(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する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少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータの動作を制御する少なくとも１つのモジュールコントローラと、
前記アクチュエータにおける物理的制約に基づいて設定された基準軌道であって、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基準軌道に対応させて設定された軌道包絡線を記憶する手段であって、該軌道包絡線は、前記アクチュエータにより被処理体が目標位置に到達するためのタスク要件を示す制御基準に対応して設定される、軌道包絡線を記憶する手段と、
を有し、
前記被処理体は、前記被処理体に搭載されていない前記少なくとも１つのアクチュエータそれぞれから移動制御を受ける前記指定された範囲を通って移動し、
前記軌道包絡線は、前記被処理体が前記目標位置に向かって出発できかつ別の被処理体とは衝突しない最も早い時間を示すとともに、前記被処理体が前記目標位置に向かって出発できかつ別の被処理体とは衝突しない最も遅い時間を示す範囲により規定され、あるいは、
前記軌道包絡線は、前記被処理体が前記目標位置に向かって出発して時間通りに到着できる最も早い時間を示すとともに、前記被処理体が前記目標位置に向かって出発して時間通りに到着できる最も遅い時間を示す範囲により規定され、
前記コントローラは、経路上における前記各被処理体の現在の状態と当該被処理体に設定した軌道包絡線とを比較しながら、当該被処理体を当該軌道包絡線により特定される範囲内を移動させるよう前記モジュールコントローラを制御することを特徴とする被処理体取り扱い装置。
【請求項２】
請求項１による被処理体取扱い装置において、前記システムコントローラは前記被処理体の軌道を前記少なくとも１つのモジュールコントローラにダウンロードし、前記少なくとも１つのモジュールコントローラは、前記被処理体を前記被処理体の軌道上に保持するために、前記少なくとも１つのアクチュエータを制御することを特徴とする被処理体取り扱い装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、空間的に散在する被処理体を取り扱う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の被処理体例えば複写媒体の取扱いシステムは、シート等の媒体を１つの位置から別の位置に経路に沿って移動しながら、当該シートに対して、逆転、画像転送または融着等、１つまたは複数の動作を実行することができる。図１に示すように、従来の媒体取扱いシステム１００は、複数のアクチュエータを制御するコントローラ１１０を有し、複数のアクチュエータはシートを紙の経路１４０に沿って移動させながら、シートに対して動作を実行する。【０００３】  一般的に、タイミング信号を使って動作とシートの運動が調整される。たとえば、シートはタイミング信号に従って、特定の時間に経路１４０の中に供給される。シートは次に、経路１４０の中を移動し、特定の時間枠内にさまざまな位置センサーを通過し、特定の時間に転送ステーションに到達することができる。【０００４】  しかし、この従来の媒体取扱いシステム１００には、動作において特定の許容度を超えた一時的エラーが検出され、コントローラ１１０にフラッグが立てられると、従来の媒体取扱いシステム１００を含むマシンは停止するという問題がある。従来の媒体取扱いシステム１００には、フィードバックコントロールが含まれない。したがって、アクチュエータ１３０は正確に製造しなければならず、これはコスト高となる。また、フィードバックコントロールがないことから、従来の媒体取扱いシステム１００は媒体の種類が違うとうまく動作せず、高速で正確さと信頼性を維持する上で問題がある。【０００５】  モジュール式の被処理体取扱いシステムは、よりコントロールに焦点を当てた設計によって上記の問題を克服することができ、これはコントロールを増やすことによって実現できる。従来の媒体取扱いシステム１００の単純なタイミング以上のコントロール方法を使用することにより、より多くの種類の媒体等、幅広い彼処理体をより高速で扱うことが可能となる。【０００６】  たとえば、マルチレベルのコントロール構成を有するモジュール式被処理体取扱いシステムには、上記のような従来の媒体取扱いシステム１００に比べて、利点がある。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あるいは動作を調整するシステムコントローラを有し、個々のモジュールコントローラは対応するアクチュエータを制御し、経路に沿った被処理体の移動等、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に関する軌道全体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れぞれのアクチュエータを制御し、各被処理体がそのモジュール内にある間、これを計画された軌道上に保持することができる。【０００７】  システムコントローラは、各々のモジュールアクチュエータの制約を考慮して、軌道全体の計画を立てる。システムコントローラが計画した軌道は、３次スプライン等、距離時間空間内の関数として提供される。【０００８】  モジュール式被処理体取扱いシステムの動作中に、彼処理体が所望の軌道から逸脱する。些少な逸脱については、すべてのコントロールは個々のモジュールコントローラに委ねられる。なぜなら、他のモジュールコントローラ、あるいは全体的制御基準が満た���れているか否かには関係がないかもしれないからである。しかし、システムコントローラは全体的制御基準を満たすことに関わっているため、システムコントローラは常に被処理体の位置をモニターし、同時に、各種の制御テクニックを使って被処理体の軌道を再決定し、その逸脱を戻す。
【発明が解決しようとする課題及び解決手段】
【０００９】  しかし、複雑な軌道再決定テクニックにアクセスすることによって継続的に軌道を再計画することは、リアルタイムでは実現しにくい。事実、関係する機器とソフトウェアによっては、近似決定と発見法を用いて、逸脱の影響を特定し、逸脱している軌道をリアルタイムで再計画する必要がある場合もある。
