(57)【要約】  運動制御システム（１０）は、オペレータ入力部材（２０）を有するオペレータインターフェース（１３）と、オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置（１８）とを含む。運動制御システムはまた、第２の操作パラメータの目標値（ＴＡＲｖ）と第２の操作パラメータの実際値（ＡＣＴｖ）との間の制御誤差（Ｅｃ）に少なくとも部分的に関係するように第１の操作パラメータを調整することを含めて、１つ以上の可動構成要素（１２）の運動を調整する制御部（１４）を含むことが可能である。第２の運転パラメータの目標値は、オペレータ入力部材の運動に少なくとも部分的に基づくことが可能である。制御部はまた、制御誤差に少なくとも部分的に関係するように、および制御誤差に対するフィードバック力の導関数が少なくとも部分的に制御誤差に応じて変化するように、制御可能な力フィードバック装置を操作してフィードバック力をオペレータ入力部材に提供することが可能である。
2010515150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動制御システム（１０）であって、
オペレータインターフェース（１３）であって、
オペレータ入力部材（２０）と、
オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置（１８）とを含むオペレータインターフェース（１３）と、
オペレータ入力部材の運動に少なくとも部分的に基づく第２の操作パラメータ（θ）の目標値（ＴＡＲｖ）と第２の操作パラメータの実際値（ＡＣＴｖ）との間の制御誤差（Ｅｃ）に少なくとも部分的に関係するように第１の操作パラメータを調整することを含めて、１つ以上の可動構成要素（１２）の運動を調整する制御部（１４）とを備え、
制御誤差に少なくとも部分的に関係するように、および制御誤差に対するフィードバック力の導関数が少なくとも部分的に制御誤差に応じて変化するように、制御部がまた、制御可能な力フィードバック装置を操作してフィードバック力をオペレータ入力部材に提供する運動制御システム。
【請求項２】
第２の操作パラメータの目標値が、オペレータインターフェースによって発生された入力信号の値（Ｓｉ）に対応し、入力信号がオペレータ入力部材の位置に対応する、請求項１に記載の運動制御システム。
【請求項３】
制御可能な力フィードバック装置が動力アクチュエータ（１９）を含み、
制御誤差に少なくとも部分的に関係するようにフィードバック力をオペレータ入力部材に提供するように、制御可能な力フィードバック装置を操作するステップが、制御誤差がゼロ以外の値を有する間にオペレータがオペレータ入力部材を解除した場合、制御可能な力フィードバック装置が、制御誤差がゼロであろう位置に向かってオペレータ入力部材を駆動するように、動力アクチュエータを操作してフィードバック力をオペレータ入力部材に適用することを含む、
請求項２に記載の運動制御システム。
【請求項４】
第２の操作パラメータの目標値が、１つ以上の可動構成要素（１２）の位置の目標値である、請求項１に記載の運動制御システム。
【請求項５】
オペレータインターフェースが、オペレータ入力部材の位置に対応する入力信号（Ｓｉ）を発生し、
入力信号が第２の操作パラメータの目標値を示す、
請求項４に記載の運動制御システム。
【請求項６】
第１の正の制御誤差値（Ｖｅ１）にまで及ぶ第１の範囲（Ｒｅ１）の制御誤差値にわたる制御誤差に対するフィードバック力の導関数の平均値が、第１の正の制御誤差値から第２の正の制御誤差値に及ぶ第２の範囲（Ｒｅ２）の制御誤差値にわたる制御誤差に対するフィードバック力の導関数の平均値よりも高いように、
また第２の範囲の制御誤差値にわたる制御誤差に対するフィードバック力の導関数の平均値が、第２の正の制御誤差値から及ぶ第３の範囲（Ｒｅ３）の制御誤差値にわたる制御誤差に対するフィードバック力の導関数の平均値よりも低いように、
制御部が制御可能な力フィードバック装置を操作する、
請求項１に記載の運動制御システム。
【請求項７】
運動制御システム（１０）を操作する方法であって、
第２の操作パラメータ（θ）の目標値（ＴＡＲｖ）と第２の操作パラメータの実際値（ＡＣＴｖ）との間の制御誤差（Ｅｃ）に少なくとも部分的に基づき運動制御システムの第１の操作パラメータの値を調整するステップと、
運動制御システムのオペレータインターフェース（１３）のオペレータ入力部材（２０）の運動に少なくとも部分的に基づき運動制御システムの第２の操作パラメータの目標値を決定するステップと、
少なくとも部分的に制御誤差に関係するように、および制御誤差に対するフィードバック力の導関数が制御誤差に応じて変化するように、オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置（１８）を操作して、フィードバック力をオペレータ入力部材に提供するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
制御誤差に少なくとも部分的に基づき第１の操作パラメータの値を調整するステップが、第１の操作パラメータの値を増加させるための最大容量に達するまで制御誤差の増加と共に第１の操作パラメータの値を増加させることを含み、
少なくとも部分的に制御誤差に関係するようにフィードバック力をオペレータ入力部材に提供するステップが、最大容量の達成と略一致する制御誤差に対するフィードバック力の導関数を増加させて、第１の操作パラメータの値を増加させることを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも部分的に制御誤差に関係するようにフィードバック力をオペレータ入力部材に提供するステップが、
制御誤差の第１の正の値（Ｖｅ１）で制御誤差に対するフィードバック力の導関数を減少させることと、
