JPS61165107A

JPS61165107A - 感知作用性移動体の運動の制御方法

Info

Publication number: JPS61165107A
Application number: JP60141463A
Authority: JP
Inventors: ギ・アンドレ; ベルナール・エスピオ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1986-07-25
Also published as: EP0171303B1; DE3584699D1; EP0171303A1; FR2566935A1; US4747458A; FR2566935B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、局部受動環境に対して敏感且つ作用性の感知
作用性移動体の運動を、局部近接トランスデユーサによ
り制御するための方法に係る。本発明は、ロボット工学
分野に係る。

「感知及び作用性移動体」なる語は、移動体の局部環境
内における物体の存在を感知する外部近接トランスデユ
ーサと、移動体の局部環境内に配置された物体を絶えず
考慮しながら、遠隔命令又はプログラムされた作業を達
成するべく該環境内で移動体を移動させ得るアクチュエ
ータとを備える全移動体の意である。従って、本発明は
、非限定的な例として、例えば自動化把持挾持手段、敵
性環境又は人間が接触し難い環境に介入する移動体等に
適用される。

該感知作用性移動体は更に、特に媒体及び有効運搬荷重
の影響に敏感な内部トランスデユーサを備え得る。該ト
ランスデユーサは、位置、速度、トルク又は圧カドラン
スデューサであり得る。

本発明は本質的に、外部トランスデユーサから供給され
る情報により、移動体の運動を制御することに係り、他
方、内部トランスデユーサにより供給される情報は、既
知通りに使用されるので本発明の範囲に含まれない。従
って、以下の記載中、「トランスデユーサ」なる語は移
動体の外部トランスデユーサのみを意味する。

現在の技術状態では、所与の環境内の感知作用性移動体
の制御は、該環境の具体化（例えば、地面に引いた線に
沿って車両を移動させる）、又は該環境の徹底的なモデ
ル化を前提とする。

前者は、環境に接触し難い時、或いは追従すべき軌道を
前以て設定できない時には、当然適用できない。更に、
この方法は軌道が決定的であるため、環境が変化すると
、不適当である。

環境の徹底的なモデル化を行う場合、移動体は、必然的
に複雑な演算を実施する計算器を備えなければならず、
移動体が環境内を移動するのに伴って、環境モデルを変
化させなければならない。

又、移動中の車両を物体表、面から一定の距離に維持す
る場合、又は移動すべき車両を平行な軌道上の他の車両
と同一速度にする場合、これらの特有の問題を解決する
制御ループを形成することが知られている。この状況は
、ヨーロッパ特許公開第００３２３９３号及び西ドイツ
特許公開第２２第１６８２号により詳細に示されている
。

しかしながらこれらの解決方法は、感知作用性移動体が
、前以て認識されず場合によっては変化し得る環境内で
、実行すべき作業に適合する１個以上の作動モードに従
って作動するような一般例に転換できず、このように転
換ためには、該モードの実施に必要な情報を供給するト
ランスデユーサを介在させること以外に、該モードに制
約が生じる。

ここで「作動モード」とは、移動体により実行される全
要素機能である。従って、車両を物体の表面から一定の
距離に維持するような制御は、１個の作動モードを構成
する。他方、車両を別の車両の軌道と平行に同一速度で
移動させるような制御は、２個の作動モードを構成する
。別のタイプの作動モードとして、把持手段の挟持部を
、把持すべき物体に対して整列させるモードがあげられ
る。

一般に、実行すべき特定の作業の作動モードを確保する
制御ルー□プによりアクチュエータに連結されたトラン
スデユーサを備える感知作用性移動体を想到することは
可能である。

しかしながら、作動モードの増加に伴い、制御ループの
複雑さは増す。又、既存のシステムに補助作動モードを
付加すると、システムの統一性に支障が生じる。

本発明は、特に、環境の具体化及び／又はモデル化によ
らずに、特定の型のトランスデユーサを使用することに
より、所与の作動モードに関連するトランスデユーサか
ら供給される信号に基づいて、該作動モードで使用され
るアクチュエータの制御命令を形成することの可能な新
規制御方法に係る。

本発明の別の目的は、システムの統一性に支障を生じる
ことなく、既存の移動体にトランスデユーサを付加又は
該移動体から除去することの可能なモジュラ−システム
を提供することにある。

従って、本発明は特に、少なくとも２個のアクチュエー
タにより移動される感知作用性移動体の運動を、少なく
とも１個の作動モードに従い、局部受動環境に対して制
御するための方法に係り、該方法は、各作動モードにつ
いて、所与の原点を有しており、移動体の既知の位置に
配置されており、移動体に関する既知の検出方向に従い
、該原点と環境内の障害物との間の距離Ｘを表す応答を
発生する少なくとも２個の方向近接トランスデューサＣ
ｉを使用すること、関係式Ｋ　ｌ＝ｍｉ　＋　ｆ（ｘ）
で規定されるモジュールを有する仮想要素ベクトル動作
λ１を各トランスデューサＣｉに割当てること（ここで
、ｍｉは、トランスデユーサの動作の仮想加重質量を構
成する係数、及びｆ（ｘ）は、距離Ｘに配置された障害
物に対するトランスデユーサの応答から誘導される増加
単調関数であり、動作■ｉの適用点は、トランスデュー
サＣｉの原点Ｍ、である。）、及びこうして規定された
要素ベクトル動作Ａｉに基づいて、アクチュエータに結
合される制御指標、即ち要素動作と無関係にシステムの
制御が表される指標の頂点０に一致する頂点を有するア
クチュエータの制御トルクを決定することを特徴とする
。

