JP2002244734A - トラッキング装置 - Google Patents
トラッキング装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
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Abstract
トラッキング装置を提供する。 【解決手段】 トラッキング装置100は、外部材11
0と外部材110に対して相対的に回転する内部材12
0を含む。モータ130は、内部材120に取り付けら
れ、外部材110に接着したロータ軸135を含む。磁
場などの現象を感知する1組のターゲットセンサ15
0,155は、モータ130の回転を制御するコントロ
ーラ170へ入力を提供する。内部材120に角度を加
えることによって、外部材110に等しくかつ反対方向
の角度が加えられることになり、トラッキング装置10
0はターゲットの方へ回転する。内部材の回転を突然止
めることによって、またはモータ130の加速を突然増
減することによって、または外部材110に固定された
リンク機構を内部材の回転経路に挿入することによっ
て、トラッキング装置100はぴょんと跳ぶ。
Description
度を有し、6自由度で動くことができるトラッキング装
置に関する。
モートセンシング、人、動物、自動車などの地上をベー
スにする移動主体の追跡、自動的に配置可能な外辺部の
センサ、スマート爆弾などの分野で使用することができ
る。しかし、トラッキング装置が6自由度で動くために
は、複雑な推進および制御のシステムが必要である。こ
のため、トラッキング装置は費用とサイズが増大すると
いう結果になる。
装置として機能するが、1自由度のみを制御できる。し
かし、微生物は6自由度で食物源や光のような感知され
た刺激物の方へ動いたり、それから離れたりすることが
できる。微生物は1自由度を制御し、本来、螺旋形で前
進する。微生物は、1自由度の動きの速度を単純なフィ
ードバックシステムを介して変調することによって、刺
激物を追跡する。微生物は回転するので、刺激物を正弦
曲線的に感知する。感知した刺激物に直接比例するよう
に回転速度を変調することによって、微生物は、変調の
感知に応じて、歳差運動、すなわち加えられた外力によ
る微生物の軸の動きにより、刺激物の方へ動いたり、そ
れから離れたりする。単細胞をもつ微生物の動きは、H
ughC.CrenshawによりBulletin
of Mathematical Biology,V
ol.55,No.1,pp.197‐212(199
3)に公表された“Orientation by H
elical Motion−I.Kinematic
s of the Helical Motion o
f Organisms with up to Si
x Degrees of Freedom”に、より
完全な形で記載されている。本論文は、その全体の参照
により本願明細書に援用する。
式ボールは、例えば、米国特許第5,533,920
号、第5,439,408号、および第4,438,5
88号から既知である。Arad等による米国特許第
5,533,920号は、中央に、または偏心的に据え
付けられた自走式デバイス、および集積回路音響効果チ
ップを有する自走式音楽玩具ボールを開示する。ボール
が障害物に衝突すると自走式デバイスを止めるバンプス
イッチを、ボールは備える。Wilkinsonによる
米国特許第5,439,408号は、受信機と駆動部を
含む推進機構を有する遠隔制御移動可能ボール娯楽装置
を開示する。制御部は、遠隔制御部からの信号により作
動するモータによって回転する偏心的に据え付けられた
おもりを含む。Martinによる米国特許第4,43
8,588号は、ボールに挿入された遠隔制御の玩具の
車両を含む遠隔制御ボールと、車両が転倒すると電源が
切れるスイッチを含む遠隔制御ボールを開示する。
ボールは、複雑なトランスミッションを含み、また、タ
ーゲットを追跡することができない。また、ボールはオ
ペレータによる開始と監督を必要とし、従来のバッテリ
ーなどの限定されたタイプの電源でしか作動することが
できない。
のであり、その目的は1自由度で動きを制御することに
よって、6自由度で動くことができるトラッキング装置
を提供することにある。
ング装置のさまざまな実施形態では、トラッキング装置
は、外部材と、外部材に対して相対的に回転できる内部
材を備える。モータは、内部材に取り付けられ、外部材
に接着するロータ軸を含む。少なくとも1つの電源がモ
ータに提供される。1組の接地センサと1組のターゲッ
トセンサが、外部材に対する内部材の回転を増減するた
めに、コントローラへの入力を与える。
たシステムと方法のさまざまな実施形態の以下の詳細な
説明に記載され、またはそこから明らかである。
ング装置100の第1の実施形態の透視図である。外部
材110は、内部材120に対して相対的回転できる。
図1に示されるように、外部材110は球面でありうる
し、内部材120は円板形でありうる。モータ130は
内部材120に取り付けられる。モータ130のロータ