制御誤差の第２の正の値（Ｖｅ２）で制御誤差に対するフィードバック力の導関数を増加させることとを含み、制御誤差の第２の正の値が第１の正の値よりも高い、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１の操作パラメータを増加させるための最大容量が第２の正の制御誤差値と略一致して到達されるように、制御誤差に少なくとも部分的に基づき第１の操作パラメータの値を調整するステップが、制御誤差の増加と共に第１の操作パラメータの値を増加させることを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、運動制御システム、より詳しくは、可動のオペレータ入力部材を有するオペレータインターフェースを含む運動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械は、１つ以上の可動構成要素を有する運動制御システムと、１つ以上の可動構成要素の運動を調整する制御部とを含む。このようないくつかの運動制御システムは、可動のオペレータ入力部材を有するオペレータインターフェース、例えば、運動制御システムに入力を提供するためにオペレータが使用し得るジョイスティック、ステアリングホイール、又はペダルを含む。ある場合には、このようなオペレータ入力部材により、機械的連結を通して運動制御システムの１つ以上の構成要素に入力を提供することが可能である。オペレータ入力部材と運動制御システムの他の構成要素との間のこのような機械的連結により、フィードバック力をオペレータ入力部材に伝達し得る。オペレータは、このようなフィードバック力から運動制御システムの操作に関する情報を集めることが可能である。
【０００３】
いくつかの運動制御システムは、可動オペレータ入力部材から運動制御システムの１つ以上の他の構成要素に入力を伝達するために、機械的連結以外の手段を使用する。例えば、いくつかのの運動制御システムは、オペレータ入力部材を通して受信されたオペレータ入力を運動制御システムの他の構成要素に伝達するために電気信号を使用してもよい。オペレータ入力を運動制御システムの他の構成要素に伝達するこのような他の手段は、様々な利点を有することが可能であるが、一般に、オペレータ入力部材を操作するオペレータにフィードバック力を提供しない。
【０００４】
ミルサップ（Ｍｉｌｌｓａｐ）らへの（特許文献１）は、操舵システムのステアリングホイールにフィードバック力を提供するステアリングホイールの触覚的フィードバック装置を有するステア・バイ・ワイヤ型の操舵システムを開示している。（特許文献１）の操舵システムは、ステアリングホイールの触覚的フィードバック装置がステアリングホイールに適用するフィードバック力の大きさを制御する命令信号を、ステアリングホイールの触覚的フィードバック装置に供給する制御器を含む。制御器は、車両の実際の操舵方向とステアリングホイールの角度とを比較することによって、車両の速度、車両の実際の操舵方向、ステアリングホイールの角度、及び決定された制御誤差に基づき命令信号を発生する。図２のブロック図を参照すると、（特許文献１）は、制御器が、これらの要因に基づきステアリングホイールの触覚的フィードバック装置用の命令信号を発生するために使用し得る一般的な１つの信号処理方法を記載している。
【０００５】
（特許文献１）は、操舵システムのステアリングホイールにフィードバック力を提供するステアリングホイールの触覚的フィードバック装置を有するステア・バイ・ワイヤシステムを開示しているが、ある不都合が存在する。例えば、フィードバック力の大きさを制御する際の要因として速度及び誤差のみを使用することによって、（特許文献１）の操舵システムは、非常に基本的な情報のみをオペレータに提供できるに過ぎない。この結果、オペレータは、ステアリングホイールに対するフィードバック力からオペレータが望むすべての情報を得ることができない。さらに、（特許文献１）は、ステアリングホイールに対するフィードバック力が、命令信号を発生するために制御器が使用する様々な要因に応じて実際にどのように変化するかについて開示していない。制御器がこれらの要因とステアリングホイールに対するフィードバック力との間の望ましい関係を維持しない場合、車両のオペレータの運転経験を損なう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，５３５，８０６Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の開示の運動制御システム及び方法は、上述した問題の１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示した１つの実施形態は、オペレータ入力部材を有するオペレータインターフェースと、オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置とを含む運動制御システムに関する。運動制御システムはまた、第２の操作パラメータの目標値と第２の操作パラメータの実際値との間の制御誤差に少なくとも部分的に関係するように第１の操作パラメータを調整することを含めて、１つ以上の可動構成要素の運動を調整する制御部を含むことが可能である。第２の運転パラメータの目標値は、オペレータ入力部材の運動に少なくとも部分的に基づくことが可能である。制御部はまた、制御誤差に少なくとも部分的に関係するように、及び制御誤差に対するフィードバック力の導関数が少なくとも部分的に制御誤差に応じて変化するように、制御可能な力フィードバック装置を操作してフィードバック力をオペレータ入力部材に提供することが可能である。
【０００９】