【００１０】  このように、逸脱する軌道を継続的に再計画する代わりに、所定の軌道と軌道包絡線を使って、システム制約とタスク要件のさまざまな組み合わせをコード化することが望ましいかもしれない。軌道包絡線は他の軌道周辺の領域を指し、制御および衝突境界等、検討対象となる制御基準を示すことができる。ある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り、システムコントローラは、現在の状態が制御基準をどの程度満足しているかを素早く判断することができる。
【００１１】  被処理体間の距離を継続的にチェックし、衝突を避けるように軌道を再決定する代わりに、所望の軌道周辺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、被処理体がそれらの衝突包絡線内にあるかぎり、被処理体が衝突しないように決定される。同様に、管理包絡線を使用して、その被処理体が予定通りにそのま目標に到達し、タスク要件を満たすか否か等、他の制御基準を決定することもできる。このモジュール式被処理体取扱いシステムによってオンライン決定は単純なものとなり、特定の軌道と対応する軌道包絡線、あるいは現在の被処理体位置と軌道包絡線を比較するだけとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  本発明の上記およびその他の特徴と利点は、本発明によるシステムと方法のさまざまな実施例に関する以下の詳細な説明に記載され、またこの説明から明らかとなる。
【００１３】  図２は、従来の媒体取扱いシステム１００よりコントロールに焦点を当てた設計の、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つ以上のモジュールコントローラ２２０、１つ以上のモジュールアクチュエータ２３０、経路２４０からなる。システムコントーラ２１０は、通信リンク２５０を通じてモジュールコントローラ２２０と通信し、個々のモジュールアクチュエータ２３０の機能あるいは動作を調整し、モジュールアクチュエータ２３０により経路２４０に沿って複数の彼処理体を移動させる等、所望のシステム機能を提供できるようにする。システムコントローラ２１０は、さまざまなシステムの制約およびタスク要件を考慮して、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を通じてそれぞれの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保持する。この制御方法を、多階層制御構成と呼ぶことができる。
【００１４】  さまざまなシステムの制約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が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に関する特定のデータを知っていると有益である。たとえば、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の各々の出入地点、各モジュールアクチュエータ２３０が１つの被処理体に与えることのできる最大加速および減速力あるいは各モジュールコントローラ２２０の応答時間等を知ることができる。
【００１５】  システムコントローラ２１０は、各被処理体に関する計画された軌道を、通信リンク２５０を通じて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つの実施例において、システムコントーラ２１０は、被処理体を経路２４０に沿ってある地点から別の地点に最短時間で高速で移動させ、モジュール式被処理体取扱いシステム２００の生産性を改善するための時間最適軌道をダウンロードできる。
【００１６】  経路２４０の包絡線において、被処理体は経路２４０に沿って、被処理体が複数のモジュールアクチュエータ２３０の制御を受ける領域を通って移動し、時間最適軌道は、各モジュールアクチュエータ２３０が最大動作または最小動作のいずれかを、切り換えながら適用することにより、実現される。これは、ｎ個のモジュールアクチュエータ２３０を有する任意のモジュール式被処理体取扱いシステム２００を考えることで証明できる。各モジュールアクチュエータ２３０はアレイＡ＝［ａ1，…，ａn］（ただし、ａnはｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の最大加速）を使って、被処理体上に最大加速ａを適用することができる。ｎ個のアクチュエータ２３０はまた、アレイＲ＝［ｒ1，…，ｒn］（ただし、ｒnはｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の最大減速）を使って、被処理体上に最大減速ｒを適用することもできる。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。
【００１７】  次に、他の制約がないと仮定して、まず初期位置と初期速度ｖ0から、各モジュールアクチュエータに関する最大加速を使って、被処理体の動きの等式を順方向に積分することにより、所望の軌道を決定できる。次に、被処理体の動きの等式を、所望の最終位置と速度ｖnから、各モジュールアクチュエータに関する最大減速を使って、逆方向積分する。次に、２つの軌道が交差する点、つまり切り換え時間が決定される。言いかえれば、被処理体は切り換え時間まで各モジュールアクチュエータ２３０から最大加速で前進し、各モジュールアクチュエータ２３０によって、最大減速で減速され、彼処理体は最終位置と速度に到達する。
【００１８】  上述のように、システムコントローラ２１０は各モジュールコントローラ２２０に各被処理体に関する軌道を提供し、モジュールコントローラ２２０はこれを使って、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入った後にこの被処理体を移動させる。通信リンク２５０を通じて、距離時間軌道を各モジュールコントローラ２２０に通信するのは、軌道上の一連のポイントを供給することによって行われる。しかし、このような供給には大きな通信帯域が必要であり、特にこれは、軌道情報を通信リンク２５０から複数の全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言えることである。
