CN105791754A - 航空器的远距离操纵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供航空器的远距离操纵系统，其除了由航空器的摄像机拍摄到的视觉信息之外，还有使远距离的操纵者感知到作为触觉信息的、伴随飞行而航空器产生的各个方向上的加速度，从而提高操纵性且廉价。航空器(1)的远距离操纵系统(S)包括：被搭载在航空器上的摄像机(2)、远距离的操纵者(3)视觉确认的监视器(4)、及由操纵者操作的远距离操纵装置(5)，还包括：被搭载在航空器上且检测上下、左右、前后方向的加速度的加速度传感器(6)；分别安装在操纵者的各个部位的感知垫(7)、及控制部(8)，该控制部基于加速度传感器的输出值，使各个感知垫产生大小不同的振动或电刺激，以使操作者感知到航空器产生的加速度的方向和大小。

Description

航空器的远距离操纵系统
技术领域
本发明涉及一种从远距离对航空器进行操纵的航空器的远距离操纵系统，特别地，涉及一种能够赋予操纵者正搭乘在航空器上那样的感觉的航空器的远距离操纵系统。
背景技术
作为航空器的远距离操纵系统，已知有地面上的操纵者一边利用监视器观察由航空器上搭载的摄影机拍摄到的影像，一边远距离操纵航空器的系统。
例如，在专利文献1中，公开了一种航空器用远距离控制系统，该航空器用远距离控制系统在航空器上搭载能够将拍摄方向上下左右改变的摄影机，利用传感器检测地面上的操纵者的头部的运动，使摄影机的拍摄方向对应传感器的输出值而上下左右改变，并将该影像(动画)显示在操纵者视觉确认的监视器中。
根据这样的航空器的远距离操纵系统，由于航空器上搭载的摄影机的拍摄方向与地面上的操纵者的头部的运动联动地改变，因此操纵者能够在监视器中视觉确认与头部的朝向对应的想要观察的方向的影像。其结果是，地面上的操纵者除了能够把握航空器(本机)的前方视野还能把握侧向的视野，并且容易判断本机的姿态状态，从而操纵性得以提高。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本专利第3671024号公报
专利文献2：日本特开平7-210077号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，因为航空器在空中在上下前后左右的三维空间里以各种姿态飞行，考虑到仅通过根据监视器显示的影像的视觉信息，操纵者不能判断本机的姿态状态和移动方向的情况。
例如，在无云只有蓝天的情况下，监视器中变得显示蓝色一种颜色，在显示在监视器中的影像里不存在用于视觉上把握本机的姿态和移动方向的基准(线索)。本机冲进云中的情况也是一样(监视器中只显示灰色)。在这样的情况下，操纵者即使观察监视器，也不知道本机当前是以怎样的姿态飞行，不能适当地远距离操纵航空器。另外，在上述情况下，由于监视器影像保持蓝色一种颜色或灰色一种颜色，在一定时间内不会变化，因此操纵者只通过来自监视器的视觉信息，不能确实地感觉本机是处于上升或下降状态、处于加速或减速状态、还是处于左转或右转状态，无法适当地远距离操纵航空器。
此外，在飞行模拟器的领域中，已知通过液压缸使操纵者所坐的座位倾斜而模拟航空器产生的加速度(参考专利文献2)，但为了模拟在空中的上下左右前后的三维空间中以各种姿态飞行的航空器产生的加速度，需要使座位向所有方向倾斜，在操纵者的座位的下方如连杆那样设置多个油压缸，使它们关联地伸缩，由此使座位前后左右倾斜。因此，在利用这样的飞行模拟器构筑航空器的远距离操纵系统的情况下，必须在远距离操纵航空器的操纵者的座位的下方如连杆那样设置多个油压缸，使它们关联地伸缩，由此使座位前后左右倾斜，从而无法避免系统整体的复杂化和高成本化。
本发明就是考虑到上述情况所首创的，其目的在于，提供一种构造简单且廉价的航空器的远距离操纵系统，该航空器的远距离操纵系统通过使远离航空器的场所处的操纵者，除了由航空器的摄像机拍摄到的视觉信息之外，还感知到作为触觉信息的、伴随飞行而航空器产生的各种方向上的加速度，由此能够使操纵者把握本机是以怎样的姿态向哪个方向飞行，并且能够赋予操纵者正搭乘在航空器上进行操纵的感觉。
用于解决技术课题的方案
根据为了达到上述目的而首创的本发明，提供一种航空器的远距离操纵系统，包括：摄像机，其被搭载在航空器上，对至少飞行方向前方进行拍摄；监视器，其在远离航空器的场所处配置在对航空器进行操纵的操纵者能够视觉确认的位置，且显示由摄像机拍摄到的动画；以及远距离操纵装置，其由观察监视器的操纵者进行操作，并对应于该操作来控制航空器的飞行方向和飞行速度，其中，该航空器的远距离操纵系统还包括：加速度传感器，其被搭载在航空器上，检测飞行中的航空器产生的上下、左右、前后方向的加速度；感知垫，其被分别安装在操纵者的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部、后方投影部上；以及控制部，其基于加速度传感器的输出值，使这些感知垫产生大小不同的振动或电刺激，以使操作者感知到航空器产生的加速度的方向和大小。