他の実施形態は、運動制御システムを操作する方法に関する。本方法は、第２の操作パラメータの目標値と第２の操作パラメータの実際値との間の制御誤差に少なくとも部分的に基づき運動制御システムの第１の操作パラメータの値を調整するステップを含み得る。本方法はまた、運動制御システムのオペレータインターフェースのオペレータ入力部材の運動に少なくとも部分的に基づき運動制御システムの第２の操作パラメータの目標値を決定するステップを含み得る。さらに、本方法は、少なくとも部分的に制御誤差に関係するように、及び制御誤差に対するフィードバック力の導関数が制御誤差に応じて変化するように、オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置を操作して、フィードバック力をオペレータ入力部材に提供するステップを含み得る。
【００１０】
別の実施形態は、オペレータ入力部材を有するオペレータインターフェースと、オペレータ入力部材に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置とを含む操舵システムに関する。操舵システムはまた、操舵システムの操作パラメータの目標値と操作パラメータの実際値との間の制御誤差に少なくとも部分的に基づき、制御可能な力フィードバック装置を操作してフィードバック力をオペレータ入力部材に提供する制御部を含み得る。制御部は、制御誤差に対するフィードバック力の導関数が第１の正の制御誤差値で減少するように、フィードバック力を調整することが可能である。制御部はまた、制御誤差に対するフィードバック力の導関数が第２の正の制御誤差値で増加するように、フィードバック力を調整することが可能であり、第２の正の制御誤差値は第１の正の制御誤差値よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モービル機械の操舵システムとして実装された本発明の開示による運動制御システムの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の開示による運動制御システムの２つの操作パラメータの間に存在し得る１つの関係を示したグラフである。
【図３】本発明の開示による運動制御システムを操作する一方法を示したフローチャートである。
【図４Ａ】制御誤差とフィードバック力との間で本発明の開示による運動制御システムが維持し得る１つの関係を示したグラフである。
【図４Ｂ】制御誤差に対する図４Ａに示したフィードバック力の導関数を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の開示による運動制御システム１０を示している。運動制御システム１０は、可動構成要素１２と、動力源１１、オペレータインターフェース１３と、可動構成要素１２の運動を制御するための制御部１４とを含み得る。
【００１３】
運動制御システム１０が使用される目的に一部分関係して、可動構成要素１２は、様々な数及び種類の構成要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、図１に示した実施例のように、運動制御システム１０は、推進システム４７を有するモービル機械４６用の操舵システムでもよい。したがって、可動構成要素１２は、モービル機械４６を取り巻く環境に操舵力を伝達して、モービル機械４６を操舵する操舵装置４８、４９を含み得る。図１に示されているように、いくつかの実施形態では、操舵装置４８、４９は車輪でもよい。可動構成要素１２はまた、操舵装置４８、４９に連結する構成要素を含んでもよく、操舵装置４８と操舵装置４９との間の操舵角θの調整を可能にする。例えば、図１に示したような実施形態では、運動制御システム１０は、関節状の操舵システムを形成してもよく、この場合、可動構成要素１２は、操舵装置４８が装着される可動フレーム部分５０と、操舵装置４９が装着される可動フレーム部分５１とを含み得る。フレーム部分５０、５１の間の旋回ジョイント５４は、軸５６を中心とするフレーム部分５０、５１の互いの旋回を可能にすることによって、操舵角θの調整を可能にし得る。運動制御システム１０が関節状の操舵システムを形成する実施形態では、操舵装置４８と操舵装置４９との間の角度は、フレーム部分５０、５１の間の角度に等しい。したがって、このような実施形態では、フレーム部分５０、５１の間の角度は、操舵角θを構成することが可能である。
【００１４】
当然、いくつかの実施形態では、運動制御システム１０は、関節状の操舵システム以外の操舵システムの種類を形成することが可能である。例えば、運動制御システム１０は、アッカーマン型の操舵システムを形成してもよい。アッカーマン型の操舵システムは、例えば、モービル機械４６のフレームに対し操舵装置４８を旋回させて、モービル機械４６の長手方向軸線に対する操舵装置４８の角度を変更するように、モービル機械４６のフレームに連結された操舵装置４８を有することが可能である。したがって、運動制御システム１０がアッカーマン型の操舵システムを形成する実施形態では、操舵角θは、操舵装置４８が指す一般方向と操舵装置４９が指す一般方向との間の角度を構成し得る。当然、一方の操舵装置４８は他方の操舵装置４８とは僅かに異なる方向を指してもよく、及び／又は一方の操舵装置４９は他方の操舵装置４９とは僅かに異なる方向を指してもよい。一方の操舵装置４８が他方の操舵装置４８とは僅かに異なる方向を指す場合、一方の操舵装置４８が指す方向は、操舵角θを画定してもよく、あるいは操舵装置４８が指す方向の平均は、操舵角θを画定してもよい。同様に、一方の操舵装置４９が他方の操舵装置４９とは僅かに異なる方向を指す場合、一方の操舵装置４９が指す方向は、操舵角θを画定してもよく、あるいは操舵装置４９が指す方向の平均は、操舵角θを画定してもよい。
【００１５】
動力源１１は、運動制御システム１０用の動力を提供する任意の１つ又は複数の構成要素を含み得る。動力源１１は、加圧作動油を供給することによって、加圧空気を供給することによって、及び／又は電気を供給することによって、例えば機械式のような様々な方法で動力を提供してもよい。図１に示されているように、いくつかの実施形態では、動力源１１は、推進システム４７のエンジン４０と、エンジン４０に駆動連結される油圧ポンプ４２と、エンジン４０に駆動連結される発電機４３とを含み得る。
