JP4505408B2 - エレベータ位置決めのための電磁気／超音波点呼／応答（ｅｕｒａ）システム - Google Patents

Description

本発明は、超音波およびＲＦ信号を使用して可動プラットフォームの位置を確定するための装置および方法に関する。より詳細に述べれば、本発明は、動作中のエレベータかごの位置を測定できるように、トランシーバおよびトランスポンダ・モジュールの位置を定める方法に関する。

位置参照システム（Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＰＲＳ）は、エレベータ昇降路内におけるエレベータかごの高速かつ正確な位置測定を提供するエレベータ・コントロール・システムのコンポーネントである。多くの現存するＰＲＳは、エレベータ・モータ、ガバナ、または独立したシーブに取り付けられたエンコーダを基礎としている。これらのＰＲＳは、スリップ、ロープの伸び、サブシステム内の機械的損耗、および／または建物の揺れによって生じるエンコーダの読取値と実際の位置の間における差異を欠点として有する。この差異を最小化するためには、乗場の実際の位置およびレベリング・ゾーンを示す何らかの固定された既知の基準ポイントを基礎として頻繁な補正を実施する必要がある。ベーン読取機およびベーンからなるベーン・システムが、これらの基準ポイントならびにその検出手段を提供する。このベーン・システムの単純な機能を考えると、整備員が各階のエレベータ昇降路内にベーンを取り付けるために材料費に１０ドル、取り付けに０．５時間、調整に約０．１時間を要することから、ベーン・システムは極めてコスト高率が低い。全体的に見て、現存するＰＲＳにおけるもっとも重要な問題は、性能対コスト比が高いことである。

現存するＰＲＳの欠点に応え、短縮してＰＵＲＩＳと呼ばれる受動型超音波ＲＦ‐ＩＤシステム（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ＲＦ−ＩＤ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が開発された。しかしながらＰＵＲＩＳシステムは、追加の難題をもたらしている。たとえば、超音波を介したワイヤレス給電は、トランスポンダの起動に充分でないことがある。それに加えて空気力学的干渉が位置決め性能をかなり低下させることがある。

これらの問題点のそれぞれは、ＲＦＩＤシステムにおけるようにＲＦを用いてトランスポンダに給電することによって、また各ドアフレームに２つではなく４つのトランスポンダ（ＰＵＲＩｓ）を使用することによって技術的に解決することができる。

これら２つの解決策は充分に良好であるが、最初の解決策は固体ＲＦＩＤシステムのカスタム製造を必要とし、２番目は結果として得られるシステムの材料コストがほぼ２倍になることから、必要以上にコスト高となり得る。ワイヤ給電は、最初の問題を容易に解決することができる。しかしながら、それでもまだＰＵＲＩＳフレームワークにおける２番目の問題は解決できない。

したがって、材料、設置、および保守のためのコストが低い高精度位置決め手段が求められている。

本発明の目的は、超音波およびＲＦ信号を使用して可動プラットフォームの位置を確定するための装置ならびに方法を提供することとする。

本発明による位置決めシステムは、固有のＩＤをそれぞれ有するとともに、コードを含む電磁信号を受信し、かつそのコードが固有のＩＤに等しいときに超音波信号を発信する複数のトランスポンダ・モジュール、少なくとも３つの超音波信号受信機のセットを少なくとも１つ有するとともに、コード化された電磁信号を少なくとも１つ発信し、かつ超音波信号を受信するトランシーバ・モジュール、コード化された電磁信号の発信と少なくとも３つの超音波受信機による超音波信号の受信との間における持続時間を測定するための手段、および、この持続時間からトランシーバ・モジュールの位置を特定するための手段を有する。

本発明による可動プラットフォームの位置を測定するための装置は、コード化されたＲＦ信号を受信するべく設けられたＲＦ受信機、超音波信号を発信するべく設けられた超音波送信機、および演算ユニットを含む複数のトランスポンダ・モジュール、および、コード化されたＲＦ信号を発信するべく設けられたＲＦ送信機、超音波信号を受信するべく設けられた複数の超音波受信機、コード化されたＲＦ信号の発信と複数の超音波受信機による超音波信号の受信との間における複数の持続時間を測定するための計時機構、およびこれらの複数の持続時間を処理するための演算機構を含む可動プラットフォームに取り付けられた少なくとも１つのトランシーバ・モジュールを有する。

