明から、当業者にと
って明らかである。

【００８５】一般に、システム制約とタスク要件は、物
理的制約、タスク制約、ユーザの選好、最適性、堅牢性
という点で説明できる。物理的制約の例には、モジュー
ルアクチュエータ２３０の最大操作力、最大被処理体速
度、モジュールアクチュエータ２３０間の最大速度差、
最大被処理体距離等がある。タスク制約の例には、目標
被処理体位置と時間、最大および平均被処理体速度等が
ある。ユーザ選好の例には、具体的な輸送方法や被処理
体の順序がある。最適性の一例は全体的スループット、
また堅牢性の一例は被処理体挙動の平均的可変性に関す
る緩衝領域である。

【００８６】より具体的には、システム制約には、モジ
ュールアクチュエータ２３０全部の制約が複合されたも
のもある。各モジュールアクチュエータ２３０は、特定
の一連のモジュール制約を受ける。たとえば、各モジュ
ールアクチュエータ２３０には、速度の最大限度と最小
限度および加速度の最大限度と最小限度がある。したが
って、ある軌道内の速度と加速度は、各モジュールアク
チュエータ２３０の速度および加速度の最大値と最小値
により限定される。

【００８７】複数のモジュールアクチュエータ２３０を
一緒に制御することもまた、モジュール制約となる。具
体的には、一緒に制御される別のモジュールアクチュエ
ータ２３０内の軌道に沿って移動する被処理体の速度は
同じでなければならない。これが同じでないと、別のコ
ントロールを異なるモジュールアクチュエータ２３０内
の被処理体と一緒に適用することができない。

【００８８】別の例として、２つのモジュールアクチュ
エータ２３０を相互に隣接させて設置することが、モジ
ュール制約を生む。具体的には、これら２つのモジュー
ルアクチュエータ２３０の速度の差が制限される。制限
されないと、被処理体がひとつのモジュールアクチュエ
ータ２３０から隣接するモジュールアクチュエータ２３
０に送られる時にこの被処理体が損傷を受けることがあ
る。

【００８９】タスク要件は、特定のモジュールアクチュ
エータ２３０の目標基準等、個々のモジュールアクチュ
エータ２３０について具体的に説明できる。たとえば、
特定のタスクを実行するためには、被処理体は特定の速
度で特定のモジュールアクチュエータ２３０から出る必
要がある。目標基準には、被処理体の到着が特定のモジ
ュールアクチュエータ２３０に到達する特定の時間ｐに
よって区分けされなければならないという要件も含まれ
る。

【００９０】タスク要件には、特定のモジュールアクチ
ュエータ２３０での衝突防止も考慮することができる。
たとえば、特定のタスクには、衝突を避けるために、特
定のモジュールアクチュエータ２３０では被処理体間に
最低ギャップｇを保つことが求められる場合がある。

【００９１】タスク要件は、特定のモジュールアクチュ
エータ２３０での速度と加速度の限度を考慮することを
求める場合もある。たとえば、特定のモジュールアクチ
ュエータ２３０における特定のタスクを実行するため
に、平均的な移動速度と最大加速度が公称軌道に当ては
められる。平均移動速度または最大加速度に適合しない
と、そのモジュールアクチュエータ２３０の特定のタス
クを実行することができなくなる。

【００９２】システム制約とタスク要件は、図に表わす
ことができる。たとえば、図８は、軌道と軌道包絡線お
よび、その軌道と軌道包絡線が決定するシステム制約と
タスク要件を示すグラフである。図８のｘ軸は時間、ｙ
軸はモジュール式被処理体取扱いシステム２００の各種
モジュールコントローラ２３０を示す。図８によるモジ
ュール式被処理体取扱いシステム２００には、７個のモ
ジュールアクチュエータ２３０が備えられている。

