JPH08207850A

JPH08207850A - 追従型制御装置

Info

Publication number: JPH08207850A
Application number: JP7016699A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Okamoto; 高明岡本; Tomoyuki Hota; 智之保多
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】移動装置の操作に熟練を必要とせず、容易で
かつコンパクトな追従型制御装置を提供することにあ
る。【構成】移動体１の動作に応じて変化するロープ２の
伸縮量を検出する移動体検出装置４と、前記移動体検出
装置より検出されるロープ伸縮量が、所定の長さに維持
された前記ロープの長さを基準値とし、前記ロープの長
さが基準値より長くなった場合は移動体の加速度を加速
する指令を、前記ロープの長さが基準値より短くなった
場合は移動体の加速度を減速する指令を前記駆動装置６
に出力することにより移動装置の速度と移動体の速度と
が等しくなるように制御する制御装置５とを備えた構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動装置の追従型制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、人間が移動装置を制御する方法と
しては、手押し車やリヤカーなどでは人間が移動装置に
固定された一部の部材に直接力を加えることで移動装置
の速度および方向を制御している。手押し車等では動力
は人間であり一度に運べる量が限られており、そのため
動力装置を備えた移動装置が開発された。動力装置を備
えた移動装置は走行を制御するため速度、および操舵等
の操作が必要である。たとえば自動車の場合アクセル、
ブレーキ、クラッチ、ハンドル、ギアチェンジシフトな
どの操作があり熟練が必要とされるのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の移
動装置では操作者に大きな負担がかかり、作業能率が悪
く、操作に熟練を必要とする問題がある。本発明の目的
は、移動装置の操作に熟練を必要とせず、容易でかつコ
ンパクトな追従型制御装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための装置】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、移動体の動作を伝達するロープ
によって移動装置の動作を検出し、その結果に基づいて
前記移動体の動作に追従移動するように前記移動装置を
制御する追従型制御装置において、移動体の動作に応じ
て変化する前記ロープの伸縮量を検出する移動体検出装
置と、前記移動体検出装置より検出されるロープ伸縮量
が、所定の長さに維持された前記ロープの長さを基準値
とし、前記ロープの長さが基準値より長くなった場合は
移動体の加速度を加速する指令を、前記ロープの長さが
基準値より短くなった場合は移動体の加速度を減速する
指令を前記駆動装置に出力することにより移動装置の速
度と移動体の速度とが等しくなるように制御する制御装
置とを備えている。

【０００５】また、請求項２の発明は、前記移動体検出
装置が、前記ロープを収納するリール部と、該リール部
に併設された前記ロープに張力を作用させている弾性体
と、前記リール部に設けられた前記ロープの伸縮量を検
出するロープ伸縮量検出装置とを備えたことを特徴とす
る。さらに、請求項３の発明は、移動装置の所定の位置
に設けられた複数の前記移動体検出装置と、前記移動体
検出装置の各々の前記リール部に接続されている複数の
ロープと、前記複数のロープそれぞれの他端が移動体側
の一端で結合されている結合部とを有する追従型制御装
置であって、前記制御装置は、前記移動装置の直進方向
を基準方向とし、前記移動検出装置より検出された移動
体の動作方向に応じて変化する前記夫々のロープの長さ
から前記移動体とともに移動する前記結合部の位置を前
記基準方向に対する相対角度として算出することにより
移動体に対する移動装置の相対位置を演算し、その結果
に基づいて前記移動装置を移動体の位置方向に操舵する
操舵装置とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の追従型制御装置は、移動装置と操作者
との動作伝達に紐状の可撓な物体（以後ロープ）を用い
ている。移動装置を移動させる際には、このロープを介
して、移動装置が操作者の動作を検知し、操作者（また
は移動体）と移動装置との速度差に応じてこれら両者に
作用する力をロープの長さとして検出し、操作者の動作
に追従するようにした。その際、移動体と移動装置との
速度が等しい場合のロープの長さを基準値とし、各ロー
プの長さの平均値の基準値との差が移動装置の速度や加
速度を制御するようにしている。そのため、操作者は熟
練を必要とせず、移動装置を容易に制御でき、作業能率
を高めることができる。また、移動装置を使用しない時
及び移動装置の停止時には、このロープに力が作用しな
いので移動装置内に収納される。従って、操作者は操作
以外の作業も能率良くでき、移動装置自体も非常にコン
パクトになる。