本発明による可動プラットフォームの位置を測定するための方法は、コード化されたＲＦ信号を受信し、かつ超音波信号を発信するための複数のトランスポンダ・モジュールを固定位置に配置するステップ、１つのコード化されたＲＦ信号を発信し、かつ複数の超音波受信機を用いて超音波信号を受信する少なくとも１つのトランシーバ・モジュールを配置するステップ、コード化されたＲＦ信号を発信するステップ、コード化されたＲＦ信号を受信し、それに応答して超音波信号を発信するステップ、複数の超音波受信機を用いて超音波信号を受信するステップ、コード化されたＲＦ信号の発信と複数の超音波受信機による超音波信号の受信との間における複数の持続時間を測定するステップ、およびこれらの持続時間からトランシーバ・モジュールの位置を特定するステップを含む。

さらに別の本発明による可動プラットフォームの位置を測定するための方法は、コード化されたＲＦ信号を発信するべく設けられたＲＦ送信機、超音波信号を受信するべく設けられた複数の超音波受信機、コード化されたＲＦ信号の発信と超音波信号の受信との間における複数の持続時間を測定するための計時機構、およびこれらの複数の持続時間を処理して位置を計算するための演算機構を有する少なくとも１つのトランシーバ・モジュールを可動プラットフォームに取り付けるステップ、コード化されたＲＦ信号を受信するべく設けられたＲＦ受信機、超音波信号を発信するべく設けられた超音波送信機、および演算ユニットをそれぞれ有する複数のトランスポンダ・モジュールを固定位置に配置するステップ、および複数のトランスポンダ・モジュールの１つによって受信されるコード化されたＲＦ信号をトランシーバ・モジュールから発信するとともに、計時機構を起動するステップ、複数のトランスポンダ・モジュールの１つによってコード化されたＲＦ信号を受信し、それに応答して超音波信号を発信するステップ、発信された超音波信号を、複数の超音波受信機を用いて受信するステップ、コード化されたＲＦ信号の発信と複数の超音波受信機による超音波信号の受信との間における少なくとも３つの持続時間を、計時機構を使用して測定するステップ、および固定された位置および少なくとも３つの測定された持続時間を使用して可動プラットフォームの位置を計算するステップを含む。

本発明は、電磁気／超音波点呼／応答（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ／ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒｏｌｌ−ｃａｌｌｉｎｇ／ａｎｓｗｅｒｉｎｇ ＥＵＲＡ）システムを開示する。

ＥＵＲＡシステムは、好ましくは各乗場ごとに１つ設けられる複数のトランスポンダ・モジュール、およびエレベータかご室に取り付けられるトランシーバ・モジュールからなる。本発明の開示で一例として使用される電磁波は、無線周波数（ＲＦ）波である。しかしながら、そのほかのマイクロ波あるいは光などの電磁波を、このコンセプトの具体化のために使用することもできる。ここではエレベータについて説明しているが、本発明がそれに限定されることはない。むしろ本発明は、あらゆる可動プラットフォームと共に使用されるＥＵＲＡシステムに向けられている。

図１を参照すると、本発明のトランスポンダ・モジュールが例示されている。このトランスポンダ・モジュール１０は、ＲＦ受信機１１、狭ビーム角超音波送信機１３、および演算ユニット１５から構成される。トランスポンダ・モジュール１０は、以下に説明するとおり、エレベータ昇降路に沿って各ドアフレーム・シールの同一位置にあらかじめ設置される。トランスポンダ用の給電線１７もまた、あらかじめドアフレーム内に適切に設置される。ここで使用する場合、「あらかじめ設置する」という表現は、エレベータ昇降路の外側で行われる設置を意味する。トランスポンダ・モジュール１０の超音波送信機１３は、すべてが上向きに、あるいはすべてが下向きに取り付けられる。以下に述べるトランシーバ・モジュール内の超音波センサは、超音波送信機１３の向く方向の逆向き、すなわちすべてが下向きに、またはすべてが上向きになる。ここでは、トランスポンダ・モジュール１０が上向きになり、トランシーバ・モジュールが下向きになるものとする。

