(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体取扱いシステムが提供する処理が施される被処理体であって前記被処理体取扱いシステムの経路に沿って移動可能な被処理体の軌道を設定するコントローラと、
前記コントローラにより設定された軌道に従い、経路上のそれぞれ指定された範囲内において複数の被処理体それぞれを移動させる複数のアクチュエータと、
前記アクチュエータの構成に関する情報、前記被処理体取扱いシステムの制約に関する条件、又は前記アクチュエータによって実行されるタスクに関する要件のうち少なくとも１つに基づいて設定され、被処理体毎に各被処理体が経路を移動する際に時間的に最適と考えられる複数の軌道を記憶する手段と、
前記設定された軌道それぞれに対応させて設定された、被処理体が当該軌道から外れて移動可能な範囲の境界を示す軌道包絡線を記憶する手段と、
を有し、
前記コントローラは、
経路上における各被処理体の現在位置を取得する手段と、
処理対象として選択された被処理体が予め選択された軌道に従い経路上を移動している際に、当該被処理体の現在位置が前記予め選択された軌道に対応した軌道包絡線により囲まれた領域内に存在していないことが検知された場合、当該被処理体の現在位置を含む領域を形成する軌道包絡線を選択し、その選択した軌道包絡線に対応した軌道に沿って当該被処理体を移動させる手段と、
を有することを特徴とする被処理体取扱い装置。
【請求項２】
前記軌道包絡線は、被処理体が当該軌道から外れて移動した場合でも他の被処理体との衝突が回避できると考えられる範囲の境界を特定する衝突包絡線であることを特徴とする請求項１に記載の被処理体取扱い装置。
【請求項３】
前記軌道包絡線は、被処理体が当該軌道から外れて移動した場合でも前記被処理体取扱いシステムが時間通りに処理を遂行できると考えられる範囲の境界を特定する制御包絡線であることを特徴とする請求項１に記載の被処理体取扱い装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間的に散在する被処理体の取扱い装置を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複写機等における被処理体例えば印刷媒体の取扱いシステムは、シートなどの媒体を、経路に沿ってある位置から別の位置に移動させながら、そのシート上に転化、画像転写、融着などの１つまたは複数の取扱いを実行することができる。図１に示したように、従来の媒体取扱いシステム１００は、用紙経路１４０に沿ってシートを移動させながらシート上に取扱いを実行する複数のアクチュエータ１３０を制御するコントローラ１１０を含む。
【０００３】
一般に、取扱いとシートの移動を調整するためにタイミング信号が使用される。たとえば、タイミング信号にしたがあったある時間にシートを経路１４０に送る。次に、シートは、経路１４０を通って、ある時間ウィンドウ内で様々な位置センサを過ぎ、特定の時間に転写部に達することができる。
【０００４】
しかしながら、この従来の媒体取扱いシステム１００には、一定の許容範囲を超える一時的な動作エラーが検出されてその信号がコントローラ１１０に送られたとき、従来の媒体取扱いシステム１００を含む装置が停止されるという問題がある。従来の媒体取扱いシステム１００は、フィードバック制御を含まない。したがって、アクチュエータ１３０は、高い精度で製造しなければならず、それは高価である。また、このフィードバック制御の欠落のため、従来の媒体取扱いシステム１００は、様々なタイプの媒体を提供されたときにうまく動作せず、高速時に精度と信頼性を維持する点で問題を有する。
【０００５】
そのような問題は、モジュール式被処理体取扱いシステムが、制御を複雑多段にして遂行することができる制御中心の計画によって克服することができる。従来の媒体取扱いシステム１００の単純なタイミングよりも優れた制御システムを使用することにより、より広い範囲の媒体タイプのようなより広い範囲の被処理体を高速で操作することができる。
【０００６】
たとえば、マルチレベル制御アーキテクチャを含むモジュール式被処理体取扱いシステムは、前述の従来の媒体取扱いシステム１００を上回る利点を提供することができる。このモジュール式被処理体取扱いシステムは、個々のモジュールコントローラの機能および／または動作を調整するシステムコントローラを含み、対応するアクチュエータを制御して、経路に沿って被処理体を搬送するような所望のシステム機能を提供する。  特に、システムコントローラは、各被処理体の全体の軌道をモジュールコントローラにダウンロードすることができる。モジュールコントローラは、その各アクチュエータを制御して、そのモジュール内に計画された軌道で各被処理体を維持することができる。
【０００７】
システムコントローラは、各モジュールアクチュエータの制約を考慮することによって軌道全体の計画をたてる。次に、システムコントローラによって計画された軌道を、３次スプラインなどの距離−時間空間内の関数として提供する。
【０００８】
一般に、モジュール式被処理体取扱いシステムの動作中に、被処理体の所望の軌道からのずれが生じる。ずれが小さい場合は、そのずれが他のモジュールコントローラと関係しないことがあるため、あるいは全体の制御基準を満たすかどうかに関係なく、個々のモジュールコントローラにすべての制御をまかせることができる。しかしながら、システムコントローラは、全体の制御基準を満たすことを考慮する。したがって、システムコントローラは、そのようなずれを補償するために、被処理体の位置を常に監視し、同時に様々な制御技術を使用して被処理体の軌道を決定しなおすことがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題及び解決手段】
しかしながら、複雑な軌道を決定しなおす技術を使用してたえず軌道を計画しなおすことは、実時間で遂行するのが困難な場合がある。実際に、使用される装置とソフトウェアによっては、実時間でずれの影響を識別してずれた軌道を計画しなおすために、近似的決定法と発見的方法に頼らなければならない場合がある。
【００１０】
したがって、ずれた軌道を連続的に計画しなおすのではなく、所定の軌道と軌道包絡線を使用してシステム制約条件とタスク要件の様々な組合せを符号化することが望ましいことがある。軌道包絡線は、制御境界や衝突境界などの対象とする制御基準を示すために他の軌道のまわりの領域を表すことができる。システムコントローラは、被処理体の現在の状態を所定の軌道包絡線と比較することによって、現在の状態が制御基準を満たす範囲を迅速に決定することができる。
【００１１】
たとえば、衝突を回避するために、被処理体間の距離を連続的に確認して軌道を決定しなおす代わりに、所望の軌道のまわりの所定の衝突包絡線を使用することができる。所定の衝突包絡線は、被処理体がその衝突包絡線内にある限り被処理体が衝突しないように決定される。同様に、制御包絡線を使用して、被処理体がタスク要件を遂行するために時間通りに目標に達するかどうかなど、他の制御基準を決定することができる。このモジュール式被処理体取扱いシステムは、特定の軌道と対応する軌道包絡線との間または現在の被処理体位置と軌道包絡線との間の比較だけを含むようにオンライン決定を簡略化する。
【００１２】
前述のシステムおよび方法は、軌道ならびに経路に沿って移動する各被処理体ごとに軌道と関連付けられた少なくとも１つの所定の軌道包絡線を決定する。しかしながら、所定の軌道包絡線が大きくかつ／または所定の軌道から被処理体のずれが大きい場合、その被処理体をその被処理体の所定の軌道に戻そうとする際に、無駄な大量のエネルギーが使用されることがある。
【００１３】
これを回避するために、各被処理体ごとに複数の軌道ならびにその複数の各軌道と関連した軌道包絡線を決定することができる。その場合、本発明の装置および方法は、エネルギー使用量を積極的かつ効率的に改善するために、各被処理体の状態を監視し、複数の所定の軌道を切り換えることができる。この装置と方法は、他の被処理体の軌道を修正して、最初に軌道が切り換えられた被処理体との衝突を回避することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の以上のその他の特徴および利点は、本発明によるシステムと方法の様々な例示的な実施形態の以下の詳細な説明において述べられまてたは明らかである。
【００１５】
図２は、従来の媒体取扱いシステム１００よりも制御中心的な設計を有する本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステム２００を示す。このモジュール式被処理体取扱いシステム２００は、システムコントローラ２１０、１つまたは複数のモジュールコントローラ２２０、１つまたは複数のモジュールアクチュエータ２３０および経路２４０を含む。システムコントローラ２１０は、通信リンク２５０を介してモジュールコントローラ２２０と通信して、個々のモジュールアクチュエータ２３０の機能および／または動作を調整し、モジュールアクチュエータ２３０を経由する経路２４０に沿って複数の被処理体を搬送するような所望のシステム機能を提供する。システムコントローラ２１０は、様々なシステム制約条件とタスク要件を考慮することによって、経路２４０に沿った各被処理体の軌道を計画する。モジュールコントローラ２２０は、通信リンク２５０を介してその各モジュールアクチュエータ２３０を制御し、各被処理体をその計画された軌道上に維持する。この制御方針は、多階層制御アーキテクチャと呼ぶことができる。
【００１６】
様々なシステム制約条件と要件を考慮しながら軌道を計画するために、システムコントローラ２１０は、モジュールコントローラ２２０とモジュールアクチュエータ２３０と関連する一定のデータを認識することが有用である。たとえば、システムコントローラ２１０は、各モジュールアクチュエータ２３０のそれぞれの入口と出口、各モジュールアクチュエータ２３０に加えることができる最大加速および制動力、および／または各モジュールコントローラ２２０の応答時間を知ることができる。
【００１７】
システムコントローラ２１０は、通信リンク２５０を介して各被処理体ごとに計画された軌道をローカルモジュールコントローラ２２０にダウンロードする。１つの例示的な実施形態において、システムコントローラ２１０は、被処理体を経路２４０に沿ったある場所から別の場所までできるだけ短い時間で高速に移動させるために時間最適軌道をダウンロードして、モジュール式被処理体取扱いシステム２００の生産性を高めることができる。
【００１８】
経路２４０の軌道において、被処理体は、経路２４０に沿って被処理体がいくつかのモジュールアクチュエータ２３０の制御を受ける領域を移動し、各モジュールアクチュエータ２３０は、最高動作または最低動作を個別に切り換えて適用することにより、時間最適軌道を実現することができる。これは、ｎ個のモジュールアクチュエータ２３０を含む任意のモジュール式被処理体取扱いシステム２００を考察することにより証明することができる。各モジュールアクチュエータ２３０は、アレイＡ＝［ａ1，．．．ａn］を使用することによって被処理体に最大加速ａを加えることができ、ここで、ａnは、ｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の最大加速である。また、ｎ個のモジュールアクチュエータ２３０は、アレイＲ＝［ｒ1，．．．ｒn］を使用して、被処理体に最大減速ｒを加えることができ、ここで、ｒnは、ｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の最大減速である。被処理体は、ある速度ｖ0で経路２４０に入り、ある速度ｖnで経路２４０から出る。