該制御方法には、下記の点を前提とする。方向近接トラ
ンスデユーサは、近接信号を直接供給するトランスデユ
ーサ（赤外、光、超音波、渦電流又は同様のトランスデ
ユーサ）、或いは、例えば処理後に方向近接信号を得る
ことが可能なディスプレイのようなより複雑なトランス
デユーサであ一８＝り得る。得られる動作が、質量ゼロのバーにより剛性に
連結された点質量ｍ、から形成される仮想機械系に類似
しているため、係数ｍｉは「仮想加重質量」と称される
。トランスデユーサの原点Ｍ１は、例えばトランスデユ
ーサの性質、出力信号の形状及び確保しようとする動作
の型の関数として当業者により決定される。該原点は例
えば、トランスデユーサの応答から誘導される関数ｆ（
ｘ）の原点（例えばｘ−０）、又はトランスデユーサを
構成している送信器と受信器との間の中心点であり得る
。実際に、関数ｆ（Ｘ）は、特にノイズを取出して線形
化するように処理された後の対応トランスデユーサの応
答に対応する。

更に、本発明の方法は、移動体が数個のモードを含んで
いる時、該移動体の作動モードの各々に別々に適用する
ことができる。従って、同一のトランスデユーサは、移
動体の数個の作動モードの枠内に同時に介入でき、該各
モードでトランスデュ−ザに割当てられる係数ｍｉ及び
ベクトル動作λ。

は、異なり得る。

換言するなら、比較的多数のトランスデユーサを備える
移動体では、各作動モードに少なくとも２、個のトラン
スデユーサが介入され、該トランスデユーサには、トラ
ンスデユーサの応答から誘導される関数ｆ（Ｘ）に基づ
いて、変位、速度、加速度又は力に対応する仮想要素動
作を決定することの可能な仮想加重質量ｍ１が割当てら
れる。例えば加算によるある種の非常に単純なケースで
は、該当作動モードの要素動作により、環境に対する移
動体の動作を規定するアクチュエータの制御命令を得る
ことができる。この動作は、単独で実施され得るか、或
いは実行中又は予め命令された動作に重複され得る。制
御命令はトルクとして形成され、該トルクの頂点は、作
動モードに介入し得るアクチュエータに結合された制御
指標の頂点に一致する。こうして、環境のモデル化を介
さずに、移動体の座標的制御か得られる。

移動体の各作動モードは、本発明の枠外であるアルゴリ
ズムにより決定される。該アルゴリズムは、モードに関
連するトランスデユーサ、該トランスデユーサに割当て
られる仮想質量ｍい及び制御命令を形成するべくトラン
スデユーサに割当てられる仮想要素動作に基づいて実行
されるべき動作を決定する。

一般に、係数ｍｉは、所与の作動モードの各トランスデ
ユーサに割当てられる相対大きさを示す。

制御トルクが動力学的な場合、即ち制御量が制御指標Ｒ
Ｎで表される力及びトルクである時、この制御を得るた
めには、質ｉ　ｍ　ｌに加えられる要素動作λ１に関連
するトルクの要素をゼロにするように計算すればよい。

ここで、Δはベクトル積である。

−Ｉ＋− システムの制御が速度制御（運動学的）であり、λ１が
各質量ｍｉに所望の速度を表す場合にも、前記トルクを
使用することが可能である。

いずれの場合も、制御指標が質量ｍｉの主慣性指標、換
言すればトルク即ち慣性行列が対角行列であり且つ原点
が質量ｍｉの重心であるような指標に一致する時、最良
の結果が得られる。この時、デカップリングは動力学的
に最大であり、運動学的な場合、点Ｍ、で得られる単位
速度は、所望の速度に可能な限り近付く。

特定の型のトランスデユーサを選択することにより決定
される本発明の特に有益な２種類の具体例において、関
数ｆ（ｘ）は、引力又は斥力に対応する常に正又は負の
距離の単調関数、或いは所与の距離Ｘで距離制御に対応
するよう符号を変える関数のいずれかであり得る。所与
の作動モードの場合、関数ｆ（Ｘ）は、好ましくは各ト
ランスデユーサで同一である。

更に、要素動作Ａｉの方向は、好ましくは対応するトラ
ンスデユーサの検出方向と同一であるか又は該方向に垂
直である。又、所与の作動モードで、該当動作ＡＩの方
向は、好ましくは同一である。

以下、添付図面を参考に、本発明の各具体例について説
明する。

第１図は、本発明に従って使用され得る局部近接トラン
スデューサＣｉの原理図である。該トランスデユーサは
、例えば超音波又は光送信表面ｅｌと、目標からの・復
帰信号、例えば該目標により反射された超音波又は拡散
された光を受信する受信表面ｒｌとを含んでいる。表面
ｅｌ及びｒｌの円錐台形送受信領域の交差部は、第１図
の線形で示した葉形部ｌＩを規定しており、従って、軸
Ｙ、はトランスデユーサの検出方向である。例えば、選
択されるトランスデユーサの原点Ｍ、として、送信表面
ｅｌと受信表面ｒｌとの間に配置された軸Ｙ、の点が選
択される。