ＲＦ受信機１１は、あらかじめ決定済みの周波数信号をトランシーバ・モジュールから受け取り、それを復調してコードを抽出し、そのコードを演算ユニット１５へ送信する。このコードは、演算ユニット内に格納された固有のＩＤ番号と比較される。この固有のＩＤについては、それをあらかじめ決定すること、特別な学習モードにおいてトランスポンダに学習させること、あるいは整備員が現場で設定することのうちのいずれも可能である。コードがＩＤ番号と同一であれば、演算ユニットが超音波送信機１３をトリガし、超音波信号を送信させる。ここでは、各トランスポンダ・モジュール用に電源が備わっていると仮定する。

任意の２つの隣接するトランスポンダ・モジュール１０の間の距離は、Ｘｍ内に制限される。これは、Ｘｍを超えて離隔される２つの隣接するトランスポンダ・モジュール１０の間には、１または複数のトランスポンダ・モジュール１０が設置されなければならないことを意味する。好ましくは、階床間の距離は約３．５ｍであり、例外として天井高の高い１階、あるいは急行ゾーン等がある。したがって、Ｘを３．５に設定することができる。しかしながらＸは、ＥＵＲＡシステムの動作の提供に充分な任意の距離とすることができる。このパラメータは、以下に述べるトランシーバ・モジュール２０のための別のパラメータの設定に使用される。

図２を参照すると、本発明のトランシーバ・モジュール２０が例示されている。トランシーバ・モジュール２０は、２つのＲＦ送信機回路２１、２つの複合超音波受信機２３、２３’、および２つの別々の演算ユニット２５からなる。次の図面は、コンポーネントを示している。図示された好ましい実施態様において、回路の重複は法規で求められる冗長性のためであり、回路の一方のセットは、正常位置決めおよび正常終点停止デバイス（ｎｏｒｍａｌ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ＮＴＳＤ）機能のために使用され、他方のセットは緊急終点停止デバイス（ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ＥＴＳＤ／ＥＴＳＬＤ）機能のために使用される。それぞれの複合超音波受信機２３、２３’は、３つの超音波センサ２８のセットを２つ、すなわち２７、２７’を有し、それらは、他方の受信機２３、２３’と共有されている。当然のことながら、設計の複雑性とひきかえにより少ないセンサを使用する別のセンサ冗長設計もある。セット内の２つの隣接するセンサ２８の間の距離は、好ましくは約１０ｃｍとするが、それより小さくすることも可能である。２つのセットの間の距離Ｙは、次式によって与えられる。
Ｙ＞Ｘ−Ｚ
ここで、Ｚは、送信機と受信機の対の間における最大距離を表すシステム・パラメータである。好ましくはＺを３ｍまたは２ｍまたは１ｍとする。Ｚがより小さいということは、測定遅れがより小さいことを意味する。上記の式を満足するパラメータＹは、任意の瞬間について、トランシーバ・モジュール２０内の２つの超音波センサのセット２７、２７’の一方からＺ未満に位置するトランスポンダ・モジュール１０が存在することを保証する。

トランシーバ・モジュール２０は、あらかじめ設置することが可能であり、またエレベータ昇降路において設置することも可能である。好ましくは、トランシーバ・モジュール２０は、かご室３７の側方に設置される。

ここで、回路のセット２７、２７’の一方だけについて考える。あらかじめ決定済みの時間ごとに、たとえば１０ｍｓごとにＲＦ送信機２１がトランスポンダ・モジュール２０を呼び出す。この時間間隔は、ＥＵＲＡシステムの動作を容易にする充分な任意の長さとすることができる。呼び出しの瞬間が、演算ユニット２５、２５’によって打刻される。いずれのトランスポンダ・モジュール１０が呼び出されるかの決定の詳細については後述する。簡単に述べれば、トランシーバ・モジュール２０にもっとも近いトランスポンダ・モジュール１０がトランシーバ・モジュール２０によって呼び出される。このロジックは、停電の場合を除けば、ＰＲＳがかご室３７およびトランスポンダ・モジュール１０のおおよその位置を知っていることから有効である。

