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CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD meetings

Patent code P130010003
File No. S2013-0716-N0
Posted date Oct 22, 2013
Application number P2013-049476
Publication number P2014-174917A
Patent number P6245596
Date of filing Mar 12, 2013
Date of publication of application Sep 22, 2014
Date of registration Nov 24, 2017
Inventor
  • (In Japanese)三好 孝典
  • (In Japanese)今村 孝
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人豊橋技術科学大学
Title CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stable force/position feedback control apparatus and a control method in multi-lateral remote control.
SOLUTION: A multi-lateral control apparatus can apply operation by a plurality of clients connected through a communication line to a motion model managed by a network server. The multi-lateral control apparatus includes a first scattering matrix for controlling a phase inputted to the network server by input side gain inputted from a client through the communication line and a first phase control filter for restricting the input side gain to a predetermined range. A phase of the first scattering matrix is substantially controlled on the basis of the gain restricted to the predetermined range by the first phase control filter.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

いわゆるインターネット上での触覚共有による双方向コミュニケーションに期待が高まり、そのための技術が提案されている。ただし、ここで取り上げる触覚とは、ザラザラ感やスベスベ感などの質感的なものではなく、力の押し合い・引き合いなどの力学的な意味であるため、以降は「力覚」と称する。

この種の技術としては、操作者により操作されるマスタ、操作者によるマスタの操作に応じて動作するスレーブを有し、スレーブが物体と接触している状態では、操作者の操作によりマスタに加えられる力を求め、スレーブにかかる力をマスタ側の力に反映させるももの(特許文献1参照)、または、動作範囲が異なるジョイスティックとモバイルロボットとの間で力覚フィードバックを得ながら操作できるようにしたもの(特許文献2参照)などがあった。

しかしながら、従来の技術では、通信遅延による位相遅れにより、力学的クローズドループの安定性が保証することが十分にできていなかった。

共通の物体が動く、動かないという力覚の共有を実現するためには、世界中の操作者が加える力情報を一ヶ所に集約して物体の運動を決定した後、再び操作者に共通物体の位置をフィードバックすることが必要になるが、力と位置は通信遅延を含んだクローズドループを構成し、むだ時間によりシステムが不安定になってしまうという課題があった。

例えば、バイラテラル・マルチラテラル制御の多くの方法は受動性を確保することによって安定性を保証する。とくにスキャタリングマトリクスを用いた方法は、制御対象をフィードバックにより受動性を持つシステムに一旦改造した上で速度制御として遠隔制御している(例えば、非特許文献1参照)。

さらに、ネットワーク障害の耐性としてネットワークのトポロジーは重要である。例えば、位置・力の情報をバケツリレー方式で転送する方式が提案されているが(例えば、非特許文献2参照)、このような手法では、不意のネットワーク切断がしばしば生じる通常のインターネット環境での使用は難しい。また、関連のあるノードを全て相互接続する幾何学的手法を採用するとしても、不特定多数(特に数百を超える)インタラクションを実現することは難しい。

また、応答性は実用面において特に重要である。例えば一人の操作者が加えたステップ状の抵抗力を別の操作者もステップ状の力として感じとれなければコミュニケーションは成立しないと考えられる。

そして、上述の特許文献1または2に例示するような手法は、バイラテラル制御においては良好な触覚を得られるが、マルチラテラルに適用した事例はまだない。その理由として、ロバスト安定性、ネットワーク障害耐性および応答性などを実現できないことによるものであった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、マルチラテラル制御装置およびマルチラテラル制御方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
ネットワークサーバで管理される運動モデルに対し、通信回線を介して接続される複数のクライアントによる操作を可能とするマルチラテラル制御装置であって、
クライアントごとに通信回線を介して前記運動モデルに接続されており、該通信回線と該ネットワークサーバとの間において、
所定の伝達関数に基づいて機能することにより、通信回線を介してネットワークサーバに対して入力される入力側のゲインを所定範囲に制限する第1の位相制御フィルタと、該第1の位相制御フィルタによって制限されたゲインに基づいて前記ネットワークサーバに入力される位相を制御する第1のスキャタリングマトリクスとを備え、前記第1のスキャタリングマトリクスは、前記第1の位相制御フィルタの伝達関数によってゲインが制限されることにより前記位相を制御するものであることを特徴とするマルチラテラル制御装置。

【請求項2】
 
前記クライアントから通信回線を介して伝達される入力は、前記運動モデルにおける制御対象に対する操作力であり、前記ネットワークサーバは、伝達された操作力に基づき前記制御対象の位置を算出する演算手段を備えるものである請求項1に記載のマルチラテラル制御装置。

【請求項3】
 
クライアントごとに通信回線を介して前記運動モデルに接続されており、該通信回線と該クライアントとの間において、ネットワークサーバから通信回線を介して該クライアントに出力される出力側のゲインに基づいて該クライアントに出力される位相を調整する第2のスキャタリングマトリクスを備える請求項1または2に記載のマルチラテラル制御装置。