【００１６】
オペレータインターフェース１３は、可動のオペレータ入力部材２０を含み得る。図１に示されているように、いくつかの実施形態では、オペレータ入力部材２０は、ジョイスティックのようなハンドルでもよい。オペレータインターフェース１３の構造により、オペレータ入力部材２０は様々な方法で移動することが可能である。いくつかの実施形態では、オペレータ入力部材２０は軸２２を中心に旋回し得る。さらに、いくつかの実施形態では、オペレータ入力部材２０は限定された範囲の運動を有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、オペレータ入力部材２０は、軸線２２を中心に１８０度未満にわたって旋回できてもよい。
【００１７】
オペレータインターフェース１３は、オペレータ入力部材２０の運動に少なくとも部分的に基づき入力信号Ｓｉを発生し得る。いくつかの実施形態では、オペレータインターフェース１３は、入力信号Ｓｉの値がオペレータ入力部材２０の位置に対応するように、入力信号Ｓｉを発生し得る。オペレータインターフェース１３は、電気的、光学的、磁気的、無線式、及び／又は流体圧力を含むが、それらに限定されない様々な方法で、入力信号Ｓｉを伝送することが可能である。入力信号Ｓｉは様々な目的に使用してもよい。いくつかの実施形態では、入力信号Ｓｉは、可動構成要素１２及び／又は可動構成要素１２に連結された制御部１４の構成要素の運動の１つ以上のパラメータの目標値を示してもよい。例えば、入力信号Ｓｉは、操舵角θの目標値を示してもよい。
【００１８】
図１に示されているように、オペレータインターフェース１３はまた、オペレータ入力部材２０に駆動連結される制御可能な力フィードバック装置１８を含み得る。制御可能な力フィードバック装置１８は、フィードバック力をオペレータ入力部材２０に適用して、オペレータ入力部材２０の位置とは無関係にフィードバック力の大きさを調整することを可能にする１つ以上の構成要素を含んでもよい。本明細書に使用されているように、「フィードバック力」という用語は、制御可能な力フィードバック装置１８によってオペレータ入力部材２０に適用される直線的な力及び／又はトルクを指す。制御可能な力フィードバック装置１８は、例えば、オペレータ入力部材２０に駆動連結される電気モータのような動力アクチュエータ１９を含んでもよい。制御可能な力フィードバック装置１８は、様々な形態の動力源１１から動力を受け取ることが可能である。例えば、制御可能な力フィードバック装置１８が電気モータを含む実施形態では、発電機４３は、制御可能な力フィードバック装置１８を操作するために電気を供給し得る。
【００１９】
制御部１４は、オペレータインターフェース１３を通して少なくとも部分的に受信される入力に応じて運動制御システム１０の動作の１つ以上の形態を制御するように動作可能である任意の１つ又は複数の構成要素を含み得る。いくつかの実施形態では、制御部１４は、可動構成要素１２の運動の１つ以上の形態を制御するためのアクチュエータ１６を含み得る。アクチュエータ１６は、リニアアクチュエータ、ロータリアクチュエータ、又は純粋な回転又は直線運動以外の運動を発生するアクチュエータの種類でもよい。さらに、アクチュエータ１６は、例えば、油圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ、又は電気アクチュエータでもよい。図１に示されているように、いくつかの実施形態では、アクチュエータ１６は、ハウジング３２と駆動部材３４とを有する油圧シリンダであり得る。
【００２０】
アクチュエータ１６は、可動構成要素１２に駆動連結し得る。例えば、図１に示されているように、アクチュエータ１６は、各フレーム部分５０、５１に直接駆動連結してもよく、また各フレーム部分５０、５１を通して操舵装置４８、４９に間接的に駆動連結してもよい。これにより、アクチュエータ１６は、フレーム部分５０、５１及び操舵装置４８、４９を駆動することが可能である。図１に示されているように、いくつかの実施形態では、アクチュエータ１６は、フレーム部分５１及び操舵装置４９に対しフレーム部分５０と操舵装置４８とを軸線５６を中心に旋回させることによって、アクチュエータ１６により操舵角θを調整できるように、フレーム部分５０、５１に連結してもよい。
【００２１】
制御部１４はまた、アクチュエータ１６の運動及び／又は可動構成要素１２の運動に関する情報を集めるための１つ以上のセンサのような装置を含み得る。例えば、制御部１４は、アクチュエータ１６及び可動構成要素１２の運動の１つ以上のパラメータの実際値に関するセンサ信号Ｓｓを提供するセンサ２８を含んでもよい。例えば、センサ２８からのセンサ信号Ｓｓは、アクチュエータ１６の駆動部材３４の位置を示すことが可能である。図１に示した実施形態では、アクチュエータ１６の駆動部材３４の位置を示すことによって、センサ信号Ｓｓはまた、モービル機械４６の操舵角θ及び現在の回転半径を示すことが可能である。センサ２８は、電気的、光学的、機械的、磁気的、無線式、及び／又は流体圧力を含むが、それらに限定されない様々な方法で、信号Ｓｓを伝送することが可能である。
【００２２】
さらに、制御部１４は、制御可能な力フィードバック装置１８を制御するための装置を含んでもよい。例えば、制御部１４は、制御可能な力フィードバック装置１８に動作可能に連結される制御器２４を含んでもよい。制御器２４は、１つ以上のプロセッサ（図示せず）及び１つ以上のメモリ装置（図示せず）を含んでもよい。制御器２４は、制御可能な力フィードバック装置１８を操作するために様々な制御アルゴリズムを使用し得る。本発明の開示は、制御器２４が以下に使用し得るいくつかの典型的な制御アルゴリズムの詳細を提供する。
【００２３】