トランシーバ・モジュール２０は、トランスポンダ・モジュール１０を呼び出した後、それぞれの超音波センサにおいて超音波信号を受信するまで待機する。各センサ２８におけるそれぞれの受信は、演算ユニット２５によって打刻される。

演算ユニット２５は、かご室位置の計算のために、呼び出しの瞬間ならびに最初から３番目までの受信の時間情報を使用する。この位置計算は、３つの未知の変数、すなわち垂直および水平のかご室位置、および局部的な音響速度が存在するが、３つの超音波センサ２８から３つの独立式が得られることから可能である。ここで注意が必要であるが、通信および演算における何らかの遅延によって生じる決定論的な時間バイアスが移動時間（ｆｌｉｇｈｔ ｔｉｍｅ）内に存在する。実際、このシステムの具体化における１つの重要な制約として時間的範囲、すなわちその間に通信の成功が保証される時間的範囲の設定がある。

図３に、結果として得られるＥＵＲＡシステムの構成を詳細に示す。ＰＵＲＩＳとＥＵＲＡシステムの間における主要な相違は、トランシーバ２０が各トランスポンダ１０のＩＤ番号を知っており、複数のトランスポンダ１０を同時に呼び出すのではなく、そのＩＤ番号によって１つのトランスポンダ１０だけを呼び出すということであることに再度注意されたい。

正常動作においてＥＵＲＡシステムは、以下のとおりに機能する。
１． トランシーバ・モジュール２０は、１０ｍｓ前のかご室位置および各トランスポンダ・モジュールの絶対位置ならびにＩＤを知っている。
２． トランシーバ・モジュール２０は、超音波センサ２８の２つのセット２７、２７’の間の中心ポイントともっとも近いトランスポンダ・モジュール１０を、コード化ＲＦ信号３９を介して呼び出す。呼び出しの瞬間は打刻される。
３． 各トランスポンダ・モジュール１０は、連続的にトランシーバ・モジュール２０のリスニングを行っており、受信ＲＦ信号３９があればデコードし、そのコードとそれ自体のＩＤを比較する。コードがそれ自体のＩＤと同一であれば、その超音波送信機１３をトリガして超音波信号を送信する。
４． トランシーバ・モジュールは、それぞれの超音波センサ２８において超音波信号３５の受信を検出し、打刻する。
５． トランシーバは、少なくとも３つの受信打刻を使用してかご室の位置を計算する。この計算は、３つの連立方程式を解く程度に単純であるか、それより複雑なものとなり得る。たとえば、超音波信号がかご室および／またはエレベータ昇降路の壁から反射することから種々のエコーが存在することがある。適応エコー・キャンセルを使用して、このタイプの干渉を低減することができる。
注意：エレベータ昇降路が複数ある場合について、各エレベータ昇降路は、ＲＦおよび超音波信号の周波数の異なるセットを有し、あらゆる種類の信号干渉を最小化する。

ＮＴＳＤおよびＥＴＳＤ動作のために、トランスポンダ・モジュールが、Ｘ／２ｍごとに設置される。このようにすることによって、元の測定遅れを半分に抑えることができる。ＮＴＳＤおよびＥＴＳＤ領域においては、回路の２つのセット２７、２７’が、５ｍｓの開始時間差を伴って正常位置決め処理を実行する。すなわち、一方のセット２７がｔ＝０にトランスポンダ・モジュールを呼び出した後、他方のセット２７’がｔ＝５ｍｓにおいてその動作を開始する。一方のセットはＮＴＳＤ用であり、他方はＥＴＳＤ／ＥＴＳＬＤ用である。ドプラ効果によって生じた周波数シフトを測定することによって、あるいは位置測定を微分することによって、トランシーバ・モジュールは、かご室の移動速度を計算する。

