JPH06332536A - トラッキング制御装置 - Google Patents

トラッキング制御装置

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JPH06332536A
JPH06332536A JP12021493A JP12021493A JPH06332536A JP H06332536 A JPH06332536 A JP H06332536A JP 12021493 A JP12021493 A JP 12021493A JP 12021493 A JP12021493 A JP 12021493A JP H06332536 A JPH06332536 A JP H06332536A
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JP
Japan
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signal
target
hand
orientation
tracking
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Withdrawn
Application number
JP12021493A
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English (en)
Inventor
Ichiro Watanabe
一郎 渡辺
Keiju Okabayashi
桂樹 岡林
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06332536A publication Critical patent/JPH06332536A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動物体を例えばカメラで撮像し、その見え
方によって移動物体をを検出し、その運動を評価してア
ーム手先などで追跡するトラッキング制御装置に関し、
対象物発見時において速度指令値が急激に変化しないよ
うにする。 【構成】 手先相対位置信号と対象物の目標位置姿勢信
号との誤差信号に対して該対象物の発見時に一定の時間
内で所定の関数を与えて急激なトラッキング動作を防
ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトラッキング制御装置に
関し、特に移動物体を例えばカメラで撮像し、その見え
方によって移動物体を検出し、その運動を評価してアー
ム手先などで追跡するトラッキング制御装置に関するも
のである。
【0002】将来、例えば宇宙ロボットで、浮遊移動し
ている故障衛星を対象物として捕まえる場合などにおい
ては、特に他の制御系から追跡制御(以下、トラッキン
グ制御と称する)に切り替える必要がある。
【0003】
【従来の技術】図9は、従来より知られた他の制御系か
らトラッキング制御系に切り替えるトラッキング制御装
置の構成例を示したもので、図中、1は対象物トラッキ
ングを行うための速度指令値を発生するトラッキングコ
ントローラ、2は対象物を発見する前に、他の制御系よ
り与えられる速度指令値とトラッキングコントローラ1
からの速度指令値とを切り替える制御切替スイッチ、3
はスイッチ2からの速度指令値からアーム手先の位置姿
勢を制御するアーム手先(トラッカー)速度制御装置、
4はアーム手先速度制御装置3より得られる手先位置姿
勢信号と対象物の位置姿勢信号とに基づいて対象物発見
信号及び対象物の手先相対位置信号を生成出力する対象
物の発見・位置姿勢計測装置である。
【0004】そして、対象物の発見・位置姿勢計測装置
4からの対象物発見信号はスイッチ2に与えられ、対象
物の手先相対位置信号は対象物の目標位置姿勢信号との
誤差信号がトラッキングコントローラ1(このトラッキ
ングコントローラ1は説明の簡略化の為、比例ゲインK
cのみとなっているが他のものでもよい。)に与えられ
る。
【0005】このような従来例の動作においては、ま
ず、スイッチ2は図示のように上側に接続されており、
この例では対象物を発見する前の静止状態を示す“0”
の速度指令値がアーム手先速度制御装置3に与えられて
おり、これに対応してアーム手先は静止している。
【0006】一方、対象物の発見・位置姿勢計測装置4
はカメラで撮像された画像を利用した対象物の位置信号
により対象物体を発見したときには対象物発見信号を制
御切替スイッチ2に与える。これにより、トラッキング
コントローラ1とアーム手先速度制御装置3と対象物の
発見・位置姿勢計測装置4との閉ループが形成される。
【0007】この閉ループにおいては、対象物の発見・
位置姿勢計測装置4はアーム手先速度制御装置3からの
手先位置姿勢信号及び対象物の位置姿勢信号に基づき上
記の対象物発見信号と共に対象物の手先相対位置姿勢信
号をも生成する。
【0008】この対象物の手先相対位置姿勢信号と、ア