制御部１４はまた、アクチュエータ１６を制御するための装置、例えばアクチュエータ１６の動作の１つ以上の形態を制御するための制御信号Ｓｃを発生するための装置を含み得る。制御信号Ｓｃは、電気的、光学的、機械的、磁気的、無線式、及び／又は流体圧力を含むが、それらに限定されない様々な方法で、情報を伝送することが可能である。いくつかの実施形態では、制御器２４は制御信号Ｓｃを発生し得る。いくつかの実施形態では、制御器２４は、オペレータインターフェース１３からの入力信号Ｓｉ及びセンサ２８からのセンサ信号Ｓｓのような他の構成要素からの入力に少なくとも部分的に基づき制御信号Ｓｃを発生し得る。制御器２４は、制御信号Ｓｃを発生して、様々な目的を前進させるための様々なアルゴリズムを使用してもよい。本発明の開示は、制御信号Ｓｃを発生するために制御器２４が以下に使用し得るいくつかの典型的な制御アルゴリズムの詳細を提供する。
【００２４】
制御信号Ｓｃは、様々な手段を通してアクチュエータ１６の動作の様々な形態を制御することが可能である。例えば、制御信号Ｓｃは、動力源１１からアクチュエータ１６の動力供給を制御する制御構成要素２６を制御することによって、アクチュエータ１６の位置、速度、加速度、及び／又は力出力を制御してもよい。いくつかの実施形態では、制御構成要素２６は、油圧ポンプ４２とアクチュエータ１６との間に流体流を配量する弁を含み得る。さらに、このようないくつかの実施形態では、制御構成要素２６は、弁の動作の１つ以上の形態を制御するための電気制御ソレノイドを含み得る。このような実施形態では、制御信号Ｓｃは、例えば、電気制御ソレノイドを流れる電流から構成されることが可能であり、これによって、弁の動作状態、したがってアクチュエータ１６への及び／又はそれへの作動油の流れを制御することによりアクチュエータ１６の位置、速度、加速度及び／又は力出力を制御する。当然、制御信号Ｓｃに加えて、他の要因がアクチュエータ１６の位置、速度、加速度及び力出力に影響を及ぼし得る。このような他の要因は、例えば、油圧ポンプ４２が流体を供給する圧力及びアクチュエータ１６に対する荷重を含み得る。
【００２５】
運動制御システム１０は、上述の実施例に限定されない。例えば、動力アクチュエータ１９に加えて又は代わりに、制御可能な力フィードバック装置１８は、制御可能なフィードバック力をオペレータ入力部材２０に適用するために動作可能な他の種類の構成要素、例えば、１つ以上の制御可能なブレーキ又は制御可能なダンパを含んでもよい。さらに、オペレータ入力部材２０は、ジョイスティックとは異なる種類のステアリングホイールのようなハンドル、又はハンドル以外のペダルのような構成要素でもよい。同様に、軸線２２の周りを旋回するよりもむしろ、オペレータ入力部材２０は、異なる方法で例えば直線的に移動してもよい。
【００２６】
さらに、制御信号Ｓｃは、制御構成要素２６以外の手段によってアクチュエータ１６を制御してもよい。いくつかの実施形態では、制御信号Ｓｃは、アクチュエータ１６の動作の１つ以上の形態を制御するためにアクチュエータ１６の１つ以上の構成要素を直接制御することが可能である。代わりに、いくつかの実施形態では、制御信号Ｓｃは、動力源１１の動作の１つ以上の形態を制御することによって、アクチュエータ１６の動作の１つ以上の形態を制御してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、制御部１４は、１つ以上の制御信号を使用して、アクチュエータ１６を制御することが可能である。
【００２７】
運動制御システム１０はまた、図１に示していない構成要素を含み、及び／又は図１に示した構成要素の１つ以上を省略してもよい。例えば、運動制御システム１０は、図１が示すものとは異なる数の可動構成要素１２を有してもよい。いくつかの実施形態では、運動制御システム１０は、アクチュエータ１６に駆動連結される単一の可動構成要素１２を含み得る。さらに、運動制御システム１０は、制御可能な力フィードバック装置１８を操作して、制御信号Ｓｃを発生するための制御器２４以外の装置、例えば、配線ワイヤド制御回路、油圧式制御装置、空気圧式制御装置、機械式制御装置、及び／又はそれらのいくつかの組み合わせを有してもよい。運動制御システム１０はまた、１つ以上の追加のアクチュエータを有してもよい。いくつかの実施形態では、運動制御システム１０は、アクチュエータ１６のようなフレーム部分５０、５１の間であるが、旋回ジョイント５４の反対側に連結された追加のアクチュエータを含み得る。このような実施形態では、制御部１４は、例えば、制御信号Ｓｃに等しい及び反対の制御信号でこの追加のアクチュエータを制御して、操舵角θの調整の際にアクチュエータ１６を補助するように、アクチュエータ１６に等しい及び反対の方法で追加のアクチュエータを操作してもよい。
【００２８】
運動制御システム１０はまた、モービル機械４６を操舵するための異なる構造の可動構成要素１２を有することが可能である。例えば、運動制御システム１０は、操舵装置４８、４９の１つ以上を省略し、及び／又は図１に示したものよりも多くの操舵装置を含み得る。さらに、車輪であるよりもむしろ、操舵装置４８、４９は、操舵力を地面に加えてモービル機械４６を操舵するように構成された履帯ユニット、スキー、又は他の種類の装置でもよい。さらに、運動制御システム１０は、関節状の操舵システムとは異なる種類の操舵システム又はアッカーマン型の操舵システム、例えばスキッドステア型の操舵システムでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、モービル機械４６は、船舶又は航空機でもよく、また操舵装置４８、４９は、モービル機械４６を囲む流体に操舵力を加えるように構成されたラダーのような装置でもよい。
【００２９】
運動制御システム１０はまた、モービル機械の操舵システム以外の種類のシステム、例えば推進システム、掘削器具、又はホイストでもよい。いくつかの実施形態では、運動制御システム１０は静止基部を有することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