【００１９】  リアルタイムで通信リンク２５０を通じて複数のモジュールコントローラ２２０に軌道が通信されるため、通信リンク２５０に負荷をかけすぎず、計算的に有効な、コンパクトで有効な軌道の表現を提供することが望ましい。たとえば、軌道は距離時間空間の関数として認識することができる。事実、これらの関数は、一般基本関数の拡張として示すことができる。基本関数は計算的に有効であり、これがわかれば、軌道は再構成することができる。このような基本関数の例は、たとえば多項スプライン基本関数等の多項式である。このような表現により、システムコントローラ２１０がローカルコントロールモジュール２２０に送っていく必要のある浮動少数点数の量を大幅に減らすことができる。したがって、通信リンク２５０のネットワークを妨げることなく、高速なコントロールが可能となる。
【００２０】  たとえば、軌道を３次スプラインとして表現することができ、ｙ（ｔ）は軌道上の被処理体の位置、ｖ（ｔ）は速度、ａ（ｔ）は加速度である。軌道上の被処理体の位置、速度、加速度は、以下のように表わすことができる。
【数１】
0005313416.tif 000002
ただし、ａ0，  ａ1，  ａ2は定数である。
ｔ0≦ｔ≦ｔ1
ｔは特定の時間、
ｔ0はｔまでの時間である。
【００２１】  これらのスプラインの各々は、時間ｔ0から時間ｔ1まで、デカルト平面上の曲線として表わすことができ、位置ｙ、速度ｖまたは加速度ａを一方の軸に置き、時間ｔを他方の軸に置く。各曲線の形状は、定数ａ0，  ａ1，  ａ2，  ａ3によって決まる。
【００２２】  このように、定数ａ0，  ａ1，  ａ2，  ａ3がわかると、上記３次スプラインによって定められる曲線に沿ってすべての位置ｙ（ｔ）を計算することができる。軌道上の被処理体の速度を表わすスプラインｖ（ｔ）は、位置ｙ（ｔ）からの導関数を取ることによって提供できる。同様に、軌道上の被処理体の加速度を表わすスプラインａ（ｔ）は、速度ｖ（ｔ）の導関数を取ることによって提供できる。  当初時間ｔ0と最終時間ｔ1を選択することにより、各定数は以下のようになる。
【数２】
0005313416.tif 000003
【００２３】  ただし、ｙ0とｙ1は、それぞれ時間ｔ0とｔ1における軌道上の被処理体の位置、ｖ0とｖ1は、それぞれ時間ｔ0とｔ1における軌道上の被処理体の速度である。
【００２４】  上記の定数ａ2とａ3の表現はさらに、時間ｔ1とｔ0の間の位置の変化、つまりｌであるｙ1−ｙ0および時間ｔ1とｔ0の間の総経過時間、つまりｄであるｔ1−ｔ0を表わすことで簡素化することができる。したがって、定数ａ2とａ3は以下のようになる。
【数３】
0005313416.tif 000004
【００２５】  モジュール式被処理体取扱いシステム２００には、多数のモジュールアクチュエータを備えることができる。このモジュール取扱いシステム２００において、被処理体が第一のモジュールアクチュエータに入る時間はｔ1‐1、つまりｔ0である。被処理体が最後の、つまりｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０から出る時間はｔnである。したがって、被処理体がモジュール式被処理体取扱いシステム２００内にとどまる時間は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、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ｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０内にとどまる時間はｔj‐ｔj-1である。
【００２６】  被処理体がｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０にある時間にあたる間隔ｔj‐ｔj-1の間、定数ａ0，  ａ1，  ａ2，  ａ3は、上記のスプラインが全システム軌道、つまりモジュール式被処理体取扱いシステム２００全体内での被処理体の軌道を示すように決定される。しかし、全システム軌道をｊ番目のモジュールアクチュエータ２３０内で変更しなければならない場合、新しい定数ａ0，  ａ1，  ａ2，  ａ3を決めなければならない。新たな軌道はｔj-1から始まり、連続し、古い軌道との連続第一導関数を持つことになる。
【００２７】  モジュール式彼処理体取扱いシステム２００が作動していると、複数の被処理体は軌道に沿って経路を移動することができ、この軌道は上記のように決定、表現される。このような状況において、システムコントローラ２１０の機能のひとつは、被処理体が衝突する状況を認識し、その衝突を防止することである。システムコントローラ２１０は経路２４０における被処理体の相対的位置と速度に基づいて衝突を検出することができる。
【００２８】  本発明による衝突検出防止方法の１つの実施例において、システムコントローラ２１０は被処理体が移動する間、彼処理体を追跡する。被処理体が相互に接近しすぎ、同時に相対速度がゼロでない時、システムコントローラ２１０は被処理体の軌道を再決定し、被処理体が衝突しないようにする。被処理体がモジュールアクチュータ２３０によって移動される最大加速度が制限され、加速度がａ（ｔ）の場合、ａ（ｔ）ε［−ａmax，  ａmax］となる。したがって、最大相対加速度は以下のとおりとなる。
【数４】
0005313416.tif 000005
【００２９】  衝突防止方法のこの実施例によれば、システムコントローラ２１０は上述のように、継続的に全被処理体に関する相対的被処理体間隔と相対的被処理体速度をモニターし、継続的に軌道包絡線を更新する。システムコントローラ２１０は、被処理体同士が接近しすぎたと判断すると常に、ローカルモジュールコントローラ２２０に、追従被処理体のスピードを緩めることによって適当な被処理体の相対速度を低下させる。これは、適当なモジュールアクチュエータ２３０の端部での到着時間を増すことによって、位置時間基準軌道を変更することによって実現される。このように、システムコントーラ２１０によって、被処理体は常にモジュール式被処理体取扱いシステム２００の安全な領域に保たれる。繰り返し修正するにもかかわらず、被処理体が相互に接近する傾向がある場合、システムコントローラ２１０は全被処理体のスピードを徐々に落すことにより、全被処理体を静止させる。