軸135は外部材110に接着する。ロータ軸135は
トラッキング装置100のスピン軸(spinning axis)
136を規定する。ロータ軸135の回転によって、内
部材120は、外部材110に対して回転運動式に回転
する。本発明に従ったトラッキング装置100のさまざ
まな実施形態では、内部材120は、一定して外部材1
10に対して回転する。しかし、モータ130は、指定
された条件下でロータ軸135を回転させるために選択
的に作動可能にしてもよいことを認識されたい。
120に取り付けられ、電力をモータ130に供給す
る。2つの電源140,145が図示されているが、2
つより多くの電源が供給されてもよく、1つの電源のみ
が供給されてもよいことを認識されたい。本発明に従っ
たトラッキング装置のさまざまな実施形態では、電源1
40,145はバッテリーである。本発明のさまざまな
実施形態では、電源140,145は太陽電池であって
もよい。モータ130へ電力を供給できる電源はすべて
1つ以上の電源として使用してよいことを認識された
い。
内部材120上に備えられる。ターゲットセンサ15
0,155は、磁界、音、光、無線周波放射などの重大
な結果を生じるすべての現象を感知できる。それに加え
て、ターゲットセンサ150,155は全地球測位シス
テム(GPS)からの信号に応答することもできる。
まな実施形態に従って、ターゲットセンサは太陽電池で
あってもよい。太陽電池の使用によってトラッキング装
置100は、惑星が回転するのにつれて太陽を追跡する
ことでき、トラッキング装置を惑星探査に使用すること
ができる。太陽電池は、太陽を感知することに加えて、
モータ130への電源として機能することもできる。
材120上で互いに正反対に備えられる。接地センサ1
60,165は近接センサであってよい。図2に示され
るように、ターゲットセンサ150,155は、接地セ
ンサ160,165が互いに正反対になる方向とは垂直
の方向で、互いに正反対に備えられる。しかし、ターゲ
ットセンサ150,155が互いに正反対になり、接地
センサ160,165が互いに正反対になるかぎり、他
のセンサ位置付け配列が使用されてもよいことを認識さ
れたい。
155,160,165は、それぞれ、信号S150,
S155,S160,S165を、モータ130の回転
速度を制御するコントローラ170に出力する。信号S
150,S155,S160,S165は、図3に示さ
れるように、それぞれ、ターゲット200からのセンサ
150,155,160,165の距離に比例する。コ
ントローラ170はそれぞれのセンサの組の150,1
55とセンサ160,165の差の積Pを以下のように
決定する。
ゲット200の方へ動くように、コントローラ170は
モータ130を制御し、内部材120の回転を増す。逆
に、ターゲット200がトラッキング装置100の他方
の側にあった場合には、積Pは負の値であり、コントロ
ーラはモータ130を制御して内部材120の回転を減
する。コントローラ170は、トラッキング装置100
をターゲット200の方へ動かすように記載されている
が、トラッキング装置100をターゲット200から離
れるようにコントローラ170がモータ130を制御し
てもよいことを認識されたい。
0がターゲット200に最も近づいているときには、タ
ーゲットセンサ150はターゲット200により近いの
で、ターゲットセンサ150によって提供される信号S
150は、ターゲットセンサ155によって提供される
信号S155より大きい。それに加えて、接地センサ1
60は、接地センサ165より地面210に近いので、
接地センサ165によって提供される信号S165より
大きい信号S160を提供することになる。差(S15
0‐S155)が正で、差(S160‐S165)が正
であるので、差の積Pは正である。従って、コントロー
ラ170は、内部材120の内部回転を増すモータ13
0の回転を増すことになる。内部材120の角度の増大
によって、外部材110に等しく、かつ反対方向の角度
の増大が生じることになり、トラッキング装置100は
ターゲット200の方へ回転し始めることになる。
によって規定されるスピン軸136は、重力によって自
然に歳差運動する傾向にあり、スピン軸136の姿勢は
回転する傾向にある。歳差運動が生じると、トラッキン
グ装置100はターゲット200の方へ回転することに
なる。図3に示されるように、スピン軸が136が地面
210に対して傾斜しているときは、トラッキング装置
100は回転することになる。しかし、トラッキング装
置100の外部材110が回転しない鞍部(saddle poin
ts)がある。スピン軸136が地面210に垂直、また
はターゲット200に垂直、または重力に平行になると
きには、外部材の110の回転は生じない。しかし、鞍
部は不安定であることから、トラッキング装置の構成部
品内の通常の「雑音」がスピン軸136を鞍部からはず
させ、外部材110の回転を生じさせる。スピン軸13
6の他の位置にある場合はすべて、トラッキング装置1
00の外部材110は、構成要素をターゲット200に