運動制御システム１０は、１つ以上の可動構成要素１２の運動の１つ以上の形態の制御を必要とする任意の仕事のための用途を有することが可能である。運動制御システム１０の制御部１４は、様々な目的を前進させるために様々な方法で可動構成要素１２の運動を制御することが可能である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、制御部１４は、運動制御システム１０の第２の操作パラメータの目標値を達成するために、制御信号Ｓｃで運動制御システム１０の第１の操作パラメータの値を調整することが可能である。例えば、制御部１４は、可動構成要素１２の位置に関係するパラメータの目標値を達成するために制御信号Ｓｃを調整することによって、アクチュエータ１６の速度を調整してもよい。制御部１４は、例えば、操舵角θの目標値ＴＡＲｖを達成するために制御信号Ｓｃを調整することによって、アクチュエータ１６の速度を調整してもよい。
【００３２】
当然、操舵角θの目標値ＴＡＲｖは、１つ以上の対応する操作パラメータの目標値と同等であり得、制御信号Ｓｃの値の調整によるアクチュエータ１６の速度調整は、１つ以上の対応する操作パラメータの調整と同等であり得る。例えば、図１に示した実施形態では、操舵角θの任意の特定の値は、モービル機械４６の特定の回転半径に対応し、操舵角θの目標値はまた、モービル機械４６の回転半径の目標値を構成することが可能である。同様に、操舵角θの任意の特定の値は、可動構成要素１２の互いに対する特定の位置に、同様にアクチュエータ１６の駆動部材３４の特定の位置に対応するので、操舵角θの目標値ＴＡＲｖはまた、これらの構成要素のそれぞれの位置の目標値を構成し得る。さらに、図１に示した実施形態では、アクチュエータ１６の速度の調整はまた、操舵角θの変化率及びモービル機械４６の回転半径の変化率の調整を構成する。
【００３３】
制御部１４は、操舵角θの目標値ＴＡＲｖを様々な要因に基礎づけることが可能である。いくつかの実施形態では、制御部１４は、入力信号Ｓｉを使用して操舵角θの目標値ＴＡＲｖを示すことが可能である。さらに、上述のように、オペレータインターフェース１３は、入力信号Ｓｉがオペレータ入力部材２０の位置に対応するように、入力信号Ｓｉを発生し得る。したがって、操舵角θの目標値ＴＡＲｖは、オペレータ入力部材２０の位置に応じて変化し得る。図２は、操舵角θの目標値ＴＡＲｖがオペレータ入力部材２０の位置に応じて変化し得る方法の一実施例を提供する。図２の水平軸線では、ゼロはオペレータ入力部材２０の初期位置に対応する。図２の水平軸線に沿った正の値の増大は、一方の方向のその初期位置からますます遠いオペレータ入力部材２０の位置に対応し、また負の値の増大は、反対方向のその初期位置からますます遠いオペレータ入力部材２０の位置に対応する。
【００３４】
制御部１４は、操舵角θの目標値ＴＡＲｖを達成する目的で制御信号Ｓｃを調整することによって、アクチュエータ１６の速度を調整するために様々な閉ループ制御アルゴリズムを使用し得る。例えば、制御部１４は、図３に示した制御アルゴリズムを使用してもよい。この制御方法によれば、制御部１４は、最初に、操舵角θの目標値ＴＡＲｖから操舵角θの実際値ＡＣＴｖを差し引くことによって制御誤差Ｅｃを決定し得る（ステップ５８）。制御部１４は、様々な方法で操舵角θの実際値ＡＣＴｖを決定し得る。いくつかの実施形態では、制御部１４は、操舵角θの指標としてセンサ信号Ｓｓを使用してもよい。
【００３５】
制御誤差Ｅｃを決定した後、制御部１４は、アクチュエータ１６の速度を制御するために、制御誤差Ｅｃに基づき制御信号Ｓｃを発生することが可能である（ステップ６０）。制御部１４は、繰り返してこの処理を実行してもよい。この方法を使用して、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに応じて様々な方法で．制御信号Ｓｃ及びアクチュエータ１６の速度を調整し得る。いくつかの実施形態では、制御誤差Ｅｃが増加する任意のときに、制御部１４は、アクチュエータ１６の速度を増加させて、操舵角θを目標値ＴＡＲｖに向かってより迅速に近づけるように、制御信号Ｓｃを調整することが可能である。当然、ある点に、制御部１４は、アクチュエータ１６の速度を増加させるためにそれらの最大容量に達する可能性があり、その後、制御部１４は、制御誤差Ｅｃのさらなる増加に応答してアクチュエータ１６の速度を増加することができない。アクチュエータ１６の速度を増加させるために、様々な要因が制御部１４の最大容量に影響を及ぼす可能性がある。例えば、アクチュエータ１６が油圧ポンプ４２から作動油の形態で動力を受け取る実施形態では、油圧ポンプ４２からアクチュエータ１６への作動油の最大可能な流量により、アクチュエータ１６の速度を増加させるための最大容量が規定され得る。
【００３６】
操舵角θの目標値ＴＡＲｖを達成する目的で制御誤差Ｅｃに基づき制御信号Ｓｃを調整することによってアクチュエータ１６の速度を調整する間に、制御部１４は、制御可能な力フィードバック装置１８を操作して、フィードバック力をオペレータ入力部材２０に提供することが可能である。例えば、図１に示した実施形態の場合、制御器２４は、トルクをオペレータ入力部材２０に適用するために動力アクチュエータ１９を操作し得る。制御部１４は、様々な制御アルゴリズムに従って制御可能な力フィードバック装置１８を操作し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃがゼロ以外の値を有するときに常に、制御可能な力フィードバック装置１８を操作して、フィードバック力をオペレータ入力部材２０に提供することが可能である。例えば、制御誤差Ｅｃが非ゼロの値を有するときに常に、制御部１４は、制御可能な力フィードバック装置１８を操作して、入力信号Ｓｉによって示される操舵角θの目標値ＴＡＲｖが操舵角θの実際値に対応するであろう位置に向かってオペレータ入力部材２０を付勢してもよい。そうすることによって、制御部１４は、操舵角θの目標値ＴＡＲｖと操舵角θの実際値との差を増加させる方向に、オペレータがオペレータ入力部材２０を移動するとき、オペレータに対する抵抗を提示することが可能である。この抵抗は、オペレータ入力部材２０でオペレータによって命令される操舵角θの目標値ＴＡＲｖを達成するように制御部１４が動作している時点をオペレータに暗示的に示し得る。さらに、制御誤差Ｅｃが非ゼロの値を有するときにオペレータがオペレータ入力部材２０を解除した場合、制御可能な力フィードバック装置１８によって供給されるフィードバック力は、操舵角θの目標値ＴＡＲｖが実際値ＡＣＴｖに対応する位置にオペレータ入力部材２０を駆動することが可能である。
