JPH0728387A - 移動体の運動計画方法及び装置 - Google Patents

移動体の運動計画方法及び装置

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JPH0728387A
JPH0728387A JP5173975A JP17397593A JPH0728387A JP H0728387 A JPH0728387 A JP H0728387A JP 5173975 A JP5173975 A JP 5173975A JP 17397593 A JP17397593 A JP 17397593A JP H0728387 A JPH0728387 A JP H0728387A
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moving body
simulation
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phase plane
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JP5173975A
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Masatoshi Furuya
雅年 古谷
Toshiro Sasaki
敏郎 佐々木
Fuminobu Furumura
文伸 古村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 移動体の運動を誘導制御するため、在来制御
系の利用を前提に、制御系の性能を考慮し、制約条件、
要求仕様を満足するように運動計画をたてる方法を提供
する。 【構成】 移動体の運動を計画するための装置１は物理
モデル及び誘導制御モデルを含む予測器２、そのシミュ
レーション条件１８０を設定するシミュレーション条件
設定手段３、予測器によるシミュレーション結果１９０
を評価する手段４と並びに運動計画１００をたてる手段
５とからなる。運動計画をたてるときのシミュレーショ
ン条件の設定方法は、制約条件１６０及び要求仕様１７
０とに基づいて、位置に対する速度の希望を決め、それ
と位置データ１１０、速度データ１２０又はシミュレー
ション結果１９０とを比較して、何を計画すべきかを判
断し、計画すべきものに対するシミュレーション条件１
８０を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体の運動計画方
法、及び、装置の技術に関し、特に、宇宙機のランデヴ
ドッキングに好適な運動計画方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、宇宙機の運用者や制御系設計者が
使用してきた宇宙機の軌道制御方法の１つとして、位相
平面制御（以下、従来技術１という）がある。
【０００３】図５は、位相平面制御の特徴を位相平面上
に表したものである。この制御は、３軸方向にそれぞれ
独立な制御であり、横軸は目標位置と位置データとの位
置偏差４０１、縦軸は目標速度と速度データとの速度偏
差４０２を表す。図中の＋領域４０３では宇宙機が＋方
向へ加速するように制御コマンドが与えられ、−領域４
０３では−方向へ加速するように制御コマンドが与えら
れる。０領域４０５（不感帯）では制御コマンドは０で
ある。０領域４０５は、通常、位置データ、及び、速度
データの計測誤差に対して、十分広くなるように設計す
る。
【０００４】図６、図７は位相平面制御による応答の例
を示したものである。図６は、横軸が時間、縦軸が速度
である。図中には、目標速度４１１、実際の速度４１
２、制御装置に入力された速度４１３（センサで計測し
たデータをフィルタリングしたもの）が示してある。目
標速度４１１に対して、実際の速度４１２がオーバーシ
ュートしているが、計測誤差に対しては、ロバスト安定
である。
【０００５】図７は、このときの位相平面上での軌跡４
１４（制御装置に入力される位置偏差と速度偏差の関係
の軌跡）を示したものである。
【０００６】オーバーシュートを押える手段の１つとし
て、“特開平５−１２７７０１公報”には、仮の目標量
をたて、適当なタイミングで目標量を切り替える方法
（以下、従来技術２という）が提案されている。
【０００７】仮の目標値は、オーバーシュートした時の
ピーク値が、本来の目標量に等しくなるように設計し、
実際の被制御量が本来の目標量に達したときに、目標量
を切り替えるものである。ただし、この方法は切り替え
るタイミングを事前に設定するものではない。
【０００８】別の制御方法の１つとして、“日本航空宇
宙学会誌、Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．４４４、ｐ４４−５
０、１９９１”には、予見ファジィ制御による方法（以
下、従来技術３という）が提案されている。