优选地，控制部进行如下工作：在加速度传感器检测出向上的加速度时，使下方投影部的感知垫工作，在加速度传感器检测出向下的加速度时，使上方投影部的感知垫工作；在加速度传感器检测出向左的加速度时，使右方投影部的感知垫工作，在加速度传感器检测出向右的加速度时，使左方投影部的感知垫工作；在加速度传感器检测出向前的加速度时，使后方投影部的感知垫工作，在加速度传感器检测出向后的加速度时，使前方投影部的感知垫工作。
优选地，加速度传感器具有设置在航空器的内部的角加速度传感器，控制部具有运算部，该运算部通过设有将角加速度传感器的位置与航空器的操纵座位位置之间的距离乘以由角加速度传感器检测出的角加速度，从而算出在操纵座位位置处产生的力的力矩，并且该控制部对应于由运算部算出的力矩的大小来调节各个感知垫的振动或电刺激的大小。
优选地，摄像机包括：拍摄航空器的飞行方向前方的前方摄像机、拍摄飞行方向右方的右方摄像机、拍摄飞行方向左方的左方摄像机、拍摄飞行方向上方的上方摄像机，监视器包括：前方监视器，其配置在操纵者的前方且显示由前方摄像机拍摄到的动画；右方监视器，其配置在操纵者的右方且显示由右方摄像机拍摄到的动画；左方监视器，其配置在操纵者的左方且显示由左方摄像机拍摄到的动画；以及上方监视器，其配置在操纵者的上方且显示由上方摄像机拍摄到的动画。
发明效果
利用根据本发明的航空器的远距离操纵系统，可以发挥如下的效果。
(1)使远离航空器的场所处的操纵者，除了由航空器的摄像机拍摄到的视觉信息之外，还感知到作为触觉信息的、伴随飞行而航空器产生的各个方向上的加速度，由此能够使操纵者把握航空器正以怎样的姿态向哪个方向飞行。因此，能够赋予远离航空器的场所处的操纵者正搭乘在航空器上进行操纵的感觉，从而操纵性得以提高。
(2)作为使操纵者感知到作为触觉信息的、航空器产生的各个方向上的加速度的手段，采用被分别安装在操纵者的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部、后方投影部的感知垫，并通过使这些感知垫适当地产生大小不同的振动或电刺激来模拟加速度，因此，与例如利用液压缸使操纵者的座位倾斜来模拟加速度的类型相比，能够简单且低成本地构成系统整体。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施方式的“航空器的远距离操纵系统”的概要的说明图。
图2是表示构成上述“航空器的远距离操纵系统”的一部分的“摄像机”和其拍摄范围的立体图。
图3是表示上述“摄像机”的拍摄范围的说明图，图(a)是侧视图，图(b)是主视图，图(c)是俯视图。
图4是表示构成上述“航空器的远距离操纵系统”的一部分的“远距离操纵装置”的变形例的说明图。
图5是表示构成上述“航空器的远距离操纵系统”的一部分的“加速度传感器”中使用“角加速度传感器”且将其搭载于航空器上的情况下的搭载位置和操纵座位的关系的说明图，图(a)是主视图，图(b)是俯视图，图(c)是侧视图。
图6是表示构成上述“航空器的远距离操纵系统”的一部分的“感知垫”的一个例子(振动型)的说明图，图(a)是侧视剖视图，图(b)是俯视图，图(c)是主视剖视图。
图7是用于驱动使上述“感知垫”振动的电机的说明图，图(a)是电路图，图(b)是表示加速G再现信号和电机旋转速度的关系的说明图。
图8是表示上述“感知垫”的变形例(电刺激型)的说明图，图(a)是侧视剖视图，图(b)是俯视图，图(c)是主视剖视图。
图9是用于使上述“感知垫”产生电刺激的说明图，图(a)是电路图，图(b)是表示加速G再现信号和脉冲输出信号的关系的说明图。
图10(a)是利用适用了上述“航空器的远距离操纵系统”的无线电控制飞机以多机的方式进行特技飞行的说明图，图10(b)是操纵者的视点印象图。
图11是利用适用了上述“航空器的远距离操纵系统”的无线电控制飞机进行空战的情况下的、操纵者的视点印象图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。相关的实施方式中表示的尺寸、材料和其他数值等，不过是为了使本发明容易理解所做的例子，除非另有说明，否则不用于限定本发明。还有，在本说明书和附图中，由于对于实质上具有同一功能和构造的要素，使用了同一附图标记，省略重复的说明，且与本发明没有直接关系的要素在图示中省略。
(航空器的远距离操纵系统的概要)
图1表示根据本发明的一个实施方式的“航空器的远距离操纵系统”S的概要。根据本实施方式的航空器的远距离操纵系统S包括：摄像机2，其被搭载在航空器1上，对至少飞行方向的前方进行拍摄；监视器4，其在远离航空器1的场所处配置在操纵航空器1的操纵者3能够视觉确认的位置，且显示由摄像机2拍摄到的动画；以及远距离操纵装置5，其由观察到监视器4的操纵者3进行操作，并对应该操作来控制航空器1的飞行方向和飞行速度。