【００３８】
制御部１４は、様々な要因に基づき様々な方法でオペレータ入力部材２０に対するフィードバック力の大きさを制御し得る。いくつかの実施形態では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに少なくとも部分的に基づきフィードバック力の大きさを制御し得る。図４Ａは、制御部１４が制御誤差Ｅｃに応じてオペレータ入力部材２０に対するフィードバック力の大きさを調整し得る方法の実施例を示している。図４Ａでは、制御誤差Ｅｃは水平軸線に沿って変化し、フィードバック力は垂直軸線に沿って変化する。図４Ａでは、フィードバック力の正の値は、一方の方向の力を示し、フィードバック力の負の値は反対方向のフィードバック力を示す。図４Ｂは、制御誤差Ｅｃに対する図４Ａに示したフィードバック力の導関数を示している。図４Ｂでは、制御誤差Ｅｃは水平軸線に沿って変化し、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数は垂直軸線に沿って変化する。
【００３９】
ゼロの制御誤差値から第１の正の制御誤差値Ｖｅ１に及ぶ第１の範囲Ｒｅ１にわたって、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を比較的高く維持し得る。制御誤差Ｅｃが最初にゼロから外れるとき、比較的迅速にフィードバック力を増加させることによって、制御部１４は、小さな値の制御誤差Ｅｃで知覚可能なフィードバックをオペレータが受け取ることを保証し得る。このことはまた、オペレータ入力部材２０の移動に抵抗する摩擦の克服に役立つかもしれない。
【００４０】
第１の正の制御誤差値Ｖｅ１では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を減少させることが可能である。図４Ｂに示されているように、いくつかの実施形態では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を段階的に減少させることが可能である。
【００４１】
さらに、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数の平均値が、第１の正の制御誤差値Ｖｅ１から第２の正の制御誤差値Ｖｅ２に及ぶ第２の範囲にわたって、第１の範囲Ｒｅ１にわたる制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数の平均値よりも小さいように、制御可能な力フィードバック装置１８を操作することが可能である。さらに、いくつかの実施形態では、制御部１４は、第２の範囲Ｒｅ２の全体にわたって、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を範囲Ｒｅ１にわたってよりも低く維持し得る。制御誤差Ｅｃの適度な値でフィードバック力を比較的徐々に増加させることによって、制御部１４は、オペレータ入力部材２０を移動するために過度の力を必要とすることなく、操舵角θの目標角度ＴＡＲｖを達成するために及ぼされる作用力の増加をオペレータに示すことが可能である。
【００４２】
第２の正の制御誤差値Ｖｅ２では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を増加させることが可能である。図４Ｂに示されているように、いくつかの実施形態では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を段階的に増加させることが可能である。
【００４３】
さらに、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数の平均値が、第２の正の制御誤差値Ｖｅ２から第３の正の制御誤差値Ｖｅ３に及ぶ制御誤差値の第３の範囲にわたって、第２の範囲Ｒｅ２にわたる制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数の平均値よりも高いように、制御可能な力フィードバック装置１８を操作することが可能である。いくつかの実施形態では、制御部１４は、範囲Ｒｅ３の全体にわたって、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を範囲Ｒｅ２にわたってよりも高く維持し得る。高い制御誤差値で比較的迅速にフィードバック力を増加させることによって、制御部１４は、オペレータによって命令された目標値ＴＡＲｖに向かって操舵角θを調整するために利用可能な容量の比較的高い割合が制御部１４によって使用されており、オペレータ入力部材２０のさらなる移動により、操舵角θがそれ以上速く変更されてはならないことをオペレータに示すことが可能である。このことはまた、実際にオペレータが所望するよりも大きな目標値ＴＡＲｖの操舵角θを示す位置に、オペレータが不注意によりオペレータ入力部材２０を移動することを防止する傾向を有する。
【００４４】
