JP2016019729A - 空中装置の移動を制御するための制御システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの現在状況に応じた制御を簡略化するために、より直接的なフィードバックをオペレータに与える、消防車両の旋回可能な梯子のような空中装置の移動を制御するための制御システムを提供する。【解決手段】消防車両の旋回可能な梯子を制御するための制御システム１０において、偏向力によって少なくとも１つの空間的方向に偏向可能な、手動で操作可能な入力デバイスと、上記入力デバイスの偏向量を対応する速度信号に変換するための処理ユニット１４と、上記空中装置を上記速度信号に対応する速度で移動させるための作動ユニット１６とを備える。可能な最大速度を判定する判定手段１８、２０と、上記判定された可能な最大速度に応じて上記入力デバイスの偏向を相殺または限定する制限手段２２とを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、空中装置の移動を制御するための制御システムおよび方法に関し、詳細には消防車両の旋回可能な梯子を制御するための制御システムおよび方法に関する。

消防車両の旋回可能な梯子などの空中装置は、その空中装置が移動する空間の全体が見渡せる位置から、オペレータによって制御される。単純化のため、詳細な説明では、旋回可能な梯子を空中装置の一例とするが、この例を本発明の語義を限定するものと理解すべきではない。一般に知られているように、かかる旋回可能な梯子は、救助状況で遠隔位置に達するように、昇降だけでなく、垂直軸の周りに旋回されたり引き出されたりされうる。人の救助に必要な時間が失われないように、この遠隔地点に可能な限り速く達することが非常に重要である。一方、旋回可能な梯子の移動速度は、構造パラメータによって制限され、その現在位置、特にその延長範囲にも依存する。救助状況でオペレータが、これら全てのパラメータの概要をとらえることはできない。

旋回可能な梯子の通常の制御ステーションは一般に、オペレータが印加する偏向力によって少なくとも１つの空間的方向に偏向可能な、制御レバーやジョイスティックなどの、手動で操作可能な入力デバイスを備える。例えば、ジョイスティックは、旋回可能な梯子の方向と移動速度の入力を可能にする。処理ユニットが、この入力デバイスの偏向量を、対応する速度信号に変換し、その信号が作動ユニットに転送される。作動ユニットは、空中装置を、上記速度信号に対応する速度で移動させるためのものである。

旋回可能な梯子を制御する際にオペレータを補助するために、例えば、物体との衝突を回避するために警告信号を生成するための、梯子の端部における距離センサなどのセンサを備えるシステムが知られている。他の種類のセンサは過負荷から保護する。しかしながら、警告信号の生成またはシステム強制停止の実行は、梯子の移動を制御するには不完全な補助機能にすぎない。具体的には、現在状況に応じた最大移動速度で梯子を制御することが求められる。警告信号を生成したり、梯子の衝突または過負荷を防止したりするセンサが存在していたとしても、例えば狭いスペースで最大限の範囲で操作するなど、困難な状況で操作が行われる梯子の制御には依然として、経験豊富なオペレータと、かなり熟練した制御が求められる。

したがって、本発明の目的は、システムの現在状況に応じた制御を簡略化するために、より直接的なフィードバックをオペレータに与える、消防車両の旋回可能な梯子のような空中装置の移動を制御するための制御システムを提供することである。

別の目的は、上記に対応する、空中装置の移動を制御する方法を提供することである。

上記の目的は、請求項１の特徴を有する制御システムと、それに対応する、請求項６の特徴を有する方法によって達成される。

本発明による制御システムは、空中装置を移動させるのに可能な最大速度を判定する判定手段を備える。入力デバイスの偏向が、判定された可能な最大速度に応じて、制限手段によって相殺または限定される。