既知通りに、トランスデユーサは最小有効範囲Ｘ。

と最大有効範囲ｘ２とを有している。

このような近接方向トランスデユーサ（又は類似のトラ
ンスデユーサ）により供給される信号に基づいて、本発
明方法は、移動体の局部環境に対　“して、即ちトラン
スデユーサの有効範囲内で、１又は数個の所与の作動モ
ードに従って移動体の動作を制御することが可能である
。

このために、各トランスデユーサ端には、トランスデユ
ーサの動作の仮想加重質量を構成する係数ｍ、が割当て
られる。次に、該トランスデユーサには、該当作動モー
ドで、例えば力ｆ＝ｍ４ｆ（ｘ）で表される仮想要素動
作が割当てられる。ここで、ｆ（ｘ）は、物体が距離Ｘ
にある時、ノイズを除去するための処理後、例えば信号
の線形化後にトランスデユーサの応答から直接誘導され
る。該関数ｒ（ｘ）は、特に１／ｘ又は１／ｘ２であり
得る。力ｒは、トランスデユーサの検出方向に一致する
方向又は垂直な方向に従って該トランスデユーサの原点
Ｍ、に加えられる。

実際に、トランスデユーサの素子の幾何学的寸法は、移
動体又は環境の寸法の値に対して非常に小さいので、本
発明を実施する場合、トランスデューサＣｉの原点Ｍ、
は、移動体に装着されたトランスデユーサの物理的位置
の中心点にほぼ一致すると考えてよい。

第２図は、例えば地面のような表面上を移動し、各アク
チュエータ第１及び４．２により制御され且つ単一の車
軸１３により支持された２個の車輪１１及び１２により
具体化された接地自由度２を有する移動車両１を概略的
に示している。該車両の安定性は、遊び車３３．３４に
より確保され、該車両は、実際には架線案内式運搬車即
ちトロリー車、身障者用事いす又は特定の電気自動車と
して形成され得る。

該車両は、一般には後部よりに車軸１３を備えているが
、第２図は、解り易くするために車軸の対称位置を示し
ている。又、車両１は、回転速度が一１５＝異なる時、キャタピラによる摩擦の増加を遊び車３３．
３４により妨げるという点を除き、側面に２個のキャタ
ピラを有する車両と厳密に同一である。

壁３．１の近傍で停止している車両１について考察する
なら、片方の車軸１２が少しでも移動すると、車両は、
車輪１１と地面との接点０．１１又は車両の左キャタピ
ラの接触中心についと回動する。従って、車輪１２と車
輪１１との全差動は、車両の回転中心である運動トルク
の頂点（例えば０．１１）に帰着し得る。

本発明によると、車両の左側面（第３図の上部）には、
ここでは車軸１３について対称に配置された２個の近接
トランスデューサＣｉ２ａ及びＣ，２ｂが備えられてい
る。

本発明によると、２個のトランスデューサＣｉ２ａ及び
Ｃ，２ｂから発生される信号Ｘ、２ａ及びＸ、２ｂには
、検出方向に共線的な仮想要素動作が結び付けられ、該
動作は対応するトランスデユーサの原点に加えられ、該
動作のモジュールは関係式Ａ＝ｍ、ｆ（ｘ）で与えられ
る。ここでｍは対応トランスデユーサに割当てられた係
数、ｒ（ｘ）はトランスデューサＣｉ２ａ及びＣ，２ｂ
の場合、Ｘ、２ａ及びＸ、２ｂに対応する。

第２図中、トランスデューサＣｉ２ａ及びＣ，２ｂは、
アクチュエータ４．２（この作動モードでは１個のみ考
慮する）の制御指標の中心０．１１について対称に配置
されている。従って、これらのトランスデユーサに結び
付けられる係数ｍは相等しく、仮想要素動作は、実際に
トランスデューサＣｉ２ａ及びＣ，２ｂの応答に対応す
る。

仮想要素動作が異なる場合、該動作量の差から、点０，
１１に関する回転命令Ωが決定される。この回転Ωは、
車輪１２と車輪１１の変位差として、例えば、停止時の
変位、力、又は車両の恒常速度との重畳としてアクチュ
エータのレベルで得られる。従って、この作動モードで
は、動作Ａｉ２ａ及びＡｉ２ｂを均等化するように制御
することにより車両の左面を壁３．１の追従すべき表面
の対応線と平行にする、という意味の所謂「並進」動作
が実施される。

換言するなら、２個のトランスデューサＣｉ２ａ及びＣ
，２ｂを一定の距離に制御するように２個の要素動作へ
、２ａ及びＡｉ２ｂを組合わせることにより、回動Ωの
形態の組合わせ並進動作が得られる。

車両１に、前方を向いた２個のトランスデューサＣｉ３
ａ及びｃ、　ａｂを備えるなら、車両の別の作動モード
を導入することができる。このモードによると、２個の
トランスデューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂからの信号Ｘ、
　３ａ及びＸ、３ｂ間に少しでも差があるなら、物体３
．２に対する整列動作が命令され得る。このために、２
個のトランスデューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂの各々に関
連する要素動作は、最早検出方向に共線的ではなく、は
ぼ垂直である。前記２種類の相反する仮想要素動作相互
の差により、車両の回転命令を形成することが可能であ
る。

この場合、最早車輪１１と地面との接点０．１１に関す
る２個の車輪１１．１２の差動効果を考察するのでなく
、アクチュエータ４．１及び４．２の制御指標の頂点と
見なされる車軸１３の中心０に関する前記差動効果を考
察することがより好適であると思われる。