【０００９】宇宙機の速度を、現在の速度から±Δ変化
させたときと、そのままのときの３種類の速度に対し
て、評価関数をファジィ推論して、制御コマンドを決め
るものである。ここでは、宇宙機のランデヴドッキング
の最終接近フェーズにおける軌道制御を例として、相対
距離の大きさ、速度の上下限、到達時間、衝突回避（安
全性）を評価項目としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】宇宙機のランデヴドッ
キングにおいては、飛行の方法などによりいくつかのフ
ェーズに分けるのが一般的である。例えば、軌道投入、
遠距離からの接近、周回、最終接近、ドッキングなどの
フェーズである。このとき、少なくとも１つのフェーズ
に対しては、その開始から終了までの運動計画をたてて
おき、運用者がその運動計画を知っておくことが望まし
い。これによって、運用者は安全性についてある程度予
想することができる。また、運動計画そのものは、状況
に応じて変更できるようになっていなければならない。
これによって、外乱、故障、異常事態などに対処するこ
とができる。
【００１１】さらに、評価項目に対して、従来技術３の
ように逐次精密な制御を試みることも１つの方法だが、
従来技術１のようなユーザや制御系設計者が従来から使
用してきた制御系を使用し、その制御系の特徴を生かす
ように運動計画をたてることも１つの方法である。例え
ば、上記の位相平面制御においては、従来技術２のよう
に目標速度を段階的に設定することで、オーバーシュー
トを改善できることが知られている。
【００１２】本発明の目的は、ユーザや制御系設計者が
従来から使用してきた制御系を使用することを前提とし
て、制御系の性能を考慮して、制約条件、要求仕様など
による評価項目を満足するような運動計画；特に上記の
制御系として位相平面制御を利用する場合の運動計画を
たてる方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の移動体の運動計画装置は、移動体の運動を
予測するための誘導制御装置のモデルを含む移動体の運
動シミュレータ（以下、予測器という）と、予測器に必
要なシミュレーション条件を設定する手段と、予測器に
よるシミュレーション結果を評価する手段と、評価結果
に基づいて運動計画をたてる手段とからなる。装置への
入力データは、時刻に対する位置、速度データ、制約条
件、要求仕様などである。
【００１４】本発明の移動体の運動計画方法は、制約条
件と、要求仕様とに基づいて、制約条件、及び、要求仕
様を満足するための位置、速度に関する希望を決め、位
置、速度データと比較して、計画すべきものを判断し
て、シミュレーション条件を設定する処理と、シミュレ
ーション条件に基づいて、シミュレーション結果を出力
する処理と、シミュレーション結果を評価して、移動体
を誘導制御するための基準となる運動計画をたてる処理
とからなる。
【００１５】
【作用】上記の手段によれば、制御モデルを含めて、運
動予測するので、制御系の性能として、オーバーシュー
ト、アンダーシュート、応答遅れ、定常偏差などがあっ
たとしても、制約条件や要求仕様を満足することができ
る。
【００１６】また、制御系としては、従来から利用され
ているものを用いるので、運用者のロバスト安定性など
に対する不安を軽減できる。運動計画を移動体の運用者
に対して知らせることもできるので、運用者が安全性に
ついてある程度予想しておくことがでる。
【００１７】
【実施例】移動体の運動計画装置について説明する。図
１は、移動体のデータを入手し、移動体を加減速するた
めに最低限必要な装置と、運動計画装置との構成を表し
ている。
【００１８】航法装置２０は、センサ１０が計測したデ
ータに基づいて、移動体の位置１１０、及び、速度１２
０を算出する。ただし、航法装置２０には、フィルタ、
画像処理などの機能は含まれるものとする。
【００１９】誘導装置３０は、運動計画１００、移動体
の位置１１０、移動体の速度１２０に基づいて移動体の
目標位置１３０、移動体の目標速度１４０を算出する。
【００２０】制御装置４０は、運動計画１００、移動体
の位置１１０、移動体の速度１２０、移動体の目標位置
１３０、移動体の目標速度１４０に基づいて、制御コマ
ンド１５０を決め、アクチュエータ５０を動作させる。
【００２１】運動計画装置１は、移動体の運動シミュレ
ータ（以下、予測器２）と、予測器のシミュレーション
条件１８０を設定する手段（以下、シミュレーション条
件設定手段３）と、シミュレーション結果１９０を評価
する手段（以下、評価手段部４）と、運動計画１００を
たてる手段（以下、運動計画部５）とからなる。
【００２２】シミュレーション条件設定手段３は、移動
体の位置１１０、移動体の速度１２０、制約条件１６
０、要求仕様１７０に基づいて、シミュレーション条件
１８０を決める。ここで、制約条件、及び、要求仕様は
別の手段によって与えられるものとする。例えば、あら
かじめ移動体の搭載コンピュータに登録されているもの