【００１９】
次に、他の制約がないと仮定すると、所望の軌道は、各モジュールアクチュエータの最大加速を使用して被処理体の運動方程式を最初に順方向に積分することによって決定し、初期位置と初期速度ｖ0を提供することができる。次に、被処理体の運動方程式は、所望の最終位置と速度ｖnを条件に各モジュールアクチュエータごとに最大減速を使用することにより逆方向積分される。次に、２つの軌道の交点、すなわち切換え時間が決定される。換言すると、被処理体は、各モジュールアクチュエータ２３０から切換え時間まで最大加速下で前方に移動し、次に被処理体は最終位置および速度に達するまで各モジュールアクチュエータ２３０による最大減速で減速される。
【００２０】
前述のように、被処理体が対応するモジュールアクチュエータ２３０による制御を受ける領域に被処理体が入った後、システムコントローラ２１０は、被処理体を移動するためにモジュールコントローラ２２０によって使用可能な各被処理体の軌道を各モジュールコントローラに２２０に提供する。通信リンク２５０を介した各モジュールコントローラ２２０へ距離−時間軌道の通信は、軌道上の一連のポイントを提供することによって行うことができる。しかしながら、そのような供給は、特に、軌道情報を数がいくつかある可能性のある通信リンク２５０を介してすべてのモジュールコントローラ２３０にダウンロードしなければならない場合に、大きい通信帯域幅を必要とする。
【００２１】
軌道が、実時間で通信リンク２５０を介していくつかのモジュールコントローラ２２０に送られるため、通信リンク２５０に過負荷をかけず計算的に効率がよくコンパクトでかつ効率的な軌道の表現を提供することが望ましい。たとえば、軌道を距離−時間空間の関数として考えることができる。実際に、そのような関数は、一般的な基本関数の拡張として表すことができる。基本関数は、計算効率が高く、１回分かれば軌道を再現することができる。そのような基本関数の例は、たとえば多項式スプライン基本関数などの多項式である。そのような表現は、システムコントローラ２１０がローカル制御モジュール２２０に送らなければならない浮動小数点数の量を大幅に減少させる。したがって、通信リンク２５０のネットワークを動作不能にすることなく高速制御を可能にする。
【００２２】
たとえば、軌道は、３次スプラインとして表すことができ、ｙ（ｔ）は、軌道上の被処理体の位置であり、ｖ（ｔ）はその速度であり、ａ（ｔ）はその加速度である。軌道上の被処理体の位置、速度および加速は、次のように表すことができる。
【００２３】
【数１】
0004841033.tif 000002
【００２４】
ここで、ａ0、ａ1、ａ2およびａ3は、定数であり、
ｔ0≦ｔ≦ｔ1
ｔは、指定した時間である。
【００２５】
これらのスプラインはそれぞれ、時間ｔ0から時間ｔ1のデカルト平面上の曲線として表すことができ、位置ｙ、速度ｖまたは加速度ａは、ひとつの軸で表され、時間ｔは、他の軸で表される。各曲線の形は、定数ａ0、ａ1、ａ2およびａ3によって決まる。
【００２６】
これにより、定数ａ0、ａ1、ａ2およびａ3が分かれば、上記の３次スプラインによって定義された曲線に沿った任意の位置ｙ（ｔ）を求めることができる。次に、位置ｙ（ｔ）の微分をとることによって、軌道上の被処理体の速度を表すスプラインｖ（ｔ）を提供することができる。同様に、速度ｖ（ｔ）の微分をとることによって、軌道上の被処理体の加速度を表すスプラインａ（ｔ）を提供することができる。
【００２７】
最初の時間ｔ0と最後の時間ｔ1を選択することによって、それぞれの定数は、次にようになる。
【００２８】
【数２】
0004841033.tif 000003
【００２９】
ｙ0とｙ1はそれぞれ、時間ｔ0およびｔ1における軌道上の被処理体の位置である。
【００３０】
ｖ0とｖ1はそれぞれ、時間ｔ0およびｔ1における軌道上の被処理体の速度である。
【００３１】
定数ａ2とａ3の前記表現は、ｌとして時間ｔ1とｔ0の間の位置の変化すなわちｙ1−ｙ0と、ｄとして時間ｔ1とｔ0の間の全経過時間すなわちｔ1−ｔ0を表すことによってさらに簡略化することができる。したがって、定数ａ2とａ3は、次のようになる。
【００３２】
【数３】
0004841033.tif 000004
【００３３】
モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、いくつかのモジュールアクチュエータ２３０を含むことができる。このモジュール式被処理体取扱いシステム２００において、被処理体が最初のモジュールアクチュエータ２３０に入る時間は、ｔl-1つまりｔ0である。被処理体が、最後すなわちｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０を出る時間は、ｔnである。したがって、モジュール式被処理体取扱いシステム２００内に被処理体がある時間は、ｔn−ｔ0である。被処理体がｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０に入る時間は、ｔj-1であり、被処理体がｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０から出る時間は、ｔjである。したがって、被処理体がモジュールアクチュエータ２３０内にある時間は、ｔj−ｔj-1である。
【００３４】
被処理体がｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０内にある時間を表す期間ｔj−ｔj-1に関して、上記のスプラインが、システム全体の軌道すなわちモジュール式被処理体取扱いシステム２００全体の中の被処理体の軌道を表すように、定数ａ1、ａ2およびａ3を決定することができる。しかしながら、ｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０内でシステム軌道全体を変更しなければならない場合は、新しい定数ａ0、ａ1、ａ2およびａ3を決定しなければならない。新しい軌道は、ｔj-1から始まり、連続的であり、古い軌道との連続した第一次導関数を有する。
【００３５】
モジュール式被処理体取扱いシステム２００が動作しているとき、前述のように決定し表すことができる軌道に沿った経路を複数の被処理体が移動することができる。そのような環境下では、システムコントローラ２１０の機能のうちの１つは、被処理体が衝突する場所を認識し、そのような衝突を回避できることである。システムコントローラ２１０は、経路２４０内の被処理体の相対位置および速度に基づいて衝突を検出することができる。
【００３６】
本発明による衝突を検出し回避する方法の１つの例示的な実施形態において、システムコントローラ２１０は、被処理体が移動しているときに被処理体を追跡する。被処理体が互いに近すぎ、同時に相対速度がゼロでない場合、システムコントローラ２１０は、被処理体が衝突しないように軌道を定義しなおすことができる。モジュールアクチュエータ２３０が被処理体を移動することができる最大加速は制限され、加速がａ（ｔ）の場合は、ａ（ｔ）∈│−ａmax，ａmax│である。したがって、最大相対加速は、次の通りである。
【００３７】
【数４】
0004841033.tif 000005
【００３８】
この衝突回避方法の例示的な実施形態において、システムコントローラ２１０は、すべての被処理体の相対的な被処理体の間隔と相対的な被処理体の速度を連続的に監視し、前述のような軌道包絡線を連続的に更新する。システムコントローラ２１０が、被処理体が別の被処理体の近づき過ぎていると判定したとき、システムコントローラ２１０が、ローカルモジュールコントローラ２２０に、後続の被処理体の速度を遅くすることによって適切な被処理体の相対速度を遅くさせる。これは、位置時間基準軌道を変更して適切なモジュールアクチュエータ２３０の端での到着時刻を早めることによって遂行される。したがって、被処理体は、常に、システムコントローラ２１０によって、モジュール式被処理体取扱いシステム２００の安全な領域内に維持される。補正を繰り返しても被処理体の移動する距離が近すぎる場合は、システムコントローラ２１０は、すべての被処理体の速度を徐々に遅くすることによってすべての被処理体をゆっくりと停止させる。
【００３９】
以上考察したように、図２に示したモジュール式被処理体取扱いシステム２００は、前述の方法を使用するフィードバック制御を使用して被処理体を追跡する。ローカルモジュールコントローラ２２０は、システムコントローラ２１０によって提供される軌道を受け入れ、それぞれのモジュールアクチュエータ２３０を制御して被処理体を所望の軌道上に維持する。また、ローカルモジュールコントローラ２２０は、システムコントローラ２１０とその他のローカルモジュールコントローラ２２０と通信し、必要に応じて被処理体をその適切な軌道上に維持する。
【００４０】
モジュールアクチュエータ２３０は、様々なタスクを実行することができる。各タスクは、適切な時間−空間において対応する内容を有する。全体的なシステム軌道は、モジュールアクチュエータ２３０の各々のタスクによって課される制約を維持することによって計画される。たとえば、モジュールアクチュエータ２３０内に静止している被処理体のドウェル時間が、距離−時間軌道の水平線に対応する。被処理体が、２つのモジュールアクチュエータ２３０内に同時にあるとき、その状況は、両方のモジュールアクチュエータ２３０のために指定された距離領域内の同じ勾配すなわち速度を有する軌道として説明することができる。したがって、軌道は、被処理体を経路２４０上で移動させる際に伴う制約を有効に符号化するように動作する。
【００４１】
図２に示した通信リンク２５０は、モジュール式被処理体取扱いシステム２００内のモジュールコントローラ２２０、システムコントローラ２１０、および／または他の中間コントローラ（図示せず）の間で軌道情報を通信し合うために使用される。情報のこの双方向の流れにより、軌道の実時間補正を行うことができる。これにより、経路２４０内の複数の被処理体間の衝突が確実に解決される。たとえば、２つの被処理体が近くなり過ぎると、モジュールコントローラ２２０自体またはシステムコントローラ２１０によって、その状況が検出され、軌道が適切に計画しなおされる。次に、新しい軌道が、適切なモジュールアクチュエータ２３０に送られる。モジュールアクチュエータ２３０は、その動作を次々に変化させて新しい軌道を求める。
【００４２】
前述のモジュール式被処理体取扱いシステム２００は、従来の単一コントローラの被処理体取扱いシステム１００よりも優れた多くの利点がある。たとえば、軌道を追跡するためにアクティブフィードバック制御を使用して様々なタイプの被処理体を操作することができる。前述の制御技術は、被処理体の特性に依存するパラメータを有し、被処理体タイプにより実時間で調整することができる。これは、被処理体の特性をモジュール式被処理体取扱いシステム２００に入力することによって遂行することができる。あるいは、これは、動作中に被処理体の特性を選択するモジュール式被処理体取扱いシステム２００によって遂行することができる。
【００４３】
生産性を高めるためには、被処理体を高速で移動させるほうが望ましい。モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、被処理体を所望の軌道上に維持するためにフィードバック制御を使用する。能動検出とフィードバック制御を使用することにより、所望の軌道からのずれを実時間で補正することができ、被処理体を高精度で移動できるようになる。