【０００７】さらに、本発明の請求項２では、複数の移
動体検出装置を設け、各移動体検出装置のリール部に接
続されている複数のロープの一端を結合し、各ロープの
長さを検出することにより移動体の方向や位置などの検
出が可能となるようにした。これらの移動体検出装置
は、移動体の位置や方向を検出すると同時に移動装置の
速度や加速度を制御する量となる移動体と移動装置とに
作用した力に応じたロープ長さを検出する。移動装置の
移動体に対する相対位置、角度等の情報を得て、移動装
置の速度、操舵角、その他移動に必要となる制御量を演
算するようにした。このように、操作者の位置を検出す
るようにしたので、移動装置は操作者の動作に十分対応
でき、より作業能率を高めることができるようになっ
た。

【０００８】本発明の追従制御装置の移動体検出装置構
成は、ロープ、弾性体、ロープ長さ及びロープ伸縮量検
出装置とからなる。ここでのロープは、紐状の可撓な物
質であれば良く、弾性体は実施例にはぜんまいバネであ
るが操作者が加える力を張力が働くようにするものであ
れば良い。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は、本発明の追従型制御装置の
構成斜視図である。移動装置３は、移動体（実施例では
操作者）の動作をロープ２を介して伝達され移動する。

【００１０】図２は、本発明の追従型制御装置の構成ブ
ロック図である。追従型制御装置は、移動体の動作を移
動装置に伝達するロープ２、ロープの伸縮量を検出する
移動体検出装置４、移動装置が移動体の動作に追従する
ように移動体検出装置からの結果に基づいて、移動体と
移動装置の距離や位置を演算する演算装置５１、速度・
加速度を制御する制御装置５２及び操舵角を制御する制
御装置５３とを備えた制御装置５、移動装置を駆動する
駆動装置６、移動装置の移動方向を操舵する操舵装置７
とから構成されている。

【００１１】まず、移動体検出装置の構成及び動作につ
いて説明する。図３は移動体検出装置４の代表的な機構
図である。ロープ２は、移動装置３に設けられた移動体
検出装置４のリール部に接続されている。また、図２の
移動体検出装置４は、ぜんまいバネ４０１、リール４０
２、固定軸４０３から構成されている。固定軸４０３は
ブロック４０４に固定され、ブロック４０４は移動装置
３に固定されている。図２において、ぜんまいバネ４０
１の中心側の端点４Ａは固定軸４０３に、外側の端点４
Ｂはリール４０２に固定されている。これにより、リー
ル４０２が回転するとぜんまいバネ４０１は締めつけら
れたり、ゆるめられたりするため回転を妨げる方向への
モーメントがリール４０２にかかることになる。

【００１２】ロープ２の一端は図１に示すごとく操作者
１が把持しており、他端は図３に示すリール４０２に固
定されている。また、図３ではロープ２があらかじめリ
ール４０２に巻き付いていることを表している。ここ
で、Ｘ軸方向を固定軸４０３と直角に交わる方向と定義
する。ロープ２をたるみがない状態でＸ軸方向に引くと
リール４０２に巻き付いていたロープ２の一部がほどけ
る。これによりリール４０２は回転する。

【００１３】リール４０２の一部は歯車の形状をしてお
り、歯車４０５とかみ合っている。また、歯車４０５は
歯車形状の部材を持つ回転角検出器４０６とかみ合って
いる。このため、リール４０２の回転角θを歯車４０５
を介して回転角検出器４０６で検出することが可能とな
る。回転角検出器４０６としては、ポテンショメー
タ、ロータリーエンコーダ等のようにリール４０２の回
転角を検出できる検出装置であればその類を問わない。