此外，根据本实施方式的航空器的远距离操纵系统S包括：加速度传感器6，其被搭载在航空器1上，检测出飞行中的航空器1产生的上下、左右、前后方向的加速度；感知垫7，其被分别安装在操纵者3的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部和后方投影部；以及控制部8，其基于加速度传感器6的输出值，使这些感知垫7产生大小不同的振动和电刺激，以使操纵者感知到航空器1产生的加速度的方向和大小。以下，说明根据本实施方式的“航空器的远距离操纵系统”S的各个构成要素。
(航空器1)
如图1所示，除了通常的螺旋桨飞机、喷气式飞机那样的飞机以外，直升机那样的旋翼式飞机、滑翔机那样的空中滑翔飞机、飞艇等在空间中飞行(移动)的物体均包含在利用上述远距离操纵系统S远距离操纵的航空器1的概念中。另外，在本说明书中，航空器1的概念除了实机以外，也包含作为兴趣所普及的所谓无线电控制机(无线电控制机)。
(摄像机2)
如图1所示，在航空器1中搭载有摄像机2。在本实施方式中，摄像机2安装在航空器1的操纵座位1a中位于座舱罩1b的内部。因此，由摄像机2拍摄到的影像能够再现就坐在操纵座位1a的操纵者越过座舱罩1b所观察的视野，而且被座舱罩1b罩住的摄像机2不会遭受空气阻力。再者，在无线电控制飞机中，由于空间上的问题，也有摄像机2不安装在座舱罩1b内部的情况。在那种情况下，例如将摄像机2安装在航空器1的机身的重心位置的正上方，并夹着机身的重心位置而在摄像机2的相反侧配置平衡重，摄像机2的重量产生的力矩如果用平衡重抵消，就能够将摄像机2的重量赋予航空器1的运动性的影响抑制到最小限度。
如图2和3所示，摄像机2具有拍摄航空器1的飞行方向前方的前方摄像机2a、拍摄飞行方向右方的右方摄像机2b、拍摄飞行方向左方的左方摄像机2c、拍摄飞行方向上方的上方摄像机2d。还有，也可以追加拍摄飞行方向后方的后方摄像机2e。各个摄像机2a-2e互为直角地配置，各个摄像机2a-2e的视角(视场角)大约为90度，利用各个摄像机2a-2e，能够无缝隙地拍摄到从操纵座位1a越过座舱罩1b所观察的视野。
在图3中，由于制图方面的原因，各个摄像机2a-2e的拍摄距离表示得较短，因此，对应于各个摄像机2a-2e的镜头的位置的略微的差异，各个摄像机2a-2e的视角成为90度以上，不过实际而言，各个摄像机2a-2e的拍摄距离(几千米)与各个摄像机2a-2e的镜头的位置的偏差(几厘米)相比非常长，因此，将各个摄像机2a-2e的视角当作90度实际上没有问题。另外，也可以将各个摄像机2a-2e的视角做成90度以上(90-100度左右，例如95度)，对重叠的部分进行影像处理而在监视器4中再现连续的视野。
(监视器4)
如图1所示，在远离航空器1的场所(地面上等)，显示由摄像机2拍摄到的动画的监视器4被配置在操纵航空器1的操纵者3能够视觉确认的位置。这样，不单是地面上，船上和其他的航空器(不同于远距离操纵的航空器1的航空器)内也包括在“远离航空器1的场所”的概念中。由摄像机2拍摄到的动画的数据从航空器1中设置的天线1c被发送到远离航空器1的场所中设置的中转天线9，再从中转天线9发送到影像控制装置10，再从影像控制装置10发送到监视器4。
监视器4包括：前方监视器4a，其配置在操纵者3的前方，显示由前方摄像机2a拍摄到的动画；右方监视器4b，其配置在操纵者3的右方，显示由右方摄像机2b拍摄到的动画；左方监视器4c，其配置在操纵者3的左方，显示由左方摄像机2c拍摄到的动画；以及上方监视器4d，其配置在操纵者3的上方，显示由上方摄像机2d拍摄到的动画。此外，在追加有后方摄像机2e的情况下，在操纵者3的后方追加后方监视器，该后方监视器显示由后方摄像机2e拍摄到的动画。
各个监视器4a-4d由例如液晶面板或有机EL面板等构成，尺寸采用40-50英寸左右。各个监视器4a-4d在追加有后方监视器的情况下组装成下方具有开口的盒状(长方体状)，在省略了后方监视器的情况下组装成下方及后方具有开口的盒状。并且，操纵者3的至少头部从监视器4a-4d构筑成的盒子的开口插入盒子的内部。各个监视器4a-4d可以采用曲面面板，也可以将它们连结起来构成整体为球面状(半圆顶状)的监视器。在监视器4a-4d构筑成的盒子的下方配置有供操纵者3就坐的座位11。
(远距离操纵装置5)
如图1所示，在远离航空器1的场所中设置有由观察到监视器4的操纵者3操作并对应该操作来控制航空器1的飞行方向和飞行速度的远距离操纵装置5。图1所示的远距离操纵装置5是模仿实机的操纵装置的操纵装置5X。在这种情况下，在航空器1中，优选地采用实机，但是也可以是无线电控制机。该操纵装置5X的操纵信号通过操纵信号控制装置12向中转天线9发送，并从中转天线9向航空器1的天线1c发送。
图1所示的操纵装置5X具有操纵者3的右手把持的右手柄5a、左手把持的左手柄5b和放置双脚的左右踏板5c。通过前后摇动右手柄5a，从而使航空器1的水平尾翼摇动来控制俯仰，通过左右摇动右手柄5a，从而使航空器1的副翼摇动来控制滚转，通过前后摇动左手柄5b来控制航空器1的推力，通过前后彼此错开地摇动左右踏板5c并以连结左右踏板5c的连结构件5d为中心绕轴转动，从而使航空器1的垂直尾翼摇动来控制偏航。此外，远距离操纵装置5不限于图1所示的操纵装置5X，可以模仿实机的各种各样类型的操纵装置。
