JP2001253594A - 分散オブジェクトハンドリング装置 - Google Patents

分散オブジェクトハンドリング装置

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JP2001253594A
JP2001253594A JP2000379045A JP2000379045A JP2001253594A JP 2001253594 A JP2001253594 A JP 2001253594A JP 2000379045 A JP2000379045 A JP 2000379045A JP 2000379045 A JP2000379045 A JP 2000379045A JP 2001253594 A JP2001253594 A JP 2001253594A
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JP2000379045A
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Markus P J Fromherz
ピー ジェイ フロムヘルツ マークス
Sudhendu Rai
ライ サドヘンズ
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Controlling Sheets Or Webs (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Conveyors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリンタのシートを各処理部へ移送するシス
テムの送り制御装置を得る。 【解決手段】 オブジェクトハンドリングシステムのシ
ステム機能の達成のために特定オブジェクトに関する軌
道空間内に設ける第一特定軌道と、前記オブジェクトハ
ンドリングシステムの少なくとも一つの明記される特定
制約と、前記オブジェクトハンドリングシステムの少な
くとも一つの明記される特定タスク要件とを決定し、さ
らに、前記軌道空間内で前記第一特定軌道より遅れに位
置する少なくとも一つの遅れ軌道を前記特定オブジェク
トに関して決定するデバイスを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は分散オブジェクト
ハンドリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の媒体ハンドリングシステムは、シ
ートなどの媒体を、1つの場所から他の場所に1つの経
路に沿って移動させながら、そのシート上で、反転、イ
メージ転写あるいは溶融固定などの1以上の動作を実行
することができる。図1に示されるように、従来の媒体
ハンドリングシステム100は、複数のアクチュエータ
130を制御する制御装置110を含み、これらのアク
チュエータは、紙の経路140に沿ってシートを移動さ
せながら、そのシート上で動作を実行する。
【0003】典型的には、タイミングシグナルが使用さ
れて、動作とシート移動が調整される。例えば、タイミ
ングシグナルに従い、一定の時間にシートが経路140
内に送り込まれる。その後、そのシート140はその経
路140を通って移動し、一定の時間ウインドウ内で様
々な位置センサを通りすぎ、所定の時間に転写位置に到
達する。
【0004】しかしながら、この従来の媒体ハンドリン
グシステム100は、動作中に一定の許容範囲を超える
一時的な誤差が検出され、制御装置110に対しフラグ
が立てられると、従来の媒体ハンドリングシステム10
0を含む機械は停止するという問題を受けやすい。従来
の媒体ハンドリングシステム100はいかなるフィード
バック制御も含んでいない。このように、アクチュエー
タ130は正確に製造される必要があり、そうするとと
ても高価になる。また、このフィードバック制御の欠如
により、従来の媒体ハンドリングシステム100では、
異なる型の媒体に供すると、うまく実行されず、高速で
精度及び信頼性を維持するには問題がある。
【0005】モジュラーオブジェクトハンドリングシス
テムは、より多くの制御手段を付加することにより達成
することができる、より制御中心の設計により、これら
の問題を克服することができる。従来の媒体ハンドリン
グシステム100の簡単なタイミングを越える制御戦略
を使用すると、より広範囲のオブジェクト、例えばより
広範囲の媒体型、を高速で取り扱うことができる。
【0006】例えば、マルチレベル制御アーキテクチャ
ーを含むモジュラーオブジェクトハンドリングシステム
では、以上で説明した従来の媒体ハンドリングシステム
を超える利点が提供される。このモジュラーオブジェク
トハンドリングシステムは、個々のモジュール制御装置
の機能及び/または動作を調整し、それにより対応する
アクチュエータが制御され、所望のシステム機能、例え
ばオブジェクトを経路に沿って輸送する、を提供される
システム制御装置を含むことができる。特に、システム
制御装置は、モジュール制御装置に各オブジェクトに対
する全体の軌道をダウンロードすることができる。モジ
ュール制御装置はその個々のアクチュエータを制御し、
そのモジュールにある間、各オブジェクトを計画された
軌道上に維持することができる。
【0007】システム制御装置は、モジュールアクチュ
エータのそれぞれの制約(コンストレイント:constrai
nt)を考慮することにより、全軌道計画を実行する。シ
ステム制御装置により計画された軌道は、その後、距離
−時間空間の関数、例えば三次式近似として提供され
る。
【0008】オブジェクトの望ましい軌道からのずれ
は、典型的には、モジュラーオブジェクトハンドリング
システムの動作中に起こる。ずれが小さいと、全ての制
御は個々のモジュール制御装置に任せられる。というの
は、個々のモジュール制御装置は他のモジュール制御装
置とは関係ないから、あるいは全体の制御基準が満たさ
れているかどうかには関係ないからである。しかしなが
ら、システム制御装置は、全体の制御基準を満たすこと
に関係してもよい。このように、システム制御装置は、
絶えず、オブジェクトの位置をモニタし、同時に、その
ようなずれの埋め合わせをするために様々な制御技術を
用いてオブジェクトの軌道を再決定してもよい。
【0009】しかしながら、複雑な軌道再決定技術にア
クセスすることにより、連続的に軌道を立てなおすこと
は実時間では達成困難である。実際、関係する装置及び
ソフトウエアにより、近似決定及び帰納法に訴え、ずれ
の効果を認識し、実時間でずれた軌道を計画し直すこと
が必要かもしれない。
【0010】このように、ずれ軌道の連続再計画の代わ
りに、予め決められた軌道及び軌道エンベロープを使用
して、システムの制約及びタスク要求の様々な組み合わ
せを符号化することが望ましい。軌道エンベロープは、
対象となっている制御基準、例えば、制御及び衝突境界
を示す、他の軌道の周りの領域を表示する。オブジェク
トの現在の状態を、予め決められた軌道エンベロープと
比較することにより、システム制御装置は直ちに、現在
の状況が制御基準をどの程度満足しているかを決定する
ことができる。
【0011】例えば、衝突を避けるために、オブジェク
ト間の距離を連続して確認し、軌道を再決定する代わり
に、所望の軌道の周りの予め決められた衝突エンベロー
プを使用することができる。予め決められる衝突エンベ
ロープは、オブジェクトがその衝突エンベロープ内にあ
る限り、オブジェクトが衝突しないように決定される。
オブジェクトが時間通りにその目標に到達し、タスク要
求を実行するかどうかなどの他の制御基準を決定するた
めに、同様に制御エンベロープを使用することができ
る。このモジュラーオブジェクトハンドリングシステム
は、特別な起動と対応する軌道エンベロープとの間、あ
るいは現在のオブジェクト位置と軌道エンベロープとの
間の比較を単に含むだけで、オンライン決定を簡単にす
る。
【0012】上記システム及び方法は、経路に沿って移
動する各オブジェクトに対し、1つの軌道と共に、その
軌道に関連する少なくとも1つの軌道エンベロープを予
め決定する。しかしながら、予め決定された軌道エンベ
ロープは大きく、及び/または、オブジェクトは予め決
められた軌道から大きくずれると、不必要なほど大量の
エネルギーが、そのオブジェクトをそのオブジェクトの
予め決められて軌道上にもどすために注がれるかもしれ
ない。
【0013】これを避けるために、複数の軌道、および
複数の軌道のそれぞれに関連する軌道エンベロープが、
各オブジェクトに対し決定されることが可能である。本
発明の装置及び方法は、各オブジェクトの状態をモニタ
し、複数の予め決められた軌道間の切替を行い、エネル
ギー使用効率を向上させる。装置及び方法はまた、他の
オブジェクトに対する軌道をも変更し、軌道が元々切り
替えられたオブジェクトとの衝突を避けることができ
る。
【0014】本発明の他の例示的な実施の形態は、複数
の軌道、及び複数の軌道のそれぞれと関連する軌道エン
ベロープを決定することを含む。この決定は、オブジェ
クトが軌道エンベロープ内にある限り全ての関連のある
制約が満たされていること、標準の環境下ではオブジェ
クトが軌道エンベロープを離れていかないようオブジェ
クトエンベロープを十分大きくする、最も進んだ軌道エ
ンベロープは1つのオブジェクトの最も進みの可能性の
ある軌道に対応すること、最も遅れたエンベロープはオ
ブジェクトの最も遅れの可能性のある軌道である、など
軌道エンベロープの様々な要求を考慮している。
【0015】軌道及び軌道エンベロープを決定する方法
は、上記軌道エンベロープ要求も考慮しているが、シス
テムモデルと共に、システム制約及びタスク要求を特定
することも含むことができる。第1の公称軌道を決定す
ることができる。進み公称軌道は、第1の公称軌道から
初めて、安全なオブジェクト距離制約を後方に適用し、
予想誤差/偏差モデルを適用し、及び/または制約の適
したサブセットを解決することにより、同時に、最も進
みの可能性のある新しい軌道に対し最適化し、決定する
ことができる。第1の公称軌道ではじめて、安全なオブ
ジェクト距離制約を前方に適用し、予想誤差/偏差モデ
ルを適用し、及び/または、制約の適したサブセットを
解決することにより、同時に、最も遅れの可能性のある
新しい軌道に対し最適化し、後の公称軌道もまた決定す
ることができる。決定された公称軌道のそれぞれに対
し、エンベロープも決定することができる。
【0016】この発明のこれらの特徴及び他の特徴、及
び利点は、この発明にかかるシステム及び方法の様々な
例示的な実施の形態についての詳細な説明において示さ
れ、明らかになる。
【0017】
【発明の実施の形態】この発明にかかるシステム及び方
法の様々な例示的な実施の形態について、以下、図面を
用いて詳細に説明する。
【0018】図2は、本発明にかかるモジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステム200を示したものであ
り、このシステムは、従来の媒体ハンドリングシステム
100に比べより制御中心性設計を有している。このモ
ジュールオブジェクトハンドリングシステム200は、
システム制御装置210と、1以上のモジュール制御装
置220と、1以上のモジュールアクチュエータ230
と、経路240と、を含む。システム制御装置210
は、通信リンク250を介してモジュール制御装置22
0と連絡し、個々のモジュールアクチュエータ230の
機能及び/または動作を調整し、複数のオブジェクトを
経路240に沿って輸送するなどの所望のシステム機能
をモジュールアクチュエータ230により提供する。シ
ステム制御装置210は、様々なシステム制約及びタス
ク要求を考慮に入れて、経路240に沿う各オブジェク
トの軌道の計画を立てる。モジュール制御装置220
は、通信リンク250を介して個々のモジュールアクチ
ュエータ230を制御し、個々のオブジェクトが計画さ
れた軌道上で維持される。この制御戦略は、多層の階層
制御アーキテクチャーと呼ぶことができる。
【0019】様々なシステム制約と要求を考慮に入れな
がら軌道を計画するためには、システム制御装置210
が、モジュール制御装置220とモジュールアクチュエ
ータ230に関連する所定のデータを認識していること
が役に立つ。例えば、システム制御装置210は、モジ
ュールアクチュエータ230のそれぞれの入口点及び出
口点、各モジュールアクチュエータ230によりオブジ
ェクトに対し適用されることができる最大加速力及び遅
延力、及び/または各モジュール制御装置220の応答
時間を認識することができる。
【0020】システム制御装置210は、各オブジェク
トに対する計画された軌道を、通信リンク250経由で
ローカルなモジュール制御装置220にダウンロードす
る。1つの例示的な実施の形態では、システム制御装置
210は、時間が最適な軌道をダウンロードし、経路2
40に沿って一つの点から他の点まで最も短い可能な時
間で高速でオブジェクトを移動させ、モジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステム200の生産性を向上させ
ることができる。
【0021】経路240に対する軌道では、オブジェク
トは経路240に沿って、オブジェクトが複数のモジュ
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、最大作動または最小作動のい
ずれかを、それら2つの間の別々の切り替えにより、適
用する各モジュールアクチュエータ230により、実行
されることができる。これは、n個のモジュールアクチ
ュエータ230を含む任意のモジュラーオブジェクトハ
ンドリングシステム200を考慮することにより証明す
ることができる。各モジュールアクチュエータ230
は、アレイA=[a1,,,,an]を用いて、オブジェ
クトに最大加速度aを適用することができる。ここで、
nは、n番目のモジュールアクチュエータ230の最
大加速度である。n個のモジュールアクチュエータ23
0はまた、アレイR=[r1,,,,rn]を用いて、オ
ブジェクトに最大遅延rを適用することができる。ここ
で、rnは、n番目のモジュールアクチュエータ230
の最大遅延である。オブジェクトは、何らかの速度v0
で経路240に入り、何らかの速度vnでその経路24
0から出て行く。
【0022】そうすると、他の制約はないと仮定すれ
ば、初期位置及び初速度v0が与えられると、望ましい
軌道は、各モジュールアクチュエータに対する最大加速
を用いてオブジェクトの移動の式を、前進一次積分する
ことにより決定することができる。その後、所望の最終
位置及び速度vnが与えられると、各モジュールアクチ
ュエータに対する最大遅延を用いてオブジェクトの移動
の式を後退一次積分する。次に、2つの軌道の交差、す
なわち、切り替え時間を決定する。言い替えると、オブ
ジェクトは、各モジュールアクチュエータ230からの
最大加速の下、切り替え時間まで、前方に移動し、その
後、各モジュールアクチュエータ230による最大遅延
で、そのオブジェクトが最終位置及び速度になるまで、
遅延される。
【0023】上述したように、システム制御装置210
は、各モジュール制御装置220に各オブジェクトに対
する軌道を提供する。モジュール制御装置220はこれ
を使用して、オブジェクト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オブジェクト
が入るとそのオブジェクトを移動させる。通信リンク2
50経由の距離−時間軌道の各モジュール制御装置22
0への伝達は、軌道上の一連の点を供給することにより
行うことができる。しかしながら、そのような表示で
は、かなりの通信帯域幅が必要となり、とりわけ、複数
ある通信リンク250経由で、軌道情報が全てのモジュ
ール制御装置230にダウンロードされなければならな
い場合にそうである。
【0024】軌道は、通信リンク250経由で実時間に
幾つかのモジュール制御装置220に伝達されるので、
通信リンク250をオーバーロードしない、かつ計算上
効率のよい軌道のコンパクトで効率のよい表示を提供す
ることが望ましい。例えば、軌道は、距離−時間空間内
の関数として考えられる。実際、これらの関数は、幾つ
かの基本関数の展開として表すことができる。基本関数
は、計算上効率がよく、いったん知られると、軌道は再
構成させることができる。そのような基本関数の例とし
ては、多項式、例えば、多項式スプライン基本関数が挙
げられる。そのような表示により、システム制御装置2
10がローカルな制御モジュール220に送る必要のあ
る浮動小数点数の量が減少する。したがって、通信リン
ク250のネットワークを停滞させずに、高速制御が可