ーム手先から相対的にある特定の位置に定められている
対象物目標位置姿勢(つまり、対象物がアーム手先から
相対的にある位置、方向の場所にある状態を目標状態と
する)との誤差Eが求められ、トラッキングコントロー
ラ1に与えられるので、トラッキングコントローラ1は
この誤差信号Eに対応した速度指令値を生成してアーム
手先速度制御装置3に与え、アーム手先を制御する。こ
れにより、対象物に対する追跡制御が行える。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにカメラで
撮像された画像を利用してその中から対象物を見つける
場合には、最初の対象物の位置は、普通、アーム手先の
位置からは遠く、そのまま制御切替スイッチ2を切り替
えると、特に制御系が速応するように構成されている場
合、手先位置姿勢信号によるアーム手先の最初のアーム
動作が急激になってしまうことがあり危険である。
【0010】即ち、例えば図10に示すように、速度指
令値Vref=Kc×Eがステップ指令値状に速度制御
系に渡されてしまうという問題点があった。
【0011】従って本発明は、対象物発見時において速
度指令値が急激に変化しないトラッキング制御装置を実
現することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の課題を解
決するため、本発明に係るトラッキング制御装置は、図
9に示した如く、対象物の発見前の速度指令値とトラッ
キングコントローラ1からの速度指令値とを対象物の発
見・位置姿勢計測装置4からの対象物発見信号に基づい
て制御切替スイッチ2により切り替えてアーム手先速度
制御装置3によりアーム手先の位置姿勢を制御すると共
に該対象物の発見・位置姿勢計測装置4に手先位置姿勢
信号を与え、該手先位置姿勢信号と対象物の位置信号と
に基づいて該対象物の発見・位置姿勢計測装置4が対象
物の手先相対位置姿勢信号を生成し、該手先相対位置姿
勢信号と対象物の目標位置姿勢信号(手先相対信号)と
の誤差信号を該トラッキングコントローラ1に与えるト
ラッキング制御装置であることを前提としている。
【0013】このような構成を前提にした本発明に係る
トラッキング制御装置の各手段を以下に順次説明する。
【0014】本発明(その1):図1及び図2 本発明では、アーム手先側が予め止まっている場合に適
用され、スイッチ2は図示の位置に接続されている。上
記のように対象物が発見された瞬間は、一般にエラーが
大きい。従って、そのまま制御切替スイッチ2を切り替
えると急激な動きをすることがあり危険である。
【0015】本発明は、図9に示した従来例に加えて図
1に示すように、上記の誤差信号Eをトラッキングコン
トローラ1に与える前に対象物の発見信号に基づき該誤
差信号に一定時間T内で増加する係数K(t)を乗じる
乗算部5を設けたことを特徴とするものである。
【0016】即ち、トラッキングコントローラ1の係数
K(t)は図2(a)に太線で示すように以下のような
関数である。
【0017】
【数1】 (但しK(t)は、区間t0<t<t0+TでK(t
0)=0,K(t0+T)=1の増加関数であり、図2
(a)の太線の例では(1/T)(t−t0)なる単純
増加関数である。)
【0018】時刻t0は、対象物が対象物の発見・位置
姿勢計測装置4によって発見された時刻であり、この時
刻t0に制御切替スイッチ2を図示と反対の位置に切り
替える。
【0019】スイッチ2の切替時刻からの一定時間Tは
エラー増加時間であり、対象物目標位置姿勢からの手先
相対位置信号のズレEに上記の係数K(t)を掛けるこ
とにより図2(b)に示すように誤差Eは時間と共に変
化する値Em(t)となる。
【0020】この誤差関数Em(t)は対象物の発見時
刻t0から徐々に変化し、T時間後に(t≧t0+Tに
おいて)Em=Eとなる。これにより、発見された瞬間
に不連続に動作が開始されることはない。
【0021】本発明の変形:上記の時間Tは、大きい
程、急激な動作をしなくなるが、この場合には応答が遅
くなる。発見時の初期誤差Eが小さい時は、それほど大
きくとる必要はないので、誤差Eの大きさに応じて、乗
算部5において時間Tの値を変化させてもよい。
【0022】この例(Tを太線より大きくとった例)
が、図2(a)及び(b)における細線のグラフに示さ
れている。
【0023】本発明(その2):図3及び図4 図1に示した本発明(その1)の構成においては、アー
ム手先が動いている場合でもスイッチ2を切り替えた瞬
間に速度0の指令値が出て、動きが不連続になる欠点が
ある。
【0024】そこで本発明では更に、対象物の発見前の
速度指令値が移動速度指令(V(t0)≠0)である場
合、トラッキングコントローラ1からの速度指令値に加
算させるために対象物の発見信号を受けてから一定時間
T’後に0まで減少する関数Kv(t)を発生する関数
発生部6を設けたことを特徴とするものである。
【0025】即ち、スイッチ2が切り替えられる瞬間の