この場合も、トランスデューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂに
関連する係数ｍは、同一である。従って、移動体１が停
止しているか予め設定された軌道上にあるかに拘わらず
、トランスデューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂに関連する仮
想要素動作間の差から、点０に関する回転Ω°を命令す
ることができる。

まず第１に、車両１の前方の物体３．２が目標であると
するなら、要素動作の方向は、物体３．２に対して車両
１を整列させるべく、逆方向である。他方、物体３．２
が障害物であるとするなら、要素動作の方向は、最大信
号の近傍で初期化される迂回軌道を命令するべく、同一
方向である。

当然のこととして、共線性又は垂直性の動作は交換され
得、同−組のトランスデユーサは、状況及び選択された
作動モードの関数として異なる単位動作を割当てられ得
る。

又、整列用作動モードの実施時には、同一のトランスデ
ューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂにより、同時に距離制御作
動用モードを重複させることができ、従って、２個の移
動体の速度可能限界が両立し得る限り、目標から所望の
距離に車両を停止させることができ、或いは目標が移動
体の場合には該目標を追跡することができる。

各トランスデユーサに関連する要素動作の組合わせが分
解される処理指標の選択は、任意である。

もっとも、この場合には指標の頂点を０．１１又は０に
いずれに選択するかに従って、Ｔランスデューサにより
要求される動作とアクチュエータの組合わせにより有効
に実現され得る動作とを一致させるように座標を変更さ
せなければならないこともある。

そこで、本発明の本質的な利点は、トランスデユーサの
位置と数並びにその係数ｍ、を選択することにより、ト
ランスデユーサがアクチュエータにより実施される制御
に最適に対応するように、トランスデユーサに関連する
制御命令を最適化させ得るという点にある。

以上の具体例では、はぼ直接的な制御を得ることができ
る。もっとも、後述するように、そのようなケースは例
外である。

第２図の移動体１を、より複雑な例、即ち蝶着アームの
運動により作用するロボットの把持手段であると想定す
ることもできる。この場合、トランスデユーサＣ’、２
ａ及びＣ，２ｂは、並進動作により壁３．１を追跡させ
、他方、前部トランスデューサＣｉ３ａ及びｃ、　ａｂ
は、障害物３２を回避するか又は該障害物に対して整列
及び／又は一定距離に停止させる。

トランスデューサＣｉ２ａ単独では、第２図の右側方向
への移動時には壁３．１を追跡できるが、逆方向の追跡
機能はなく、この機能はトランスデューサＣｉ２ｂによ
り実施され、従って、２個のトランスデュ−サＣ，２ａ
及びＣ，２ｂの組合わせ動作は、非極性である。同様に
、トランスデューサＣｉ３ａ及びＣ，３ｂは、車両１の
前方にしかその機能を発揮し得す、無方向動作のために
は、近接信号Ｘ、４ａ及びＸ、４ｂを供給する後部トラ
ンスデューサＣｉ４ａ及びＣ，４ｂを同一車両に備える
必要がある。更に、近接信号Ｘ、５ａ及びＸ、５ｂを供
給する側部トランスデューサＣｉ５ａ及びＣ，５ｂを配
置することにより、トランスデユーサの対称配置は補完
され、こうして最大限に完全な制御が可能になる。

障害物の回避に該当する作動モード中に、側部又は前部
トランスデユーサに関連する動作は、回動制御命令Ω゛
−ｋ（ｖｌ、−ｖ１２）及び長手方向速度制御命令Ｓ＝
　ｋ”　（ｖ＋　Ｉ　＋　Ｖｌ　１）をアクチュエータ
に送信させる。ここで、Ｖｌｌ及びＬ２は夫々車輪１１
及び１２の速度、ｋ及びに°は実行すべき動作の振幅と
共に変化する係数である。

本発明によると、これらの制御命令は処理又は制御指標
の頂点を構成する点０に、Σｍｉλ１及びΣｍＩＡ　Ｃ
１ｔｉｌ　、λ１で表される動作を加えることにより得
られる。ここで、ｍ、はトランスデユーサＣ９に割当て
られる仮想質量即ち係数、λ−よこの場合速度として表
される該トランスデユーサに関連する動作、Ｍ、はトラ
ンスデューサＣｉの原点である。必要であれば、座標変
更を使用する制御装置により、アクチュエータの制御命
令を事前に明確にしておくことも可能である。

第３図は、第２図の移動体１が複雑な環境内を運動する
場合に、本発明の制御方法及び該方法に適用され得る各
作動モードが、いかに大きい融通性をもっているかを示
している。

第３図は、障害物を構成しており、特に狭窄ゾーン１４
を有する壁３．３及び３４間、即ち左側に、車両１．１
の初期位置１．１を示している。車両は、左壁３３を平
行に追従するモードに従って移動すると仮定され、狭窄
ゾーン１４に接近すると、右壁３．４の出現を検出し、
前後トランスデユーサからの信号を確認しながら、超え
るべきでない横方向距離データに関する厳重な命令によ
り、該狭窄ゾーンを通過することができる。この動作は
、右壁３４が回避すべき障害物となる前記モードに重複
される少なくとも１個の作動モードを使用する。狭窄ゾ
ーン１４が狭過ぎると、車両はこれを通過できず、前辺
て設定された命令に従い、半回転するか又は後退する。