能となる。
【0025】例えば、軌道は三次式近似として表すこと
ができ、ここでy(t)は軌道上のオブジェクトの位置
であり、v(t)は速度であり、a(t)は加速度であ
る。軌道上のオブジェクトの位置、速度、及び加速は以
下のように表すことができる。
【0026】y(t)=a0+a1(t−t0)+a2(t
−t02+a3(t−t03、 v(t)=a1+2a2(t−t0)+3a3(t−
02、 a(t)=2a2+6a3(t−t0) 式において、a0、a1、a2及びa3は定数であり、t0
≦t≦t1であり、tは特定の時間である。
【0027】これらのスプラインのそれぞれは、時間t
0からt1までのデカルト平面上の曲線として表すことが
でき、ここで、位置y、速度v、または加速度aのいず
れかが1つの軸上で表され、時間tが他の軸上で表され
る。曲線のそれぞれの形が、定数a0、a1、a2及びa3
により決定される。
【0028】このように、いったん定数a0、a1、a2
及びa3が分かれば、どの位置y(t)も、上記三次式
近似により規定される曲線に沿って推定することができ
る。軌道上のオブジェクトの速度を表すスプラインv
(t)は、位置y(t)の微分を取ることにより与えら
れる。同様に、軌道上のオブジェクトの加速を表すスプ
ラインa(t)は、速度v(t)の微分を取ることによ
り与えられる。
【0029】初期時間t0と最終時間t1を選択すること
により、定数のそれぞれは、以下のようになる。
【0030】a0=y0、 a1=v0
【0031】
【数1】
【0032】
【数2】
【0033】式において、y0及びy1は、それぞれ、時
間t0及びt1での軌道上のオブジェクトの位置である。
【0034】v0及びv1は、それぞれ、時間t0及びt1
での軌道上のオブジェクトの速度である。
【0035】定数a2及びa3の上記表示は、時間t1
0との間の位置の変化、すなわち、y1−y0、lと示
す、及び時間t1とt0との間の総経過時間、すなわち、
1−t0、dと示す、を表すことにより、さらに簡単に
できる。このように、定数は、以下のようになる。
【0036】a2=(3l/d−2v0−v1)/d a3=(v0+v1−2l/d)/d2 モジュラーオブジェクトハンドリングシステム200
は、複数のモジュールアクチュエータ230を含むこと
ができる。このモジュラーオブジェクトハンドリングシ
ステム200では、オブジェクトが第1のモジュールア
クチュエータ230に入る時間はtl-1またはt0であ
る。オブジェクトが最後の、すなわちn番目のモジュー
ルアクチュエータ230を出る時間はtnである。この
ように、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム
200内にあるオブジェクトの期間はtn−t0である。
オブジェクトがj番目のモジュールアクチュエータ23
0に入る時間はtj-1であり、オブジェクトがj番目の
モジュールアクチュエータ230を出る時間はtjであ
る。このように、オブジェクトがj番目のモジュールア
クチュエータ230内にある時間はtj−tj-1である。
【0037】オブジェクトがj番目のモジュールアクチ
ュエータ230内にある時間を表す間隔tj−tj-1
は、定数a0、a1、a2及びa3は、上記スプラインが全
システム軌道、すなわち、モジュラーオブジェクトハン
ドリングシステム200全体内のオブジェクトの軌道を
表すように、決定することができる。しかしながら、全
システム軌道を、j番目のモジュールアクチュエータ2
30内で変えなければならない場合、新しい定数a0
1、a2及びa3を決定しなければならない。この新し
い軌道は、tj-1で始まり、連続であり、旧軌道との連
続一次微分を有する。
【0038】モジュラーオブジェクトハンドリングシス
テム200が作動している時には、複数のオブジェクト
が軌道に沿って経路を通って移動することができ、この
軌道は、以上で説明したように決定され、表されてもよ
い。これらの環境下では、システム制御装置210の機
能の1つは、オブジェクトがどこで衝突するかという状
況を理解し、そのような衝突を避けることとすることが
できる。システム制御装置210は、経路240内のオ
ブジェクトの相対的な位置及び速度を基に衝突を検出す
ることができる。
【0039】この発明にかかる、衝突を検出し、それを
避けるための方法の1つの例示的な実施の形態では、シ
ステム制御装置21は、オブジェクトが移動するのに伴
うオブジェクトの軌跡を保存する。オブジェクトが互い
に近接しすぎ、同時に、相対速度がゼロでなければ、シ
ステム制御装置210はオブジェクトの軌道を再規定
し、オブジェクトが衝突しないようにする。モジュール
アクチュエータ230により移動させることができる最
大加速度の境界を示すと、加速度はa(t)であり、a
(t)∈[−amax、amax]。そのため、最大相対加速
度は以下のようになる。
【0040】acoll-avoid=2amax 衝突回避法のこの例示的な実施の形態によれば、システ
ム制御装置210は、連続して、全てのオブジェクトに
対し、相対オブジェクト空間及び相対速度をモニタし、
連続して、上述したように軌道エンベロープを更新す
る。システム制御装置210が、1つのオブジェクトが
もう1つのオブジェクトと近接しすぎて移動していると
決定するといつでも、ローカルなモジュール制御装置2
20に、後続のオブジェクトの速度を遅くすることによ
り適当なオブジェクトの相対速度が減少するようにさせ
る。これは、適当なモジュールアクチュエータ230の
終わりで、到着時間を増加させることにより、位置−時
間参照軌道を変更させることにより達成される。このよ
うに、オブジェクトは常に、システム制御装置210に
より、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム2
00の安全な領域内に維持される。度重なる補正にも関
わらず、依然としてオブジェクトが共に接近しすぎて移
動する傾向があれば、システム制御装置210は、オブ
ジェクトのすべての速度を徐々に遅くすることにより、
全てのオブジェクトをスムーズに停止させる。
【0041】上述したように、図2に示したモジュラー
オブジェクトハンドリングシステム200は、以上で概
略を説明した技術を用いるフィードバック制御を用い
て、オブジェクトの追跡を行う。ローカルなモジュール
制御装置220は、システム制御装置210により提供
された軌道を受理し、その個々のモジュールアクチュエ
ータ230を制御して、オブジェクトが望ましい軌道上
にあるように維持する。必要であれば、ローカルなモジ
ュール制御装置220はまた、システム制御装置210
及び他のローカルなモジュール制御装置220とも連絡
し、オブジェクトが適当な軌道上にあるように維持す
る。
【0042】モジュールアクチュエータ230は様々な
タスクを実行することができる。個々のタスクは、適当
な空間−時間に対応する記述内容を有する。全体のシス
テム軌道計画は、モジュールアクチュエータ230のそ
れぞれのタスクにより課せられた制約を維持することに
より実行される。例えば、1つのモジュールアクチュエ
ータ230内で静止しているオブジェクトのドウェル時
間は、距離−時間軌道内の水平線に対応する。オブジェ
クトが同時に2つのモジュールアクチュエータ230内
にあると、この状況は、両方のモジュールアクチュエー
タ230に対し特定された距離領域内の、同じ傾き、す
なわち速度を有する軌道として記述することができる。
そのため、軌道は、経路240上のオブジェクトを移動
するのに関係する制約を効果的にコード化するように動
作する。
【0043】図2に示した通信リンク250が使用さ
れ、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム20
0中のモジュール制御装置220、システム制御装置2
10及び/または他の中間制御装置(図示せず)間で、
前後に軌道情報が伝達される。この情報の2方向の流れ
により、軌道に対し実時間補正を行うことができる。こ
れにより、経路240内の複数のオブジェクト間の衝突
が、確実に解決される。例えば、2つのオブジェクトが
接近しすぎ始めると、その状態が感知され、軌道は適当
に、モジュール制御装置220自体により、あるいはシ
ステム制御装置210により再計画される。その後、新
規軌道は適当なモジュールアクチュエータ230に伝達
される。そして次に、モジュールアクチュエータ230
はその作動を変更し、新規軌道を追跡する。
【0044】上記モジュラーオブジェクトハンドリング
システム200は、従来の、単一制御装置、オブジェク
トハンドリングシステム100に比べ、多くの優れた利
点を有する。例えば、軌道を追跡するための能動フィー
ドバック制御を使用すると、異なる型のオブジェクトを
取り扱うことが可能となる。上記制御技術は、オブジェ
クト特性に基づくパラメータを有することができ、実時
間でオブジェクトの型に基づき調整させることができ
る。これは、オブジェクト特性をモジュラーオブジェク
トハンドリングシステム200に入力することより実行
することができる。代わりに、これは、オブジェクト特
性を動作中に選択するモジュラーオブジェクトハンドリ
ングシステム200により、実行することができる。
【0045】高い生産性のため、オブジェクトをより高
速で移動させることが望ましい。モジュラーオブジェク
トハンドリングシステム200は、オブジェクトを望ま
しい軌道上に維持するためにフィードバック制御を使用
する。能動感知及びフィードバック制御を使用すると、
望ましい軌道からのずれを実時間で補正するのが助けら
れ、オブジェクトは高い精度で移動することができる。
【0046】オブジェクトの移動は実時間でモニタされ
るので、衝突あるいは他の妨害事象が起こるかもしれな
いどのような状況も、モジュラーハンドリングシステム
200により検出される。それに応じて、軌道は再計画
され、衝突あるいは他の妨害事象は回避される。単に軌
道を再計画することにより状況を補正することができな
い場合、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム
200は、経路240に沿って移動するオブジェクトを
スムーズに停止させるように制御される。
【0047】最後に、オブジェクトを取り扱うためによ
りアクティブなフィードバック制御を用いると、モジュ
ールアクチュエータ230の必要精度が減少する。感知
及び制御により精度が維持されるために、より精度低く
製造されたモジュールアクチュエータ230を用いてオ
ブジェクトを取り扱うことができる。システム及びモジ
ュール制御装置210、220のコストがより安くなる
ので、精密なハードウエアのコストがほとんど一定で
も、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム20
0の全体のコストは、時と共に減少する。
【0048】上記モジュラーオブジェクトハンドリング
システム200の動作中、各オブジェクトに対しシステ
ム制御装置210により提供される軌道は、制約及び要
求のサブセットを考慮する。公称軌道は、上述の時間最
適軌道とすることができるが、単一オブジェクトのため
の正規の所望の挙動を表すために提供される。それ自
体、公称軌道は、全てのそのような関連する制御基準を
コード化する。関連する制御基準としては、物理的制
約、例えば、個々のモジュールアクチュエータ230内
にある時の最大オブジェクト速度など、及びタスク要
求、例えば、目標とする時間、目標とする速度で目標と
する位置に到達する、などが挙げられる。
【0049】上記モジュラーオブジェクトハンドリング
システム200を使用して、どのオブジェクトも移動さ
せることができる。例えば、モジュラーオブジェクトハ
ンドリングシステム200は、アナログまたはデジタル
コピー機、プリンタ、あるいは他の像形成装置における
移送システムなどの、シートと共に使用するためのモジ
ュラー媒体ハンドリングシステムとすることができる。
モジュラーオブジェクトハンドリングシステム200の
そのような例示的な実施の形態では、モジュールアクチ
ュエータ230により実行されるタスクとしては、シー
トの移動、シートの反転、シートの脱カール、像の転写
及び溶融固定が挙げられる。そのため、公称軌道は、こ
れらのタスクの制御基準をコード化する。
【0050】他の例示的な適用では、モジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステム200は、航空機における
航空管制(フライトコントロール)システムとすること
ができる。この例では、システム制御装置210は、地
上を基礎とし、モジュール制御装置220及びモジュー
ルアクチュエータ230は、航空機上とすることができ
る。予め決められた軌道及び軌道エンベロープを使用す
ると、自由飛行に向かう航空業界の最近の変化という観
点において特に好都合である。自由飛行では、パイロッ
トは、所定のルートの代わりに自分自身の軌道を選択す
ることができる。このように、衝突エンベロープが使用
されると、他の航空機との衝突が回避され、制御エンベ
ロープが使用されると、確実に航空機は時間通りに目的
地に到着することができる。
【0051】航空管制システムとしてモジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステム200を使用するには、像
形成装置内の移送システムとして使用する場合とは必然
的に異なる違いがある。例えば、像形成装置では、移動
するシートは静止したモジュールアクチュエータ230
による取り扱いを受けた。しかしながら、航空管制シス
テムでは、モジュールアクチュエータは、オブジェクト
すなわち航空機に搭載されている。このように、航空機
の制約、例えば、動力学、航空機のエンジンの最大加速
度、などは、航空機と共に移動し、一方、シートの制
約、例えば、所定のモジュールアクチュエータ230の
最大加速度などは、像形成装置内のシートの位置に依存
する。
【0052】さらに、別の例示的な適用では、モジュラ
ーオブジェクトハンドリングシステム200は、新聞印
刷機などの製品組立てラインの組立てライン制御システ
ムとすることができる。この例では、経路240は、組
立てラインであり、モジュールアクチュエータ230は
組立てラインに沿って領域の制御を行う。公称軌道は、
モジュールアクチュエータ230の公称性能を基に予め
決めることができる。
【0053】図3は、モジュラーオブジェクトハンドリ
ングシステム200が、像形成装置のモジュラー記録媒
体ハンドリングシステムであり、オブジェクトは記録媒
体のシートである場合のシート前縁に対する典型的な時
間−距離の公称軌道のグラフである。上述したように、
三次式近似は、時間−距離軌道を表す唯一の可能な様式
を構成する。
【0054】モジュラー媒体ハンドリングシステム20
0が作動していると、システム制御装置210は、この
公称軌道の関連する一部を基準軌道として、モジュール
制御装置220に伝達する。システム制御装置210
は、ローカル制御をモジュール制御装置220に委ね
る。例えば、軌道が各モジュールアクチュエータ230
の進入及び退出時間、及び速度を含んでいれば、これら
の時間及び速度のみが対応するモジュール制御装置22
0に伝達されなければならない。モジュール制御装置2
20は、その後、個々のモジュールアクチュエータ23
0から、各シートの進入及び退出間のシートの挙動に対
し必要な情報を再構成する。
【0055】上述したように、公称軌道からのずれは、
典型的には、モジュラー媒体ハンドリングシステム20
0の動作中に起こる。公称軌道からのずれが小さいと、
全ての制御はモジュール制御装置220に任せることが
できる。モジュール制御装置220は、他のモジュール
制御装置220及び他のモジュールアクチュエータ23
0の挙動、及びそのような他のモジュール制御装置22
0及びモジュールアクチュエータ230の制御下にある
モジュールアクチュエータ230の外側のシート、と関
係する必要はない。モジュール制御装置220はまた、
全制御基準が満たされているか、例えば目標とする時間
が満たされているか、あるいはシートが今にも衝突しそ
うであるか、について関係する必要はない。
【0056】対照的に、システム制御装置210は、モ
ジュールアクチュエータ230の挙動、全制御基準が満
たされているかどうかと関係する。1つ以上のモジュー
ルアクチュエータ230の挙動が予期された挙動からは
ずれていると、システム制御装置210は、何が起きて
いるのか、潜在的な影響、及びこれらずれをどのように
補正あるいは補償するかを決定する。特に、公称軌道か
らのずれは、上記制約および要求を侵害することがあ