を読み込んだり、運用者６０によって与えられたりなど
である。また、シミュレーション条件には、移動体の運
動の初期状態だけでなく、積分方法、予測したいシミュ
レーション結果（時刻、偏差、位置、速度、燃料使用量
など）なども含まれるものとする。また、初期状態とし
て、予測器が算出した状態量（シミュレーション結果１
９０）を利用することもある。
【００２３】予測器２は、移動体の運動ダイナミクスモ
デルと、誘導制御モデルを含んでおり、シミュレーショ
ン条件１８０に基づいて、移動体の運動をシミュレート
し、シミュレーション結果１９０を出力する。
【００２４】評価手段４は、シミュレーション結果１９
０が制約条件１６０、要求仕様１７０を満足しているか
を評価する。
【００２５】運動計画手段５は、シミュレーション結果
の評価に基づいて運動計画１００をたて、誘導装置３
０、及び、制御装置４０が理解できるフォーマットにし
て、それぞれの装置に送る。この運動計画１００を運用
者６０に送ることもある。
【００２６】航法装置２０、誘導装置３０、制御装置４
０、及び、運動計画装置１は移動体搭載のコンピュータ
である。これら装置は、時刻２２０を知るためのなんら
かの手段をもっているものとする。例えば、同期のとれ
た時計を各装置がもっていたり、ある装置（航法装置２
０がよい）から時刻の情報が各装置に伝達されたりなど
である。このとき、運動計画装置が新たな運動計画を出
力するまでのサイクルは、各装置の処理サイクルより大
きくて良い。
【００２７】例えば、誘導装置、制御装置が１００ｍｓ
ｅｃごとに目標位置、目標速度、制御コマンドを算出し
ているとき、運動計画装置は１０ｓｅｃごとに運動計画
を更新しても良い。
【００２８】また、運用者６０、または、別の手段によ
って、緊急を要するような情報が与えられたときは、定
期的な更新にこだわらずに、運動計画装置１は運動計画
を更新しても良い。
【００２９】予測器２の中で、状態量を求めるとき、あ
る時刻に対する速度が定常状態とみなせるときは、その
ときの状態に基づいて、繰返し積分を行わずに、任意の
時刻の状態量を算出し、それ以外のときは、制御装置４
０の物理的なサイクルを積分ステップサイズとして繰返
し積分をする。
【００３０】以下、本発明の具体的な適用例として、宇
宙機のランデヴドッキングにおける最終接近フェーズの
軌道制御のための運動計画方法について説明する。
【００３１】図２は、ランデヴドッキングを行う追跡宇
宙機、目標宇宙機を模式化したものである。
【００３２】宇宙機のランデヴドッキングは、追跡宇宙
機による目標宇宙機の定期点検修理、目標宇宙機への物
資供給、目標宇宙機からの生産物回収などのために必要
不可欠な技術である。追跡宇宙機３１０、及び、目標宇
宙機３２０には、それぞれ、ドッキングポート３３０が
設けられていて、両宇宙機が結合できるようになってお
り、結合しているときに各種サービスを行う。目標宇宙
機には、通常、リフレクタ３４０、または、ターゲット
マーカーが取り付けられていて、追跡宇宙機のカメラ３
５０でこれらを撮影することによって、両宇宙機の相対
位置を計測できるようになっている。
【００３３】ランデヴドッキングにおける最終接近フェ
ーズでは、座標系として目標宇宙機のドッキング軸（以
下、相対座標系３６０という）を用い、ｘ軸が目標宇宙
機のノーズ方向、ｙ軸が目標宇宙機の右方向、ｚ軸が目
標宇宙機の床方向とする。
【００３４】図３は最終接近フェーズの接近速度の制約
の例である。最終接近フェーズでは、ユーザや運用者が
ｘ軸方向の接近速度の制約条件３７０を決めておく。ま
た、宇宙機搭載の別の手段によってこの条件を算出して
もよい。図３の例は、相対位置に対する接近速度の制約
条件の例で、安全性を考慮して相対距離が小さいほど、
接近速度が小さくなるようにするものである。
【００３５】図４は最終接近フェーズの位置の制約条件
の例である。最終接近フェーズでは、ユーザや運用者が
接近領域の制約条件３８０を決めておく。また、宇宙機
搭載の別の手段によってこの限界を算出してもよい。図
４の例は、ｘ軸の位置に対するｚ軸の位置の制約条件の
例であり、２つの宇宙機のドッキング機構の近距離のマ
ージン、及び、要求仕様によって与えられる到達時間か
ら決めた遠距離用の接近限界を示したものである。
【００３６】図５は、従来から宇宙機の軌道制御方法と
して利用されている位相平面制御の特徴を位相平面上に
表したものである。この制御は、ｘ，ｙ，ｚ軸方向にそ
れぞれ独立な制御であり、横軸は目標位置１３０と位置
データ１１０との位置偏差４０１、縦軸は目標速度１４
０と速度データ１２０との速度偏差４０２を表す。図中
の＋領域４０３では移動体が＋方向へ加速するように制
御コマンド１５０が与えられ、−領域４０４では−方向
へ加速するように制御コマンドが与えられる。０領域４
０５（不感帯）では制御コマンドは０である。この０領
域は、通常、位置データ、及び、速度データの計測誤差
に対して、十分広くとられているものとする。本発明の