【００９３】以下の説明から明らかになるように、図８
の軌道包絡線は、図４の軌道包絡線とは異なる方法で決
定される。たとえば、図４において、軌道包絡線５００
と６００は公称軌道４００を挟んだ両側にある境界包絡
線５１０と５２０、６１０と６２０の間に決定される。
これに対して、図８において、軌道包絡線は公称軌道と
境界軌道の間に決定される。

【００９４】図８は、被処理体の先端の公称軌道２００
０とその被処理体の後端の軌道２１００を示す。被処理
体の長さは、軌道２０００と軌道２１００、つまり被処
理体の先端と後端を直線で結んだもので示される。した
がって、図８のグラフは、図中の最も早い時間におい
て、被処理体の先端の公称軌道２０００はモジュール２
から出て、後端の軌道２１００がモジュール２に入るこ
とを示している。同様に、図中の最も遅い時間では、被
処理体の先端の公称軌道２０００はモジュール７から出
て、後端の軌道２１００がモジュール７に入る。

【００９５】図８は、公称軌道２０００と遅れ堅牢性
（robust）制御軌道２２１０の間に決定される堅牢性制
御包絡線２２００を示す。遅れ堅牢性制御軌道２２１０
は、たとえば経路２４０に沿った特定のモジュールアク
チュエータ２３０の誤動作といった特定の故障モデルの
時に、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地
点から出て、なおそのタスクを実行できる最も遅い時間
を示す。したがって、堅牢性制御包絡線２２００を使
い、特定の故障モードでそのタスクの実行を可能にする
ために、その被処理体を位置付けなければならない特定
の場所をコード化することができる。

【００９６】図８はまた、公称軌道２０００と遅れ制御
軌道２３１０の間に決定される制御包絡線２３００も示
している。遅れ制御軌道２３１０は、被処理体が特定の
速度で経路２４０上の特定の地点から出て、なおそのタ
スクを実行できる最も遅い時間を示す。したがって、制
御包絡線２３００を使い、そのタスクの実行を可能にす
るために、その被処理体を位置付けなければならない特
定の場所をコード化することができる。

【００９７】制御包絡線２３００は、特定の故障モード
を考慮していないため、堅牢性制御包絡線２２００と異
なる。このように、遅れ制御軌道２３１０は、遅れ堅牢
性制御軌道２２１０より遅い時期に各モジュールに出入
りし、なおそのタスクを実行できる。

【００９８】しかし、制御包絡線２３００と堅牢性制御
包絡線２２００はこの点以外は同様である。たとえば、
遅れ堅牢性制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０は
それぞれ、図８に示される最も早い時間以降でなければ
第１のモジュールに入らない。遅れ堅牢性制御軌道２２
１０と遅れ制御軌道２３１０はそれぞれ、公称軌道２０
００と同時にモジュール７から出る。このように、公称
軌道２０００、遅れ堅牢性制御軌道２２１０および遅れ
制御軌道２１００はすべて同じ目標を持つが、これに入
る時間だけ異なる。

【００９９】一部のシステム制約とタスク要件は、公称
軌道２０００、遅れ堅牢性制御軌道２２１０および遅れ
制御軌道２３１０に基づいて、図で表わすことができ
る。たとえば、堅牢性は、公称軌道２０００と遅れ堅牢
性制御軌道２２１０の間に延びる水平線として示すこと
ができる。制御可能性は、遅れ堅牢性制御軌道２２１０
と遅れ制御軌道２３１０の間に延びる水平線で示され
る。

【０１００】図８は、第２の被処理体の公称軌道２４０
０と当該第２の被処理体の衝突包絡線２５００もまた示
す。衝突包絡線２５００は、第２の被処理体の公称軌道
２４００と進み衝突包絡線２５１０の間に決定される。
たとえば、特定の時間の衝突包絡線２５００は、その時
の第２の被処理体の公称軌道２４００と進み衝突軌道２
５１０の間に延びる垂直線として表わすことができる。
進み衝突軌道２５１０は、第２の被処理体が特定の速度
で経路２４０上の特定の地点から出て、公称軌道２００
０を有する第１の被処理体と衝突しない最も早い時間を
示す。したがって、衝突包絡線２５００を使い、第１の
被処理体と衝突しないようにするために、第２の被処理
体を位置付けなければならない特定の位置をコード化す
ることができる。