り、これにより、シートが衝突し、標的に辿り着かず、
あるいは1以上の最適基準が侵害されることとなること
がある。このように、1つのモジュールアクチュエータ
230内で1つのシートが遅れると、システム制御装置
210はその後のシートが衝突するかどうかを決定し、
関連するモジュール制御装置220に通知し、ことによ
ると新規軌道を発生させることさえしなければならな
い。
【0057】システム制御装置210の1つの主な義務
は、どの制御基準が侵害されているかを決定することで
ある。システム制御装置210は、様々な制御基準の状
態を決定することができる。例えば、システム制御装置
210は、オブジェクトがトラック上にあるかどうかを
決定することができるだろう。これは、モジュールアク
チュエータ230の挙動が、公称軌道に十分近いかどう
かを確認することにより決定することができる。そうで
あれば、それ以上のモニタリングは必要ではない。
【0058】制御基準の状態を決定し、決定された状態
を認識しそれに応答するには、複雑な決定、例えば、上
記様々な技術が必要であり、複数のモジュールアクチュ
エータ230及びシートからの制約が関係することがあ
る。幾つかの問題、例えば、依然標的に辿り着くかどう
かを決定する、では、現在の位置から全軌道を再計画す
る必要さえある。これを実時間で実行するのは困難であ
ろう。このように、制御ルーチンは連続して実行される
ので、実時間で応答するためには、システム制御装置2
10は、近似決定及び帰納法に訴え、ずれの影響を認識
し、軌道を再計画しなければならないかもしれない。
【0059】そのため、これらの高価で複雑な方法を、
軌道及び軌道エンベロープを検索し、結合させ、比較す
るためのより簡単なシステム及び方法と置換するシステ
ムレベルの制御及びモニタリングシステム及び方法を提
供することが望ましい。
【0060】これは、システム制約及びタスク要求の様
々な組み合わせをコード化する予め決められた軌道及び
軌道エンベロープを用いて達成される。軌道エンベロー
プは、対象となっている制御基準を示す他の軌道の周り
の領域を示す。例えば、衝突を回避するためにオブジェ
クトをモニタするためにオブジェクト間の距離を連続的
に確認する代わりに、公称軌道の周りの予め決められた
衝突エンベロープを使用することができる。このよう
に、各オブジェクトが、そのオブジェクトの衝突エンベ
ロープ内にある限り、オブジェクトは衝突しない。衝突
エンベロープは、上記安全領域と同様の様式で決定する
ことができる。しかしながら、連続的に決定する代わり
に、システムの作動前に衝突エンベロープを決定するこ
とができる。
【0061】他の例示的な実施の形態では、1つのオブ
ジェクトがその公称軌道からずれると、全てのモジュー
ルアクチュエータ230に対し、依然として標的に辿り
着けるかを決定するために、軌道の再計画を行うよりむ
しろ、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム2
00は制御エンベロープを使用する。このように、オブ
ジェクトがそのオブジェクトの制御エンベロープ内にあ
る限り、オブジェクトは依然として標的に到達すること
ができる。軌道エンベロープは、1つ以上の軌道により
表すことができ、これは、例えば、対象となっている領
域の境界を示す。
【0062】このように、制御及び衝突境界を示す複数
の予め決められた軌道と共に、予め決められた軌道エン
ベロープを使用して、対象となっている制御基準をコー
ド化することができる。異なる軌道エンベロープは異な
る制御基準を表す。1つのオブジェクトの現在の状態
(位置、速度、など)を、それらの予め決められた軌道
エンベロープと比較することにより、システム制御装置
210は、その状態が基準を満たしている程度を直ちに
決定することができる。比較オペレータは軌道エンベロ
ープが何をコード化するかに依存する。例えば、時間−
距離軌道エンベロープを用いると、図3に示される公称
軌道と類似の形式であるとすると、システム制御装置2
10は、現在の時間のオブジェクトの位置がエンベロー
プの境界の左または右方向にあるかどうかを確認するこ
とのみが必要である。当業者は、容易に、距離−時間空
間の上記説明から、オブジェクトの現在の位置を、異な
る空間−時間に対する予め決められた軌道エンベロープ
と、どのように比較するかを理解することができるの
で、そのような比較の詳細な説明は省略する。
【0063】軌道及び軌道エンベロープは、適当な周知
の方法あるいは最近考案された方法を用いて決定するこ
とができる。例えば、軌道及び軌道エンベロープは、適
当な制御及び衝突安全領域、例えば、最適制御及び衝突
安全領域を決定するために使用される決定に従い、得ら
れる。
【0064】どのように軌道及び軌道エンベロープが決
定されたかに関係なく、軌道及び軌道エンベロープを予
め決定すると、軌道及び軌道エンベロープ間の比較のみ
を含む制御ルーチンが簡単になる。これにより、システ
ム制御装置210は、モジュラーオブジェクトハンドリ
ングシステム210の動作中に、実時間で、軌道及び軌
道エンベロープを決定しなければならないことから回避
できる。
【0065】図4は、サンプルシステム及びタスク制約
に対する軌道及び軌道エンベロープを示した図である。
例えば、公称軌道400は、距離−時間面を大体二分す
るように示されている。図4には、衝突エンベロープ5
00が示されている。この衝突エンベロープは、公称軌
道400の左、すなわち時間的に前の進み衝突軌道51
0、及び公称軌道400の右、すなわち時間的に後の遅
れ衝突軌道520により規定される。進み衝突軌道51
0は、オブジェクトが、ある速度で経路240上のある
点からはずれ、他のオブジェクト、例えば経路240上
のそのオブジェクトのすぐ前のオブジェクトと衝突しな
い最も早い進み時間を規定する。遅れ衝突軌道520
は、オブジェクトが、ある速度で経路240上のある点
からはずれ、他のオブジェクト、例えば経路上のそのオ
ブジェクトのすぐ後のオブジェクトと衝突しない最も後
の遅れ時間を構成する。この進み−遅れ衝突エンベロー
プ500は、このように、あるオブジェクトとそのオブ
ジェクトの前または後のオブジェクトとのある最小距離
をコード化するために使用される。オブジェクトがその
オブジェクトの衝突エンベロープ500内にある限り、
前後のオブジェクトは、それらの公称軌道から最小距離
を越えてずれることはなく、これにより、オブジェクト
は衝突しない。
【0066】図4にはまた、公称軌道400の左方向、
すなわち時間的に前の進み制御軌道610、及び公称軌
道400の右方向、すなわち時間的に後の遅れ制御軌道
620により規定される制御エンベロープ600が示さ
れている。進み制御軌道610は、オブジェクトがある
速度で経路240上のある点からはずれ、それでも依然
としてそのタスクを達成することができる最も早い進み
時間を構成する。遅れ制御軌道620は、オブジェクト
がある速度で経路240上のある点からはずれ、それで
も依然としてそのタスクを達成することができる最も後
の遅れ時間を構成する。このように、進み−遅れ制御エ
ンベロープ600は、あるオブジェクトが配置されなけ
ればならないある位置をコード化するために使用され
る。オブジェクトがそのオブジェクトの制御エンベロー
プ内にある限り、前後のオブジェクトは、そのタスクを
達成することができる。
【0067】上記遅れ制御軌道620は、オブジェクト
が公称軌道400に従い第1のモジュールアクチュエー
タ230に入るように予定されるとすぐに第1のモジュ
ールアクチュエータ230に入るオブジェクトに対し、
オブジェクトがある速度である点からはずれ、それでも
依然としてそのタスクを達成することができる最も後の
遅れ時間を構成する。言い替えると、遅れ制御軌道62
0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。しかしながら、図4にはまた、
オブジェクトが第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達成することができる
最も後の遅れ時間を構成する遅れ制御軌道630も示さ
れている。このように、遅れ制御軌道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。
【0068】軌道400、510、520、610、6
20、630及び軌道エンベロープ500,600の各
々は一連のタプル(tuples)として表すことができる。
例えば、モジュラーオブジェクトハンドリングシステム
200では、n番目のモジュールアクチュエータ230
が最後のモジュールアクチュエータ230であり、j番
目のモジュールアクチュエータ230は第1番目と第n
番目のモジュールアクチュエータ230との間のモジュ
ールアクチュエータ230の1つであり、一連のタプル
は、to,vo−t1,v1.....,tj-1,vj-1−t
j,vj.....,tn-1,vn-1−tn,vnと表すこと
ができる。これらのタプルにおいて、t oとvoは第1の
モジュールアクチュエータ230に入るオブジェクトの
時間と速度を表し、t1とv1は第1のモジュールアクチ
ュエータ230を出るオブジェクトの時間と速度を表
し、tj-1とvj-1は第j番目のモジュールアクチュエー
タ230に入るオブジェクトの時間と速度を表し、tj
とvjは第j番目のモジュールアクチュエータ230を
出るオブジェクトの時間と速度を表す。同様に、tn-1
とvn-1、及びtnとvnは、n番目、すなわち、最後の
モジュールアクチュエータ230に関するオブジェクト
の入退出時間と速度を表す。
【0069】動作において、各オブジェクトには、その
基準軌道として、適当な主な公称軌道が与えられる。各
オブジェクトをそのオブジェクトの主な公称軌道内に維
持する責任は、モジュール制御装置220間で分散され
る。すなわち、モジュール制御装置220は、各オブジ
ェクトをその特別な主な公称軌道上に維持しようとす
る。その後、システム制御装置210が呼び出され、繰
り返し、1つのシーケンス内の全てのオブジェクトに対
する現在の状況にアクセスし、必要なら措置をとる。特
に、システム制御装置210は、特別の空間−時間にお
いてオブジェクト距離をモニタし、衝突を認識し、オブ
ジェクトを遅延させ、可能であれば衝突を回避し、標的
に達することがもはや不可能であれば、経路240に沿
うオブジェクトの移動を中止する。重要な実時間決定
は、オブジェクトの位置の軌道及び他の位置との比較で
ある。この単純な衝突回避メカニズムは1つの軌道エン
ベロープを用い潜在する衝突を認識し、他のエンベロー
プを用いてオブジェクトが依然として制御可能かどうか
を確認する。その後、システム制御装置210は、ある
量だけ特別なオブジェクトを遅らせるあるいは進めるよ
うに、その場所でモジュール制御装置220に指示する
ことができる。
【0070】この発明の制御システム及び方法は、ずれ
が小さく均一である場合に特によく働く。そのような状
況では、全てのオブジェクトを同じモジュールで遅らせ
ることができる。
【0071】図5は、マルチレベルモジュラーオブジェ
クトハンドリングシステムのシステムレベル制御での予
め決められた軌道及び軌道エンベロープを用いるための
1つの例示的な実施の形態の概略を示した流れ図であ
る。この実施の形態では、衝突エンベロープは、図4に
示されるように、制御エンベロープよりも小さい。
【0072】ステップS1000で始め、制御はステッ
プS1100まで続き、そこで、オブジェクトが分析用
に選択される。いったんオブジェクトが選択されると、
制御はステップS1200まで続き、そこで、オブジェ
クトがその予め決められた衝突エンベロープ内にある
か、すなわち、オブジェクトが前のあるいは後のオブジ
ェクトと衝突する可能性があるか、について決定がなさ
れる。そのオブジェクトがその予め決められた衝突エン
ベロープ内にあると、制御はステップS1100にもど
り、他のオブジェクトが分析のために選択される。上述
しように、衝突エンベロープは制御エンベロープよりも
小さいので、オブジェクトが制御エンベロープ内にある
かどうかについて決定する必要はない。このように、そ
のオブジェクトが衝突エンベロープ内にあれば、そのオ
ブジェクトはまたその制御エンベロープ内にあるに違い
ない。その代わりに、そのオブジェクトがその衝突エン
ベロープ内にないと、制御はステップS1300まで続
く。
【0073】ステップS1300では、オブジェクトが
その制御エンベロープ内にあるか、すなわち、オブジェ
クトがその割り当てられたタスクを達成することができ
る見込みがあるかについて決定される。そのオブジェク
トがその制御エンベロープ内にあれば、制御はステップ
S1400まで続く、そうでなければ、制御はステップ
S1500まで飛ぶ。ステップS1400では、そのオ
ブジェクトは、潜在的に衝突すると記録される。その
後、潜在的に衝突するという記録が使用されて、他のオ
ブジェクトに対し適当な予め決められた衝突エンベロー
プのその後の選択がなされる。その時にのみ、潜在的に
衝突するオブジェクト間の実際の距離を計算し、以上で
示した措置をとる、例えば、オブジェクトの1つを遅ら
せる必要がある。
【0074】そのオブジェクトはステップS1200に
おいて、その衝突エンベロープの外側にあると決定され
たので、そのオブジェクトは衝突する可能性がある。し
かしながら、そのオブジェクトはステップS1300
で、制御エンベロープ内にあると決定されているので、
制御はその後、ステップS1400からステップS11
00にもどり、そこで、他のオブジェクトが分析のため
に選択される。
【0075】その代わりに、ステップS1500では、
公称軌道、衝突エンベロープ及び/または制御エンベロ
ープが再計画されるべきかについて決定される。そうで
あれば、制御はステップS1600まで続く。そうでな
ければ、制御はステップS1700に飛ぶ。ステップS
1600では、1以上の公称軌道、衝突エンベロープ及
び/または制御エンベロープが再計画される。これはま
た、システムタスク要求の改良となる。その後、制御は
ステップS1100にもどり、そこで、他のオブジェク
トが分析のために選択される。
【0076】その代わりに、公称軌道、衝突エンベロー
プ及び/または制御エンベロープが再計画されるべきで
はないと決定されると、制御はステップS1700まで
続き、そこで分析が終了する。
【0077】図6は、そのオブジェクトが図5のステッ
プS1200のその衝突エンベロープ内にあるかどうか
を決定するための方法の1つの例示的な実施の形態の概
略をより詳細に示した流れ図である。ステップS120
0で始まり、制御はステップS1210まで続き、そこ
で、そのオブジェクトのために予め決められた公称軌道
が参照される。それから、ステップS1220におい
て、予め決められた衝突エンベロープが参照された予め
決められた公称軌道に対し、参照される。次に、ステッ
プS1230で、オブジェクトの実際の現在の状態、例
えば、速度、加速度及び/または位置が参照される。制
御はステップS1240まで続く。
【0078】ステップS1240では、オブジェクトの
参照された実際の現在の状態が、その時間の参照された
衝突エンベロープ内にあるかについて決定される。そう
であれば、制御は図5のステップS1100に戻る。そ
うでなければ、制御は図5のステップS1300に戻
る。
【0079】図7は、図5のステップS1300のその
制御エンベロープ内にそのオブジェクトがあるかについ
て決定する方法の1つの例示的な実施の形態の概略をよ
り詳細に示した流れ図である。ステップS1300で始
まり、制御はステップS1310まで続き、そこで、そ
のオブジェクトの予め決められた公称軌道が参照され
る。この参照された予め決められた公称軌道は、ステッ
プS1200の同じ公称軌道とすることができる。次
に、ステップS1320で、予め決められた制御エンベ
ロープが、参照された予め決められた公称軌道に対し参
照される。その後、ステップS1330で、オブジェク
トの実際の現在の状態、例えば、速度、加速度及び/ま
たは位置が参照される。オブジェクトのこの実際の現在
の状態は、ステップS1200の同じオブジェクトの状
態とすることができる。その後、制御はステップS13
40まで続く。
【0080】ステップS1340では、オブジェクトの
参照された実際の現在の状態が、その時間に対する参照
された制御エンベロープ内にあるかについて決定され
る。そうであれば、制御は図5のステップS1400に
もどる。そうでなければ、制御は図5のステップS15
00にもどる。
【0081】この発明の予め決められた軌道及び軌道エ
ンベロープを使用するための方法の他の例示的な実施の
形態によれば、制御エンベロープは衝突エンベロープよ