説明においては、＋領域と０領域の境界を＋境界、−領
域と０領域の境界を−境界と呼ぶことにする。
【００３７】次に、具体的に運動計画方法について図８
を用いて説明する。まず、宇宙機の位置１１０、速度１
２０から制約条件１６０、要求仕様１７０（安全性、時
間、燃費などに対する要求、及び、目的）に基づいて、
何を計画すべきを判断する（ステップ５０１）。例え
ば、航法装置２０から入手したｘ方向の位置データが約
−１０００ｆｔ、速度データが約０ｆｔ／ｓｅｃのとき
は、制約条件、要求仕様から１ｆｔ／ｓｅｃまで加速す
るための計画をたてることになる。
【００３８】次に、ステップ５０１が判断した計画した
いものに対して、必要なシミュレーション条件１８０を
設定する（ステップ５０２）。上記の例では、シミュレ
ーション条件として、初期状態と、希望速度とを与え
る。
【００３９】次に、ステップ５０２が設定したシミュレ
ーション条件１８０に対して、予測器２がシミュレーシ
ョン結果１９０を出力する（ステップ５０３）。上記の
例では、シミュレーションを繰り返して実際のピーク速
度が約１ｆｔ／ｓｅｃになる中間目標速度と、ある時間
後の状態とを算出する。
【００４０】次に、ステップ５０１が判断した計画した
いものに対して、シミュレーションを続行すべきかを判
断し、続行すべきときは、ステップ５０２に戻り、そう
でないときは、ステップ５０５に進む（ステップ５０
４）。上記の例では、ステップ５０２に戻る。
【００４１】ステップ５０４からステップ５０２に戻っ
てきたとき、ステップ５０３のシミュレーション結果１
９０に基づいて、次のシミュレーション条件１８０を設
定する（ステップ５０２）。上記の例では、目標速度を
中間目標速度から希望速度に切り替えるのに適当な位相
平面上での位置と、初期状態としてシミュレーションに
よるある時間後の状態とを与える。
【００４２】次に、再び、シミュレーション条件１８０
に対して、予測器２がシミュレーション結果１９０を出
力する（ステップ５０３）。上記の例では、適当な位相
平面上での位置に達するまでの時間と、定常状態になっ
たときの時間と状態とを算出する。
【００４３】さらに、運動計画の目的を達成するまでの
運動計画をたてたいときは、ステップ５０１に戻って、
処理を続ける。例えば、ここまでの処理で、１００秒後
のシミュレーション結果によるｘ方向の位置データが約
−９００ｆｔ、速度データが約１ｆｔ／ｓｅｃと算出さ
れているときは、ステップ５０１において、制約条件１
６０、要求仕様１７０から−５００ｆｔまでに０．５ｆ
ｔ／ｓｅｃまで減速するための計画をたてることにな
り、再び、ステップ５０２からステップ５０４の処理を
繰り返す。以上のような処理を終えると、運動計画がで
きる。
【００４４】次に、シミュレーション条件設定部の処理
のためのルールについて具体的に説明する。
【００４５】（１）希望速度を決めるためのルール いくつかの希望速度（１，０．５，０．２，．．．な
ど）を決めておき、最終的な目標位置まで到達するため
の予定時刻と、安全性と、燃費とから、これらの希望速
度を要求する範囲（−１０００から−５００まで、−５
００から−１００まで、．．．など）を決める。ただ
し、接近と逆の動きをしたいときは、希望速度を負とす
る。
【００４６】 （２）何を計画すべきかを決めるためのルール 位置に対する速度（航法装置からのデータの場合もある
し、予測器によるシミュレーション結果の場合もある）
が希望速度よりもかなり小さければ、希望速度まで加速
することを計画する。位置に対する速度が希望速度より
もかなり大きければ、希望速度まで減速することを計画
する。位置に対する速度が希望速度にほぼ等しいとき
は、次の希望速度に対する計画を行う。位置が接近領域
の制約の限界にほぼ等しいときは、制御モードを切りか
える計画を行う。緊急（特に、安全上の問題）を要する
ことが要求されたときは、その要求に対処するための計
画（例えば、停止、後退など）を行う。
【００４７】（３）計画のためのルール 図９を用いて説明する。希望速度までの加速、または、
減速が位相平面上でオーバーシュート領域５１１、また
は、アンダーシュート領域５１２に入りそうなときは、
ピーク速度が希望速度に達するような中間的目標速度を
算出し、中間的目標速度を切り換えるタイミングは切り
換え直後の位相平面上で＋収束境界領域５１３、また
は、−収束境界領域５１４に達しそうなときとする。希
望速度までの加速、または、減速が位相平面上でオーバ
ーシュート、または、アンダーシュートしそうにないと
みなせるとき、目標速度を希望速度とする。次の希望速
度に対して減速するときは、収束するまでの時間を計算
し、この時間を考慮して、位置に対する希望速度を超え
ないように目標速度切り換え時刻を調整する。制御モー
ドを切り換えるときは、切り換え時刻を位相平面上の０
領域にいるときとし、切り換え時の目標位置をそのとき
に計測した位置とする。
【００４８】以上が運動計画をたてるための基本的なル
ールである。これらのルールに従ってたてられる運動計