【００３０】  上述のとおり、図２に示すモジュール式被処理体取扱いシステム２００は、上記のテクニックを用い、フィードバックコントロールを使っ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が提供する軌道を受け入れ、被処理体を所望の軌道上に保持するようにそれそれのモジュールアクチュエータ２３０を制御する。ローカルモジュールコントローラ２２０は、必要に応じてシステムコントローラおよびその他のローカルモジュールコントローラ２２０とも通信し、被処理体をそれぞれの適当な軌道上に保持することもできる。
【００３１】  モジュールアクチュエータ２３０はさまざまなタスクを実行することができる。各タスクはそれぞれに対応する適当な空間−時間による特定を有する。全システム軌道の計画は、各モジュールアクチュエータ２３０のタスクによって発生する制約を考慮して立てられる。たとえば、あるモジュールアクチュエータ２３０内に停留する被処理体のドウェルタイムは距離−時間軌道内の水平線に対応する。被処理体が同時に２つのモジュールアクチュエータ２３０内にある時、この状態は、両方のモジュールアクチュエータ２３０について指定された離れた領域において同じ勾配、つまり速度を有する軌道として説明できる。したがって、軌道は経路２４０上で被処理体を移動させることにかかわる制約を有効にコード化するように動作する。
【００３２】  図２に示す通信リンク２５０は、モジュールコントローラ２２０、システムコントローラ２１０あるいはモジュール式被処理体取扱いシステム２００におけるその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のに使用される。このような双方向の情報の流れにより、軌道にリアルタイムの修正を加えることができる。これは、確実に経路２４０における複数の彼処理体間の衝突を解消する。たとえば、２つの被処理体があまりに接近しはじめると、この状態は感知され、モジュールコントローラ２２０そのものあるいはシステムコントローラ２１０のいずれかによって、軌道は適正に再計画される。この新しい軌道は、適当なモジュールアクチュエータ２３０に通信され、このモジュールアクチュエータ２３０は新しい軌道を辿るようにその操作を変える。
【００３３】  上述のモジュール式被処理体取扱いシステム２００には、従来の、単独のコントローラを使った被処理体取扱いシステム１００に比べて多くの利点がある。たとえば、軌道の追跡に有効なフィードバックコントロールを使用することで、さまざまな種類の被処理体を扱うことができる。上記の制御テクニックには被処理体の特性に応じたパラメータを持たせ、被処理体の種類に応じてリアルタイム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に入力することで実現する。あるいは、モジュール式被処理体取扱いシステム２００が動作中に被処理体の特性を選択することによっても実現できる。
【００３４】  生産性を上げるためには、被処理体をより高速で移動させることが望ましい。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保持するためのフィードバックコントロールを使用する。有効な感知、フィードバックコントロールを使用することは、リアルタイムで所望の軌道からの逸脱を修正するのに役立ち、被処理体を高い精度で移動させることができる。
【００３５】  被処理体の運動がリアルタイムでモニターされるため、衝突その他の破壊事象が発生する状況が、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、衝突その他の破壊事象を防止するよう軌道が再計画される。単に軌道の再計画だけでは状況が修正できない場合、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は、経路２４０に沿って移動する被処理体を静止させるよう制御できる。
【００３６】  最後に、より有効なフィードバックコントロールを使って被処理体を扱うことにより、モジュールアクチュエータ２３０に求められる精度が低くて済むようになる。感知と制御によって精度が維持されるため、より低い精密度で製造されたモジュールアクチュエータ２３０で被処理体を取扱うことが可能である。精密なハードウェアのコストはほぼ一定であるものの、システムとモジュールコントローラ２１０、２２０のコストは低下しつつあるため、モジュール式被処理体取扱いシステム２００全体のコストは今後安くなるであろう。
【００３７】  上記のモジュール式被処理体取扱いシステム２００の動作中、各被処理体のシステムコントローラ２１０が提供する軌道は、制約と要件のサブセットを考慮する。１つの被処理体に関する正常な所望の挙動を表わすために、上記の時間最適軌道となりうる公称軌道が提供され、公称軌道は関連するすべての制御基準をコード化する。関連する制御基準には、各モジュールアクチュエータ２３０内にある時の最大被処理体速度等の物理的制約および、目標時間に目標速度で目標位置に到達する等のタスク要件が含まれる。
【００３８】  上記のモジュール式被処理体取扱いシステム２００は、いかなる被処理体の移動にも使用できる。たとえば、モジュール式被処理体取扱いシステムは、アナログまたはデジタルコピー機、プリンタその他の画像形成装置における伝送システム等、シートとともに使用するモジュール式媒体取扱いシステムとすることができる。モジュール式被処理体取扱いシステム２００のこのような実施例において、モジュールアクチュエータ２３０は、シートの移動、シートの反転、シートのデカーリング、画像の転送、融着等のタスクを実行する。したがって、公称軌道はこれらのタスクの制御基準をコード化する。
【００３９】  別の用途例において、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とすることができる。この例では、システムコントローラ２１０は地上に設置し、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を航空機に搭載させることができる。予め決定された軌道および軌道包絡線を使用することは、航空業界が、パイロットが特定の路線について独自の軌道を選択することができる自由運航を採用する方向に最近変化していることからみて、特に有益である。このように、衝突包絡線を使い、他の航空機との衝突を防止することができ、制御包絡線を使い、航空機が確実に目的地に予定通りに到達するようにすることができる。