この相殺または限定動作によって、入力デバイスのところにいるオペレータは、その入力デバイスに手動の偏向力を印加すると、直感的な即時触覚フィードバックを受ける。

例えば、実際に判定された可能な最大速度に応じて、入力デバイスの偏向範囲が、それ以上偏向できないように限定される。例えば、入力デバイスとして使用されるジョイスティックまたは操作レバーが、判定された可能な最大速度に応じて、制限手段によって移動の自由を特定の範囲内に制限される。最大速度の判定がリアルタイムで更新されうることから、空中装置の現在状況に応じて、入力デバイスの偏向の相殺または限定が動的に適合されうる。かかる触覚フィードバックシステムにより、衝突の危険がある場合に警告信号を生成する、または単に梯子移動の即停止を引き起こすだけの比較的簡易なシステムにまさる利点がもたらされる。

本発明の好ましい一実施形態によると、上記制限手段は、判定された可能な最大速度に応じた復元力を、入力デバイスに印加するように提供される。この復元力は、偏向力に対抗して入力デバイスを復元させるように作用する。この復元力は、入力デバイスを、可能な最大速度より低い速度に対応する位置まで戻すように作用し、手動の偏向力が印加されないと、その入力デバイスを中立位置に戻す。復元力を印加する選択肢は複数ある。例えば、可能な最大速度（または可能な最大速度より僅かに低い速度値）に達した場合に、非常に強い復元力が、オペレータが手動で打ち勝つことができないように、即座に印加されうる。別の例によると、入力デバイスの偏向が、可能な最大速度に対応する限界点に接近すると、復元力が徐々に増す。これにより、より直感的な触覚フィードバックがオペレータに与えられ、最大速度限定への接近をオペレータが感知することが可能になる。

本発明の好ましい一実施形態によると、上記入力デバイスは、ジョイスティックである。

より好ましくは、上記判定手段が、速度センサ、加速度センサ、荷重センサ、偏向センサ、および物体までの距離を判定するための距離センサのうちの少なくとも１つを備える。

本発明の別の好ましい実施形態によると、上記判定手段は、測定されたセンサデータと、制御対象の上記空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、可能な最大速度を判定するように提供される。

本発明はさらに、空中装置の移動を制御するための、詳細には消防車両の旋回可能な梯子を制御するための方法において、手動で操作可能な入力デバイスが、偏向力によって少なくとも１つの空間的方向に偏向され、上記入力デバイスの偏向量が対応する速度信号に変換され、上記速度信号に対応する速度で、上記空中装置が移動させられる方法であって、可能な最大速度が判定され、上記判定された可能な最大速度に応じて、上記入力デバイスの偏向が相殺または限定される方法に関する。

好ましくは、上記判定された可能な最大速度に応じた復元力が、上記入力デバイスに印加され、上記復元力が、上記偏向力に対抗して上記入力デバイスを復元させるように作用する。

本発明による方法の別の好ましい実施形態によると、可能な最大速度が、測定されたセンサデータと、上記制御される空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、判定される。

本発明による上記およびその他の態様は、後述の本発明の好ましい実施形態を参照すると明らかになり、解明されるであろう。

本発明による、空中装置の移動を制御するための制御システムの一実施形態のレイアウトの概略図である。

図に示されている、空中装置の一例としての消防車両の旋回可能な梯子を制御するための制御システム１０が提供される。尚、本発明による制御システムは、かかる旋回可能な梯子の制御に限定されず、他の種類の空中装置にも適用可能である。制御システム１０は、手動で操作可能な入力デバイスの一実施形態としてジョイスティック１２を備える。一般に知られているように、ジョイスティック１２は、オペレータ（図示せず）によって手動で印加されうる偏向力によって、様々な空間的方向（上、下、左、右など）に偏向可能である。したがって、ジョイスティックは、中立の中心位置に示されているが、側方に傾動することによって偏向されうる。この傾動動作は、ジョイスティック１２が偏向される方向によって規定される方向成分と、偏向量に対応する絶対値を含む。この偏向量は、与えられた方向への意図された移動速度に対応する。ジョイスティック１２の偏向量は、処理ユニット１４によって、対応する速度信号に変換される。処理ユニット１４は、ジョイスティック１２の偏向量だけでなく偏向方向も感知し、その偏向を対応する電気的な速度信号に変換する。この電気的な速度信号は、処理ユニット１４によって出力され、旋回可能な梯子を現在の速度信号に対応する速度で移動させるための作動ユニットに入力される。例えば作動ユニット１６は油圧ユニットであり、この油圧ユニットは、旋回可能な梯子を所与の方向に、対応する速度信号によって与えられる速度で移動させるための油圧を出力する。作動ユニット１６は、電気モータまたは他の種類のアクチュエータもしくは駆動ユニットも備えうる。