另外，如图4所示，在远距离操纵装置5中，也可以采用用于远距离操纵无线电控制机的所谓的比例控制器(无线控制器)5Y。在这种情况下，在航空器1中，优选地使用无线电控制机，当然也可以使用实机。在图4中，虽然表示成比例控制器5Y的操纵信号从比例控制器5Y的天线5e直接发送到航空器1的天线1c，但是和图1的类型一样，也可以先发送到操纵信号控制装置12，再通过中转天线9发送到航空器1。此外，如图4所示，当成为操纵者3把持的比例控制器5Y收容在监视器4a-4d构成的盒子的内部的状态时，由于电磁屏蔽可能操纵信号不能从比例控制器5Y的天线5e发送到航空器1，因此，优选延长或弯曲比例控制器5Y的天线5e等使比例控制器5Y的天线5e伸出到监视器4a-4d构成的盒子的外部、或设置另外的中转天线。
图4所示的比例控制器5Y具有前后左右倾斜自如的右棒5f和同样倾斜自如的左棒5g。通过前后摇动左棒5g，从而使航空器1的水平尾翼摇动来控制俯仰，通过左右摇动左棒5g，从而使航空器1的垂直尾翼摇动来控制偏航，通过前后摇动右棒5f来控制航空器1的推力，通过左右摇动右棒5f，从而使航空器1的副翼摇动来控制滚转。通过比例控制器5Y的航空器1的掌舵和推力调节不限于上述的棒操纵，也可以以利用不同的棒操作进行掌舵和推力调节的方式来变更比例控制器5Y的设定。
此外，在图4的比例控制器5Y的上表面设置有用虚拟线表示的小型监视器5h(复制前方摄像机2a的影像的监视器)，操纵者3可以一边视觉确认该监视器5h一边操作比例控制器5Y。在这种情况下，不需要图4所示的前方监视器4a、右方监视器4b、左方监视器4c、上方监视器4d、后方监视器，也不需要右方摄像机2b、左方摄像机2c、上方摄像机2d、后方摄像机2e。
(加速度传感器6)
如图1和4所示，在航空器1中搭载有检测飞行中的航空器1产生的上下、左右、前后方向上的加速度的加速度传感器6。加速度传感器6的输出值从航空器1中设置的天线1c发送到在远离航空器1的场所中设置的中转天线9，再从中转天线9发送到加速度再现信号控制装置(控制部)8。控制部8基于加速度传感器6的输出值生成加速度再现信号(加速G再现信号)，并将该加速G再现信号发送到感知垫7。
在加速度传感器6中，例如采用能够用一个装置测定X轴Y轴Z轴三个方向上的加速度的三轴加速度传感器。在这里，X轴为航空器1的前后方向轴，Y轴为左右方向轴，Z轴为上下方向轴。在三轴加速度传感器6中，已知利用了MEMS(MicroElectroMechanicalSystems：微电子机械系统)的振动方式、光学方式、半导体方式(静电容量型、压敏电阻型、气体温度分布型)等，可以采用任意方式。三轴加速度传感器6优选地设置在航空器1的座舱罩1b内部的操纵座位1a的位置(或者其附近)。这是因为可以测定施加给就坐在操纵座位1a的操纵者的加速度。
另外，在加速度传感器6中，可以采用能够用一个装置测定绕X轴旋转的角加速度、绕Y轴旋转的角加速度、绕Z轴旋转的角加速度的三轴角速度传感器(三轴回转传感器)。如图5所示，为了将三轴回转传感器6的重量赋予航空器1的运动性的影响抑制到最小限度，将三轴回转传感器6设置航空器1的重心位置G上。根据该构成，通过航空器1的重心位置G和航空器1的操纵座位1a的位置之间的距离分别乘以三轴回转传感器6检测出的绕各轴旋转的角加速度，由此能够算出在操纵座位1a处产生的绕重心G旋转的滚转力矩、偏航力矩、俯仰力矩。
详细来说，如图5(a)所示，从前方观察航空器1时，重心位置G和操纵座位1a的位置之间的距离L1乘以三轴回转传感器6检测出的绕X轴旋转的角加速度，由此能够算出在操纵座位1a处产生的滚转力矩(rollingmoment)，如图5(b)所示，从上方观察航空器1时，重心位置G和操纵座位1a的位置之间的距离L2乘以三轴回转传感器6检测出的绕Z轴旋转的角加速度，由此能够算出在操纵座位1a处产生的偏航力矩(yawingmoment)，如图5(c)所示，从侧方观察航空器1时，重心位置G和操纵座位1a的位置之间的距离L3(＝L2)乘以三轴回转传感器6检测出的绕Y轴旋转的角加速度，由此能够算出在操纵座位1a处产生的俯仰力矩(pitchingmoment)。
(感知垫7)
如图1和4所示，在操纵者3的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部、后方投影部中分别安装有感知垫7。这些感知垫7基于上述加速度传感器6(三轴加速度传感器、三轴回转传感器)的输出值，产生大小不同的振动或电刺激，以使操纵者3感知到作为触觉信息的、飞行中的航空器1的操纵座位1a产生的加速度的方向和大小。