【００４０】  モジュール式被処理体取扱いシステム２００を飛行管理システムとして使用する場合、画像形成装置における伝送システム１２と使用する場合と違いがある。たとえば、画像形成装置において、移動するシートは固定モジュールアクチュエータ２３０によって取扱われるが、飛行管理システムの場合、モジュールアクチュエータは被処理体、つまり航空機に搭載される。力学、航空機のエンジンの最大加速といった航空機の制約は航空機とともに移動し、その一方で、特定のモジュールアクチュエータ２３０の最大加速度といったシートの制約は、画像形成装置内のシートの位置によって異なる。
【００４１】  別の実施例において、モジュール式被処理体取扱いシステム２００は新聞印刷機等、製品アセンブリラインのアセンブリライン管理システムとすることができる。この例において、経路２４０はアセンブリラインであり、モジュールアクチュエータ２３０はアセンブリラインに沿った領域を管理する。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決定することができる。
【００４２】  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のシートである場合の、シートの先端に関する代表的な時間距離公称軌道のグラフである。上記のように、３次スプラインは時間距離軌道を表わすことができる唯一の方法である。
【００４３】  モジュール式媒体取扱いシステム２００が動作中、システムコントローラ２１０はこの公称軌道の関連部分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、ローカルコントロールをモジュールコントローラ２２０に委ねる。たとえば、軌道が各モジュールアクチュエータ２３０の入る時間と出る時間および速度を含む場合、対応するモジュールコントローラ２２０にはこれらの時間と速度だけを伝えればよい。モジュールコントローラ２２０は次に、各々のモジュールアクチュエータ２３０に各シートが入ってこれから出るまでのシートの挙動に関する必要な情報を再構築する。
【００４４】  上述のように、公称軌道からの逸脱は通常、モジュール式媒体取扱いシステム２００の動作中に発生する。公称軌道からの若干の逸脱について、すべての制御はモジュールコントローラ２２０に委ねられる。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と他のモジュールアクチュエータ２３０およびモジュールアクチュエータの外で他の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２３により制御されるシートの挙動を考える必要がない。モジュールコントローラはまた、目標時間が守られるか、またはシートが衝突しそうであるか等、すべての制御基準が満たされたか否かを考慮する必要もない。
【００４５】  これに対し、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の挙動とすべての制御基準が満たされているかを考慮する。１つ以上のモジュールアクチュエータ２３０の挙動が、期待される挙動と異なる場合、システムコントローラ２１０は何が起こっているか、その考えられる影響、そしてその違いを修正または補償するための方法を判断する。特に、公称軌道から逸脱することで、上記の制約と要件を満たさなくなり、これがシートの衝突、目標の見逃し、１つまたは複数の最適基準との不適合につながる。このように、モジュールアクチュエータ２３０内でシートが遅れると、システムコントローラ２１０は、それに続くシートが衝突するか否かを判断し、関連するモジュールコントローラに伝え、そしておそらくは新たな軌道を作らなければならない。
【００４６】  システムコントローラ２１０の１つの主要な役割は、制御基準のどれが満たされていないかを判断することである。システムコントローラ２１０は各種制御基準の状態を判断できる。たとえば、システムコントローラは被処理体が軌道上にあるか否かを判断できる。これは、モジュールアクチュエータ２３０の挙動が十分に公称軌道に近いかをチェックすることで判断される。十分これに近ければ、それ以上のモニターは不要である。
【００４７】  制御基準の状態を判断すること、および判断された状態を特定し、これに対応するには、上記の各種テクニック等、複雑な判断が必要であり、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が関わる可能性がある。依然として目標に到達できるか否かを判断する等、一部の問題には、現在の位置から軌道全体を再計画することさえ必要となり、これをリアルタイムで実現するのは難しい。このように、制御ルーチンは連続的に行われているため、リアルタイムで対応するために、システムコントローラ２１０は逸脱の影響を特定し、軌道を再計画するのに、近似決定と推定法に頼らざるを得ない。
【００４８】  したがって、これらのコスト高で複雑な方法を、軌道と軌道包絡線を再生、組み合わせ、比較する、より単純なシステムと方法に置き換えるようなシステムレベルの制御およびモニターシステムを提供することが望ましい。
【００４９】  これは、システム制約とタスク要件のさまざまな組み合わせをコード化する、所定の軌道と軌道包絡線によって実現される。軌道包絡線は検討対象の制御基準を示す他の軌道周辺の領域を示す。たとえば、被処理体間の距離を継続的にチェックして衝突を防止する代わりに、公称軌道周辺の所定の衝突包絡線を使用できる。このように、各被処理体がその被処理体の衝突包絡線内にあるかぎり、その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様に決定される。しかし、連続的に決定される代わりに、衝突包絡線は、システムの動作前に決定できる。
【００５０】  別の実施例において、被処理体がその公称軌道から逸脱すると、全モジュールアクチュエータ２３０の軌道を再計画して、目標にまだ到達できるか判断する代わりに、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。このように、被処理体がその被処理体の制御包絡線内にあるかぎり、その被処理体は目標に到達することができる。軌道包絡線は、１つ以上の軌道によって表わすことができ、これはたとえば、検討対象となる領域の境界を示す。