画の例を図１０、図１１、図１２を用いて説明する。な
お、図中の目標値５２２，５３２は、運動計画１００に
従って、誘導装置３０によっても求められるものであ
る。
【００４９】図１０は位置（横軸）に対する速度（縦
軸）の関係を示す。計画時の速度が希望速度５２１より
もかなり小さいので、希望速度まで加速することを計画
した例である。このとき、運動計画装置１は位相平面上
で解析しながら、目標速度５２２を算出するために中間
的目標速度と切り替えタイミングを設定している。この
とき、予想される速度５２３は希望速度にかなり近い。
【００５０】図１１は位置（横軸）に対する速度（縦
軸）の関係を示す。計画時の速度が希望速度５３１にほ
ぼ等しいので、次の希望速度に対して減速することを計
画した例である。このとき、運動計画装置１は位相平面
上で解析しながら、目標速度５３２を算出するために中
間的目標速度と切り替えタイミングを設定している。こ
のとき、予想される速度５３３は減速の過渡時も希望速
度内にある。
【００５１】図１２はｘ方向とｚ方向の関係を示してい
る。位置が接近領域５４１をこえそうなときの制御モー
ドの切り替えを計画した例である。このとき、運動計画
装置１は制御モードを０領域の幅が小さくなるものに切
り替えるタイミングを設定している。このとき、予測軌
道５４３は接近領域５４１をこえない。
【００５２】次に、予測器２での処理について説明す
る。予測器２は、物理モデル、誘導制御モデルを含んで
いて、過渡状態のときは、制御サイクルを状態量（位
置、及び、速度）の積分ステップ幅とする。定常状態に
対しては、任意の時刻に対する目標位置と目標速度は容
易に計算できるので、その時刻に対する状態量も容易に
算出できる。ただし、位相平面制御を利用しているとき
は、２つのケースが考えられる。一方は、＋拘束領域５
１５（位置偏差が＋ａ）であり、他方は、−拘束領域５
１６（位置偏差が−ａ）である。これは位相平面制御の
特徴であり、どちらかに拘束される。
【００５３】例えば、ある時刻の目標位置が−５００ｆ
ｔ、目標速度が１ｆｔ／ｓｅｃで、＋拘束領域で拘束さ
れたならば、その５０秒後は、目標位置が−４５０ｆ
ｔ、目標速度が１ｆｔ／ｓｅｃ 予測される位置が約（−４５０−ａ）ｆｔ、速度が約１
ｆｔ／ｓｅｃ と簡単に算出できる。なお、予測器２の物理パラメータ
は、別の手段で算出したものに置き換えることも可能で
ある。
【００５４】以上の方法により、以下の効果がある。
【００５５】（ａ）ある時刻に最終的な目標位置に到達
されるように目的が与えられたとき、この時刻に到達さ
れるように希望速度が決められるが、その希望速度にで
きるだけ沿うように計画されるので、予定している時間
とのずれにくく、再計画の調整回数が減少する。
【００５６】（ｂ）希望速度にできるだけ沿うように計
画されるので、オーバーシュートなどによる燃料の無駄
使いを軽減できる。
【００５７】（ｃ）予測器を使用して目的を達成するま
での計画をたてることができるので、外乱、計測誤差な
どの影響で予定との時間的なずれが生じたとしても、再
計画によって、予定時刻に到達することができる。
【００５８】（ｄ）希望速度を使用する範囲を、例え
ば、ファジィ推論などで柔軟に設定することができる。
【００５９】（ｅ）定常状態では、位相平面上での拘束
の状態を解析するので、任意の時刻に対する状態を物理
モデルをシミュレートすることなく把握できるので、全
て最小積分サイクルで行なう予測器の処理時間を大幅に
短縮できる。
【００６０】（ｆ）予測器には、物理モデルを含むこと
ができるので、物理モデルが非線形のものに対しても利
用することができる。
【００６１】以上、宇宙機のランデヴドッキングの最終
接近フェーズの軌道制御の運動計画を具体的な適用例と
して、本発明の運動計画方法を説明した。本発明は、上
記の適用例だけでなく、以下のような移動体の誘導制御
に対しても有効である。それらの共通点は、２つ以上の
物体があり、一方が移動体で、この移動体が他方の物体
に対して誘導制御されるものである。
【００６２】（Ｉ）航空機の着陸 図１３は、着陸を行う航空機、滑走路を模式化したもの
である。着陸時は、航空機６０１の急激な降下による滑
走路６０２との衝突を避けるという安全上の理由から高
度方向の速度、失速による飛行安定性を防ぐために水平
方向の速度、滑走路への進入領域などの制約があり、滑
走路への着陸時刻と、進入滑走路が与えられると、着陸
するまでの運動計画（特に、高度方向の目標速度と、水
平方向の目標速度）を行なう。
【００６３】（II）物流 図１４は、物を運ぶ無人運搬車と、荷物の出し入れをお
こなう作業所とを模式化したものである。運搬車６１１
は、搬出作業所６１２で荷物を受け渡され、目標搬入作
業所６１３とそこへの到着時刻が与えられると、そこに
到着するまでの物流経路と途中の目標速度のための運動
計画を行なう。このとき、分岐点６１４などでは、減
速、加速を行なったりする。