上述の構成によって、入力デバイスの偏向量は、それに対応した、旋回可能な梯子の、入力デバイスの偏向で決まる速度を有する移動に変換される。

この実施形態における旋回可能な梯子のような空中装置にはそれぞれ、移動速度に対して特定の制限が存在する。この制限は、旋回可能な梯子の延長範囲や、様々な箇所の現在加速度、梯子の先端で計測された重量や梯子に作用する曲げ力等の機械的負荷など、様々なパラメータに応じて決まる。さらなる速度制限の一因として、梯子から外部の物体までの距離もありうる。例えば、梯子と物体との衝突の危険を防止するために、その物体の近傍では梯子をゆっくり移動させると判定されうる。

梯子を移動させるのに可能な最大速度を判定するために、速度センサや、加速度センサ、重量センサ、荷重センサ、物体までの距離を判定するための距離センサなどの、センサ１８を備える判定手段が提供される。判定手段はさらに、可能な最大速度を計算するための計算ユニット２０を備えうる。計算ユニット２０は、センサ１８によって計測されるセンサデータから、ならびに／または制御される旋回可能な梯子の構造パラメータに関係するその他の所定のデータから、可能な最大速度を計算する。

制御システム１０はさらに、判定手段１８、２０によって判定する可能な最大速度に応じて、ジョイスティック１２の偏向を相殺する制限手段２２を備える。この実施形態では、上記相殺は、判定された可能な最大速度に応じた復元力を、ジョイスティック１２に印加することによって行われる。この復元力は、オペレータによって手動で印加された偏向力に対抗して、ジョイスティック１２を復元させるように作用する。この復元力を印加することによって、ジョイスティック１２の偏向量を低減し、ジョイスティック１２によって設定された速度を下げるために、ジョイスティック１２はその中立位置へと強制的に戻される。この復元力は、オペレータに触覚フィードバックを与える。というのは、ジョイスティック１２の操作は、制限手段２２によって印加された復元力に対抗して初めて可能になるからである。このために、制限手段２２は、復元力を印加するために、モータまたはその他任意の駆動手段を備えうる。こういったモータまたは駆動手段によって印加される力は、上述のように判定された可能な最大速度に応じて設定される。

この制御システム１０には、旋回可能な梯子の速度の現在状況に関してオペレータに通知する、直接的なフィードバックが存在する。というのは、リアルタイムで、現在の操作状況に対して、可能な最大速度が判定され、その可能な最大速度がいかなる時点においても、オペレータに直ちに通知されるからである。十分に大きい復元力を印加することによって、現在可能な最大速度に対する超過が効果的に防止されうる。この直接的なフィードバック効果は、「力フィードバック」とも称されうる。

本発明の異なる一実施形態によると、制限手段２２は、判定された可能な最大速度に応じて、入力デバイスの偏向を限定するように設けられる。この実施形態では、ジョイスティック１２のような入力デバイスは、特定の限定範囲内で自在に、いかなる復元力も印加されずに、移動させられうる。ただし、この移動の限定は、センサデータと、制御される空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、判定手段１８、２０によって判定された、可能な最大速度に応じて設定される。空中装置の現在状況に応じて、入力デバイスの移動の限定は、現在可能な最大速度に対応して、リアルタイムで動的に適合されうる。

この実施形態の制御システム１０では、手動で操作可能な入力デバイスの一例としてのジョイスティック１２が、オペレータによって印加された偏向力によって、少なくとも１つの空間的方向に偏向され、この入力デバイスの偏向量が、対応する速度信号に変換される。この速度信号に対応する速度で、空中装置の一例としての旋回可能な梯子が移動させられる。操作中、空中装置の可能な最大移動速度が判定され、入力デバイスの偏向が、判定された可能な最大速度に応じて相殺または限定される。