【００４４】
被処理体の移動が実時間で監視されるので、衝突やその他の破壊事象が生じる可能性のある状況の発生が、モジュール式被処理体取扱いシステム２００によって検出される。それにより、衝突やその他の破壊事象を回避するために軌道が計画しなおされる。軌道を単純に計画しなおすことによって状況を修正できない場合は、モジュール式被処理体取扱いシステム２００を制御して、経路２４０に沿って移動する被処理体をゆっくり停止させることができる。
【００４５】
最後に、被処理体を操作するためにさらに能動的なフィードバック制御を使用することにより、モジュールアクチュエータ２３０の必要精度が低くなる。精度が検出と制御によって維持されるため、あまり高精度に作製されていないモジュールアクチュエータ２３０で被処理体を操作することができる。システムコントローラ２１０とモジュールコントローラ２２０のコストが安くなってきており、高精度なハードウェアのコストがほとんど一定であるため、モジュール式被処理体取扱いシステム２００の全体のコストは、時間の経過と共に下がる。
【００４６】
前述のモジュール式被処理体取扱いシステム２００の動作中に、各被処理体にシステムコントローラ２１０によって提供される軌道は、制約条件と要件の一部を考慮する。公称軌道は、前述の時間最適軌道でよく、単一被処理体の標準的な所望の挙動を表すために提供される。したがって、公称軌道は、そのようなすべての適切な制御基準を符号化する。関連する制御基準は、各モジュールアクチュエータ２３０内にあるときの最高被処理体速度などの物理的制約と、目標時間と目標速度で目標位置に達するようなタスク要件を含むことができる。
【００４７】
前述のモジュール式被処理体取扱いシステム２００を使用して任意の被処理体を移動させることができる。たとえば、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、アナログまたはデジタル複写機、プリンタ、その他の画像形成装置内の搬送システムなど、シートに使用するモジュール式媒体取扱いシステムでよい。モジュール式被処理体取扱いシステム２００のそのような例示的な実施形態において、モジュールアクチュエータ２３０によって実行されるタスクは、シートの移動、シートの反転、シートの引き延ばし、画像の転写および融着を含むことができる。したがって、公称軌道は、そのようなタスクの制御基準を符号化する。
【００４８】
もう１つの例示的な用途において、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、航空機の飛行制御システムでもよい。この例では、システムコントローラ２１０が地上に配置されており、モジュールコントローラ２２０とモジュールアクチュエータ２３０が航空機に搭載されていてもよい。所定の軌道および軌道包絡線を使用することは、操縦士が自分自身で軌道をルートに選択できるようにする自由飛行を実施するような航空業界の最近の変化の点で特に有利な場合がある。したがって、衝突包絡線を使用して他の航空機との衝突を回避することができ、制御包絡線を使用して航空機が時間通りに目的地に到着できるようにすることができる。
【００４９】
モジュール式被処理体取扱いシステム２００を飛行制御システムとして使用するのは、画像形成装置内の搬送システムとして使用するのといくつかの違いがある。たとえば、画像形成装置では、シートの移動は、静止したモジュールアクチュエータ２３０によって処理される。しかしながら、飛行制御システムでは、モジュールアクチュエータは、被処理体すなわち航空機に搭載されている。したがって、動力学の航空機のエンジンの最高加速度などの航空機の制約は、航空機と共に移動するが、一定のモジュールアクチュエータ２３０の最大加速などのシートの制約は、画像形成装置内のシートの位置に依存する。
【００５０】
さらに別の例示的な用途において、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、新聞印刷機などの製品組立ラインの組立ライン制御システムでよい。この例において、経路２４０は、組立ラインであり、モジュールアクチュエータ２３０は、組立ラインに沿った領域を制御することになる。公称軌道は、モジュールアクチュエータ２３０の公称性能に基づいて事前に決定される。
【００５１】
図３は、モジュール式被処理体取扱いシステム２００が画像形成装置のモジュール式記録媒体取扱いシステムであり、被処理体が記録媒体シートであるときに、シートの前縁の代表的な時間−距離公称軌道のグラフである。前に考察したように、３次スプラインは、時間−距離軌道を表すことができる唯一の方法である。
【００５２】
モジュール式媒体取扱いシステム２００が動作しているとき、システムコントローラ２１０は、この公称軌道の適切な断片を基準軌道としてモジュールコントローラ２２０に通信する。システムコントローラ２１０は、モジュールコントローラ２２０にローカル制御をゆだねる。たとえば、軌道が、各モジュールアクチュエータ２３０の出入時間と速度を含む場合は、そのような時間と速度だけを対応するモジュールコントローラ２２０に送ればよい。次に、モジュールコントローラ２２０は、各モジュールアクチュエータ２３０に各シートが入って出るまでのシートの挙動の必要な情報を再現することができる。
【００５３】
前に考察したように、一般に、モジュール式媒体取扱いシステム２００の動作中に公称軌道からのずれが生じる。公称軌道からのずれが少しの場合は、すべての制御をモジュールコントローラ２２０に移すことができる。モジュールコントローラ２２０は、他のモジュールコントローラ２２０、他のモジュールアクチュエータ２３０、そのような他のモジュールコントローラ２２０およびモジュールアクチュエータ２３０の制御下にあるモジュールアクチュエータ２３０の挙動を考慮しなくてもよい。また、モジュールコントローラ２２０は、目標時間が達成されるかどうか、シートが衝突しそうかどうかなど、全体の制御基準が満たされるかどうかを考慮しなくてもよいい。
【００５４】
これと対照的に、システムコントローラ２１０は、モジュールアクチュエータ２３０の挙動および全体の制御基準が満たされるかどうかを考慮する。１つまたは複数のモジュールアクチュエータ２３０の挙動が、予想した挙動からずれると、システムコントローラ２１０は、起こっていること、考えられる影響、およびそのようなずれを修正または補正する方法を決定する。特に、公称軌道からずれると、前述の制約および要件を侵害することがあり、それによりシートの衝突、目標の失敗、１つまたは複数の最適性基準の侵害が生じる可能性がある。したがって、モジュールアクチュエータ２３０内でシートが遅れた場合、システムコントローラ２１０は、その後のシートが衝突するかどうかを判定し、関係する適切なモジュールコントローラ２２０に通知し、新しい軌道を作成しなければならない場合もある。
【００５５】
システムコントローラ２１０の１つの主な動作は、侵害する制御基準を決定することである。システムコントローラ２１０は、様々な制御基準の状態を決定することができる。たとえば、システムコントローラ２１０は、トラック上にどの被処理体があるかを決定することができる。これは、モジュールアクチュエータ２３０の挙動が公称軌道に十分に近いかどうかを調べることによって決定することができる。そのような場合は、それ以上監視する必要がない。
【００５６】
制御基準の状態の決定ならびに決定された状態の識別とそれに対する応答は、前述の様々な技術のような複雑な決定を必要とすることがあり、複数のモジュールアクチュエータ２３０とシートからの制約を必要とすることがある。目標を達成できるかどうかを判定するようないくつかの問題は、現在位置からの軌道の全体を計画しなおさなければならないことさえあり、実時間で遂行することが難しいことがある。したがって、制御ルーチンは連続的に実行されているので、システムコントローラ２１０は、実時間で応答するために、ずれの影響を識別し軌道を計画しなおすために近似的決定法と発見的方法に頼らなければならないことがある。
【００５７】
したがって、そのような高価で複雑な方法を、軌道と軌道包絡線を検索し結合し比較するもっと単純なシステムおよび方法と置き換えるシステムレベルの制御および監視システムおよび方法を提供することが望ましい場合がある。
【００５８】
これは、システム制約条件とタスク要件の様々な組み合わせを符号化する所定の軌道と軌道包絡線を使用することによって達成することができる。軌道包絡線は、対象とする制御基準を示す他の軌道のまわりの領域を示す。たとえば、衝突を避けるために被処理体間の距離を継続的に確認し被処理体を監視する代わりに、公称軌道のまわりの所定の衝突包絡線を使用することができる。したがって、各被処理体がその被処理体の衝突包絡線内にある限り被処理体は衝突しない。衝突包絡線は、前述の安全領域と同じように決定することができる。しかしながら、継続的に決定するのではなく、衝突包絡線をシステムの動作の前に決定することができる。
【００５９】
もう１つの例示的な実施形態において、被処理体が公称軌道から外れた場合、目標を達成できるかどうかを判定するためにすべてのモジュールアクチュエータ２３０の軌道を計画しなおすのではなく、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、制御包絡線を使用する。したがって、被処理体がその被処理体の制御包絡線内にある限り被処理体はまだ目標に達することができる。軌道包絡線は、たとえば対象とする領域の境界を示す１つまたは複数の軌道によって表すことができる。
【００６０】
したがって、所定の軌道包絡線を使用して、制御境界と衝突境界を示す複数の所定の軌道により対象とする制御基準を符号化することができる。様々な軌道包絡線は、異なる制御基準を表す。システムコントローラ２１０は、被処理体の現在の状態（位置、速度など）をそのような所定の軌道包絡線と比較することによって、状態が基準を満たす程度を迅速に決定することができる。比較演算子は、軌道包絡線が何を符号化するかに依存する。たとえば、図３に示した公称軌道と類似のフォーマットで提供された時間−距離軌道包絡線の場合、システムコントローラ２１０は、現在の被処理体の位置が包絡線境界の左になるか右になるかを調べるだけでよい。当業者は、距離−時間空間に関する前の説明から、様々な時間−空間に関する所定の軌道包絡線に対する被処理体の現在位置を比較する方法を容易に理解できるため、そのような比較の詳細な説明は省略する。
【００６１】
軌道と軌道包絡線は、任意の適切な既知または今後考案される方法を使用して決定することができる。たとえば、軌道と軌道包絡線は、たとえば最適制御や衝突安全領域などの適切な制御および衝突安全領域を決定するために使用される測定により得ることができる。
【００６２】
軌道と軌道包絡線を決定する方法に関係なく、軌道と軌道包絡線を事前に決定することにより、制御ルーチンが軌道と軌道包絡線との比較だけを含むように簡略化される。これにより、モジュール式被処理体取扱いシステム２１０の動作中に、実時間で軌道と軌道包絡線を決定する必要がなくなる。
【００６３】