【００６４】（III）自動車の自動追従 図１３は、市街地で渋滞しているときの自動車を表わし
たものである。自動車６２１には前方障害物検知センサ
６２２がつけれているものとする。自動車はＡＴ車でブ
レーキ圧を調整することによって、アクセルを踏むこと
なく前進、停止できるものとする。渋滞時に運転車が渋
滞時自動運転モードを設定すると、自動車はブレーキ圧
を自動的に調整できるようになる。前方車６２３が動い
て、一定の距離以上離れると、運動計画を行ない、再
び、前方車との間隔をつめるようにする。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果がある。
【００６６】（１）予測器には物理モデル、及び、誘導
制御モデルが含まれているので、過渡状態に対する運動
計画もたてることができる。
【００６７】（２）予測器には、物理モデルが含まれて
いるので、物理モデルが非線形のものに対しても有効で
ある。
【００６８】（３）予測器には物理モデル、及び、誘導
制御モデルが含まれているので、最終的な目的を達成す
るまでの運動計画をたてることができる。
【００６９】（４）定常状態、または、拘束状態におい
ては、その状態に基づいて任意の時刻に対する状態を算
出することが容易にできるので、予測器における処理時
間を大幅に短縮できる。
【００７０】（５）希望速度を使用する範囲を、時間、
燃費、安全性などの評価項目に従って、設定することが
できる。
【００７１】（６）位置に対する希望速度と航法装置か
らの状態量、または、予測器によって算出されたある時
刻に予想される状態量とを比較することによって、その
時刻に対して何を計画すべきかを判断することができ
る。
【００７２】（７）希望速度にできるだけ沿うように計
画されるので、予定している時間とのずれにくく、再計
画の調整回数が減少する。
【００７３】（８）希望速度にできるだけ沿うように計
画されるので、オーバーシュートなどによる燃料の無駄
使いを軽減できる。
【００７４】（９）制御装置として、位相平面制御を利
用しているとき、（７）、及び、（８）のような効果を
あげるための運動計画に必要なシミュレーション解析を
位相平面上で容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の運動計画装置の構成図。
【図２】本発明の実施例に係るランデブドッキングを行
なう宇宙機。
【図３】本発明の実施例を説明するための図。
【図４】本発明の実施例を説明するための図。
【図５】本発明の運動計画時に利用される制御装置の１
つである位相平面制御を説明するための図。
【図６】位相平面制御による応答の例を説明するための
図。
【図７】位相平面制御による応答の例を説明するための
図。
【図８】本発明の運動計画の処理手順を説明するための
図。
【図９】位相平面制御における特徴領域を説明するため
の図。
【図１０】本発明の運動計画方法による運動計画の例。
【図１１】本発明の運動計画方法による運動計画の例。
【図１２】本発明の運動計画方法による運動計画の例。
【図１３】本発明の１適用例。
【図１４】本発明の１適用例。
【図１５】本発明の１適用例。
【符号の説明】
１…運動計画装置、２…予測器、３…シミュレーション
条件設定手段、４…評価手段、５…運動計画手段、２０
…航法装置、３０…誘導装置、４０…制御装置、１００
…運動計画、１６０…制約条件、１７０…要求仕様、１
８０…シミュレーション条件、１９０…シミュレーショ
ン結果、１１０…位置データ、１２０…速度データ、１
３０…目標位置、１４０…目標速度、１５０…制御コマ
ンド。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】運動計画に従って、誘導制御される移動体
    の運動計画方法であって、（１）シミュレーション条件
    を設定する処理と、（２）設定されたシミュレーション
    条件に基づいて、シミュレーション結果を出力する処理
    と、（３）上記シミュレーション結果を制約条件と要求
    仕様にもとづいて評価する処理と、（４）移動体を誘導
    制御するための基準となる運動計画をたてる処理とから
    なり、 上記（１）シミュレーション条件を設定する処
    理は、（１−１）移動体の位置、速度データ、制約条
    件、要求仕様、及び時刻とを入手する処理と、（１−
    ２）上記制約条件と、要求仕様とに基づいて、制約条
    件、及び、要求仕様を満足するための位置、速度に関す
    る希望を決める処理と、（１−３）上記位置、速度に関
    する希望と、上記位置、速度データを比較するか、また
    は、上記位置、速度に関する希望と、上記シミュレーシ
    ョン結果に基づいて、計画すべきものを判断する処理
    と、（１−４）判断した結果にもとづいて上記計画すべ
    きものに対するシミュレーション条件を設定する処理と
    からなる、 移動体の運動計画方法。
  2. 【請求項２】移動体の位置、速度データを算出するため