操纵者3的上方投影部可以说是从上方观察就坐在监视器4附近的座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是左右肩膀上，左右大腿上、头的顶部等。在图1和4中，示出了在操纵者3的左右肩膀上安装感知垫7的例子，但是在左右大腿上、头的顶部追加安装也是可以的。操纵者3的下方投影部可以说是从下方观察就坐在座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是臀部下、左右大腿下等。在图1和4中，示出了在操纵者3的臀部下安装感知垫7的例子，但是在左右大腿下追加安装也是可以的。
操纵者3的左方投影部可以说是从左方观察就坐在座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是左上臂的侧面、躯体的左侧面等。在图1和4中，示出了在操纵者3的左上臂的侧面安装感知垫7的例子，但是在躯体的左侧面追加安装也是可以的。操纵者3的右方投影部可以说是从右方观察就坐在座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是右上臂的侧面、躯体的右侧面等。在图1和4中，示出了在操纵者3的右上臂的侧面安装感知垫7的例子，但是在躯体的右侧面追加安装也是可以的。
操纵者3的前方投影部可以说是从前方观察就坐在座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是躯体的腹部表面、胸部表面、脸面的额头等。在图1和4中，示出了在操纵者3的躯体的腹部表面安装感知垫7的例子，但是在胸部表面、脸面的额头追加安装也是可以的。操纵者3的后方投影部可以说是从后方观察就坐在座位11的操纵者3时能够视觉确认的部分，例如是躯体的背面、后头部等。在图1和4中，示出了在操纵者3的躯体的背面安装感知垫7的例子，但是在后头部追加安装也是可以的。
(感知垫7的构造：振动型)
在感知垫7中，可以采用振动型的感知垫7X或电刺激型的感知垫7Y。在图6中，示出了振动型的感知垫7X的构造。振动型的感知垫7X具有：基体板7a，其沿着操纵者3的身体的表面弯曲自如；电机7b，其被安装在基体板7a上；偏心锤7c，其被安装在电机7b的旋转轴上；以及罩体7d，其覆盖电机7b和偏心锤7c，并被安装在基体板7a上。基体板7a通过两面胶或尼龙带扣(注册商标)等可拆卸地安装在操纵者3的预定部位。
如果电机7b旋转，偏心锤7c旋转，从而赋予基体板7a振动，安装有感知垫7X的操纵者3感知安装部位的振动。如果电机7b的旋转速度提高，操纵者3感觉到的振动变大，如果电机7b的旋转速度降低，操纵者3感觉到的振动变小。通过该振动，模拟飞行中的航空器1产生的加速度。即，通过操纵者3的各部位安装的各个感知垫7X的振动的有无和大小，使操纵者3以触觉信息的方式感知到飞行中的航空器1产生的加速度的大小和方向。
(控制部8)
如图1和4所示，安装在操纵者3的各个部位的感知垫7(7X)连接控制部8，通过控制部8控制振动的有无和大小。控制部8具有如下功能：基于搭载在航空器1上的加速度传感器6的输出值生成加速度再现信号(加速G再现信号)，将该加速G再现信号发送到操纵者3的各个部位安装的感知垫7(7X)，通过使各个感知垫7(7X)产生大小不同的振动，由此使操纵者3以触觉信息的方式感知到航空器1产生的加速度的方向和大小。
如图7(a)所示，各个感知点7X的电机7b连接电机控制器13，电机驱动用电源14连接在电机控制器13中，加速G再现信号从控制部8输入到电机控制器13。如图7(b)所示，电机控制器13与加速G再现信号的大小成比例地控制电机7b的旋转速度。因此，如果加速G再现信号变大，电机7b的旋转速度提高，振动垫7X产生的振动变大，操纵者3能够感知到航空器1产生大的加速度。相反，如果加速G再现信号变小，电机7b的旋转速度降低，振动垫7X产生的振动变小，操纵者3能够感知到航空器1产生小的加速度。
(控制部8对各个感知垫7的控制)
图1和4所示的控制部8在航空器搭载的加速度传感器6(三轴加速度传感器)检测到向上的加速度时使下方投影部的感知垫7工作，在加速度传感器6检测到向下的加速度时使上方投影部的感知垫7工作，在加速度传感器6检测到向左的加速度时使右方投影部的感知垫7工作，在加速度传感器6检测到向右的加速度时使左方投影部的感知垫7工作，在加速度传感器6检测到向前的加速度时使后方投影部的感知垫7工作，在加速度传感器6检测到向后的加速度时使前方投影部的感知垫7工作。
在加速度传感器6检测到向上的加速度的状态下，当假想操纵者3正搭乘在航空器1上时，操纵者3由于惯性力被压向座位11的支承面。因而，通过使正在远距离操纵的操纵者3的下方投影部(臀部下)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到航空器(本机)1开始上升。另外，在加速度传感器6检测到向下的加速度时，通过使操纵者3的上方投影部(肩部上)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到航空器(本机)1开始下降。