りも小さくできる。この別の例示的な実施の形態を示し
ている流れ図は、ステップS1200とS1300とが
並列されることを除き、図5の流れ図と同様である。こ
のように、オブジェクトがその制御エンベロープ内にあ
るかについての第1の決定がなされる。そうでなけれ
ば、その後、オブジェクトがその衝突エンベロープ内に
あるかについての第2の決定がなされる。
【0082】この発明の予め決められた軌道及び軌道エ
ンベロープを使用するための装置及び方法の他の例示的
な実施の形態では、軌道及び軌道エンベロープは、シス
テム制約及びタスク要求を明確に表すことにより予め決
定される。軌道及び軌道エンベロープは、手作業により
決定を実行する、例えば、手作業により三次式近似のコ
ード化を行い、システム制約及びタスク要求を明確に表
すことにより予め決定することができる。
【0083】手作業により三次式近似を決定するにはま
た、システム制約を、タスク要求とは別々に取り扱うこ
とが必要となる。例えば、システム制約は、全ての可能
な軌道及び軌道エンベロープに対し確かな制約として、
手作業により取り扱うことができる。すなわち、全ての
軌道および軌道エンベロープが、システム制約を満たす
ように、手作業により予め決定される。対照的に、少な
くとも幾つかのタスク要求は、公称軌道に適用される柔
らかい制約を単に構成するものとして手作業により取り
扱われる。すなわち、これらのタスク要求は、ある軌道
及び軌道エンベロープにより妨害されることがある。
【0084】手作業による三次式近似の決定は、新しい
モジュラーオブジェクトハンドリングシステム200を
作成すると実行することができる。手作業による三次式
近似の決定はまた、モジュールアクチュエータ230の
制約または配列を変更することにより現存のモジュラー
オブジェクトハンドリングシステム200を改良する
と、実行することができる。
【0085】しかしながら、手作業による三次式近似の
決定は、単純で退屈であり、時間がかかる。このよう
に、本発明の予め決められた軌道及び軌道エンベロープ
を使用するための装置及び方法の他の例示的な実施の形
態においては、軌道及び軌道エンベロープが自動的に予
め決められる。実際、システム制約及びタスク要求を明
確に表すと、自動的に軌道及び軌道エンベロープを自動
的に予め決定するのに役に立つ。例えば、システム制約
及びタスク要求が明確に表されるので、軌道及び軌道エ
ンベロープは、制御基準が変更されるときに作成される
新しい制約を追加すると、自動的に予め決定されること
が可能である。
【0086】明確に表されたシステム制約及びタスク要
求により、個々のモジュールアクチュエータ230は、
独立して記述されることが可能となる。システム制約及
び/またはタスク要求の観点から独立してモジュールア
クチュエータ230のそれぞれの記述を行うことによ
り、モジュールアクチュエータ230の配列がいったん
特定されると、軌道及び軌道エンベロープが自動的に予
め決定されることが可能となる。このように、軌道及び
軌道エンベロープは、様々なシステム構成に対し自動的
に予め決定することができる。軌道及び軌道エンベロー
プを自動的に予め決定するこの傾向は、各モジュールア
クチュエータ230に対する別個に明確に表されたシス
テム制約及びタスク要求についての以下の説明を基本と
すれば、とりわけ、当業者にとって明らかである。
【0087】一般に、システム制約及びタスク要求は、
物理的制約、タスク制約、ユーザの好み、最適性および
エラー確実性(robstness)の観点から記述することが
できる。物理的制約の例としては、最大モジュールアク
チュエータ230動作力、最大オブジェクト速度、モジ
ュールアクチュエータ230間の最大速度差、及び最小
オブジェクト距離が挙げられる。タスク制約の例として
は、標的オブジェクト位置及び時間、及び最大及び平均
オブジェクト速度が挙げられる。ユーザの好みの例とし
ては、特定の輸送戦略及びオブジェクトの順序が挙げら
れる。最適性の例としては全体の処理量が挙げられる。
エラー確実性の例としては、平均オブジェクト挙動変量
に対する緩衝領域が挙げられる。
【0088】より特別には、システム制約はモジュール
アクチュエータ230のすべての結合された制約を含
む。各モジュールアクチュエータ230は、特定の組の
モジュール制約を受ける。例えば、各モジュールアクチ
ュエータ230は、最大及び最小速度制限と、最大及び
最小加速度制限とを有する。このように、1つの軌道に
おける速度及び加速度は、モジュールアクチュエータ2
30のそれぞれの最小及び最大速度及び加速度により制
限される。
【0089】共に複数のモジュールアクチュエータ23
0を制御するとまた、モジュール制約が生じる。特に、
共に制御されている異なるモジュールアクチュエータ2
30内の軌道に沿って移動しているオブジェクトの速度
は同じでなければならない。そうでなければ、異なるモ
ジュールアクチュエータ230内のオブジェクトに同時
に他の制御を適用することができないであろう。
【0090】他の例として、2つのモジュールアクチュ
エータを互いに隣接して配置すると、モジュール制約が
生じる。特に、2つの隣接するモジュールアクチュエー
タ間の速度の違いが制限される。そうでなければ、オブ
ジェクトは、そのオブジェクトが1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230に移動されると、損傷を受けるかもしれない。
【0091】タスク要求もまた、個々のモジュールアク
チュエータ230、例えばあるモジュールアクチュエー
タ230の標的基準の観点から特別に記述することがで
きる。例えば、あるタスクを達成するには、オブジェク
トが特定の速度であるモジュールアクチュエータ230
から出て行く必要があるかもしれない。標的基準はま
た、あるモジュールアクチュエータ230に到着する時
に、オブジェクトの到着が所定の期間pで分離されると
いう要求を含む。
【0092】タスク要求はまた、あるモジュールアクチ
ュエータ230での衝突回避を考慮することができる。
例えば、あるタスクは、衝突を回避するために、オブジ
ェクト間の最小間隙gがあるモジュールアクチュエータ
230で維持されることを要求するかもしれない。
【0093】タスク要求はまた、あるモジュールアクチ
ュエータ230での速度及び加速度制限を考慮すること
を要求することができる。例えば、平均移動速度及び最
大加速度が、公称軌道に課せられ、あるモジュールアク
チュエータ230であるタスクが達成されるかもしれな
い。平均移動速度または最大加速度が妨害されると、そ
のモジュールアクチュエータ230のあるタスクを達成
することができないかもしれない。
【0094】システム制約及びタスク要求はまた、グラ
フにより表すことができる。例えば、図8は、軌道及び
軌道エンベロープ、及び軌道及び軌道エンベロープによ
り規定されるシステム制約及びタスク要求を示したグラ
フである。図8のx軸は時間を表し、y軸はモジュラー
オブジェクトハンドリングシステム200の様々なモジ
ュール制御装置230を表す。図8により表されるモジ
ュラーオブジェクトハンドリングシステム200は、7
つのモジュールアクチュエータ230を含む。
【0095】以下の説明から明らかになるように、図8
の軌道エンベロープは、図4に示されている軌道エンベ
ロープとは異なるように規定される。例えば、図4で
は、軌道エンベロープ500及び600は、公称軌道4
00の反対側に配置された境界軌道510と420との
間、610と620との間で規定される。対照的に、図
8では、軌道エンベロープは、公称軌道と境界軌道との
間で規定される。
【0096】図8には、オブジェクトの前縁の公称軌道
2000、およびそのオブジェクトの後縁の軌道210
0が示されている。オブジェクトの長さは、軌道200
0と2100、すなわち、オブジェクトの前縁と後縁と
を、垂直線で結ぶことにより表されている。したがっ
て、図8のグラフは、最も早い指示された時間に、オブ
ジェクトの前縁の公称軌道2000がモジュール2を出
て行き、一方、後縁の軌道2100がモジュール2に入
ることを示している。同様に、最も後の指示された時間
に、オブジェクトの前縁の公称軌道2000がモジュー
ル7を出て行き、一方、後縁の軌道2100がモジュー
ル7に入ることを示している。
【0097】図8には、公称軌道2000と遅れエラー
強さのある制御軌道2210との間で規定されるエラー
強さのある制御エンベロープ2200が示されている。
遅れエラー強さのある制御軌道2210は、オブジェク
トがある速度で経路240のある点から離れ、依然とし
て、特定の故障モデル下で、例えば、経路240に沿う
あるモジュールアクチュエータ230の作動が故障した
時に、そのタスクを達成することができる最も後の遅れ
時間を表す。このように、エラー強さのある制御エンベ
ロープ2200は、特定の故障モデル下で、そのタスク
を達成することができるようにするために、オブジェク
トを配置しなければならないある位置をコード化するの
に使用することができる。
【0098】図8にはまた、公称軌道2000と後の制
御軌道2310との間で規定される制御エンベロープ2
300が示されている。遅れ制御軌道2310は、オブ
ジェクトが、ある速度で経路240上のある点から離
れ、依然としてそのタスクを達成することができる最も
後の遅れ時間を表す。このように、制御エンベロープ2
300は、タスクを達成することができるようにするた
めに、オブジェクトを配置しなければならないある位置
をコード化するのに使用することができる。
【0099】制御エンベロープ2310は、エラー強さ
のある制御エンベロープ2200とは異なる。というの
は、制御エンベロープは、特定の故障モジュールを考慮
していないからである。このように、遅れ制御軌道23
10は、遅れエラー強さのある制御軌道2210よりも
後の遅れ時間に各モジュールに出入りし、依然として、
そのタスクを達成することができる。
【0100】しかしながら、制御エンベロープ2300
及びエラー強さのある制御エンベロープ2200は、他
の点では同様である。例えば、遅れエラー強さ(late ro
bust)のある制御軌道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の後になるま
で、第1のモジュールに入らない。遅れエラー強さのあ
る制御軌道2210と遅れ制御軌道2310はそれぞ
れ、公称軌道2000と同じ時間にモジュール7から出
て行く。このように、公称軌道2000、遅れエラー強
さのある制御軌道2210及び遅れ制御軌道2310は
すべて、同じ標的を有するが、異なる進入時間を有す
る。
【0101】あるシステム制約とタスク要求は、公称軌
道2000、遅れエラー強さのある制御軌道2210及
び遅れ制御軌道2310を基にグラフにより表すことが
できる。たとえば、エラー強さは、公称軌道2000と
遅れエラー強さのある制御軌道2210の間に延在する
水平線として表すことができる。可制御性は、遅れエラ
ー強さのある制御軌道2210と遅れ制御軌道2310
間に延在する水平線として表すことができる。
【0102】図8にはさらに、第2のオブジェクトに対
する公称軌道2400と、その第2のオブジェクトに対
する衝突エンベロープ2500が示されている。衝突エ
ンベロープ2500は、第2のオブジェクトに対する公
称軌道2400と進み衝突軌道2500との間で規定さ
れる。例えば、ある時間に対する衝突エンベロープ25
00は、その時間の第2のオブジェクトの公称軌道24
00と進み衝突軌道2510との間に延在する垂直線と
して表すことができる。進み衝突軌道2510は、第2
のオブジェクトがある速度で経路240上のある点から
離れ、公称軌道2000を有する第1のオブジェクトと
衝突しない最も早い進み時間を構成する。このように、
衝突エンベロープ2500は、第2のオブジェクトが第
1のオブジェクトと衝突しないように、第2のオブジェ
クトを配置しなければならないある位置をコード化する
のに使用することができる。
【0103】他のシステム制約及びタスク要求は、第2
のオブジェクトの公称軌道2400と進み衝突軌道25
10を含めることにより、グラフを用いて表すことがで
きる。例えば、反復は、第1のオブジェクトの公称軌道
2000と第2のオブジェクトの公称軌道2400との
間に延在する水平線として表すことができる。相互作用
は、第2のオブジェクトの公称軌道2400と第1のオ
ブジェクトの後縁の軌道2100との間に延在する垂直
線として表すことができる。
【0104】図8のグラフを基にすれば、他の軌道及び
軌道エンベロープは、他の軌道を基に構築することによ
り決定されることは当業者には明らかであろう。例え
ば、全ての他の軌道及び軌道エンベロープは、公称軌道
に基づく制約を用いることにより決定することができ
る。
【0105】図8は、公称軌道2000の終了時間が、
他の軌道および軌道エンベロープの終了時間の制約値と
して使用されることを示す。すなわち、図8に示す他の
軌道および軌道エンベロープは、公称軌道と同時点で終
了するよう決定される。
【0106】たとえば図8では、遅れ強さ制御軌道(la
te robust control trajectory)2210と遅れ制御軌
道2310とが、一つのオブジェクトの公称軌道200
0と同じ時点および位置で終了するよう設定される。し
たがって、遅れ強さ制御軌道2210と遅れ制御軌道2
310とによってそれぞれ規定される強さ制御エンベロ
ープ2200および制御エンベロープ2300も同様
に、一つのオブジェクトの公称軌道2000と同じ時点
および位置で終了するように設定される。
【0107】衝突エンベロープも同じく、公称軌道に基
づく制約値を用いて決定される。たとえば図8に、オブ
ジェクトの公称軌道2000の開始および終了時点が、
衝突エンベロープ2500並びに別のオブジェクトの進
み(early)衝突軌道2510の開始および終了時点の
制約値として使用されることを示す。
【0108】詳細には、図8によれば進み衝突軌道25
10は、別のオブジェクトの公称軌道2400と同じ時
点および位置で開始するよう設定される。進み衝突軌道
はまた、第一オブジェクトの後縁の軌道2100と同じ
時点および位置で終了するよう設定される。第二オブジ
ェクトの進み衝突軌道2510と公称軌道2400との
あいだに規定される第二オブジェクトの衝突エンベロー
プ2500も同様に、これらの制約値によって決定され
る。
【0109】図9は、システム制約およびタスク要件を
明記することを通じて軌道および軌道エンベロープを設
定する方法の代表的実施形態を概説するフローチャート
である。この代表的実施形態では、軌道および軌道エン
ベロープを自動で設定する。
【0110】ステップS3000で制御を開始し、ステ
ップS3100に進みシステムモデルを特定する。シス
テムモデルの特定には、少なくとも個別のモジュールア
クチュエータの数量と、特定するモジュールアクチュエ
ータのタイプと、特定するモジュールアクチュエータの
構成とを特定することを含むことができる。たとえばシ
ステムモデルは、直列編制に構成されたタイプ1の3つ
のモジュールであると特定される。「タイプ1」という
タイプ名称は、モジュールアクチュエータのタイプの単
なる任意の名称である。以下に説明するとおり各モジュ
ールタイプは、一式の特有のモジュール制約およびタス
ク要件を有する。
【0111】システムモデルを特定した後、制御をステ
ップS3200に進め、システム制約およびタスク要件
を特定する。上述のとおりシステム制約は、すべてのモ
ジュールアクチュエータの制約の組み合せから成る。さ
らに、代表的なタイプ1モジュールアクチュエータなど
の各モジュールタイプには、最高および最低速度制限、
最高および最低加速度制限、複数のモジュールアクチュ
エータを同時に制御することに起因する制約、並びに特
定のモジュールアクチュエータを互いに隣接配置するこ
とに起因する制約などの、一連の特有の制約が存在す
る。
【0112】また上述のように、個別のモジュールアク
チュエータに関連して、タスク要件がさらに存在する。
たとえば特定のタスクを達成するには、代表的なタイプ
1モジュールアクチュエータなどのモジュールアクチュ
エータに、ターゲット基準、衝突回避、並びに速度およ
び加速度制限などの多様な制約が課せられる。
【0113】代表的タイプ1のモジュールアクチュエー
タに関するシステム制約およびタスク要件としては、た
とえば各タイプ1モジュールアクチュエータが以下のよ
うなモジュール制約を含む:長さ25.4mm;そのモ
ジュールアクチュエータ内を移動するオブジェクトの最
低速度vmin−3.0mm/ms;モジュールアクチュ
エータ内を移動するオブジェクトの最高速度vmax3.