一方、車両が狭窄ゾーン１４を通過したと仮定すると、
該車両は、選択された作動モードに従って、右壁３．４
又は左壁３．３を追従するように制御され得る。左壁を
追従する場合、車両１は、位置１．２で角１５に到達す
ると、前部左トランスデユーサ（第２図）からの信号の
急激な変化を感知する。このような状況は、オペレータ
又は上位制御レベルに伝達され得、オペレータは、前方
信号により検出された車両前方における壁３．５の存在
を確認し、車＝２４− 両を左に向けるか又は不連続性即ちギャップ３．３＝３
．５を飛び越して壁３．５を追従するかのいずれかを選
択することができる。後者の場合、障害物３．６が存在
していると、車両は最適側を通って該障害物を迂回する
。更に、位置１．３にした車両は、オペレータの命令７
こより又は環境の認識により、壁１６の不連続性即ちギ
ャップが門であることを認識する。オペレータにより予
め設定又は選択された作動モードにより決定された命令
に従い、車両は、核間１７の進入角を直接追従するか、
或いは、位置１．４に向かう軌道を追従することにより
、門の前を通過し得る。

このように、本発明の制御方法は、障害物の形状及び／
又は変位を限定する必要なしに、「前方障害物の回避と
壁の追従」という動作機能を形成することが可能である
。もっとも、車両に装着された近接トランスデユーサの
有効範囲を越えるような急激なの変化、例えば角１５．
１７及び開口１６は、本発明の制御の枠から外れる。

従って、このような急激な変化の性質は、複雑な作業を
実行できるように、又、車両を遠隔制御するオペレータ
又は自動決定システムにこの点に対する決定要素を与え
ることができるように、予め認識されていなければなら
ない。そこで、経路のあらゆる固定又は移動障害物を回
避しながら門１６に進入するという作業を初期位置１．
１の車両ｌに書込むためには、左角１５を追従すべきで
ないこと、及び第２のギャップで左側に向き変えるよう
に同−壁を追従すべきであることを指示すれば十分であ
る。

以上、本発明の本質的な利点を述べたが、これより明ら
かなように、本発明の制御方法は、局部環境における移
動体の正確な位置決め、或いは該局部環境に対する移動
体の「自己適応」が可能であるという点にあり、移動体
が移動し得る総環境は、「ファン−モデル」として概要
（例えば大規模なキャップ即ち不連続性）てしか認識さ
れない。該ファジーモデルは当然のことながら、従来技
術で一般に実施されている環境の徹底的なモデル化と何
ら共通点を持たない。

移動体の各作動モードに関連する各トランスデューサＣ
ｉに割当てられろ仮想加重質量即ち係数ｍ、は、第２図
の移動体の速度トルクの指標軸の１個に、関係式Σｍｉ
−ｃｉＭ、で規定される重心を配置するように選択され
、この特徴は、トランスデユーサ対Ｃ，３ａ−Ｃ，３ｂ
、Ｃ，２ａ−Ｃ，２ｂ（以下略）に適用され得る。

更に、移動体１がこれらの全トランスデューサＣｉを備
えているので、各トランスデユーサの動作の仮想加重質
量即ち係数ｍ、に対応する慣性主軸は、移動体１のアク
チュエータに連結された頂点０の制御指標の軸に一致す
る。

第４図は、環境を構成している媒体内を浮遊する立方体
として移動体１を示している。この状況は、移動体が同
一密度の液体中に浮遊しており、従って惰性位置（重心
が浮遊中心に一致する）を有する状況に対応する。この
状況は、移動体が軌道−１−で無重力状況にあり、空間
中に推進されないような状況にも対応し、その場合、該
移動体の軌道に結合された指標を指標とする。

例えば、第４図の移動体が海中装置であると仮定すると
、該装置は、自由度６の可動性を有している。該可動性
は、主軸Ｏｘに沿って作用する２個のトンネル状推進手
段４３及び４．４と、軸Ｏ７に沿って推進を確保する２
個の類似の推進手段４５及び４．６と、軸ＯＹに沿って
移動を確保する２個の推進手段４７及び４８とにより得
られ、前記軸ＯＸ　、　ＯＹ及びＯＺは、相互に直交す
る。この移動体は、２個の推進手段４３及び４．４の推
力が等しいと、Ｏｘ方向の力ベクトルにより推進され得
、該推進器の推力が相反すると、Ｏ７について純回転さ
れ得、以下３本の軸について同様のことが言える。従っ
て、移動体の推進手段の組合わせ動作により、指標０Ｘ
ＹＺ内の重心Ｏを中心とする力のデカルト形のトルクが
得られる。

本発明によると、移動体には、各推進手段の軸内で検出
機能を実施する近接トランスデユーサが配置されている
。各トランスデユーサには、トランスデユーサの応答に
対応する力、即ちｆ＝ｍ／ｘ２又は類似の関数として表
される仮想動作が割当てられる。これらの仮想動作に基
づいて決定される制御命令は、（選択されたｌ又は複数
の作動モードにより決定された）トランスデユーサの検
出方向と共線的な力の符号に従い、各該当面から障害物
を回避させ、且つ該各面を表面と平行に追従させる動作
に対応する。

好ましくは、各面に少なくとも４個のトランスデユーサ
が配置され、この時、推進手段の軸に一致しない検出方
向を有するトランスデユーサは、該方向に垂直な動作を
割当てられ、隣接面の推進手段を制御する。従って、軸
Ｏｘの右前面に配置された２個のトランスデューサＣｉ
６ａ及びＣ，６ｂは、推進手段４５及び４６の制御命令
全決定するために使用され得、以下同様である。