同样地，当加速度传感器6检测到向左的加速度时，操纵者3由于惯性力被压向座位11的右侧，因此通过使操纵者3的右方投影部(右上臂)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到本机1开始左转。当加速度传感器6检测到向右的加速度时，通过使操纵者3的左方投影部(左上臂)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到本机1开始右转。
另外，当加速度传感器6检测到向前的加速度时，操纵者3由于惯性力被压向座位11的靠背，因此，通过使操纵者3的后方投影部(躯体的背面)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到本机1开始增速。当加速度传感器6检测到向后的加速度时，通过使操纵者3的前方投影部(躯体的腹部表面)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到本机1开始减速。
此外，实际上，在飞行中的航空器1中，对应于飞行状态，加速度在上下、左右、前后的所有方向上以不同的大小重叠地产生，且各个方向的加速度的大小时刻变化，故操纵者3的各个部位安装的感知垫7模拟该状况振动。
(三轴回转传感器的情况)
一方面，在加速度传感器6中采用三轴回转传感器的情况中，控制部8中包括的运算部如图5所示，通过将设有三轴回转传感器6的航空器1的重心位置G和航空器1的操纵座位1a的位置之间的距离L1、L2、L3分别乘以三轴回转传感器6检测出的各个绕轴旋转的角加速度，由此算出在操纵座位1a处产生的绕重心G的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩。接着，控制部8基于算出的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩，使操纵者3的各个部位安装的感知垫7适当地工作(振动)，从而使操纵者3以触觉信息的方式感知到航空器1产生的加速度。
例如，在控制部8的运算部算出航空器1产生的向上(机头上扬)的俯仰力矩的状态中，假想操纵者3正搭乘在航空器1上，操纵者3由于惯性力被压向座位的支承面。因此，通过使正在远距离操纵的操纵者3的下方投影部(臀部下)的感知垫7振动，从而使正在远距离操纵的操纵者3确实地感受到航空器(本机)1开始机头上扬。相反，在算出向下(机头下降)的俯仰力矩的情况下，使操纵者3的上方投影部(左右肩膀上)的感知垫7振动，从而使操纵者3确实地感受到本机1开始机头下降。
同样地，在算出右滚转力矩的情况下，操纵者3由于惯性力被压向座位1的左侧，因此通过使操纵者3的左上臂的感知垫7和左肩的感知垫7振动，从而使操纵者3确实地感受到本机1开始向右滚转，相反，在算出左滚转力矩的情况下，通过使操纵者3的右上臂的感知垫7和右肩的感知垫7振动，从而使操纵者3确实地感受到本机1开始向左滚转。此外，在算出右偏航力矩的情况下，操纵者3由于惯性力被压向座位1的左侧，因此通过使操纵者3的左上臂的感知垫7振动，从而使操纵者3确实地感受到本机1开始向右偏航旋转，相反，在算出左偏航力矩的情况下，通过使操纵者3的右上臂的感知垫7振动，从而使操纵者3确实地感受到本机1开始向左偏航旋转。
在加速度传感器6中采用三轴回转传感器的情况下，另一优选的是，在航空器1中搭载前后方向加速度传感器，对应该前后方向加速度传感器的输出值，通过使操纵者3的腹部表面的感知垫7、背面的感知垫7振动，从而使操纵者3感知到前后方向的加速度。此外，基于绕在上述的操纵座位1a的重心G的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩，控制部8算出在操纵座位1a产生的上下、左右、前后方向的加速度(力)，对应于这些加速度，以与三轴加速度传感器相同的方式控制各个感知垫7。
(感知垫7的构造：电刺激型)
如图1和4所示，在操纵者3的各个部位安装的感知垫7中，可以采用电刺激型代替上述的振动型。在图8中，示出了电刺激型的感知垫7Y的构造。电刺激型的感知垫7Y具有：绝缘片7e，其能够沿着操纵者3的身体的表面弯曲自如；正电极板7g和负电极板7h，该正电极板7g和负电极板7h被安装在绝缘片7e上且利用绝缘件7f彼此绝缘；电线7i和7j，该电线7i和7j分别通过接线盒连接到正电极板7g和负电极板7h；以及覆盖接线盒的罩体7k。绝缘片7e通过双面胶或尼龙带扣(注册商标)等可拆卸地安装在操纵者3的预定部位。
在感知垫7Y安装在操纵者3上的状态下，通过将预定电压的脉冲信号输入到正电极板7g和负电极板7h，正电极板7g和负电极板7h之间的肌肉被刺激反复收缩和松弛，操纵者3感知到电刺激。如果脉冲信号的电压升高，操纵者3感受到的电刺激增大，如果脉冲信号的电压降低，操纵者3感受到的电刺激减小。根据该电刺激，模拟飞行中的航空器1产生的加速度。即，通过操纵者3的各个部位安装的各个感知垫7Y的电刺激的有无和大小，使操纵者3以触觉信息的方式感知到飞行中的航空器1产生的加速度的大小和方向。