【００５１】  このように、所定の軌道包絡線を使い、検討対象となる制御基準と、制御および衝突境界を示す複数の所定の軌道をコード化できる。異なる軌道包絡線は、異なる制御基準を示す。ある被処理体の現在の状態（位置、速度等）を所定の軌道包絡線と比較することにより、システムコントローラ２１０は状態が基準をどの程度満たしているかを素早く判断できる。比較演算子は、軌道包絡線が何をコード化するかによって異なる。たとえば、時間距離軌道包絡線では、図３に示す公称軌道と同様のフォーマットであるとすると、システムコントローラ２１０は、現時点での被処理体の位置が包絡線境界の左か右かをテストするだけでよい。当業者は、ある被処理体の現在の位置を異なる空間時間に関する所定の軌道包絡線と比較する方法を、距離時間空間に関する上記の説明から容易に知ることができるため、この比較の詳細な説明は省略する。
【００５２】  軌道と軌道包絡線は、適当な既知の、あるいは後に生み出される方法のいずれによっても決定することができる。たとえば、軌道と軌道包絡線は、最適制御および衝突安全領域などの適当な制御および衝突安全領域を決定するのに用いられる決定にしたがって得られる。
【００５３】  軌道および軌道包絡線の決定方法にかかわらず、軌道および軌道包絡線を予め決定することにより、制御ルーチンは軌道および軌道包絡線の比較を含めるだけのものに簡素化される。これにより、システムコントローラ２１０は、モジュール式被処理体取扱いシステム２１０の動作中に、リアルタイムに軌道と軌道包絡線を決定しなくてもよいことになる。
【００５４】  図４は、サンプルシステムとタスク制約に関する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−時間平面をほぼ二等分したものとして示されている。図４はまた、公称軌道４００の左側、つまりこれ以前の初期衝突軌道５１０と公称軌道４００の右側、つまりこれ以降の終期衝突軌道５２０によって定められる衝突包絡線５００を示す。初期衝突軌道５１０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点から出る可能性があり、別の被処理体、たとえば経路２４０上でその被処理体のすぐ前にある被処理体と衝突しない最も早い時間を特定する。終期衝突軌道５２０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点から出る可能性があり、別の被処理体、たとえば経路２４０上でその被処理体のすぐ後にある被処理体と衝突しない最も遅い時間である。この初期終期衝突包絡線５００はこのように、特定の被処理体とその前後の被処理体との間の最小距離をコード化するのに使用される。被処理体がその被処理体の衝突包絡線５００内にあり、先行および後続の被処理体がそれぞれの公称軌道から最低距離以上逸脱しないかぎり、それらの被処理体は衝突しない。
【００５５】  図４はまた、公称軌道４００の左側、つまりこれ以前の初期制御軌道６１０と公称軌道４００の右側、つまりこれ以降の終期制御軌道６２０によって定められる制御包絡線６００を示す。初期制御軌道６１０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点から出る可能性があり、依然としてそのタスクを実行できる最も早い時間を特定する。終期制御軌道６２０は、被処理体が特定の速度で経路２４０上の特定の地点から出る可能性があり、依然としてそのタスクを実行できる最も遅い時間である。この初期終期制御包絡線６００はこのように、被処理体が位置付けられていなければならない特定の位置をコード化するのに使用される。被処理体がその被処理体の制御包絡線内にあるかぎり、その被処理体はそのタスクを実行することができる。
【００５６】  上記の終期制御軌道６２０は、公称軌道４００にしたがってある被処理体が第一のモジュールアクチュエータ２３０に入る予定とされていたものと同時に第一のモジュールアクチュエータ２３０に入る被処理体について、被処理体が特定の速度で特定の地点から出て、依然としてそのタスクを実行できる最も遅い時間である。言いかえれば、終期制御軌道６２０は、公称軌道４００と同時に第一のモジュールアクチュエータ２３０に入る。しかし、図４はまた、ある被処理体が第一のモジュールアクチュエータ２３０に入り、依然としてそのタスクを実行することができる最も遅い時間である最も遅い制御軌道６３０を示している。このように、最も遅い制御軌道６３０は、公称軌道４００が第一のモジュールアクチュエータ２３０に入った後に第一のモジュールアクチュエータ２３０に入る。
【００５７】  各軌道４００，  ５１０，  ５２０，  ６１０，  ６２０，  ６３０および軌道包絡線５００，  ６００は、一連の要素として表わすことができる。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は第一とｎ番目のモジュールアクチュエータ２３０の間にあるいずれかのモジュールアクチュエータ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、一連の要素はｔ0，  ｖ0−ｔ1，  ｖ1…．，  ｔj-1，  ｖj-1−ｔj，ｖj…，  ｔn-1，  ｖn-1−ｔn，  ｖnとなる。これらの要素のうち、ｔ0とｖ0は第一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、ｔ1とｖ1は第一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、ｔj-1とｖj-1はｊ番目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、ｔjとｖj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である。同様に、ｔn-1とｖn-1およびｔnとｖnはｎ番目、つまり最後のモジュールアクチュエータ２３０に関する被処理体の出入り時間と速度を示す。