極めて概略的に示した第４図から明らかなように、各ト
ランスデユーサに割当てられた仮想質量ｍｉに結合され
る慣性楕円の中心は、アクチュエータに結合されろ制御
指標ｏｘｙｚの頂点０に配置される。

当然のことながら、第４図の移動体は、各トランスデユ
ーサの領域外では視覚機能を持たない。

対角線面にトランスデユーサを付加すると、移動体周囲
の全立体角内における障害物を検出することがで今る。

従って、移動体に装着された近接装置を使用する局部制
御は、障害物の回避及び／又は並進（表面の平行な追従
又は任意の方向における対象物の追従）への自己適応作
用を形成し得ろ動作のあらゆる有効な組合わせにより得
られる。

以上、本発明の基本的な適用形を示したが、本発明は、
第５図から更によく理解されよう。

第５図は、ここではマニピュレータの把持手段である移
動体１（ハンド端部のみを図示）を示しており、該把持
手段は、本発明に従い、該移動把持手段の周囲の各物体
に対して閉止ループ制御を実施するための近接トランス
デユーサを備えており、該トランスデユーサは例えば赤
外発生近接装置である。該装置は、細光束を発生し、こ
の光は十分近接した距離で表面にぶつかると、反射及び
主に拡散により、該当の一部を、発光ダイオードに著し
く近接する受光体に送り返す。該トランスデユーサの出
力信号は、例＆ば１／ｘ”形であり、ここでＸは、トラ
ンスデユーサと表面との距離である。

この形は当然、重力又は磁気的な力を想起させる。

把持手段１は、本発明の範囲内で、所定数の近接トラン
スデユーサを備えている。特に、把持子　　　“段のフ
ィンガ２０．ａ及び２０．ｂの端部に配置された近接ト
ランスデューサＣｉ７，ａ及びＣ，７ｂは、把持すべき
物体３．７を検出ｒ、ｑ／に信号Ｘ、７ａ及びＸ、７ｂ
を供給するべく、方向ＯＹに従い前方を向いている。

まず第１の所謂整列作動モードでは、トランスデューサ
Ｃｉ７ａ及びＣ，７ｂからの２個の信号Ｘ、７ａ及びＸ
、７ｂの差分が使用され、この時、係数ｍ、は等しいの
で、２個のトランスデユーサの共通方向ＯＹにほぼ垂直
な方向Ｏｘに従う作用命令が形成される。第５図は、物
体３．７が、トランスデユーサの検出方向にほぼ垂直な
重力ｆ、７ａ及びｆ、７ｂとして、トランスデューサＣ
ｉ７ｂよりもトランスデューサＣｉ７ａによりつよく検
出される場合について、２動作を説明している。前記２
つの力の和は、把持手段１を左方向に移動させ得、即ち
物体３．７に対する整列動作を生じ得る。該和は、把持
手段の前部に接する面に加えられる。こうして得られた
差分信号は、制御命令としてマニピュレータの制御シス
テムに送られる。従って、該制御システムは、把持手段
をこの力と平行に移動させ、把持すべき物体３．７の正
面に把持手段を導く。物体３ゴがトランスデユーサｃ、
７ｂの領域外で且つトランスデューサＣｉ７ａの領域内
にある場合、力ｆ、７ａは把持手段１を該物体３，７に
導き得る制御命令を決定する。物体３．７が２個のトラ
ンスデユーサの領域外にある場合、制御命令は発生され
ないので、把持手段に何ら影響しない。

トランスデューサＣｉ７ａ及びＣ，７ｂに関連する力成
分から成る動作は、把持手段をＯＸに沿ってそれ自体に
平行に移動させる動作、或いは軸Ｏ７の関する把持手段
の回動、即ち把持手段の方向付けに該当し得る。更に、
該力成分の符号が変化すると、目標は障害物となり、即
ち回避モードが形成される。

把持手段に関連する制御指標の頂点Ｏは、この場合、２
個のフィンガ２０ａ、２０ｂの中間に位置する該把持手
段の有効ゾーンの中心に任意に配置されている。

本発明の制御システムに従い、２個の同一トランスデュ
ーサＣｉ７ａ及びＣ，７ｂを使用する別の制御モ−ドで
は、今度はトランスデユーサの検出方向に共線的な２個
の力ｆ’、７ａ及びｆ’、７ｂが、トランスデユーサに
割当てられる。これらの２個の力は、別の合成動作を形
成し、２個のトランスデユーサの応答が異なるため、把
持手段を軸Ｏ７について回動させるか又は該手段を軸Ｏ
Ｙに沿って前進させる。力ｆ’　、７ａ及びｆ’、７ｂ
から得られる制御力がＯに向かい、命令される距離の両
側で逆転している場合、把持手段は、物体３．７から所
与の距離で且つトランスデューサＣｉ７ａ及びＣ，７ｂ
から見た対称面に位置するように制御される。第１の機
能は整列機能であったが、第２の機能は位置制御機能で
あり、該機能は、トランスデユーサにより観察される表
面に対する並進機能に発展され得る。

本発明に従って第１の２個のトランスデューサＣｉ７ａ
及びＣ，７ｂに割当てられ得る要素動作は、従って、把
持手段１により物体を把持する以前に、物体３．７に対
する整列及び並進という高度な機能を実施することがで
きる。