この実施形態では、判定された可能な最大速度に応じた復元力が、ジョイスティック１２に印加される。この復元力は、オペレータによって印加された偏向力に対抗して、ジョイスティック１２を復元させるように作用する。可能な最大速度は、計測されたセンサデータと、制御される空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、判定されうる。

本発明は好ましくはコンピュータ・プログラムに実装され、かかるコンピュータ・プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、コンピュータ・プログラムが、かかる方法の１つまたは複数のステップを実行するプログラムコード手段を備えうる。このため、本発明は、かかるコンピュータ・プログラムと、記録されたメッセージを含んだコンピュータ可読媒体も包含するものとし、かかるコンピュータ−可読媒体は、かかるプログラムがコンピュータ上で実行されるときにかかる方法の１つまたは複数のステップを実行するプログラムコード手段を含む。

本発明の好ましい実施形態を開示する本明細書および添付の図面を考慮すると、本発明の多くの変更、修正、変形およびその他の用途および適用例が当業者に明らかになるであろう。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない、かかる変更、修正、変形およびその他の用途および適用例は全て、本発明に包含されるとみなされる。

上記の説明の教示を基に、当業者は本発明を実行できることから、さらなる実施の詳細については説明しない。

１０ 制御システム
１２ ジョイスティック
１４ 処理ユニット
１６ 作動ユニット
１８ センサ
２０ 計算ユニット
２２ 制限手段

Claims (10)

1. 空中装置の移動を制御するための、詳細には消防車両の旋回可能な梯子を制御するための制御システム（１０）において、偏向力によって少なくとも１つの空間的方向に偏向可能な、手動で操作可能な入力デバイスと、前記入力デバイスの偏向量を対応する速度信号に変換するための処理ユニット（１４）と、前記空中装置を前記速度信号に対応する速度で移動させるための作動ユニット（１６）とを備える、制御システム（１０）であって、可能な最大速度を判定する判定手段（１８、２０）と、前記判定された可能な最大速度に応じて前記入力デバイスの偏向を相殺または限定する制限手段（２２）とを有することを特徴とする、制御システム（１０）。
2. 前記制限手段が、前記判定された可能な最大速度に応じた復元力を、前記入力デバイスに印加するように設けられており、前記復元力が、前記偏向力に対抗して前記入力デバイスを復元させるように作用することを特徴とする、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記入力デバイスが、ジョイスティック（１２）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御システム。
4. 前記判定手段（１８）が、速度センサ、加速度センサ、荷重センサ、偏向センサ、および物体までの距離を判定するための距離センサのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御システム。
5. 前記判定手段（１８、２０）が、測定されたセンサデータと、制御対象の前記空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、可能な最大速度を判定するように設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の制御システム。
6. 空中装置の移動を制御するための、詳細には消防車両の旋回可能な梯子を制御するための方法において、手動で操作可能な入力デバイスが、偏向力によって少なくとも１つの空間的方向に偏向され、前記入力デバイスの偏向量が対応する速度信号に変換され、前記速度信号に対応する速度で、前記空中装置が移動させられる方法であって、可能な最大速度が判定され、前記判定された可能な最大速度に応じて、前記入力デバイスの偏向が相殺または限定されることを特徴とする方法。
7. 前記判定された可能な最大速度に応じた復元力が、前記入力デバイスに印加され、前記復元力が、前記偏向力に対抗して前記入力デバイスを復元させるように作用することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 可能な最大速度が、測定されたセンサデータと、前記制御される空中装置の構造パラメータに関係する所定のデータとに基づいて、判定されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. コンピュータ・プログラムであって、そのプログラムがコンピュータ上で実行されるときに、請求項６〜８のいずれか一項に記載の各ステップを全て実行するように構成されたコンピュータ・プログラムコード手段を含む、コンピュータ・プログラム。
10. 記録されたプログラムを有するコンピュータ可読媒体であって、プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、請求項６〜８のいずれか一項に記載の各ステップを全て実行するように構成されたコンピュータ・プログラムコード手段を含む、コンピュータ可読媒体。

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