【０１０１】他のシステム制約とタスク要件は、第２の
被処理体の公称軌道２４００と初期衝突軌道２５１０を
含めることで図に示すことができる。たとえば、反復
は、第１の被処理体の公称軌道２０００と第２の被処理
体の公称軌道２４００の間に延びる水平線として示され
る。相互作用は、第２の被処理体の公称軌道２４００と
第１の被処理体の後端の軌道２１００の間に延びる垂直
線として表わされる。

【０１０２】図８のグラフに基づき、当業者にとって、
他の軌道を作ることによって、他の軌道と軌道包絡線を
決定できることは明らかである。たとえば、他のすべて
の軌道と軌道包絡線は、公称軌道に基づく制約を使って
決定することができる。

【０１０３】図８は、公称軌道２０００の終了時間が、
他の軌道と軌道包絡線に関する終了時間制約として使用
されることを示している。言いかえれば、図８における
他の軌道および軌道包絡線は、これらの他の軌道と軌道
包絡線が公称軌道と同時に終了するように決定される。

【０１０４】たとえば、図８は、遅れ堅牢性制御軌道２
２１０と遅れ制御軌道２３１０が、ひとつの被処理体の
公称軌道２０００と同じ時間と場所で終了するように決
定されることを示している。それぞれ遅れ堅牢性制御包
絡線２２１０と遅れ制御軌道２３１０によって決定され
る堅牢性制御包絡線２２００と制御包絡線２３００もし
たがって、ひとつの被処理体の公称軌道２０００と同じ
時間と場所で終了するように決定される。

【０１０５】衝突包絡線は同様に、公称軌道に基づく制
約を使って決定できる。たとえば、図８は、被処理体の
公称軌道の開始および終了時間が、他の被処理体の衝突
包絡線２５００と進み衝突軌道２５１０の開始および終
了時間制約として使用されることを示す。

【０１０６】具体的には、図８は、進み衝突軌道２５１
０が他の被処理体の公称軌道２４００と同じ時間と場所
で開始するよう決定されることを示している。進み衝突
軌道はまた、第１の被処理体の後端の軌道２１００と同
じ時間と場所で終了するよう決定される。第２の被処理
体の進み衝突軌道２５１０と公称軌道２４００の間に設
定される第２の被処理体の衝突包絡線２５００もまた、
これらの制約によって決定される。

【０１０７】図９は、システム制約とタスク要件を明確
に表示することにより、軌道と軌道包絡線を決定する方
法の１実施例を示すフローチャートである。この実施例
において、軌道と軌道包絡線は自動的に決定できる。

【０１０８】ステップＳ３０００から始まるコントロー
ルは、ステップＳ３１００に進み、ここでシステムモデ
ルが特定される。システムモデルを特定するには、少な
くとも個々のモジュールアクチュエータの数、特定のモ
ジュールアクチュエータの種類、特定のモジュールアク
チュエータの構成を特定することが必要である。たとえ
ば、システムモデルは、直列形式に構成されたタイプ１
のモジュール３個と特定できる。「タイプ１」という種
類の指定は単に、モジュールアクチュエータのタイプを
任意に指定したものである。以下に述べるように、モジ
ュールの各タイプは、それぞれ異なるモジュール制約と
タスク要件のセットを有する。

【０１０９】システムモデルが特定されると、コントロ
ールはステップＳ３２００に進み、ここでシステム制約
とタスク要件が特定される。上記のように、システム制
約は全モジュールアクチュエータの制約を複合させたも
のとなる。さらに、例となるタイプ１のモジュールアク
チュエータ等、各タイプのモジュールアクチュエータ
は、最大速度と最小速度および最大加速度と最小加速度
といったそれぞれ異なる制約や、複数のモジュールアク
チュエータを一緒に制御したり、特定のモジュールアク
チュエータを相互に隣接させて設置することによって発
生する制約等を受ける。