当然のことながら、本発明のトランスデユーサを備える
把持手段１は、より発展した動作が可能であり、目標３
．７を探索している限り、この探索を妨げ得る障害物を
回避し得る。このために、該手段は、横方向障害物と物
体３．７が配置され得る台表面とを回避するべく、フィ
ンガ２０．ａ及び２０．ｂの側部外面に少なくとも１対
のトランスデューサＣｉ８ａ、Ｃ，８ｂと、フィンガの
下方に配置されたトランスデューサＣｉ９ａ及びＣ，９
ｂとを備えている。把持手段ｌは更に、把持手段の前方
付近で物体３．７に近接する障害物を回避し得るトラン
スデューサＣｉ１０ａ及びＣ，ｆｏｂを備えている。

把持手段１は更に、フィンガ間で把持すべき物体に対向
する少なくとも１個のトランスデユーサ０．１１を備え
ている。トランスデユーサ０．１１は単−又は複数であ
り得、物体３．７が把持手段１の制御指標０ＸＹＺの頂
点０の近傍に達するまで把持機能を確保する。

本発明に従って各トランスデユーサｄ、に要素動作Ａｉ
と要素質量ｍ１とを割当てる場合、゛合成動作は頂点Ｏ
のトルクから容易に合成されることが重要であり、仮想
質量の重心に０を配置すると、この合成が得られる。

移動中、フィンガの閉止動作は、全接近段階の終了後に
生じるので、把持手段１の本体に対して可動なフィンガ
に配置されているトランスデユーサは、接近段階にアセ
ンブリの作動を妨げない。

従って、本発明の制御方法は、各作動モードでトランス
デユーサに割当てられた要素動作に基づいて、力及びト
ルクを決定することが可能である。

作動モードに従い、この力は、対応する近接トランスデ
ユーサの検出方向に共線的又は垂直な力成分から合成さ
れる。こうして制御指標０ＸＹＺ内にトルク及び力が形
成される。トランスデユーサの応答が１７Ｘ２の時、移
動体１に加えられる力は、環境内で出会う物体と対向す
るトランスデユーサの応答に従う擬重力形であり、従っ
て、物体は、探査される目標であるか回避すべき障害物
であるかに応じて、正又は負と見なされ得る。

該方法により得られる制御は、動力的である。

従って、該制御は、現在の技術状態では特に安定性の問
題により、必ずしも簡単に適用することができない。そ
こで、本発明の第２の適用段階では、トランスデユーサ
に割当てられる各仮想質量の合成慣性主軸を決定し得る
ような強力な条件により、前記重心の基準を規定する必
要がある。

即ち、最も発展した形では、本発明は、仮想質量ｍｉの
主慣性指標を（固定又は移動体に関する）制御又は処理
指標ＲＮとして選択する。動力的制御トルクＳ（固体に
加えられる仮想力）と運動学的制御トルクω（速度命令
）とは、下式により任意に決定され得る。

ここで、ＡｉはＭ、に加えられる動作、ＯＮは指標ＲＮ
の原点、ｍｉはΣｍ１−１となるように選択された仮想
加重質量即ち係数である。従って、制御命令を構成する
これらのトルクはＯＮ帰着成分により自動的に規定され
、基準指標ＲＮ内に表される。

次に、一般化した速度又は力（移動体のアクチュエータ
の位置に依存する）を指標ＲＮ内に表されるトルクと結
合するヤコービ楕円面により、有効制御を計算する。こ
の部分は、トランスデユーサに割当てられた動作から決
定される制御トルクと無関係である。場合によっては、
アクチュエータに特殊な構成を与えることにより、この
座標変換が簡単になる。

次に、第６図に関して本発明の局部近接トランスデユー
サによる制御方法の別の基本適用例を説明する。正方形
の移動体１は、移動体の面に配置されており且つ第３の
軸ＯＹと共に三面角０ＸＹＺを構成している軸ＯＺ及び
Ｏｘ上で、点０について対称に配置された２対のトラン
スデューサＣｉ１２ａ−Ｃ，、１２ｂ及びＣ，１３ａ−
Ｃ，１３ｂを備えている。このシステムは、距離制御式
追跡機能と空間中の並進機能とが可能である。後者の機
能は、１対のトランスデューサＣｉ１３ａ及びＣ，１３
ｂから命令される軸ＯＺに関する移動体の回転と、１対
のトランスデューサＣｉ１２ａ及びＣ，１２ｂから命令
される軸Ｏｘに関する移動体の回転とにより得られる。

該、４個のトランスデユーサの応答から誘導される障害
物との間の平均距離により、移動体ｌは、表面３．８か
ら一定の平均距離に維持され得る。このようなシステム
は、第５図の０．１１に示されており、把持すべき物体
３．７の前表面に対して把持手段１全体を並進させるこ
とが可能である。

第７図は、第６図の変形例として本発明の適用例を示し
ている。この例では、作動部材３０を貫通させたリング
１は、本発明に従って４個の近接トランスデューサＣｉ
＋４ａ、Ｃ，１４ｂ及びＣ，＋５ａ、Ｃ，１５ｂを備え
ている。トランスデユーサ対Ｃ，１４ａ及びＣ，１４ｂ
は、軸Ｏｘについてリングｌを回転又は軸ＯＹと平行に
リングを移動させるよう制御するために使用され得る。