【００１４】また、回転角θは、図４のような曲率検出
器４１０ａ、４１０ｂでも検出可能である。図４は、ぜ
んまいバネ４１１に曲率検出器４１０ａ、４１０ｂを取
り付けた拡大図である。ぜんまいバネ４１１はリール４
１２が定常状態から回転すると定常状態よりも巻き込む
ため、ぜんまいバネ４１１の曲率が変化する。この曲率
の変化を検出するために、ぜんまいバネ４に曲率検出器
４１０ａ、４１０ｂを貼り付け曲率を求め、信号処理装
置４１３により曲率の変化を回転角θに変換する。この
曲率検出器４１０ａ、４１０ｂの部分はひずみゲージの
ように、ぜんまいバネの曲率の変化を検出できる手段で
あればよい。

【００１５】次に、操作者１がロープの伸縮量により回
転角θを検出して移動装置３を追従制御する基本的な駆
動制御装置の動作について説明する。ロープ２が定常状
態の場合を回転角θが０の場合とする。定常状態とは、
ロープ２に、ぜんまいバネ４０１の力により、ある一定
の張力がかかっている状態のことである。この定常状態
を基準に、ロープ２が伸びたときの回転角θの符号を
正、縮んだときの回転角θの符号を負とする。信号処理
装置４１３は、回転角θの大きさ、および正負の符号を
もとに、移動装置３の速度を制御するための信号を処理
し、制御装置５へと出力する。

【００１６】制御方法には、回転角θと移動装置３の速
度が比例する速度制御方法と回転角θと移動装置３の加
速度が比例する加速度制御方法とがある。これらは、移
動装置が走行する状況に応じて使い分けられる。本発明
の制御装置５の速度・加速度制御装置５２及びその制御
法について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、制御方法
のシーケンスブロック図である。

【００１７】速度制御方法は、回転角θに移動装置３の
速度を比例させる制御方法である。回転角θは、ロープ
２の伸びた長さ、あるいは縮んだ長さに比例する。従っ
て、移動装置３をある速度で前方へ移動させたい場合に
は、ロープ２を定常状態より長く引っ張ればよい。また
移動装置３を後進させたい場合には、ロープ２を把持す
る力をゆるめて、ロープ２を定常状態より縮めればよ
い。ロープ２の長さが定常状態の場合には、移動装置３
の速度は０であり、移動装置３は静止している。

【００１８】速度制御方法は、移動装置３の速度がロー
プ２の長さで表わされるため、操作者１は移動装置３の
速度を制御することが容易となる。加速度制御方法は、
回転角θに移動装置３の加速度を比例させる制御方法で
ある。回転角θが０の場合には、すなわちロープ２の長
さが定常状態である場合には、移動装置３の加速度が０
となり、移動装置３は、静止しているか、あるいは一定
の速度で移動しているかのどちらかである。従って、図
１において操作者１がロープ２を介して移動装置３と一
定速度で移動している場合には、ロープ２の長さは定常
状態であり、前記の速度制御方法で制御困難な状態は回
避される。

【００１９】ここで、操作者１が一定速度で移動してい
る状態より速度を速めた場合について説明する。この場
合には、移動装置３と操作者１との相対距離が長くな
り、ロープ２が定常状態より伸びることになる。そのた
め回転角θは、正の量となる。移動装置３の加速度は回
転角θに比例するため、移動装置３は正の加速度で移動
することになり、結果的に移動装置３の速度が増加す
る。この移動装置３の速度増加は、ロープ２が定常状
態、すなわち回転角θが０となり移動装置３の加速度が
０となるまで続く。従って、操作者１が走行速度を速め
た場合にも、結果的に速度を制御することが可能とな
り、操作者１と同じ速度で移動装置３は移動することが
できる。

【００２０】また、操作者１が速度を減少させた場合や
停止した場合でも同じように制御することで移動装置３
は操作者１と同じ速度で移動、あるいは停止することが
可能となる。その結果、移動装置３は、操作者１を追従
することとなる。次に、操作者１がロープ２により移動
装置３を追従移動させる際、操作者に対する移動装置の
位置方向を検出する方法について説明する。図６は、
移動体検出装置４１、４２を移動装置３の前進方向に対
して水平に取り付け、移動体の方向位置検出するため方
法の説明図である。本発明では、操作者に対する移動装
置の位置方向を検出するため、次の構成としている。