【０１１０】また、前述のように、タスク要件は個々の
モジュールアクチュエータについて説明することもでき
る。たとえば、特定のタスクを実行することで、例とな
るタイプ１のモジュールアクチュエータ等、あるモジュ
ールアクチュエータは目標基準、衝突防止、速度および
加速度の限界をはじめとする各種の制約を受ける。

【０１１１】例となるタイプ１のモジュールアクチュエ
ータに関するシステム制約とタスク要件の例には、タイ
プ１の各モジュールアクチュエータが、長さは２５．４
ｍｍ、そのモジュールアクチュエータ内を移動する被処
理体の最低速度ｖ_minは−３．０ｍｍ／ｍｓ、そのモジ
ュールアクチュエータ内を移動する被処理体の最大速度
ｖ_maxは３．０ｍｍ／ｍｓ、そのモジュールアクチュエ
ータ内で移動する被処理体の最低加速度ａ_minは−０．
０２ｍｍ／ｍｓ²、そのモジュールアクチュエータ２３
０内を移動する被処理体の最大加速度ａ_maxは０．０２
ｍｍ／ｍｓ²というモジュール制約を有する、等があ
る。

【０１１２】各タイプのモジュールアクチュエータは、
そのタイプのモジュールアクチュエータが指定のタスク
を実行するために満たさなければならない各種の一般的
なタスク制約も有する。たとえば、タイプ１のモジュー
ルアクチュエータの一般的なタスク制約によれば、被処
理体は初期速度ｖ₀が０．０ｍｍ／ｍｓ、終期速度ｖ_aが
９０．５ｍｍ／ｍｓでなければならない。タイプ１のモ
ジュールアクチュエータはまた、そのモジュールアクチ
ュエータ内では、被処理体が常に０．０ｍｍ／ｍｓ以上
の速度ｖで移動するように作動しなければならないかも
しれない。

【０１１３】同様に、各タイプ１のモジュールアクチュ
エータは、モジュールアクチュエータをより効率的に動
作させる等、他の基準を満たすために満足させなければ
ならない名目上のタスク制約もある場合がある。たとえ
ば、名目上のタスク制約には、一般的なタスク制約のほ
か、モジュールアクチュエータは、そのモジュールアク
チュエータ内の被処理体の速度ｖが常に１．０ｍｍ／ｍ
ｓ以下であるように動作するという制約がある。この制
約を満足することにより、そのモジュールアクチュエー
タはより素早く、高い信頼性で動作できる。

【０１１４】タイプ１のモジュールアクチュエータのシ
ステム制約とタスク要件は、タイプ１のモジュールアク
チュエータ内の被処理体が、タスク要件を満たす、ある
いは他の被処理体との衝突を避けるといった特定の制約
によって分離されるよう求めるかもしれない。たとえ
ば、被処理体を５００ｍｓの時間“ｓ”と３０ｍｍの最
低ギャップ“ｇ”によって分離する必要がある。

【０１１５】システム制約とタスク要件が指定さると、
コントロールはステップＳ３３００に進み、ここで被処
理体の公称軌道Ｔｒが決定される。公称軌道Ｔｒは、総
合的制約解消手段または最適化制約解消手段等、上記の
ような制約をはじめとするシステムおよびタスク制約を
解消し、一方で関連する軌道基準を最小化する制約解消
手段によって決定できる。たとえば、公称軌道Ｔ_rは、
制約ｔ₀＝０と、制約ｔ _n−ｔ₀（ただし、ｔ₀は被処理体
が第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る時間、
ｔ_nは被処理体が経路２４０上の最後のアクチュエータ
２３０を出る時間である）の最小化によって決定でき
る。

【０１１６】公称軌道Ｔ_rを決定する際、制約は、たと
えばその軌道によって決定される３次スプライン上の制
約等、所望の軌道上の制約に翻訳される。入る時間と出
る時間および速度の制約が直接３次スプラインに追加さ
れる。モジュール全体の速度と加速度に関する最小値と
最大値の制約は、３次スプラインによって設定される速
度と加速度の最小値と最大値の制約に翻訳することがで
きる。