同様に、トランスデユーサ対Ｃ，１５ａ、Ｃ，１５ｂは
、軸ＯＺについてリングを回転又は軸ＯＹと平行にリン
グを移動させるよう制御するために使用され得る。

実際に、この動作を得るためには、二等辺三角形の頂点
Ｃ，Ｉ４ａ、Ｃ１６ａ及びＣ，１７ａに配置された３個
のトランスデユーサしか使用され得ない。このような複
数トランスデユーサ付リングの利点は、軸ＯＹに関する
方向付けという付加機能が得られるという点にある。

第８図は、第７図の変形例として本発明の適用例を示し
ている。第８図中、目標３．８は直線状であり、例えば
管であると仮定される。作動部材３０は例えば、Ｏ７に
沿って整列されており且っＯｘが管３．７と平行になる
ように方向付けされた挟持手段又は剪断手段である。こ
のために、挟持手段３０に連結されたリング１には、目
標３．８から好適距離に制御され差動整列モードで使用
されるトランスデューサＣｉ１７ａ及びＣ，１７ｂが配
置されている。同様に、リング１に配置されたトランス
デューサＣｉ１８ａ及びＣ，１８ｂも又、目標３．８か
ら同一距離に制御される差動整列モードで使用される。

第９図に示すように、４個の近接トランスデューサＣｉ
１７ａ、Ｃ，１７ｂ、Ｃ，１８ａ及びＣ，１８ｂを備え
るこのようなリング１は、表面上に十字３１を符された
目標３９に作動部材３０を整列及び方向付けさせること
が可能である。こうして、並進と距離制御に加え、十字
形符標線に対する部材３０の方向付けが得られる。この
ような構成は、衛星のような移動体３．９に支持された
把持部材４０の検出を制御するために使用され得る。

本発明は、当然のことながら上記具体例に限定されない
。本発明は、説明の冒頭及び特許請求の範囲に規定した
ような一般的用途を有する。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明で使用され得る近接トランスデユーサの
原理の説明図、第２図は本発明方法により制御するべく
近接トランスデユーサを装備した地上移動車両の一例を
示す概略説明図、第３図は第２図のように装備した移動
車両の軌道の一例を示す説明図、第４図は三次元空間内
の移動体に本発明を適用した例を示す説明図、第５図は
マニピュレータの把持手段に本発明を適用した例を示す
説明図、第６図から第９図は三次元空間で実施される他
の制御に本発明を適用した例を示す説明図である。ＣＩ・・・・・トランスデユーサ、１・・・・・・移動
体、４．１，４゜２・・・・・・アクチュエータ、１１
．１２　　・・・車輪、３３．３４・・・・・・遊び車
。ｔｃＪｌ　　　コミサリャ・ア・レネルジ・７トミク手
続性１ｉ　、１．Ｆ書（方式）昭和６１年２月７０日１、事件の表示　　　昭和６０年特許願第１第１４６３
号２、発明の名称　　　感知作用性移動体の運動の制御
方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名　称　　　　　］ミサリＸノ・ア・レネルジ・アトミ
ク（ばか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも２個のアクチュエータにより移動され
る感知作用性移動体の運動を、少なくとも１個の作動モ
ードに従い、局部受動環境に対して制御するための方法
において、各作動モードについて、所与の原点を有して
おり、移動体の既知の位置に配置されており、移動体に
関する既知の検出方向に従い、該原点と局部環境内の障
害物との間の距離ｘを示す応答を供給する少なくとも２
個の近接方向トランスデューサＣ＿ｉを使用すること、
関係式■＿ｉ＝ｍ＿ｉ・ｆ（ｘ）で規定されるモジュー
ルを有する仮想要素ベクトル動作■＿ｉを、各トランス
デューサＣ＿ｉに割当てること（ここで、ｍ＿ｉは、ト
ランスデューサの動作の仮想加重質量を構成する係数、
及びｆ（ｘ）は、距離ｘに配置された障害物に対するト
ランスデューサの応答から誘導された増加単調関数であ
り、動作■＿ｉの適用点は、トランスデューサＣ＿ｉの
原点Ｍ＿ｉである。）、こうして規定された要素要素動
作■に基づいて、アクチュエータに結合される制御指標
の頂点０に一致する頂点を有するようなアクチュエータ
の制御トルクを決定することを特徴とする方法。
（２）各トランスデューサＣ＿ｉに割当てられる係数ｍ
＿ｉが、（Σｍ＿ｉ×■＿ｉ）で規定される重心０を移
動体の制御指標の原点０に一致させるように選択される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（３）各トランスデューサに割当てられる係数ｍ＿ｉが
、移動体の制御指標に一致する主慣性指標を規定するよ
うに選択される特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（４）関数ｆ（ｘ）が、引力又は斥力に対応する常に正
又は負の距離の単調関数であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の方法。
（５）関数ｆ（ｘ）が、トランスデューサＣ＿ｉから所
与の距離で、距離制御に対応するように検出環境に対し
て符号を変える関数であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項から第３項のいずれかに記載の方法。
（６）要素動作Ａ＿ｉの方向が、トランスデューサＣ＿
ｉの検出方向に一致することを特徴とする特許請求の範
囲第１項から第５項のいずれかに記載の方法。
（７）要素動作Ａ＿ｉの方向が、トランスデューサＣ＿
ｉの検出方向に垂直であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項から第５項のいずれかに記載の方法。
（８）各作動モードに関して、関数ｆ（ｘ）及び要素動
作Ａ＿ｉの方向が、各トランスデューサＣ＿ｉで同一で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項
のいずれかに記載の方法。