    のセンサ、航法装置と移動体を加減速するための制御装
    置及びアクチュエータと制御装置に必要な目標値を与え
    る誘導装置を持つ移動体の運動計画装置であって、 航法装置から移動体の位置、速度データ及び時刻を入手
    する手段と、 運用者、または、別の装置、または、データベースから
    制約条件、及び要求仕様を入手する手段と、 物理モデル、及び、誘導制御モデルを含む予測手段と、 上記制約条件と要求仕様とに基づいて、制約条件、及び
    要求仕様を満足するための位置、速度に関する希望を決
    め、この位置、速度に関する希望と、上記位置、速度デ
    ータとを比較するか、または、上記予測器によるシミュ
    レーション結果とを比較するかによって、計画すべきも
    のを判断して、シミュレーション条件を設定するシミュ
    レーション条件設定手段と、 上記予測手段によるシミュレーション結果を評価する手
    段と、 上記評価手段による評価に基づいて、運動計画をたてる
    運動計画手段とからなる、 移動体の運動計画装置。
  3. 【請求項３】上記（２）シミュレーション結果を出力す
    る処理は、ある時刻に対する速度が定常状態であるとみ
    なせるとき、そのときの状態に基づいて、任意の時刻に
    対する位置、及び速度データを繰り返し計算をしないで
    算出する処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画
    方法。
  4. 【請求項４】上記（２）シミュレーション結果を出力す
    る処理は、ある時刻に対する速度が定常状態であるとみ
    なせないとき、そのときの状態に基づいて、任意の時刻
    に対する位置、及び速度データを制御モデルのサイクル
    に合わせて数値積分、または、解析解を求める処理を繰
    り返し行って算出する処理からなる請求項１記載の移動
    体の運動計画方法。
  5. 【請求項５】上記（１）シミュレーション条件を設定す
    る処理は、計画すべきものが、ある希望速度までの加速
    であるとき、 シミュレーション結果として、制御モデルに基づくピー
    ク速度が希望速度に達するような中間的目標速度と、中
    間的目標速度から別の目標速度に切り替えるためのタイ
    ミングが算出できるようにシミュレーション条件を設定
    する処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画方
    法。
  6. 【請求項６】上記（１）シミュレーション条件を設定す
    る処理は、計画すべきものが、ある希望速度までの減速
    であるとき、 シミュレーション結果として、制御モデルに基づくピー
    ク速度が希望速度に達するような中間的目標速度と、中
    間的目標速度から別の目標速度に切り替えるためのタイ
    ミングが算出できるようにシミュレーション条件を設定
    する処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画方
    法。
  7. 【請求項７】上記（１）シミュレーション条件を設定す
    る処理は、計画すべきものが、次の希望速度への減速で
    あるとき、 シミュレーション結果として、制御モデルに基づくピー
    ク速度が希望速度に達するような目標速度と、目標速度
    を希望速度に切り替えるべきタイミングと、希望速度に
    収束するまでの時間が算出できるようにシミュレーショ
    ン条件を設定する処理からなる請求項１記載の移動体の
    運動計画方法。
  8. 【請求項８】上記（１）シミュレーション条件を設定す
    る処理は、計画すべきものが、次の希望速度への減速で
    あるとき、 目標速度を希望速度にすることで、アンダーシュートし
    そうにないときは、希望速度に収束するまでの時間が算
    出できるようにシミュレーション条件を設定する処理か
    らなる請求項１記載の移動体の運動計画方法。
  9. 【請求項９】上記（４）の運動計画をたてる処理は、計
    画すべきものが、次の希望速度への減速であるとき、 シミュレーション結果の評価に基づいて運動計画をたて
    るときに、減速途中においても、位置に対する速度が、
    位置に対する希望速度を超えないように運動計画をたて
    る処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画方法。
  10. 【請求項１０】上記（１）シミュレーション条件を設定
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、位置偏差と速度偏差からなる位相平面上で解析
    するためのシミュレーション条件を設定する処理からな
    る請求項１記載の移動体の運動計画方法。