急行ゾーン内の位置決めについては、その急行ゾーンの両端の早期検出のために、トランスポンダ・モジュール１０が各急行ゾーンの両端に設置される。底部側の端に取り付けられるトランスポンダ・モジュール１０は、長いレンジの超音波送信機を含む。ここでは、そのレンジが急行ゾーン全体をカバーするものと仮定する。それが無理であれば、急行ゾーン内にトランスポンダ・モジュール１０を設置する。

かご室３７が急行ゾーン内に入り、そのゾーンの終端に配置されたトランスポンダ・モジュールを通過した後は、トランシーバ・モジュール２０は、位置決めを長いレンジのトランスポンダ・モジュール１０に頼る。トランシーバ・モジュール２０は、超音波応答の受信まで、より長い待機を必要とする。１つを受信すると、続いてトランスポンダ・モジュール１０を再度呼び出す。

停電後に位置を回復するために、トランシーバ・モジュール２０は、エレベータ昇降路のトップから順にトランスポンダ・モジュール１０の点呼を行う。トランスポンダ・モジュール１０内のすべての超音波送信機１３が上向きであると仮定されていることから、トランシーバ・モジュール２０は、トランシーバ・モジュール２０内の超音波センサ２８の上側セット２７より下に位置する最初のトランスポンダ・モジュール１０が呼び出されるまで有効な超音波２１を検出することができない。望ましくない応答に対する追加の耐故障性は、許容可能応答の時間ゲーティングによって可能である。

トランシーバ・モジュール２０内の超音波センサの上側セット２７より下に位置する最初のトランスポンダ・モジュール１０が呼び出されると、トランシーバ・モジュール２０は、かご室３７の現在位置情報を回復することができる。

その結果として本発明は、エレベータ昇降路内のどこでも高精度の位置測定を提供し、位置更新率が高く、最小のエレベータ昇降路設置／調整のために設置／調整コストが低く、単純な構造および機械的損耗がないために保守コストがなく、グローバルな適用可能性のために管理コストが低く、かつ補正走行が必要ない。

この開示は、垂直のエレベータ輸送について示されているが、より一般的な、水平および垂直の輸送に対して等しく適用することができる。

本発明によれば、可動プラットフォームの位置を確定するための超音波およびＲＦ信号を含む装置およびそれを使用するための方法が提供され、先に示した目的、手段、および利点が完全に満たされることは明らかである。本発明は、その特定の実施態様に関して述べられているが、このほかの変更、修正、および変形についても、以上の説明を読んだ当業者には明らかになるであろう。したがって、それらの変更、修正、および変形が付随する広い特許請求の範囲内に含まれることから、それらを含むことが意図されている。

本発明のトランスポンダ・モジュールの概略図である。 本発明のトランシーバ・モジュールの概略図である。 本発明のＥＵＲＡシステムの好ましい実施態様の概略図である。

Claims (10)