速度v(t0)を初期値とし、一定時間T’後に0とな
るように下記のような減少関数(図4(a)参照)を関
数発生部6に用意する。
【0026】
【数2】 (但しKv(t)は、区間t0<t<t0+T’でKv
(t0)=1,Kv(t0+T’)=0の減少関数であ
り、図4(a)の例では1−(1/T’)(t−t0)
の単純減少関数である。)
【0027】このような減少関数Kv(t)をV(t
0)に積算して、図1によって得られる誤差関数Em
(t)(図2(b)及び図4(b)参照)を速度指令値
として出力するトラッキングコントローラ1の出力信号
に対して加算すると、図4(c)に示すようにスイッチ
2を切り替えた瞬間の初期値V(t0)から急激に増減
することのない連続した速度指令値Vrefが得られる
こととなる。
【0028】本発明(その3):図5乃至図7 本発明は、図9に示した従来例において、更に図5に示
すように、対象物の発見・位置姿勢計測装置4が更に対
象物発見初期位置信号を出力し、該対象物発見初期位置
信号と該対象物の発見信号とを受けて該対象物の目標位
置姿勢信号に対して一定時間T後の真の目標値を最終値
とする目標軌道を発生する目標値修正装置7を設けたこ
とを特徴とするものである。
【0029】即ち、図6に示すように、対象物が発見さ
れた瞬間の対象物の実際の位置姿勢P0を初期位置と
し、一定時間T後の真の目標位置姿勢Pdを最終位置と
する目標軌道P2,P3,・・・,の演算式を目標値修
正装置7に予め記憶しておくことにより発生させ、対象
物の発見・位置姿勢計測装置4から対象物発見信号を受
け且つその初期位置信号を受けたとき、例えば初期位置
がP3であったとすると、この初期位置P3と目標値P
dとから一定時間Tで、P3からPdに徐々に接近して
行く対象物の目標位置姿勢の時系列を与える。
【0030】そして、この修正された目標位置姿勢を従
来の制御系に目標値として与えることにより、急激な動
作を防止している。
【0031】図7は、目標値の修正を演算で行う例を示
したもので、発見された時の位置Pd(t0)=(X
0 ,Y0 )と真の目標位置Pd=(Xd,Yd)を時間
T”で直線補間すると下記のように求めることができ
る。
【0032】
【数3】
【0033】
【実施例】図8は本発明に係るトラッキング制御装置の
実施例構成図を示したものである。この実施例では、ア
ーム制御計算機10において、トラッキング制御系11
が上記のトラッキングコントローラ1と乗算部5と関数
発生部6と目標値修正装置7とを含んでおり、このトラ
ッキング制御系11に対象物の発見・位置姿勢計測装置
4からの出力信号が与えられている。
【0034】また、アーム制御計算機10において、ト
ラッキング制御系11と他の制御系12との切り替えが
切替スイッチ2で行われるようになっている。
【0035】このアーム制御計算機10の切替部2の出
力信号(アーム手先速度指令値)はアームコントローラ
20におけるアーム手先速度制御装置3に与えられ、マ
ニピュレータ21は指令に従い動作する。
【0036】カメラ31はマニピュレータ手首部に搭載
されており手先とともに移動するようになっている。カ
メラ31の撮影対象となる対象物32には、専用のマー
クが付けられていてもよい。
【0037】画像処理装置33は、対象物32の画素特
徴の抽出処理を行う。その結果を元に、アーム制御計算
機10内の対象物の発見・位置姿勢計測装置4は対象物
の位置信号として入力しその画像の中から対象物32を
捜し、発見した時は発見信号を出し、以降、対象物位置
姿勢計測結果である対象物の手先相対位置を出力する。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るトラ
ッキング制御装置によれば、対象物の手先相対位置信号
と対象物の目標位置姿勢信号との誤差信号に対して該対
象物の発見時に一定の時間内で所定の関数を与えて急激
なトラッキング動作を防ぐように構成したので、特に制
御系が速応するように構成されている場合、手先位置姿
勢信号によるアーム手先の最初のアーム動作が急激にな
ってしまうことを防ぐことが可能となる。また、対象物
の発見初期位置と目標位置を補間した逐次目標位置を、
発見後一定時間、従来の制御系に与えることにより同様
の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明(その1)に係るトラッキング制御装置
を原理的に示したブロック図である。
【図2】本発明(その1)に係るトラッキング制御装置
の動作説明図である。
【図3】本発明(その2)に係るトラッキング制御装置
を原理的に示したブロック図である。
【図4】本発明(その2)に係るトラッキング制御装置
の動作説明図である。
【図5】本発明(その3)に係るトラッキング制御装置
を原理的に示したブロック図である。
【図6】本発明(その3)に係るトラッキング制御装置
における目標値の生成原理を示した図である。
【図7】本発明(その3)に係るトラッキング制御装置