0mm/ms;モジュールアクチュエータ内を移動する
オブジェクトの最低加速度amin−0.02mm/m
2;および、モジュールアクチュエータ230内を移
動するオブジェクトの最高加速度amax0.02mm/
ms2
【0114】各モジュールアクチュエータタイプはさら
に、指定されたタスクの達成のためにそのモジュールア
クチュエータタイプが満たす必要があるさまざまな一般
的タスク要件を有する。たとえば、タイプ1モジュール
アクチュエータの一般的タスク要件によれば、オブジェ
クトは初期速度v0が0.0mm/msであり、最終速
度vnが0.5mm/msでなければならない。タイプ
1モジュールアクチュエータはまた、モジュールアクチ
ュエータ内でオブジェクトが常にv≧0.0mm/ms
である速度vで移動するよう動作する必要がある場合も
ある。
【0115】各タイプ1モジュールアクチュエータは、
より高い効率で動作するためなどの他の基準を達成する
ために満たさなければならない公称タスク制約を有して
もよい。たとえば公称タスク要件は、一般的タスク要件
に加え、モジュールアクチュエータ内でオブジェクトが
常にv≧1.0mm/msである速度vで移動するよう
モジュールアクチュエータが動作しなければならないと
いう制約を含むことが可能である。このような制約を満
たすことによって、モジュールアクチュエータがより迅
速且つ確実に動作できる場合がある。
【0116】さらに、タイプ1モジュールアクチュエー
タのシステム制約およびタスク要件によれば、タスク要
件を満たすため、および/または他のオブジェクトとの
衝突を回避するために、特定の制約値によってタイプ1
モジュールアクチュエータ内の各オブジェクトを互いに
離間しなければならないこともある。たとえばオブジェ
クトを、周期「s」500msおよび最小間隔「g」3
0mmによって互いに離間する必要があるかもしれな
い。
【0117】システム制約およびタスク要件を特定した
後、制御をステップS3300に進め、オブジェクトの
公称軌道Trを設定する。公称軌道Trは、関連の軌道条
件を最小にしつつ上述のシステムおよびタスク制約値の
解を求める、一般制約値ソルバ(solver;求解器)や最
適化制約値ソルバなどの制約値ソルバを通じて決定でき
る。たとえば公称軌道Trは、制約値to=0を用いて、
制約値tn−toを最小にすることによって決定される。
ここでtoは、オブジェクトが第一のモジュールアクチ
ュエータ230に進入する時点であり、tnは、経路2
40上の最後のモジュールアクチュエータ230からオ
ブジェクトが退出する時点である。
【0118】公称軌道Trの設定の際には制約値を、軌
道によって規定される三次スプラインにおける制約値な
どの、所望の軌道上の制約値に翻訳する。進入および退
出時点並びに速度に関する制約値は、三次スプラインに
直接に加算する。複数モジュール全体の速度および加速
度に関する最低および最高制約値は、三次スプラインに
よって規定される速度および加速度関数の最低および最
高制約値に翻訳できる。
【0119】特定のタスク制約のセットは、軌道の目的
によって変化する。したがって、公称軌道Trが望まし
い軌道でありすべてのタスク要件を満たす場合もある。
【0120】公称軌道Trを設定した後、制御をステッ
プS3400に進め、経路上の先行オブジェクトの公称
軌道Tpを設定する。先行公称軌道Tpは、Trを−sだ
けシフトすることによって決定できる。sは、前述のと
おり、ターゲット位置にオブジェクトが到着すると予測
される周期である。
【0121】先行公称軌道Tpを設定した後、制御をス
テップS3500に進め、経路上の後続オブジェクトの
公称軌道Tnを設定する。後続公称軌道Tnは、Trを+
sだけシフトすることによって決定できる。
【0122】後続公称軌道Tnを設定した後、制御をス
テップS3600に進め、衝突エンベロープを設定す
る。衝突エンベロープは、進みおよび遅れ衝突境界を決
定することによって決定される。
【0123】進み衝突境界Teは、たとえば先行公称軌
道Tpおよび後続公称軌道Tnに対する周期「s」や間隔
「g」などの衝突制約値に加え、たとえばシステムおよ
び一般タスク制約値などの制約値の解を求めることによ
って決定できる。特定のタスク制約のセットは軌道の目
的によって変化するため、進みおよび遅れ衝突境界は、
提案される速度および加速度限界を満たす必要は必ずし
もない。また進み衝突境界Teは、制約値to=0および
制約値tn=(公称軌道Trにおけるtn)を用い、tn-1
を最小にすることによっても決定できる。
【0124】遅れ衝突境界Tlは、たとえばシステムお
よび一般タスク制約値などの制約値と、たとえば先行公
称軌道Tpおよび後続公称軌道Tnに対する周期「s」や
間隔「g」などの衝突制約値との解を求めることによっ
て決定できる。また遅れ衝突境界Tlは、制約値to=0
および制約値tn=(公称軌道Trにおけるtn)を用
い、tn−t1を最小にすることによっても決定できる。
ここでt1は、toとtnとのあいだの時点である。
【0125】衝突エンベロープを設定した後、制御をス
テップS3700に進め、制御エンベロープを設定す
る。制御エンベロープは、図4に示す進み制御境界61
0および遅れ制御境界620を決定することによって決
定できる。あるいは、制御エンベロープは図8に示すよ
うに、公称軌道2000と、遅れ確実制御軌道2210
および遅れ制御軌道2310のいずれか一方とのあいだ
に規定してもよい。
【0126】図8に示すケースでは、遅れ確実制御軌道
2210(本明細書ではTcとも呼ぶ)は、たとえばシ
ステムおよび一般タスク制約値などの制約値の解を求め
ることによって決定される。特定のタスク制約のセット
は軌道の目的によって変化するため、制御境界Tcはタ
ーゲット制約値のみを満たす場合もある。遅れ確実制御
軌道Tcは、制約値tn=(公称軌道Trにおけるtn)を
用い、tn−toをを最小にすることによっても決定でき
る。
【0127】制御エンベロープを設定した後、制御をス
テップS3800で終了する。
【0128】上述のシステムおよび方法により、経路2
40上を移動する各オブジェクトに関して、公称軌道な
どの軌道と、その所定公称軌道に関連する、制御エンベ
ロープなどの少なくとも一つの所定軌道エンベロープと
が設定される。このようなシステムおよび方法は、制御
エンベロープなどの軌道エンベロープが狭い場合に特に
効果的である。進み制御軌道と遅れ制御軌道との差が小
さい場合に、制御エンベロープは狭くなる。このような
システムおよび方法はまた、公称軌道などの所定の軌道
からの逸脱が小さい場合、および/または、経路240
上を移動する複数のオブジェクトにおいてそのような逸
脱が実質的に均一である場合に特に効果的である。
【0129】しかし、制御エンベロープなどの所定軌道
エンベロープが大きい場合、および/または、公称軌道
などの所定軌道からオブジェクトが大きく逸脱する場合
には、モジュールアクチュエータ230は、そのオブジ
ェクトを所定公称軌道に戻すために多量のエネルギを印
加することがある。また、モジュールアクチュエータ2
30がより少ないエネルギを使用することでオブジェク
トをターゲットに到達させることができる代替の軌道が
存在するにも関わらず、モジュールアクチュエータ23
0がそのような多量のエネルギを印加してしまう場合が
考えられる。
【0130】そのような代替軌道は、たとえばオブジェ
クトを遅らせることを伴う。それにより、オブジェクト
を所定公称軌道に戻すためにモジュールアクチュエータ
230が不必要に多量のエネルギを使用することが防止
できる。したがって本発明の他の多様な代表的実施形態
では、各オブジェクトに対して複数の公称軌道などの軌
道を設定および使用する。また、複数の所定軌道の各々
に対して、別個の軌道エンベロープを設定および使用す
る。それにより、本発明の装置および方法のそれらの代
表的実施形態では、各オブジェクトに対して複数の所定
軌道を切り換え、エネルギ使用量を積極的に改善するこ
とが可能である。装置および方法のそれらの代表的実施
形態ではさらに、他のオブジェクトの軌道を修正し、最
初に軌道を切り換えたオブジェクトとの衝突を回避する
こともできる。
【0131】たとえば各オブジェクトに関して、複数の
公称軌道と、各複数の公称軌道に対する関連の軌道エン
ベロープとを設定する。続いて本発明の装置および方法
の代表的実施形態では、各オブジェクトの状態を監視
し、現在の動作状況に依存して、複数のオブジェクトの
一つまたは各々に対して別の公称軌道を選択することが
可能である。その新しい選択公称軌道と、新しい選択公
称軌道の軌道エンベロープとを、新しい基準軌道および
関連軌道エンベロープとしてモジュールコントローラ2
20に通知する。続いて、新しい選択軌道に沿って移動
するオブジェクトとの衝突を回避するために、経路上を
移動する他のオブジェクトの軌道を必要に応じて切り換
える。
【0132】図10は、一つのオブジェクトに関する複
数の軌道および軌道エンベロープを示すグラフである。
軌道4000、4100、4200、4300、および
4400はそれぞれ、たとえば公称軌道を表す。軌道領
域4015、4025、4035、4045、および4
055は、たとえば軌道4000、4100、420
0、4300、および4400の各々の周囲の制御エン
ベロープなどのエンベロープを規定する。
【0133】詳細には、制御エンベロープ4015は、
公称軌道4000の周囲の制御軌道境界4010と40
20とによって規定され得る。同様に、制御エンベロー
プ4025は、公称軌道4100の周囲の制御軌道境界
4020と4030とによって規定される。制御エンベ
ロープ4035は、公称軌道4200の周囲の制御軌道
境界4030と4040とに規定される。制御エンベロ
ープ4045は、公称軌道4300の周囲の制御軌道境
界4040と4050とに規定される。そして制御エン
ベロープ4055は、公称軌道4400の周囲の制御軌
道境界4050と4060とに規定される。
【0134】それらの軌道および軌道エンベロープを、
システムコントローラ210が設定してもよい。システ
ムコントローラ210は、それらの所定軌道のなかから
基準軌道を選択し、選択した所定基準軌道をモジュール
コントローラ220に通知する。続いて、状況によって
は、システムコントローラ210は別の所定基準軌道を
選択し、その新しい選択基準軌道をモジュールコントロ
ーラ220に通知する。
【0135】図11は、マルチレベルのモジュラーオブ
ジェクトハンドリングシステムのシステムレベルの制御
において、各オブジェクトに関して複数の所定軌道およ
び軌道エンベロープを使用する方法の一つの代表的実施
形態を概説するフローチャートである。そのような方法
に関するこの代表的実施形態では、複数オブジェクト間
の衝突は考慮に入れていない。
【0136】制御をステップS5000で開始し、ステ
ップS5100に進め、分析するオブジェクトを選択す
る。オブジェクトを選択した後、制御をステップS52
00に進め、選択オブジェクトに関して所定軌道を選択
する。選択する所定軌道はたとえば、図10に示す公称
軌道4000である。
【0137】所定軌道を選択した後、ステップS530
0で、選択した所定軌道の所定軌道エンベロープ内に選
択オブジェクトが位置するかを検出する。所定軌道エン
ベロープはたとえば、制御エンベロープ4015であ
る。図10に示すように、制御エンベロープ4015
は、公称軌道4000の周囲の制御軌道境界4010お
よび4020によって規定される。
【0138】この例では、オブジェクトの現在状況を参
照できる。そのオブジェクトの現在状況を、選択した所
定軌道の所定軌道エンベロープ、すなわち図10に示す
制御エンベロープ4015と比較する。それにより、図
5のステップS1200およびS1300(図6および
図7にそれぞれ詳細に説明する)と同様に、ステップ5
300の検出が実施できる。
【0139】ステップ5300において、選択した所定
軌道の所定軌道エンベロープ内にオブジェクトが位置す
ることを検出した場合、制御をステップS5500に進
め、次に小さい軌道を選択する。続いてステップS56
00で、選択した次に小さい軌道が所定軌道エンベロー
プ内に位置するかを検出する。そうである場合、制御を
ステップS5500に戻す。そうでない場合は、ステッ
プS5700において元の選択軌道に戻り、制御をステ
ップS5100に戻す。
【0140】ステップ5300において反対に、選択し
た所定軌道の所定軌道エンベロープ内にオブジェクトが
位置しないことを検出した場合、制御をステップS54
00に進め、選択オブジェクトに関して次に大きい軌道
を選択する。たとえば、制御軌道境界4020と公称軌
道4100とのあいだにオブジェクトが位置する場合、
図10に示すようにオブジェクトは制御エンベロープ4
015内に位置しないと検出される。そのような状況に
おいて、選択される他の軌道とは、たとえば公称軌道4
100である。
【0141】ステップS5400で次の所定軌道を選択
した後、制御をステップS5300に戻し、その選択し
た次の所定軌道に関してステップS5300の検出を実
施する。
【0142】ステップS5400で選択する次に大きい
軌道とは単に、備えられている複数の軌道のなかで所定
順序で次に大きい軌道であってもよいと認識される。た
だしその場合は、図11に示すように、現在のオブジェ
クトを含む所定軌道が検出されるまでステップS530
0およびS5400を何回も繰り返さなければならな
い。同様に、ステップS5500〜S5700の次に小
さい軌道とは単に、備えられている複数の軌道のなかで
所定順序で次に小さい軌道であってもよいと認識され
る。
【0143】しかしそれは、備えられている複数軌道の
うちのどれを使用するかを決定するのに最も効率的な方
法でない場合がある。すなわち、ステップS5400お
よびS5500で、備えられている複数軌道のうちのど
れが、現在のオブジェクトを含む最小制御エンベロープ
を有する軌道であるかを直接に検出することが、より効
率的である場合もある。そのようなケースでは、図12
に示すようにステップS5500〜S5700を削除で
き、制御はステップS5400から直接にステップS5
