(57)【要約】【課題】ワークの位置決め制御の時間短縮を図る。【解決手段】ワークの位置制御系に対して、最終的に位置決めすべき指令位置が位置決め動作開始後に変更された際に、指令位置予測器６によって次の時刻の指令位置を予測し、その予測した指令位置とワークの現在位置との差（目標位置軌道）に対応した目標加速度軌道を生成し、その目標加速度軌道から目標速度軌道及び目標位置軌道を生成して、ワークに対する位置決め制御を行うので、短時間に効率良く位置決め制御を終了させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの現在位置から目標とする指令位置までの軌道を生成する目標軌道生成装置において、
前記指令位置を入力する入力手段と、
この入力手段によって入力された前記指令位置の変化を予測する予測手段と、
この予測手段によって予測された変化に基づく前記指令位置の将来位置と前記ワークの現在位置との間の間隔と、前記ワークの現在加速度及び前記ワークの現在速度に基づき、ワークの現在位置から前記指令位置の将来位置までの目標位置軌道を生成する軌道生成手段と
を具備することを特徴とする目標軌道生成装置。
【請求項２】
前記軌道生成手段は、生成された目標位置軌道に基づいて、目標加速度軌道を生成することを特徴とする請求項１に記載の目標軌道生成装置。
【請求項３】
前記軌道生成手段は、生成された前記目標加速度軌道に基づいて、目標速度軌道を生成することを特徴とする請求項２に記載の目標軌道生成装置。
【請求項４】
ワークを現在位置から目標とする指令位置までの軌道を生成する目標軌道生成方法において、
前記指令位置を入力し、
入力された前記指令位置の変化を予測し、
この予測された変化に基づく前記指令位置の将来位置と前記ワークの現在位置との間の間隔と、前記ワークの現在加速度及び前記ワークの現在速度とに基づき、ワークの現在位置から前記指令位置の将来位置までの目標位置軌道を生成する
ことを特徴とする目標軌道生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置に採用して好適な目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両、航空機等の移動する相手対象物（目標物）をカメラの視野中心に捉えてこれを撮影したり追跡したりしようとするとき、カメラを載せた雲台に対し、カメラが目標物の位置する方向に向くように位置決め制御が行われる。
【０００３】
カメラを搭載し、位置決め制御が行われる雲台をワークとしたとき、目標物を捉えるべくワークに対する位置決め制御を行うために、ワークが動くべき目標位置（すなわち、指令位置）が与えられる必要がある。
【０００４】
そして、ワークを駆動制御し、効率良く最短の時間で、ワークを指令位置に到達させるには、ワーク自体が現在位置から指令位置に到達するまでの間のワークの移動目標曲線を、ワーク自体の有する固有の最大加速度、最大減速度、及び最大速度に基づいて例えば、図４に示すように設定し、さらにそれに基づいてワーク自体が現在位置から指令位置に到達するまでの間のワークの目標位置軌道を設定し、ワークの実位置曲線がその設定された移動目標速度曲線に重なるように駆動制御が行われて位置決めされる。
【０００５】
なお、目標軌道生成装置において、ワークの現在位置と指示された指令位置とから目標位置軌道が設定されれば、その設定された目標位置軌道から、ワーク自体の有する固有の最大加速度及び最大減速度に基づき、目標加速度軌道を得ることができ、目標加速度軌道が設定されれば、ワーク自体の有する固有の最大速度に基づき目標速度軌道を得ることができる。
【０００６】
従って、指令位置の指定により設定された目標位置軌道に対応して、ワークが最短の時間で位置決めを行うための目標加速度軌道を得ようとするとき、当然ながら、その目標加速度軌道の特性曲線は、ワーク駆動機構における最大加速度及び最大減速度に制約される。なお、図４に示した目標速度軌道では、ワークの現在速度がゼロの場合を示している。
【０００７】
ところで、実際にワークが指令位置に向けて駆動制御される状況のもとでは、相手対象物（目標物）が移動していることが多い。また、雲台側が移動している場合もある。
【０００８】
このように、雲台に対して、相手対象物が移動している状況のもとでは、ワークが動くべき目標位置すなわち指令位置も、相手対象物（目標物）または雲台自身の移動に伴い時々刻々変化する。
【０００９】
図５は、従来の目標軌道生成装置の構成図である。
【００１０】
相手対象物（目標物）が雲台に対して相対的に移動している状況のもとでは、指令位置入力器１からは、カメラやレーダ等の観測器材で得られた不図示の相手対象物（目標物）の位置に対応した指令位置が、時々刻々、目標軌道生成演算器２に供給される。
【００１１】