における目標値の別の生成原理を示した図である。
【図8】本発明に係るトラッキング制御装置の実施例を
示したブロック図である。
【図9】従来例を示したブロック図である。
【図10】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
1 トラッキングコントローラ 2 制御切替スイッチ 3 アーム手先速度制御装置 4 対象物の発見・位置姿勢計測装置 5 乗算部 6 関数発生部 7 対象物目標位置姿勢修正装置 図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象物を発見する前の速度指令値とトラ
    ッキングコントローラ(1)からの速度指令値とを対象
    物の発見・位置姿勢計測装置(4)からの対象物発見信
    号に基づいて制御切替スイッチ(2)により切り替えて
    アーム手先速度制御装置(3)によりアーム手先の位置
    姿勢を制御すると共に該対象物の発見・位置姿勢計測装
    置(4)に手先位置姿勢信号を与え、該手先位置姿勢信
    号と対象物の位置信号とに基づいて該対象物の発見・位
    置姿勢計測装置(4)が対象物の手先相対位置姿勢信号
    を生成し、該手先相対位置姿勢信号と対象物の目標位置
    姿勢信号との誤差信号を該トラッキングコントローラ
    (1)に与えるトラッキング制御装置において、 該誤差信号を該トラッキングコントローラ(1)に与え
    る前に該対象物の発見信号に基づき該誤差信号に一定時
    間(T)内で増加する係数(K(t))を乗じる乗算部
    (5)を設けたことを特徴とするトラッキング制御装
    置。
  2. 【請求項2】 該乗算部(5)が、該誤差信号の初期値
    に応じて該一定時間(T)を決定するものであることを
    特徴とした請求項1に記載のトラッキング制御装置。
  3. 【請求項3】 対象物を発見する前の速度指令値が移動
    速度指令値であり、該トラッキングコントローラ(1)
    からの速度指令値に加算させるために該発見信号を受け
    てから一定時間(T’)後に零まで減少する関数(Kv
    (t))を発生する関数発生部(6)を設けたことを特
    徴とすることを特徴とした請求項1又は2に記載のトラ
    ッキング制御装置。
  4. 【請求項4】 対象物を発見する前の速度指令値とトラ
    ッキングコントローラ(1)からの速度指令値とを対象
    物の発見・位置姿勢計測装置(4)からの対象物発見信
    号に基づいて制御切替スイッチ(2)により切り替えて
    アーム手先速度制御装置(3)によりアーム手先の位置
    姿勢を制御すると共に該対象物の発見・位置姿勢計測装
    置(4)に手先位置姿勢信号を与え、該手先位置姿勢信
    号と対象物の位置信号とに基づいて該対象物の発見・位
    置姿勢計測装置(4)が対象物の手先相対位置姿勢信号
    を生成し、該手先相対位置姿勢信号と対象物の目標位置
    姿勢信号との誤差信号を該トラッキングコントローラ
    (1)に与えるトラッキング制御装置において、 該対象物の発見・位置姿勢計測装置(4)が更に対象物
    発見初期位置信号を出力し、該対象物発見初期位置信号
    と該対象物の発見信号とを受けて該対象物の目標位置姿
    勢信号に対して一定時間(T)後の真の目標値を最終値
    とする目標軌道を発生する目標値修正装置(7)を設け
    たことを特徴とするトラッキング制御装置。
JP12021493A 1993-05-21 1993-05-21 トラッキング制御装置 Withdrawn JPH06332536A (ja)

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JP12021493A JPH06332536A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 トラッキング制御装置

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JP12021493A JPH06332536A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 トラッキング制御装置

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JPH06332536A true JPH06332536A (ja) 1994-12-02

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JP12021493A Withdrawn JPH06332536A (ja) 1993-05-21 1993-05-21 トラッキング制御装置

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