【請求項4】
 
クライアントごとに通信回線を介して前記運動モデルに接続されており、該通信回線と該クライアントとの間において、所定の伝達関数に基づいて機能することにより、前記出力側のゲインを所定範囲に制限する第2の位相制御フィルタを備え、前記第2のスキャタリングマトリクスは、前記第2の位相制御フィルタの伝達関数によってゲインが制限されることにより前記位相を制御するものである請求項3に記載のマルチラテラル制御装置。

【請求項5】
 
前記ネットワークサーバは、前記第1のスキャタリングマトリクスとのゲインを調整する第1のスキャタリングパラメータと、位相遅れを補償するための伝達関数に基づいて構成される第1の位相補償フィルタとを備える請求項1ないし4のいずれかに記載のマルチラテラルによる位置帰還制御装置。

【請求項6】
 
前記クライアントは、前記第2のスキャタリングマトリクスとの間のゲインを調整する第2のスキャタリングパラメータと、前記第1の位相補償フィルタにおける伝達関数の逆数となる伝達関数に基づいて構成される第2の位相補償フィルタとを備える請求項5に記載のマルチラテラル制御装置。

【請求項7】
 
運動モデルを管理するネットワークサーバと、不特定多数のクライアントとが、通信回線を介して接続可能であり、通信回線とネットワークサーバとの間に、第1の位相制御フィルタと、第1のスキャタリングマトリクスとが介在されているマルチラテラル制御装置において、
第1の位相制御フィルタによって、クライアントから通信回線を介して入力されるゲインを所定範囲に制限し、第1のスキャタリングマトリクスによって、前記位相制御フィルタにより所定範囲に制限された前記入力側のゲインに基づいて前記ネットワークサーバに入力される位相を制御することにより、通信回線における通信遅延による位相遅れにかかわらず入力と出力との相関関係を維持させることを特徴とするマルチラテラル制御装置における制御方法。

【請求項8】
 
さらに、前記ネットワークサーバの入力側に第1のスキャタリングパラメータと、出力側に第1の位相補償フィルタを備えた請求項7に記載のマルチラテラル制御装置において、
第1のスキャタリングパラメータによって、前記ネットワークサーバと前記第1のスキャタリングマトリクスとの間のゲインを調整し、第1の位相補償フィルタによって、前記ネットワークサーバから出力される信号の位相遅れを補償してなることを特徴とするマルチラテラル制御装置における制御方法。

【請求項9】
 
運動モデルを管理するネットワークサーバと、不特定多数のクライアントとが、通信回線を介して接続可能であり、通信回線とネットワークサーバとの間に、第1の位相制御フィルタと、第1のスキャタリングマトリクスとが介在され、通信回線とクライアントとの間に、第2の位相制御フィルタと、第2のスキャタリングマトリクスとが介在されているマルチラテラル制御装置において、
第1の位相制御フィルタによって、クライアントから通信回線を介して入力されるゲインを所定範囲に制限し、第1のスキャタリングマトリクスによって、前記位相制御フィルタにより所定範囲に制限された前記入力側のゲインに基づいて前記ネットワークサーバに入力される位相を制御することにより、通信回線における通信遅延による位相遅れにかかわらず入力と出力との相関関係を維持させ、
第2の位相制御フィルタによって、ネットワークサーバから通信回線を介して入力されるゲインを所定範囲に制限し、第2のスキャタリングマトリクスによって、前記位相制御フィルタにより所定範囲に制限された前記入力側のゲインに基づいて前記クライアントに入力される位相を制御することにより、通信回線における通信遅延による位相遅れにかかわらず入力と出力との相関関係を維持させることを特徴とするマルチラテラル制御装置における制御方法。

【請求項10】
 
さらに、前記ネットワークサーバの入力側に第1のスキャタリングパラメータと、出力側に第1の位相補償フィルタを備え、前記クライアントの出力側に第2のスキャタリングパラメータと、入力側に第2の位相補償フィルタを備えた請求項9に記載のマルチラテラル制御装置において、
第1のスキャタリングパラメータによって、前記ネットワークサーバと前記第1のスキャタリングマトリクスとの間のゲインを調整し、第1の位相補償フィルタによって、前記ネットワークサーバから出力される信号の位相遅れを補償し、
第2のスキャタリングパラメータによって、前記クライアントと前記第2のスキャタリングマトリクスとの間のゲインを調整し、第2の位相補償フィルタによって、前記クライアントに入力される信号の位相進みを補償してなることを特徴とするマルチラテラル制御装置における制御方法。

【請求項11】
 
前記ネットワークサーバは、クライアントから入力される前記運動モデルの制御対象に対する操作力を該運動モデルの制御対象の位置に変換し、位相遅れを補償しつつ前記位置を出力させてなる請求項7ないし10のいずれかに記載のマルチラテラル制御装置における制御方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013049476thum.jpg
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