100に戻される。
【0144】図13は、図12のステップS5400に
おいて選択オブジェクトに対して次の所定軌道を選択す
る方法の一つの代表的実施形態をさらに詳細に示すフロ
ーチャートである。ステップS5400で制御を開始
し、ステップS5410に進め、選択オブジェクトの現
在状況を検出する。続いてステップS5420で、選択
オブジェクトに関する複数のすべての所定軌道エンベロ
ープを参照する。
【0145】次にステップS5430で、検出した現在
状況を、参照した選択オブジェクトに関する複数の所定
軌道エンベロープに比較する。その比較に基づき、ステ
ップS5440において、選択オブジェクトの現在状況
を含むエンベロープを有する所定軌道を、選択オブジェ
クトの次の所定軌道として選択する。
【0146】たとえば選択オブジェクトの現在状況は、
軌道境界4020と公称軌道4100(エンベロープ4
025を有する)とのあいだに位置する。そのような状
況では、オブジェクトの位置を含むエンベロープを有す
る所定公称軌道は、公称軌道4100である。したがっ
てステップS5440では、公称軌道4100が次の所
定軌道として選択される。
【0147】別の例では、選択オブジェクトの現在状況
は、軌道境界4050と公称軌道4400(エンベロー
プ4055を有する)とのあいだの軌道空間に位置する
ことがある。そのような状況では、オブジェクトの位置
を含むエンベロープを有する所定公称軌道は、公称軌道
4400である。したがって、ステップS5440では
公称軌道4400が選択される。
【0148】上記の代表的実施形態では、ステップS5
440において、選択オブジェクトの現在状況に最も近
接していることのみに基づいて次の所定軌道を選択す
る。しかし代替の代表的実施形態では、さらに他の要因
を用いて所定軌道を選択できる。詳細には、ステップS
5200で最初に選択した軌道との近接度を考慮に入れ
てもよい。
【0149】この代替の代表的実施形態によれば、軌道
をより緩やかに変化させることができる。したがってこ
の代替の代表的実施形態は、上記の代表的実施形態に比
べて、システムレベルの制御に急激な変化をもたらさな
い。
【0150】たとえば、ステップS5200で選択した
前の公称軌道に隣接し、且つ選択オブジェクトの現在状
況に最も近接する所定公称軌道を、ステップS5440
において選択することが可能である。上記の例で説明し
たように、ステップS5200で選択した所定公称軌道
は、公称軌道4000であってもよい。選択オブジェク
トの参照した現在状況は、例として、軌道境界4050
と公称軌道4400とのあいだの軌道空間に位置する。
そのような状況では、ステップS5200で選択した前
の公称軌道に隣接し、且つ選択オブジェクトの現在状況
に最も近接する所定公称軌道は、公称軌道4100であ
る。
【0151】別の代表的実施形態では、複数のオブジェ
クト間の衝突を考慮に入れることが可能である。詳細に
は、オブジェクトの現在の軌道領域を、経路240に沿
って移動する先行および後続のオブジェクトの衝突回避
領域と比較することによって衝突を回避できる。そのよ
うな比較は、2枚のシート間の最小距離などの衝突回避
条件に基づいて実施できる。
【0152】第一のオブジェクトの現在の軌道エンベロ
ープと、直後に続く第二のオブジェクトの衝突回避領域
との関係は、n個の組(tuples)のi,jとして表すこ
とができる。ここで、iは第一オブジェクトの軌道エン
ベロープを表し、jは直後に続く第二オブジェクトの軌
道エンベロープを表す。(ここで、一つのオブジェクト
のn個のエンベロープは、左側から順に1からnまで番
号付けされている。)第一オブジェクトが軌道エンベロ
ープi内に位置する場合、直後に続く第二オブジェクト
は、k≧jである軌道エンベロープk内に位置しなけれ
ばならない。逆に、第二オブジェクトが軌道エンベロー
プj内に位置する場合は、直前の第一オブジェクトは、
k≦iである軌道エンベロープk内に位置しなければな
らない。これらの組を集合的に、衝突回避テーブルと呼
ぶことができる。
【0153】第一オブジェクトが位置する軌道エンベロ
ープが、すべての制約を満たす第一オブジェクトの公称
軌道であり得る。公称軌道を別の基準軌道に切り換えた
場合はその都度、先行および後続のオブジェクトの基準
軌道をチェックし、必要に応じて新しい基準軌道を選択
する。
【0154】衝突回避テーブル内のすべての組i,jに
おいてi=jである場合、すべてのオブジェクトの基準
軌道をまとめて変更する。すなわち、連続するすべての
オブジェクトを、同期状態で速めるかまたは遅延させ
る。すべての組においてi>jである場合(i=1、ま
たはエンベロープがn個存在するときにj=nである場
合を除く)は、基準軌道のうちのサブセットのみの変更
を必要とする。図14を参照し、第一オブジェクトの基
準軌道と第二オブジェクトの衝突回避領域との関係を、
以下でより詳細に説明する。
【0155】図14は、複数オブジェクト間の複数の軌
道および軌道エンベロープの関係を表すグラフである。
詳細には、第二オブジェクトの軌道および軌道エンベロ
ープが、第一オブジェクトの軌道および軌道エンベロー
プから距離sだけシフトされている様子を示す。
【0156】図14の各オブジェクトに関するグラフに
おいて、実線は個々の軌道を表し、破線はそれらの各軌
道の周囲の軌道エンベロープを表す。各オブジェクトの
グラフ内の一番左側の軌道を1で表し、その他の軌道を
左から右へそれぞれ2、3、4、および5で表す。
【0157】各オブジェクトの軌道間を縦線で結び、衝
突回避領域、すなわち衝突回避テーブル内の組を示す。
たとえば1−1と称される縦線は、第一オブジェクトの
軌道1と第二オブジェクトの軌道1とを、時間領域(ti
me space)内の同時点で接続する。第二オブジェクトが
縦線1−1で示す軌道、またはグラフ内のそれより下の
軌道を移動する場合は、第二オブジェクトは、軌道1を
移動する第一オブジェクトに衝突しない。
【0158】縦線2−1は、第一オブジェクトの軌道2
と第二オブジェクトの軌道1とを同様に接続する。第二
オブジェクトが縦線2−1で示す軌道、またはグラフ内
のそれより下の軌道を移動する場合は、第二オブジェク
トは、軌道2に沿って移動する第一オブジェクトに衝突
しない。
【0159】上記で縦線1−1および2−1を、第一オ
ブジェクトの軌道に基づく第二オブジェクトの衝突エン
ベロープの決定に関連して説明した。しかしながら、縦
線を逆に用いて、第二オブジェクトの軌道に基づいて第
一オブジェクトの衝突エンベロープを決定することもで
きる。たとえば、縦線で結ばれた軌道またはそれより上
の軌道を第一オブジェクトが移動する場合、第一オブジ
ェクトは、その縦線で結ばれた軌道を移動する第二オブ
ジェクトに衝突しない。
【0160】図15は、マルチレベルモジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステムのシステムレベルの制御に
おいて、各オブジェクトに関して複数の所定軌道および
軌道エンベロープを使用する方法の一つの代表的実施形
態を概説するフローチャートである。この実施形態は、
複数オブジェクト間の衝突を考慮に入れている。図15
のステップS6000〜S6400は、図12のステッ
プS5000〜S5400と同じであると認識すべきで
ある。
【0161】ステップS6400における選択オブジェ
クトに対する次の所定軌道の選択に続いて、制御をステ
ップS6500に進め、選択オブジェクトとそれに隣接
する先行および後続オブジェクトとの各最小許容離間距
離を参照する。最小許容離間距離は、図14に表すデー
タに類似のデータに基づく衝突回避テーブルを用いて決
定できる。
【0162】各最小許容離間距離を参照した後、制御を
ステップS6600に進める。そこで、選択オブジェク
トに対して選択した他の所定軌道が、選択オブジェクト
とそれに隣接の先行および後続オブジェクトとに関する
参照した両最小許容離間距離のいずれかに違反するか、
すなわち離間距離が最小許容距離より小さいかを検出す
る。各最小許容離間距離が違反されていない場合は、制
御をステップS6100に戻し、分析する別のオブジェ
クトを選択する。
【0163】反対に、選択オブジェクトに対して選択し
た他の所定軌道が、選択オブジェクトとそれに隣接の先
行および後続オブジェクトとに関する参照した各最小許
容離間距離のいずれかに違反する場合は、制御をステッ
プS6700に進め、最小許容離間距離を満たすよう隣
接の先行または後続オブジェクトの軌道を修正する。そ
の修正は、影響されたオブジェクトの軌道を、そのオブ
ジェクトの現在の軌道に最も近接し且つ離間距離が最小
許容離間距離より大きい軌道に切り換えることによって
達成できる。最も近接する許容軌道へ切り換えることに
よって、オブジェクトハンドリング方法の効率を向上で
きる。
【0164】隣接の先行または後続オブジェクトの軌道
を修正した後、制御をステップS6100に戻し、分析
する別のオブジェクトを選択する。
【0165】本発明の他の代表的実施形態では、複数の
軌道およびそれらの各々に関連する軌道エンベロープを
設定するステップを含む。それらの軌道および軌道エン
ベロープは、モジュラーオブジェクトハンドリングシス
テムの制御において利用する前に、手動または自動で事
前設定することができる。
【0166】その設定の際には、軌道エンベロープに関
するさまざまな要件を考慮に入れることが可能である。
そのような軌道エンベロープの要件の一例は、オブジェ
クトがその軌道エンベロープ内に位置する限りは、その
軌道エンベロープがすべての当該制約を満たし続けなけ
ればならないという要件である。
【0167】満たさなければならない当該制約の一例
は、二つのオブジェクト間の衝突回避のための安全距離
制約である。それによれば、第一オブジェクトに指定さ
れた各軌道エンベロープに対して、安全距離制約を満た
す軌道エンベロープが確実に第二オブジェクトに指定さ
れるように、軌道および軌道エンベロープの設定が実施
される。換言すれば、オブジェクトの各軌道エンベロー
プは、第一および第二オブジェクトが所定軌道エンベロ
ープ内に位置する限りは安全距離制約を満たすことを確
実にしなければならない。
【0168】衝突回避テーブルを使用することによっ
て、軌道および軌道エンベロープを安全距離制約に基づ
いて設定できる。衝突回避テーブルは、一つのオブジェ
クトの軌道領域と、直後に続く第二オブジェクトの、安
全距離制約を満たす最も進みの軌道エンベロープとを特
定することが可能である。そのような関係は、数組の
i,jで表せる。ここで、iは第一オブジェクトの軌道
エンベロープを表し、jは直後に続く第二オブジェクト
の軌道エンベロープを表す。一つのオブジェクトのn個
のエンベロープは、左側から順に1からnまで番号付け
することができる。第一オブジェクトが軌道エンベロー
プi内に位置する場合、直後に続く第二オブジェクト
は、k≧jである軌道エンベロープk内に位置しなけれ
ばならない。逆に、第二オブジェクトが軌道エンベロー
プj内に位置する場合は、直前の第一オブジェクトは、
k≦iである軌道エンベロープk内に位置しなければな
らない。
【0169】衝突回避テーブルは、さまざまな形態で実
施され得る。たとえば、衝突回避テーブル内で組i,j
は、i=jであると規定される。それによれば、10個
の軌道エンベロープが存在し(n=10)、且つ第一オ
ブジェクトが軌道エンベロープ7内に位置する場合、後
続オブジェクトは、安全距離制約を満たすために軌道エ
ンベロープ7、8、9、または10のいずれかに位置し
なければならない。第一オブジェクトが遅延し軌道エン
ベロープ8に移行した場合は、第二オブジェクトは軌道
エンベロープ8、9、または10のいずれかに位置する
必要がある。
【0170】したがって、i=jであり、且つオブジェ
クトが遅延した場合、同じ軌道エンベロープ内の後続の
すべてのオブジェクトを、直ちにまとめて遅延させなけ
ればならない。さらに、オブジェクトの配列に切れ目が
生じるまでは、その後のすべてのオブジェクトをも遅延
させなければならない。
【0171】代替形態としては、衝突回避テーブル内で
組i,jは、i>jであると規定され得る。たとえば衝
突回避テーブルは、すべての組i,jにおいてi=j+
1であると設定される。それによれば、10個の軌道エ
ンベロープが存在し(n=10)、4つの後続オブジェ
クトがすべて軌道エンベロープ7内に位置し、且つ第一
オブジェクトが遅延して軌道エンベロープ7から軌道エ
ンベロープ8に移行した場合、すべてのオブジェクトに
関して安全距離制約が依然として満たされている。
【0172】第一オブジェクトがさらに遅延して軌道エ
ンベロープ9に移行した場合は、第二オブジェクトのみ
を、衝突回避のために軌道エンベロープ8に移行させる
必要がある。第一オブジェクトがさらに遅延して軌道エ
ンベロープ10に移行した場合は、第二オブジェクトを
軌道エンベロープ9へ、そして第三オブジェクトを軌道
エンベロープ8へ移行させる必要がある。
【0173】それ以上の遅延が発生しなければ、第四お
よびそれ以降のオブジェクトは、最初に設定および指定
された軌道エンベロープ内に位置しつづけることができ
る。このように、衝突回避テーブルでi>jであると規
定される場合は、一時的遅延は、オブジェクトの配列に
対して有限且つ一時的な影響のみを及ぼす。このこと
を、一時的遅延ルールと呼ぶことができる。
【0174】上述のように、一時的遅延ルールを用いる
ことで、i=j+1の場合の軌道および軌道エンベロー
プを、衝突回避テーブル内のすべての組に関して設定で
きる。ただし、i=j+2などの、i>jであるいずれ
のiとjとの関係に基づいても、軌道および軌道エンベ
ロープを設定することが可能である。
【0175】軌道および軌道エンベロープの設定の際に
考慮に入れる軌道エンベロープの要件の別の例として
は、通常の状況下でオブジェクトが軌道エンベロープか
ら出てしまわない程度に軌道エンベロープが十分に大き
いという要件がある。通常の状況は、モジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステムの構造および/または動作