さらに、いくつかの実施形態では、第３の正の制御誤差値Ｖｅ２は、制御部１４が操舵角θの変化率を増加させて目標値ＴＡＲｖに向かって操舵角θを近づけるために最大容量に達するのと略一致し得る。例えば、第３の正の制御誤差値Ｖｅ２は、制御部１４が油圧ポンプ４２からアクチュエータ１６への作動油の流量を支配的状況下で可能な限り高く調整した動作点と略一致し得る。このような実施形態では、制御誤差Ｅｃが第３の正の制御誤差値Ｖｅ２に達したときのフィードバック力の突然の増加は、制御部１４が目標値ＴＡＲｖに向かって操舵角θをもはやより速く調整できないことを確かめるためのオペレータの方法として役立つことが可能である。
【００４５】
第３の正の制御誤差値Ｖｅ３では、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を再び減少させることが可能である。図４Ｂに示されているように、いくつかの実施形態では、制御部１４は、第３の正の制御誤差値Ｖｅ３で、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を段階的に減少させることが可能である。
【００４６】
さらに、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数の平均値が、第３の正の制御誤差値Ｖｅ３から及ぶ制御誤差値Ｒｅ４の第４の範囲にわたって、第３の範囲Ｒｅ３にわたる制御誤差に対するフィードバック力の導関数の平均値よりも低いように、制御可能な力フィードバック装置１８を操作することが可能である。いくつかの実施形態では、制御部１４は、範囲Ｒｅ４にわたって制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を略ゼロに等しく維持し得る。フィードバック力の大きさに上限を設けることによって、制御部１４は、オペレータが制御誤差Ｅｃの大きさに関わらず、オペレータ入力部材２０に対するフィードバック力を常に克服できることを確実にし得る。
【００４７】
図４Ａ、図４Ｂに示されているように、制御部１４はまた、負の制御誤差値について制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を変更し得る。いくつかの実施形態では、フィードバック力を反対方向に適用することを除いて、制御部１４は、ますます負の制御誤差値とフィードバック力との間の関係を提供することが可能であり、この関係は、制御部１４が、ますます正の制御誤差値とフィードバック力との間に提供するのと略同一である。
【００４８】
制御部１４が実施し得る制御方法は、上述の実施例に限定されない。例えば、制御部１４は、入力信号Ｓｉに加えて、操舵角θの目標値ＴＡＲｖを他の要因、例えばモービル機械４６の走行速度に基礎づけてもよい。このような実施形態では、これらの他のパラメータが変化した場合、操舵角θの目標値ＴＡＲｖは、オペレータがオペレータ入力部材２０を移動することなく変化し得る。同様に、制御部１４は、制御誤差Ｅｃに加えて、モービル機械４６の速度及び／又はオペレータ入力部材２０の位置のような様々な要因に基づきオペレータ入力部材２０に対するフィードバック力を制御し得る。
【００４９】
さらに、制御誤差Ｅｃとフィードバック力との間の関係、したがって、制御誤差Ｅｃと、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数との間の関係は、図４Ａ、図４Ｂが示すものとは様々に異なり得る。いくつかの実施形態では、制御部１４は、ゼロに近い制御誤差値でゼロのフィードバック力を提供し得る。代わりに、ゼロに近い制御誤差値で、制御部１４は図４Ａが示すよりも高いフィードバック力を提供し得る。さらに、制御部１４は、図４Ｂが示すよりも多くの回数又は図４Ｂが示すよりも少ない回数だけ、制御誤差Ｅｃに対するフィードバック力の導関数を変動させることが可能である。さらに、図４Ｂが示す制御誤差に対するフィードバック力の導関数を段階的に変化させる代わりに、制御部１４は、制御誤差に対するフィードバック力の導関数を徐々に変化させることが可能である。
【００５０】
さらに、制御部１４は、上述の動作の１つ以上を省略し得る。例えば、制御可能な力フィードバック装置１８が動力アクチュエータでなく制御可能なブレーキを含む実施形態では、制御部１４は、オペレータがオペレータ入力部材２０を解除したときにオペレータ入力部材２０を移動するために、制御可能な力フィードバック装置１８を操作できないであろう。
【００５１】
さらに、制御部１４は、アクチュエータ１６の速度以外の動作パラメータを調整するために、及び／又は操舵角θ以外の第２の動作パラメータの目標値を達成するために、上述の方法を適用してもよい。例えば、制御部１４は、運動制御システム１０の他の動作パラメータの目標値を達成する目的で、位置、加速度、力出力、又はアクチュエータ１６のトルク出力のようなパラメータを調整するために、上述の制御方法を使用してもよい。同様に、制御部１４は、異なる操舵関連のパラメータ、又は操舵と無関係のパラメータ、例えば掘削器具、ホイスト、又は推進システムの操作に関係するパラメータの目標値を達成するために、上述の制御方法を使用して運動制御システム１０の動作パラメータを調整してもよい。
【００５２】
本開示の範囲から逸脱することなく、運動制御システム及び方法に様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。開示した運動制御システム及び方法の他の実施形態は、本明細書に開示した運動制御システム及び方法の説明と実施を考慮することにより、当業者には明白であろう。説明及び実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本開示の真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図１】
2010515150.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
2010515150.tif 000008
2010515150.tif 000009