図４は、サンプルのシステム制約条件とタスク制限に関して軌道と軌道包絡線を示すグラフである。たとえば、公称軌道４００は、距離−時間面をほぼ二分するものとして示される。また、図４は、公称軌道４００の左側、すなわち時間的にその前の進み衝突軌道５１０と、公称軌道４００の右側、すなわち時間的にその後の遅れ衝突軌道５２０とによって定義された衝突包絡線５００を示す。進み衝突軌道５１０は、被処理体が、ある速度で経路２４０上のある場所から外れ、経路２４０上のその被処理体のすぐ前にある被処理体のような別の被処理体と衝突することがない最も早い時間を定義する。遅れ衝突軌道５２０は、被処理体が、ある速度で経路２４０上のある場所から外れ、経路上のその被処理体のすぐ後ろにある被処理体のような別の被処理体と衝突することがない最も遅い時間である。したがって、この進み−遅れ衝突包絡線５００を使用して、ある被処理体とその被処理体の前と後ろの被処理体との間の一定の最小距離を符号化することができる。被処理体が、その被処理体の衝突包絡線５００内にある間、前と後ろの被処理体は、その公称軌道から最小距離よりも外れず、被処理体は衝突しない。
【００６４】
また、図４は、公称軌道６２０の左側、すなわち時間的に前の進み制御軌道６１０と、公称軌道４００の右側、すなわち時間的に後の遅れの制御軌道６２０とによって定義された制御包絡線６００を示す。進み制御包絡線６１０は、被処理体が、経路２４０上のある場所からある速度で外れて、まだそのタスクを遂行できる最も早い時間である。遅れ制御軌道６２０は、被処理体が、ある速度で経路２４０上のある場所から外れ、まだそのタスクを遂行することができる最も遅い時間である。したがって、進み−遅れの制御包絡線６００を使用して、被処理体を配置しなければならない一定の場所を符号化することができる。被処理体がその被処理体の制御包絡線内にある間、被処理体は、そのタスクを遂行することができる。
【００６５】
以上説明した遅れ制御軌道６２０は、被処理体が公称軌道４００に従って第１のモジュールアクチュエータ２３０に入るように計画されたのと同じ時間に第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る被処理体に関して、被処理体が、ある速度である場所から外れてまだそのタスクを遂行することができる最も遅い時間である。換言すると、遅れ制御軌道６２０は、公称軌道４００と同時に第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る。しかしながら、図４は、また、被処理体が第１のモジュールアクチュエータ２３０に入りまだそのタスクを遂行することができる最も遅い時間を構成する最も遅い制御軌道６３０を示す。したがって、最も遅い制御軌道６３０は、公称軌道４００が第１のモジュールアクチュエータ２３０に入った後で第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る。
【００６６】
軌道４００、５１０、５２０、６１０、６２０、６３０および軌道包絡線５００、６００はそれぞれ、一連のタプル（ｔｕｐｌｅｓ）として表すことができる。たとえば、ｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０が最後のモジュールアクチュエータ２３０であり、ｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０が最初とｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の間のモジュールアクチュエータ２３０のうちの１つであるモジュール式被処理体取扱いシステム２００において、一連のタプルは、ｔ0，ｖ0−ｔ1，ｖ1，．．．，ｔj-1，ｖj．．．，ｔn-1，ｖn-1−１n，ｖnとして表すことができる。これらのタプルにおいて、ｔ0とｖ0は、最初のモジュールアクチュエータ２３０に入る被処理体の時間と速度を表し、ｔ1とｖ1は、最初のモジュールアクチュエータ２３０から出る被処理体の時間と速度を表し、ｔj-1とｖj-1は、ｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０から出る被処理体の時間と速度を表し、ｔjとｖjは、ｊ番目の第１のモジュールアクチュエータ２３０に入る被処理体の時間と速度を表す。同様に、ｔn-1とｖn-1は、ｎ番目すなわち最後のモジュールアクチュエータ２３０に被処理体が入る時間と出る時間を表す。
【００６７】
動作において、各被処理体は、その基準軌道として適切な主公称軌道を提供される。各被処理体をその被処理体の主公称軌道内に維持する役割は、モジュールコントローラ２２０に分散される。すなわち、モジュールコントローラ２２０は、各被処理体をその主公称軌道に維持しようとする。そのとき、システムコントローラ２１０は、すべての被処理体の現在の状態を順番に評価し、必要に応じて処置をとるために繰り返し呼び出される。特に、システムコントローラ２１０は、特定の時間空間内の被処理体の距離を監視し、衝突を識別し、可能なときに衝突を回避するために被処理体を遅らせ、目標に到達できなくなった場合に経路２４０に沿った被処理体の移動を中止する。有効な実時間の決定は、被処理体の位置を軌道やその他の位置と比較することである。この簡単な衝突回避機構は、ある軌道包絡線を使用して起こり得る衝突を識別し、他の包絡線を使用して被処理体がまだ制御可能かどうかを確認する。そして、システムコントローラ２１０は、モジュールコントローラ２２０にローカルに命令して、特定の被処理体を一定量だけ遅らせたり進めたりすることができる。
【００６８】
本発明の制御システムおよび方法は、特に、ずれが小さいかまたは均一な場合にうまくはたらく。そのような状況では、同じモジュール内ですべての被処理体を遅延させることができる。
【００６９】
図５は、マルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御で所定の軌道および軌道包絡線を使用する方法の１つの例示的な実施形態を概略的に示すフローチャートである。この実施形態において、衝突包絡線は、図４に示したような制御包絡線よりも小さい。
【００７０】
制御は、ステップＳ１０００で始まり、Ｓ１１００に続き、解析される被処理体が選択される。被処理体が選択された後、制御は、ステップＳ１２００に続き、被処理体が所定の衝突包絡線内にあるかどうか、すなわち被処理体が、前または後の被処理体と衝突する可能性があるかどうかが判定される。被処理体が、所定の衝突包絡線内にある場合、制御はステップＳ１１００に戻り、別の被処理体が解析のために選択される。前に検討したように、被処理体がその衝突包絡線よりも小さいため、被処理体がその制御包絡線内にあるかどうかを判定する必要はない。したがって、被処理体がその衝突包絡線内にある場合は、やはり制御包絡線内にあるはずである。あるいは、被処理体が、その衝突包絡線内にない場合、制御は、Ｓ１３００に続く。
【００７１】
ステップＳ１３００で、被処理体がその制御包絡線内にあるかどうか、すなわち被処理体がその割り当てられたタスクを遂行できる見込みがるかどうか判定される。被処理体がその制御包絡線内にある場合、制御は、ステップＳ１４００に続く。そうでない場合、制御は、ステップＳ１５００にジャンプする。ステップＳ１４００において、被処理体は、潜在的衝突として記録される。次に、潜在的衝突の記録を使用して、次に他の被処理体の適切な所定の衝突包絡線を選択することができる。次に、潜在的に衝突する被処理体間の実際の距離を計算し、たとえば被処理体のうちの１つを遅れさせるために前述のような処置をとるだけでよい。
【００７２】
ステップＳ１２００において被処理体がその衝突包絡線の外にあると判定されたため、被処理体は、衝突する可能性がある。しかしながら、ステップＳ１３００で、被処理体がその制御包絡線内にあると判定されるため、次に、制御は、ステップＳ１４００からステップＳ１１００に戻り、解析する別の被処理体が選択される。
【００７３】
あるいは、ステップＳ１５００で、公称軌道、衝突包絡線および／または制御包絡線を計画しなおすべきかどうか判定される。計画しなおさなければならない場合、制御は、ステップＳ１６００に続く。そうでない場合は、制御はステップＳ１７００にジャンプする。ステップＳ１６００において、公称軌道、衝突包絡線および／または制御包絡線のうちの１つまたは複数が計画しおされる。また、これにより、システムタスク要件が修正される。次に、制御は、ステップＳ１１００に戻り、解析する別の被処理体が選択される。
【００７４】
代替として、公称軌道、衝突包絡線および／または制御包絡線を計画しなおすべきでないと判定した場合は、制御がステップＳ１７００に続き、解析が終了される。
【００７５】
図６は、被処理体が図５のステップＳ１２００の衝突包絡線内にあるかどうか判定する方法の１つの例示的な実施形態をより詳細に説明するフローチャートである。制御は、ステップＳ１２００で始まり、ステップＳ１２１０に続き、被処理体の所定の公称軌道が参照される。次に、ステップＳ１２２０において、参照した所定の公称軌道の所定の衝突包絡線が参照される。次に、ステップＳ１２３０において、被処理体の速度、加速および／または位置などの実際の現在の状態が参照される。制御は、ステップＳ１２４０に続く。
【００７６】
ステップＳ１２４０において、参照した被処理体の実際の現在の状態が、その時間の参照した衝突包絡線内にあるかどうか判定される。そのような場合、制御は、図５のステップＳ１１００に戻る。そうでない場合、制御は、図５のステップＳ１３００に戻る。
【００７７】
図７は、被処理体が、図５のステップＳ１３００の制御包絡線内にあるかどうかを判定する方法の１つの例示的な実施形態をより詳細に説明するフローチャートである。制御は、ステップＳ１３００で始まり、ステップＳ１３１０に続き、被処理体の所定の公称軌道が参照される。この参照した所定の公称軌道は、ステップＳ１２００の同じ公称軌道でもよい。次に、ステップＳ１３２０において、所定の制御包絡線の参照した所定の公称軌道が参照される。次に、ステップＳ１３３０において、被処理体の速度、加速および／または位置などの実際の現在の状態が参照される。この被処理体の実際の現在の状態は、ステップＳ１２００の同じ被処理体の状態であってもよい。次に、制御は、ステップＳ１３４０に続く。
【００７８】
ステップＳ１３４０において、被処理体の参照した実際の現在の状態が、そのときの参照制御包絡線内にあるかどうか判定される。そうである場合、制御は、図５のステップＳ１４００に戻る。そうでない場合、制御は、図５のステップＳ１５００に戻る。
【００７９】
本発明の所定の軌道と軌道包絡線を使用する方法のもう１つの例示的な実施形態により、制御包絡線は、衝突包絡線より小さくてもよい。この代替の例示的な実施形態を示すフローチャートは、ステップＳ１２００とＳ１３００が並置されていること以外は、図５のフローチャートと類似している。したがって、被処理体がその制御包絡線内にあるかどうか第１の判定が行われる。そうでない場合は、被処理体がその衝突包絡線内にあるかどうかの第２の判定が行われる。
【００８０】
本発明の所定の軌道と軌道包絡線を使用する方法の他の例示的な実施形態において、軌道と軌道包絡線は、システム制約条件とタスク要件を明示的に表すことによって事前に決定される。軌道と軌道包絡線は、３次スプラインを手動で符号化してシステム制約条件とタスク要件を明示的に表すような決定を手動で行うことによって事前に決定することができる。
【００８１】
また、３次スプラインを手動で決定するには、システム制約条件をタスク要件と別に処理しなければならないことがある。たとえば、システム制約条件は、すべての起こり得る軌道と軌道包絡線の厳しい制約として手動で処理することができる。すなわち、すべての軌道と軌道包絡線が、システム制約条件を満たすように手動で事前に決定される。これと対照的に、タスク要件の少なくともいくつかは、正常な軌道にのみ適用される厳しくない制限を構成するように手動で処理することができる。すなわち、そのようなタスク要件は、一定の軌道と軌道包絡線によって無効とされることがある。