パラメータ設定・記憶器３には、目標軌道の生成に必要なワーク駆動機構の最大加速度、最大減速度、及び最大速度等の演算パラメータが予め設定・記憶されていて、これら演算パラメータのデータは目標軌道生成演算器２に供給される。
【００１２】
また、目標軌道生成演算器２には、現在位置検出器４で検出されるワークの現在位置データが供給される。
【００１３】
そこで、目標軌道生成演算器２は、ワークの移動開始前に現在位置検出器４からの現在位置データと指令位置入力器１から供給される指令位置のデータと、パラメータ設定・記憶器３から供給されるワークの最大加速度及び最大減速度及びワークの最大速度に基づいて、図４に示したような、目標速度軌道を生成し、それに基づいて目標位置軌道を設定し、目標軌道出力器５を介して出力され、ワーク機構を駆動制御すべく位置決めされる。
【００１４】
通常は、ワークが一旦移動を開始した後は、目標軌道生成演算器２に新たな指令位置が供給されても、上記目標位置軌道を変更・更新することは行わず、ワークが移動を終了した後に、必要であればその時点の指令位置入力器１から供給される指令位置のデータと、現在位置検出器４からの現在位置データにより、同様にして次の目標位置軌道を設定する。
【００１５】
図６は、目標軌道生成演算器２における上記動作手順を示したフローチャートである。
【００１６】
すなわち、まず目標軌道生成演算器２は、指令位置入力器１から供給される指令位置を読み込み（ステップ６Ａ）、その読み込んだ指令位置と現在位置検出器４から供給のワークの現在位置とを対比し、一致するか否かを判定する（ステップ６Ｂ）。
【００１７】
ステップ６Ｂにおいて、一致する場合（ＹＥＳ）はワークに対する位置決めが完了しているとして終了し、一致しない場合（ＮＯ）はステップ６Ｃに移行し、その時点における現在位置のデータと指令位置のデータとから得られる目標位置軌道に従って位置決め制御を行う。
【００１８】
従って、ステップ６Ｃでは、指令位置と現在位置とが一致しない（ＮＯ）間は、当初の相手対象物（目標物）の位置と当初のワークの現在位置によって設定された目標位置軌道に従って、位置決め制御を行いつつ、ステップ６Ａに戻り、最終的に指令位置に現在位置が到達するまで操作が繰り返される。
【００１９】
なお、従来技術としては、下記特許文献１に記載されたものも知られている。
【特許文献１】特許第２９８２９１０号公報（平成１１年９月２４日登録）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
目標軌道生成装置は、上記のように、目標軌道生成演算器２において、指令位置入力器１から時々刻々供給されるワークの現在位置と指令位置との差（すなわち、間隔ないしは距離）から目標位置軌道を生成し、その生成された目標位置軌道から演算パラメータに基づく目標位置軌道を生成し、その得られた目標位置軌道に対応した位置制御により、ワークが位置決め制御可能に構成されている。
【００２１】
従来の目標軌道生成装置において、雲台に対する相手対象物（目標物）の相対的位置が、時々刻々、不規則に変化している状態のもとでは、前の時刻における位置決め制御が終了しない間に、指令位置入力器１から次の指令位置が供給されることがある。
【００２２】
このように位置決め制御の途中で新たな指令位置が供給されると、目標軌道生成演算器２は、当初の移動動作の終了後に、その変更された新たな指令位置に基づく演算を新たにやり直し、目標軌道を生成するので、最終的にワークに対する位置決め制御が終了するまでに長い時間を要した。
【００２３】
図７は、従来の目標軌道生成装置において、指令位置が位置決め制御の途中で変更された場合の動作説明図である。
【００２４】
図７（ａ）は、対象物（目標物）が移動し、時間軸上で変化する対象物（目標物）の位置を実線で示し、その対象物（目標物）を追尾してこれを捉えるべく、カメラ等を搭載した雲台等のワークが動くべき目標位置すなわち指令位置を点線で示している。
【００２５】
目標軌道生成装置では、ワークの現在位置が、最短時間で、指令位置に一致するように目標速度軌道が生成される。従って、当初の移動時間（図７の時間１）で当初の現在位置（図７（ａ）の目標位置１）に達している。
【００２６】
従って、ワークの現在位置が当初の位置から近づいた場合には、ワークの指令位置はワークの現在位置に対して、図７（ａ）に示したように、大きなオーバーランを引き起こし、収斂し一致するまでに相当の時間を要する。
【００２７】
すなわち、図７（ａ）に示した対象物（目標物）の位置特性と指令位置特性とから目標位置軌道を算出したとき、図７（ｂ）に示した目標加速度特性曲線及び図７（ｃ）に示した目標速度特性曲線が得られ、加速度を繰り返して位置決めが終了するまでに相当な時間を要した。
【００２８】