如图9(a)所示，感知垫7Y的正电极板7g和负电极板7h连接脉冲控制器15，脉冲驱动用电源16连接在脉冲控制器15中，加速G再现信号从控制部8输入到脉冲控制器15。如图9(b)所示，脉冲控制器15将与加速G再现信号的大小成比例的电压的脉冲信号(固定间隔)输入到感知垫7Y的正电极板7g和负电极板7h。此外，也可以通过改变脉冲信号的脉冲间隔来调节操纵者3感受到的电刺激(如果脉冲间隔变窄，电刺激变大)。
虽然电刺激型的感知垫7Y使操纵者3通过电刺激感知到加速度这点与通过振动使得操纵者3感知到加速度的振动型的感知垫7X不同，但是通过控制部8的工作控制的控制内容是与振动型的感知垫7X相同的。因此，省略通过控制部8对各个感知垫7Y的控制内容的说明。
(作用和效果)
通过根据本实施方式的航空器的远距离操纵系统S，如图1和4所示，使在远离航空器1的场所的操纵者3除了由航空器1的摄像机2拍摄到的视觉信息之外，还以触觉信息(振动、电刺激)的方式感知到伴随着飞行而航空器1产生的各个方向上的加速度，由此，能够使操纵者3把握航空器(本机)1正以怎样的姿态向哪个方向飞行。因此，能够提高操纵性，能够赋予在远离航空器1的场所的操纵者正搭乘在航空器1上进行操纵的感觉。
例如，在航空器(本机)1飞行的天空里无云只有蓝天的情况下，监视器4中显示蓝色一种颜色，在本机冲入云中的情况下，监视器4中只显示灰色，监视器4中显示的影像中不存在用于视觉上把握本机1的姿态或移动方向的基准(线索)。因此，只通过监视器4提供的视觉信息，不能判断本机1当前以怎样的姿态向哪个方向飞行，就可能不能适当地远距离操纵航空器1。
通过根据本实施方式的航空器的远距离操纵系统S，在操纵者3的各个部位安装感知垫7，使操纵者3由于惯性力压向座位的部分的感知垫7工作，因此，操纵者3容易辨识本机1的飞行姿态和飞行方向，提高了操纵性，该惯性力基于飞行中的航空器1产生的各个方向上的加速度。例如，在航空器1中搭载的加速度传感器6检测出向上的加速度或机头上扬的俯仰力矩的状态下，假想操纵者3正搭乘在航空器1上，操纵者3由于惯性力压向座位11的支承面，因此，使操纵者3的下方投影部(臀部下)的感知垫7振动或产生电刺激，由此正在远距离操纵的操纵者3能够判断本机1机头上扬而开始上升。
因此，操纵者3除了监视器4提供的视觉信息之外，还利用感知垫7提供的触觉信息(振动、电刺激)，能够判断本机1的飞行姿态和飞行方向。因此，提高了操纵性，赋予在远离航空器1的场所的操纵者3正搭乘在航空器1上进行操纵的感觉。
此外，作为使操纵者3以触觉信息的方式感知到航空器1产生的各个方向上的加速度的手段，采用被分别安装在操纵者3的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部、后方投影部的感知垫7，并通过使这些感知垫7适当地产生大小不同的振动或电刺激来模拟加速度，因此，与例如用液压缸使操纵者3的座位11倾斜来模拟加速度的类型相比，能够简单且低成本地构成系统整体。
此外，如图1和4所示，在航空器1上搭载前方摄像机2a、右方摄像机2b、左方摄像机2c、上方摄像机2d，这些摄像机拍摄的动画显示在前方监视器4a、右方监视器4b、左方监视器4c、上方监视器4d中，因此，操纵者3不仅能够辨识航空器1的前方的视野也能辨识右方、左方、上方的视野。因此，与上述感知垫7提供的触觉信息(振动和电刺激)相辅相成，操纵者3能够得到正搭乘在航空器1上进行操纵的感觉，从而提高了操纵性。
图10(a)是利用适用了上述“航空器的远距离操纵系统”S的无线电控制飞机1以多机的方式组成编队进行了特技飞行的说明图，图10(b)是图10(a)的虚线包围的无线电控制飞机1的操纵者3的视点印象图。如图10(b)所示，前方监视器4a中显示本机1的右前方的1号机X，右方监视器4b中显示2号机Y，在前方监视器4a、右方监视器4b、左方监视器4c、上方监视器4d中，地平线和太阳对应于本机1的倾斜飞行姿态倾斜地显示。其结果是，操纵者3能够得到如同正搭乘在本机1上进行操纵那样的视觉信息，与上述感知垫7提供的触觉信息(振动、电刺激)相辅相成，操纵性得以提高。此外，在图10(b)中，在各个监视器中显示的水平方向的虚拟线H是相对于本机1的水平线，垂直方向的虚拟线V是相对于本机1的垂直线，这些是判断本机1相对于地面(地面上)的姿态的基准。
此外，如图10(b)所示，由于在监视器4中显示的本机1的朝向与比例控制器5Y的朝向一致，比例控制器5的棒5g、5f的操作变得容易。即，如图10(a)所示，在包括本机1的多架无线电控制飞机组成编队进行特技飞行的情况下，如果仅仅使用传统的比例控制器5Y进行远距离操纵，地面上操作比例控制器5Y的操纵者3必须从地面上通过目视把握飞行中的无线电控制飞机(本机)1的飞行方向、飞行姿态、迎角等，需要基于这些内容瞬时判断比例控制器5的棒5g、5f向哪个方向操作多少量。为了能够实现，需要长时间的训练，如果棒操作迟缓或棒操作失误，则本机1可能与其他机接触或坠落。因此，基于多架无线电控制飞机的编队飞行、特技飞行，实际上是不可能的。