【０１１７】一連の特定のタスク制約は、軌道の目的に
よって異なる。したがって、公称軌道Ｔ_rは、これが所
望の軌道を構成するため、すべてのタスク制約を満たす
かもしれない。

【０１１８】公称軌道Ｔ_rが決定されると、コントロー
ルはステップＳ３４００に進み、ここで軌道上の前の被
処理体の公称軌道Ｔ_pが決定される。前の公称軌道Ｔ
_pは、公称軌道Ｔ_rを、被処理体が目標位置に到達すると
予想される時間である−ｓだけシフトさせることで決定
される。

【０１１９】前の公称軌道Ｔ_pが決定された後、コント
ロールはステップＳ３５００に進み、ここで経路上の次
の被処理体の公称軌道Ｔ_nが決定される。次の公称軌道
Ｔ_nは、公称軌道Ｔ_nを＋ｓだけシフトさせることで決定
される。

【０１２０】次の公称軌道Ｔ_nが決定された後、コント
ロールはステップＳ３６００に進み、ここで衝突包絡線
が決定される。衝突包絡線は、進みおよび遅れ衝突境界
を決定することで決定される。

【０１２１】進み衝突境界Ｔ_eは、前の公称軌道Ｔ_pと次
の公称軌道Ｔ_nで、たとえばシステム制約と一般的タス
ク制約等の制約ならびに、たとえば時間“ｓ”とギャッ
プ“ｇ”等の衝突制約を解消することによって決定され
る。一連の特定のタスク要件は軌道の目的によって異な
るため、進みおよび遅れ衝突境界は、提案される速度と
加速度の限度を満足する必要がない場合もある。進み衝
突境界Ｔ_eはまた、制約ｔ₀＝０および公称軌道Ｔ_nにお
けるｔ_n＝ｔ_n、ｔ_n-1の最小化によっても決定できる。

【０１２２】遅れ衝突境界Ｔ₁は、前の公称軌道Ｔ_pと次
の公称軌道Ｔ_nで、たとえばシステム制約と一般的タス
ク制約等の制約ならびに、たとえば時間“ｓ”とギャッ
プ“ｇ”等の衝突制約を解消することによって決定され
る。遅れ衝突境界Ｔ₁はまた、制約ｔ₀＝０および公称軌
道Ｔ_rにおけるｔ_n＝ｔ_n、ｔ_n-1の最小化（ｔ₁はｔ₀から
ｔ_nまでの時間）によっても決定できる。

【０１２３】衝突包絡線が決定された後、コントロール
はＳ３７００に進み、ここでは制御包絡線が決定され
る。制御包絡線は、図４に示すように、進み制御境界６
１０と遅れ制御境界６２０の間に設定される。あるい
は、制御包絡線は、図８に示すように、公称軌道２００
０と、遅れ堅牢性制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３
１０のいずれかとの間に設定することもできる。

【０１２４】図８の場合、遅れ堅牢性制御軌道２２１０
は、ここではＴ_eとも呼ばれるが、システム制約や一般
的タスク制約等の制約を解消することによって決定され
る。一連の特定のタスク制約は軌道の目的によって異な
るため、制御境界Ｔ_eは目標制約だけを満足してもよ
い。遅れ堅牢性制御軌道Ｔ_eはまた、公称軌道Ｔ_eにおけ
る制約ｔ_n＝ｔ_nおよび、ｔ_n−ｔ₀の最小化によっても決
定できる。

【０１２５】制御包絡線が決定されると、コントロール
はステップＳ３８００で終了する。

【０１２６】上記のマルチレベルモジュール式被処理体
取扱いシステムは、いずれかの既知の方法または装置に
したがって、各被処理体の実際の現在の位置を検出する
ことができる。たとえば、実際の位置は、どのうよな検
出センサでも得られる。また、ルーエンベルガオブザー
バ等の決定オブザーバ、あるいはカルマンフィルタ等の
確率的オブザーバでも実際の位置を概算することができ
る。さらに、実際の感知と概算を組み合わせて実際の位
置を判断してもよい。