【００５８】  動作中、各被処理体にはその基準軌道として適当な主要公称軌道が提供される。各被処理体をその被処理体の主要公称軌道内に保持する役割は、モジュールコントローラ２２０間で分散される。つまり、モジュールコントローラ２２０はその特定の主要公称軌道上に各被処理体を保持しようとする。すると、システムコントローラ２１０が繰り返し、連続する全ての被処理体に関する現在の状態を評価し、必要な措置を取るよう求められる。特に、システムコントローラ２１０は特定の空間時間の被処理体距離をモニターし、衝突を特定し、可能であれば被処理体を遅らせて衝突を避け、目標を達成することができなくなった場合は経路２４０に沿った被処理体の移動を打ち切る。重要なリアルタイム決定は、被処理体の位置と軌道およびその他の位置との比較である。この簡単な衝突防止メカニズムは、１つの軌道包絡線を使って衝突を特定し、別の包絡線を使って被処理体がまだコントロール可能か否かをチェックする。次に、システムコントローラ２１０はモジュールコントローラに対し、局所的に特定の被処理体を特定の量だけ遅らせたり、進めるよう指示を出すことができる。
【００５９】  本発明の制御システムと方法は、逸脱が小さい、あるいは均等である場合に特に有効である。このような場合、すべての被処理体を同じモジュール内で遅らせることができる。
【００６０】  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コントロールで所定の軌道と軌道包絡線を使用する方法の実施例を示すフローチャートである。この実施例において、衝突包絡線は図４の制御包絡線より小さい。
【００６１】  ステップＳ１０００から始まるコントロールは、ステップＳ１１００に進み、ここで被処理体は解析のために選択される。その被処理体が選択されると、コントロールはステップＳ１２００に進み、ここでその被処理体が所定の衝突包絡線内にあるか否か、つまりその被処理体が先行または後続の被処理体と衝突する可能性があるか否かが判断される。その被処理体がその所定の衝突包絡線内にある場合、コントロールはＳ１１００に戻り、別の被処理体が解析のために選択される。その被処理体がその制御包絡線内にあるか否かの判断は、上記のように、衝突包絡線が制御包絡線より小さいことから、不要である。このように、被処理体がその衝突包絡線内にあれば、必ずその制御包絡線内にもあるはずである。被処理体がその衝突包絡線内になければ、コントロールはステップＳ１３００に続く。
【００６２】  ステップＳ１３００では、その被処理体がその制御包絡線内にあるか、つまりその被処理体がそれに割り当てられたタスクを実行することができるか否かが判断される。その被処理体がその制御包絡線内にあれば、コントロールはステップＳ１４００に続く。そうでなければ、コントロールはステップＳ１５００に飛ぶ。ステップＳ１４００において、被処理体は衝突の可能性ありと記録される。衝突の可能性ありという記録は、その後他の被処理体に関する適当な所定の衝突包絡線を選択するのに使用することができる。その時のみ、衝突の可能性がある被処理体の間の実際の距離を計算し、被処理体のいずれを遅らせるなど、上記のような措置をとることが必要となる。
【００６３】  被処理体がステップＳ１２００においてその衝突包絡線外にあると判断された場合、その被処理体は衝突の可能性がある。しかし、ステップＳ１３００でその被処理体がその制御包絡線内にあると判断されると、コントロールはステップＳ１４００からステップＳ１１００に戻り、別の被処理体が選択され、解析される。
【００６４】  ステップＳ１５００では、公称軌道、衝突軌道あるいは制御軌道を再計画する必要があるか否かが判断される。これが必要であれば、コントロールはステップＳ１６００に続き、必要でなければステップＳ１７００へと飛ぶ。ステップＳ１６００では、公称軌道、衝突包絡線あるいは制御包絡線の１つ以上が再計画される。これにより、システムタスク要件も変更される場合がある。次にコントロールはＳ１１００に戻り、そこでまた別の被処理体が選択され、解析される。
【００６５】  公称軌道、衝突包絡線あるいは制御包絡線の再計画が不要と判断された場合、コントロールはステップＳ１７００に進み、解析が終了する。
【００６６】  図６は、図５のステップＳ１２００で被処理体がその衝突包絡線内にあるか否かを判断する方法の実施例をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１２００から始まるコントロールはステップＳ１２１０に進み、ここでその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、所定の衝突包絡線が、参照された所定の公称軌道について参照される。次に、ステップＳ１２３０で、被処理体の速度、加速度あるいは位置といった実際の現状が参照される。コントロールはステップＳ１２４０に進む。
【００６７】  ステップＳ１２４０において、参照された被処理体の実際の現状がその時の参照された衝突包絡線内にあるか否かが判断される。この衝突包絡線内にあれば、コントロールは図５のステップＳ１１００に戻り、同包絡線内になければ、コントロールは図５のステップＳ１３００に戻る。
【００６８】  図７は、図５のステップＳ１３００で被処理体がその制御包絡線内にあるか否かを判断する方法の実施例をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ１３００から始まるコントロールはステップＳ１３１０に進み、そこで、その被処理体の所定の公称軌道が参照される。この参照された所定の公称軌道は、ステップＳ１２００の公称軌道と同じであることもある。次に、ステップＳ１３２０において、所定の制御包絡線は、参照された所定の公称軌道について参照される。ステップＳ１３３０において、被処理体の速度、加速度あるいは位置といった実際の現状が参照される。コントロールはステップＳ１３４０に進む。
【００６９】  ステップＳ１３４０において、参照された被処理体の実際の現状がその時の参照された制御包絡線内にあるか否かが判断される。この制御包絡線内にあれば、コントロールは図５のステップＳ１４００に戻り、同包絡線内になければ、コントロールは図５のステップＳ１５００に戻る。
【００７０】  本発明による所定の軌道と軌道包絡線を使用する方法の別の実施例によれば、制御包絡線を衝突包絡線より小さくすることができる。この実施例を示すフローチャートは図５のそれと同様であるが、ステップＳ１２００とＳ１３００が並列関係になる点が異なる。つまりに、最初に、被処理体がその制御包絡線内にあるか否かが判断され、制御包絡線内になければ、次にその被処理体がその衝突包絡線内にあるかが判断される。