【００８２】
３次スプラインの手動の決定は、新しいモジュール式被処理体取扱いシステム２００を作成するときに行うことができる。また、３次スプラインの手動の決定は、既存のモジュール式被処理体手装備システム２００を修正するときに、モジュールアクチュエータ２３０の制約または構成を変更することによって行うこともできる。
【００８３】
しかしながら、３次スプラインの手動の決定は、退屈で時間がかかる場合がある。したがって、本発明の所定の軌道と軌道包絡線を使用する装置のさらに他の例示的な実施形態において、軌道と軌道包絡線は、自動的に事前に決定される。実際に、システム制約条件とタスク要件を明示的に表すと、軌道と軌道包絡線を自動的に事前に決定しやすい。たとえば、システム制約条件とタスク要件が明示的に表されるため、制御基準が変更されたときに作成された新しい制約を追加することで、軌道と軌道包絡線を自動的に事前に決定することができる。
【００８４】
明示的に表されたシステム制約条件とタスク要件により、それぞれのモジュールアクチュエータ２３０を別々に説明することができる。システム制約条件および／またはタスク要件に関して各モジュールアクチュエータ２３０を別々に説明することにより、モジュールアクチュエータ２３０の構造が指定されると、軌道と軌道包絡線を自動的に事前に決定することができる。したがって、システム構成に関して軌道と軌道包絡線を自動的に事前に決定することができる。軌道と軌道包絡線を自動的に事前に決定するこの傾向は、特に、各モジュールアクチュエータ２３０ごとに別々に明示的に表されたシステム制約条件とタスク要件の以下の説明から当業者には明らかである。
【００８５】
一般に、システム制約条件とタスク要件は、物理的制約、タスク制約、ユーザ基本設定、最適性および頑強性に関して説明することができる。物理的制約の例には、最大モジュールアクチュエータ２３０の動作力、最高被処理体速度、モジュールアクチュエータ２３０間の最高速度の違い、および最小被処理体距離がある。タスク制約の例には、目標被処理体の位置と時間、および最大および平均被処理体速度がある。ユーザ基本設定の例には、具体的な搬送方針と被処理体の順序がある。最適性の例には、全体の処理能力がある。頑強性の例には、平均の被処理体挙動のばらつきのためのバッファ領域がある。
【００８６】
より具体的には、システムは、すべてのモジュールアクチュエータ２３０の制約の組み合わせを含む。各モジュールアクチュエータ２３０は、特定の組のモジュール制約を受ける。たとえば、各モジュールアクチュエータ２３０は、最高速度と最低速度の制限および最大加速と最小加速の制限を有する。したがって、軌道内の速度と加速は、モジュールアクチュエータ２３０のそれぞれの最低と最高の速度と加速によって制限される。
【００８７】
また、複数のモジュールアクチュエータ２３０を一緒に制御すると、モジュールの制約が生じる。具体的には、一緒に制御された様々なモジュールアクチュエータ２３０内の軌道に沿って移動する被処理体の速度は等しくなければならない。そうでない場合、他の制御は、様々なモジュールアクチュエータ２３０内の被処理体と調和して適用できなくなる。
【００８８】
もう１つの例として、２つのモジュールアクチュエータ２３０を隣り合って配置すると、モジュール制約が生じる。具体的には、２つの隣り合ったモジュールアクチュエータ２３０の間の速度の差が制限される。そうでない場合、被処理体は、あるモジュールアクチュエータ２３０からその隣りのモジュールアクチュエータ２３０まで送られるときに破損することがある。
【００８９】
タスク必要条件は、また、具体的に個々のモジュールアクチュエータ２３０に関して、例えばあるモジュールアクチュエータ２３０の目標規準という形で、記述することもできる。例えば、あるタスクを遂行するためには、ある被処理体があるモジュールアクチュエータ２３０を所定の速度で出て行くことが必要であるかもしれない。目標規準は、また、被処理体があるモジュールアクチュエータ２３０に到着するときに所定の時間間隔ｐだけ離れていなければならないという条件を含むかもしれない。タスク必要条件は、また、いくつかのモジュールアクチュエータ２３０における衝突回避を考慮に入れることもある。例えば、ある種のタスクは、衝突を避けるためにあるモジュールアクチュエータ２３０において被処理体の間で最小ギャップｇを維持するように要求するかもしれない。
【００９０】
タスク必要条件は、また、いくつかのモジュールアクチュエータ２３０における速度及び加速度のリミットを考慮に入れることを要求するかもしれない。例えば、あるモジュールアクチュエータ２３０であるタスクを遂行するために公称軌道に対して平均走行速度と最大加速度を規定することがある。平均走行速度または最大加速度の規定に違反することはそのモジュールアクチュエータ２３０があるタスクを遂行することを不可能にするかもしれない。システム拘束条件とタスク必要条件は、また、グラフに描くこともできる。例えば、図８は、軌道および軌道包絡線、ならびに軌道および軌道包絡線によって定められるシステム拘束条件とタスク必要条件、を示している。図８のｘ軸は時間を表し、ｙ軸はモジュラー被処理体取扱いシステム２００のいろいろなモジュールコントローラ２３０を表している。図８に表されているモジュラー被処理体取扱いシステム２００は、７つのモジュールアクチュエータ２３０を含んでいる。
【００９１】
以下の記述で明らかにされるように、図８の軌道包絡線は図４に示されている軌道包絡線とは異なる仕方で定義されている。例えば、図４では、軌道包絡線５００と６００は、公称軌道４００の対向する側にある境界軌道５１０と５２０、および６１０と６２０の間で定義されている。これに対して、図８では、軌道包絡線は公称軌道と境界軌道の間で定義されている。
【００９２】
図８は、ある被処理体の前方端の公称軌道２０００、ならびにその被処理体の後方端の軌道２１００、を示している。この被処理体の長さは、軌道２０００と２１００を、すなわち、その被処理体の前方端と後方端を、垂直な線で結ぶことによって示される。したがって、図８のグラフは、図示されている最も早い時点で、被処理体の前方端の公称軌道２０００がモジュール２を出てゆき、他方後方端の軌道２１００がモジュール２に入って行くことを示している。同様に、図示されている最も遅い時点では、被処理体の前方端の公称軌道２０００がモジュール７を出てゆき、他方後方端の軌道２１００がモジュール７に入って行く。
【００９３】
図８は、公称軌道２０００と遅れローバスト（ｒｏｂｕｓｔ）制御軌道２２１０との間で定義されるローバスト制御包絡線２２００を示している。遅れローバスト制御軌道２２１０は、ある被処理体が経路２４０のある点をある速度で出ていっても、ある定められた不良モデルの下で、例えば経路２４０上のあるモジュールアクチュエータ２３０の動作の不良が起こった場合でも、そのタスクを遂行できる最も遅い時間を表している。すなわち、ローバスト制御包絡線２２００を用いて、被処理体がある特定の不良モデルの下でそのタスクを遂行できるために位置していなければならない場所をコード化できる。
【００９４】
図８は、また、公称軌道２０００と遅れ制御軌道２３１０との間で定義される制御包絡線２３００を示している。遅れ制御軌道２３１０は、ある被処理体が、経路２４０のある点をある速度で出ていってもそのタスクを遂行できる最も遅い時間を表している。したがって、制御包絡線２３００を用いて、被処理体がそのタスクを遂行できるために位置していなければならない場所をコード化できる。
【００９５】
制御包絡線２３００は、特定の不良モジュールを考慮に入れていないので、ローバスト制御包絡線２２００と異なる。したがって、遅れ制御軌道２３１０は、遅れローバスト制御軌道２２１０よりも遅い時間に各モジュールに入ったり出たりしても、そのタスクを遂行できる。
【００９６】
しかし、それ以外には、制御包絡線２３００とローバスト制御包絡線２２００は同様である。例えば、遅れローバスト制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０は、それぞれ、図８に示されている最も早い時間以後までは第一のモジュールに入らない。遅れローバスト制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０は、それぞれ、公称軌道２０００と同時にモジュール７を出てゆく。すなわち、公称軌道２０００，遅れローバスト制御軌道２２１０、および遅れ制御軌道２３１０は、すべて、同じターゲットを有しているが、進入時間は異なっている。
【００９７】
いくつかのシステム拘束条件およびタスク必要条件は公称軌道２０００，遅れローバスト制御軌道２２１０、および遅れ制御軌道２３１０に基づいてグラフに表すことができる。例えば、ローバストネス（堅牢さ）は、公称軌道２０００と遅れローバスト制御軌道２２１０の間で延びている水平な線として表すことができる。コントローラビリティー（制御可能性）は、遅れローバスト制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０の間で延びている水平な線で表すことができる。
【００９８】
図８はさらに、第二の被処理体の公称軌道２４００およびその第二の被処理体の衝突包絡線２５００を示している。衝突包絡線２５００は、公称軌道２４００と第二の被処理体の進み衝突軌道２５１０の間で定義される。例えば、ある時間の衝突包絡線２５００は、その時間の第二の被処理体の公称軌道２４００と進み衝突軌道２５１０の間に延びている垂直な線で表すことができる。進み衝突軌道２５１０は、第二の被処理体が経路２４０のある点をある速度で出ていって公称軌道２０００を有する第一の被処理体と衝突しないでいられる最も早い時間を表す。したがって、衝突包絡線２５００を用いて、第一の被処理体と衝突しないように第二の被処理体が位置していなければならない場所をコード化できる。
【００９９】
その他のシステム拘束条件およびタスク必要条件を、第二の被処理体の公称軌道２４００および進み衝突軌道２５１０を含めてグラフに表すことができる。例えば、繰り返しは、第一の被処理体の公称軌道２０００と第二の被処理体の公称軌道２４００の間に延びる水平な線として表すことができる。相互作用は、第二の被処理体の公称軌道２４００と第一の被処理体の後方端の軌道２１００の間に延びる垂直な線で表すことができる。
【０１００】
図８に基づいて、通常の技術を有する当業者にとって、他の軌道および軌道包絡線が他の軌道の上に組み立てることにより決定できるということは明らかであろう。例えば、他の全ての軌道および軌道包絡線は、公称軌道に基づく拘束条件を用いて決定できる。
【０１０１】
図８は、公称軌道２０００の終了時間が、他の軌道および軌道包絡線の終了時間拘束条件として用いられることを示している。言い換えると、図８に示されている他の軌道および軌道包絡線は、それらの他の軌道および軌道包絡線が公称軌道と同時に終了するように決定される。
【０１０２】
例えば、図８は、遅れローバスト制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０が、その一つの被処理体の公称軌道と同じ時間と場所で終了するように決定されていることを示している。したがって、それぞれ遅れローバスト制御軌道２２１０と遅れ制御軌道２３１０によって定められるローバスト制御包絡線２２００と制御包絡線２３００も、その一つの被処理体の公称軌道と同じ時間と場所で終了するように決定されている。
【０１０３】
衝突包絡線も同様に公称軌道に基づく拘束条件を用いて決定できる。例えば、図８は、その被処理体の公称軌道の開始および終了時間が、他の被処理体の衝突包絡線２５００と進み衝突軌道２５１０の開始および終了時間拘束条件として用いられることを示している。