上記のように、従来の目標軌道生成装置では、雲台に対して相対的に移動する対象物（目標物）にあっては、指令位置が位置決め制御の途中で変更されることから、位置決め終了するまでに相当の時間を要するので改善が要望されていた。
【００２９】
そこで本発明は、指令位置入力器における指令位置が変更されても、位置決め制御を短時間に行うことができる目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
第１の本発明は、ワークの現在位置から目標とする指令位置までの軌道を生成する目標軌道生成装置において、前記指令位置を入力する入力手段と、この入力手段によって入力された前記指令位置の変化を予測する予測手段と、この予測手段によって予測された変化に基づく前記指令位置の将来位置と前記ワークの現在位置との間の間隔と、前記ワークの現在加速度及び前記ワークの現在速度に基づき、ワークの現在位置から前記指令位置の将来位置までの目標位置軌道を生成する軌道生成手段とを具備することを特徴とする。
【００３１】
第２の本発明は、ワークを現在位置から目標とする指令位置までの軌道を生成する目標軌道生成方法において、前記指令位置を入力し、入力された前記指令位置の変化を予測し、この予測された変化に基づく前記指令位置の将来位置と前記ワークの現在位置との間の間隔と、前記ワークの現在加速度及び前記ワークの現在速度とに基づき、ワークの現在位置から前記指令位置の将来位置までの目標位置軌道を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
上記のように、本発明に係る目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法によれば、入力された指令位置の変化を予測し、その予測された指令位置に基づき目標位置軌道を生成するので、オーバーランは抑制され、位置決め制御を短時間に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る目標軌道生成装置の一実施例を、図面を参照して説明する。なお、図５ないし図７に示した従来の目標軌道生成装置と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図１は、本発明による目標軌道生成装置の一実施例を示した構成図、図２は図１に示した目標軌道生成装置の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下説明する実施例においても、対象物（目標物）または雲台自身は、時々刻々移動しているものとする。
【００３５】
すなわち、図１に示したように、指令位置入力器１からはワーク（位置決め装置）に対し位置決めすべき指令位置が、時々刻々、指令位置予測器６及び目標軌道生成演算器２に供給される。
【００３６】
ここでも指令位置とは、目標物を捉えるためにワークが移動すべき目標位置であり、目標物または雲台自身が移動しているものとの前提のもとで、従来と同様に、時間の経過に伴う目標物の移動変化に対応して指令位置は変化する。
【００３７】
そこで、指令位置予測器６は、指令位置入力器１から時々刻々入力される指令位置データの推移から、次の時刻における指令位置の予測値を算出し、目標軌道生成演算器２に供給する。
【００３８】
また、従来と同様に、パラメータ設定・記憶器３には、目標位置軌道生成に必要なワーク機構自体の最大加速度、最大減速度、最大速度等の演算パラメータが予め設定・記憶されていて、これらのデータは目標軌道生成演算器２に供給される。
【００３９】
さらに、目標軌道生成演算器２には、現在位置検出器４で検出されるワークの現在位置データ、及び現在速度検出器７で検出されるワークの現在速度データがそれぞれ供給される。
【００４０】
図２は、目標軌道生成演算器２の動作手順を示したフローチャートで、まず指令位置入力器１からのワークに対する現在の指令位置を読み込み（ステップ２Ａ）、続いて、指令位置入力器１からの現在時刻における指令位置データと現在位置検出器４から供給の現在位置データとが一致するか否かを判定する（ステップ２Ｂ）。
【００４１】
ステップ２Ｂにおいて、一致する場合（ＹＥＳ）は、ワークに対する位置決め制御は終了し、一致しない場合（ＮＯ）は、ステップ２Ｃに移行し、指令位置予測器６において算出された次の時刻における指令位置の予測値を導入する。
【００４２】
すなわち、この実施例の目標軌道生成装置は、指令位置予測器６において、指令位置入力器１から時々刻々供給される指令位置の推移から、（現在時刻に続く）次の時刻における指令位置を予測し、その予測した次の指令位置データを目標軌道生成演算器２に供給するので、目標軌道生成演算器２は、次の時刻におけるワークの現在位置及び現在速度を予測値として算出する（ステップ２Ｄ）。
【００４３】