【０１２７】モジュールコントローラ２２０は、必ずし
もシステムコントローラ２１０が供給する軌道に完全に
追従しなければならないわけではない。たとえば、モジ
ュールコントローラ２２０は、ある被処理体が軌道包絡
線のいずれかの境界にどれだけ近づいたかを常に把握
し、この情報を使って、タスクを実行する作業を改善す
ることができる。

【０１２８】上記の軌道および軌道包絡線は、時間の関
数としての位置、速度あるいは加速度という点で論じ
た。しかし、軌道と軌道包絡線はこれらの表現に限られ
ず、被処理体に関するいかなるデータを使ってもよい。

【０１２９】以上、詳細に説明したさまざまな実施例に
おいて、モジュール式被処理体取扱いシステムは２層式
階層アーキテクチャ、つまり、単独のシステムコントロ
ーラと複数のモジュールコントローラを使用している。
しかし、本発明によるモジュール式被処理体取扱いシス
テムと方法は、システムコントローラとモジュールコン
トローラの間に少なくとも１つの中間制御層を挟む等、
何段階のコントロールでも使用することができる。さら
に、本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステム
と方法は、複数のシステムコントローラも使用できる。

【０１３０】本発明によるモジュール式被処理体取扱い
システムと方法には、所定の衝突および制御包絡線の両
方を含めることができる。また、本発明によるモジュー
ル式被処理体取扱いシステムと方法は、所定の衝突包絡
線のみ、あるいは所定の制御包絡線のみを使用すること
もできる。さらに、所定の軌道と軌道包絡線が衝突およ
び制御限界と領域に関連している必要はなく、軌道と軌
道包絡線はどのタスクまたは制約に関連していてもよ
い。たとえば、複数の軌道包絡線には、異なる被処理体
サイズを提供できる。

【０１３１】また、先に詳細に説明した各種の実施例に
おいて、モジュール式被処理体取扱いシステムは、モジ
ュールアクチュエータ２３０に入る、これから出る、あ
るいはその中にある被処理体という点で説明されていた
が、システム、軌道、軌道包絡線は、各モジュールアク
チュエータ２３０に関連するモジュールに入る、これか
ら出る、この中にある被処理体として説明することもで
きる。このようなモジュールはさらに、モジュールアク
チュエータ２３０が制御する経路２４０の領域として説
明することも可能である。

【０１３２】上記のマルチレベルモジュール式被処理体
取扱いシステムの各種コントローラは、プログラムされ
た汎用コンピュータを使って実現できる。しかし、上記
の各マルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステム
の各種コントローラは、特定目的専用コンピュータ、プ
ログラムされたマイクロプロセサまたはマイクロコント
ローラおよび周辺集積回路素子、ＡＳＩＣあるいはその
他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、ディスクリー
ト素子回路等のハードウェアに組み込まれた電子回路ま
たは論理回路、ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＦＰＧＡ，ＰＡＬ等の
ブログラム可能論理デバイスその他でも実現できる。一
般に、図５から図７および図９に示すフローチャートを
実現できる有限状態マシンを実現できれば、どのような
デバイスによっても、上記の各マルチレベルモジュール
式被処理体取扱いシステムの各種コントローラを実現で
きる。

【０１３３】通信リンク２５０は、直接ケーブル接続、
広域ネットワークまたはローカルエリアネットワーク上
の接続、イントラネット上の接続、インターネット上の
接続、あるいはその他分散処理ネットワークまたはシス
テム上の接続等、システムコントローラ２１０、モジュ
ールコントローラ２２０、モジュールアクチュエータ２
３０を接続するどのような既知の、あるいは今後開発さ
れる装置やシステムでもよい。一般に、通信リンク２５
０は、システムコントローラ２１０、モジュールコント
ローラ２２０、モジュールアクチュエータ２３０を接続
するのに利用できるどのような既知の、あるいは今後開
発される接続システムまたは構造とすることもできる。