【００２１】移動体の位置を検出するために、複数の移
動体検出装置が必要である。図６では、２台の移動体検
出装置を有しており、操作者が操作するロープ２は、各
々の移動体検出装置に接続されている。ロープの一方２
１は移動体検出装置４１に接続され、他方２２は移動体
検出装置４２に接続されている。すなわち、移動体検出
装置に接続されている２本のロープ２１、２２は束ねて
結合され１本のロープ２３となって操作者１が把持して
いる。

【００２２】複数本のロープの移動装置側の一端は、各
移動体検出装置のロープ伸縮量検出装置のリール部に接
続され、ロープの操作者側の一端を束ねて結合されてい
る。その結合位置は、操作者の動作とともに移動し、移
動装置４は制御装置５の操舵角制御装置５３により制御
される。次に、複数の移動検出装置を備えた追従制御装
置の位置方向を検出する動作を説明する。

【００２３】移動検出装置４１、４２に設けられたぜん
まいバネは、回転した量に関係なく一定の力が働くとい
う特性を有している。そのため、操作者１がロープ２３
を引っ張ったとき、操作者１の進行方向０Ｈとロープ２
３の向きは、前記のぜんまいバネの特性によりロープ２
１とロープ２３とのなす角と、ロープ２２とロープ２３
とのなす角とが等しく向きになる。

【００２４】図６で、操作者の進行方向０Ｈが直進方向
である場合、ロープ２１、２２、２３であり、ロープ２
１と２２の長さは等しくなる。（図中破線で示す）ま
た、操作者の進行方向が直進方向からずれて１Ｈで移動
している状態では、ロープ２１０、２２０、２３０であ
る。（図中で実線で示す）ロープ２１０と２２０とが
束ねられ、操作者１が牽引するロープ２３０は直進方向
に対し相対角度αをなす方向にある。

【００２５】ここで、ロープ２１０、２２０の長さより
相対角度αを求める方法を説明する。移動装置に設けら
れた２つの移動体検出装置４１、４２の間隔をＰ、一方
の（右側の）ロープの長さをＲ、他方の（左側の）ロー
プの長さをＬとすると、相対角度αは長さＰ，Ｌ，Ｒを
用いて次の数式で表すことができる。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、長さＰは移動体検出装置４１、４
２の設置場所によって定まる定数である。図３に示すご
とくリール４０２の回転角θを検出することによりロー
プの長さを求めることは可能であるため、ロープ２１
０、２２０の長さを求めれば、相対角度αを演算により
求めることが可能である。相対角度αをもとに移動装置
３の操舵装置（操舵輪）７を操舵角制御装置５３により
制御する。それにより移動装置３を操作者１の進行方向
に向くように操舵することが可能となり、結果的に操作
者１が左右に進行方向を変化させた場合においても、移
動装置３は操作者１に追従することとなる。

【００２８】次に、移動装置と操作者との相対距離Ｄを
求める。移動装置の進行方向が、直進している状態のロ
ープ２１とロープ２２の長さを基準とし、直進方向から
ずれた方向に進行する場合、右側のロープの伸び量を
Ｒ、左側のロープの伸び量をＬとし、移動体検出装置４
１と４２の間隔をＰとすると、移動装置と操作者との相
対距離Ｄは、次式で表される。

【００２９】

【数２】

【００３０】このように、操舵角及び相対距離に基づい
て操舵装置７の操舵角や駆動装置６の速度、加速度を操
作者に追従するように、移動装置は制御装置５により制
御され、移動する。図７は、図２に示した構成ブロック
図の動作を説明するための処理フロー図である。移動装
置３は図３の移動体検出装置から検出された回転角θを
もとに、移動装置３と操作者１の相対角度α、相対速度
を演算し、さらに、追従するために必要な制御量である
操舵角、速度、加速度を演算する。その結果を駆動装置
６、操舵装置７に信号を送り移動装置３を移動する。

【００３１】また、移動装置３が、平地走行する以外
に、段差や階段あるいは坂道を走行することもある。そ
の際、駆動装置の変更を移動体検出装置の情報を元に変
更するために、上下方向の相対角度が必要となる。この
場合、移動体検出装置は、左右方向と同様に上下に２台
を設置すれば角度の検出が可能となる。また、上下左右
方向の相対角度を検出するために、移動体検出装置を３
台設置してもよい。移動体検出装置を３台設置すれば上
下左右方向の角度を同時に検出可能となる。すなわち、
移動装置３と操作者１との相対位置や相対角度が検出で
きる装置となる。