【０１０４】
具体的に言うと、図８は、進み衝突軌道２５１０が他の被処理体の公称軌道２４００と同じ時間および場所で始まるように決定されることを示している。進み衝突軌道は、また、第一の被処理体の後方端の軌道２１００と同じ時間および場所で終わるように決定されている。第二の被処理体の衝突包絡線２５００は、進み衝突軌道２５１０と第二の被処理体の公称軌道の間で定められるが、これもやはりこれらの拘束条件によって決定される。
【０１０５】
図９は、システム拘束条件およびタスク必要条件をはっきりと表現することによって軌道および軌道包絡線をあらかじめ決定する方法の実施例を示す流れ図である。この実施例では、軌道および軌道包絡線は自動的にあらかじめ決定される。
【０１０６】
ステップＳ３０００から始めて、制御はステップＳ３１００に進み、そこでシステムモデルが指定される。システムモデルの指定は、少なくとも、個々のモジュールアクチュエータの数、指定されるモジュールアクチュエータのタイプ、および指定されるモジュールアクチュエータの形態、を指定することを含むものとして良い。例えば、システムモデルは、タイプ１の、３つのモジュールで、直列構成の形態、と指定することができる。“タイプ１”というタイプ指定は、単にモジュールアクチュエータのあるタイプの任意の呼称にすぎない。以下で述べるように、各タイプのモジュールは、明確なモジュール拘束条件およびタスク必要条件の組を有する。
【０１０７】
システムモデルを指定すると、制御はステップＳ３２００に進み、システム拘束条件およびタスク必要条件が定められる。上述のように、システム拘束条件は、全てのモジュールアクチュエータの拘束条件をあわせたものである。さらに、各タイプのモジュールアクチュエータ、例えば例示されたタイプ１のモジュールアクチュエータ、は明確な拘束条件の組、例えば最大および最小速度および最大および最小加速度のリミット、ならびに複数のモジュールアクチュエータを一緒に制御し、指定されたモジュールアクチュエータを隣接して配置することから生ずる拘束条件、で拘束される。
【０１０８】
また、上述のように、タスク必要条件はさらに個々のモジュールアクチュエータに関して記述することができる。例えば、あるタスクを遂行するためにあるモジュールアクチュエータ、例えば例示されたタイプ１のモジュールアクチュエータ、をいろいろな拘束条件に、例えば目標規準、衝突回避、および速度と加速度のリミットなど、に従わせることが必要になることがある。
【０１０９】
例示されたタイプ１のモジュールアクチュエータのシステム拘束条件およびタスク必要条件の例としては、例えば、各タイプ１のモジュールアクチュエータは、長さが２５．４ｍｍ、そのモジュールアクチュエータを通って走行する被処理体の最小速度Ｖmin  が−３．０ｍｍ／ｍｓ、そのモジュールアクチュエータを通って走行する被処理体の最大速度Ｖmax  が３．０ｍｍ／ｍｓ；  そのモジュールアクチュエータを通って走行する被処理体の最小加速度ａｍｉｎ  が−０．０２ｍｍ／ｍｓ2、そのモジュールアクチュエータ２３０を通って走行する被処理体の最大加速度ａmax  が０．０２ｍｍ／ｍｓ2、ということである。
【０１１０】
各タイプのモジュールアクチュエータには、また、そのタイプのモジュールアクチュエータがその指定されたタスクを遂行するために満たさなければならないいろいろな一般的タスク拘束条件があるだろう。例えば、タイプ１のモジュールアクチュエータの一般的なタスク拘束条件にしたがって、ある被処理体は初期速度Ｖoが０．０ｍｍ／ｍｓであり終速度Ｖnが０．５ｍｍ／ｍｓであることが要求されるかもしれない。タイプ１のモジュールアクチュエータは、また、被処理体がそのモジュールアクチュエータの内部で≧０．０ｍｍ／ｍｓである速度Ｖで走行するように動作することが要求されるかもしれない。
【０１１１】
同様に、各タイプ１のモジュールアクチュエータには、他の規準を満たすために、例えばそのモジュールアクチュエータが高い効率で動作できるようにするために、満たさなければならない公称タスク拘束条件があるかもしれない。例えば、この公称タスク拘束条件は、一般的なタスク拘束条件を含み、その他に、モジュールアクチュエータは、そのモジュールアクチュエータの内部で被処理体の速度Ｖが常に≦１．０ｍｍ／ｍｓであるように動作するという拘束条件を含むかもしれない。この拘束条件を満たすことによって、モジュールアクチュエータの動作は速く信頼できるものになるだろう。
【０１１２】
タイプ１のモジュールアクチュエータのシステム拘束条件およびタスク必要条件は、また、そのタイプ１のモジュールアクチュエータ内で、被処理体がタスク必要条件を満たすために、及び／又は、他の被処理体との衝突を防止するために、ある拘束条件によって分離されていることを要求するだろう。例えば、被処理体は５００ｍｓという周期“ｓ”、および３０ｍｍという最小ギャップ“ｇ”だけ離れていなければならないかもしれない。
【０１１３】
システム拘束条件とタスク必要条件が指定されたら、制御はステップＳ３３００に進み、ある被処理体の公称軌道Ｔrをあらかじめ定める。公称軌道Ｔrは、拘束ソルバー（ｓｏｌｖｅｒ）、例えば一般的な拘束ソルバーまたは最適拘束ソルバー、すなわち、関連する軌道規準を最小にしつつ、上述の拘束条件などのシステムおよびタスク拘束条件を解くもの、によってあらかじめ決定できる。例えば、公称軌道Ｔrは、拘束条件ｔ0＝０によって、拘束条件ｔn−ｔ0を最小にするように、あらかじめ決定することができる、ここでｔ0  は、被処理体が第一のモジュールアクチュエータ２３０に入る時間であり、ｔnは、その被処理体が経路２４０の最後のモジュールアクチュエータ２３０を出て行く時間である。
【０１１４】
公称軌道Ｔrをあらかじめ決定する際、拘束条件は所望の軌道の拘束条件に、例えば、軌道によって定められるキュービックスプラインに関する拘束条件に、変換される。進入および退出の時間および速度に関する拘束条件がキュービックスプラインに付け加えられる。全モジュールの速度および加速度の最大および最小拘束条件は、キュービックスプラインによって定められる速度および加速度関数の最小値および最大値についての条件に変換できる。
【０１１５】
特定のタスク拘束条件の組は、軌道の目的による。すなわち、公称軌道Ｔrは所望の軌道であるから、全てのタスク拘束条件を満たすことができる。
【０１１６】
公称軌道Ｔrをあらかじめ決定したら、制御はステップＳ３４００へ進み、その経路の前の被処理体の公称軌道Ｔp  をあらかじめ決定する。前の公称軌道Ｔpは、公称軌道Ｔrを−ｓだけ（これは、上述のように、被処理体がターゲット位置に到着する周期である）ずらすことによって決定される。
【０１１７】
前の公称軌道Ｔpを決定したら、制御はステップＳ３５００に進み、経路の次の被処理体の公称軌道Ｔnをあらかじめ決定する。次の公称軌道Ｔnは、公称軌道Ｔrを＋ｓだけずらすことによって決定される。
【０１１８】
次の公称軌道Ｔnを決定したら、制御はＳ３６００に進み、衝突包絡線をあらかじめ決定する。衝突包絡線は、進みおよび遅れ衝突境界を決定することによって決定される。
【０１１９】
進み衝突境界Ｔeは、拘束条件を、例えばシステムおよび一般的タスク拘束条件、ならびに衝突拘束条件、例えば、周期“ｓ”およびギャップ“ｇ”を、前の公称軌道Ｔpおよび次の公称軌道Ｔnによって、解くことによって決定される。特定のタスク拘束条件の組は軌道の目的に依存するので、進みおよび遅れ衝突境界は、示唆された速度および加速度のリミットを満たす必要はないかもしれない。進み衝突境界Ｔeは、また、公称軌道Ｔrにおいて拘束条件ｔ0＝０およびｔn＝ｔnでｔn-1を最小にすることによっても決定できる。
【０１２０】
遅れ衝突境界Ｔlは、拘束条件を、例えばシステムおよび一般的タスク拘束条件、ならびに衝突拘束条件、例えば、周期“ｓ”およびギャップ“ｇ”、を，前の公称軌道Ｔpおよび次の公称軌道Ｔｎによって、解くことによって決定される。遅れ衝突境界Ｔlは、また、公称軌道Ｔrにおいて拘束条件ｔ0＝０およびｔn＝ｔnでｔn−ｔ1を最小にすることによっても決定できる、ここでｔ1はｔnとｔnの間の時間である。
【０１２１】
衝突包絡線をあらかじめ決定した後、制御はＳ３７００に進み、制御包絡線をあらかじめ決定する。制御包絡線は、図４に示されているように、進み制御境界６１０と遅れ制御境界６２０の間で定めることができる。あるいはまた、制御包絡線は、図８に示されているように、公称軌道２０００と遅れローバスト制御軌道２２１０および遅れ制御軌道２３１０の一方との間で定めることができる。
【０１２２】
図８に示されているケースでは、ここでＴcとも呼ばれる遅れローバスト制御軌道２２１０は、拘束条件、例えばシステムおよび一般的拘束条件、を解くことによってあらかじめ決定される。特定のタスク拘束条件の組は軌道の目的に依存するので、制御境界Ｔc  は、目標拘束条件を満たすだけで良い。遅れローバスト制御軌道Ｔcは、また、公称軌道Ｔ1において拘束条件ｔn＝ｔnによって、ｔn−ｔ0を最小にして決定することもできる。
【０１２３】
制御包絡線をあらかじめ決定したあと、制御はステップＳ３８００で終了する。
【０１２４】
上述のシステムおよび方法は公称軌道などの軌道をあらかじめ決定し、かつ、あらかじめ決定された軌道と関連した少なくとも一つのあらかじめ決定される軌道包絡線を、経路２４０に沿って動く各被処理体についてあらかじめ決定する。これらのシステムおよび方法は、軌道包絡線、例えば制御包絡線、が狭い場合、特に有効である。制御包絡線は、進み制御軌道と遅れ制御軌道との差が小さければ狭くなる。これらのシステムおよび方法は、また、あらかじめ決定された軌道、例えば公称軌道、からのずれが小さい、及び／又は、経路２４０に沿って動く多数の被処理体で実質的に一様である場合、特に有効である。
【０１２５】
しかし、あらかじめ決定されたある軌道包絡線、例えば制御包絡線、が大きい、及び／又は、ある被処理体があらかじめ決定された軌道から、例えば公称軌道から、大きくずれた場合、モジュールアクチュエータ２３０はその被処理体をその被処理体のあらかじめ決定された公称軌道に戻そうとして大量のエネルギーを使うかもしれない。さらに、モジュールアクチュエータ２３０は、被処理体がその被処理体の目標に到達することを可能にし、かつモジュールアクチュエータ２３０がもっと少しのエネルギーしか使わないことを可能にする別の軌道が存在しても、この大量のエネルギーを使うかもしれない。
【０１２６】
例えば、このような別の軌道は、モジュールアクチュエータ２３０があらかじめ決められた被処理体の公称軌道に到達しようとして大量のエネルギーを使うのを防止するために、被処理体を遅らせるかもしれない。したがって、本発明のシステムおよび方法の他のいろいろな実施例においては、各被処理体について、多数の軌道、例えば公称軌道、があらかじめ決定され、用いられる。あらかじめ決定された軌道の各々について、別々の軌道包絡線もやはりあらかじめ決定される。したがって、本発明の装置および方法のこれらの実施例では、各被処理体についてあらかじめ決められた多数の軌道を切り換えて、エネルギーの使用を積極的に改善することが可能である。また、本発明の装置および方法のこれらの実施例では、軌道が最初に切り換えられた被処理体との衝突を避けるように他の被処理体の軌道を変更することも可能である。
【０１２７】