向かわせるベクトルに沿って増大することになる。
に示されているが、外部材110が球体である必要はな
いことを認識されたい。図4に示されるように、本発明
に従った第2の実施形態のトラッキング装置1000
は、卵形の外部材1110を含んでもよい。卵形の外部
材1110の使用によって、トラッキング装置は鞍部を
より容易に避けることができる。
100の第3の実施形態を示す。図5に示されているよ
うに、トラッキング装置100は内部材120の回転を
突然止めることによって、またはモータ130の加速を
突然、増減することによって、ぴょんと跳ぶ(hop)こと
ができる。内部材120の回転は、外部材110に固定
されたリンク機構を、外部材110の回転経路へ挿入す
ることによって、突然止めることができる。例えば、外
部材110に取り付けられたソレノイド180のソレノ
イドプランジャー185は、内部材120に接続するコ
ントローラ170によって、内部材120の回転を突然
止めるために制御されてよい。トラッキング装置100
が障害物によって止まった場合は、トラッキング装置
は、ぴょんと跳んで障害物への経路からはずれることが
できる。
実施形態を示す。図6に示されるように、回転装置10
1は、ターゲットセンサ150,155、および接地セ
ンサ160,165が提供されないことを除いては、図
1および図5に示されるトラッキング装置100と類似
する。回転装置101は、内部メンバー120の回転を
突然止めることによって、またはモータ130の加速を
突然増減することによって、ぴょんと跳ぶことができ
る。内部メンバー120の回転を突然止めるために、外
部メンバー110に取り付けられたソレノイド180の
ソレノイドプランジャー185を内部材120の回転経
路に挿入することによって、内部材120の回転を突然
止めることができる。コントローラ170は、指定され
た条件下で、または不規則に、ソレノイドプランジャー
185を内部メンバーの回転経路に挿入するようにプロ
グラムしてもよい。
185を内部材120と接続するように挿入することに
よってぴょんと跳ぶように説明してきたが、装置101
は回転せずに跳ぶことによってのみ動く跳躍装置として
構成することもできることを認識されたい。
ざまな模範的なトラッキング装置は、移動リモートセン
サ、惑星探査、人、動物および/または車両などの地上
をベースにする移動主体の追跡、自動的に配置可能な外
辺部のセンサ、表示用ロボットピクセルまたは高性能ト
ナー、レーザー誘導のスマート爆弾またはスタン手榴
弾、玩具、ロボペット、自動綿ごみ収集装置および/ま
たは小型旅行かばんキャリアーにおいて、使用してもよ
い。本願明細書に開示される発明に従ったさまざまな模
範的なトラッキング装置は、たった1つのモータを含
み、トランスミッションがなく、コントローラが単一な
ので、トラッキング装置100,1000の費用と複雑
さは少なくなっている。
理的に明白なハードウェア回路またはASICとして、
あるいはFPGA、PDL、PLAまたはPALを使っ
て、あるいは離散的論理素子または離散的回路素子を使
って、実装することができることを理解されたい。図2
に示されるコントローラ170が取る特定の形態は、設
計の選択であり、当業者には明らかで予測できるであろ
う。例えば、コントローラ170は、3つの信号処理演
算増幅器、電界効果トランジスタ(FET)、パワート
ランジスタおよびパワー抵抗を含んでもよい。
形態を概略的に示す透視図である。
部材、接地センサ、ターゲットセンサ、およびコントロ
ーラを概略的に示す透視図である。
御を概略的に示す透視図である。
形態を概略的に示す透視図である。
形態を概略的に示す透視図である。
す透視図である。
置、110,1110外部材、120 内部材、130
モータ、135 ロータ軸、136 スピン軸、14
0,145 電源、150,155 ターゲットセン
サ、160,165 接地コントローラ、170 コン
トローラ、180 ソレノイド、185ソレノイドプラ
ンジャー、200 ターゲット、210 地面、S15
0,S155,S160,S165 信号。
Claims (1)
- 【請求項1】 外部材と、 外部材に対して相対的に回転できる内部材と、 内部材に取り付けられ、外部材に接着するロータ軸を含
むモータと、 モータのための少なくとも1つの電源と、 ターゲットを検出する内部材上の1組のターゲットセン
サと、 内部材上の1組の接地センサと、 ターゲットセンサと接地センサによって供給される信号
に基づいてロータ軸の回転を制御するコントローラと、 を備えることを特徴とするトラッキング装置。
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US09/722,630 US6378634B1 (en) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Tracking device |
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