  11. 【請求項１１】移動体を制御する方法が位相平面制御に
    よるとき、位相平面を移動体の物理モデルに基づいて、
    いくつかの特徴的な領域に分割し、 上記分割された領域に基づいて設定する処理からなる請
    求項１記載の移動体の運動計画方法。
  12. 【請求項１２】上記（２）シミュレーション結果を出力
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、ある時刻に対する位置偏差と速度偏差の関係
    が、位相平面上の拘束領域にあるとみなせるならば、そ
    のときの状態に基づいて、任意の時刻に対する位置、及
    び速度データを繰り返し計算をしないで算出する処理か
    らなる請求項１記載の移動体の運動計画方法。
  13. 【請求項１３】上記（２）シミュレーション結果を出力
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、ある時刻に対する位置偏差と速度偏差の関係
    が、位相平面上の拘束領域にあるとみなせないならば、
    そのときの状態に基づいて、任意の時刻に対する位置、
    及び、速度データを制御モデルのサイクルに合わせて数
    値積分、または、解析解を求める処理を繰り返し行って
    算出する処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画
    方法。
  14. 【請求項１４】上記（１）シミュレーション条件を設定
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、 計画すべきものが、ある希望速度までの加速である場合
    に、シミュレーション結果として、制御モデルに基づく
    ピーク速度が希望速度に達するような中間的目標速度
    と、中間的目標速度を別の目標速度に切り替えた直後の
    位置偏差と速度偏差の関係が、位相平面上で＋側の収束
    領域に達するようなタイミングが算出できるようにシミ
    ュレーション条件を設定する処理からなる請求項１記載
    の移動体の運動計画方法。
  15. 【請求項１５】上記（１）シミュレーション条件を設定
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、 計画すべきものが、ある希望速度までの減速である場合
    に、シミュレーション結果として、制御モデルに基づく
    ピーク速度が希望速度に達するような中間的目標速度
    と、中間的目標速度を別の目標速度に切り替えた直後の
    位置偏差と速度偏差の関係が、位相平面上で−側の収束
    領域に達するようなタイミングが算出できるようにシミ
    ュレーション条件を設定する処理からなる請求項１記載
    の移動体の運動計画方法。
  16. 【請求項１６】上記（１）シミュレーション条件を設定
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、 計画すべきものが、次の希望速度への減速である場合
    に、シミュレーション結果として、制御モデルに基づく
    ピーク速度が希望速度に達するような中間的目標速度
    と、中間的目標速度を別の目標速度に切り替えた直後の
    位置偏差と速度偏差の関係が、位相平面上で−側の収束
    領域に達するようなタイミングと、希望速度に収束する
    までの時間が求まるようにシミュレーション条件を設定
    する処理からなる請求項１記載の移動体の運動計画方
    法。
  17. 【請求項１７】上記（１）シミュレーション条件を設定
    する処理は、移動体を制御する方法が位相平面制御によ
    るとき、 目標速度を希望速度にすることで、位相平面上のアンダ
    ーシュート領域に入らなそうなときは、希望速度に収束
    するまでの時間が算出できるようにシミュレーション条
    件を設定する処理からなる請求項１記載の移動体の運動
    計画方法。
  18. 【請求項１８】上記（４）の運動計画をたてる処理は、
    移動体を制御する方法が位相平面制御によるとき、 シミュレーション結果によって、移動体の位置的な制約
    条件を満たすことができないのがわかったとき、移動体
    の位置的な制約条件を満たしている間に位相平面制御の
    パラメータを変更するような運動計画をたてる処理から
    なる請求項１記載の移動体の運動計画方法。
  19. 【請求項１９】上記（４）の運動計画をたてる処理は、
    移動体を制御する方法が位相平面制御によるとき、 位相平面制御のパラメータを変更する場合に、同時に目
    標位置をその変更するときに入手される位置にするよう
    な運動計画をたてる処理からなる請求項１記載の移動体
    の運動計画方法。
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