を考慮して規定できる。この要件にはさらに、オブジェ
クトの追跡に関連するエラーを考慮に入れることもでき
る。それは追跡エラーと呼ばれ、以下でさらに詳細に説
明する。
【0176】軌道および軌道エンベロープの設定の際に
考慮に入れる軌道エンベロープの要件のさらに別の例
は、オブジェクトの最も進みの軌道エンベロープが最も
進みの許容軌道に対応し、最も遅れの軌道エンベロープ
が最も遅れの許容軌道に対応することが確実であるとい
う要件である。最も進みの許容軌道は、進み制御エンベ
ロープによって備えられ、最も遅れの許容軌道は、遅れ
制御エンベロープによって備えられることができる。
【0177】図16は、上述の軌道エンベロープ要件を
考慮に入れると同時に、システム制約およびタスク要件
を明記することを通じて軌道および軌道エンベロープを
設定する方法の、代表的実施形態を概説するフローチャ
ートである。この代表的実施形態では、軌道および軌道
エンベロープは、手動または自動で設定できる。
【0178】ステップS7000で制御を開始し、ステ
ップS7100に進み、システムモデルを特定する。前
述のとおりシステムモデルの特定には、少なくとも個別
のモジュールアクチュエータの数量と、特定するモジュ
ールアクチュエータのタイプと、特定するモジュールア
クチュエータの構成とを特定することを含むことができ
る。各モジュールタイプは、一式の特有のモジュール制
約およびタスク要件を有する。
【0179】システムモデルを特定した後、制御をステ
ップS7200に進め、システム制約およびタスク要件
を特定する。前述のとおりシステム制約は、すべてのモ
ジュールアクチュエータの制約の組み合せから成る。さ
らに、各モジュールタイプは、最高および最低速度制
限、最高および最低加速度制限、複数のモジュールアク
チュエータを同時に制御することに起因する制約、並び
に特定のモジュールアクチュエータを互いに隣接配置す
ることに起因する制約などの、一連の特有の制約を有す
る。
【0180】また前述のように、個別のモジュールアク
チュエータに関連して、タスク要件がさらに存在する。
たとえば特定のタスクを達成するには、ターゲット基
準、衝突回避、並びに速度および加速度制限などの多様
な制約が、モジュールアクチュエータに課せられる。
【0181】各モジュールアクチュエータタイプはさら
に、指定されたタスクの達成のためにそのモジュールア
クチュエータタイプが満たす必要があるさまざまな一般
的タスク要件を有する。たとえば、特定タイプのアクチ
ュエータの一般的タスク要件によれば、オブジェクトは
特定の初期速度v0と、特定の最終速度vnとを有しなけ
ればならない。特定タイプのアクチュエータはまた、モ
ジュールアクチュエータ内でオブジェクトが常に特定速
度vで移動するよう動作する必要がある場合もある。
【0182】同様に、各タイプのモジュールアクチュエ
ータは、より高い効率で動作するためなどの他の基準を
達成するために満たさなければならない公称タスク制約
を有してもよい。たとえば公称タスク要件は、一般的タ
スク要件に加え、モジュールアクチュエータ内でオブジ
ェクトが常に特定速度より高いまたは低い速度vで移動
するようモジュールアクチュエータが動作しなければな
らないという制約を含むことが可能である。そのような
制約を満たすことによって、モジュールアクチュエータ
がより迅速且つ確実に動作できる場合がある。
【0183】安全距離制約について上述したとおり、特
定タイプのモジュールアクチュエータのシステム制約お
よびタスク要件によれば、タスク要件を満たすため、お
よび/または他のオブジェクトとの衝突を回避するため
に、特定の制約値によってモジュールアクチュエータ内
の各オブジェクトを互いに離間しなければならないこと
もある。たとえばオブジェクトを、周期「s」および/
または最小間隔「g」によって互いに離間する必要があ
るかもしれない。
【0184】システム制約およびタスク要件を特定した
後、制御をステップS7300に進め、オブジェクトの
第一の公称軌道Trを設定する。第一公称軌道Trは、関
連の軌道条件を最小にしつつ上述のシステムおよびタス
ク制約値の解を求める、一般制約値ソルバや最適化制約
値ソルバなどの制約値ソルバを用いて決定できる。たと
えば第一公称軌道Trは、制約値to=0を用いて、制約
値tn−toを最小にすることによって決定される。ここ
でtoは、オブジェクトが第一のモジュールアクチュエ
ータ230に進入する時点であり、tnは、経路240
上の最後のモジュールアクチュエータ230からオブジ
ェクトが退出する時点である。
【0185】第一公称軌道Trの設定の際には制約値
を、軌道によって規定される三次スプラインにおける制
約値などの、所望の軌道上の制約値に翻訳する。進入お
よび退出時点並びに速度に関する制約値は、三次スプラ
インに直接に加算する。複数モジュール全体の速度およ
び加速度に関する最低および最高制約値は、三次スプラ
インによって規定される速度および加速度関数の最低お
よび最高制約値に翻訳できる。
【0186】特定のタスク制約のセットは、軌道の目的
によって変化する。したがって、第一公称軌道Trが望
ましい軌道でありすべてのタスク要件を満たす場合もあ
る。
【0187】第一公称軌道Trを設定した後、制御をス
テップS7400に進め、進み公称軌道を繰り返し決定
する。進み公称軌道の決定は、第一公称軌道に、安全オ
ブジェクト距離制約値を後退方向(backward)に適用
し、予想エラー/偏差モデルを適用し、加えて/あるい
は、最も進みの許容軌道を得るよう最適化しつつ適切な
制約サブセットの解を求めることによって実施できる。
【0188】進み公称軌道を決定した後、制御をステッ
プS7500に進め、遅れ公称軌道を繰り返し決定す
る。遅れ公称軌道の決定は、第一公称軌道に、安全オブ
ジェクト距離制約値を前進方向(forward)に適用し、
予想エラー/偏差モデルを適用し、加えて/あるいは、
最も遅れの許容軌道を得るよう最適化しつつ適切な制約
サブセットの解を求めることによって実施できる。
【0189】ステップS7400では、上述の一時的遅
延ルールに従って、進み公称軌道(i−1で表す)を公
称軌道(iで表す)に基づいて決定するが、その決定
は、軌道iを第一オブジェクトに、そして軌道i−1を
第二オブジェクトに指定し、続いて軌道i−1を安全距
離制約下で最も進みに設定することを通じて実施でき
る。この手順を、繰り返し実施することが可能である。
すなわち、軌道i−1に基づいて軌道i−2を決定する
などして繰り返す。同様にステップS7500では、公
称軌道iに基づく遅れ公称軌道(i+1で表す)の決定
は、軌道i+1を第一オブジェクトに、そして軌道iを
第二オブジェクトに指定し、続いて軌道i+1を安全距
離制約下で最も遅れに生成することを通じて実施でき
る。この手順を、繰り返し実施することが可能である。
すなわち、軌道i+1に基づいて軌道i+2を決定する
などして繰り返す。この方法を用いることによって、一
時的遅延ルールを満たす最少数の公称軌道を決定でき
る。
【0190】遅れ公称軌道を決定した後、制御をステッ
プS7600に進め、決定した各公称軌道に対してエン
ベロープを設定する。決定した各公称軌道を隣接の公称
軌道から分離するよう、エンベロープを設定する。
【0191】制御エンベロープを供給した後、制御をS
7700で終了する。
【0192】追跡エラーモデルおよび安全オブジェクト
距離制約を含む、ステップS7400およびS7500
に従った進みおよび遅れ公称軌道の決定手順を、以下で
より詳細に説明する。以下の説明では、軌道iに関し
て、yi(t)は位置を表し、vi(t)は速度を表す。
【0193】同じく以下の説明では、軌道iを定数s
(各イメージ転写のあいだの時間)だけシフトした軌道
*に関して、y* i(t)は位置を表し、ここで、y* i
(t)=yi(t−s)であり、v* i(t)は速度を表
し、ここで、v* i(t)=vi(t−s)である。
【0194】予想エラー偏差モデル(たとえば、追跡エ
ラーモデルであってもよい)は、経路上でのオブジェク
トの追跡に関連する何らかのエラーを規定する。追跡エ
ラーモデルを、以下で詳述する。
【0195】追跡エラーモデルは、潜在的追跡エラーに
関する下記のサンプルモデルとして規定できる。ただ
し、本発明による方法は、オブジェクト追跡に関連する
エラーを規定するいずれのモデルを含んでもよい。それ
らのモデルは、軌道の前方および後方におよぶエンベロ
ープを規定し、その際、通常の状況下で軌道を追跡する
際にオブジェクトがそのエンベロープ内に維持されるよ
うに設定する。
【0196】ここで説明するモデルでは、tcは制御反
応定数(サンプリング時間)、すなわちシステムコント
ローラが追跡エラーの補正を実施できる時間範囲を表
す。d vは予想最大速度偏差、すなわち、パーセンテー
ジで表記されるtc内の最大速度追跡エラーを表す。yc
(t)は、y(t)のいたるところに最大偏差を適用し
た後のエラー位置を表す。エラー位置は、 yc(t)=y(t−tc)+(1±dv)×v(t−
c)×tc で表せる。これは、t−tcにおいて公称速度で移動し
始め、最大偏差を適用して得た距離を、現在位置に加算
したものである。これは最大偏差であるので、すべての
時間tにおける位置エラーは、 e±(t)=yc(t)−y(t)=±dv×v(t−t
c)×tc で表せる。ここでe-(t)およびe+(t)は、軌道の
左側および右側のエラー軌道エンベロープである。
【0197】安全距離制約は、経路上を移動するオブジ
ェクトが互いに衝突しないことを確実にする、それらの
オブジェクト間の最小距離を規定する。以下で、安全距
離制約を詳述する。
【0198】安全距離制約は、二つのオブジェクトの前
縁が少なくともgminだけ離間していなければならない
という要件を含むことが可能である。このgminは、経
路上の制約値として機能し得る。すべてのモジュールの
すべての最低加速度の最大値を、aminで表す。
【0199】軌道iおよび(i−1)*に位置する2枚
のシートのあいだの相対距離および速度は、以下のよう
に規定できる。
【0200】gy(t)=yi(t)−y* i-1(t)、お
よびgv(t)=vi(t)−v* i-1(t)。
【0201】すべてのt0において、gv(t0)≧0で
あるとき、gy(t0)≧gminを維持する。すべてのt0
において、gv(t0)<0であるとき(t>t0におい
て、特にvi(t0)=0且つgv(t0)=−v* i-1(t
0)である場合、vi(t)が一定であると想定する)、
最大減速値acaを第二シートに適用する(たとえばaca
=amin)。それにより、t1=t0+gv(t0)/aca
の時点で、v* i-1(t1)=vi(t1)=vi(t0)ま
で第二シートが減速される(gv(t1)=0であるた
め)。したがって、時間t1における相対距離は、以下
のようになる。
【0202】
【数3】
【0203】この表現は、≧gminでなければならな
い。すなわち安全距離制約を維持しなければならない。
【0204】
【数4】
【0205】図17は、上述の安全距離制約を示すグラ
フである。詳細には、図17は2つの軌道iおよび(i
−1)*を示す。図中、第一オブジェクトは時間t0に停
止する(vi(t0)=0)。第二オブジェクトはその時
点で、最大速度で移動しており、acaによって減速され
る(v* i-1(t0)=vmax)。図17において、vma x
=2であり、aca=−1であり、gmin=1である。す
なわち、望ましい間隔g y(t0)は3である。
【0206】図16のステップS7400における進み
公称軌道の決定方法の代表的実施形態を、以下で詳述す
る。その決定方法の説明において、軌道iおよび(i−
1) *に位置する2つのオブジェクトのあいだの相対距
離および速度を、以下のように表す。
【0207】gy(t)=yi(t)−y* i-1(t)、お
よびgv(t)=vi(t)−v* i-1(t)。
【0208】軌道iに基づいて軌道i−1を生成する際
に、最も進みの許容軌道yi-1(t)を決定するが、そ
の際、その軌道をシフトしたものが既存の軌道に対して
安全距離制約を満たすように決定する。たとえば、軌道
i上の時間tを有する各点において、vi(t)=0、
且つv* i-1(t)=vmax(両オブジェクトにとって最
悪のケース)、すなわちgv(t)=−vmax
【0209】
【数5】
【0210】上記の表記は、軌道i−1の生成の際に、
通常制御条件(最低および最高速度、目標速度など)に
加えて満たすべき制約を表す。
【0211】軌道周辺で予想されるエラーを考慮に入れ
て許容するために、yi(t)より下方に間隔e
+ i(t)を有するエラーエンベロープを軌道iに対して
採用でき、yi-1(t)より上方に間隔e- i-1(t)を
有するエラーエンベロープを軌道i−1に対して採用で
きる(上記の追跡エラーモデルを参照のこと)。エラー
エンベロープは、軌道の代わりに、安全距離制約を満た
す必要がある。それはたとえば、以下の一式の制約であ
る。
【0212】
【数6】
【0213】図18は、上述のステップS7400の代
表的実施形態における後退方向軌道決定方法に従って決
定された軌道を示すグラフである。図18に記す各名称
は、左から右へ、同じく左から右への各軌道を示す。実
線は元になった軌道を表し、破線は、実線軌道に基づい
て決定された軌道を表す。
【0214】さらに、前述のとおり、最も進みの許容軌
道を一式の制約下で生成することが可能である。また、
i−1とiとのあいだのいずれの軌道をも、エラーエン
ベロープの範囲外でなければならないという制約下で、
軌道i−1とiとのあいだの境界として用いることがで
きる。それを達成する代表的実施形態では、i−1とi
とのあいだの中間点に位置する軌道を使用する。代替案
では、より迅速なオンラインチェックを実現するため
に、公称軌道がスプラインとして表される場合でも、線
形軌道を用いることも可能である。
【0215】図16のステップS7500における遅れ
公称軌道の決定方法の代表的実施形態を、以下で詳述す
る。その決定方法の説明において、軌道i+1およびi
*に位置する2つのオブジェクトのあいだの相対距離お
よび速度を、以下のように表す。