【００７１】  上記のマルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステムは、いずれかの既知の方法または装置にしたがって、各被処理体の実際の現在の位置を検出することができる。たとえば、実際の位置は、どのような検出センサでも得られる。また、ルーエンベルガオブザーバ等の決定オブザーバ、あるいはカルマンフィルタ等の確率的オブザーバでも実際の位置を概算することができる。さらに、実際の感知と推定を組み合わせて実際の位置を判断してもよい。
【００７２】  モジュールコントローラ２２０は、必ずしもシステムコントローラ２１０が供給する軌道に完全に追従しなければならないわけではない。たとえば、モジュールコントローラ２２０は、ある被処理体が軌道包絡線のいずれかの境界にどれだけ近づいたかを常に把握し、この情報を使って、タスクを実行する作業を改善することができる。
【００７３】  上記の軌道および軌道包絡線は、時間の関数としての位置、速度あるいは加速度という点で論じた。しかし、軌道と軌道包絡線はこれらの表現に限られず、被処理体に関するいかなるデータを使ってもよい。
【００７４】  以上、詳細に説明したさまざまな実施例において、モジュール式被処理体取扱いシステムは２層式階層アーキテクチャ、つまり、単独のシステムコントローラと複数のモジュールコントローラを使用している。しかし、本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステムと方法は、システムコントローラとモジュールコントローラの間に少なくとも１つの中間制御層を挟む等、何段階のコントロールでも使用することができる。さらに、本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステムと方法は、複数のシステムコントローラも使用できる。
【００７５】  本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステムと方法には、所定の衝突および制御包絡線の両方を含めることができるが、本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステムと方法は、所定の衝突包絡線のみ、あるいは所定の制御包絡線のみを使用することもできる。さらに、所定の軌道と軌道包絡線が衝突および制御限界と領域に関連している必要はなく、軌道と軌道包絡線はどのタスクまたは制約に関連していてもよい。たとえば、複数の軌道包絡線には、異なる被処理体サイズを提供できる。
【００７６】  また、先に詳細に説明した各種の実施例において、モジュール式被処理体取扱いシステムは、モジュールアクチュエータ２３０に入る、これから出る、あるいはその中にある被処理体という点で説明されていたが、システム、軌道、軌道包絡線は、各モジュールアクチュエータ２３０に関連するモジュールに入る、これから出る、この中にある被処理体として説明することもできる。このようなモジュールはさらに、モジュールアクチュエータ２３０が制御する経路２４０の領域として説明することも可能である。
【００７７】  上記のマルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステムの各種コントローラは、プログラムされた汎用コンピュータを使って実現できる。しかし、上記のマルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステムの各々の各種コントローラは、特定目的専用コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセサまたはマイクロコントローラおよび周辺集積回路素子、ＡＳＩＣあるいはその他の集積回路、デジタル信号プロセサ、ディスクリート素子回路等のハードウェアに組み込まれた電子回路または論理回路、ＰＬＤ，  ＰＬＡ，  ＦＰＧＡ，  ＰＡＬ等のブログラム可能論理デバイスその他でも実現できる。一般に、図５から図７に示すフローチャートを実現できる有限状態マシンを実現できるどのようなデバイスによっても、上記のマルチレベルモジュール式被処理体取扱いシステムの各々の各種コントローラを実現できる。
【００７８】  通信リンク２５０は、直接ケーブル接続、広域ネットワークまたはローカルエリアネットワーク上の接続、イントラネット上の接続、インターネット上の接続、あるいはその他分散処理ネットワークまたはシステム上の接続等、システムコントローラ２１０、モジュールコントローラ２２０、モジュールアクチュエータ２３０を接続するどのような既知の、あるいは今後開発される装置やシステムでもよい。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、モジュールアクチュエータ２３０を接続するのに利用できるどのような既知の、あるいは今後開発される接続システムまたは構造とすることもできる。
【００７９】  本発明によるシステムと方法は上記の実施例に関して説明したものの、その他多くの代替、改造、変更が当業者にとっては明らかである。したがって、上記の本発明によるシステムと方法の実施例は、例として挙げられており、これらに限定されるものではない。本発明の精神と範囲から外れることなく、各種の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の媒体取扱いシステムの略図である。
【図２】  本発明によるモジュール式被処理体取扱いシステムの略図である。
【図３】  代表的な時間距離公称軌道を示すグラフである。
【図４】  サンプルシステムとタスク制約に関する軌道と軌道包絡線を示すグラフである。
【図５】  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コントロールにおいて、所定の軌道と軌道包絡線を使用する方法の１実施例を示すフローチャートである。
【図６】  図５のステップＳ１２００で被処理体がその衝突包絡線内にあるかを判断する方法の１実施例を詳細に示すフローチャートである。
【図７】  図５のステップＳ１３００で被処理体がその制御包絡線内にあるかを判断する方法の１実施例を詳細に示すフローチャートである。
【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】
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