【０１３４】本発明によるシステムと方法は上記の実施
例に関して説明したものの、その他多くの代替、改造、
変更が当業者にとっては明らかである。したがって、上
記の本発明によるシステムと方法の実施例は、例として
挙げられており、これらに限定されるものではない。本
発明の精神と範囲から外れることなく、各種の変更を加
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の媒体取扱いシステムの略図である。

【図２】 本発明によるモジュール式被処理体取扱いシ
ステムの略図である。

【図３】 代表的な時間−距離公称軌道を示すグラフで
ある。

【図４】 サンプルシステムとタスク制約に関する軌道
と軌道包絡線を示すグラフである。

【図５】 マルチレベルモジュール式被処理体取扱いシ
ステムのシステムレベルコントロールにおいて、所定の
軌道と軌道包絡線を使用する方法の一実施例を示すフロ
ーチャートである。

【図６】 図５のステップＳ１２００で被処理体がその
衝突包絡線内にあるかを判断する方法の一実施例を詳細
に示すフローチャートである。

【図７】 図５のステップＳ１３００で被処理体がその
制御包絡線内にあるかを判断する方法の一実施例を詳細
に示すフローチャートである。

【図８】 軌道と軌道包絡線ならびに、その軌道と軌道
包絡線により決定されるシステム制約とタスク要件を示
すグラフである。

【図９】 システム制約とタスク要件を明確に表示する
ことにより、軌道と軌道包絡線を決定する方法の一実施
例を概説するフローチャートである。

【符号の説明】

２００ 媒体取扱いシステム、２１０ システムコント
ローラ、２２０ モジュールコントローラ、２３０ モ
ジュールアクチュエータ、２４０ 経路、２５０ 通信
リンク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体取扱いシステムの経路に沿って
   移動可能な被処理体の軌道を決定する装置において、前
   記被処理体取扱いシステムの特定のシステムモデルおよ
   び、前記被処理体取扱いシステムの少なくとも１つの特
   定の明確に表示されたシステム制約と前記被処理体取扱
   いシステムの少なくとも１つの特定の明確に表示された
   タスク要件のうち少なくとも１つに基づいて、前記被処
   理体取扱いシステムのシステム機能を実行するよう、特
   定の被処理体に関する軌道空間内の特定の軌道を決定す
   る装置からなることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 請求項１による装置において、前記装置
   は特定の被処理体に関する軌道空間内の公称軌道を決定
   することを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項１による装置において、前記装置
   は、前記特定された軌道とともに使用して検討対象とな
   る少なくとも１つの制御基準を示す、軌道空間内の軌道
   包絡線を決定することを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 請求項３による装置において、前記装置
   は、特定のシステムモデルおよび、前記少なくとも１つ
   の特定の明確に表示されたシステム制約と前記少なくと
   も１つの特定の明確に表示されたタスク要件のうち、前
   記少なくとも１つに基づいて、軌道包絡線を決定するこ
   とを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項１による装置において、前記装置
   は、前記特定のシステムモデルおよび、前記少なくとも
   １つの特定の明確に表示されたシステム制約と前記少な
   くとも１つの特定の明確に表示されたタスク要件のう
   ち、前記少なくとも１つに基づいて、前記経路における
   前記特定の被処理体の背後にある被処理体の軌道空間内
   の公称軌道を決定することを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項１による装置において、前記装置
   は、前記特定のシステムモデルおよび、前記少なくとも
   １つの明確に表示されたシステム制約と前記少なくとも
   １つの特定の明確に表示されたタスク要件のうち、前記
   特定された少なくとも１つに基づいて、前記経路におけ
   る前記特定の被処理体の前方にある被処理体の軌道空間
   内の公称軌道を決定することを特徴とする装置。