例えば、各被処理体について、多数の公称軌道、ならびに多数の公称軌道の各々に対して関連する軌道包絡線、をあらかじめ決定することができる。その場合、本発明のシステムおよび方法のこれらの実施例では、各被処理体の状況をモニターし、現在の動作状況によっては多数の被処理体の一つまたは各々について、別の公称軌道を選択することが可能である。その場合、新たに選択された公称軌道、および新たに選択された公称軌道の軌道包絡線を新しい基準軌道および関連した軌道包絡線として、モジュールコントローラ２２０に知らせることができる。
【０１２８】
図１０は、ある被処理体に対する多数の軌道および軌道包絡線を示すグラフである。軌道４０００，４１００，４２００，４３００、および４４００はそれぞれ、例えば、公称軌道を表すことができる。軌道領域４０１５，４０２５，４０３５，４０４５，および４０５５は、公称軌道４０００，４１００，４２００，４３００，および４４００の各々のまわりの包絡線、例えば制御包絡線、を定めることができる。
【０１２９】
具体的に言うと、制御包絡線４０１５は、公称軌道４０００のまわりの制御軌道境界４０１０および４０２０によって定められる。同様に、制御包絡線４０２５は、公称軌道４１００のまわりの制御軌道境界４０２０および４０３０によって定められる。制御包絡線４０３５は、公称軌道４２００のまわりの制御軌道境界４０３０および４０４０によって定められる。制御包絡線４０４５は、公称軌道４３００のまわりの制御軌道境界４０４０および４０５０によって定められる。最後に、制御包絡線４０５５は、公称軌道４４００のまわりの制御軌道境界４０５０および４０６０によって定められる。
【０１３０】
これらの軌道および軌道包絡線はシステムコントローラ２１０によってあらかじめ決定できる。システムコントローラ２１０は、これらあらかじめ決定された軌道のうちからある基準軌道を選択して、選択されたあらかじめ決定された基準軌道をモジュールコントローラ２２０に知らせることができる。次に、状況によって、システムコントローラ２１０が別のあらかじめ決定された基準軌道を選択して、この新しい基準軌道をモジュールコントローラ２２０に知らせることができる。
【０１３１】
図１１は、多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムのシステムレベルの制御における各被処理体に多数のあらかじめ決定された軌道および軌道包絡線を用いる方法の実施例を示す流れ図である。この方法のこの実施例では、多数の被処理体の間の衝突は考慮に入れられていない。
【０１３２】
ステップＳ５０００からスタートして、制御はステップＳ５１００に進み、そこで解析される被処理体が選ばれる。被処理体が選ばれると、制御はステップＳ５２００に進み、選ばれた被処理体に対するあらかじめ決定されたある軌道が選択される。選択されたあらかじめ決定された軌道は、例えば、図１０に示された公称軌道４０００であるかもしれない。
【０１３３】
あらかじめ決定された軌道が選択されたら、ステップＳ５３００で、選ばれた被処理体が選択されたあらかじめ決定された軌道のあらかじめ決定された軌道包絡線の内部にあるかどうかを判定する。あらかじめ決定された軌道包絡線は、例えば制御包絡線４０１５であってもよい。図１０に示されているように、制御包絡線４０１５は、公称軌道４０００のまわりの制御包絡線境界４０１０および４０２０によって定められる。
【０１３４】
この例では、被処理体の実際の現状況が参照できる。次に、被処理体の実際の現状況が、選択されたあらかじめ決定された軌道のあらかじめ決定された軌道包絡線、すなわち、図１０の制御包絡線、と比較される。こうして、ステップＳ５３００の判定は、図５のステップＳ１２００およびＳ１３００と同様に（これは、それぞれ、図６および７に詳しく示されている）行うことができる。
【０１３５】
ステップＳ５３００において、被処理体が選択されたあらかじめ決定された軌道のあらかじめ決定された軌道包絡線の内部にあると判定された場合、制御はステップＳ５５００に進み、次のもっと小さい軌道を選択する。ステップＳ５６００で、選択された次のもっと小さい軌道があらかじめ決定された軌道包絡線の内部にあるかどうかを判定する。もしも内部にあれば、制御はステップＳ５５００に戻る。もしも内部になければ、ステップＳ５７００で、前に選択された軌道に戻る。次に、制御はステップＳ５１００に戻る。
【０１３６】
これと対照的に、ステップＳ５３００で、被処理体は選択されたあらかじめ決定された軌道のあらかじめ決定された軌道包絡線の内部にないと判定された場合、制御はステップＳ５４００に進み、選ばれた被処理体に対して次のもっと大きいあらかじめ決定された軌道を選択する。例えば、図１０に示されるように、その被処理体が制御軌道境界４０２０と公称軌道４１００の間の場所にある場合、被処理体は制御包絡線４０１５の内部にないと判定されるかもしれない。このような場合、選択された他のあらかじめ決定された軌道を、例えば、公称軌道４１００とすることができるだろう。ステップＳ５４００で次のあらかじめ決定された軌道を選択したら、制御はステップＳ５３００に戻り、選択した次のあらかじめ決定された軌道についてステップＳ５３００の判定が行われる。
【０１３７】
ステップＳ５４００において、選択される次のもっと大きい軌道は、単に、用意された多数の軌道のあらかじめ決められた順番の中で次のもっと大きい軌道であってもよい、ということは理解されよう。しかし、図１１に示されているように、これは、現在の被処理体を含むあらかじめ決定された軌道を見つけるまでにステップＳ５３００とＳ５４００を何回も行き来することを必要とする。同様に、ステップＳ５５００−Ｓ５７００において、次のもっと小さい軌道は、単に、用意された多数の軌道のあらかじめ決められた順番の中で次のもっと小さい軌道であってもよい、ということは理解されよう。
【０１３８】
しかし、これは、用意された多数の軌道のどれを用いるかを決めるのに最も効率的な方法ではないかもしれない。すなわち、ステップＳ５４００とＳ５５００において、用意された多数の軌道のどれが現在の被処理体を含む最小の制御包絡線を有する軌道であるかを直接に決定する方が効率的かもしれない。この場合、図１２に示されているように、ステップＳ５５００−Ｓ５７００を省略することができ、制御はステップＳ５４００から直接ステップＳ５１００にジャンプして戻ることができる。
【０１３９】
図１３は、図１２のステップＳ５４００の選ばれた被処理体に対して次のあらかじめ決定された軌道を選択する方法の一つの実施形態例を詳しく示した流れ図である。ステップＳ５４００から始めて、制御はステップＳ５４１０に進み、選ばれた被処理体の実際の現状況が決定される。次に、ステップＳ５４２０で、選ばれた被処理体の多数のあらかじめ決定された軌道包絡線が全て参照される。
【０１４０】
次に、ステップＳ５４３０で、決定された実際の現状況が、参照された選ばれた被処理体の多数のあらかじめ決定された軌道包絡線と比較される。この比較に基づいて、ステップＳ５４４０で、包絡線が選ばれた被処理体の実際の現状況を含むあらかじめ決定された軌道が、選ばれた被処理体に対する次のあらかじめ決定された軌道として選択される。
【０１４１】
例えば、選ばれた被処理体の実際の現状況は、軌道境界４０２０と公称軌道４１００の間の（包絡線が４０２５である）場所かもしれない。このような状況では、包絡線が被処理体の場所を含んでいるあらかじめ決定された公称軌道は公称軌道４１００になる。したがって、ステップＳ５４４０では、公称軌道４１００が次のあらかじめ決定された軌道として選択されるだろう。
【０１４２】
別の例では、選ばれた被処理体の実際の現状況は、軌道境界４０５０と公称軌道４４００の間の（包絡線が４０５５である）軌道スペースにおける場所かもしれない。このような状況では、包絡線が軌道スペースにおける被処理体の場所を含んでいるあらかじめ決定された公称軌道は公称軌道４４００になる。したがって、ステップＳ５４４０では、公称軌道４４００が選択されるだろう。
【０１４３】
上記の実施例では、ステップＳ５４４０において、次のあらかじめ決定された軌道は、もっぱら、選ばれた被処理体の実際の現状況に最も近いという基準で選択されている。しかし、別の実施形態では、あらかじめ決定された軌道を選択するのに、さらに他の因子が用いられている。具体的に言うと、ステップＳ５２００で最初に選択された軌道への近さも考慮に入れることができる。
【０１４４】
この別の実施形態は、軌道をもっとゆっくり変化させる。したがって、この別の実施形態は、上で述べた実施例に比べてシステムレベルの制御に対する破壊性が小さい。
【０１４５】
例えば、選ばれた被処理体の実際の現状況に最も近く、同時にまた、ステップＳ５２００で選択された前の公称軌道にも隣接しているあらかじめ決定された軌道をステップＳ５４４０で選択することができる。上の例で述べたように、公称軌道４０００がステップＳ５２００で選択された軌道であるかもしれない。例えば、参照された選ばれた被処理体の実際の現状況が、軌道境界４０５０と公称軌道４４００の間の軌道スペースにおける場所かもしれない。このような状況では、選ばれた被処理体の実際の現状況に最も近く、同時にまた、ステップＳ５２００で選択された前の公称軌道にも隣接しているあらかじめ決定された軌道は、公称軌道４１００になるだろう。
【０１４６】
さらに別の実施例では、多数の被処理体の間の衝突を考慮に入れることができる。具体的に言うと、ある被処理体の現在の軌道領域を、経路２４０を走行している先行する被処理体および後続の被処理体の衝突回避領域と比べることによって衝突を回避できる。この比較は、二つのシートの間の最小距離などの衝突回避規準に基づいて行うことができる。
【０１４７】
第一の被処理体の現在の軌道包絡線とすぐ後に続く第二の被処理体の衝突回避領域との関係はｎ連数ｉ、ｊ、によって表すことができる。ここでｉは第一の被処理体の軌道包絡線を表し、ｊはすぐ後に続く第二の被処理体の軌道包絡線を表す（ここで、ある被処理体のｎ個の包絡線には左から１からｎまでの番号が付けられる）。第一の被処理体が軌道包絡線ｉに位置していれば、すぐ後に続く第二の被処理体は軌道包絡線ｋに位置していなければならない。ここでｋ≧ｊである。逆に、第二の被処理体が軌道包絡線ｊに位置していれば、すぐ前に先行する第一の被処理体は軌道包絡線ｋに位置していなければならない。ここでｋ≦ｉである。これらの連数（ｔｕｐｌｅｓ）は全体として衝突回避表と呼ぶことができる。
【０１４８】
第一の被処理体が位置する軌道包絡線は、すべての拘束条件を満たす第一の被処理体の公称軌道であっても良い。その公称軌道を別の基準軌道に切り換える場合は常に、先行および後続の被処理体の基準軌道をチェックして必要に応じて新しい基準軌道を選ぶ。
【０１４９】
衝突回避表の全ての連数ｉ、ｊでｉ＝ｊである場合、全ての被処理体の基準軌道は一緒に変化する、すなわち、あるシーケンスの全ての被処理体は同期してスピードアップされたり、遅らせられたりする。あるいはまた、全ての連数でｉ＞ｊである場合（ｎ包絡線でｉ＝１またはｊ＝ｎの場合を除く）、基準軌道のうちの一部だけを変化させればよい。第一の被処理体の基準軌道と第二の被処理体の衝突回避領域との関係は、以下で図１４を参照してさらに詳しく説明される。
【０１５０】
図１４は、多数の被処理体の間の多数の軌道および軌道包絡線の関係を示すグラフである。具体的に言うと、第二の被処理体の軌道および軌道包絡線が、第一の被処理体の軌道および軌道包絡線から距離ｓだけずらされた形で示されている。
【０１５１】
図１４で、各被処理体のグラフの実線は異なる軌道を表し、破線はこれらの軌道の各々を囲む軌道包絡線を表している。各被処理体のグラフで最も左側の軌道は１で表し、他の軌道は左から右へ、それぞれ、２，３，４，および５で表すことができる。
【０１５２】