【００３２】実施例では移動体は操作者であったが、移
動装置でもよい。図８は複数の移動装置間をロープを介
して、第２の移動装置３１は第１の移動装置３２の動作
を追従するように構成した図である。各々の移動装置は
進行方向に対して前方にある、直接ロープで結び付いて
いる移動装置に追従するため、結果的にすべての移動装
置は操作者１に追従できる。このようにすれば移動する
空間が狭い場合において移動装置を小さくして追従させ
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、移動装置に操作者を追従
するための情報を与えることが可能となる。操作者は、
特に意識することなく移動装置の向きや速度を制御する
ことが可能となり、移動装置の操作に関して熟練を要し
なくなる。そのため誰でも容易に移動装置の制御を行う
ことが可能となることに大きな効果がある。

【００３４】また、複数の移動装置を連結させて制御さ
せる場合においても、移動装置は直前の移動装置を追従
することが可能となるため、操作者は最前の移動装置を
引っ張るだけで、容易に制御することが可能となる。具
体的な利用例として、駅構内、空港、ホテル、病院その
他の建物の内外において、荷物、郵便物、ゴミ等のあら
ゆる物品の運搬作業の際に使用する搬送車が考えられ
る。また、設置場所の制約等により移動装置の大きさに
制限がある場合には、移動装置を複数連結させて使用す
ることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の概念斜視図である。

【図２】は、本発明の構成ブロック図である。

【図３】は、本発明の第一の実施例である移動体検出装
置の構成図である。

【図４】は、本発明の第二の実施例である移動体検出装
置の構成図である。

【図５】は、本発明の制御シーケンスブロック図であ
る。

【図６】は、本発明の動作説明図である。

【図７】は、制御動作のシーケンスを表す処理フロー図
である。

【図８】は、本発明により複数の移動装置を連結させた
構成図である。

【符号の説明】

１移動体（操作者）２ロープ３移動装置４移動体検出装置５制御装置６駆動装置７操舵装置４１第１の移動体検出装置４２第２の移動体検出装置４０１弾性体（ぜんまいバネ）４０２リール４０３固定軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体の動作を伝達するロープによって
移動装置の動作を検出し、その結果に基づいて前記移動
体の動作に追従移動するように前記移動装置を制御する
追従型制御装置において、移動体の動作に応じて変化する前記ロープの伸縮量を検
出する移動体検出装置と、前記移動体検出装置より検出
されるロープ伸縮量が、所定の長さに維持された前記ロ
ープの長さを基準値とし、前記ロープの長さが基準値よ
り長くなった場合は移動体の加速度を加速する指令を、
前記ロープの長さが基準値より短くなった場合は移動体
の加速度を減速する指令を前記駆動装置に出力すること
により移動装置の速度と移動体の速度とが等しくなるよ
うに制御する制御装置とを備えたことを特徴とする追従
型制御装置。
【請求項２】前記移動体検出装置は、前記ロープを収
納するリール部と、該リール部に併設された前記ロープ
に張力を作用させている弾性体と、前記リール部に設け
られた前記ロープの伸縮量を検出するロープ伸縮量検出
装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載の追従型
制御装置。
【請求項３】移動装置の所定の位置に設けられた複数
の前記移動体検出装置と、前記移動体検出装置の各々の
前記リール部に接続されている複数のロープと、前記複
数のロープそれぞれの他端が移動体側の一端で結合され
ている結合部とを有する追従型制御装置であって、前記制御装置は、前記移動装置の直進方向を基準方向と
し、前記移動体検出装置より検出された移動体の動作方
向に応じて変化する前記夫々のロープの長さから前記移
動体とともに移動する前記結合部の位置を前記基準方向
に対する相対角度として算出することにより移動体に対
する移動装置の相対位置を演算し、その結果に基づいて
前記移動装置を移動体の位置方向に操舵する操舵装置と
を備えたことを特徴とした請求項１記載の追従型制御装
置。