与其相对，通过根据本实施方式的“航空器的远距离操纵系统”S，如图10(b)所示，监视器4中显示的本机1的朝向和比例控制器5Y的朝向一致，操纵者3得到正搭乘在本机1上那样的视野，因此，比例控制器5Y的棒操作变得容易，操纵者3基于监视器4显示的影像，能够瞬时地无犹豫地操作棒5g、5f。因此，基于多架无线电控制飞机1的编队飞行、特技飞行变得可能。
图11是利用适用了上述“航空器的远距离操纵系统”S的无线电控制飞机1进行了模拟空战(dogfight)的情况下的、操纵者3的视点印象图。如此前所述那样的、监视器4显示的本机1的朝向与比例控制器5Y的朝向一致，利用前方监视器4a、右方监视器4b、左方监视器4c、上方监视器4d，能够确保空战时所需的前方侧方上方视野。即，即使敌机Z进行盘旋等脱离前方监视器4a的显示范围，也可以在右方监视器4b、左方监视器4c、上方监视器4d中的某一个中显示敌机Z，不会看丢了敌机Z。此外，操纵者3除了各个监视器4a-4d提供的视觉信息之外，利用各个感知垫7提供的触觉信息，还能够通过各个感知垫7的振动或电刺激感知到空战中本机1产生的加速G。因此，操纵者3能够以正搭乘在本机1上的感觉来实现空战的操纵，操纵性得以提高。
以上，参照附图说明了本发明的优选实施方式，但是当然本发明并不限于上述实施方式，在权利要求书记载的范围中的各种变形例或改正例也属于本发明的技术范围。
工业方面可利用性
本发明能够用于赋予远距离操纵航空器的操作者正搭乘在航空器上进行操纵那样的感觉的航空器的远距离操纵系统。
附图标记说明
S航空器的远距离操纵系统
1航空器
2摄像机
2a前方摄像机
2b右方摄像机
2c左方摄像机
2d上方摄像机
3操纵者
4监视器
4a前方监视器
4b右方监视器
4c左方监视器
4d上方监视器
5远距离操纵装置
5X模仿了实机的操纵装置的远距离操纵装置
5Y使用了无线电控制的比例控制器的远距离操纵装置
6加速度传感器(三轴加速度传感器、三轴回转传感器)
7感知垫
7X振动型的感知垫
7Y电刺激型的感知垫
8控制部

Claims (4)

1.一种航空器的远距离操纵系统，包括：
摄像机，其被搭载在航空器上，对至少飞行方向前方进行拍摄；
监视器，其在远离所述航空器的场所处配置在对所述航空器进行操纵的操纵者能够视觉确认的位置，且显示由所述摄像机拍摄到的动画；以及
远距离操纵装置，其由观察到所述监视器的操纵者进行操作，并对应于该操作来控制所述航空器的飞行方向和飞行速度，
所述航空器的远距离操纵系统的特征在于，还包括：
加速度传感器，其被搭载在所述航空器上，检测飞行中的所述航空器产生的上下、左右、前后方向的加速度；
感知垫，其被分别安装在所述操纵者的上方投影部、下方投影部、左方投影部、右方投影部、前方投影部、后方投影部；以及
控制部，其基于所述加速度传感器的输出值，使所述感知垫产生大小不同的振动或电刺激，以使所述操作者感知到所述航空器产生的加速度的方向和大小。
2.如权利要求1所述的航空器的远距离操纵系统，其特征在于，
所述控制部进行如下工作：
在所述加速度传感器检测出向上的加速度时，使所述下方投影部的感知垫工作，在所述加速度传感器检测出向下的加速度时，使所述上方投影部的感知垫工作；
在所述加速度传感器检测出向左的加速度时，使所述右方投影部的感知垫工作，在所述加速度传感器检测出向右的加速度时，使所述左方投影部的感知垫工作；以及
在所述加速度传感器检测出向前的加速度时，使所述后方投影部的感知垫工作，在所述加速度传感器检测出向后的加速度时，使所述前方投影部的感知垫工作。
3.如权利要求1或2所述的航空器的远距离操纵系统，其特征在于，
所述加速度传感器具有设置在所述航空器的内部的角加速度传感器，
所述控制部具有运算部，该运算部通过将设有所述角加速度传感器的位置与所述航空器的操纵座位位置之间的距离乘以由所述角加速度传感器检测出的角加速度，从而算出在所述操纵座位位置处产生的力的力矩，并且所述控制部对应于由该运算部算出的力矩的大小来调节各个所述感知垫的振动或电刺激的大小。
4.如权利要求1-3中任一项所述的航空器的远距离操纵系统，其特征在于，
所述摄像机包括：拍摄所述航空器的飞行方向前方的前方摄像机、拍摄飞行方向右方的右方摄像机、拍摄飞行方向左方的左方摄像机、拍摄飞行方向上方的上方摄像机，
所述监视器包括：前方监视器，其配置在所述操纵者的前方且显示由所述前方摄像机拍摄到的动画；右方监视器，其配置在所述操纵者的右方且显示由所述右方摄像机拍摄到的动画；左方监视器，其配置在所述操纵者的左方且显示由所述左方摄像机拍摄到的动画；以及上方监视器，其配置在所述操纵者的上方且显示由所述上方摄像机拍摄到的动画。
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