次に、目標軌道生成演算器２は、ステップ２Ｄにおいて算出した、次の時刻における現在位置データと、指令位置予測器６から供給される次の時刻における予測指令位置データとの位置偏差を算出し、予測値（つまり、予測位置偏差値）として出力する（ステップ２Ｅ）。
【００４４】
次に、目標軌道生成演算器２は、（ステップ２Ｄにおいて）算出したワークの現在の加速度データ及び次の時刻における予測速度データと、（ステップ２Ｅにおいて）算出した次の時刻における予測位置偏差値データとから、その予測位置偏差値に対応した次の時刻におけるワークの目標加速度を算出し設定する（ステップ２Ｆ）。
【００４５】
続いて、予測された次の時刻の目標加速度を積分し、現在の時刻におけるワークの目標速度に加えて、次の時刻におけるワークの目標速度を得るとともに、先に予測した次の時刻におけるワークの指令位置から、相手対象物（目標物）の次の時刻の位置を算出し、相手対象物（目標物）の次の時刻位置算出値に基づく、目標位置軌道→目標加速度軌道→目標速度軌道を算出して、目標軌道出力器５を介して、ワーク機構を駆動制御すべく、指令位置信号を出力する（ステップ２Ｇ）。
【００４６】
このように、この実施例の目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法によれば、ステップ２Ｂにおいて、指令位置と現在位置とが一致しない（ＮＯ）間は、ステップ２Ｃからステップ２Ｇでまでの手順操作により、時々刻々得られる雲台に対する相手対象物（目標物）の相対的な位置に対し、（現在時刻ではなく）次の時刻において予測される対象物位置に対応した目標速度軌道を得て位置決め制御を行い、ステップ２Ａに戻り、最終的に指令位置に現在位置が到達するまで操作が繰り返される。
【００４７】
従って、この実施例に係る目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法によれば、目標軌道は、ワークの現在位置が指令位置に一致するまでの間は、常に、次の時刻において予測される指令位置に基づいて生成されるので、ワーク移動速度の変化量と現在位置と指令位置との間の隔たりとの差は縮小され、オーバーランの抑制により、位置決め制御を短時間に行うことができる。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示した従来の動作特性に対応させて示した本実施例における動作特性図である。
【００４９】
上記のように、本実施例に係る目標軌道生成装置及び目標軌道生成方法によれば、ワークに対する位置決め制御が、現在時刻に続く、次の時刻における予測指令位置に対応して位置決め制御が行われるので、図７（ａ）に示したように、オーバーランは縮小され、短時間に収斂される。
【００５０】
従って、図３（ａ）に示した対象物（目標物）の位置特性と指令位置特性とから目標位置軌道を算出したとき、図３（ｂ）に示した目標加速度特性曲線が得られ、図３（ｂ）に示した目標加速度特性曲線から、図３（ｃ）に示したように、短時間に位置決め制御を終了させ得る目標速度特性曲線を得てワークを位置決め駆動制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の目標軌道生成装置の一実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示した装置の動作手順を説明したフローチャートである。
【図３】図３（ａ）は、図１に示した装置により得られる対象物（目標物）位置と指令位置との間の位置軌道図、図３（ｂ）は目標軌道生成演算器２（ステップ２Ｆ）において算出される目標加速度軌道図、図３（ｃ）は図３（ｂ）に示した目標加速度軌道から得られる目標速度軌道図である。
【図４】目標軌道生成におけるワークの最短時間移動時の速度パターン図である。
【図５】従来の目標軌道生成装置の構成図である。
【図６】図５に示した装置の動作手順を説明したフローチャートである。
【図７】図５に示した装置の目標軌道を示したもので、図７（ａ）は、図５に示した装置の対象物（目標物）位置と指令位置との間の位置軌道図、図７（ｂ）は従来の目標軌道生成演算器２において算出される目標加速度軌道図、図７（ｃ）は図７（ｂ）に示した目標加速度軌道から得られる目標速度軌道図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  指令位置入力器，
２  目標軌道生成演算器，
３  パラメータ設定・記憶器，
４  現在位置検出器
５  目標軌道出力器
６  指令位置予測器，
７  現在速度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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