1. エレベータかごの移動経路に沿って設けられ、固有のＩＤをそれぞれ有するとともに、コードを含む電磁信号を受信し、かつ前記コードが前記固有のＩＤに等しいときに超音波信号を発信する複数のトランスポンダ・モジュールと、
   前記エレベータかごに取り付けられ、少なくとも３つの超音波信号受信機を含むセットを少なくとも１つ有するとともに、前記コード化された電磁信号を少なくとも１つ発信し、かつ前記超音波信号を受信するトランシーバ・モジュールと、
   前記コード化された電磁信号の発信と、前記少なくとも３つの超音波受信機による前記超音波信号の受信と、の間における持続時間を測定するための手段と、
   前記トランシーバ・モジュールの位置を、前記持続時間から特定するための手段と、を有し、
   前記トランスポンダ・モジュールは、前記エレベータかごの移動経路の端部領域においては、中央領域よりも短い間隔で配置されている位置決めシステム。
2. 前記電磁信号はＲＦ信号である、請求項１に記載の位置決めシステム。
3. 少なくとも３つの超音波信号受信機を含むセットを２つ含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
4. エレベータかごの位置を測定するための装置であって、
   コード化されたＲＦ信号を受信するべく設けられたＲＦ受信機と、
   超音波信号を発信するべく設けられた超音波送信機と、
   演算ユニットと、を含み、前記エレベータかごの移動経路に沿って設けられた複数のトランスポンダ・モジュールと、
   コード化されたＲＦ信号を発信するべく設けられたＲＦ送信機と、
   超音波信号を受信するべく設けられた複数の超音波受信機と、
   前記コード化されたＲＦ信号の発信と、前記複数の超音波受信機による前記超音波信号の受信と、の間における複数の持続時間を測定するための計時機構と、
   前記複数の持続時間を処理して前記位置を計算するための演算機構と、を含み、前記エレベータかごに取り付けられた少なくとも１つのトランシーバ・モジュールと、を有し、
   前記トランスポンダ・モジュールは、前記エレベータかごの移動経路の端部領域においては、中央領域よりも短い間隔で配置されている装置。
5. 前記エレベータかごは中心軸に沿って移動するべく設けられている、請求項４に記載の装置。
6. 前記トランスポンダ・モジュールの少なくとも２つは、複数のドアフレーム上に取り付けられる、請求項４に記載の装置。
7. コード化されたＲＦ信号を受信し、かつ超音波信号を発信する複数のトランスポンダ・モジュールを、エレベータかごの移動経路に沿って固定位置に配置し、前記エレベータかごの移動経路の端部領域においては、中央領域よりも短い間隔で配置するステップと、
   １つのコード化されたＲＦ信号を発信し、かつ複数の超音波受信機を用いて前記超音波信号を受信する少なくとも１つのトランシーバ・モジュールを前記エレベータかごに配置するステップと、
   前記コード化されたＲＦ信号を発信するステップと、
   前記コード化されたＲＦ信号を受信し、それに応答して超音波信号を発信するステップと、
   前記複数の超音波受信機を用いて前記超音波信号を受信するステップと、
   前記コード化されたＲＦ信号の発信と、前記複数の超音波受信機による前記超音波信号の受信と、の間における複数の持続時間を測定するステップと、
   前記持続時間から前記トランシーバ・モジュールの位置を特定するステップと、を含む、位置を特定するための方法。
8. エレベータかごの位置を測定するための方法であって、
   前記エレベータかごに少なくとも１つのトランシーバ・モジュールを取り付けるステップを含み、このトランシーバ・モジュールは、
   コード化されたＲＦ信号を発信するべく設けられたＲＦ送信機と、
   超音波信号を受信するべく設けられた複数の超音波受信機と、
   前記コード化されたＲＦ信号の発信と前記超音波信号の受信との間における複数の持続時間を測定する計時機構と、
   前記複数の持続時間を処理する演算機構と、を有し、
   複数のトランスポンダ・モジュールを、前記エレベータかごの移動経路に沿って固定位置にそれぞれ配置し、前記エレベータかごの移動経路の端部領域においては、中央領域よりも短い間隔で配置するステップを含み、これらのトランスポンダ・モジュールは、
   コード化されたＲＦ信号を受信するべく設けられたＲＦ受信機と、
   超音波信号を発信するべく設けられた超音波送信機と、
   演算ユニットと、をそれぞれ有し、
   前記複数のトランスポンダ・モジュールの１つによって受信される前記コード化されたＲＦ信号を前記トランシーバ・モジュールから発信するとともに、計時機構を起動するステップと、
   前記複数のトランスポンダ・モジュールの１つによって前記コード化されたＲＦ信号を受信し、それに応答して超音波信号を発信するステップと、
   前記発信された超音波信号を、前記複数の超音波受信機を用いて受信するステップと、
   前記コード化されたＲＦ信号の発信と前記複数の超音波受信機による前記超音波信号の受信との間における少なくとも３つの持続時間を、前記計時機構を使用して測定するステップと、
   前記固定された位置および前記少なくとも３つの測定された持続時間を使用して前記エレベータかごの前記位置を計算するステップと、を含む方法。
9. 前記複数のトランスポンダ・モジュールの配置は、建物の各階ごとに少なくとも１つの前記トランスポンダ・モジュールを配置するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数のトランスポンダ・モジュールの配置は、前記エレベータかごが移動する中心軸と平行な線内に少なくとも２つの前記トランスポンダ・モジュールを配置するステップを含む、請求項８に記載の方法。

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