【0216】gy(t)=yi+1(t)−y* i(t)、お
よびgv(t)=vi+1(t)−v* i(t)。
【0217】軌道iに基づいて軌道i+1を生成する際
に、最も遅れの許容軌道yi+1(t)を決定するが、そ
の際、軌道iをシフトしたものが新軌道に対して安全距
離制約を満たすように決定する。たとえば、軌道i上の
時間tを有する各点において、vi+1(t)=0、且つ
* i(t)=vmax(両シートにとって最悪のケー
ス)、すなわちgv(t)=−vmax;gy(t)は上記
のとおり、すなわち
【0218】
【数7】
【0219】上記の表記は、軌道i+1の生成の際に満
たすべき制約を表す。また、この制約は通常制御条件に
追加されるものであるが、開始時間は制約されない(す
なわち、軌道iの開始時間と同じでなくてもよい)。
【0220】軌道周辺で予想されるエラーを考慮に入れ
て許容するために、yi+1(t)より下方に間隔e+ i+1
(t)を有するエラーエンベロープを軌道i+1に対し
て採用でき、yi(t)より上方に間隔e- i(t)を有
するエラーエンベロープを軌道iに対して採用できる。
エラーエンベロープは、軌道の代わりに、安全距離制約
を満たす必要がある。それはたとえば、以下の一式の制
約である。
【0221】
【数8】
【0222】図19は、上述のステップS7500の代
表的実施形態における前進方向軌道決定方法に従って決
定された軌道を示すグラフである。図19に記す各名称
は、左から右へ、同じく左から右への各軌道を示す。実
線は元になった軌道を表し、破線は、実線軌道に基づい
て決定された軌道を表す。
【0223】さらに、前述のとおり、最も遅れの許容軌
道を一式の制約下で生成することが可能である。また、
iとi+1とのあいだのいずれの軌道をも、エラーエン
ベロープの範囲外でなければならないという制約下で、
軌道iとi+1とのあいだの境界として用いることがで
きる。ステップS7400に関して述べた方法および適
用例を、ここでも使用可能である。
【0224】上述のマルチレベルモジュラーオブジェク
トハンドリングシステムでは、各オブジェクトの現在位
置の検知を、考案され得るいずれの方法または装置によ
っても実施できる。たとえば、いずれのタイプの検知セ
ンサを通じて現在位置を取得してもよい。また現在位置
を、ルーエンバーガー観測器などの検出オブザーバ、ま
たはカルマンフィルタなどの確率オブザーバによって予
測してもよい。さらに、現在位置を、実際の検知と予測
との組み合わせを通じて検出してもよい。
【0225】モジュールコントローラ220は、システ
ムコントローラ210が供給する軌道に対して完全に従
属的である必要はない。たとえばモジュールコントロー
ラ220は、オブジェクトが軌道エンベロープの境界の
一つにどのくらい近接しているかの情報を受け、その情
報を用いてタスクの達成のための動作の改善を図ること
が可能である。
【0226】上記で軌道および軌道エンベロープを、時
間の関数としての位置、速度、および/または加速度に
関連して説明した。しかし軌道および軌道エンベロープ
は、そのような表現に限定されることなく、オブジェク
トに関連するいずれのデータを含むことも可能である。
【0227】上記で詳述した数々の代表的実施形態で
は、モジュラーオブジェクトハンドリングシステムは2
層の階層的構造、すなわち、一つ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から成る構造を有す
る。しかし本発明のモジュラーオブジェクトハンドリン
グシステムおよび方法では、たとえば、システムコント
ローラとモジュールコントローラとのあいだに少なくと
も一つの中間制御層を設けるなど、いずれの数の階層に
よって制御を実施してもよい。またさらに、本発明のモ
ジュラーオブジェクトハンドリングシステムおよび方法
は、複数のシステムコントローラを含むこともできる。
【0228】本発明のモジュラーオブジェクトハンドリ
ングシステムおよび方法は、所定の衝突エンベロープお
よび制御エンベロープの両エンベロープを含んでもよ
い。あるいは本発明のモジュラーオブジェクトハンドリ
ングシステムおよび方法は、所定衝突エンベロープの
み、または所定制御エンベロープのみを用いることがで
きる。さらに、所定軌道および軌道エンベロープは、衝
突および制御境界、並びに衝突および制御領域に関連す
る必要はない。その代わりに、軌道および軌道エンベロ
ープはタスクまたは制約に関連し得る。たとえば、異な
るオブジェクトサイズに対して複数の軌道エンベロープ
を設けることが可能である。
【0229】また、上記で詳述した数々の代表的実施形
態において、モジュラーオブジェクトハンドリングシス
テムでは、モジュールアクチュエータ230に対して、
オブジェクトが進入、退出、またはその内部に位置する
という表現で説明した。しかしシステム、軌道、および
軌道エンベロープの説明は、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対して、オブジェクト
が進入、退出、またはその内部に位置するという表現で
表すことも可能である。そ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の制御下にある経
路240上の領域として説明することもできる。
【0230】上述の各マルチレベルモジュラーオブジェ
クトハンドリングシステムの数々のコントローラは、プ
ログラムされた汎用コンピュータを用いて実施できる。
ただし上述の各マルチレベルモジュラーオブジェクトハ
ンドリングシステムの数々のコントローラは、特殊目的
コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサま
たはマイクロコントローラおよび周辺集積回路素子、A
SICまたは他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、
離散的要素回路(discrete element circuit)などのハ
ードワイヤードの電子または論理回路、PLD、PL
A、FPGA、またはPALなどのプログラム可能論理
デバイスなどを用いて実施することも可能である。一般
的に、有限状態機械を実施可能なデバイスであって、図
5〜図7および図9に示すフローチャートを実現できる
ものであれば、上述の各マルチレベルモジュラーオブジ
ェクトハンドリングシステムの数々のコントローラを実
施することができる。
【0231】通信リンク250は、システムコントロー
ラ210、モジュールコントローラ220、およびモジ
ュールアクチュエータ230を接続するものであれば、
いずれの既知あるいは将来開発されるデバイスまたはシ
ステムであってもよく、直接ケーブル接続、広域ネット
ワークまたは構内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、または他のいず
れの分散処理ネットワークまたはシステム上の接続であ
ることも可能である。一般的に通信リンク250は、シ
ステムコントローラ210、モジュールコントローラ2
20、およびモジュールアクチュエータ230の接続に
使用できるものであれば、いずれの既知あるいは将来開
発されるシステムまたは構造体であってもよい。
【0232】上記で概説した具体的実施形態に関連させ
て本発明のシステムおよび方法を説明したが、多くの代
替、修正、および変形が当業者に明らかになることは明
白である。したがって、上述した本発明のシステムおよ
び方法の代表的実施形態は、例示的であることが意図さ
れ、限定を課すものではない。本発明の精神および範囲
から逸れることなく、多様な変更が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の媒体ハンドリングシステムのブロック
図である。
【図2】 本発明にかかるモジュラーオブジェクトハン
ドリングシステムのブロック図である。
【図3】 典型的な時間−距離の公称軌道を示したグラ
フである。
【図4】 サンプルシステム及びタスク制約に対する軌
道及び軌道エンベロープを示したグラフである。
【図5】 マルチレベルモジュラーオブジェクトハンド
リングシステムのシステムレベル制御内の予め決められ
た軌道及び軌道エンベロープを用いるための方法の1つ
の例示的な実施の形態の概略を示した流れ図である。
【図6】 そのオブジェクトが、図5のステップS12
00の衝突エンベロープ内にあるかどうかを決定するた
めの方法の1つの例示的な実施の形態をより詳細に示し
た流れ図である。
【図7】 そのオブジェクトが、図5のステップS13
00の制御エンベロープ内にあるかどうかを決定するた
めの方法の1つの例示的な実施の形態をより詳細に示し
た流れ図である。
【図8】 軌道及び軌道エンベロープ、及びその軌道及
び軌道エンベロープにより規定されるシステム制約及び
タスク要求を表したグラフである。
【図9】 明確にシステム制約とタスク要求を表すこと
により、軌道及び軌道エンベロープを予め決定するため
の方法の1つの例示的な実施の形態の概略を示した流れ
図である。
【図10】 1つのオブジェクトに対する複数の軌道及
び軌道エンベロープを示したグラフである。
【図11】 マルチレベルモジュラーオブジェクトハン
ドリングシステムのシステムレベル制御内の各オブジェ
クトに対する複数のあらかじめ決められた軌道および軌
道エンベロープを用いるための方法の1つの例示的な実
施の形態の概略を示した流れ図である。
【図12】 マルチレベルモジュラーオブジェクトハン
ドリングシステムのシステムレベル制御内の各オブジェ
クトに対する複数のあらかじめ決められた軌道および軌
道エンベロープを用いるための方法の他の例示的な実施
の形態の概略を示した流れ図である。
【図13】 選択したオブジェクトに対し他の予め決め
られた軌道を選択するための方法の1つの例示的な実施
の形態の概略をより詳細に示した流れ図である。
【図14】 複数のオブジェクト間の複数の軌道と軌道
エンベロープの関係を示したグラフである。
【図15】 複数のオブジェクト間の衝突回避をも考慮
したマルチレベルモジュールオブジェクトハンドリング
システムのシステムレベル制御内の各オブジェクトに対
する複数のあらかじめ決められた軌道および軌道エンベ
ロープを用いるための方法の1つの例示的な実施の形態
の概略を示した流れ図である。
【図16】 軌道及び軌道エンベロープを決定するため
の方法の1つの例示的な実施の形態の概略を示した流れ
図である。
【図17】 安全距離制約を示したグラフである。
【図18】 図16のステップS7400の後方軌道決
定により決定された軌道を示すグラフである。
【図19】 図16のステップS7500の前方軌道決
定により決定された軌道を示すグラフである。
【符号の説明】
210 システム制御装置、220 モジュール制御装
置、230 モジュールアクチュエーター、400 公
称軌道、500 衝突エンベロープ、510初期衝突軌
道、520 遅れ衝突軌道、600 制御エンベロー
プ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サドヘンズ ライ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ペンフ ィールド オークブライアー コート 4 −22

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オブジェクトハンドリングシステムの経
    路に沿って移動可能なオブジェクトの軌道を決定する装
    置であって、 前記オブジェクトハンドリングシステムのシステム機能
    の達成のために特定オブジェクトに関する軌道空間内に
    設ける第一特定軌道と、前記オブジェクトハンドリング
    システムの少なくとも一つの明記される特定制約と、前
    記オブジェクトハンドリングシステムの少なくとも一つ
    の明記される特定タスク要件とを決定し、さらに、前記
    軌道空間内で前記第一特定軌道より遅れて位置する少な
    くとも一つの遅れ軌道を前記特定オブジェクトに関して
    決定するデバイスを有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、前記デ
    バイスが、前記軌道空間内で前記第一特定軌道より進ん
    で位置する少なくとも一つの進み軌道を前記特定オブジ
    ェクトに関して決定することを特徴とする装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、 前記デバイスが、前記第一特定軌道、前記少なくとも一
    つの進み軌道、および前記少なくとも一つの遅れ軌道の
    各々に対して軌道エンベロープを決定することを特徴と
    する装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の装置において、 前記デバイスによって決定される前記各軌道エンベロー
    プが、隣接する軌道を互いに離間する境界軌道によって
    画成されることを特徴とする装置。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の装置において、 前記デバイスが、安全距離制約を後退方向に適用するこ
    とによって少なくとも一つの進み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5に記載の装置において、 前記デバイスが、予想エラー/偏差モデルを適用するこ
    とによって少なくとも一つの進み軌道を決定することを
    特徴とする装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の装置において、 前記デバイスが、前記オブジェクトハンドリングシステ
    ムの経路上を移動するオブジェクトの追跡における偏差
    を規定する追跡エラーモデルを適用することによって、
    予想エラー/偏差モデルを適用することを特徴とする装
    置。
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