垂直な線が被処理体の間で軌道を結んで衝突回避領域を、すなわち、衝突回避表の連数を示している。例えば、１−１という符号の垂直線は第一の被処理体の軌道１と第二の被処理体の軌道１を時間スペースにおいて同時に結んでいる。もしも第二の被処理体がこのグラフで垂直線１−１で表される軌道以下の軌道をたどるならば、第二の被処理体は、軌道１をたどる第一の被処理体と衝突しない。
【０１５３】
同様に、垂直線２−１は第一の被処理体の軌道２と第二の被処理体の軌道１を結んでいる。もしも第二の被処理体がこのグラフで垂直線２−１で表される軌道以下の軌道をたどるならば、第二の被処理体は、軌道２を走行する第一の被処理体と衝突しない。
【０１５４】
垂直線１−１および２−１は、上では第一の被処理体の軌道に基づいて第二の被処理体の衝突包絡線を決定するという観点で説明されている。しかし、これらの垂直線を逆に用いて、第二の被処理体の軌道に基づいて第一の被処理体の衝突包絡線を決定することもできる。例えば、もしも第一の被処理体がある垂直線に結ばれた軌道以上の軌道をたどるならば、第一の被処理体は、その垂直線に結ばれた軌道をたどる第二の被処理体と衝突しない。
【０１５５】
図１５は、多数の被処理体間の衝突回避も考慮に入れた多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御においてあらかじめ決定された各被処理体の軌道および軌道包絡線を用いる方法の一つの実施形態を示す流れ図である。図１５のステップＳ６０００−Ｓ６４００は図１２のステップＳ５０００−Ｓ５４００と同じであるということは理解されるであろう。
【０１５６】
次に、ステップＳ６４００で選ばれた被処理体の次のあらかじめ決定された軌道を選択した後、制御はステップＳ６５００に進み、その選ばれた被処理体を隣接する先行および後続の被処理体から分離する最小許容距離が参照される。最小許容距離は、図１４に示されているデータと同様なデータに基づいて衝突回避表によって決定できる。
【０１５７】
最小許容距離を参照した後、制御はステップＳ６６００に進み、選ばれた被処理体の選択された他のあらかじめ決定された軌道が、選ばれた被処理体を隣接する先行および後続の被処理体から分離する参照された最小許容距離のいずれかに違反する、すなわち、それより小さい、かどうかを判定する。もしも最小許容距離に違反していなければ、制御はステップＳ６１００に戻り、解析のための別の被処理体を選ぶ。
【０１５８】
これに対し、選ばれた被処理体の選択された他のあらかじめ決定された軌道が選ばれた被処理体を隣接する先行および後続の被処理体から分離する参照された最小許容距離のいずれかに違反する場合、制御はステップＳ６７００に進み、隣接する先行および後続の被処理体の軌道を変更して最小許容距離を満たすようにする。この変更は、影響される被処理体の軌道を、その被処理体の現在の軌道に最も近く最小許容距離よりも大きい軌道に切り換えることで遂行できる。軌道を最も近い許容できる軌道に切り換えることは、被処理体取扱い方法の効率を高める。
【０１５９】
隣接する先行および後続の被処理体の軌道を変更した後、制御はステップＳ６１００に戻り、解析のための別の被処理体を選ぶ。
【０１６０】
上で説明した多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムは、考えられる何らかの方法または装置によって、各被処理体の実際の現在位置を検出できる。例えば、実際の位置は、何らかのタイプの検出センサによって得られるだろう。実際の位置は、また、判定オブザーバー、例えばＬｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバー、あるいは確率論的オブザーバー、例えばＫａｌｍａｎフィルター、によって推定することもできる。実際の位置は、また、実際の検知と推定の組み合わせによっても決定できる。
【０１６１】
モジュールコントローラ２２０は、システムコントローラ２１０が提供する軌道に完全に従属する必要はない。例えば、モジュールコントローラ２２０は、ある被処理体がある軌道包絡線の境界の一つにどれほど近づいているかということを知らされていて、あるタスクを遂行する努力を有効にするためにその情報を用いることもできる。
【０１６２】
上で述べた軌道および軌道包絡線は、時間の関数としての位置、速度、及び／又は、加速度という観点から論じられている。しかし、軌道および軌道包絡線はこれらの表現に限定されるものではなく、被処理体に関するどんなデータも含めることができる。
【０１６３】
上で詳しく論じたいろいろな実施例では、モジュラー被処理体取扱いシステムは二層の階層アーキテクチャー、すなわち、単一システムコントローラと多重モジュラーコントローラ、を用いている。しかし、本発明によるモジュラー被処理体取扱いシステムおよび方法は何層の制御を用いることもできる、例えば、システムコントローラとモジュラーコントローラの間に少なくとも一つの中間制御層を用いてもよい。さらに、本発明によるモジュラー被処理体取扱いシステムおよび方法は多重システムコントローラを含むこともできる。
【０１６４】
本発明によるモジュラー被処理体取扱いシステムおよび方法はあらかじめ決定された衝突包絡線および制御包絡線の両方を含むこともできる。あるいはまた、本発明によるモジュラー被処理体取扱いシステムおよび方法は、あらかじめ決定された衝突包絡線だけ、又は、あらかじめ決定された制御包絡線だけを用いることもできる。さらに、あらかじめ決定された軌道および軌道包絡線は、衝突および制御境界と関係していなくてもよい。軌道および軌道包絡線は、どんなタスク又は拘束条件と関係してもよい。例えば、多数の軌道包絡線が異なる被処理体サイズに対して設けられることもある。
【０１６５】
また、上で詳しく説明したいろいろな実施例では、モジュラー被処理体取扱いシステムは、ある被処理体がモジュールアクチュエータ２３０に進入、退出、あるいはその内部にあることに関して記述されている。しかし、システム、軌道および軌道包絡線は、その被処理体が各モジュールアクチュエータ２３０に関連したモジュールに進入、退出、あるいはその内部にあることに関して記述することもできる。そのようなモジュールはさらにそのモジュールアクチュエータ２３０の制御の下にある経路２４０の領域として記述することもできるだろう。
【０１６６】
上で説明した多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムの各々のいろいろなコントローラは、プログラムされた汎用コンピュータを用いて実現することもできる。しかし、上で説明した多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムの各々のいろいろなコントローラは、専用のコンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラおよび周辺集積回路素子、ＡＳＩＣ又はその他の集積回路、ディジタルシグナルプロセッサ、離散素子回路などのハードワイヤ電子又は論理回路、プログラム可能な論理デバイス、例えばＰＬＤ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、又はＰＡＬなど、でも実現できる。一般に、有限状態マシンを実現でき、したがって、図５−７および９に示された流れ図を実現できるどんなデバイスも、上述の多重レベルモジュラー被処理体取扱いシステムの各々のいろいろなコントローラを実現するのに用いることができる。
【０１６７】
通信リンク２５０は、システムコントローラ２１０，モジュールコントローラ２２０，およびモジュールアクチュエータ２３０を結合するためのどんな既知の、又は後に開発されるデバイス又はシステムであってもよく、直接のケーブル接続、広域ネットワーク又は構内ネットワーク、イントラネットによる接続、インターネットによる接続、又は他のどんな分布処理ネットワーク又はシステムによる接続、も含まれる。一般に、通信リンク２５０は、システムコントローラ２１０，モジュールコントローラ２２０，およびモジュールアクチュエータ２３０を結合するために使用できるどんな既知の、又は後に開発される接続システム又は構造であってもよい。
【０１６８】
本発明のシステムおよび方法を、上で概略を述べた個々の実施形態に関して記述してきたが、当業者には多くの選択、変更および変型が可能であることは明らかであろう。したがって、上述したような本発明のシステムおよび方法の実施例は説明を目的としたものであって、限定的なものではない。本発明の精神と範囲から逸脱することなくいろいろな変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の媒体取扱いシステムのブロックダイアグラムである。
【図２】  図２は、本発明によるモジュラー被処理体取扱いシステムのブロックダイアグラムである。
【図３】  典型的な時間−距離公称軌道を示すグラフである。
【図４】  図４は、サンプルシステムの軌道および軌道包絡線、およびタスク拘束条件を示すグラフである。
【図５】  多重レベル被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御においてあらかじめ決定された軌道および軌道包絡線を用いる方法の一つの実施例を示す流れ図である。
【図６】  被処理体が図５のステップＳ１２００の衝突包絡線の内部にあるかどうかを判定する方法の一つの実施例を詳しく示す流れ図である。
【図７】  被処理体が図５のステップＳ１３００の制御包絡線の内部にあるかどうかを判定する方法の一つの実施例を詳しく示す流れ図である。
【図８】  軌道および軌道包絡線、ならびにその軌道および軌道包絡線によって定められるシステム拘束条件およびタスク必要条件を示すグラフである。
【図９】  システム拘束条件およびタスク必要条件をはっきりと表すことによって軌道および軌道包絡線をあらかじめ決定する方法のある実施例を示す流れ図である。
【図１０】  ある被処理体の多数の軌道および軌道包絡線を示すグラフである。
【図１１】  多重レベル被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御において各被処理体に関する多数のあらかじめ決定された軌道および軌道包絡線を用いる方法の一つの実施例を示す流れ図である。
【図１２】  多重レベル被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御において各被処理体に関する多数のあらかじめ決定された軌道および軌道包絡線を用いる方法の別の実施例を示す流れ図である。
【図１３】  選ばれた被処理体の別のあらかじめ決定された軌道を選択する方法の一つの実施例を詳しく示す流れ図である。
【図１４】  多数の被処理体の間の多数の軌道および軌道包絡線の関係を示すグラフである。
【図１５】  多重レベル被処理体取扱いシステムのシステムレベル制御において各被処理体に関する多数のあらかじめ決定された軌道および軌道包絡線を用いる方法であって、多数の被処理体間の衝突回避も考慮に入れた方法の一つの実施例を示す流れ図である。
【符号の説明】
２００  媒体取扱いシステム、２１０  システムコントローラ、２２０  モジュールコントローラ、２３０  モジュールアクチュエータ、２４０  経路、２５０  通信リンク。
【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】
0004841033.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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